JPS63244731A - プラズマ気相成長装置 - Google Patents

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】 く技術分野〉 本発明は化学的気相分解（ＣＶＤ）によるプラズマ雰囲
気中で薄膜を形成するプラズマ気相成長装置に関し、特
に非晶質シリコン太陽電池の製造に好適なプラズマ気相
成長装置に関する。

〈従来技術〉 化学的気相分解によるプラズマ雰囲気中で基板上に薄膜
半導体層等を成膜して半導体装置等を製造するプラズマ
気相成長装置は、例えばシラン（Ｓｉ　Ｈ４）ガスを放
電分解して非晶質シリコン太陽電池を製造する方法とし
て広く実用化された公知の技術である。この方法では組
成やドーピング不純物の母が異なる複数の層を形成する
場合は、単一の反応室を用いて各層の成膜ごとに反応ガ
スを切り替えるか、複数の専用反応室を連結して反応室
ごとに反応ガスを変えて成膜し、順次基板を移送させる
方法が行なわれている。これは単一の反応室内ではプラ
ズマ雰囲気中のガス組成は空間的にほぼ均一であり、反
応室内に組成の異なったガス雰囲気を適当に分布させる
ことができないた−　めである。

しかし、何らかの方法で単一反応室内のガス組成に所望
の空間的分布をもたせることが可能ならば、単一の反応
室内で定常的に放電するプラズマ雰囲気中のガス組成の
異なる領域を基板を移送するだけで組成やドーピング量
の異なった複数層を一気に形成することが可能となり、
製造工程及び装置の簡略化が実現される。

また、ＣＶＤによるプラズマ雰囲気中で基板上に１ｉｌ
ｌｌ半導体層を形成する手法の一つであるロール・ツー
・ロール方式においても、単一反応室内の反応ガスの組
成に所望の空間分布をもたせることができないために、
従来、次のような欠点が存在した。即ち、ロール・ツー
・ロール方式では定常放電プラズマ中で可撓性の帯状基
板を連続搬送して成膜するために、各反応室には同一組
成の反応ガスを連続的に供給する必要があって一定性で
組成やドーピングの異なる複数層を形成するためにはそ
の数だけの専用反応室が不可欠であった。

更に、複数の反応室をもつロール・ツー・ロール方式に
おいては、各反応室は完全に分離・独立している訳では
なく、基板の通路で連結されている。このため、隣接し
た反応室間で該基板通路を経由して各反応室の反応ガス
の相互混合をさけることができない。この相互混合が作
成しようとする薄膜半導体装置の特性を劣化させる場合
には反応室間の基板通路に一方向性のガスの流れを形成
したり、特開昭５８−２１６４７５号公報、特開昭５９
−３４６６８号公報等に開示の如く、反応室間に専用の
緩衝室を設けて油気又は差動排気して必要な程度迄ガス
分離を行なっていた。しかし、かかる従来方法ではひと
たびこれらガス分離機構を越えて侵入した隣接反応室の
反応ガスは反応室全域に拡散して反応室内で均一となり
、隣接層との界面の膜厚方向の組成分布や不純物分布の
プロファイルの制御性、例えばゆるやかな傾斜接合にす
るか、シャープな階段接合にするかと云った制御性にと
ぼしかった。

〈目的〉 本発明はかかる現状に鑑みなされたもので、前述のＣＶ
Ｄのプラズマ気相成長装置に関し単一反応室内での反応
ガスの空間分布を制御することにより、上記従来技術の
欠点を解消して同一反応室内で成膜した単一層内でも組
成や不純物分布に所望のデプスプロファイルをもたせる
ことを可能としたプラズマ気相成長装置、特にロール・
ツー・ロール方式においては隣接半導体層との界面急峻
性を制御できるプラズマ気相成長装置を提供することを
目的とする。

く構成〉 すなわち本発明は、前述の対向する放電電極間の化学的
気相分解によるプラズマ雰囲気中を通して基板を搬送し
つつ、該基板上に薄膜を形成するようになしたプラズマ
気相成長装置において、反応ガスを遮断する仕切板を基
板搬送方向に所定間隔で放電電極面に垂直方向に配設し
て、少なくともプラズマ雰囲気を基板通路等の限られた
隙間を除いて基板搬送方向にガス拡散のない複数の区域
に区画し、膜厚方向に所定の組成分布を有する薄膜を形
成することを特徴とするプラズマ気相成長装置である。

上記本発明は、放電電極間に垂直にガスを遮断する仕切
板を設けてプラズマ雰囲気を区画してもプラズマ放電は
影響されず安定製膜ができることを見出すと共に、ガス
を遮断できる仕切板により区画されたプラズマ雰囲気の
各区域間の反応ガスの流路を基板表面近傍等に限定する
ことにより、ガス導入口と排気口の基板搬送方向の位置
により基板搬送方向のガス組成分布を制御できることを
見出しなされたものである。

