JP3844274B2

JP3844274B2 - プラズマｃｖｄ装置及びプラズマｃｖｄ方法

Info

Publication number: JP3844274B2
Application number: JP19496698A
Authority: JP
Inventors: 彰久松田; 嘉渡部; 英雄山岸; 正隆近藤; 尚志早川
Original assignee: Kaneka Corp; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Sharp Corp
Current assignee: Kaneka Corp; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Sharp Corp
Priority date: 1998-06-25
Filing date: 1998-06-25
Publication date: 2006-11-08
Anticipated expiration: 2018-06-25
Also published as: JP2000012471A; US6189485B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマＣＶＤ装置並びに太陽電池およびこれを作製するプラズマＣＶＤ方法に関し、特に、太陽電池や薄膜トランジスタなどに利用されるアモルファスシリコン薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置、並びに太陽電池およびこれを作製するプラズマＣＶＤ方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大型基板にアモルファスシリコン薄膜を形成して太陽電池等を作る従来のプラズマＣＶＤ装置としては例えば特開平５−３４３３３８号公報に開示された装置がある。このプラズマＣＶＤ装置は、材料ガスを供給するカソード電極機構部と基板を搭載するアノード電極を有し、複数のカソード電極を平面的に設け、複数のカソード電極の裏面側のプラズマ非発生領域に、材料ガスを基板に対し供給する複数のガス供給管の噴出口を設け、さらに複数の排気口を噴出口の間に交互に設けている。複数の噴出口はプラズマが発生しない領域に設けられ、パウダーの発生を防止している。さらに複数の噴出口と排気口とは離れた位置に配置され、ガスを均一に拡散させている。関連する従来のプラズマＣＶＤ装置としては例えば特開平４−２３６７８１号公報、特開平７−３３０４８８号公報に開示される装置がある。特開平４−２３６７８１号公報のプラズマＣＶＤ装置は、放電用電極を梯子形態を有する平面形コイルで形成し、基板に平行に設置している。梯子型の平面形コイルは線材で形成されている。材料ガスは反応容器の一箇所に設けた反応ガス導入管で導入され、反応容器の内部の排気は反応容器の一箇所に設けた排気管で行われている。かかる平面形コイルによって電界の強度を高め、均一性を良好にしている。特開平７−３３０４８８号公報のプラズマＣＶＤ装置はアースシールドを備えた中空ラダー電極を基板に平行に配置した構成を有する。これにより電極近傍の電磁場強度が強い部分に反応ガスを供給しアモルファスシリコン薄膜の品質を高めている。また反応容器において、基板の周辺部に排気管が設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の一般的なプラズマＣＶＤ装置を用いて大きな面積（例えば５５０ｍｍ×６５０ｍｍ）の矩形基板の上にアモルファスシリコン薄膜を形成して太陽電池を作る場合、次のような問題が起きる。
【０００４】
従来のプラズマＣＶＤ装置で高速に薄膜形成を行うとすると、大きな電力を投入しなければならない。大きな電力を投入すると薄膜の品質が低下する。薄膜の品質低下は高密度プラズマ中で生成された高次シランが原因である。従って薄膜形成中に高次シランは反応領域から速やかに取り除かれることが必要である。
【０００５】
ところが従来のプラズマＣＶＤ装置では、材料ガスを供給するガス供給部は、一般的に、平行平板型電極構造の一方の電極として機能し、かつシャワーヘッド形式のガス供給機構として構成される。ガス供給部は、基板の成膜すべき面の前方に配置され、基板の成膜すべき面に向かって材料ガスを供給する。また反応容器の内部を真空状態にしたりまたは反応容器内の不要ガスを外部に排気する排気機構は、反応容器における基板周りの周辺部に設けられている。そのため従来のプラズマＣＶＤ装置では、基板の成膜すべき面において材料ガスが中心部から周辺部に向かって流れ、成膜面の中心部に上流側領域が形成され、成膜面の周辺部に下流側領域が形成される。その結果、従来のプラズマＣＶＤ装置によれば、高次シランを反応領域から速やかに取り除くことは困難であり、中心付近の膜品質が低下しやすいという問題が起きた。この問題は、基板の面積が大きくなればなるほど顕著になる。太陽電池に利用される薄膜は膜構造の面で特に高い品質を有することが要求される。従来のプラズマＣＶＤ装置では上記問題を有することから、かかる要求を満たすことが難しい。
