JP3406959B2 - Method for forming deposited film by microwave plasma CVD method - Google Patents
Method for forming deposited film by microwave plasma CVD methodInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は堆積膜形成用の原料ガス
をマイクロ波エネルギーで分解し基板上に堆積膜を形成
するマイクロ波プラズマCVD法による堆積膜形成方法
に関し、とりわけ、光起電力素子、薄膜トランジスタ
ー、センサー、電子写真用光受容部材等に好適な機能性
堆積膜形成方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a deposited film forming method by a microwave plasma CVD method in which a raw material gas for forming a deposited film is decomposed by microwave energy to form a deposited film on a substrate, and more particularly to a photovoltaic device. , A thin film transistor, a sensor, a photoreceptive member for electrophotography and the like, and a functional deposited film forming method suitable for the same.
【0002】また、本発明はマイクロ波プラズマCVD
法による機能性堆積膜を成膜する装置に関し、とりわ
け、太陽電池等の光起電力素子を連続的に成膜する装置
に関するものである。更に詳細には、ロールツーロール
法を用いて、太陽電池等の光起電力素子を大量生産する
装置に関するものである。The present invention also relates to microwave plasma CVD.
The present invention relates to an apparatus for forming a functionally deposited film by the method, and more particularly to an apparatus for continuously forming a photovoltaic element such as a solar cell. More specifically, the present invention relates to an apparatus for mass-producing photovoltaic elements such as solar cells using the roll-to-roll method.
【0003】[0003]
【従来の技術】従来、a−Si膜等を用いた光起電力素
子などの機能性堆積膜の成膜には、一般的には、プラズ
マCVD法が広く用いられており、企業化されている。
しかしながら、これを光起電力素子として電力需要を賄
うものとして確立させるためには、使用する光起電力素
子が、光電変換効率が充分に高く、特性安定性に優れた
ものであり、且つ大量生産し得るものであることが基本
的に要求される。そのためには、a−Si膜等を用いた
光起電力素子の成膜においては、電気的、光学的、光導
電的あるいは機械的特性及び繰り返し使用での疲労特性
あるいは使用環境特性の向上を図るとともに、大面積
化、膜厚及び膜質の均一化を図りながら、しかも高速成
膜によって再現性のある量産化を図らねばならないた
め、これらのことが、今後改善すべき問題点として指摘
されている。2. Description of the Related Art Conventionally, a plasma CVD method is generally widely used for forming a functional deposited film such as a photovoltaic element using an a-Si film, and has been commercialized. There is.
However, in order to establish this as a photovoltaic element that can meet the power demand, the photovoltaic element to be used must have sufficiently high photoelectric conversion efficiency and excellent characteristic stability, and be mass-produced. It is basically required to be able to do. To this end, in film formation of a photovoltaic element using an a-Si film or the like, electrical, optical, photoconductive or mechanical characteristics and fatigue characteristics in repeated use or use environment characteristics are improved. At the same time, it is necessary to achieve reproducible mass production by high-speed film formation while achieving a large area and uniform film thickness and film quality. .
【0004】そのような観点から、これまでマイクロ波
プラズマCVD法による堆積膜形成方法については多く
の報告がなされている。From such a point of view, many reports have been made on the method of forming a deposited film by the microwave plasma CVD method.
【0005】例えば、“Chemical Vapor
deposition of a−SiGe:H f
ilms utilizing a microwav
e−excited plasma”T.Watana
be,M.Tanaka,K.Azuma,M.Nak
atani,T.Sonobe,T.Simada,J
apanese Journal of Applie
d Physics,Vol.26,No.4,Apr
il,1987,pp.L288−L290、“Mic
rowave−excited plasma CVD
of a−Si:H films utilizin
g a hydrogen plasma strea
m or by direct excitation
ofsilane”T.Watanabe,M.Ta
naka,K.Azuma,M.Nakatani,
T.Sonobe,T.Simada,Japanes
eJournal of Applied Physi
cs,Vol.26,No.8,August,198
7,pp.1215−1218等にECRを使用したマ
イクロ波プラズマCVD法が記述されている。For example, "Chemical Vapor
deposition of a-SiGe: Hf
ilms utilizing a microvav
e-excited plasma "T. Watana
be, M .; Tanaka, K .; Azuma, M .; Nak
atani, T .; Sonobe, T .; Simada, J
apanese Journal of Applie
d Physics, Vol. 26, No. 4, Apr
il, 1987, pp. L288-L290, "Mic
rowave-excited plasma CVD
of a-Si: H films utilizin
ga adrogen plasma strea
m or by direct excitation
ofsilane "T. Watanabe, M. Ta
naka, K .; Azuma, M .; Nakatani,
T. Sonobe, T .; Simada, Japanes
eJournal of Applied Physi
cs, Vol. 26, No. 8, August, 198
7, pp. 125-1218 and the like describe a microwave plasma CVD method using ECR.
【0006】また公開特許公報昭59−16328「プ
ラズマ気相反応装置」及び公開特許公報昭59−567
24「マイクロ波プラズマによる薄膜形成方法」には、
マイクロ波プラズマCVD法で半導体膜を堆積する方法
が示されている。Further, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 59-16328 “Plasma vapor phase reactor” and Japanese Laid-Open Patent Publication No. 59-567.
24 "Microwave plasma thin film formation method"
A method of depositing a semiconductor film by a microwave plasma CVD method is shown.
【0007】また、rfプラズマCVD法においてアノ
ードとカソードとの間にメッシュ状の第三の電極を設け
る堆積膜の形成法が、“Preparation of
highly photosensitive hy
drogenated amorphous Si−G
e alloys using a triodepl
asma reactor”A.Matsuda e
t.al.,Applied Physics Let
ters,Vol.47 No.10,15Novem
ber 1985 pp.1061−1063に示され
ている。Further, in the rf plasma CVD method, a method of forming a deposited film in which a mesh-shaped third electrode is provided between an anode and a cathode is "Preparation of".
highly photosensitive hy
drowned amorphous Si-G
e alloys using a triodepl
asma reactor "A.Matsuda e
t. al. , Applied Physics Let
ters, Vol. 47 No. 10,15 Novem
ber 1985 pp. 1061-1063.
【0008】さらに、光起電力素子を用いる発電方式に
あっては、単位モジュールを直列又は並列に接続し、ユ
ニット化して所望の電流、電圧を得る形式が採用される
ことが多く、各モジュールにおいては断線やショートが
生起しないことが要求される。加えて、各モジュール間
の出力電圧や出力電流のばらつきのないことが重要であ
る。こうしたことから、少なくとも単位モジュールを成
膜する段階でその最大の特性決定要素である半導体層そ
のものの特性均一性が確保されていることが要求され
る。そして、モジュール設計をし易くし、且つモジュー
ル組立工程の簡略化できるようにする観点から大面積に
亘って特性均一性の優れた半導体堆積膜が提供されるこ
とが光起電力素子の量産性を高め、生産コストの大幅な
低減を達成せしめるについて要求される。Further, in a power generation method using a photovoltaic element, a form in which unit modules are connected in series or in parallel and unitized to obtain a desired current and voltage is often adopted. Is required not to cause disconnection or short circuit. In addition, it is important that there is no variation in output voltage or output current between modules. For this reason, at least at the stage of forming the unit module, it is required to secure the characteristic uniformity of the semiconductor layer itself, which is the largest characteristic determining factor. Further, from the viewpoint of facilitating the module design and simplifying the module assembling process, it is possible to provide a semiconductor deposited film having excellent property uniformity over a large area, thereby improving the mass productivity of photovoltaic devices. It is required to increase the production cost and to significantly reduce the production cost.
【0009】光起電力素子については、その重要な構成
要素たる半導体層は、いわゆるpn接合、pin接合等
の半導体接合がなされている。a−Si等の薄膜半導体
を用いる場合、ホスフィン(PH3 )、ジボラン(B2
H6 )等のドーパントとなる元素を含む原料ガスを主原
料ガスであるシラン等に混合してグロー放電分解するこ
とにより所望の導電型を有する半導体膜が得られ、所望
の基板上にこれらの半導体膜を順次積層成膜することに
よって容易に前述の半導体接合が達成できることが知ら
れている。そしてこのことから、a−Si系の光起電力
素子を成膜するについて、その各々の半導体層成膜用の
独立した成膜室を設け、該成膜室にて各々の半導体層の
成膜を行なう方法が提案されている。In the photovoltaic element, a semiconductor layer which is an important component thereof has a semiconductor junction such as a so-called pn junction or pin junction. When a thin film semiconductor such as a-Si is used, phosphine (PH 3 ) and diborane (B 2
A raw material gas containing an element serving as a dopant such as H 6 ) is mixed with silane, which is a main raw material gas, and glow discharge decomposed to obtain a semiconductor film having a desired conductivity type. It is known that the aforementioned semiconductor junction can be easily achieved by sequentially forming semiconductor films. From this fact, in forming an a-Si photovoltaic element, an independent film forming chamber for forming each semiconductor layer is provided, and each semiconductor layer is formed in the film forming chamber. A method of doing is proposed.
【0010】因に米国特許4,400,409号特許明
細書には、ロール・ツー・ロール(Roll to R
oll)方式を採用した連続プラズマCVD装置が開示
されている。この装置によれば、複数のグロー放電領域
を設け、所望の幅の十分に長い可撓性の基板を、該基板
が前記各グロー放電領域を順次貫通する経路に沿って配
置し、前記各グロー放電領域において必要とされる導電
型の半導体層を堆積しつつ、前記基板をその長手方向に
連続的に搬送せしめることによって、半導体接合を有す
る素子を連続成膜することができるとされている。な
お、該明細書においては、各半導体層成膜時に用いるド
ーパントガスが他のグロー放電領域へ拡散、混入するの
を防止するにはガスゲートが用いられている。具体的に
は、前記各グロー放電領域同志を、スリット状の分離通
路によって相互に分離し、さらに該分離通路に例えばA
r、H2 等の掃気用ガスの流れを成膜させる手段が採用
されている。こうしたことからこのロール・ツー・ロー
ル方式は、半導体素子の量産に適する方式であるもの
の、前述したように、光起電力素子を大量に普及させる
ためには、さらなる光電変換効率、特性安定性や特性均
一性の向上、成膜コストの低減が望まれている。Incidentally, US Pat. No. 4,400,409 discloses a roll-to-roll (Roll to R) method.
There is disclosed a continuous plasma CVD apparatus adopting the Oll system. According to this apparatus, a plurality of glow discharge regions are provided, and a sufficiently long flexible substrate having a desired width is arranged along a path through which the substrates sequentially pass through the glow discharge regions. It is said that an element having a semiconductor junction can be continuously formed by continuously transporting the substrate in the longitudinal direction while depositing a conductive type semiconductor layer required in the discharge region. In this specification, a gas gate is used to prevent the dopant gas used in forming each semiconductor layer from diffusing and mixing into another glow discharge region. Specifically, the glow discharge regions are separated from each other by a slit-like separation passage, and the separation passage is provided with, for example, A
Means for forming a film of a flow of scavenging gas such as r or H 2 is adopted. For this reason, this roll-to-roll system is a system suitable for mass production of semiconductor devices, but as described above, in order to popularize a large number of photovoltaic devices, further photoelectric conversion efficiency, characteristic stability, and It is desired to improve property uniformity and reduce film formation cost.
【0011】特に、光電変換効率や特性安定性の向上の
ためには、各単位モジュールの光電変換効率や特性劣化
率を0.1%刻み(割合で約1.01倍相当)で改良す
るのは当然であるが、更には、単位モジュールを直列又
は並列に接続し、ユニット化した際には、ユニットを構
成する各単位モジュールの内の最小の電流又は電圧特性
の単位モジュールが律速してユニット特性が決るため、
各単位モジュールの平均特性を向上させるだけでなく、
特性バラツキも小さくすることが非常に重要となる。そ
のために単位モジュールを成膜する段階でその最大の特
性決定要素である半導体層そのものの特性均一性を確保
することが望まれている。また、成膜コストの低減のた
めに、各モジュールにおいては断線やショートが生起し
ないように、半導体層の欠陥を減らすことにより、歩留
まりを向上させることが強く望まれている。In particular, in order to improve the photoelectric conversion efficiency and the characteristic stability, the photoelectric conversion efficiency and the characteristic deterioration rate of each unit module should be improved in 0.1% increments (corresponding to about 1.01 times in proportion). Of course, when the unit modules are connected in series or in parallel and made into a unit, the unit module having the minimum current or voltage characteristic among the unit modules constituting the unit is the rate-determining unit. Because the characteristics are determined,
Not only improve the average characteristics of each unit module,
It is very important to reduce the characteristic variation. Therefore, it is desired to secure the characteristic uniformity of the semiconductor layer itself, which is the largest characteristic determining factor, at the stage of forming the unit module. Further, in order to reduce the film formation cost, it is strongly desired to improve the yield by reducing defects in the semiconductor layer so that disconnection or short circuit does not occur in each module.
【0012】したがって、連続して移動する帯状部材上
への半導体層の堆積において、特性の均一性を確保し、
欠陥を減らすための作製装置の早期の提供が望まれてい
る。Therefore, in the deposition of the semiconductor layer on the continuously moving strip-shaped member, the uniformity of the characteristics is ensured,
It is desired to provide a manufacturing device at an early stage to reduce defects.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のマイクロ波プラズマCVD法による堆積膜の形成方
法においては、以下のような問題点があった。However, the conventional method of forming a deposited film by the microwave plasma CVD method has the following problems.
【0014】(1)例えば非単結晶半導体膜(1例とし
てはアモルファスシリコンa−Si:H)等を堆積した
場合、堆積速度が遅い、電気特性が悪い、光照射下で長
時間使用した場合の劣化が多い等の問題点があった。特
に堆積速度を大きくした場合に、前記半導体膜の電気特
性、基板との密着性等の悪化は著しいものであった。(1) For example, when a non-single crystal semiconductor film (for example, amorphous silicon a-Si: H) is deposited, the deposition rate is slow, the electrical characteristics are poor, and the film is used for a long time under light irradiation. There was a problem that there was a lot of deterioration. In particular, when the deposition rate was increased, the electrical characteristics of the semiconductor film, the adhesion to the substrate, and the like were significantly deteriorated.
【0015】(2)堆積膜形成用の原料ガスが少ない領
域ではプラズマが不安定であるという問題点があった。(2) There is a problem that the plasma is unstable in a region where the raw material gas for forming the deposited film is small.
【0016】(3)プラズマが不均一になり易く、形成
された堆積膜の膜厚や特性にムラが生じ易く、その結果
として太陽電池や薄膜トランジスター、電子写真用光受
容部材等のデバイス特性や歩留まりを低下させるという
問題点があった。(3) The plasma is likely to be non-uniform, and the thickness and characteristics of the deposited film formed are likely to be uneven, resulting in device characteristics such as solar cells, thin film transistors, and electrophotographic light-receiving members. There is a problem that the yield is reduced.
【0017】(4)堆積膜の形成中に膜の構造、ひいて
は堆積膜の特性に悪影響を与える不要なイオンや電子に
よる堆積膜表面へのダメージが多く存在するため、得ら
れる各種電子デバイスの歩留まり及び特性が悪いものに
なってしまうという問題点があった。(4) During the formation of the deposited film, there are many damages to the surface of the deposited film by unnecessary ions and electrons which adversely affect the structure of the film and the characteristics of the deposited film. Also, there is a problem in that the characteristics become poor.
【0018】従って、本発明は上記従来技術の問題点に
鑑み、以下の課題を解決することを目的とする。Therefore, the present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object thereof is to solve the following problems.
【0019】(1)堆積速度を1nm/sec以上に大
きくしても電気特性に優れ、光劣化の少ない、非単結晶
半導体膜の堆積膜を均一且つ安定的に形成する方法を提
供する。(1) To provide a method for uniformly and stably forming a deposited film of a non-single-crystal semiconductor film, which has excellent electric characteristics even when the deposition rate is increased to 1 nm / sec or more and has little photodegradation.
【0020】(2)プラズマの均一性、安定性を高める
ことにより、形成された堆積膜の膜厚や特性の均一性、
再現性を向上させ、その結果として光起電力素子や薄膜
トランジスター、センサー、電子写真等のデバイス特性
や歩留まりを向上させ、これら電子デバイスの製造コス
トを低減する方法を提供する。(2) By increasing the uniformity and stability of plasma, the uniformity of the thickness and characteristics of the deposited film formed,
Provided is a method of improving reproducibility and, as a result, improving device characteristics and yield of photovoltaic elements, thin film transistors, sensors, electrophotography, etc., and reducing the manufacturing cost of these electronic devices.
【0021】(3)堆積膜の特性に悪影響を与える異常
放電の発生を抑えつつ、堆積膜の形成中に膜の構造緩和
に有効に寄与するエネルギーを有する活性種を大面積に
わたり均一に供給することを可能とし、且つ堆積膜の特
性に悪影響を与える不要なイオンや電子による堆積膜表
面へのダメージを低減することにより所望の特性を有す
る堆積膜を均一に形成し、その結果得られる各種電子デ
バイスの歩留まり及び特性の向上を可能ならしめる堆積
膜形成方法を提供する。(3) While suppressing the occurrence of abnormal discharge that adversely affects the characteristics of the deposited film, active species having energy that effectively contributes to structural relaxation of the film during the formation of the deposited film are uniformly supplied over a large area. It is possible to uniformly form a deposited film having desired characteristics by reducing damage to the surface of the deposited film by unnecessary ions and electrons that adversely affect the characteristics of the deposited film. Provided is a deposited film forming method capable of improving the yield and characteristics of devices.
【0022】[0022]
【問題点を解決するための手段】上記(1)乃至(3)
の目的を達成する本発明は、下記の如き堆積膜形成方法
である。即ち、
(1)低圧下で堆積膜形成用の原料ガスをマイクロ波エ
ネルギーで分解し基板上に堆積膜を形成するマイクロ波
プラズマCVD法において、内圧50mTorr以下の
真空度で、該原料ガスを100%分解するに必要なマイ
クロ波エネルギーより小さなマイクロ波エネルギーを前
記原料ガスに作用させると同時に、作用させるマイクロ
波エネルギーより大きなrfエネルギーを前記原料ガス
に作用させ、かつ、作用させるマイクロ波エネルギーに
よって前記原料ガスが主に分解される空間と基板との間
に導電性金属からなるメッシュを介在させ、かつ、該メ
ッシュにDCバイアス電圧を印加することを特徴とする
マイクロ波プラズマCVD法による堆積膜形成方法。[Means for Solving Problems] (1) to (3)
The present invention that achieves the above object is a deposited film forming method as described below. That is, (1) In a microwave plasma CVD method in which a raw material gas for forming a deposited film is decomposed by microwave energy under a low pressure to form a deposited film on a substrate, the raw material gas is 100 % Microwave energy smaller than the microwave energy required for decomposition is applied to the raw material gas, and at the same time, rf energy larger than the applied microwave energy is applied to the raw material gas, and Forming a deposited film by a microwave plasma CVD method, characterized in that a mesh made of a conductive metal is interposed between a space in which a source gas is mainly decomposed and a substrate, and a DC bias voltage is applied to the mesh. Method.
【0023】(2)低圧下で堆積膜形成用の原料ガスを
マイクロ波エネルギーで分解し基板上に堆積膜を形成す
るマイクロ波プラズマCVD法において、内圧50mT
orr以下の真空度で、該原料ガスを100%分解する
に必要なマイクロ波エネルギーより小さなマイクロ波エ
ネルギーを前記原料ガスに作用させると同時に、作用さ
せるマイクロ波エネルギーより大きなrfエネルギーを
前記原料ガスに作用させ、かつ、作用させるマイクロ波
エネルギーによって前記原料ガスが主に分解される空間
と基板との間に導電性金属からなるメッシュを介在さ
せ、かつ、堆積膜形成時において該メッシュを100℃
以上の温度に加熱・保持することを特徴とするマイクロ
波プラズマCVD法による堆積膜形成方法。(2) In a microwave plasma CVD method in which a raw material gas for forming a deposited film is decomposed by microwave energy under a low pressure to form a deposited film on a substrate, an internal pressure of 50 mT
At a vacuum degree of orr or less, a microwave energy smaller than the microwave energy required for 100% decomposition of the source gas is applied to the source gas, and at the same time, an rf energy larger than the microwave energy to be applied is applied to the source gas. A mesh made of a conductive metal is interposed between the substrate and the space in which the source gas is mainly decomposed by the microwave energy to be caused to act, and the mesh is kept at 100 ° C. when the deposited film is formed.