なお、この理由は前記仕切板により区画されたプラズマ
雰囲気の各区域間の基板搬送方向のガスの相互拡散が限
定され、各区域のガス組成は略独立したものとなるため
と思われる。

従って、本発明の仕切板はガスを遮断できるものであれ
ば良く、その材は特に限定されないが、中でもプラズマ
損傷のないものが好ましく、ステンレス等が使用される
。なお、仕切板は反応室と共に接地するのが一般である
が、浮遊もしくは適当なバイアス電圧を印加させても良
い。そしてその形状は、基板搬送方向のガスの拡散が無
視できるものであれば良く、通常は基板搬送路及び放電
電極面との間に微小な間隙を有するのみで、その他の部
分は完全に遮断し、前記間隙以外ではガス移動のない形
状が選定される。このようにすると間隙部でガス流速が
大となり、ガス拡散の防止がより完全となる点で好まし
い。しかし、反応交内の部材の配置によりガス流路が限
定される場合には該ガス流路を遮断するように仕切板は
設置すれば良いことは云うまでもない。なお、仕切板は
少なくとも基板前面との間にガス流路となるスリットを
有する必要がある。

又仕切板の数及びその間隙は、形成する膜の膜厚方向の
プロファイルに応じて選定される。この選定は実験によ
る。

一方反応ガスの導入口、排気口の配置も、同様に形成す
る膜厚方向のプロファイルに応じて実験により選定され
る。例えば２層膜を形成する場合には夫々の反応ガスの
導入口を反応室の両端に、共通の排気口をその中間に順
次配置すれば良く、又一層膜でその膜内の組成を変化さ
せたい場合は夫々の反応ガスの導入口を反応室の基板搬
送方向の両端部に配置し、その一端に共通の排気口を設
けること等により適当な勾配の組成分布を得ることがで
きる。

以上の本発明は単独の反応室で多層膜を形成するのに適
用できる他、特開昭５８−２１８４７５号公報等の如く
複数の反応室を連結したものにおいて、その一層のプロ
ファイルを制御するのにも適用できる。

又本発明は、可撓性の長尺基板を連続的にロール・ツー
・ロール方式で搬送しつつ膜形成するものにおいて、単
独反応室での多層膜形成等の如く大巾な装置の簡略化を
可能としたり、従来不可能であった多層膜中の一層のプ
ロファイル制御ができる連続膜形成装置を特徴とする特
にその効果は大である。

以下、本発明の詳細を非晶質シリコン太陽電池の連続製
造装置を例に説明する。

〈実施例〉 第１図は上記実施例の非晶質シリコン太陽電池の連続製
造装置の構成図である。

その基本構成は前述の特開昭５８−２１６４７５号公報
。

特開昭５９−３４６６８号公報開示のものと同じで、ｐ
型。

ｉ型及びｎ型の各非晶質シリコン層を形成するＣＶＤプ
ラズマ放電の各反応室１．２．３及び巻出室１８並びに
巻取室１９をガス隔離のためのＩＩ！ｉ室１３で連結し
、巻出しロール２０から巻取りロール２１へ基板１７を
ロール・ツー・ロール方式で移送しつつ、ｐ、ｉ、ｎの
３ＷＩを連続形成する構成となっている。なお、図の４
〜９は放電電極で、図の１０は各放？！電極に高周波電
力を供給する高周波電源である。

ところで、ｉ形非晶質シリコンを形成する反応室２は本
発明に従い以下の構成となっている。対向する放電電極
６，７の中間のプラズマ雰囲気を基板搬送方向に必要な
通路を除いて区画する仕切板１１を電極面に垂直かつ第
２図の通り隙間１４を除いて反応室の全断面を遮断する
ように基板の搬送方向に所定間隔になるように５枚設置
した。従って該仕切板１１によりプラズマ空間は、電極
面内で複数の区域に区分され、反応室２の基板搬送方向
下流端に設けたガス導入口１５から供給された反応ガス
はその上流端部の排気ボート１６に達するためには必ず
該仕切板１１で設定された隙間１４を通って流れる。

なお、前述の通り仕切板１１は隙間１４を形成する゛よ
うに対向する放電電極の双方に対して若干の距離を離し
てｉＱ＠されている。この隙間１４は１つには反応ガス
の通路として、また、パワー電極に対して電気絶縁のた
め、そしてアース電極に対しては基板１７の通路を目的
どしており、本実施例では３ｍとした。ガス仕切板１１
の材料は電気的に導体。

不導体のいずれであっても本発明の目的を達するが、プ
ラズマ雰囲気中に不純物を放出しないことが必要である
。本例ではステンレス合金で作成し、電気的にはアース
に接地した。