【０００６】
また前述した従来の各プラズマＣＶＤ装置においても、基板に対して供給された材料ガスの流れに関しては、ガス供給口とガス排気口の位置関係に基づいて上流側領域と下流側領域が形成され、前述と同様な問題が起きる。
【０００７】
本発明の目的は、上記の問題を解決することにあり、成膜中に生じた高次シラン等を速やかに反応領域から取り除き、基板の成膜すべき面のいずれの箇所でも同じ条件で成膜を行い、大面積基板の表面に膜品質の高いアモルファスシリコン薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置を提供することにある。さらに本発明の目的は、上記のごとき膜品質の高い薄膜によって構成される太陽電池、および当該太陽電池の作製を可能にするプラズマＣＶＤ方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
プラズマＣＶＤ装置は、真空ポンプで所定の真空状態に保持された反応容器内に基板を配置し、基板の成膜すべき面の前面空間に材料ガスを供給し高周波電力で放電励振を行ってプラズマを生成し化学気相成長（ＣＶＤ）により基板に薄膜を形成するように構成される。上記基板は例えば大型のガラス基板であり、上記薄膜は例えば太陽電池に使用されるアモルファスシリコン薄膜である。プラズマＣＶＤ装置では、さらに、複数のガス吐出口を有しかつこれらのガス吐出口を通して基板の前面空間に材料ガスを供給するガス供給用管体と、複数のガス吸入口を有しかつこれらのガス吸入口を通して周辺のガスを吸入し外部へ排気するガス排気用管体とが別々に設けられ、ガス供給用管体とガス排気用管体は、ガス供給用管体の複数のガス吐出口とガス排気用管体の複数のガス吸入口について個々のガス吐出口とガス吸入口が接近するように配置され、ガス供給用管体とガス排気用管体のそれぞれには高周波電力が供給され、ガス供給用管体とガス排気用管体は共に電極として構成される。ガス供給用管体は反応容器内に配置され、反応容器の内部空間に材料ガスを供給するための構造体である。ガス排気用管体は反応容器内に配置され、反応容器内に生じた高次シラン等のガスを速やかに外部に排気するための構造体である。ガス供給用管体とガス排気用管体はそれぞれ電極として利用される。ガス供給用管体のガス吐出口とガス排気用管体のガス吸入口は個々に近くにあるもの同士で所望の位置関係にて配置されている。
上記構成によれば、ガス供給用管体の複数のガス吐出口の各々から反応容器内に供給された材料ガスは、高周波電力で励振され、プラズマを生成する。また材料ガスが化学反応を生じ、その途中段階で生じた高次シラン等は、ガス排気用管体における近くのガス吸入口から取り込まれ、ガス排気用管体を通して外部へ排出される。薄膜形成の際に、高次シラン等は速やかに反応領域から取り除かれる。このため基板の成膜すべき面の前面空間に形成されたプラズマの領域すなわち反応領域に高次シランが長時間残留することはない。またガス供給用管体とガス排気用管体の構造上、基板の成膜すべき面において材料ガスに関し上流側領域と下流側領域は形成されず、基板の表面上では常に同じ成膜条件の領域が形成される。基板の面積が大きくなっても、上記のガス供給用管体とガス排気用管体をさらに大型化するだけで、上記状態は変わらない。
上記プラズマＣＶＤ装置では、さらに好ましくは、ガス供給用管体は基板に実質的に平行な仮想平面の上に配置される複数の直線状管体で構成され、ガス排気用管体は仮想平面の上に配置される複数の直線状管体で構成され、ガス供給用の複数の直線状管体とガス排気用の複数の直線状管体は実質的に平行に交互に配置され、ガス吐出口とガス吸入口は対向して配置される。
上記構成において、ガス供給用の複数の直線状管体とガス排気用の複数の直線状管体は梯子形態を有するように構成されることが好ましい。
上記構成において、好ましくは、基板は２枚用意され、２枚の基板は平行に配置され、ガス供給用の複数の直線状管体とガス排気用の複数の直線状管体が配置される仮想平面は、２枚の基板の中間位置に設定される。さらにこの構成に関して、ガス供給用の複数の直線状管体とガス排気用の複数の直線状管体からなる構造体の両側に基板を配置した構成を１つのユニットとし、このユニットを多層に設けて積層構造とし、各基板の背面側にヒータを設けるように構成することもできる。この構成によれば、同時に多数枚の基板に対して成膜を行うことができるので、生産性をさらに高めることが可能となる。
上記構成において、ガス供給用の複数の直線状管体とガス排気用の複数の直線状管体の各々の高周波電流経路長は放電励振用の高周波の励振波長の１／２の自然数倍であることが好ましい。