A method of forming a deposited film by a microwave plasma CVD method, which comprises heating and holding at the above temperature.
【0024】(3)低圧下で堆積膜形成用の原料ガスを
マイクロ波エネルギーで分解し基板上に堆積膜を形成す
るマイクロ波プラズマCVD法において、内圧50mT
orr以下の真空度で、該原料ガスを100%分解する
に必要なマイクロ波エネルギーより小さなマイクロ波エ
ネルギーを前記原料ガスに作用させると同時に、作用さ
せるマイクロ波エネルギーより大きなrfエネルギーを
前記原料ガスに作用させ、かつ、作用させるマイクロ波
エネルギーによって前記原料ガスが主に分解される空間
と基板との間に導電性金属からなるメッシュを介在さ
せ、かつ、該メッシュにrfバイアス電圧を印加するこ
とを特徴とするマイクロ波プラズマCVD法による堆積
膜形成方法。(3) In a microwave plasma CVD method in which a raw material gas for forming a deposited film is decomposed by microwave energy under a low pressure to form a deposited film on a substrate, an internal pressure of 50 mT
At a vacuum degree of orr or less, a microwave energy smaller than the microwave energy required for 100% decomposition of the source gas is applied to the source gas, and at the same time, an rf energy larger than the microwave energy to be applied is applied to the source gas. A mesh made of a conductive metal is interposed between the substrate and the space in which the source gas is mainly decomposed by the microwave energy to be caused to act, and an rf bias voltage is applied to the mesh. A characteristic method for forming a deposited film by a microwave plasma CVD method.
【0025】以下、本発明について詳細に説明する。The present invention will be described in detail below.
【0026】[0026]
【作用】上記(1)乃至(3)に記載の本発明堆積膜形
成方法における堆積メカニズムの詳細は未だ完全に明ら
かではないが、次のように考えられる。The details of the deposition mechanism in the method of forming a deposited film according to the present invention described in (1) to (3) above are not completely clear yet, but it is considered as follows.
【0027】原料ガスを100%分解するに必要なマイ
クロ波エネルギーより小さなマイクロ波エネルギーを前
記原料ガスに作用させることによって、大きいrfエネ
ルギーをマイクロ波エネルギーと同時に前記原料ガスに
作用させて堆積膜を形成するに適した活性種を選択でき
るものと考えられる。更に原料ガスを分解するときの堆
積室内の内圧が50mTorr以下の状態では良質な堆
積膜を形成するに適した活性種の平均自由行程が充分に
長いために気相反応が極力抑えられると考えられる。そ
してまた堆積室内の内圧が50mTorr以下の状態で
はrfエネルギーは、原料ガスの分解にほとんど影響を
与えず、プラズマと、メッシュを含む堆積室内壁面との
間の電位を制御しているものと考えられる。By applying a microwave energy smaller than the microwave energy required for 100% decomposition of the source gas to the source gas, a large rf energy is applied to the source gas at the same time as the microwave energy to form a deposited film. It is believed that the active species suitable for forming can be selected. Furthermore, when the internal pressure in the deposition chamber when decomposing the source gas is 50 mTorr or less, it is considered that the gas phase reaction is suppressed as much as possible because the mean free path of active species suitable for forming a good quality deposited film is sufficiently long. . It is also considered that when the internal pressure in the deposition chamber is 50 mTorr or less, the rf energy has almost no effect on the decomposition of the source gas, and controls the potential between the plasma and the deposition chamber inner wall including the mesh. .
【0028】即ちマイクロ波エネルギーのみを投入した
場合、プラズマと堆積室内壁面との間の電位差は小さい
が、rfエネルギーをマイクロ波エネルギーと同時に投
入することによってプラズマと堆積室内壁面との間の電
位差(一般に堆積室内壁面に対してプラズマ側がプラス
となる)を大きくすることができる。このようにプラズ
マ電位が堆積室内壁面に対してプラスで高いことによっ
て、マイクロ波エネルギーで分解した活性種の内、プラ
ズマ電位で加速されたプラスイオンが主としてメッシュ
を通り抜けて基板上に衝突し適当な表面エネルギーを与
えることによって堆積膜表面での緩和反応が促進され良
質な堆積膜が得られるものと考えられる。特にこの効果
は堆積速度数が1nm/sec以上のときに効果が顕著
になるものである。That is, when only microwave energy is input, the potential difference between the plasma and the inner wall surface of the deposition chamber is small, but when the rf energy is input at the same time as the microwave energy, the potential difference between the plasma and the inner wall surface of the deposition chamber ( In general, the plasma side becomes positive with respect to the wall surface of the deposition chamber). Since the plasma potential is positively high with respect to the inner wall surface of the deposition chamber, positive ions accelerated by the plasma potential among the active species decomposed by microwave energy mainly pass through the mesh and collide with each other on the substrate. It is considered that by giving the surface energy, the relaxation reaction on the surface of the deposited film is promoted and a good quality deposited film can be obtained. This effect is particularly remarkable when the deposition rate is 1 nm / sec or more.
【0029】更にrfはDCと違って周波数が高いため
電離したイオンと電子の分布によってプラズマと堆積室
内壁面の電位差が決まってくる。すなわちイオンと電子
のシナジティクによってメッシュとプラズマの電位差が
決まってくるものである。従ってrfエネルギーを重畳
したマイクロ波プラズマCVD法では、堆積室内で異常
放電が起こりにくいという知見がこれまでに得られてい
る。Further, since rf has a high frequency unlike DC, the potential difference between the plasma and the inner wall surface of the deposition chamber is determined by the distribution of ionized ions and electrons. That is, the potential difference between the mesh and the plasma is determined by the synergy of ions and electrons. Therefore, in the microwave plasma CVD method in which the rf energy is superimposed, it has been found that abnormal discharge is unlikely to occur in the deposition chamber.
【0030】また、万一異常放電が発生したとしても、
導電性金属からなるメッシュをプラズマと基板の間に介
在させることによって、異常放電が基板に与える悪影響
を低減することができる。Further, even if an abnormal discharge should occur,
By interposing a mesh made of a conductive metal between the plasma and the substrate, it is possible to reduce the adverse effect of abnormal discharge on the substrate.
【0031】この際に、メッシュが存在することによっ
て、不用なイオンや電子が基板に到達することによって
生ずる堆積膜のダメージを効果的に低減させることがで
きる。At this time, the presence of the mesh can effectively reduce damage to the deposited film caused by unwanted ions and electrons reaching the substrate.
【0032】更に、前記メッシュに適当なDCバイアス
電圧を印加することによって、上記のような電界による
効果を補正及び強調することが可能であり、メッシュを
通り抜けたイオンに適度な加速度を与えることによって
堆積膜の表面に与えるエネルギーの最適化が可能となる
と同時に堆積膜に悪影響を与える不要なイオンや電子の
衝撃を有効に低減することが可能となる。Further, by applying an appropriate DC bias voltage to the mesh, it is possible to correct and enhance the effect of the electric field as described above, and by applying an appropriate acceleration to the ions passing through the mesh. It is possible to optimize the energy applied to the surface of the deposited film, and at the same time, it is possible to effectively reduce the impact of unnecessary ions and electrons that adversely affect the deposited film.
【0033】また、堆積膜形成時において該メッシュを
100℃以上の温度に加熱・保持することによって、堆
積膜の形成過程における膜中の構造緩和に有効に寄与す
るエネルギーを有する活性種の寿命が延び、堆積膜表面
に該活性種を豊富に供給することが可能となる。その結
果として、堆積膜の形成過程における膜中の構造緩和が
進み、堆積膜中のネットワークの乱れが低減し、成膜さ
れる電子デバイスの電気特性や信頼性を向上させること
が可能となる。Further, by heating and holding the mesh at a temperature of 100 ° C. or higher during the formation of the deposited film, the lifetime of active species having energy that effectively contributes to structural relaxation in the film during the formation process of the deposited film. It becomes possible to extend and supply the active species in abundance to the surface of the deposited film. As a result, structural relaxation in the deposited film is promoted during the formation process of the deposited film, disturbance of the network in the deposited film is reduced, and electrical characteristics and reliability of the electronic device to be deposited can be improved.
【0034】また、前記メッシュに適当なrfバイアス
電圧を印加することによって、電離したイオンと電子の
シナジティクにより定まる電界強度がメッシュと基板の
間に得られる。この電界によってイオンと電子に有効な
加速度が与えられ、堆積膜の形成過程における膜中の構
造緩和に寄与するエネルギーを有する活性種を有効に選
択すると同時に堆積膜に有害なダメージを与える不用な
電子、イオンの影響を有効に低減することにより堆積膜
中のネットワークの乱れを低減せしめることができる。
また、rfバイアス電圧をメッシュに印加した場合、該
メッシュと基板の間の電界による異常放電が起こりにく
いという知見が得られている。By applying an appropriate rf bias voltage to the mesh, the electric field strength determined by the synergy of ionized ions and electrons can be obtained between the mesh and the substrate. This electric field provides effective acceleration to ions and electrons, effectively selecting active species having energy that contributes to structural relaxation in the deposited film formation process, and at the same time, unnecessary electrons that cause harmful damage to the deposited film. By effectively reducing the influence of ions, it is possible to reduce the disorder of the network in the deposited film.
Further, it has been found that when an rf bias voltage is applied to the mesh, abnormal discharge due to an electric field between the mesh and the substrate is unlikely to occur.
【0035】上記本発明堆積膜形成方法及びその方法を
用いる堆積膜製作装置により好適に製造される堆積膜
は、非単結晶半導体膜、特に非晶質水素化シリコン膜
(a−Si:Hと略記)、非晶質水素化ハロゲン化シリ
コン膜(a−Si:HXと略記)、非晶質水素化シリコ
ンゲルマニウム膜(a−SiGe:Hと略記)非晶質水
素化ハロゲン化シリコンゲルマニウム膜(a−SiG
e:HXと略記)、非晶質水素化炭化シリコン膜(a−
SiC:Hと略記)及び非晶質水素化ハロゲン化炭化シ
リコン膜(a−SiC:HXと略記)(前記水素の全部
又は一部を重水素で置き換えたものであってもよい)等
である。The deposited film preferably manufactured by the above-described deposited film forming method of the present invention and the deposited film manufacturing apparatus using the method is a non-single crystal semiconductor film, particularly an amorphous hydrogenated silicon film (a-Si: H). Abbreviated), amorphous hydrogenated silicon halide film (abbreviated as a-Si: HX), amorphous hydrogenated silicon germanium film (abbreviated as a-SiGe: H) amorphous hydrogenated silicon halide germanium film (abbreviated) a-SiG
e: abbreviated as HX), an amorphous hydrogenated silicon carbide film (a-
SiC: H) and an amorphous hydrogenated halogenated silicon carbide film (abbreviated as a-SiC: HX) (all or part of the hydrogen may be replaced with deuterium) and the like. .
【0036】以下図面に従って本発明の堆積膜形成方法
及びその方法を実施する堆積膜作製装置を更に詳細に説
明する。The deposited film forming method of the present invention and the deposited film forming apparatus for carrying out the method will be described below in more detail with reference to the drawings.
【0037】まず、前記(1)の本発明方法について説
明する。First, the method (1) of the present invention will be described.
【0038】図1は本発明の堆積膜形成方法を適用する
に適した作製装置システムの一例を説明するための概略
的模式図である。図2は、本発明の堆積膜形成方法によ
り形成した光起電力素子例の模式的説明図である。図3
は、光起電力素子を形成する場合の基板上に光反射層と
光反射増加層とを堆積するためのDCマグネトロンスパ
ッター装置の模式的説明図である。図4は、光起電力素
子の透明電極及び集電電極を堆積するための抵抗加熱真
空蒸着装置の模式的説明図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an example of a manufacturing apparatus system suitable for applying the deposited film forming method of the present invention. FIG. 2 is a schematic explanatory view of an example of a photovoltaic element formed by the deposited film forming method of the present invention. Figure 3
FIG. 4 is a schematic explanatory diagram of a DC magnetron sputtering apparatus for depositing a light reflection layer and a light reflection enhancement layer on a substrate when forming a photovoltaic element. FIG. 4 is a schematic explanatory view of a resistance heating vacuum vapor deposition apparatus for depositing a transparent electrode and a collector electrode of a photovoltaic element.
【0039】図1に模式的に示す作製装置システムに基
づいて本発明の堆積膜形成方法を説明する。図1に示す
作製装置システムは、作製装置100と原料ガス供給装
置1020から構成されている。The deposited film forming method of the present invention will be described based on the manufacturing apparatus system schematically shown in FIG. The manufacturing apparatus system shown in FIG. 1 includes a manufacturing apparatus 100 and a source gas supply device 1020.
【0040】作製装置100は、堆積室101、マイク
ロ波導入用の誘電体窓102、ガス導入管103、基板
104、加熱ヒータ105、真空計106、コンダクタ
ンスバルブ107、補助バルブ108、リークバルブ1
09、マイクロ波導入用の導波部110、プラズマにバ
イアス電圧を印加するためのバイアス電源111、バイ
アス棒112、メッシュ113、メッシュにDCバイア
ス電圧を印加するためのDCバイアス電源114等から
構成されている。The production apparatus 100 includes a deposition chamber 101, a dielectric window 102 for introducing microwaves, a gas introduction tube 103, a substrate 104, a heater 105, a vacuum gauge 106, a conductance valve 107, an auxiliary valve 108, and a leak valve 1.
09, a waveguide section 110 for introducing microwaves, a bias power source 111 for applying a bias voltage to plasma, a bias rod 112, a mesh 113, a DC bias power source 114 for applying a DC bias voltage to the mesh, and the like. ing.
【0041】本発明の堆積膜形成方法において好適に用
いられるメッシュ113を構成する材料として、Ni、
ステンレス、Al、Cr、Mo、Au、Nb、Ta、
V、Ti、Pt、Pb、Sn等の金属の単体もしくはこ
れらの合金を挙げることができる。とりわけAlは加工
が容易でありかつ電気伝導度が大きいので好ましい。ま
た、ステンレス、Ni等もプラズマに対する耐久性が高
いので好ましい。これらの材料の中から所望の堆積膜を
形成するために適宜選択して用いる。As a material forming the mesh 113 that is preferably used in the deposited film forming method of the present invention, Ni,
Stainless steel, Al, Cr, Mo, Au, Nb, Ta,
Examples include simple metals such as V, Ti, Pt, Pb, and Sn, and alloys thereof. Particularly, Al is preferable because it is easy to process and has high electric conductivity. In addition, stainless steel, Ni, etc. are preferable because they have high durability against plasma. The material is appropriately selected and used from these materials to form a desired deposited film.
【0042】本発明の堆積膜形成方法において好適に用
いられるメッシュ113の形状としては、線状の素材を
編んだもの、板状の素材に細かい切り目を入れて引き広
げたもの(エクスパンデッドメタル)、パンチングメタ
ル等様々なものが用いられ得るが、メッシュ開口部の最
大径が10mm以下であることが、活性種の選択性やプ
ラズマの安定性を確保する点から好ましく、開口率が1
0%以上であることが原料ガスの利用率を高くし、成膜
室内部の圧力むらを小さくする点から好ましい。メッシ
ュ113と基板104との距離はメッシュ113の開口
率や内圧やDCバイアス電圧等の諸条件によって適宜定
められるものであるが、通常2〜30mmの範囲内で堆
積膜の膜厚や特性にむらが現われずかつ特性が最適とな
るように設定される。The shape of the mesh 113 preferably used in the deposited film forming method of the present invention is a knitted material of a linear material, or a material of a plate material which is expanded by making fine cuts (expanded metal). ), Various materials such as punching metal can be used, but it is preferable that the maximum diameter of the mesh opening is 10 mm or less in order to secure the selectivity of active species and the stability of plasma, and the opening ratio is 1
It is preferably 0% or more from the viewpoint of increasing the utilization factor of the source gas and reducing the pressure unevenness inside the film forming chamber. The distance between the mesh 113 and the substrate 104 is appropriately determined according to various conditions such as the aperture ratio of the mesh 113, the internal pressure, and the DC bias voltage. Usually, the thickness and characteristics of the deposited film are uneven within a range of 2 to 30 mm. Is set and the characteristics are optimized.
【0043】また、メッシュ113に対してDCバイア
ス電圧を印加するために、該メッシュは基板104及び
堆積室101等に対して電気的に絶縁されており、メッ
シュ用DCバイアス電源114に連結されている。In order to apply a DC bias voltage to the mesh 113, the mesh is electrically insulated from the substrate 104, the deposition chamber 101, etc., and is connected to the mesh DC bias power source 114. There is.
【0044】また、メッシュ113は少なくとも基板1
04の表面を覆うように設置されるものであり、図1に
示すように堆積室101の内部を2分割するように設置
されていてもよいし、基板104及び加熱ヒーター10
5を取り囲むように設置されていてもよい。The mesh 113 is at least the substrate 1.
It is installed so as to cover the surface of 04, and may be installed so as to divide the inside of the deposition chamber 101 into two as shown in FIG. 1, or the substrate 104 and the heater 10.
It may be installed so as to surround 5.
【0045】また、基板104の近傍に堆積室101の
外部から操作が可能なシャッター115を設置すること
によって基板104への堆積膜の形成を制御することが
好ましい。シャッター115は、メッシュ113と基板
104の間に設置する方が、該シャッター115の開閉
によってプラズマに与える影響が小さいので好ましい。Further, it is preferable to control the formation of the deposited film on the substrate 104 by installing a shutter 115 that can be operated from the outside of the deposition chamber 101 near the substrate 104. It is preferable to install the shutter 115 between the mesh 113 and the substrate 104 because the opening and closing of the shutter 115 has less influence on plasma.
【0046】また、図1では基板104及びメッシュ1
13がマイクロ波の導入方向に対して垂直に設置されて
いるが、本発明はこれに限定されるものではなく、平行
あるいは斜めに設置することも可能である。Further, in FIG. 1, the substrate 104 and the mesh 1
Although 13 is installed perpendicularly to the microwave introduction direction, the present invention is not limited to this, and it is also possible to install it in parallel or obliquely.
【0047】また、該メッシュ113は所望の堆積膜形
成条件に応じて堆積室101内の真空を保ったままで外
部からの操作で実質上取り除くことが可能であることが
好ましい。これと同様に外部からの操作でメッシュを他
の種類・形状のものに交換可能であることがより好まし
い。更に、該メッシュ113が連続的もしくは断続的に
移動可能(例えば送出しロールと巻取りロールを備える
装置)であることはメッシュに付着する堆積膜の影響を
小さくできるという点で好ましい。Further, it is preferable that the mesh 113 can be substantially removed by an operation from the outside while keeping the vacuum in the deposition chamber 101 according to a desired deposition film forming condition. Similarly, it is more preferable that the mesh can be exchanged for another type and shape by an external operation. Further, it is preferable that the mesh 113 can be moved continuously or intermittently (for example, a device including a delivery roll and a winding roll) because the influence of a deposited film attached to the mesh can be reduced.
【0048】原料ガス供給装置1020は、原料ガス導
入用の導入バルブ1041〜1046、マスフローコン
トローラー1021〜1026、マスフローコントロー
ラーの1次バルブ1031〜1036、圧力調整器10
61〜1066、ボンベのバルブ1051〜1056、
原料ガスボンベ1071〜1076等から構成されてい
る。The raw material gas supply device 1020 includes the introduction valves 1041 to 1046 for introducing the raw material gas, the mass flow controllers 1021 to 1026, the primary valves 1031 to 1036 of the mass flow controller, and the pressure regulator 10.
61 to 1066, cylinder valves 1051 to 1056,
It is composed of raw material gas cylinders 1071 to 1076 and the like.
【0049】以下、上記成膜システムによる成膜手順の
1例を説明する。An example of the film forming procedure by the above film forming system will be described below.