かかる複数反応室型ロール・ツー・ロール方式のＣＶＤ
プラズマ気相成長装置で、５ｉＨａガスを原料にロール
状に巻き上げた薄帯状長尺基板上にｐ、ｉ、ｎ形非晶質
シリコン膜を順次積層して太陽電池を形成した。

基板１７として厚さ１００μｍのポリエチレンテレフタ
レートのフィルム上に３０００人のアルミニウム金属と
５０人のステンレス合金を積層して用い、具体的には前
述の特開昭５９−３４６６８号公報等と同じ方法でｐ、
ｉ、ｎ形の非晶質シリコン層を一走行で連続成膜した。

すなわちｐおよびｎ形の非晶質シリコン層はそれぞれＳ
！Ｈ４ガスにジボラン＜８２　Ｈ６ンまたはホスフィン
（ＰＨ３）をドープして形成され、その厚さは２００〜
３００人である。

ｉ形非晶質シリコン層は約５０００人の厚さで、反応ガ
スは不純物ガスをドープしていないＳｉＨ４ガスを用い
た。

ところで本例のロール・ツー・ロール方式では、通常、
隣接するｐ、ｎ形非晶質シリコンを形成する反応室１，
３から１層を形成する反応室２へ８２８ｅ及びＰＨ３ガ
スが緩衝室１３を経由して微量混入する。

ところで反応室２は前述の構成としであるので、ｉ形非
晶質シリコンを形成する反応室２において反応ガスはｎ
層用の反応室３寄りのガス導入口１５から導入されｐ層
用の反応室１寄りの排気口１６の方向に流れる。このよ
うにして成膜したｐ、：。

ｎ積層型の非晶質シリコン膜について、ボロン（Ｂ）原
子のデプスプロファイルを二次イオン質量分析法（Ｓｉ
　ＭＳ）で測定した結果を第３図に実１ｍＡで示す。比
較のために、他の条件は同じに、仕切板１１を設置しな
い従来装置の場合により形成した同じｐ、ｉ、ｎ積層型
の非晶質シリコン膜の分析結果を破線Ｂで同図に示した
。

仕切板１１を設けない従来装置の場合には隣接反応室１
．３から混入したＢ２　Ｈａガスがｉｌｌ用の反応室２
全体に均一に拡散する結果、ｉ層中のＢ原子の膜厚方向
の濃度プロファイルはフラットになっている。一方、仕
切板１１を設置した実施例の場合はｐｍと１層との界面
におけるＢ原子の組成プロファイルは切れが急峻になっ
ており、また、ｉｌｌ中のプロファイルは一定の勾配の
傾斜をもっていることがわかる。この結果は、仕切板１
１によってｉ反応室２のプラズマ空間を区分することに
より、同一反応市内であってもｎ層用の反応室３寄りの
部分からｐ層用の反応室１寄りの部分に亘ってプラズマ
雰囲気中の反応ガスの組成が一定の空間分布を有するこ
とを示している。即ち本発明より１つ反応室内の反応ガ
スに必要な空間分布が実現できることを意味しており、
本発明が従来不可能であって膜組成制御を可能とする優
れた効果のあることを示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の非晶質シリコン太陽電池の製造装置の
構成説明図、第２図は第１図Ａ−Ａ’線での側断面図、
第３図は実施結果を示すグラフである。 １．２．３：反応室　　　１１：仕切板１３：緩衝室　
　　　　　　１４：隙間１７：基板 第３１刀 長面１・５つ５￥二（トｍ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、対向する放電電極間の化学的気相分解によるプラズ
   マ雰囲気中を通して基板を搬送しつつ、該基板上に薄膜
   を形成するようになしたプラズマ気相成長装置において
   、反応ガスを遮断する仕切板を基板搬送方向に所定間隔
   で放電電極面に垂直方向に配設して、少なくともプラズ
   マ雰囲気を基板通路等の限られた隙間を除いて基板搬送
   方向にガス拡散のない複数の区域に区画し、膜厚方向に
   所定の組成分布を有する薄膜を形成することを特徴とす
   るプラズマ気相成長装置。 ２、仕切板は前記隙間を除いて反応室の全断面を遮断す
   るように設けられている特許請求の範囲第１項記載のプ
   ラズマ気相成長装置。 ３、反応室の基板搬送方向の一端に反応ガスの排気口が
   設けられ、その他端に反応ガスの導入口が設けられてい
   る特許請求の範囲第１項若しくは第２項記載のプラズマ
   気相成長装置。 ４、前記基板が可撓性の長尺の基板であり、ロール・ツ
   ー・ロール方式で搬送される特許請求の範囲第１項〜第
   ３項記載のいずれかのプラズマ気相成長装置。 ５、形成する薄膜が非晶質シリコン薄膜である特許請求
   の範囲第１項〜第４項記載のいずれかのプラズマ気相成
   長装置。