JPS6010620A - プラズマcvd法 - Google Patents

プラズマcvd法

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JPS6010620A
JPS6010620A JP58118004A JP11800483A JPS6010620A JP S6010620 A JPS6010620 A JP S6010620A JP 58118004 A JP58118004 A JP 58118004A JP 11800483 A JP11800483 A JP 11800483A JP S6010620 A JPS6010620 A JP S6010620A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
shutter
electrode
glow discharge
discharge
Prior art date
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Pending
Application number
JP58118004A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazumi Maruyama
和美 丸山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd filed Critical Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
Priority to JP58118004A priority Critical patent/JPS6010620A/ja
Publication of JPS6010620A publication Critical patent/JPS6010620A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/24—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials using chemical vapour deposition [CVD]
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
    • H10P14/3402—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
    • H10P14/3404—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being Group IVA materials
    • H10P14/3411—Silicon, silicon germanium or germanium

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する分野〕 本発明はグロー放電を利用して反応ガスを分解し、非晶
質シリコン膜などを形成するプラズマCVD法に関する
。
〔従来技術さその問題点〕
太陽電池などに用いられるa−8i二H,a−8i;C
;H、a−8i ; Ge : Hなどの非晶質シリコ
ン(以下a−8iで総称)を製造する方法としては、第
1図に示すように対向して配置された電極2,3の片側
(通常は接地側電極)に基板4を設置した真空室1内を
排気管5を介して排気し、必要に応じて、シラン、ジボ
ラン、ゲルマン、メタンなどの反応ガスをパルプ6を介
して導入し、高周波電源7により発生されるR、F電界
を電極間に印力Uするととlこよってグロー放電を生起
させるものが知られている。そして放電開始と同時に、
この基板上にi型。
p型もしくはX型などのa−8i膜を形成したり導電層
を有する基板上に導入ガスの切換えにより該a−8i 
膜を多層に積層(例えばp−1−n 型、 n−1−p
型など)し太陽電池などの光起電力素子や他の半導体素
子を順次形成している。
第2図は被数の真空室11〜14を有するプラズマCV
D装置を示すもので、真空室11はヒータ14を設けた
基板加熱室、真空室12〜13は各半導体層を別々に形
成するための反応室である。
基板4はトレイ8に装着されシャッタ9を介して駆動ロ
ーラ10により、真空中で洗室に移送される。そして、
バルブ6を介して反応ガス5を導入し電極2及びヒータ
を兼用した対向電極3の間にBP電界を印加すると同時
に目的とするa−8i膜を形成している。
これらのプラズマCVD法における問題点は基板4とa
−8i膜との界面に多量の表面準位が発生したり、また
特に第1図の装置のように基板挿入等のプロセスにおい
て反応室lの内部が大気にさらさなければならない場合
には、界面及びa−8i膜中に酸化層などが形成される
ことがあり、不所望な障壁が生じ素子特性に悪影響を及
はTことである。これらの原因としてζ1放電の初期的
不安定性及び反応室壁や電極などからの不純物の混入が
考えられる。通常放電開始時には放電を維持する電圧よ
り高い放電開始電圧を要するために、短時間ながらも高
電界が印加されたり、反応ガスの濃度や供給と排気のバ
ランス、及び電極表面などの状態が微妙に変化すること
によって、放電部の系のインピーダンスが時間的に変化