【0050】まず図1の堆積室101内に堆積膜形成用
の基板104を取り付け堆積室内を10-5Torr台以
下に充分に排気する。この排気にはターボ分子ポンプが
適しているが、オイル拡散ポンプであってもよい。ただ
し、オイル拡散ポンプを用いる場合はオイルが堆積室に
逆拡散しないように堆積室101の内圧が10-4以下に
なったらH2 、He、Ar、Ne、Kr、Xe等のガス
を堆積室内へ導入することが好ましい。堆積室内の排気
を充分に行った後、H2、He、Ar、Ne、Kr、X
e等のガスを、堆積膜形成用の原料ガスを流したときと
ほぼ同等の堆積室内圧になるように堆積室内に導入す
る。堆積室内の圧力としては、0.5〜50mTorr
が最適な範囲である。堆積室内の内圧が安定したら、基
板加熱ヒーター105のスイッチを入れ基板を100〜
500℃に加熱する。基板の温度が所定の温度で安定し
たらH2 、He、Ar、Ne、Kr、Xe等のガスを止
め堆積膜形成用の原料ガスをガスボンベからマスフロー
コントローラーを介して所定の量を堆積室に導入する。
堆積室内へ導入される堆積膜形成用の原料ガスの供給量
は、堆積室の体積や所望の堆積膜の特性等によって適宜
決定されるものである。堆積膜形成用の原料ガスを堆積
室に導入した場合の堆積室内の圧力は、本発明方法にお
いて非常に重要な因子であり、最適な堆積室内の内圧
は、0.5〜50mTorrである。First, a substrate 104 for forming a deposited film is mounted in the deposition chamber 101 shown in FIG. 1 and the deposition chamber is evacuated to a level of 10.sup.- 5 Torr or lower. A turbo molecular pump is suitable for this exhaust, but an oil diffusion pump may be used. However, when an oil diffusion pump is used, gases such as H 2 , He, Ar, Ne, Kr, and Xe are introduced into the deposition chamber when the internal pressure of the deposition chamber 101 becomes 10 −4 or less so that the oil does not diffuse back into the deposition chamber. Is preferably introduced into After sufficiently exhausting the inside of the deposition chamber, H 2 , He, Ar, Ne, Kr, X
A gas such as e is introduced into the deposition chamber so that the pressure in the deposition chamber is almost the same as when the source gas for forming the deposited film is flowed. The pressure inside the deposition chamber is 0.5 to 50 mTorr.
Is the optimum range. When the internal pressure in the deposition chamber has stabilized, the substrate heating heater 105 is turned on to turn the substrate 100-
Heat to 500 ° C. When the temperature of the substrate stabilizes at a predetermined temperature, the gases such as H 2 , He, Ar, Ne, Kr, and Xe are stopped, and a predetermined amount of the raw material gas for forming the deposited film is introduced into the deposition chamber from the gas cylinder through the mass flow controller. To do.
The supply amount of the source gas for forming the deposited film introduced into the deposition chamber is appropriately determined depending on the volume of the deposition chamber, desired characteristics of the deposited film, and the like. The pressure in the deposition chamber when the source gas for forming the deposited film is introduced into the deposition chamber is a very important factor in the method of the present invention, and the optimum internal pressure in the deposition chamber is 0.5 to 50 mTorr.
【0051】また本発明方法において、堆積膜形成用に
堆積室内に投入されるマイクロ波エネルギーは、重要な
因子である。該マイクロ波エネルギーの大きさは堆積室
内に導入される原料ガスの流量、堆積室の容積、堆積室
の形状、基板の位置、その他の条件によって適宜決定さ
れるものであるが、前記原料ガスを100%分解するに
必要なマイクロ波エネルギーよりも小さいエネルギーで
あって、好ましい範囲としては、0.02〜1W/cm
3 である。マイクロ波エネルギーの好ましい周波数の範
囲としては0.5〜10GHzを挙げることができる。
特に2.45GHz付近の周波数が適している。また本
発明の堆積膜形成方法によって再現性のある堆積膜を形
成するため及び連続して搬送される長尺の基板上に数時
間から数十時間にわたって堆積膜を形成するためにはマ
イクロ波エネルギーの周波数の安定性が非常に重要であ
る。周波数の変動が±2%の範囲であることが好ましい
ものである。さらにマイクロ波のリップルも±2%が好
ましい範囲である。In the method of the present invention, the microwave energy input into the deposition chamber for forming the deposited film is an important factor. The magnitude of the microwave energy is appropriately determined depending on the flow rate of the source gas introduced into the deposition chamber, the volume of the deposition chamber, the shape of the deposition chamber, the position of the substrate, and other conditions. The energy is smaller than the microwave energy required for 100% decomposition, and the preferable range is 0.02 to 1 W / cm.
Is 3 . As a preferable frequency range of microwave energy, 0.5 to 10 GHz can be mentioned.
A frequency near 2.45 GHz is particularly suitable. Further, in order to form a deposited film with reproducibility by the deposited film forming method of the present invention and to form a deposited film on a long substrate continuously conveyed for several hours to several tens of hours, microwave energy is required. The frequency stability of is very important. It is preferable that the frequency variation is within ± 2%. Further, the ripple of the microwave is preferably within ± 2%.
【0052】尚、前記投入されるマイクロ波エネルギー
が前記原料ガスを100%分解するに必要なマイクロ波
エネルギーよりも小さいエネルギーであることは、予め
以下に説明するような実験を行なっておくことによって
確認できる。It should be noted that the fact that the input microwave energy is smaller than the microwave energy required for 100% decomposition of the raw material gas is obtained by conducting an experiment as described below in advance. I can confirm.
【0053】マイクロ波エネルギー以外の条件は実際の
堆積膜形成時と等しく一定にして、投入するマイクロ波
エネルギーの値のみを変えながら堆積膜単膜の形成を行
ない、該単膜の堆積速度とマイクロ波エネルギーの値の
関係を調べる。すると、マイクロ波エネルギーによって
原料ガスが100%分解され堆積膜の形成に寄与してい
るときには堆積速度のマイクロ波エネルギーの値への依
存性が無いもしくは小さい(原料ガス流量律速状態)
が、原料ガスを100%分解するに必要なマイクロ波エ
ネルギーよりも小さい値であるときには堆積速度のマイ
クロ波エネルギーへの依存性が大きい(マイクロ波エネ
ルギー律速状態)ということがわかる。すなわち、本発
明の堆積膜形成方法においては、マイクロ波エネルギー
律速状態にて堆積膜の形成を行なうものであり、そのこ
とはマイクロ波エネルギーと堆積速度の関係を調べるこ
とによって確認され得る。The conditions other than the microwave energy are set to be the same as in the actual formation of the deposited film, and the deposited film single film is formed while changing only the microwave energy value to be input. Examine the relationship between wave energy values. Then, when the source gas is decomposed 100% by the microwave energy and contributes to the formation of the deposited film, the deposition rate has no or small dependence on the microwave energy value (source gas flow rate-controlled state).
However, when the value is smaller than the microwave energy required for 100% decomposition of the source gas, it can be understood that the dependence of the deposition rate on the microwave energy is large (microwave energy rate-determining state). That is, in the deposited film forming method of the present invention, the deposited film is formed in the microwave energy rate-determining state, which can be confirmed by examining the relationship between the microwave energy and the deposition rate.
【0054】更に本発明の堆積膜形成方法において堆積
室内に前記マイクロ波エネルギーと同時に投入されるr
fエネルギーは、前記マイクロ波エネルギーとの組み合
わせにおいて非常に重要な因子でありrfエネルギーの
好ましい範囲としては、0.04〜2W/cm3 であ
り、堆積室内のプラズマ発生空間に設置されたバイアス
棒を介してブラズマに印加される。Further, in the deposited film forming method of the present invention, r is introduced into the deposition chamber at the same time as the microwave energy.
The f energy is a very important factor in combination with the microwave energy, and a preferable range of the rf energy is 0.04 to 2 W / cm 3 , and a bias rod installed in the plasma generation space in the deposition chamber. Is applied to the plasma through.
【0055】rfエネルギーの好ましい周波数の範囲と
しては1〜100MHzを挙げることができる。またr
fの周波数の変動は±2%以内で波形が滑らかであるこ
とが好ましい。A preferable frequency range of the rf energy is 1 to 100 MHz. Also r
The fluctuation of the frequency of f is preferably within ± 2% and the waveform is smooth.
【0056】又、前記rfエネルギーに加えて、前記バ
イアス棒112にDCバイアス電圧を重ねて印加しても
よい。DCバイアス電圧の極性としては、堆積室101
に対して前記バイアス棒112がプラスになるように電
圧を印加するのが好ましい。そしてDCバイアス電圧の
好ましい範囲としては、300V以下である。In addition to the rf energy, a DC bias voltage may be applied to the bias rod 112 in an overlapping manner. The polarity of the DC bias voltage depends on the deposition chamber 101.
It is preferable to apply a voltage so that the bias rod 112 becomes positive. The preferable range of the DC bias voltage is 300 V or less.
【0057】又、マイクロ波の導入によるプラズマの発
生以前にバイアス電圧をバイアス棒112に印加した場
合、プラズマ発生初期の不安定な状態において異常放電
の発生が希に見受けられ、これが堆積膜の特性に悪影響
を与えることが有り得るのでバイアス電圧をバイアス棒
112に印加するのはプラズマが安定化した後であるこ
とが好ましい。When a bias voltage is applied to the bias rod 112 before the generation of plasma by the introduction of microwaves, abnormal discharge is rarely found in an unstable state at the beginning of plasma generation, which is a characteristic of the deposited film. It is preferable that the bias voltage be applied to the bias rod 112 after the plasma is stabilized, because it may adversely affect the temperature.
【0058】マイクロ波エネルギーを導波部110から
誘電体窓102を介して堆積室に導入して前記堆積室1
01内に導入された原料ガスを分解しプラズマを発生せ
しめ、該プラズマが安定化した後、rfエネルギーをバ
イアス電源111からバイアス棒112を介して堆積室
に導入する。続いて前記メッシュ113にDCバイアス
電圧を印加する。該メッシュ113に印加するDCバイ
アス電圧の値は、堆積室101内の構造、サイズ等のパ
ラメータによって、又所望の堆積膜の特性によって適宜
定められるものであるが、好ましくは、300V以下で
ある。The microwave energy is introduced into the deposition chamber from the waveguide 110 through the dielectric window 102, and the deposition chamber 1 is
After the source gas introduced into 01 is decomposed to generate plasma and the plasma is stabilized, rf energy is introduced from the bias power source 111 into the deposition chamber via the bias rod 112. Then, a DC bias voltage is applied to the mesh 113. The value of the DC bias voltage applied to the mesh 113 is appropriately determined by parameters such as the structure and size in the deposition chamber 101 and the desired characteristics of the deposited film, but is preferably 300 V or less.
【0059】又、マイクロ波の導入によるプラズマの発
生以前にメッシュ113にDCバイアス電圧を印加した
場合、プラズマ発生初期の不安定な状態において異常放
電の発生が希に見受けられ、これが堆積膜の特性に悪影
響を与えることが有り得るのでメッシュ113にDCバ
イアス電圧を印加するのはプラズマが安定化した後であ
ることが好ましい。When a DC bias voltage is applied to the mesh 113 before the generation of plasma by the introduction of microwaves, abnormal discharge is rarely found in an unstable state at the beginning of plasma generation, which is a characteristic of the deposited film. Therefore, it is preferable that the DC bias voltage be applied to the mesh 113 after the plasma is stabilized.
【0060】ガス流量、堆積室内圧、プラズマ、バイア
ス電流等が安定した状態でシャッター113を開状態に
して所望の時間前記基板104上に所望の膜厚の堆積膜
を形成する。堆積膜の膜厚が所望の値に達したところで
シャッター113を閉状態にし、メッシュ113へのD
Cバイアス電圧の印加、マイクロ波エネルギー、rfエ
ネルギー、原料ガスの導入を止め、堆積室101内を排
気し、N2 、He、Ar、Ne、Kr、Xe等のガスで
堆積室101内を充分パージした後、非単結晶半導体膜
を堆積した基板104を堆積室101から取り出す。With the gas flow rate, deposition chamber pressure, plasma, bias current, etc. being stable, the shutter 113 is opened to form a deposition film of a desired thickness on the substrate 104 for a desired time. When the thickness of the deposited film reaches a desired value, the shutter 113 is closed, and the mesh D
C bias voltage application, microwave energy, rf energy, introduction of source gas was stopped, the inside of the deposition chamber 101 was evacuated, and the inside of the deposition chamber 101 was sufficiently filled with gas such as N 2 , He, Ar, Ne, Kr, and Xe. After purging, the substrate 104 on which the non-single crystal semiconductor film is deposited is taken out from the deposition chamber 101.
【0061】次に前記(2)の本発明方法について説明
する。Next, the method (2) of the present invention will be described.
【0062】図5は本発明の堆積膜形成方法を適用する
に適した作製装置システムの一例を説明するための概略
的模式図である。図2(a)、(b)は、本発明の堆積
膜形成方法により形成した光起電力素子例の模式的説明
図である。FIG. 5 is a schematic diagram for explaining an example of a manufacturing apparatus system suitable for applying the deposited film forming method of the present invention. 2A and 2B are schematic explanatory views of examples of photovoltaic elements formed by the deposited film forming method of the present invention.
【0063】図5に模式的に示す作製装置システムに基
づいて本発明の堆積膜形成方法を説明する。図5に示す
作製装置システムは、基本的には前記(1)の本発明方
法の作製装置システムに準じており、作製装置100と
原料ガス供給装置1020とから構成されている。The deposited film forming method of the present invention will be described based on the manufacturing apparatus system schematically shown in FIG. The manufacturing apparatus system shown in FIG. 5 basically complies with the manufacturing apparatus system of the method of the present invention described in (1) above, and includes a manufacturing apparatus 100 and a source gas supply device 1020.
【0064】作製装置100は、堆積室101、マイク
ロ波導入用の誘電体窓102,ガス導入管103、基板
104、加熱ヒータ105、真空計106、コンダクタ
ンスバルブ107、補助バルブ108、リークバルブ1
09、マイクロ波導入用の導波部110、プラズマにバ
イアス電圧を印加するためのバイアス電源111、バイ
アス棒112、メッシュ113、メッシュの温度を調節
するための温度コントローラー116等から構成されて
いる。The production apparatus 100 includes a deposition chamber 101, a dielectric window 102 for introducing microwaves, a gas introduction tube 103, a substrate 104, a heater 105, a vacuum gauge 106, a conductance valve 107, an auxiliary valve 108, and a leak valve 1.
09, a waveguide section 110 for introducing microwaves, a bias power source 111 for applying a bias voltage to plasma, a bias rod 112, a mesh 113, a temperature controller 116 for adjusting the temperature of the mesh, and the like.
【0065】この本発明方法における基本的な操作及び
装置はすでに述べた(1)の本発明方法と同様のもので
あるが、メッシュ113を100℃以上に加熱、保持し
ながら堆積膜を形成することを特徴とするものである。The basic operation and apparatus in this method of the present invention are the same as those in the method of the present invention described in (1) above, but the deposited film is formed while heating and holding the mesh 113 at 100 ° C. or higher. It is characterized by that.
【0066】メッシュ113の温度を調節する方法とし
ては、メッシュに接して、もしくはメッシュ近傍に、タ
ングステン等の高融点金属からなるフィラメントを設置
して、これにACもしくはDCの電流を流すことにより
発熱させてメッシュ113を加熱し、同時に熱電対等の
温度測定素子を用いてメッシュ113の温度を測定し、
これを制御するという方法が好適な方法として挙げるこ
とができる。As a method of adjusting the temperature of the mesh 113, a filament made of a refractory metal such as tungsten is placed in contact with the mesh or in the vicinity of the mesh, and an AC or DC current is passed through the filament to generate heat. Then, the mesh 113 is heated, and at the same time, the temperature of the mesh 113 is measured using a temperature measuring element such as a thermocouple,
A suitable method is to control this.
【0067】メッシュ113の温度を調節する他の方法
として、メッシュ近傍にハロゲンランプ等を設置し、該
メッシュ113に光を照射することによりメッシュ11
3を加熱し、同時に熱電対等の温度測定素子を用いてメ
ッシュ113の温度を測定し、これを制御するという方
法も又好適な方法として挙げることができる。As another method for adjusting the temperature of the mesh 113, a halogen lamp or the like is installed near the mesh and the mesh 113 is irradiated with light.
A method in which 3 is heated and at the same time the temperature of the mesh 113 is measured using a temperature measuring element such as a thermocouple and the temperature is controlled can also be mentioned as a suitable method.
【0068】メッシュ113の温度を調節する他の方法
として、メッシュ113自体にACもしくはDCの電流
を流すことによりメッシュ自体の電気抵抗により発熱さ
せ、同時に熱電対等の温度測定素子を用いてメッシュ1
13の温度を測定し、これを制御するという方法も又好
適な方法として挙げることができる。As another method of adjusting the temperature of the mesh 113, an electric current of AC or DC is applied to the mesh 113 to generate heat by the electric resistance of the mesh itself, and at the same time, the temperature of the mesh 1 is measured by using a temperature measuring element such as a thermocouple.
A method of measuring the temperature of 13 and controlling it can also be mentioned as a suitable method.
【0069】又、メッシュ113の温度を調節するため
に、上記のような加熱手段の他に、水冷機構、ペルチェ
素子等の冷却手段を設けておくことは、メッシュ113
の温度をきめ細かく調節するために有効であり、好まし
い。Further, in order to adjust the temperature of the mesh 113, it is necessary to provide a cooling means such as a water cooling mechanism and a Peltier element in addition to the above heating means.
It is effective and preferable for finely adjusting the temperature of.
【0070】又、本発明方法においても(1)の場合と
同様にメッシュ113にバイアス電圧を印加してもよ
い。その場合には、該メッシュは基板104及び堆積室
101等に対して電気的に絶縁されており、バイアス電
源が該メッシュに接続されている必要がある。又、該メ
ッシュを堆積室101等に対して同電位にする場合に
は、該メッシュを堆積室内壁面と電気的に連結するため
の導電性部材を該メッシュと堆積室101の間に設けれ
ばよい。Also in the method of the present invention, a bias voltage may be applied to the mesh 113 as in the case of (1). In that case, the mesh needs to be electrically insulated from the substrate 104, the deposition chamber 101 and the like, and a bias power source needs to be connected to the mesh. Further, when the mesh has the same potential as that of the deposition chamber 101, a conductive member for electrically connecting the mesh to the wall surface of the deposition chamber may be provided between the mesh and the deposition chamber 101. Good.
【0071】以下、図5に示される作製装置システムに
基づく、成膜手順の1例を示すが、これに限定されない
ことはいうまでもない。An example of the film forming procedure based on the manufacturing apparatus system shown in FIG. 5 will be shown below, but it goes without saying that the film forming procedure is not limited to this.
【0072】まず図5の堆積室101内に堆積膜形成用
の基板104を取り付け堆積室内を10-5Torr台以
下に充分に排気する。この排気にはターボ分子ポンプが
適しているが、オイル拡散ポンプであってもよい。ただ
し、オイル拡散ポンプを用いる場合はオイルが堆積室に
逆拡散しないように堆積室101の内圧が10-4以下に
なったらH2 、He、Ar、Ne、Kr、Xe等のガス
を堆積室内へ導入することが好ましい。堆積室内の排気
を充分に行った後、H2 、He、Ar、Ne、Kr、X
e等のガスを、堆積膜形成用の原料ガスを流したときと
ほぼ同等の堆積室内圧になるように堆積室内に導入す
る。堆積室内の圧力としては、0.5〜50mTorr
が最適な範囲である。堆積室内の内圧が安定したら、基
板加熱ヒーター105のスイッチを入れ基板を100〜
500℃に加熱する。基板の温度が所定の温度で安定し
たらH2 、He、Ar、Ne、Kr、Xe等のガスを止
め堆積膜形成用の原料ガスをガスボンベからマスフロー
コントローラーを介して所定の量を堆積室に導入する。
堆積室内へ導入される堆積膜形成用の原料ガスの供給量
は、堆積室の体積や所望の堆積膜の特性等によって適宜
決定されるものである。堆積膜形成用の原料ガスを堆積
室に導入した場合の堆積室内の圧力は、本発明の堆積膜
形成方法において非常に重要な因子であり、最適な堆積
室内の内圧は、0.5〜50mTorrである。First, a substrate 104 for forming a deposited film is attached in the deposition chamber 101 shown in FIG. 5, and the deposition chamber is evacuated to a level of 10.sup.- 5 Torr or lower. A turbo molecular pump is suitable for this exhaust, but an oil diffusion pump may be used. However, when an oil diffusion pump is used, gases such as H 2 , He, Ar, Ne, Kr, and Xe are introduced into the deposition chamber when the internal pressure of the deposition chamber 101 becomes 10 −4 or less so that the oil does not diffuse back into the deposition chamber. Is preferably introduced into After sufficiently exhausting the inside of the deposition chamber, H 2 , He, Ar, Ne, Kr, X
A gas such as e is introduced into the deposition chamber so that the pressure in the deposition chamber is almost the same as when the source gas for forming the deposited film is flowed. The pressure inside the deposition chamber is 0.5 to 50 mTorr.