上記の構成において、基板の配置方向と、ガス供給用の複数の直線状管体とガス排気用の複数の直線状管体が配置される仮想平面の方向は、鉛直であることを特徴とする。
上記の構成において、ガス供給体は基板に実質的に平行な仮想平面の上に配置されかつ同心的位置関係にある複数の環状管体で構成され、ガス排気体は仮想平面の上に配置されかつ同心的位置関係にある複数の環状管体で構成され、ガス供給用の複数の環状管体とガス排気用の複数の環状管体は同心的位置関係を保持して交互に配置され、ガス吐出口とガス吸入口は個々に対向して配置されていることを特徴とする。この構成でも、基板を２枚用意し、両面成膜を行うことができる。
上記の各構成において、放電を励振する高周波電力の供給は間欠的に行われることが好ましい。
太陽電池を作製するための本発明に係るプラズマＣＶＤ方法は、基板が配置された反応容器内に材料ガスを供給し、高周波電力で放電励振を行ってプラズマを生成して化学気相成長により基板に薄膜を形成し、太陽電池を作製する方法であり、基板に表面の近くに配置された電極作用を有するガス供給用管体により基板の前面空間のプラズマ中に材料ガスを供給して薄膜形成を行い、プラズマ中に生じた副生成物を、この副生成物の反応容器内での残留時間が短くなるように、基板に表面の近くに配置された電極作用を有するガス排気用管体により基板の前面空間で吸引して排気し、副生成物が基板の前記薄膜に付着しないようにした方法である。
上記の方法において、上記の副生成物は高次シランガスまたはその粉状物である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本発明に係るプラズマＣＶＤ装置の第１実施形態の要部の構造を示し、電極部２１の構造と電極部２１および基板２２の配置関係の一例を示す。プラズマＣＶＤ装置の全体の構成は例えば図１２に示される。図１２に示すごとく、プラズマＣＶＤ装置は密閉された構造の反応容器１１を備える。反応容器１１の内部空間１２は、反応容器１１の側壁下側に設けられた真空ポンプ１３によって排気口１４を介して矢印１５のごとく排気され、所定の真空状態に保持されている。図１に示した電極部２１と基板２２は上記反応容器１１の内部空間に配置されている。反応容器１１において、電極部２１は周知の支持機構で支持され、基板２２は周知の基板ホルダで保持されている。図１で支持機構および基板ホルダの図示は説明の便宜上省略されている。
【００１１】
図１に示した構成では、電極部２１は一例として直線状の４本の管状電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄによって構成されている。管状電極２１ａ〜２１ｄを形成する管体は例えば円管である。電極部２１は、実際の構成では、基板２２の面積に応じて４本よりも多い（または少ない）管状電極を用いて構成されるが、図１では説明を簡単に行うため４本の管状電極が示されている。管状電極２１ａ〜２１ｄは互いに平行になるように配置され、かつ基板２２に対して平行な仮想平面の上に配置されている。４本の管状電極のうち管状電極２１ａ，２１ｃは、反応容器内の基板２２の上面（成膜が行われる面）の前面空間（プラズマ生成領域）に材料ガスを供給するガス供給用の管状電極であり、管状電極２１ｂ，２１ｄは前面空間で生じた高次シランのガス（または高次シランのサイズが大きくなった粉状物）などを速やかに外部へ排気するガス排気用の管状電極である。ガス供給用の管状電極２１ａ，２１ｃとガス排気用の管状電極２１ｂ，２１ｄは互いに平行であって交互に配置されている。図１において、管状電極２１ａ，２１ｃの左端は開きかつ右端は閉じており、管状電極２１ｂ，２１ｄの左端は閉じかつ右端は開いている。管状電極２１ａ，２１ｃの左端には矢印２３のごとく材料ガスが供給される。また管状電極２１ｂ，２１ｄの右端からは矢印２４のごとくガスが排気される。
【００１２】
管状電極２１ａ，２１ｃの両側の側部には軸方向に沿って複数のガス吐出口２５が好ましくは一定間隔で形成されている。ガス吐出口２５が形成された管状電極２１ａ，２１ｃの側部は管状電極２１ｂ，２１ｄに対向している。ガス吐出口２５は小径の孔である。管状電極２１ａ，２１ｃの左端に供給された材料ガスは複数のガス吐出口２５から反応容器内に吹出す。一方、管状電極２１ｂ，２１ｄの両側の側部には軸方向に沿って複数のガス吸入口２６が形成されている。ガス吸入口２６が形成された管状電極２１ｂ，２１ｄの側部は管状電極２１ａ，２１ｃに対向している。複数のガス吸入口２６の各々と複数のガス吐出口２５の各々は好ましくは対向し、ガス吸入口とガス吐出口が個々に接近して設けられている。図１では示されていないが、実際の装置では、管状電極２１ａの手前側に管状電極２１ａのガス吐出口２５に対向するガス吸入口を備えたガス排気用の管状電極が設けられている。