し、整合状態が不安定となったりするために、多量の水
素の取り込みや構造欠陥の増加が起こり、形成されるa
−3i Jl莫の膜質が低下する。また電極や反応室壁
へ堆積した膜や、大気開放時に吸着した酸素や水分等の
不所望な不純物は放電時にスパッタされ膜中へ取り込ま
れる。これらの不安定要因による影響はt’j+、A以
上にも及び、光起電力素子のように買入8度の薄膜層を
有する場合には重大な問題とな する。
次に第1図の装置のように同一真空室内にて例えばpi
n型などの多層構造を有するa−8i膜を形成しようと
する場合、第二層であるi層形成の際に前段のp層形成
時に電極や真空室壁等へ堆積した膜中の不純物(この場
合ポロン、カーボンなど)がスパッタされ、1層中へ拡
散するという問題がある。そのためi層がp層化し、完
全な負性半導体層を得ることができなくなると共に、微
量の不純物(例えばB、Pなど)による1層へのドーピ
ング制御が難しいという欠点があった。
〔発明の目的〕
本発明は上述のような放電開始時の不安定要因に基づく
生成膜の膜質低下や、放電中に電極や真空室壁から放出
される不所望な不純物の膜中への取り込みを除去するこ
とにより、良□好な接合構造及び膜質を制御性良く得る
ことができるプラズマCVD法を提供することを目的と
する。
〔発明の要点〕
本発明は真空室内でグロー放電を発生させて反応ガスを
分解し基板上に膜を生成する方法において、基板をグロ
ー放電発生空間より所定の時間隔 5− 離した後、グロー放電発生空間に接触せしめることによ
り、放電時間内でかつ任意の時間だけ膜形成を実行させ
るものである。具体的には、基板が一方の電極に固定さ
れている場合には基板前面に近接して基板を覆い、かつ
その電極と同電位のシャッタを移動可能に設置し、該シ
ャッタによる遮蔽の有無により膜形成を制御し、一方別
真空室もしくは同一真空室でも電極間とは離して基板を
セットできる場合には放電を開始して所定時間経過後基
板を放電部分に導き膜形成を実行させるものである。要
するに放電開始直後に生ずる放電の不安定な時間内及び
不所望な不純物が放出されたりする時間内は膜形成を実
行せず、これらが除去された後初めて基板を放電部分に
露呈して膜形成を実行することにより不安定要因に基づ
く膜質低下を防止し、かっ膜厚や膜質の制御性を向上さ
せようきするものである。
真空蒸着やスパッタリング等においてシャッタを設置し
、蒸着あるいはスパッタリングの諸条件が安定したのち
シャッタを開き、蒸着あるいはス 6− バッタリングを行うことは周知であるが、導入した反応
ガスを分解して薄膜を得るプラズマCVD法においては
、ガス圧力が0.1〜1QTorrと高いため粒子の指
向性がなく、回り込みが生じて粒子の堆積を遮断するこ
とができないなど本質的な相異点が多く、これまでシャ
ッタを設置することは試みられなかった。これに対し本
発明者は、基板とシャッタとを同電位にしてしかもそれ
らの間隔を狭くすることでプラズマの回り込みを抑制す
ると、基板への膜形成をシャッタによっても阻止できる
ことを新たに見い出した。この状態で電極間にRF電界
を印加すると、グロー放電はRF印加側電極と金属板(
シャッタ)及びこれにより覆われていない基板側電極と
の間にのみ生起し、金属板と基板との間の空間には生起
せず、シラン等の反応ガスを導入しても基板上へのa−
8i膜の形成は行われない。この理由は金属板が基板側
電極と同電位であるため、この空間内において放電を生
起し反応ガスを分解するだけの電界が印加されないこと
と、両者の間隔が狭いために、他の放電空間内で生成さ
れるSi、SiH,SiH2などの膜形成にあずかるラ
ジカルや中性種の拡散が行われにくいためである。
〔発明の実施例〕
第3図は本発明の実施例を示すもので、基板4を設置し
た基板側電極3と2とを対向するRF電極2との間に、
基板側電極と同電位でしかも基板全体を覆う形でシャッ
タ21がセットされた構成となっている。このシャッタ
はステンレス鋼、アルミニウム、炭素などの材質を用い
た板もしくは伸縮自在の構成で、外部操作により移動さ
せ、基板を放電空間に露呈できる。また、第3図の構成
ではシャッタ21の開閉などによりシャッタに堆積した
物質の落下を防ぐため基板4の面は下向きにセットされ
ている。そこで、シャッタ21を閉じたままグロー放電
を開始すると放電22はシャッタ21とR,F電極2の
みに生起し、基板4とシャッタ21間には生起しないた
め基板4の上への 1a−8i膜の形成は実行されない
。従って不安定要因等が除去された時点で例えば軸23
を回転してシャッタ21を開き膜形成を実行することが
できる。第4図は多翼空室を有し、基板4はトレイ8に
装着されて移送される場合の実施例を示すもので、基板
を装着したトレイ8は排気管5を介して排気される前室
24内で待機させ、反応室1内では予め電極2,3間に
電圧を印加して放電を開始し同じく不安定要因が除去さ
れた段階で前室24と反応室1の間のシャッタ25を開
き、放電空間にトレイ8ごき基板4をローラ10上で導
き、膜形成を開始する。第5図は第4図の変形例を示す
もので第4図と異なる点は基板4は真空室1の同−真空
内に置かれ間仕切り26iこよって放電空間から隔離さ
れていることで、この場合も放電を開始し断点時間経過
後トレイ8ごと基板4を搬送し膜形成を実行するもので
ある。
第6図は第3図に示す実施例に用いるシャッタを平面図