Is the optimum range. When the internal pressure in the deposition chamber has stabilized, the substrate heating heater 105 is turned on to turn the substrate 100-
Heat to 500 ° C. When the temperature of the substrate stabilizes at a predetermined temperature, the gases such as H 2 , He, Ar, Ne, Kr, and Xe are stopped, and a predetermined amount of the raw material gas for forming the deposited film is introduced into the deposition chamber from the gas cylinder through the mass flow controller. To do.
The supply amount of the source gas for forming the deposited film introduced into the deposition chamber is appropriately determined depending on the volume of the deposition chamber, desired characteristics of the deposited film, and the like. The pressure in the deposition chamber when the source gas for forming the deposited film is introduced into the deposition chamber is a very important factor in the deposition film forming method of the present invention, and the optimum internal pressure in the deposition chamber is 0.5 to 50 mTorr. Is.
【0073】又、メッシュ113用の温度コントローラ
ー114を動作させることによってメッシュ113の温
度を100℃以上の所定の温度に設定しておく。Further, the temperature of the mesh 113 is set to a predetermined temperature of 100 ° C. or higher by operating the temperature controller 114 for the mesh 113.
【0074】本発明の堆積膜形成方法において、堆積膜
形成用に堆積室内に投入されるマイクロ波エネルギー
は、重要な因子である。In the deposited film forming method of the present invention, the microwave energy input into the deposition chamber for forming the deposited film is an important factor.
【0075】ガス流量、堆積室内圧、プラズマ、バイア
ス電流等が安定した状態でシャッター113を開状態に
して所望の時間前記基板104上に所望の膜厚の堆積膜
を形成する。堆積膜の膜厚が所望の値に達したところで
シャッター113を閉状態にし、バイアス棒112への
バイアス電圧の印加、マイクロ波エネルギー、原料ガス
の導入を止め、堆積膜101内を排気し、N2 、He、
Ar、Ne、Kr、Xe等のガスで堆積室101内を充
分パージした後、非単結晶半導体膜を堆積した基板10
4を堆積室101から取り出す。With the gas flow rate, deposition chamber pressure, plasma, bias current, etc. being stable, the shutter 113 is opened to form a deposition film having a desired film thickness on the substrate 104 for a desired time. When the thickness of the deposited film reaches a desired value, the shutter 113 is closed, application of bias voltage to the bias rod 112, introduction of microwave energy and source gas is stopped, and the inside of the deposited film 101 is evacuated. 2 , He,
The substrate 10 on which the non-single-crystal semiconductor film is deposited after the inside of the deposition chamber 101 is sufficiently purged with a gas such as Ar, Ne, Kr, or Xe.
4 is taken out from the deposition chamber 101.
【0076】次に、前記(3)の本発明方法について説
明する。Next, the method (3) of the present invention will be described.
【0077】図8は本発明の堆積膜形成方法を適用する
に適した作製装置システムの一例を説明するための概略
的模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram for explaining an example of a manufacturing apparatus system suitable for applying the deposited film forming method of the present invention.
【0078】図8に模式的に示す作製装置システムに基
づいて本発明の堆積膜形成方法を説明する。図8に示す
作製装置システムは、作製装置100と原料ガス供給装
置1020から構成されている。The deposited film forming method of the present invention will be described based on the manufacturing apparatus system schematically shown in FIG. The manufacturing apparatus system shown in FIG. 8 includes a manufacturing apparatus 100 and a source gas supply device 1020.
【0079】作製装置100は、堆積室101、マイク
ロ波導入用の誘電体窓102、ガス導入管103、基板
104、加熱ヒータ105、真空計106、コンダクタ
ンスバルブ107、補助バルブ108、リークバルブ1
09、マイクロ波導入用の導波部110、プラズマにバ
イアス電圧を印加するためのバイアス電源111、バイ
アス棒112、メッシュ113、メッシュにrfバイア
ス電圧を印加するためのrfバイアス電源117等から
構成されている。The manufacturing apparatus 100 includes a deposition chamber 101, a dielectric window 102 for introducing microwaves, a gas introduction tube 103, a substrate 104, a heater 105, a vacuum gauge 106, a conductance valve 107, an auxiliary valve 108, and a leak valve 1.
09, a waveguide section 110 for introducing microwaves, a bias power source 111 for applying a bias voltage to plasma, a bias rod 112, a mesh 113, an rf bias power source 117 for applying an rf bias voltage to the mesh, and the like. ing.
【0080】この方法においても、基本的な操作及び装
置はすでに述べた(1)の場合と同様であるが、メッシ
ュ113にrfバイアス電圧を印加することを特徴とす
る。Also in this method, the basic operation and apparatus are the same as in the case of (1) already described, but the feature is that an rf bias voltage is applied to the mesh 113.
【0081】rf電圧の印加方法としては、マイクロ波
エネルギーを導波部110から誘電体窓102を介して
堆積室に導入して前記堆積室101内に導入された原料
ガスを分解しプラズマを発生せしめ、該プラズマが安定
化した後、rfエネルギーをバイアス電源111からバ
イアス棒112を介して堆積室に導入する。続いて前記
メッシュ113にrfバイアス電圧を印加する。該メッ
シュ113に印加するrfバイアス電圧の周波数は、堆
積室101内の構造、サイズ等のパラメータによって、
又所望の堆積膜の特性によって適宜定められるものであ
るが、好ましくは1〜100MHzの周波数を有するも
のである。前記メッシュ113に印加するバイアス電圧
の電圧値は、堆積室101内の構造、サイズ等のパラメ
ータによって、又所望の堆積膜の特性によって適宜定め
られるものであるが、好ましくは、ピーク・ツー・ピー
クの値で1kV以下である。又、周波数の変動は±2%
以内で波形が滑らかであることが好ましい。As a method of applying the rf voltage, microwave energy is introduced into the deposition chamber from the waveguide 110 through the dielectric window 102 to decompose the source gas introduced into the deposition chamber 101 to generate plasma. After the plasma is stabilized, rf energy is introduced from the bias power source 111 into the deposition chamber via the bias rod 112. Then, an rf bias voltage is applied to the mesh 113. The frequency of the rf bias voltage applied to the mesh 113 depends on parameters such as the structure and size in the deposition chamber 101.
Further, although it is appropriately determined depending on the desired characteristics of the deposited film, it preferably has a frequency of 1 to 100 MHz. The voltage value of the bias voltage applied to the mesh 113 is appropriately determined by parameters such as the structure and size in the deposition chamber 101 and the desired characteristics of the deposited film, but is preferably peak-to-peak. Is 1 kV or less. Also, the frequency fluctuation is ± 2%
It is preferable that the waveform is smooth within the range.
【0082】又、マイクロ波の導入によるプラズマの発
生以前にrfバイアス電圧をメッシュ113に印加した
場合、プラズマ発生初期の不安定な状態において異常放
電の発生が希に見受けられ、これが堆積膜の特性に悪影
響を与えることが有り得るのでrfバイアス電圧をメッ
シュ113に印加するのはプラズマが安定化した後であ
ることが好ましい。When the rf bias voltage is applied to the mesh 113 before the generation of plasma by the introduction of microwaves, abnormal discharge is rarely seen in an unstable state at the initial stage of plasma generation, which is the characteristic of the deposited film. It is preferable that the rf bias voltage is applied to the mesh 113 after the plasma is stabilized, since it may adversely affect the above.
【0083】ガス流量、堆積室内圧、プラズマ、バイア
ス電流等が安定した状態でシャッター113を開状態に
して所望の時間前記基板104上に所望の膜厚の堆積膜
を形成する。堆積膜の膜厚が所望の値に達したところで
シャッター113を閉状態にし、メッシュ113へのr
fバイアス電圧の印加、マイクロ波エネルギー、rfエ
ネルギー、原料ガスの導入を止め、堆積室101内を排
気し、N2 、He、Ar、Ne、Kr、Xe等のガスで
堆積室101内を充分パージした後、非単結晶半導体膜
を堆積した基板104を堆積室101から取り出す。With the gas flow rate, deposition chamber pressure, plasma, bias current, etc. being stable, the shutter 113 is opened to form a deposition film having a desired film thickness on the substrate 104 for a desired time. When the thickness of the deposited film reaches a desired value, the shutter 113 is closed and the mesh 113 is r
The application of the f-bias voltage, the microwave energy, the rf energy, and the introduction of the source gas are stopped, the inside of the deposition chamber 101 is evacuated, and the inside of the deposition chamber 101 is sufficiently filled with a gas such as N 2 , He, Ar, Ne, Kr, or Xe. After purging, the substrate 104 on which the non-single crystal semiconductor film is deposited is taken out from the deposition chamber 101.
【0084】ここで、本発明に好適な原料ガスについて
説明する。Here, the source gas suitable for the present invention will be described.
【0085】シリコン堆積用の原料ガスとしては、シリ
コン原子を含有し、ガス化し得る化合物が好適で、例え
ば、SiH4、SiH6、SiF4、SiFH3、Si
F2H2、SiF3H、Si3H8、SiD4、SiH
D3、SiH2D2、SiHD、SiFD3 、SiF2
D2 、SiD3 H、Si2 H6 、Si2 D6 、Si2D
3 H3 等を挙げることができる。[0085] As a raw material gas for silicon deposition, containing silicon atoms, is preferable gasifiable compounds, for example, SiH4, SiH 6, SiF4, SiFH3, Si
F2H2, SiF3H, Si3H8, SiD4, SiH
D3, SiH2D2, SiHD, SiFD 3 , SiF 2
D 2 , SiD 3 H, Si 2 H 6 , Si 2 D 6 , Si 2 D
3 H 3 and the like can be mentioned.
【0086】ゲルマニウム堆積用の原料ガスとしては、
ゲルマニウム原子を含有し、ガス化し得る化合物が好適
で、例えば、GeH4 、GeD4 、GeF4 、GeFH
3 、GeF2 H2 、GeF3 H、GeHD3 、GeH2
D2 、GeH3 D、Ge2 H6 、Ge2 D6 等を挙げる
ことができる。As a source gas for depositing germanium,
A compound containing a germanium atom and capable of being gasified is preferable, and examples thereof include GeH 4 , GeD 4 , GeF 4 , and GeFH.
3 , GeF 2 H 2 , GeF 3 H, GeHD 3 , GeH 2
D 2, GeH 3 D, mention may be made of Ge 2 H 6, Ge 2 D 6 , and the like.
【0087】炭素原子堆積用の原料ガスとしは、炭素原
子を含有し、ガス化し得る化合物が好適で、例えば、C
H4 、CD4 、Cn H2n+2(nは整数)、Cn H2n(n
は整数)、C2 H2 、C6 H6 等を挙げることができ
る。As the source gas for depositing carbon atoms, a compound containing carbon atoms and capable of being gasified is preferable.
H 4 , CD 4 , C n H 2n + 2 (n is an integer), C n H 2n (n
Is an integer), C 2 H 2 , C 6 H 6 and the like.
【0088】又、非単結晶半導体層の伝導型を制御する
ために非単結晶半導体層に導入される物質としては周期
律表第III 族原及び第V族原子を挙げることができる。Further, as the substance introduced into the non-single crystal semiconductor layer for controlling the conduction type of the non-single crystal semiconductor layer, there can be mentioned Group III atoms and Group V atoms of the periodic table.
【0089】第III 族原子導入用の出発物質として有効
に使用されるものとしては、ホウ素原子導入用としての
B2 H6 、B4 H10、B5 H9 、B5 H11、B6 H10、
B6H12、B6 H14等の水素化ホウ素、並びにBF3 、
BCl3 等のハロゲン化ホウ素等を挙げることができ
る。このほかにAlCl3 、GaCl3 、InCl3 、
TlCl3 等も挙げることができる。Materials that are effectively used as a starting material for introducing a Group III atom include B 2 H 6 , B 4 H 10 , B 5 H 9 , B 5 H 11 and B 6 for introducing a boron atom. H 10 ,
Borohydrides such as B 6 H 12 and B 6 H 14 , and BF 3 ,
Examples thereof include boron halides such as BCl 3 . In addition to this, AlCl 3 , GaCl 3 , InCl 3 ,
TlCl 3 and the like can also be mentioned.
【0090】第V族原子導入用の出発物質として有効に
使用されるのは、燐原子導入用としてのPH3 、P2 H
4 等の水素化燐、並びにPH4 I、PF3 、PF5 、P
Cl3 、PCl5 、PBr3 、PBr5 、PI3 等のハ
ロゲン化燐を挙げることができる。このほかAsH3 、
AsF3 、AsCl3 、AsBr3 、AsF5 、SbH
3 、SbF5 、SbF5 、SbCl3 、SbCl5 、B
iH3 、BiCl3 、BiBr3 等も挙げることができ
る。Effectively used as a starting material for introducing a Group V atom is PH 3 , P 2 H for introducing a phosphorus atom.
4 hydrogen, such as phosphorus, and PH 4 I, PF 3, PF 5, P
Examples thereof include phosphorus halides such as Cl 3 , PCl 5 , PBr 3 , PBr 5 , and PI 3 . In addition, AsH 3 ,
AsF 3, AsCl 3, AsBr 3 , AsF 5, SbH
3 , SbF 5 , SbF 5 , SbCl 3 , SbCl 5 , B
iH 3, BiCl 3, BiBr 3, and the like can also be mentioned.
【0091】非晶結晶半導体層の伝導型をほぼi型に制
御するために該層へ導入される周期律表第III 族原子及
び第V族原子の導入量は1000ppm以下が好ましい
範囲として挙げることができる。又伝導型をほぼi型に
制御するために周期律表第III 族原子と第V族原子を同
時に補償するように添加してもよい。In order to control the conduction type of the amorphous crystalline semiconductor layer to be almost i-type, the introduction amount of the group III atom and the group V atom of the periodic table introduced into the layer is preferably 1000 ppm or less. You can Further, in order to control the conduction type to be almost i-type, an atom of group III and an atom of group V of the periodic table may be added so as to be simultaneously compensated.
【0092】非単結晶半導体層の伝導型をp型又はn型
に制御するために導入される周期律表第III 族原子及び
周期律表第V族原子の導入量は、100ppm〜10%
が好ましい範囲として挙げることができる。The introduced amount of the group III atom of the periodic table and the group V atom of the periodic table introduced for controlling the conductivity type of the non-single-crystal semiconductor layer to p-type or n-type is 100 ppm to 10%.
Can be mentioned as a preferable range.
【0093】又、前記のガス化し得る化合物をN2 、D
2 、He、Ne、Ar、Xe、Kr等のガスで適宜希釈
して堆積室に導入してもよい。特に前記のガス化し得る
化合物を希釈するに最適なガスとしてはN2 、D2 、H
eを挙げることができる。Further, the above-mentioned gasifiable compound is added to N 2 , D
The gas may be appropriately diluted with a gas such as 2 , He, Ne, Ar, Xe, and Kr and introduced into the deposition chamber. In particular, N 2 , D 2 , and H are the most suitable gases for diluting the above-mentioned gasifiable compounds.
e can be mentioned.
【0094】次に、本発明の好適な応用例について説明
する。Next, a preferred application example of the present invention will be described.
【0095】前述のように本発明の堆積膜形成方法は、
光起電力素子、センサー、薄膜トランジスター及び電子
写真用像形成部材等の様々な電子デバイスに用いられる
半導体層の形成に適した方法である。以下において、本
発明の堆積膜形成法を光起電力素子の製造に適用する場
合について説明を行なうが、本発明はこれによって何等
限定されず、他の電子デバイスに適用可能であることは
言うまでもない。As described above, the deposited film forming method of the present invention is
The method is suitable for forming semiconductor layers used in various electronic devices such as photovoltaic elements, sensors, thin film transistors, and electrophotographic image forming members. Hereinafter, the case where the deposited film forming method of the present invention is applied to the production of a photovoltaic element will be described, but it goes without saying that the present invention is not limited to this and can be applied to other electronic devices. .
【0096】〈光起電力素子への応用〉
図2(a)及び(b)は、太陽電池やセンサー等に利用
される光起電力素子の模式的説明図である。図2(a)
において光起電力素子200は、導電性基板201、光
反射層202、光反射増加層203、n型(p型)導電
型層204、i型層205、p型(n型)導電型層20
6、透明電極207及び集電電極208から構成されて
いる。そして光は透明電極207側から照射される。<Application to Photovoltaic Element> FIGS. 2A and 2B are schematic explanatory views of a photovoltaic element used for a solar cell, a sensor, or the like. Figure 2 (a)
In photovoltaic element 200, conductive substrate 201, light reflection layer 202, light reflection increasing layer 203, n-type (p-type) conductivity type layer 204, i-type layer 205, p-type (n-type) conductivity type layer 20.
6, a transparent electrode 207 and a collector electrode 208. Then, the light is emitted from the transparent electrode 207 side.
【0097】更に第1の導電型層、i型層及び第2の導
電型層を一つのユニットとして、該ユニットを2ユニッ
ト、3ユニット重ねたダブルセル、トリプルセルの構造
を形成してもよい。図2(b)にダブルセルの構造を模
式的に示す。図2(b)において光起電力素子210
は、導電性基板211、光反射層212、光反射増加層
213、第1のn型(p型)導電型層214、第1のi
型層215、第1のp型(n型)導電型層216、第2
のn型(p型)導電型層217、第2のi型層218、
第2のp型(n型)導電型層219、透明電極220及
び集電電極221から構成されている。そして光は透明
電極220側から照射される。Further, the first conductivity type layer, the i-type layer and the second conductivity type layer may be taken as one unit to form a double cell or triple cell structure in which 2 units or 3 units of these units are stacked. The structure of the double cell is schematically shown in FIG. In FIG. 2B, the photovoltaic element 210
Is the conductive substrate 211, the light reflection layer 212, the light reflection increasing layer 213, the first n-type (p-type) conductivity type layer 214, and the first i.
Type layer 215, first p-type (n-type) conductivity type layer 216, second
N-type (p-type) conductivity type layer 217, second i-type layer 218,
It is composed of a second p-type (n-type) conductivity type layer 219, a transparent electrode 220, and a collector electrode 221. Then, the light is emitted from the transparent electrode 220 side.
【0098】一方、基板に実質的に光透過性を有する部
材を用い、その上に透明電極、各半導体層、光反射性金
属電極をこの順に有し、透明基板側から光入射を行なう
形の光起電力素子にも本発明の堆積膜形成方法は適用可
能である。On the other hand, a member having a substantially light-transmitting property is used for the substrate, and a transparent electrode, each semiconductor layer, and a light-reflecting metal electrode are provided in this order on the substrate, and light is incident from the transparent substrate side. The deposited film forming method of the present invention can be applied to a photovoltaic element.
【0099】更に、前記導電性基板、光反射層、光反射
増加層及び透明電極の内少なくとも一層をテクスチャー
化することは光起電力素子の光電流を増加させることが
できるので好ましい。Further, it is preferable to texture at least one of the conductive substrate, the light reflection layer, the light reflection increasing layer and the transparent electrode because the photocurrent of the photovoltaic element can be increased.
【0100】以下において、本発明に好適な光起電力素
子の構成を説明する。但し、以下に挙げる説明は本発明
の1態様であって、本発明はこれによって何等限定され
ず、他の構成の光起電力素子にも適用可能であることは
言うまでもない。The structure of the photovoltaic element suitable for the present invention will be described below. However, it is needless to say that the following description is one mode of the present invention and the present invention is not limited to this and can be applied to a photovoltaic element having another configuration.
【0101】〈光起電力素子の構成〉導電性基板
導電性基板は、導電性材料であってもよく、電気絶縁性
材料又は導電性材料で支持体を形成し、その上に導電性
処理をしたものであってもよい。本発明に好適に用いら
れる前記導電性材料としては、例えば、Ni、ステンレ
ス、Al、Cr、Mo、Au、Nb、Ta、V、Ti、
Pt、Pb、Sn等の金属の単体もしくはこれらの合金
を挙げることができる。<Structure of Photovoltaic Device> Conductive Substrate The conductive substrate may be a conductive material, and a support is formed of an electrically insulating material or a conductive material, and a conductive treatment is performed thereon. It may be one. Examples of the conductive material preferably used in the present invention include Ni, stainless steel, Al, Cr, Mo, Au, Nb, Ta, V, and Ti.