この管状電極は図４で管状電極２１ｅとして示されている。管状電極２１ｂ，２１ｄのガス吸入口２６から吸い込まれたガスは管状電極２１ｂ，２１ｄの右端から排気される。上記管状電極２１ａ，２１ｃのガス吐出口２５からの材料ガスの吹出し方向、および管状電極２１ｂ，２１ｄのガス吸入口２６でのガスの吸入方向は、好ましくは基板２２の面に対して実質的に平行である。管状電極２１ａ，２１ｃのガス吐出口２５からの材料ガスの吹出し、管状電極２１ｂ，２１ｄのガス吸入口２６でのガスの吸込みの各状態の一例を図４に示す。図４においてガス吐出口２５から出た矢印は材料ガスの吹出し状態を示し、ガス吸入口２６に向かう矢印はガスの吸込み状態を示している。
【００１３】
基板２２は太陽電池用基板に利用される大きな面積を有する基板であり、例えばガラス基板である。この基板２２の上面は成膜すべき面となっており、後述するように、上面の前面空間に放電を励振してプラズマを生成し、化学気相成長の作用によりアモルファスシリコン薄膜が堆積される。このアモルファスシリコン薄膜は太陽電池としての機能を有する薄膜として利用される。なおこの実施形態では、基板およびアモルファスシリコン薄膜は主に太陽電池を構成するものとして説明されるが、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置で作製される薄膜は太陽電池に限定されるものではない。
【００１４】
図３に従って管状電極２１ａ〜２１ｄからなる電極部２１の作用を説明する。本実施形態による電極部２１は、本来の電極としての機能を有すると共に、一部が材料ガスを供給する供給手段、他の一部がプラズマ生成領域（反応領域）から高次シランのガスを外部へ排出する排気手段としての機能を有する。管状電極２１ａ〜２１ｄは一端が高周波電源３１に接続され、他端がアース端子３２に接続されている。管状電極２１ａ〜２１ｄには高周波電源３１から高周波電力が供給される。高周波電力は、基板２２の前面空間にプラズマを生成する放電を励振するための電力である。管状電極２１ａ〜２１ｄは、同時に、前述のごとく一部（２１ａ，２１ｃ）が材料ガスを供給するためのガス供給用管状電極として作用し、他の部分（２１ｂ，２１ｄ）が不要ガスを排気するためのガス排気用管状電極として作用する。
【００１５】
図２は電極部２１と基板の配置関係に関する他の例を示す。この配置例では電極部２１の両側に基板２２を配置し、２枚の基板に対して同時に成膜を行う構成となっている。電極部２１の構成は図１および図３に基づいて説明した構成と同じであるので、詳細な説明は省略する。電極部２１の上下の両側では同じ条件の領域が作られるので、各々の場所に基板２２を配置して成膜を行うことが可能である。図２に示した配置例において、電極部２１の作用に基づいてプラズマを生成した状態を図４に示す。
【００１６】
図４において、電極部２１の上側と下側に基板２２が配置される。各基板２２は周囲に設けられたホルダ枠３３で支持されている。材料ガスを供給する管状電極２１ａ，２１ｃの複数のガス吐出口２５からは矢印のごとく基板表面に平行に材料ガスが吹き出される。材料ガスは例えばＳｉＨ₄である。同時に電極部２１の管状電極２１ａ〜２１ｄおよび管状電極２１ｅの各々には高周波電力が供給され、各管状電極の周囲の空間で放電を励振し、その結果、管状電極の周囲空間でプラズマ３４が生成される。
【００１７】
図４に示された円３５の部分を拡大して示すと、図５のようになる。ガス供給用の管状電極２１ａは、その断面形状で明らかなように、両側の側部に小径のガス吐出口２５を有している。ガス吐出口２５からは矢印３６に示すごとく横方向に材料ガスが吹き出される。また高周波電力による放電励振の結果、管状電極２１ａの周囲空間にプラズマ３４が生成される。プラズマ３４は各管状電極の周囲に生成され、各管状電極ごとの周囲に発生する電磁界により維持される。
【００１８】
プラズマ３４が生成された領域は反応領域となり、その結果、プラズマ３４に対向する基板表面には化学気相成長（化学蒸着、ＣＶＤ）の作用によってアモルファスシリコン薄膜が形成される。プラズマ３４が生成された領域では、その化学反応によって高次シランが生成される。そこで管状電極２１ｂ，２１ｄ，２１ｅでは、複数のガス吸入口２６によって矢印に示されるごとくその周辺のガスを吸引し、外部へ排気する。各ガス吸入口２６は対応するガス吐出口２５に接近させて配置されており、ガス吐出口２５から反応領域に吹き出された材料ガスに基づいて生成された高次シランを速やかに外部へ排気し、反応領域から高次シランを取り除いている。
【００１９】