で示し、シャッタ21は軸23の外部操作によって矢印
36の方向に回転し、基板4を露出させる。シャッタの
回転軸23はこの方式だけでなく、第7図の変形例のよ
うに中心に位置して 9− も良く、この場合の方がシャッタが対向電極空間からは
み出すことがない利点がある。これらの場合においてシ
ャッタと基板との間隔はできるだけ密着させた方が放電
の回り込みが少ないため効果的であるが、基板面積より
シャッタ面積が十分広げれば数(crlL離しても良い
。通常は約1crrL程度離しておけば、シャッタ端部
から約2cIrLの所より内側に基板を配置すれば十分
に遮蔽効果が得られる。
第8図は上記の方法を更に改良したもので、シャッタ2
7を屈折可能な構成とすることで伸縮自在にし、基板側
電極3上の基板設置有効面積を、第7図に示す方法の5
0%から100%としたものである。この方式は角型の
反応室に設置する場合特に有効である。
第9図、第10図は第8図で示したシャッタ27の構造
をさらに詳細に示した第9図は平面図、第10図は正面
図である。シャッタ27は複数枚の板28から成り、各
板はジグザグに折り曲げでき、かつ各板間で隙間がない
よう接続される。各版28にはガイドピン29が側面に
取り付けられ、−10− 支柱に固定されたガイド30内を該ピンが摺動すること
によってシャッタ27が伸縮し開閉動作が実行される。
ここでガイドピン29の摺動は駆動部31により行われ
る。この摺動方式としては、スプリング方式、圧空作動
方式、チェーン巻取り方式、ベルト方式などが挙げられ
る。
〔発明の効果〕
本発明によれば、プラズマCVD法による膜生成の際、
当初基板とグロー放電空間とをシャッタ等により分離す
ることにより、放電開始時に生ずる、放電の不安定性や
反応ガスの濃度や給排気のバランスの乱れと、電極から
スパッタされる不所望不純物の影響が除去された後から
a−8i膜の形成を実行できるため上記要因に基づく膜
質低下が防止できる。実際にカーボンを含むa−8i:
C;H膜の形成したところ基板界面に多量に含まれてい
た高抵抗層が除去されて抵抗値が1桁以上減少した。
また、単一反応室におけるpin型など多層のa−8i
lIj形成に用いた場合前層の形成に用いたドーパント
の影響が除去されるため、各層間の接合性が向上し、か
゛つ不所望な不純物拡散が抑制されるために微量な不純
物制御が可能になるという効果も得られる。これを実際
にpin型a Si太陽電池の形成に適用したところ、
第2層の1層形成前に約100OAのa−84膜生成に
相当する時間分のプレデポジションを電極等へ行うこと
で第1層の生成に用いたボロンの混入が除去されi層中
でのボロン濃度が約1桁低下し、太陽光AM−1下にお
ける発生電流が約2 mA/m増加した。本発明はこれ
才で述べてきたa−8i膜生成の他にSt N x +
 St 02などの生成など、すべてのプラズマCVD
法に応用できる。また放電方式についても容量結合型ば
かりでなく誘導結合型などの方式にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図はそれぞれ従来のプラズマCVD装置を
示す断面図、第3図は本発明の一実施例に用いる装置の
断面図、第4図は別の実施例に用 1いる装置の断面図
、第5図は第4図の装置の変形例の断面図、第6図は第
3図装置に用いられるシャッタの一実施例の平面図、第
7図は同じくシャッタの別の実施例の平面図、第8図は
さらに別のシャッタを用いた実施例の装置の要部断面図
、第9図はそのシャッタの平面図、第10図は正面図で
ある。 1・・・反応室、2,3・・・電極、4・・・基板、2
1,25゜27・・シャッタ、23・・・回転軸、24
・・・前室、26・・・間仕切り。 、?p) □Aノ ー 13− 第1図 第2図 b 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図 第8図 第10図 95−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)真空室内にグロー放電を発生させ反応ガスを分解し
    て基板上に膜を生成する方法において、基板をグロー放
    電発生空間より所定の時間隔離した後、グロー放電発生
    空間に接触せしめることを特徴とするプラズマCVD法
    。 2、特許請求の範囲第1項記載の方法において、放電を
    生起するための電極のうをの一方に基板を固定し、該基
    板前面に近接して基板を榎い、かつ該基板の固定される
    電極と同電位のシャッタを移動可能に設置してグロー放
    電発生空間と、基板を隔離し、前記シャッタの移動によ
    り基板をグロー放電発生空間に接触せしめることを特徴
    とするプラズマCVD法。 3)特許請求の範囲第1項記載の方法において、二つの
    真空室を開閉可能のシャッタを介して隣接して設け、先
    ず一方の真空室内に基板を置いて他方の真空室内にグロ
    ー放電を発生させ、次いで他方の真空室内に基板を移し
    てグロー放電発生空間に接触せしめることを特徴とする
    プラズマCVD法。
JP58118004A 1983-06-29 1983-06-29 プラズマcvd法 Pending JPS6010620A (ja)

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