Examples include simple metals such as Pt, Pb, and Sn or alloys thereof.
【0102】本発明に好適に用いられる前記電気絶縁性
材料としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカー
ボネート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ポ
リ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポ
リアミド、等の合成樹脂のフィルム、又はシート、ガラ
ス、セラミックス、紙などを挙げることができる。これ
らの電気絶縁性材料は、好適には少なくともその一方の
表面を電導処理し、該導電処理された表面側に光起電力
層を設けるのが望ましい。The electrically insulating material preferably used in the present invention is a film or sheet of synthetic resin such as polyester, polyethylene, polycarbonate, cellulose acetate, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene and polyamide. , Glass, ceramics, paper, and the like. It is preferable that at least one surface of these electrically insulating materials is subjected to an electric conduction treatment, and a photovoltaic layer is provided on the surface side subjected to the electric conduction treatment.
【0103】たとえばガラスであれば、その表面に、N
iCr、Al、Cr、Mo、Ir、Nb、Ta、V、T
i、Pt、Pb、In2 O3 、SnO2 、ITO(In
2 O3 +SnO2 )等から成る薄膜を設けることによっ
て導電性を付与し、或いはポリエステルフィルム等の合
成樹脂フィルムであれば、NiCr、Al、Ag、P
b、Zn、Ni、Au、Cr、Mo、Ir、Nb、T
a、V、Tl、Pt等の金属薄膜を真空蒸着、電子ビー
ム蒸着、スパッタリング等でその表面に設け、又は前記
金属でその表面をラミネート処理して、その表面に導電
性を付与する。支持体の形状は平滑表面あるいは凹凸表
面のシート状であることができる。その厚さは所望通り
の光起電力を形成し得るように適宜決定するが光起電力
素子としての柔軟性が要求される場合には、支持体とし
ての機能が十分発揮される範囲で可能な限り薄くするこ
とができる。しかしながら、支持体の成膜上及び取扱い
上、機械的強度等の点から、通常は10μm以上とされ
る。光反射層
光反射層としては、Ag、Al、Cu、AlSi等の可
視光から近赤外光に対する反射率の高い金属が適してい
る。これらの金属から成る光反射層の形成法としては、
抵抗加熱真空蒸着法、電子ビーム真空蒸着法、共蒸着及
びスパッタリング法等が好適なものとして挙げることが
できる。光反射層としてのこれらの金属の層厚としては
10nmから5000nmが適した層厚として挙げるこ
とができる。該光反射層の表面をテクスチャー化する方
法として、サンドブラスト法、化学エッチング法等、数
多く知られているが中でもこれらの金属層を支持体上に
形成する際の温度を200℃以上にする方法や、該金属
層を比較的厚くすることによって自発的にテクスチャー
化させる方法が簡単かつ再現性良く行える方法である。反射増加層
反射増加層としてはZnO、SnO2 、In2 O3 、I
TO、TiO2 、CdO、Cd2 SnO4 、Bi
2 O3 、MoO3 、Nax WO3 、等が最適なものとし
て挙げることができる。For example, in the case of glass, N
iCr, Al, Cr, Mo, Ir, Nb, Ta, V, T
i, Pt, Pb, In 2 O 3 , SnO 2 , ITO (In
2 O 3 + SnO 2 ) or the like to provide conductivity, or synthetic resin film such as polyester film, NiCr, Al, Ag, P
b, Zn, Ni, Au, Cr, Mo, Ir, Nb, T
A metal thin film of a, V, Tl, Pt or the like is provided on the surface by vacuum vapor deposition, electron beam vapor deposition, sputtering or the like, or the surface is laminated with the metal to impart conductivity to the surface. The shape of the support may be a sheet having a smooth surface or an uneven surface. The thickness is appropriately determined so that a desired photovoltaic can be formed, but when flexibility as a photovoltaic element is required, it is possible within a range in which the function as a support is sufficiently exhibited. It can be made as thin as possible. However, in view of film formation and handling of the support, mechanical strength and the like, the thickness is usually 10 μm or more. Light-Reflecting Layer For the light-reflecting layer, a metal such as Ag, Al, Cu, or AlSi having a high reflectance from visible light to near infrared light is suitable. As a method of forming the light reflecting layer made of these metals,
The resistance heating vacuum vapor deposition method, the electron beam vacuum vapor deposition method, the co-evaporation method, the sputtering method and the like can be mentioned as suitable ones. As a layer thickness of these metals as the light reflecting layer, a suitable layer thickness is 10 nm to 5000 nm. As a method for texturing the surface of the light reflecting layer, there are many known methods such as a sand blast method and a chemical etching method. The method of spontaneously texturing by making the metal layer relatively thick is a method that can be performed easily and with good reproducibility. Reflection-increasing layer As the reflection-increasing layer, ZnO, SnO 2 , In 2 O 3 , I
TO, TiO 2 , CdO, Cd 2 SnO 4 , Bi
2 O 3 , MoO 3 , Na x WO 3 , etc. can be mentioned as the optimum ones.
【0104】該反射増加層の堆積方法としては真空蒸着
法、スパッタリング法、CVD法、スプレー法、スピン
オン法、ディプ法等が適した方法として挙げることがで
きる。Suitable methods for depositing the reflection-increasing layer include vacuum evaporation method, sputtering method, CVD method, spray method, spin-on method, dip method and the like.
【0105】又反射増加層の層厚としては、前記反射増
加層の材料の屈折率等により最適な値は異なるが、好ま
しい範囲としては50nm〜10μmを挙げることがで
きる。p型層又はn型層
(第1、第2の導電型層)
p型層又はn型層は、光起電力素子の特性を左右する重
要な層である。The optimum value of the thickness of the reflection increasing layer varies depending on the refractive index of the material of the reflection increasing layer and the like, but a preferable range is 50 nm to 10 μm. P-type layer or n-type layer (first and second conductivity type layers) The p-type layer or n-type layer is an important layer that influences the characteristics of the photovoltaic element.
【0106】p型層又はn型層の非晶質材料(a−と表
示する)(微結晶材料(μc−と表示する)も非晶質材
料の範疇に入ることは言うまでもない。)としては、例
えばa−Si:H、a−Si:HX(XはF、Cl等の
ハロゲン原子)、a−SiC:H、a−SiC:HX、
a−SiGe:H、a−SiGeC:H、a−SiO:
H、a−SiN:H、a−SiON:HX、a−SiO
CN:HX、μc−Si:H、μc−SiC:H、μc
−Si:HX、μc−SiC:HX、μc−SiGe:
H、μc−SiO:H、μc−SiGeC:H、μc−
SiN:H、μc−SiON:HX、μc−SiOC
N:HX、等にp型の価電子制御剤(周期律表第III 族
原子 B、Al、Ga、In、Tl)やn型の価電子制
御剤(周期律表第V族原子、P、As、Sb、Bi)を
高濃度に添加した材料が挙げられ、多結晶材料(pol
y−と表示する)としては、例えばpoly−Si:
H、poly−Si:HX、poly−SiC:H、p
oly−SiC:HX、poly−SiGe:H、po
ly−Si、poly−SiC、poly−SiGe、
等にp型の価電子制御剤(周期律表第III 族原子 B、
Al、Ga、In、Tl)やn型の価電子制御剤(周期
律表第V族原子、P、As、Sb、Bi)を高濃度に添
加した材料を挙げることができる。As an amorphous material (denoted as a-) (microcrystalline material (denoted as μc-)) of the p-type layer or n-type layer, it goes without saying that it falls into the category of amorphous materials. , A-Si: H, a-Si: HX (X is a halogen atom such as F or Cl), a-SiC: H, a-SiC: HX,
a-SiGe: H, a-SiGeC: H, a-SiO:
H, a-SiN: H, a-SiON: HX, a-SiO
CN: HX, μc-Si: H, μc-SiC: H, μc
-Si: HX, μc-SiC: HX, μc-SiGe:
H, μc-SiO: H, μc-SiGeC: H, μc-
SiN: H, μc-SiON: HX, μc-SiOC
N: HX, etc., such as a p-type valence electron control agent (group III atom B, Al, Ga, In, Tl of the periodic table) or an n-type valence electron control agent (group V atom, P, As a material containing a high concentration of As, Sb, Bi), a polycrystalline material (pol
(displayed as y-), for example, poly-Si:
H, poly-Si: HX, poly-SiC: H, p
poly-SiC: HX, poly-SiGe: H, po
ly-Si, poly-SiC, poly-SiGe,
And a p-type valence electron control agent (group III atom B of the periodic table,
Examples of the material include Al, Ga, In, Tl) and n-type valence electron control agents (group V atom of the periodic table, P, As, Sb, Bi) added in high concentration.
【0107】特に光入射側のp型層又はn型層には、光
吸収の少ない結晶性の半導体層かバンドギャップの広い
非晶質半導体層が適している。Particularly, for the p-type layer or the n-type layer on the light incident side, a crystalline semiconductor layer with little light absorption or an amorphous semiconductor layer with a wide band gap is suitable.
【0108】p型層への周期律表第III 族原子の添加量
及びn型層への周期律表第V族原子の添加量は0.1〜
50%が最適量として挙げることができる。The amount of the group III atom of the periodic table added to the p-type layer and the amount of the group V atom of the periodic table added to the n-type layer are 0.1 to 0.1%.
50% can be mentioned as the optimum amount.
【0109】又p型層又はn型層に含有される水素原子
(H、D)又はハロゲン原子は、p型層又はn型層の未
結合手を補償する働きをしp型層又はn型層のドーピン
グ効率を向上させるものである。p型層又はn型層へ添
加される水素原子又はハロゲン原子は0.1〜40%が
最適量として挙げることができる。特にp型層又はn型
層が結晶性の場合、水素原子又はハロゲン原子は0.1
〜8%が最適量として挙げることができる。更にp型層
/i型層、n型層/i型層の各界面側で水素原子又は/
及びハロゲン原子の含有量が多く分布しているものが好
ましい分布形態として挙げられ、該界面近傍での水素原
子又は/及びハロゲン原子の含有量はバルク内の含有量
の1.1〜2倍の範囲が好ましい範囲として挙げること
ができる。このようにp型層/i型層、n型層/i型層
の各界面近傍で水素原子又はハロゲン原子の含有量を多
くすることによって該界面近傍の欠陥準位や応力を減少
させることができ、本発明の光起電力素子の光起電力や
光電流を増加させることができる。Hydrogen atoms (H, D) or halogen atoms contained in the p-type layer or the n-type layer serve to compensate dangling bonds in the p-type layer or the n-type layer, and It improves the doping efficiency of the layer. The optimum amount of hydrogen atoms or halogen atoms added to the p-type layer or the n-type layer is 0.1 to 40%. Especially when the p-type layer or the n-type layer is crystalline, the hydrogen atom or halogen atom is 0.1
-8% can be mentioned as the optimum amount. In addition, hydrogen atoms or / on the interface sides of the p-type layer / i-type layer and the n-type layer / i-type layer
And those in which the content of halogen atoms is large are listed as a preferable distribution form, and the content of hydrogen atoms and / or halogen atoms in the vicinity of the interface is 1.1 to 2 times the content in the bulk. The range can be mentioned as a preferable range. Thus, by increasing the content of hydrogen atoms or halogen atoms in the vicinity of each interface of the p-type layer / i-type layer and the n-type layer / i-type layer, the defect level and stress near the interface can be reduced. Therefore, the photovoltaic power and photocurrent of the photovoltaic device of the present invention can be increased.
【0110】光起電力素子のp型層及びn型層の電気特
性としては活性化エネルギーが0.2eV以下のものが
好ましく、0.1eV以下のものが最適である。又比抵
抗としては100Ωcm以下が好ましく、1Ωcm以下
が最適である。さらにp型層及びn型層の層厚は1〜5
0nmが好ましく、3〜10nmが最適である。Regarding the electrical characteristics of the p-type layer and the n-type layer of the photovoltaic element, the activation energy is preferably 0.2 eV or less, and most preferably 0.1 eV or less. The specific resistance is preferably 100 Ωcm or less, and most preferably 1 Ωcm or less. Furthermore, the layer thickness of the p-type layer and the n-type layer is 1 to 5
0 nm is preferable and 3 to 10 nm is optimum.
【0111】光起電力素子のp型層又はn型層の堆積に
適した原料ガスとしては、シリコン原子を含有したガス
化し得る化合物、ゲルマニウム原子を含有したガス化し
得る化合物、炭素原子を含有したガス化し得る化合物等
若しくは該化合物の混合ガスを挙げることができる。As the source gas suitable for depositing the p-type layer or the n-type layer of the photovoltaic element, a gasifiable compound containing a silicon atom, a gasifiable compound containing a germanium atom, or a carbon atom was contained. Examples thereof include compounds that can be gasified or mixed gas of the compounds.
【0112】具体的にシリコン原子を含有するガス化し
得る化合物としてはSiH4 、SiH6 、SiF4 、S
iFH3 、SiF2 H2 、SiF3 H、Si3 H8 、S
iD4 、SiHD3 、SiH2 D2 、SiH3 D、Si
FD3 、SiF2 D2 、SiD3 H、Si2 D3 H3 、
等を挙げることができる。Specific examples of the gasifiable compounds containing silicon atoms include SiH 4 , SiH 6 , SiF 4 , and S.
iFH 3 , SiF 2 H 2 , SiF 3 H, Si 3 H 8 , S
iD 4 , SiHD 3 , SiH 2 D 2 , SiH 3 D, Si
FD 3 , SiF 2 D 2 , SiD 3 H, Si 2 D 3 H 3 ,
Etc. can be mentioned.
【0113】具体的にゲルマニウム原子を含有するガス
化し得る化合物としてGeH4 ,GeD4 、GeF4 、
GeFH3 、GeF2 H2 、GeF3 H、GeHD3 、
GeH2 D2 、GeH3 D、Ge2 H6 、Ge2 D6 等
を挙げることができる。Specifically, as the gasifiable compound containing a germanium atom, GeH 4 , GeD 4 , GeF 4 ,
GeFH 3 , GeF 2 H 2 , GeF 3 H, GeHD 3 ,
GeH 2 D 2, GeH 3 D , mention may be made of Ge 2 H 6, Ge 2 D 6 , and the like.
【0114】具体的に炭素原子を含有するガス化し得る
化合物としてはCH4 、CD4 、Cn H2n+2(nは整
数)Cn H2n(nは整数)、C2 H2 、C6 H6 、CO
2 、CO等を挙げることができる。Specific examples of the gasifiable compound containing a carbon atom include CH 4 , CD 4 , C n H 2n + 2 (n is an integer), C n H 2n (n is an integer), C 2 H 2 and C. 6 H 6 , CO
2 , CO and the like can be mentioned.
【0115】価電子制御を行うためにp型層又はn型層
に導入される物質としては周期律表第III 族原子又は第
V族原子を挙げることができる。Examples of the substance introduced into the p-type layer or the n-type layer for controlling the valence electrons include Group III atoms and Group V atoms of the periodic table.
【0116】第III 族原子導入用の出発物質として有効
に使用されるものとしては、具体的にはホウ素原子導入
用としては、B2 H6 、B4 H10、B5 H9 、B
5 H11、B6 H10、B6 H12、B6 H14等の水素化ホウ
素、BF3 、BCl3 、等のハロゲン化ホウ素等を挙げ
ることができる。このほかにAlCl3 、GaCl3 、
InCl3 、TlCl3 等も挙げることができる。特に
B2 H6 、BF3 が適している。As the starting material effectively used for introducing a Group III atom, specifically, for introducing a boron atom, B 2 H 6 , B 4 H 10 , B 5 H 9 , B can be used.
5 H 11, B 6 H 10 , B 6 H 12, B 6 H 14 , etc. borohydride, BF 3, BCl 3, and halogenated boron such as equal. In addition to this, AlCl 3 , GaCl 3 ,
InCl 3 , TlCl 3 and the like can also be mentioned. B 2 H 6 and BF 3 are particularly suitable.
【0117】第V族原子導入用の出発物質として有効に
使用されるのは、具体的には燐原子導入用としてはPH
3 、P2 H4 等の水素化燐、PH4 I、PF3 、P
F5 、PCl3 、PCl5 、PBr3 、PBr5 、PI
3 等のハロゲン化燐を挙げることができる。このほかA
sH3 、AsF3 、AsCl3 、AsBr3 、As
F5 、SbH3 、SbF3 、SbF5 、SbCl3 、S
bCl5 、BiH3 、BiCl3 、BiBr3 等も挙げ
ることができる。特にPH3 、PF3 が適している。What is effectively used as a starting material for introducing a group V atom is specifically PH for introducing a phosphorus atom.
3 , Phosphorus hydride such as P 2 H 4 , PH 4 I, PF 3 , P
F 5 , PCl 3 , PCl 5 , PBr 3 , PBr 5 , PI
Examples thereof include phosphorus halides such as 3 . Besides this A
sH 3 , AsF 3 , AsCl 3 , AsBr 3 , As
F 5 , SbH 3 , SbF 3 , SbF 5 , SbCl 3 , S
Other examples include bCl 5 , BiH 3 , BiCl 3 , BiBr 3 and the like. Particularly, PH 3 and PF 3 are suitable.
【0118】光起電力素子に適したp型層又はn型層の
堆積方法は、rfプラズマCVD法とマイクロ波プラズ
マCVD法である。Suitable methods for depositing a p-type layer or an n-type layer for a photovoltaic element are an rf plasma CVD method and a microwave plasma CVD method.
【0119】rfプラズマCVD法で堆積する場合、容
量結合型のrfプラズマCVD法が適している。When depositing by the rf plasma CVD method, the capacitive coupling type rf plasma CVD method is suitable.
【0120】該rfプラズマCVD法でp型層又はn型
層を堆積する場合、堆積室内の基板温度は、100〜3
50℃、内圧は、0.1〜10Torr、rfエネルギ
ーは、0.05〜1.0W/cm2 、堆積速度は、0.
01〜3nm/secが最適条件として挙げることがで
きる。When the p-type layer or the n-type layer is deposited by the rf plasma CVD method, the substrate temperature in the deposition chamber is 100 to 3
50 ° C., internal pressure 0.1 to 10 Torr, rf energy 0.05 to 1.0 W / cm 2 , deposition rate 0.1.
The optimum condition is 01 to 3 nm / sec.
【0121】又前記ガス化し得る化合物をH2 、He、
Ne、Ar、Xe、Kr等のガスで適宜希釈して堆積室
に導入してもよい。Further, the gasifiable compound may be H 2 , He,
It may be appropriately diluted with a gas such as Ne, Ar, Xe, or Kr and introduced into the deposition chamber.
【0122】特に微結晶半導体やa−SiC:H等の光
吸収が少ないかバンドギャップの広い層を堆積する場合
は水素ガスで2〜100倍に原料ガスを希釈し、rfエ
ネルギーは比較的大きいパワーを導入するのが好ましい
ものである。rfの周波数としては1MHz〜100M
Hzが適した範囲であり、特に13.56MHz近傍の
周波数が最適である。In particular, when depositing a layer having a small band of light absorption or a wide bandgap such as a microcrystalline semiconductor or a-SiC: H, the source gas is diluted with hydrogen gas 2 to 100 times, and the rf energy is relatively large. It is preferable to introduce power. The frequency of rf is 1MHz-100M
Hz is a suitable range, and particularly a frequency near 13.56 MHz is optimum.
【0123】p型層又はn型層をマイクロ波プラズマC
VD法で堆積する場合、マイクロ波プラズマCVD装置
は、堆積室に誘電体窓(アルミナセラミックス等)を介
して導波管でマイクロ波を導入する方法が適している。Microwave plasma C is used for the p-type layer or the n-type layer.
When depositing by the VD method, the microwave plasma CVD apparatus is preferably a method of introducing microwaves into the deposition chamber through a dielectric window (alumina ceramics or the like) using a waveguide.
【0124】マイクロ波プラズマCVD法でp型層又は
n型層を本発明の堆積膜形成方法も適した堆積方法であ
るが、更に広い堆積条件で光起電力素子に適用可能な堆
積膜を形成することができる。The p-type layer or the n-type layer formed by the microwave plasma CVD method is also suitable for the deposition film forming method of the present invention, but a deposition film applicable to a photovoltaic element is formed under wider deposition conditions. can do.