以上のごとく上記実施形態による電極部２１によれば、プラズマＣＶＤ装置で例えばＳｉＨ₄の材料ガスを用いて大面積の基板に対してアモルファスシリコン薄膜を形成するとき、基板の成膜すべき面の前面空間のプラズマ生成領域（反応領域）で生成される高次シランのガス等を速やかに取り除くことができ、アモルファスシリコン薄膜の膜品質を高めることができる。電極部２１の構造によれば基板表面上で上流側領域と下流側領域を作らず、基板表面のどの箇所でもほぼ同じ成膜条件を作ることができ、このため基板表面に堆積された薄膜の膜品質を均一にすることができる。また上記電極部２１の構造によれば、基板の面積がさらに増大しても、ガス供給用およびガス排気用の管状電極を増すだけでよいので、構造的に面積増大に対する対応を容易に行うことができる。電極部２１の両側に基板を配置して成膜を行う構成では当然のことながら生産性を２倍にできるという利点がある。
【００２０】
図６は電極部と基板の配置に関する他の構成例を示す。この例では電極部４１の両側に基板２２を配置して成膜を行い、かつ電極部４１と基板２２を鉛直方向（図中垂直方向）に配置した構成を示している。基板２２は基板ホルダ４２に保持され、鉛直に配置される。基板ホルダ４２はアース端子４３に接続され、アース電位に保持されている。電極部４１は、例えば６本の直線状の管状電極４１ａ〜４１ｆから構成される。各管状電極は鉛直方向の仮想平面上に配置され、かつ水平状態であって互いに平行に配置されている。管状電極４１ａ〜４１ｆのうち、管状電極４１ｂ，４１ｅがガス供給用の管状電極であり、管状電極４１ａ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｆがガス排気用の管状電極である。ガス供給用の管状電極４１ｂ，４１ｅでは上下の側部に前述のごとく複数のガス吐出口が形成されている。ガス排気用の管状電極に関しては、管状電極４１ａ，４１ｃでは管状電極４１ｂに対向する側部に前述のごとく複数のガス吸入口が形成されており、管状電極４１ｄ，４１ｆでは管状電極４１ｅに対向する側部に前述のごとく複数のガス吸入口が形成されている。その他の構成は、前述の実施形態で説明した構成と同じである。かかる構成を有する電極部４１によって各管状電極の周囲にはプラズマ３４が生成され、両側の基板２２に対してアモルファスシリコン薄膜の成膜が行われる。
【００２１】
図６に示した構成を有するプラズマＣＶＤ装置でも前述した効果と同等の効果が生じる。さらに電極部および基板を鉛直方向に向けて配置したため、基板表面に付着するダストパーティクルの問題を抑制できる。
【００２２】
図７は本発明の第１実施形態の変形例を示す。この構成例では、例えば図１に示した電極部を梯子形態で形成している。図７において、電極部５１は４本の平行な管状電極５１ａ〜５１ｄで構成され、管状電極５１ａ〜５１ｄは入口側管状電極５１ｅと出口側管状電極５１ｆによって梯子形態に形成されている。管状電極５１ａ〜５１ｆを形成する管体は例えば四角管である。電極部５１の下側に基板ホルダ５２に保持された基板５３が配置されている。基板５３は電極部５１の上側に配置することもできる。電極部５１では、入口側管状電極５１ｅの基端側が高周波電源５４に接続され、出口側管状電極５１ｆの先端側がアース端子５５に接続されている。
【００２３】
上記電極部５１と図１および図３で説明した電極部２１とを対比すると、管状電極５１ａが管状電極２１ａに対応し、管状電極５１ｂが管状電極２１ｂに対応し、管状電極５１ｃが管状電極２１ｃに対応し、管状電極５１ｄが管状電極２１ｄに対応している。管状電極５１ａ〜５１ｄの構成および相互の関係、基板との位置関係、および作用は、前述した管状電極２１ａ〜２１ｄと全く同じであるので、ここでは詳細な説明は省略する。特徴的な構成は図８に示される。入口側管状電極５１ａから材料ガスが供給されると、この材料ガスはガス供給用の管状電極５１ａ，５１ｃに分配され、管状電極５１ａ，５１ｃの両側の側部に形成された複数のガス吐出口５７から吹き出される。複数のガス吐出口５７から吹き出された材料ガスに基づき化学反応で高次シランが生成されると、当該高次シランはガス排気用の管状電極５１ｂ，５１ｄの両側の側部に形成された複数のガス吸入口５８を通して吸引され、出口側管状電極５１ｆを通して外部へ排気される。
【００２４】
図９は梯子型に構成された電極部５１を概念的に示した図である。複数の管状電極は複数本の平行線で表現されており、その本数が増大された例が示されている。管状電極の長さＬは実際には例えば約１．２ｍである。高周波電源５４は点５９に接続され、アース端子５５は点６０に接続される。各管状電極は、高周波電源５４から供給される高周波電力を分流して流す電流経路（図中１，２，３，…）として機能する。各管状電極の長さ、すなわち電流経路長は、供給される励振用高周波電力の周波数との関係で、励振波長の１／２の自然数倍になっていることが好ましい。
【００２５】
上記構成例に示される電極部５１によれば、前述した各利点に加えて、直線状の管状電極５１ａ〜５１ｄが入口側管状電極５１ｅと出口側管状電極５１ｆによって梯子形態に形成されるため、構造が一体化され、高周波電力の供給点が一点となって構造が簡易となり、製作が容易になり、装置を安価に製作できるという利点を有する。
【００２６】
図１０は本発明の第１実施形態の他の変形例を示す。この構成例では電極部９１を多層構造として形成しており、例えば５層で形成されている。各電極部９１は、例えば図６で示した例と同様に縦置き状態（垂直方向）で配置されている。各電極部９１は、例えば図３に示された電極部２１と実質的に同じ構成を有している。ただし電極部９１では直線状の管状電極の本数が多くなっている。各電極部９１では材料ガスが供給されかつ高周波電力が供給されることにより各管状電極の周囲にプラズマ９２が生成される。各電極部９１の両側には、ホルダ枠体９３に支持された基板（ガラス基板）９４が縦置きで配置されている。基板９４における電極部９１側の面が成膜面となる。また各基板９４の背面側にはヒータ９５が配置されている。この装置構成は、電極部９１とその両側に配置された基板９４とからなる構造体で１つのユニットが構成され、この構造体が５層形成された例となっている。かかる構成によれば、成膜処理の生産性をさらに高めることができる。
【００２７】
図１１は本発明による電極部の第２の実施形態を示す。この実施形態によるプラズマＣＶＤ装置で用いられる電極部６１は例えば四角環状の複数の管状電極６１ａ，６１ｂ，６１ｃによって構成される。管状電極の断面形状は円形であっても四角形であってもよい。管状電極６１ａ〜６１ｃは、図示しない基板に平行な仮想平面の上に配置され、かつ図１１に示されるごとく大きさを異ならせて内外に位置するように同心的位置関係にて配置されている。管状電極６１ａ〜６１ｃはほぼ等間隔に配置されている。中間に位置する管状電極６１ｂはガス供給用の管状電極であり、管状電極６１ｂの内側に配置された管状電極６１ａとその外側に配置された管状電極６１ｃはガス排気用の管状電極である。管状電極６１ｂには材料ガスが供給され、また管状電極６１ａ，６１ｃの出口側は排気系に接続されている。管状電極６１ｂの両側の側部には例えば等間隔で複数のガス吐出口が形成され、矢印のごとく材料ガスが吹き出される。管状電極６１ａ，６１ｃにおける管状電極６１ｂ側の側部には例えば等間隔で複数のガス吸入口が形成され、矢印のごとくガスが吸引される。管状電極６１ｂの基端に高周波電源６２が接続されている。以上の構成を有する電極部６１によっても前述した効果と同様な効果が発揮される。
【００２８】
図１２は本発明による電極部の第３の実施形態を示す。本発明に係るプラズマＣＶＤ装置の反応容器１１は下部容器１１ａと上部容器１１ｂから構成される。下部容器１１ａと上部容器１１ｂの間には絶縁リング７１が介設されている。下部容器１１ａにはヒータ７２を内蔵する基板ホルダ７３が設けられる。基板ホルダ７３はアースされている。基板ホルダ７３の上に基板７４が搭載されている。上部容器１１ｂの内部には本発明による電極部７５が設けられている。
【００２９】
電極部７５は、基板７４に対向する部分に、材料ガスを吹き出す複数のガス吐出口７６ａとガスを吸引する複数のガス吸入口７６ｂが形成された板材７６が設けられる。板材７６において、複数のガス吐出口７６ａとガス吸入口７６ｂは、前述のごとく材料ガスを基板７４の前面空間に生成されたプラズマ中に供給しかつ化学反応で生成された高次シラン等が速やかに排気されるように、互いに接近した位置関係で形成されている。上部容器１１ｂの天井部側から供給される材料ガスは、導入部７７を通して導入空間７８に導入される。材料ガスは、導入空間７８に設けられた拡散板７９を通り、さらに複数のパイプ状通路８０を通って分散状態で上記ガス吐出口７６ａから基板７４の前面空間に供給される。電極部７５の中央部には絶縁体８１を介して電極棒８２が設けられ、電極棒８２には高周波電力が供給されている。基板７４の前面空間では、高周波電力で放電の励振が行われ、プラズマが生成される。電極部７５には排気用空間８２が形成されている。基板７４の前面空間の反応領域で生成された高次シランはガス吸入口から速やかに吸い込まれ、排気用空間８２を通して外部へ排気される。この実施形態による電極部７５は、ガス供給用の管状電極、ガス排気用の管状電極を備えていないが、ガス供給用の複数のガス吐出口を有するガス供給体とガス排気用の複数のガス吸入口を有するガス排気体を備えているので、前述の実施形態の構成と実質的に同等の構成を有している。従って本実施形態による構成によっても前述した効果と同様な効果を生じさせることができる。
【００３０】