【0125】本発明の方法以外でp型層又はn型層をマ
イクロ波プラズマCVD法で、堆積する場合、堆積室内
の基板温度は100〜400℃、内圧は0.5〜30m
Torr、マイクロ波パワーは0.01〜1W/c
m3 、マイクロ波の周波数は0.5〜10GHzが好ま
しい範囲として挙げることができる。When a p-type layer or an n-type layer is deposited by a microwave plasma CVD method other than the method of the present invention, the substrate temperature in the deposition chamber is 100 to 400 ° C., and the internal pressure is 0.5 to 30 m.
Torr, microwave power 0.01 to 1 W / c
A preferable range of m 3 and microwave frequency is 0.5 to 10 GHz.
【0126】又前記ガス化し得る化合物をH2 、He、
Ne、Ar、Xe、Kr等のガスで適宜希釈して堆積室
に導入してもよい。Further, the gasifiable compound may be H 2 , He,
It may be appropriately diluted with a gas such as Ne, Ar, Xe, or Kr and introduced into the deposition chamber.
【0127】特に微結晶半導体やa−SiC:H等の光
吸収の少ないかハンドギャップの広い層を堆積する場合
は水素ガスで2〜100倍に原料ガスを希釈し、マイク
ロ波パワーは比較的大きいパワーを導入するのが好まし
いものである。i型層
光起電力素子において、i型層は照射光に対してキャリ
アを発生輸送する重要な層である。In particular, when depositing a layer such as a microcrystalline semiconductor or a-SiC: H having a small light absorption or a wide hand gap, the source gas is diluted with hydrogen gas to 2 to 100 times, and the microwave power is relatively high. It is preferable to introduce a large power. i-Type Layer In a photovoltaic device, the i-type layer is an important layer that generates and transports carriers for irradiation light.
【0128】i型層の材料としては厳密にi型の材料で
ある必要はなく、僅かにp型、あるいは僅かにn型の材
料も使用できる。The material for the i-type layer need not be a strictly i-type material, and a slightly p-type or slightly n-type material can be used.
【0129】本発明の光起電力素子のi型層としては非
晶質材料、例えばa−Si:H、a−Si:HX、a−
SiC:H、a−SiC:HX、a−SiGe:H、a
−SiGe:HX、a−SiGeC:HX等を挙げるこ
とができる。The i-type layer of the photovoltaic element of the present invention is an amorphous material such as a-Si: H, a-Si: HX, a-.
SiC: H, a-SiC: HX, a-SiGe: H, a
-SiGe: HX, a-SiGeC: HX, etc. can be mentioned.
【0130】特に、i型層としては、前記の非晶質材料
に価電子制御剤として周期律表第III 族原子又は/及び
第V族原子を添加してイントリンシック化(intri
nsic)した材料が好適なものとして挙げることがで
きる。In particular, for the i-type layer, an intrinsic material is formed by adding a group III atom and / or a group V atom of the periodic table to the above amorphous material as a valence electron control agent.
Suitable materials may be mentioned.
【0131】i型層に含有される水素原子(H、D)又
はハロゲン原子(X)は、i型層の未結合手を補償する
働きをし、i型層でのキャリアの移動度と寿命の積を向
上させるものである。又p型層/i型層、n型層/i型
層の各界面に発生する界面準位を補償する働きをし、光
起電力素子の光起電力、光電流そして光応答性を向上さ
せる効果のあるものである。i型層に含有される水素原
子又は/及びハロゲン原子は1〜40%が最適な含有量
として挙げることができる。特に、p型層/i型層、n
型層/i型層の各界面側で水素原子又は/及びハロゲン
原子の含有量が多く分布しているものが好ましい分布形
態として挙げられ、該界面近傍での水素原子又は/及び
ハロゲン原子の含有量はバルク内の含有量の1.1〜2
倍の範囲が好ましい範囲として挙げることができる。The hydrogen atom (H, D) or halogen atom (X) contained in the i-type layer serves to compensate dangling bonds of the i-type layer, and the mobility and life of carriers in the i-type layer. To improve the product of Further, it serves to compensate the interface states generated at the interfaces of the p-type layer / i-type layer and the n-type layer / i-type layer, and improves the photovoltaic power, photocurrent and photoresponsiveness of the photovoltaic device. It is effective. The optimum content of hydrogen atoms and / or halogen atoms contained in the i-type layer can be 1 to 40%. In particular, p-type layer / i-type layer, n
A preferable distribution form is one in which the content of hydrogen atoms and / or halogen atoms is largely distributed on each interface side of the type layer / i-type layer, and the content of hydrogen atoms and / or halogen atoms near the interface is included. The amount is 1.1 to 2 of the content in the bulk.
A double range can be mentioned as a preferable range.
【0132】i型層の層厚は、光起電力素子の構造(例
えばシングルセル、ダブルセル、トリプルセル)及びi
型層の光学的及び電気的特性等の諸条件により適宜定め
られるものであるが0.1〜1.0μmが最適な層厚と
して挙げることができる。The layer thickness of the i-type layer depends on the structure of the photovoltaic element (for example, single cell, double cell, triple cell) and i
Although it is appropriately determined depending on various conditions such as optical and electrical characteristics of the mold layer, 0.1 to 1.0 μm can be mentioned as the optimum layer thickness.
【0133】又i型層のバンドギャップはp型層/i型
層、n型層/i型層の各界面側で広くなるように設計す
ることが好ましいものである。このように設計すること
によって、光起電力素子の光起電力、光電流を大きくす
ることができ、更に長時間使用した場合の光劣化等を低
減することができる。Further, it is preferable that the band gap of the i-type layer is designed to be wide on the interface side of each of the p-type layer / i-type layer and the n-type layer / i-type layer. By designing in this way, the photovoltaic power and photocurrent of the photovoltaic element can be increased, and further photodegradation and the like when used for a long time can be reduced.
【0134】光起電力素子のi型層には本発明の堆積膜
形成方法が最適である。透明電極
透明電極に好適に用いられる材質として、ZnO、Sn
O2 、In2 O3 、ITO、TiO2 、CdO、Cd2
SnO4 、Bi2 O3 、MoO3 、 Nax WO3 、等
を挙げることができる。The deposited film forming method of the present invention is most suitable for the i-type layer of the photovoltaic element. Transparent electrode As a material preferably used for the transparent electrode, ZnO, Sn
O 2 , In 2 O 3 , ITO, TiO 2 , CdO, Cd 2
SnO 4, Bi 2 O 3, MoO 3, Na x WO 3, and the like.
【0135】透明電極は以下のようにして堆積される。The transparent electrode is deposited as follows.
【0136】透明電極の堆積にはスパッタリング法と真
空蒸着法が最適な堆積方法である。The sputtering method and the vacuum evaporation method are the most suitable deposition methods for depositing the transparent electrode.
【0137】透明電極の堆積に適したスパッタリング装
置として図3に模式的に示すDCマグネトロンスパッタ
装置を挙げることができる。As a sputtering apparatus suitable for depositing a transparent electrode, a DC magnetron sputtering apparatus schematically shown in FIG. 3 can be mentioned.
【0138】透明電極の堆積に適した図3に模式的に示
すDCマグネトロンスパッタ装置は、堆積室301、基
板302、加熱ヒーター303、ターゲット304、3
08、絶縁性支持体305、309、DC電源306、
310、シャッター307、311、真空計312、コ
ンダクタンスバルブ313、ガス導入バルブ314、3
15、マスフローコントローラー316、317等から
構成されている。A DC magnetron sputtering apparatus schematically shown in FIG. 3 suitable for depositing a transparent electrode includes a deposition chamber 301, a substrate 302, a heater 303, targets 304, 3
08, insulating supports 305, 309, DC power supply 306,
310, shutters 307, 311, vacuum gauge 312, conductance valve 313, gas introduction valves 314, 3
15, mass flow controllers 316, 317 and the like.
【0139】DCマグネトロンスパッタリング装置にお
いて、インジウム酸化物から成る透明電極を基板上に堆
積する場合、ターゲットは金属インジウム(In)やイ
ンジウム酸化物(In2 O3 )等のターゲットが用いら
れる。In the DC magnetron sputtering apparatus, when a transparent electrode made of indium oxide is deposited on a substrate, a target made of metal indium (In) or indium oxide (In 2 O 3 ) is used.
【0140】更にインジウム−スズ酸化物から成る透明
電極を基板上に堆積する場合ターゲットは金属スズ、金
属インジウム又は金属スズと金属インジウムの合金、ス
ズ酸化物、インジウム酸化物、インジウム−スズ酸化物
等のターゲットを適宜組み合わせて用いられる。When a transparent electrode made of indium-tin oxide is further deposited on the substrate, the target is metal tin, metal indium or an alloy of metal tin and metal indium, tin oxide, indium oxide, indium-tin oxide, etc. Are used in combination as appropriate.
【0141】スパッタリング法で堆積する場合、基板温
度は重要な因子であって、25℃〜600℃が好ましい
範囲として挙げることができる。又透明電極をスパッタ
リング法で堆積する場合の、スパッタリング用のガスと
して、アルゴンガス(Ar)、ネオンガス(Ne)、キ
セノンガス(Xe)、ヘリウムガス(He)等の不活性
ガスが挙げられ、特にArガスが最適なものである。又
前記不活性ガスに酸素ガス(O2 )を必要に応じて添加
することが好ましいものである。特に金属をターゲット
にしている場合、酸素ガス(O2 )は必須のものであ
る。When depositing by the sputtering method, the substrate temperature is an important factor, and 25 ° C. to 600 ° C. can be mentioned as a preferable range. In addition, as a gas for sputtering when depositing the transparent electrode by a sputtering method, an inert gas such as argon gas (Ar), neon gas (Ne), xenon gas (Xe), and helium gas (He) can be mentioned. Ar gas is the optimum one. Further, it is preferable to add oxygen gas (O 2 ) to the inert gas as needed. Especially when a metal is used as a target, oxygen gas (O 2 ) is essential.
【0142】更に前記不活性ガス等によってターゲット
をスパッタリングする場合、放電空間の圧力は効果的に
スパッタリングを行うために、0.1〜50mTorr
が好ましい範囲として挙げることができる。Further, when the target is sputtered with the above-mentioned inert gas or the like, the pressure of the discharge space is 0.1 to 50 mTorr in order to perform the sputtering effectively.
Can be mentioned as a preferable range.
【0143】加えてスパッタリング法の場合の電源とし
てはDC電源やrf電源が適したものとして挙げること
ができる。スパッタリング時の電力としては10〜10
00Wが適した範囲である。In addition, a DC power supply or an rf power supply is suitable as a power supply for the sputtering method. The power for sputtering is 10 to 10
00W is a suitable range.
【0144】透明電極の堆積速度は、放電空間の圧力や
放電電力に依存し、最適な堆積速度としては、0.01
〜10nm/secの範囲である。The deposition rate of the transparent electrode depends on the pressure of the discharge space and the discharge power, and the optimum deposition rate is 0.01
The range is from 10 nm / sec.
【0145】透明電極の層厚は、反射防止膜の条件を満
たすような条件に堆積するのが好ましいものである。具
体的な透明電極の層厚としては50〜300nmが好ま
しい範囲として挙げることができる。The layer thickness of the transparent electrode is preferably deposited under conditions that satisfy the conditions of the antireflection film. As a specific layer thickness of the transparent electrode, 50 to 300 nm can be mentioned as a preferable range.
【0146】透明電極を堆積するに適した第2の方法と
して真空蒸着法を挙げることができる。As a second method suitable for depositing the transparent electrode, a vacuum vapor deposition method can be mentioned.
【0147】真空蒸着装置は図4に模式的に示すよう
に、堆積室401、基板402、加熱ヒーター403、
蒸着源404、蒸着源用加熱ヒーター404、AC電源
406、シャッター407、真空計408、コンダクタ
ンスバルブ409、ガス導入バルブ410、マスフロー
コントローラー411、リークバルブ412、膜厚モニ
ター413から構成されている。The vacuum vapor deposition apparatus is, as schematically shown in FIG. 4, a deposition chamber 401, a substrate 402, a heater 403,
The vapor deposition source 404, the vapor deposition source heater 404, the AC power source 406, the shutter 407, the vacuum gauge 408, the conductance valve 409, the gas introduction valve 410, the mass flow controller 411, the leak valve 412, and the film thickness monitor 413 are included.
【0148】真空蒸着法において透明電極を堆積するに
適した蒸着源としては、金属スズ、金属インジウム、イ
ンジウム−スズ合金を挙げることができる。Suitable vapor deposition sources for depositing transparent electrodes in the vacuum vapor deposition method include metal tin, metal indium, and indium-tin alloy.
【0149】又透明電極を堆積することの基板温度とし
ては25℃〜600℃の範囲が適した範囲である。The suitable substrate temperature for depositing the transparent electrode is 25 ° C. to 600 ° C.
【0150】更に、透明電極を堆積するとき、堆積室を
10-6Torr以下に減圧した後に酸素ガス(O2 )を
5×10-5Torr〜9×10-4Torrの範囲で堆積
室に導入することが必要である。Further, when depositing the transparent electrode, the pressure in the deposition chamber is reduced to 10 -6 Torr or less, and then oxygen gas (O 2 ) is introduced into the deposition chamber in the range of 5 × 10 -5 Torr to 9 × 10 -4 Torr. It is necessary to introduce.
【0151】この範囲で酸素を導入することによって蒸
着源から気化した前記金属が気相中の酸素と反応して良
好な透明電極が堆積される。By introducing oxygen in this range, the metal vaporized from the vapor deposition source reacts with oxygen in the vapor phase to deposit a good transparent electrode.
【0152】又、前記真空度でrf電力を導入したプラ
ズマを発生させて、該プラズマを介して蒸着を行っても
よい。Further, plasma may be generated by introducing rf electric power at the above-mentioned degree of vacuum and vapor deposition may be performed through the plasma.
【0153】上記条件による透明電極の好ましい堆積速
度の範囲としては0.01〜10nm/secである。
堆積速度が0.01nm/sec未満であると生産性が
低下し10nm/secより大きくなると粗な膜となり
透過率、導電率及び密着性が低下する。The preferable deposition rate range of the transparent electrode under the above conditions is 0.01 to 10 nm / sec.
If the deposition rate is less than 0.01 nm / sec, the productivity will be reduced, and if it is more than 10 nm / sec, a rough film will be formed and the transmittance, conductivity and adhesion will be reduced.
【0154】[0154]
【実施例】以下実施例により本発明を更に詳細に説明す
るが、本発明はこれらによって何等限定されるものでは
ない。The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited thereto.
【0155】実施例1
図2(a)に示す構成を有するa−Si:H光起電力素
子を以下に説明するように製造した。Example 1 An a-Si: H photovoltaic element having the structure shown in FIG. 2A was manufactured as described below.
【0156】本実施例では基板201として、表面に鏡
面研磨を施した10cm角、厚さ0.1mmのステンレ
ス(SUS304)板を用い、その上に光反射層202
として銀を公知の真空蒸着法で0.3μmの厚さに形成
した。In this example, as the substrate 201, a 10 cm square stainless steel (SUS304) plate having a mirror-polished surface was used, and a light reflecting layer 202 was formed thereon.
Was formed into a thickness of 0.3 μm by a known vacuum deposition method.
【0157】この上に、反射増加層203として酸化亜
鉛層を、図3に示したDCスパッタ装置を用いて以下の
ようにして形成した。On this, a zinc oxide layer was formed as the reflection increasing layer 203 by using the DC sputtering apparatus shown in FIG. 3 as follows.
【0158】加熱ヒーター303に予め銀を蒸着した基
板302を取り付けた後、堆積室301内を不図示のポ
ンプによって真空排気した。堆積室301内の真空度が
10-5Torr以下になったことを真空計312で確認
した後ヒーター303に通電し、基板302の温度を4
00℃に加熱・保持した。After the substrate 302 having silver deposited thereon was attached to the heater 303, the inside of the deposition chamber 301 was evacuated by a pump (not shown). After confirming with the vacuum gauge 312 that the degree of vacuum in the deposition chamber 301 has become 10 −5 Torr or less, the heater 303 is energized to change the temperature of the substrate 302 to 4
It was heated and held at 00 ° C.
【0159】本実施例ではターゲット304は、酸化亜
鉛のパウダーを焼結したものを用いた。スパッタガスと
してアルゴンガスを25sccmの流量となるようにマ
スフローコントローラー316で調整しながらガス導入
バルブ314を介して供給し、流量が安定した後、前記
ターゲット304にスパッタ電源306よりDC電圧
を、スパッタ電流が0.8Aとなるように設定・印加し
た。又、スパッタ中の内部圧力は7mTorrに保っ
た。In the present embodiment, the target 304 is made of sintered zinc oxide powder. Argon gas as a sputter gas is supplied through the gas introduction valve 314 while being adjusted by the mass flow controller 316 so that the flow rate is 25 sccm, and after the flow rate is stabilized, a DC voltage is supplied from the sputter power source 306 to the target 304 and a sputter current. Was set and applied so as to be 0.8 A. The internal pressure during sputtering was kept at 7 mTorr.
【0160】以上のようにして酸化亜鉛層の形成を開始
し、該酸化亜鉛層の層厚が1.0μmに達した後、スパ
ッタ電源からの電力の供給、スパッタガスの供給、ヒー
ター303への通電を停止し、基板冷却後、堆積室30
1内を大気リークして酸化亜鉛層を形成した基板を取り
出した。As described above, the formation of the zinc oxide layer was started, and after the layer thickness of the zinc oxide layer reached 1.0 μm, power was supplied from the sputtering power source, sputtering gas was supplied, and the heater 303 was supplied. After de-energizing and cooling the substrate, the deposition chamber 30
The inside of 1 was leaked to the atmosphere, and the substrate on which the zinc oxide layer was formed was taken out.
【0161】続いて、この上に各々a−Si:Hからな
る、n型層204、i型層205及びp型層206を、
図1に示すマイクロ波プラズマCVD装置を用いて形成
した。Subsequently, an n-type layer 204, an i-type layer 205 and a p-type layer 206 each made of a-Si: H are formed thereon.
It was formed using the microwave plasma CVD apparatus shown in FIG.
【0162】図1中のガスボンベ1071乃至1076
には、各々の半導体層を形成するための原料ガスが密封
されている。1071はSiH4 (純度99.999
%)ガスボンベ、1072はGeH4 (純度99.99
9%)ガスボンベ、1073はH2 (純度99.999
9%)ガスボンベ、1074はH2 ガスで10%に希釈
されたPH3 ガス(以下「PH3 /H2 ガス」と略記す
る)ボンベ、1075はH2 ガスで10%に希釈された
BF3 ガス(以下「BF3 /H2 ガス」と略記する)ボ
ンベ、及び1076はArガスボンベである。カスボン
ベ1071乃至1076を取り付けた際に、ガスボンベ
1071よりSiH4 ガス、ガスボンベ1072よりG
eH4 ガス、ガスボンベ1073よりH2 ガス、ガスボ
ンベ1074よりPH3 /H2 ガス、ガスボンベ107
5よりBF3 /H2 ガス、及びガスボンベ1076より
Arガスを、バルブ1051乃至1056を開けて、バ
ルブ1031乃至1036までのそれぞれのガス配管内
に導入し、圧力調整器1061乃至1066によりそれ
ぞれの配管内のガス圧力を2kg/cm2 に調整した。Gas cylinders 1071 to 1076 in FIG.
The raw material gas for forming each semiconductor layer is sealed in. 1071 is SiH 4 (purity 99.999
%) Gas cylinder, 1072 is GeH 4 (purity 99.99)
9%) gas cylinder, 1073 is H 2 (purity 99.999)
9%) gas cylinder, 1074 abbreviated as PH 3 gas diluted to 10% with H 2 gas (hereinafter "PH 3 / H 2 gas") cylinder, 1075 BF 3 diluted to 10% with H 2 gas Gas (hereinafter abbreviated as “BF 3 / H 2 gas”) cylinders and 1076 are Ar gas cylinders. When the gas cylinders 1071 to 1076 are attached, SiH 4 gas is supplied from the gas cylinder 1071 and G is supplied from the gas cylinder 1072.
eH 4 gas, H 2 gas from gas cylinder 1073, PH 3 / H 2 gas from gas cylinder 1074, gas cylinder 107
BF 3 / H 2 gas from No. 5 and Ar gas from the gas cylinder 1076 are introduced into the gas pipes of the valves 1031 to 1036 by opening the valves 1051 to 1056, and the respective pipes are adjusted by the pressure regulators 1061 to 1066. The gas pressure inside was adjusted to 2 kg / cm 2 .
【0163】バルブ1031乃至1036及び堆積室1
01のリークバルブ109が閉じられていることを確認
し、又、バルブ1041乃至1046が開かれているこ
とを確認して、コンダクタンス(バタフライ型)バルブ
107を全開にして、不図示の真空ポンプにより堆積室
101及びガス配管内を排気する。真空計106の読み
が、好ましくは1×10-4Torr以下、より好ましく
は1×10-5Torr以下になった時点でバルブ104
1乃至1046を閉じる。Valves 1031 to 1036 and deposition chamber 1
It is confirmed that the leak valve 109 of 01 is closed, and that the valves 1041 to 1046 are opened, the conductance (butterfly type) valve 107 is fully opened, and a vacuum pump (not shown) is used. The deposition chamber 101 and the gas pipe are exhausted. When the reading of the vacuum gauge 106 is preferably 1 × 10 −4 Torr or less, more preferably 1 × 10 −5 Torr or less, the valve 104 is reached.
1 to 1046 are closed.
【0164】次に、バルブ1031乃至1036を徐々
に開けて、各々のガスをマスフローコントローラー10
21乃至1026内に導入する。Next, the valves 1031 to 1036 are gradually opened to let each gas flow through the mass flow controller 10.
21 to 1026.
【0165】以上のようにして半導体層の形成の準備が
整った後、加熱ヒーター105通電し、基板104を3
80℃に加熱・保持した。After the preparation for forming the semiconductor layer is completed as described above, the heater 105 is energized to set the substrate 104 to 3 times.
It was heated and kept at 80 ° C.
【0166】次に、導入バルブ1041、1043、1
044をダストが飛散しないように徐々に開いて、Si
H4 ガス、H2 ガス及びPH3 /H2 ガスを補助バルブ
108、ガス導入管103を通じて堆積室101内に流
入させた。この時、SiH4ガス流量が10sccm、
H2 ガス流量が100sccm及びPH3 /H2 ガス流
量が1.0sccmとなるようにマスフローコントロー
ラー1021、1023、1024で調整した。Next, the introduction valves 1041, 1043, 1
Open 044 gradually to prevent dust from scattering
H 4 gas, H 2 gas, and PH 3 / H 2 gas were caused to flow into the deposition chamber 101 through the auxiliary valve 108 and the gas introduction pipe 103. At this time, the SiH 4 gas flow rate is 10 sccm,
The mass flow controllers 1021, 1023, and 1024 were adjusted so that the H 2 gas flow rate was 100 sccm and the PH 3 / H 2 gas flow rate was 1.0 sccm.
【0167】堆積室101へのガスの導入を徐々におこ
なうとともに、シャッター115が閉じられた状態でこ
れをおこなうことは基板表面へのダストの付着を防ぐた
めに好ましい。It is preferable to gradually introduce the gas into the deposition chamber 101 and to perform the operation with the shutter 115 closed to prevent dust from adhering to the substrate surface.
【0168】ガス流量が安定したところで、堆積室10
1内の圧力が5mTorrとなるように真空計106を
見ながらコンダクタンスバルブ107の開口を調整し
た。次に、不図示のマイクロ波電源の電力を400Wに
設定し、不図示の導波管、導波部110及び導電体窓1
02を介して堆積室101内にマイクロ波電力を導入し
マイクロ波グロー放電を生起させた。プラズマが安定化
した後、DC及びrfバイアス電圧を供給可能であり、
十分な電源容量を有するバイアス電源111による60
0Wのrfバイアス及び+100VのDCバイアス電圧
をバイアス棒112に印加した。プラズマの様子、バイ
アス電流等の各パラメータが一定になったところでシャ
ッター115を開き、基板104上にn型層の形成を開
始した。なお、メッシュ113を移動することによって
基板104の近傍から取り除いてある。When the gas flow rate became stable, the deposition chamber 10
The opening of the conductance valve 107 was adjusted while observing the vacuum gauge 106 so that the pressure in 1 became 5 mTorr. Next, the power of the microwave power source (not shown) is set to 400 W, and the waveguide, the waveguide section 110, and the conductor window 1 (not shown) are set.
Microwave power was introduced into the deposition chamber 101 via 02 to cause microwave glow discharge. DC and rf bias voltages can be applied after the plasma has stabilized,
60 by bias power supply 111 having sufficient power supply capacity
An rf bias of 0 W and a DC bias voltage of +100 V was applied to the bias rod 112. The shutter 115 was opened when the parameters of the plasma and the bias current became constant, and the formation of the n-type layer on the substrate 104 was started. The mesh 113 is removed from the vicinity of the substrate 104.
【0169】n型層204の層厚が約20nmとなった
ところでシャッター115を閉じ、マイクロ波電力の導
入を止め、バイアス電源111の出力を切り、又、導入
バルブ1041、1043、1044を閉じて堆積室1
01内へのガス導入を止め、n型層204の形成を終え
た。When the layer thickness of the n-type layer 204 reaches about 20 nm, the shutter 115 is closed, the introduction of microwave power is stopped, the output of the bias power source 111 is cut off, and the introduction valves 1041, 1043, 1044 are closed. Deposition chamber 1
The introduction of gas into the inside of No. 01 was stopped, and the formation of the n-type layer 204 was completed.
【0170】次に、i型層205の形成を以下のように
して行なった。まず、メッシュ113を移動させ、基板
104を覆うように設置した。続いて堆積室101及び
配管内を一旦10-5Torr以下の高真空に排気した
後、基板104を加熱ヒーター105により370℃に
加熱・保持し、導入バルブ1041を開いてSiH4 ガ
ス150sccmを補助バルブ108及びガス導入管1
03を介して堆積室101内に導入した。堆積室101
内の圧力が5mTorrとなるように真空計106を見
ながらコンダクタンスバルブ107の開口を調整した。
次に、不図示のマイクロ波電源の電力を450Wに設定
し、不図示の導波管、導波部110及び誘電体窓102
を通じて堆積室101内にマイクロ波電力を導入し、マ
イクロ波グロー放電を生起させた。プラズマが安定化し
た後、バイアス電源111によるrfバイアス750W
をバイアス棒112に供給した。又、メッシュ用バイア
ス電源114によるDCバイアス電圧+60Vをメッシ
ュ113に印加した。プラズマの様子、バイアス電流等
の各パラメータが一定になったところでシャッター11
5を開き、n型層上にi型層の形成を開始した。なお、
このマイクロ波エネルギーの値ではマイクロ波エネルギ
ー律速状態であることが前述の方法で予め確認されてい
る。Next, the i-type layer 205 was formed as follows. First, the mesh 113 was moved and installed so as to cover the substrate 104. Subsequently, the deposition chamber 101 and the piping were once evacuated to a high vacuum of 10 −5 Torr or less, and then the substrate 104 was heated and held at 370 ° C. by the heater 105, and the introduction valve 1041 was opened to supplement 150 sccm of SiH 4 gas. Valve 108 and gas introduction pipe 1
It was introduced into the deposition chamber 101 through 03. Deposition chamber 101
The opening of the conductance valve 107 was adjusted while observing the vacuum gauge 106 so that the internal pressure became 5 mTorr.
Next, the power of the microwave power source (not shown) is set to 450 W, and the waveguide, the waveguide section 110, and the dielectric window 102 (not shown) are set.
Microwave power was introduced into the deposition chamber 101 through the to generate microwave glow discharge. After plasma is stabilized, rf bias 750 W by the bias power supply 111
Was supplied to the bias rod 112. Further, a DC bias voltage +60 V from the mesh bias power source 114 was applied to the mesh 113. When the parameters such as the state of plasma and the bias current become constant, the shutter 11
5 was opened to start forming an i-type layer on the n-type layer. In addition,
It has been previously confirmed by the above-described method that the microwave energy value is in a microwave energy rate-determining state.
【0171】i型層205の層厚が約270nmとなっ
たところでシャッター115を閉じ、マイクロ波電力の
導入を止め、バイアス電源111及び114の出力を切
り、又、堆積室101内へのガス導入を止め、i型層2
05の形成を終えた。該i型層の堆積速度は約10nm
/secであった。When the thickness of the i-type layer 205 reaches about 270 nm, the shutter 115 is closed, the introduction of microwave power is stopped, the outputs of the bias power sources 111 and 114 are cut off, and the gas is introduced into the deposition chamber 101. Stop the i-type layer 2
The formation of 05 is finished. The deposition rate of the i-type layer is about 10 nm
/ Sec.
【0172】次に、p型層206の形成を以下のように
して行なった。まず、メッシュ113を移動させ、基板
104の近傍から取り除いた。続いて、基板104を加
熱ヒーター105により350℃に加熱・保持し、Si
H4 ガス、H2 ガス、BF3/H2 ガスを補助バルブ1
08及びガス導入管103を介して堆積室101内に導
入した。この時、SiH4 ガス流量が10sccm、H
2 ガス流量が100sccm、BF3 /H2 ガス流量が
1sccmとなるように各々のマスフローコントローラ
ーで調整した。堆積室101内の圧力が5mTorrと
なるように真空計106を見ながらコンダクタンスバル
ブ107の開口を調整した。次に、不図示のマイクロ波
電源の電力を400Wに設定し、不図示の導波管、導波
部110及び誘電体窓102を通じて堆積室101内に
マイクロ波エネルギーを導入し、マイクロ波グロー放電
を生起させた。プラズマが安定化した後、バイアス電源
111による+100VのDCバイアス電圧をバイアス
棒112に印加した。プラズマの様子、バイアス電流等
の各パラメータが一定になったところでシャッター11
5を開き、i型層上にp型層の形成を開始した。Next, the p-type layer 206 was formed as follows. First, the mesh 113 was moved and removed from the vicinity of the substrate 104. Subsequently, the substrate 104 is heated and held at 350 ° C. by the heater 105, and Si is heated.
Auxiliary valve 1 for H 4 gas, H 2 gas, and BF 3 / H 2 gas
It was introduced into the deposition chamber 101 through 08 and the gas introduction pipe 103. At this time, the SiH 4 gas flow rate is 10 sccm, H
The mass flow controllers were adjusted so that the 2 gas flow rate was 100 sccm and the BF 3 / H 2 gas flow rate was 1 sccm. The opening of the conductance valve 107 was adjusted while observing the vacuum gauge 106 so that the pressure in the deposition chamber 101 was 5 mTorr. Next, the power of a microwave power source (not shown) is set to 400 W, microwave energy is introduced into the deposition chamber 101 through a waveguide, a waveguide section 110, and a dielectric window 102 (not shown) to perform microwave glow discharge. Caused. After the plasma was stabilized, the bias power supply 111 applied a DC bias voltage of +100 V to the bias rod 112. When the parameters such as the state of plasma and the bias current become constant, the shutter 11
5 was opened to start forming a p-type layer on the i-type layer.
【0173】p型層206の層厚が約10nmとなった
ところでシャッター115を閉じ、マイクロ波電力の導
入を止め、バイアス電源111の出力を切り、又、堆積
室101内へのガス導入を止め、p型層206の形成を
終えた。When the p-type layer 206 has a thickness of about 10 nm, the shutter 115 is closed to stop the introduction of microwave power, turn off the output of the bias power source 111, and stop the introduction of gas into the deposition chamber 101. The formation of the p-type layer 206 is completed.
【0174】次いで、堆積室101、及びガス導入管等
の内部のアルゴンパージを3回繰り返し行なってからガ
ス導入用バルブを閉じ、基板温度が適当な値に下がった
ところでリークバルブ109を開けて堆積室101内を
大気リークし、表面上にn型層、i型層及びp型層が形
成された基板104を堆積室101内から取り出した。Next, the interior of the deposition chamber 101 and the gas introduction pipe, etc. was repeatedly purged with argon three times, the gas introduction valve was closed, and the leak valve 109 was opened when the substrate temperature fell to an appropriate value to perform deposition. The inside of the chamber 101 was leaked to the atmosphere, and the substrate 104 having the n-type layer, the i-type layer and the p-type layer formed on the surface thereof was taken out from the deposition chamber 101.
【0175】次の工程として、上記のようにして形成し
たa−Si:H光起電力素子のp型層206上に、透明
電極207としてITO(In2 O3 +SnO2 )を、
以下のようにして形成した。In the next step, ITO (In 2 O 3 + SnO 2 ) was formed as a transparent electrode 207 on the p-type layer 206 of the a-Si: H photovoltaic element formed as described above.
It was formed as follows.
【0176】反応性真空蒸着装置として図4に示す装置
を用いた。The apparatus shown in FIG. 4 was used as a reactive vacuum vapor deposition apparatus.
【0177】p型層まで形成した基板402を加熱ヒー
ター403に取り付け、蒸着源404として金属スズと
金属インジウム(ともに純度99.999%)の50
%:50%混合物を補給した後、不図示の真空ポンプを
稼働しコンダクタンスバルブを全開にして堆積室401
内の真空排気を行なった。The substrate 402 having the p-type layer formed thereon was attached to the heater 403, and as the vapor deposition source 404, metal tin and metal indium (both having a purity of 99.999%) were used.
%: 50% After replenishing the mixture, a vacuum pump (not shown) is operated to fully open the conductance valve and the deposition chamber 401.
The inside was evacuated.
【0178】堆積室内の真空度が10-5Torr以下に
なった後に加熱ヒーター403に通電して基板402の
温度を150℃に保持した。After the degree of vacuum in the deposition chamber became 10 −5 Torr or less, the heater 403 was energized to keep the temperature of the substrate 402 at 150 ° C.
【0179】続いて、酸素ガス(O2 )を8sccmの
流量になるようにマスフローコントローラー411にて
調節し、ガス導入バルブ410を介して堆積室401内
に導入した。流量が一定となった後に真空計408を見
ながらコンダクタンスバルブ409を調節して堆積室4
01内の真空度を3×10-4Torrに設定した。Subsequently, oxygen gas (O 2 ) was adjusted by the mass flow controller 411 so that the flow rate was 8 sccm, and introduced into the deposition chamber 401 via the gas introduction valve 410. After the flow rate becomes constant, the conductance valve 409 is adjusted while watching the vacuum gauge 408 to adjust the deposition chamber 4
The degree of vacuum inside 01 was set to 3 × 10 −4 Torr.
【0180】内圧が一定となった後に蒸着源用の加熱ヒ
ーター405に通電し、蒸着源404の加熱を開始し
た。After the internal pressure became constant, the heater 405 for the vapor deposition source was energized to start heating the vapor deposition source 404.
【0181】蒸着源の温度が上昇して金属スズ及びイン
ジウムが気化し始めると、気化した金属原子が堆積室内
の酸素ガスと反応することによって堆積室内の圧力が若
干下がる。この圧力の変動値が3×10-5Torrとな
ったところでシャッター407を開いて基板402への
ITO膜の形成を開始した。When the temperature of the vapor deposition source rises and metal tin and indium begin to vaporize, the vaporized metal atoms react with oxygen gas in the deposition chamber, so that the pressure in the deposition chamber slightly decreases. When the fluctuation value of the pressure became 3 × 10 −5 Torr, the shutter 407 was opened and the formation of the ITO film on the substrate 402 was started.
【0182】膜厚モニター413によって堆積速度の値
を見ながらAC電源406の出力を調節して堆積速度が
約0.07nm/secでほぼ一定になるようにしてI
TO膜の形成を行なった。The output of the AC power source 406 is adjusted while observing the value of the deposition rate by the film thickness monitor 413 so that the deposition rate becomes substantially constant at about 0.07 nm / sec.
A TO film was formed.
【0183】膜厚が75nmとなったところでシャッタ
ー407で閉じ、加熱ヒーター403及び405への通
電を切り、ガス導入バルブ410を閉めて透明電極20
7の形成を終了する。基板温度が下がったところでリー
クバルブ412を開け、堆積室401内をリークして透
明電極207を形成した基板402を取り出した。When the film thickness reaches 75 nm, the shutter 407 is closed, the heaters 403 and 405 are deenergized, the gas introduction valve 410 is closed, and the transparent electrode 20 is closed.
The formation of 7 is completed. When the substrate temperature decreased, the leak valve 412 was opened, the inside of the deposition chamber 401 was leaked, and the substrate 402 on which the transparent electrode 207 was formed was taken out.
【0184】次に集電電極208として層厚が2μmの
Alを、抵抗加熱真空蒸着法にてマスクを用いて蒸着・
形成し、a−Si:H光起電力素子(No.実−1)を
得た。Next, Al having a layer thickness of 2 μm was deposited as a collector electrode 208 by a resistance heating vacuum deposition method using a mask.
Then, an a-Si: H photovoltaic element (No. Ex-1) was obtained.
【0185】比較例として、前記i型層形成工程におい
てメッシュ113にDCバイアス電圧を印加しないで半
導体層を堆積した点を除いて他の条件で光起電力素子
(No.実−1)と等しくしてa−Si:H光起電力素
子(No.比−1)を作製した。As a comparative example, it is the same as the photovoltaic element (No. real-1) under other conditions except that the semiconductor layer was deposited without applying a DC bias voltage to the mesh 113 in the i-type layer forming step. Then, an a-Si: H photovoltaic element (No. ratio -1) was produced.
【0186】以上のようにして作製された光起電力素子
(No.実−1)、及び(No.比−1)に対してソー
ラーシミュレーター(山下電装、YSS−150)を用
いて疑似太陽光(AM−1.5、100mW/cm2 )
照射の下で各々電流−電圧特性を測定し光電変換効率を
求めた。その結果、比較例の光起電力素子(No.比−
1)の値を1とした場合、本発明の堆積膜形成方法を用
いて形成された光起電力素子(No.実−1)の光電変
換効率は1.25と飛躍的に向上していることがわかっ
た。すなわち、光起電力素子の特性を最も大きく左右す
るi型層の形成において本発明の堆積膜形成方法を用い
た光起電力素子においては、膜特性向上に寄与するイオ
ン種が有効に選択され、かつメッシュと基板の間の電界
によって適度な加速度を与えられたことによる堆積膜の
均一性及び特性の向上が図られ、その結果として光起電
力素子の光電変換効率の飛躍的向上が達成されたものと
考えられる。Pseudo sunlight was produced by using a solar simulator (Yamashita Denso Co., Ltd., YSS-150) for the photovoltaic elements (No. Ex-1) and (No. Ratio-1) produced as described above. (AM-1.5, 100 mW / cm 2 )
The current-voltage characteristics were measured under irradiation to determine the photoelectric conversion efficiency. As a result, the photovoltaic element of the comparative example (No.
When the value of 1) is set to 1, the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic element (No. Ex-1) formed using the deposited film forming method of the present invention is dramatically improved to 1.25. I understood it. That is, in the photovoltaic element using the deposited film forming method of the present invention in the formation of the i-type layer that most greatly affects the characteristics of the photovoltaic element, the ionic species that contribute to the improvement of the film characteristics are effectively selected, In addition, the uniformity and characteristics of the deposited film were improved by applying an appropriate acceleration by the electric field between the mesh and the substrate, and as a result, the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic device was dramatically improved. It is considered to be a thing.
【0187】又、一枚の基板上に、同じ形状を有する小
面積の光起電力素子を25個形成して、該光起電力素子
の光電変換効率のばらつきを調べた。その結果、本発明
の堆積膜形成法を用いて形成した光起電力素子における
ばらつきの幅は比較例の光起電力素子におけるばらつき
の幅を1とした場合、0.43であることがわかった。
すなわち、光起電力素子の特性を最も大きく左右するi
型層の形成において本発明の堆積膜形成方法を用いた光
起電力素子においては、プラズマが均一化することによ
って堆積膜の均一性向上が図られ、その結果として光起
電力素子の均一性の飛躍的向上が達成されたものと考え
られる。Further, 25 small-area photovoltaic elements having the same shape were formed on one substrate, and the variation in photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic elements was examined. As a result, it was found that the variation width in the photovoltaic element formed by using the deposited film forming method of the present invention was 0.43 when the variation width in the photovoltaic element of the comparative example was 1. .
That is, i that most affects the characteristics of the photovoltaic element
In the photovoltaic element using the deposited film forming method of the present invention in forming the mold layer, the uniformity of the deposited film is improved by uniformizing the plasma, and as a result, the uniformity of the photovoltaic element is improved. It is considered that the dramatic improvement has been achieved.