上記の各実施形態での高周波電力の供給について説明する。高周波電力の供給は好ましくは間欠的に行われる。大面積の絶縁材基板にプラズマＣＶＤ法によってアモルファスシリコン薄膜を成膜する場合には、均一の膜質および膜厚を形成するために、放電を励振する高周波電力を間欠的に供給することが好ましい。高周波電力が印加されている間に、放電空間内で高品質膜のプリカーサとなるＳｉＨ₃の他にＳｉＨ₂等とが発生する。ＳｉＨ₂等は、親分子であるＳｉＨ₄と逐次的に衝突して重合反応を起こし、粉を生成させる。生成された粉は、負に帯電し、プラズマ中で静電的に捕獲され、捕獲されている間にさらに重合反応が進行する。この結果、膜表面に粉が堆積する。上記間欠放電は、重合により生じた粉は、放電休止中の静電捕獲がない時間帯を利用して重合体を排気するという方法である。基板周辺からしか排気が行われない状態のまま大面積化すると、排気経路が長くなるために、この排気による重合体の排除効率が悪化し、放電休止期間をいたずらに延長する必要性が生じる。このために、実効的な成膜速度を低下させる原因となる。前述の実施形態で説明したように排気を高周波（ｒｆ）電極から行うことで、間欠放電法の本来持つ特長を維持したまま、大面積化が可能となる。
【００３１】
上記実施形態では、主にプラズマＣＶＤ装置としての構成・作用という観点で説明が行われたが、上記プラズマＣＶＤ装置の作用は太陽電池を作製するためのプラズマＣＶＤ方法として把握することができるのは勿論である。また上記のプラズマＣＶＤ装置あるいはプラズマＣＶＤ方法で作製された太陽電池は、そのアモルファスシリコン薄膜において、成膜の際のプラズマで発生する高次シラン等の副生成物の影響が低減されて、高い膜品質を有しているという特性を有している。従って品質の良い高い性能を有する太陽電池が作製される。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果が生じる。
本発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、プラズマを生成し大面積の基板にアモルファスシリコン薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において反応領域で生成される高次シランのガス等を速やかに排気できる構成を有した電極部を設けるようにしたため、大面積基板に対して膜品質が高いアモルファスシリコン薄膜を形成することができる。このプラズマＣＶＤ装置を太陽電池の作製装置として使用すると、アモルファスシリコン薄膜の膜品質を向上することができ、高い性能を有する太陽電池を作製することができる。
また太陽電池を作製する本発明に係るプラズマＣＶＤ方法によれば、基板の前面空間でガスを吸引して外部へ排気するようにしたため、プラズマ中に生じた高次シランガス等の副生成物が反応容器内に残留する時間を短くでき、副生成物が薄膜に影響を与えるのを防止し、太陽電池の薄膜品質を向上できる。
さらに本発明に係る太陽電池は、アモルファスシリコン薄膜における副生成物の付着量が低減され、品質を良好なものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマＣＶＤ装置の電極部の第１実施形態を示し、直線状の管状電極と基板の配置関係の一例を示す斜視図である。
【図２】直線状の管状電極と基板の配置関係の他の例を示す斜視図である。
【図３】図１に示した構成に基づいて基板に対してプラズマＣＶＤ成膜を行う際の各管状電極の作用を説明する図である。
【図４】図２に示した構成における材料ガスの供給とガスの排気の作用の一例を示す断面図である。
【図５】図４における材料ガスを供給する管状電極の一部を拡大し、材料ガスの供給状態と周囲に形成されるプラズマの状態を示す断面図である。
【図６】基板と管状電極を鉛直方向に配置した構成例（縦置き型）を示す図である。
【図７】材料ガス供給とガス排気を行う管状電極からなる電極部を梯子形態で構成した例を示す斜視図である。
【図８】梯子形態を有する電極部の材料ガス供給とガス排気の各状態を説明する図である。
【図９】梯子形態を有する電極部の実際の構成例を示す図である。
【図１０】本発明の第１実施形態で多層構造の縦置き型の例を示す断面図である。
【図１１】本発明に係るプラズマＣＶＤ装置の電極部の第２実施形態を示し、全体として四角環形状を有する管状電極の例を示す平面図である。
【図１２】本発明に係るプラズマＣＶＤ装置の電極部の第３実施形態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１１反応容器
２１電極部
２１ａ，２１ｃガス供給用の管状電極
２１ｂ，２１ｄガス排気用の管状電極
２２基板
２５ガス吐出口
２６ガス吸入口
３１高周波電源
３４プラズマ
４１電極部
４１ａ〜４１ｆ管状電極
５１梯子型電極部
６１電極部
６１ａ〜６１ｃ四角環状の管状電極
７４基板
７５電極部
７６ａガス吐出口
７６ｂガス吸入口
９１電極部
９４基板
９５ヒータ

Claims

真空ポンプで所定の真空状態に保持された反応容器内に基板を配置し、前記基板の成膜すべき面の前面空間に材料ガスを供給し高周波電力で放電励振を行ってプラズマを生成し化学気相成長により前記基板に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、
複数のガス吐出口を有しかつこれらのガス吐出口を通して前記前面空間に前記材料ガスを供給するガス供給用管体と、複数のガス吸入口を有しかつこれらのガス吸入口を通して周辺のガスを吸入し外部へ排気するガス排気用管体とを、別々に設け、
前記ガス供給用管体と前記ガス排気用管体は、前記ガス供給用管体の前記複数のガス吐出口と前記ガス排気用管体の前記複数のガス吸入口について個々のガス吐出口とガス吸入口が接近するように、配置され、
前記ガス供給用管体と前記ガス排気用管体のそれぞれには前記高周波電力が供給され、前記ガス供給用管体と前記ガス排気用管体は共に電極として構成される、
ことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
前記ガス供給用管体は前記基板に実質的に平行な仮想平面の上に配置される複数の直線状管体で構成され、前記ガス排気用管体は前記仮想平面の上に配置される複数の直線状管体で構成され、ガス供給用の前記複数の直線状管体とガス排気用の前記複数の直線状管体は実質的に平行に交互に配置され、前記ガス吐出口と前記ガス吸入口は対向して配置されることを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
ガス供給用の前記複数の直線状管体とガス排気用の前記複数の直線状管体は梯子形態を有するように構成されていることを特徴とする請求項２記載のプラズマＣＶＤ装置。
前記基板は２枚用意され、２枚の基板は平行に配置され、ガス供給用の前記複数の直線状管体とガス排気用の前記複数の直線状管体が配置される前記仮想平面は、前記２枚の基板の中間位置に設定されることを特徴とする請求項２または３記載のプラズマＣＶＤ装置。
ガス供給用の前記複数の直線状管体とガス排気用の前記複数の直線状管体からなる構造体の両側に前記基板を配置した構成を１つのユニットとし、このユニットを多層に設けて積層構造を構成し、前記基板の各々の背面側にヒータを設けるようにしたことを特徴とする請求項４記載のプラズマＣＶＤ装置。
ガス供給用の前記複数の直線状管体とガス排気用の前記複数の直線状管体の各々の高周波電流経路長は放電励振用の前記高周波電力の励振波長の１／２の自然数倍であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載のプラズマＣＶＤ装置。
前記基板の配置方向と、ガス供給用の前記複数の直線状管体とガス排気用の前記複数の直線状管体が配置される前記仮想平面の方向は、鉛直であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載のプラズマＣＶＤ装置。
前記ガス供給用管体は前記基板に実質的に平行な仮想平面の上に配置されかつ同心的位置関係にある複数の環状管体で構成され、前記ガス排気用管体は前記仮想平面の上に配置されかつ同心的位置関係にある複数の環状管体で構成され、ガス供給用の前記複数の環状管体とガス排気用の前記複数の環状管体は同心的位置関係を保持して交互に配置され、前記ガス吐出口と前記ガス吸入口は個々に対向して配置されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
前記基板は２枚用意され、２枚の基板は平行に配置され、ガス供給用の前記複数の環状管体とガス排気用の前記複数の環状管体が配置される前記仮想平面は、前記２枚の基板の中間位置に設定されることを特徴とする請求項８記載のプラズマＣＶＤ装置。
放電を励振する前記高周波電力の供給が間欠的に行われることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のプラズマＣＶＤ装置。
基板が配置された反応容器内に材料ガスを供給し、高周波電力で放電励振を行ってプラズマを生成して化学気相成長により前記基板に薄膜を形成し、太陽電池を作製するプラズマＣＶＤ方法において、
前記基板に表面の近くに配置された電極作用を有するガス供給用管体により前記基板の前面空間の前記プラズマ中に前記材料ガスを供給して薄膜形成を行い、前記プラズマ中に生じた副生成物を、この副生成物の前記反応容器内での残留時間が短くなるように、前記基板に表面の近くに配置された電極作用を有するガス排気用管体により前記基板の前記前面空間で吸引して排気し、前記副生成物が前記基板の前記薄膜に付着しないようにしたことを特徴とする太陽電池を作製するプラズマＣＶＤ方法。
前記副生成物は高次シランガスまたはその粉状物であることを特徴とする請求項１１記載の太陽電池を作製するプラズマＣＶＤ方法。