【0188】又、これらの光起電力素子の実使用条件下
での信頼性を調べるために以下のような耐久試験を行な
った。Further, the following durability test was conducted in order to investigate the reliability of these photovoltaic elements under actual use conditions.
【0189】光起電力素子(No.実−1)及び(N
o.比−1)の各々をポリフッ化ビニリデン(VDF)
からなる保護フィルムで真空封止し、実使用条件下(屋
外に設置、両電極に50オームの固定抵抗を接続)に1
年間置いた後、再び光電変換効率の評価を行い、光照
射、温度差、風雨等に起因する劣化率(劣化により損な
われた光電変換効率の値を初期の光電変換効率の値で割
ったもの)を調べた。その結果、光起電力素子(No.
実−1)の劣化率は光起電力素子(No.比−1)の劣
化率を1とした場合0.71と飛躍的に改善されてい
た。すなわち、光起電力素子の特性を最も大きく左右す
るi型層の形成において本発明の堆積膜形成方法を用い
た光起電力素子においては、堆積中の膜の構造緩和に寄
与するエネルギーを有する活性種の存在とともに、堆積
膜に有害なダメージを与える不用な電子、イオンの影響
を有効に低減することが可能となったことにより堆積膜
中のネットワークの乱れの低減が図られ、その結果とし
て光起電力素子の信頼性の飛躍的向上が達成されたもの
と考えられる。Photovoltaic device (No. Ex-1) and (N
o. Each of the ratio-1) is polyvinylidene fluoride (VDF)
It is vacuum-sealed with a protective film consisting of 1 and it is used under actual use conditions (installed outdoors, connecting a fixed resistance of 50 ohms to both electrodes).
After leaving for a year, the photoelectric conversion efficiency is evaluated again, and the deterioration rate due to light irradiation, temperature difference, wind and rain, etc. (The value of the photoelectric conversion efficiency damaged by the deterioration is divided by the initial value of the photoelectric conversion efficiency. ) Was investigated. As a result, the photovoltaic element (No.
The actual deterioration rate of -1) was dramatically improved to 0.71 when the deterioration rate of the photovoltaic element (No. ratio -1) was set to 1. That is, in the photovoltaic element using the deposited film forming method of the present invention in the formation of the i-type layer that most greatly affects the characteristics of the photovoltaic element, the activity having energy that contributes to the structural relaxation of the film being deposited is With the presence of species, it is possible to effectively reduce the effects of unnecessary electrons and ions that cause harmful damage to the deposited film, which reduces the disturbance of the network in the deposited film, and as a result, It is considered that the reliability of the electromotive force element has been dramatically improved.
【0190】実施例2
図2(a)に示す構成を有するa−SiGe:H光起電
力素子を以下に説明するように作製した。Example 2 An a-SiGe: H photovoltaic element having the structure shown in FIG. 2A was produced as described below.
【0191】本実施例では基板201として、表面に鏡
面研摩を施した10cm角、厚さ0.1mmのステンレ
ス(SUS304)板を用い、その上に光反射層202
として銀を公知の真空蒸着法で0.5μmの厚さに形成
した。その際に、基板温度を350℃に設定して銀の堆
積を行なうことにより該銀層の表面に周期約1μm、高
低差約0.3μmの凹凸構造を形成した。In this example, as the substrate 201, a stainless steel (SUS304) plate having a 10 cm square and a thickness of 0.1 mm, the surface of which was mirror-polished, was used, and the light reflection layer 202 was formed thereon.
Was formed into a thickness of 0.5 μm by a known vacuum deposition method. At that time, the substrate temperature was set at 350 ° C. to deposit silver to form an uneven structure with a period of about 1 μm and a height difference of about 0.3 μm on the surface of the silver layer.
【0192】この上に、反射増加層203として酸化亜
鉛層を実施例1と同様にして形成した。On this, a zinc oxide layer was formed as the reflection increasing layer 203 in the same manner as in Example 1.
【0193】次にn型層204を実施例1と同様にして
形成し、続いてi型層205としてa−SiGe:H膜
を以下のように形成した。Next, the n-type layer 204 was formed in the same manner as in Example 1, and subsequently, an a-SiGe: H film was formed as the i-type layer 205 as follows.
【0194】まず、堆積室101及び配管内を一旦10
-5Torr以下の高真空に排気した後、基板104を加
熱ヒーター105により380℃に加熱・保持し、導入
バルブ1041及び1042を開いてSiH4 ガス11
0sccm、GeH4 ガス40sccmを補助バルブ1
08及びガス導入管103を介して堆積室101内に導
入した。堆積室101内の圧力が5mTorrとなるよ
うに真空計106を見ながらコンダクタンスバルブ10
7の開口を調整した。次に、不図示のマイクロ波電源の
電力を400Wに設定し、不図示の導波管、導波部11
0及び誘電体窓102を通じて堆積室101内にマイク
ロ波電力を導入し、マイクロ波グロー放電を生起させ
た。プラズマが安定化した後、バイアス電源111によ
るrfエネルギー600Wをバイアス棒112に印加し
た。又、メッシュ用バイアス電源114によるDCバイ
アス+120Vをメッシュ113に印加した。プラズマ
の様子、バイアス電流等の各パラメータが一定になった
ところでシャッター115を開き、n型層上にi型層の
形成を開始した。なお、このマイクロ波エネルギーの値
ではマイクロ波エネルギー律速状態であることが予め確
認されている。First, the deposition chamber 101 and the inside of the pipe are temporarily set to 10
After evacuating to a high vacuum of -5 Torr or less, the substrate 104 is heated and held at 380 ° C. by the heater 105, the introduction valves 1041 and 1042 are opened, and the SiH 4 gas 11
0 sccm, GeH 4 gas 40 sccm auxiliary valve 1
It was introduced into the deposition chamber 101 through 08 and the gas introduction pipe 103. Conductance valve 10 while watching vacuum gauge 106 so that the pressure in deposition chamber 101 becomes 5 mTorr.
The opening of 7 was adjusted. Next, the power of the microwave power source (not shown) is set to 400 W, and the waveguide and the waveguide 11 (not shown) are set.
0 and the dielectric window 102, microwave power was introduced into the deposition chamber 101 to cause microwave glow discharge. After the plasma was stabilized, rf energy of 600 W from the bias power supply 111 was applied to the bias rod 112. A DC bias of +120 V from the mesh bias power source 114 was applied to the mesh 113. When each parameter such as the state of plasma and the bias current became constant, the shutter 115 was opened, and the formation of the i-type layer on the n-type layer was started. It has been previously confirmed that the microwave energy value is in a microwave energy rate-determining state.
【0195】i型層205の層厚が約200nmとなっ
たところでシャッター115を閉じ、マイクロ波電力の
導入を止め、バイアス電源111及び114の出力を切
り、又、堆積室101内へのガス導入を止め、i型層2
05の形成を終えた。該i型層の堆積速度は約10nm
/secであった。When the thickness of the i-type layer 205 reaches about 200 nm, the shutter 115 is closed, the introduction of microwave power is stopped, the outputs of the bias power sources 111 and 114 are cut off, and the gas is introduced into the deposition chamber 101. Stop the i-type layer 2
The formation of 05 is finished. The deposition rate of the i-type layer is about 10 nm
/ Sec.
【0196】続いてp型層206、透明電極207、集
電電極208を実施例1と同様にして形成し、光起電力
素子(No.実−2)を得た。Subsequently, the p-type layer 206, the transparent electrode 207, and the collector electrode 208 were formed in the same manner as in Example 1 to obtain a photovoltaic element (No. Ex-2).
【0197】これに対して比較例を2種類作製した。ひ
とつは、前記i型層形成工程においてrfエネルギーを
300Wとマイクロ波エネルギーよりも小さな値に設定
して半導体層を堆積した点を除いて他の条件は光起電力
素子(No.実−2)と等しくして作製したa−SiG
e:H光起電力素子(No.比−2−1)であり、いま
ひとつは、前記i型層形成工程においてマイクロ波エネ
ルギーを500Wと原料ガスを100%分解するに必要
なマイクロ波エネルギーよりも大きな値に設定して半導
体層を堆積した点を除いて他の条件は光起電力素子(N
o.実−2)と等しくして作製したa−SiGe:H光
起電力素子(No.比−2−2)である。On the other hand, two types of comparative examples were manufactured. One is that, in the i-type layer forming step, the rf energy is set to 300 W, which is smaller than the microwave energy, and the semiconductor layer is deposited. A-SiG manufactured in the same manner as
e: H photovoltaic element (No. ratio 2-1), and the second one is more than microwave energy required to decompose microwave energy of 500 W and 100% of raw material gas in the i-type layer forming step. Except for the fact that the semiconductor layer is deposited with a large value, the other conditions are the photovoltaic device (N
o. This is an a-SiGe: H photovoltaic element (No. ratio -2-2) manufactured in the same manner as in Example-2).
【0198】以上のようにして作製された光起電力素子
(No.実−2)、(No.比−2−1)及び(No.
比−2−2)に対して実施例1と同様にして電流−電圧
特性を測定し光電変換効率を求めた。その結果、比較例
の光起電力素子(No.比−2−1)の値を1とした場
合、本発明の堆積膜形成方法を用いて作製された光起電
力素子(No.実−2)の光電変換効率は1.27と飛
躍的に向上していることがわかった。又、光起電力素子
(No.比−2−2)に対して同様の評価を行なうと光
電変換効率は0.93と、光起電力素子(No.比−2
−1)よりも劣っていた。The photovoltaic elements (No. Ex-2), (No. Ratio 2-1) and (No.
The current-voltage characteristics were measured for the ratio -2-2) in the same manner as in Example 1 to obtain the photoelectric conversion efficiency. As a result, when the value of the photovoltaic device (No. ratio 2-1) of the comparative example is 1, the photovoltaic device (No. real-2) manufactured by using the deposited film forming method of the present invention. It was found that the photoelectric conversion efficiency of 1) was dramatically improved to 1.27. Further, when the same evaluation is performed on the photovoltaic element (No. ratio -2-2), the photoelectric conversion efficiency is 0.93, and the photovoltaic element (No. ratio -2) is
It was inferior to -1).
【0199】以上の結果から、光起電力素子の特性を最
も大きく左右するi型層の形成において本発明の堆積膜
形成方法を用いた光起電力素子においては、堆積膜の特
性向上に寄与するイオン種が多量に生成され、かつそれ
が有効に選択されたことやプラズマの均一性や安定性が
向上したことによる堆積膜の均一性及び特性の向上が図
られ、その結果として光起電力素子の光電変換効率の飛
躍的向上が達成されたものと考えられる。From the above results, in the photovoltaic element using the deposited film forming method of the present invention in forming the i-type layer that most greatly affects the characteristics of the photovoltaic element, it contributes to the improvement of the characteristics of the deposited film. A large amount of ionic species is generated and is effectively selected, and the uniformity and stability of the plasma are improved, so that the uniformity and characteristics of the deposited film are improved, and as a result, the photovoltaic device is improved. It is considered that the dramatic improvement in the photoelectric conversion efficiency of 1 was achieved.
【0200】実施例3
図2(b)に示す構成を有するa−Si:H/a−Si
Ge:Hダブル型光起電力素子を以下に説明するように
作製した。該光起電力素子において、第1のi型層はa
−SiGe:Hによって構成され、第2のi型層はa−
Si:Hによって構成されている。Example 3 a-Si: H / a-Si having the structure shown in FIG. 2 (b)
A Ge: H double type photovoltaic element was produced as described below. In the photovoltaic device, the first i-type layer is a
-SiGe: H, the second i-type layer is a-
It is composed of Si: H.
【0201】本実施例では基板211として、表面に鏡
面研磨を施した10cm角、厚さ0.1mmのステンレ
ス(SUS304)板を用い、その上に光反射層212
として銀を公知の真空蒸着法で平均0.5μmの厚さに
形成した。その際に、基板温度を400℃に設定して銀
の堆積を行なうことにより該銀層の表面に周期約1.1
μm、高低差約0.3μmの凹凸構造を形成した。In this embodiment, a stainless steel (SUS304) plate having a surface of 10 cm square and a thickness of 0.1 mm whose surface is mirror-polished is used as the substrate 211, and the light reflection layer 212 is formed thereon.
Was formed by a known vacuum deposition method to have an average thickness of 0.5 μm. At that time, the substrate temperature is set to 400 ° C. to deposit silver, and thereby a period of about 1.1 is formed on the surface of the silver layer.
A concavo-convex structure with a height difference of about 0.3 μm was formed.
【0202】この上に、反射増加層213として酸化亜
鉛層を実施例1と同様にして形成した。On this, a zinc oxide layer was formed as the reflection increasing layer 213 in the same manner as in Example 1.
【0203】続いて第1のn型層214と、第1のi型
層215としてa−SiGe:H膜と、第1のp型層2
16を実施例2同様にして形成した。Subsequently, the first n-type layer 214, the a-SiGe: H film as the first i-type layer 215, and the first p-type layer 2 are formed.
16 was formed in the same manner as in Example 2.
【0204】更に、第2のn型層217と、第2のi型
層218としてa−Si:H膜と、第2のp型層219
を実施例1と同様にして形成した。Furthermore, a second n-type layer 217, an a-Si: H film as the second i-type layer 218, and a second p-type layer 219.
Was formed in the same manner as in Example 1.
【0205】以上の工程が済んだ後、透明電極220、
集電電極221を実施例1と同様にして形成し、光起電
力素子(No.実−3)を得た。After the above steps are completed, the transparent electrode 220,
The collector electrode 221 was formed in the same manner as in Example 1 to obtain a photovoltaic element (No. Ex-3).
【0206】比較例として、前記第1及び第2のi型層
形成工程においてメッシュ113にバイアス電圧を印加
しないで半導体層を堆積した点を除いて他の条件は光起
電力素子(No.実−3)と等しくしてa−Si:H/
a−SiGe:Hダブル型光起電力素子(No.比−
3)を作製した。As a comparative example, except that the semiconductor layer was deposited without applying a bias voltage to the mesh 113 in the steps of forming the first and second i-type layers, the other conditions were the photovoltaic element (No. -3) and a-Si: H /
a-SiGe: H double type photovoltaic element (No. ratio-
3) was produced.
【0207】以上のようにして作製された光起電力素子
(No.実−3)、及び(No.比−3)に対して実施
例1と同様にして電流−電圧特性を測定し光電変換効率
を求めた。その結果、比較例の光起電力素子(No.比
−3)の値を1とした場合、本発明の堆積膜形成方法を
用いて作製された光起電力素子(No.実−3)の光電
変換効率は1.24と飛躍的に向上していることがわか
った。すなわち、光起電力素子の特性を最も大きく左右
するi型層の形成において本発明の堆積膜形成方法を用
いた光起電力素子においては、堆積膜の特性向上に寄与
するイオン種が有効に選択されたことやプラズマの均一
性や安定性が向上したことによる堆積膜の均一性及び特
性の向上が図られ、その結果として光起電力素子の光電
変換効率の飛躍的向上が達成されたものと考えられる。With respect to the photovoltaic elements (No. Ex-3) and (No. Ratio-3) produced as described above, the current-voltage characteristics were measured in the same manner as in Example 1 to perform photoelectric conversion. I asked for efficiency. As a result, when the value of the photovoltaic element (No. ratio -3) of the comparative example is 1, the photovoltaic element (No. Ex-3) produced by using the deposited film forming method of the present invention is used. It was found that the photoelectric conversion efficiency was dramatically improved to 1.24. That is, in the photovoltaic element using the deposited film forming method of the present invention in the formation of the i-type layer that most greatly affects the characteristics of the photovoltaic element, the ionic species that contribute to the improvement of the deposited film characteristics are effectively selected. And that the uniformity and characteristics of the deposited film have been improved by improving the uniformity and stability of the plasma, and as a result, a dramatic improvement in the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic device has been achieved. Conceivable.
【0208】又、同様の実験を10回繰り返して行な
い、光起電力素子の光電変換効率のばらつきを調べた。
その結果、本発明の堆積膜形成法を用いて成膜した光起
電力素子におけるばらつきの幅は比較例の光起電力素子
におけるばらつきの幅を1とした場合、0.49である
ことがわかった。すなわち、光起電力素子の特性を最も
大きく左右するi型層の形成において本発明の堆積膜形
成方法を用いた光起電力素子においては、プラズマが安
定することによる堆積膜の再現性向上が図られ、その結
果として光起電力素子の再現性の飛躍的向上が達成され
たものと考えられる。Further, the same experiment was repeated 10 times to examine the variation in the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic element.
As a result, it was found that the variation width in the photovoltaic element formed by using the deposited film forming method of the present invention is 0.49 when the variation width in the photovoltaic element of the comparative example is 1. It was That is, in the photovoltaic element using the deposited film forming method of the present invention in forming the i-type layer that most greatly affects the characteristics of the photovoltaic element, it is possible to improve the reproducibility of the deposited film by stabilizing the plasma. As a result, it is considered that the reproducibility of the photovoltaic element is dramatically improved.
【0209】実施例4
図2(a)に示す構成を有するa−Si:H光起電力素
子を以下に説明するように作製した。Example 4 An a-Si: H photovoltaic element having the structure shown in FIG. 2A was produced as described below.
【0210】本実施例では基板201として、表面に鏡
面研磨を施した10cm角、厚さ0.1mmのステンレ
ス(SUS304)板を用い、その上に光反射層202
として銀を公知の真空蒸着法で0.3μmの厚さに形成
した。In this embodiment, as the substrate 201, a 10 cm square stainless steel (SUS304) plate having a mirror-polished surface is used, and a light reflecting layer 202 is formed thereon.
Was formed into a thickness of 0.3 μm by a known vacuum deposition method.
【0211】この上に、反射増加層203として酸化亜
鉛層を、図3に示したDCスパッタ装置を用いて以下の
ようにして形成した。On this, a zinc oxide layer was formed as the reflection increasing layer 203 by using the DC sputtering apparatus shown in FIG. 3 as follows.
【0212】加熱ヒーター303に予め銀を蒸着した基
板302を取り付けた後、堆積室301内を不図示のポ
ンプによって真空排気した。堆積室301内の真空度が
10-5Torr以下になったことを真空計312で確認
した後ヒーター303に通電し、基板302の温度を4
00℃に加熱・保持した。After the substrate 302 having silver vapor deposited thereon was attached to the heater 303, the inside of the deposition chamber 301 was evacuated by a pump (not shown). After confirming with the vacuum gauge 312 that the degree of vacuum in the deposition chamber 301 has become 10 −5 Torr or less, the heater 303 is energized to change the temperature of the substrate 302 to 4
It was heated and held at 00 ° C.
【0213】本実施例ではターゲット304は、酸化亜
鉛のパウダーを焼結したものを用いた。スパッタガスと
してアルゴンガスを25sccmの流量となるようにマ
スフローコントローラー316で調整しながらガス導入
バルブ314を介して供給し、流量が安定した後、前記
ターゲット304にスパッタ電源306よりDC電圧
を、スパッタ電流が0.8Aとなるように設定・印加し
た。又、スパッタ中の内部圧力は7mTorrに保っ
た。In this example, the target 304 used was a sintered zinc oxide powder. Argon gas as a sputter gas is supplied through the gas introduction valve 314 while being adjusted by the mass flow controller 316 so that the flow rate is 25 sccm, and after the flow rate is stabilized, a DC voltage is supplied from the sputter power source 306 to the target 304 and a sputter current. Was set and applied so as to be 0.8 A. The internal pressure during sputtering was kept at 7 mTorr.
【0214】以上のようにして酸化亜鉛層の形成を開始
し、該酸化亜鉛層の層厚が1.0μmに達した後、、ス
パッタ電源からの電力の供給、スパッタガスの供給、ヒ
ーター303への通電を停止し、基板冷却後、堆積室3
01内を大気リークして酸化亜鉛層を形成した基板を取
り出した。The formation of the zinc oxide layer is started as described above, and after the layer thickness of the zinc oxide layer reaches 1.0 μm, power is supplied from the sputtering power source, the sputtering gas is supplied, and the heater 303 is supplied. Power to the deposition chamber 3 is stopped and the substrate is cooled.
The inside of 01 was leaked to the atmosphere to take out the substrate on which the zinc oxide layer was formed.
【0215】続いて、この上に各々a−Si:Hからな
る、n型層204、i型層205及びp型層206を、
図1に示すマイクロ波プラズマCVD装置を用いて形成
した。Subsequently, an n-type layer 204, an i-type layer 205 and a p-type layer 206 each made of a-Si: H are formed thereon.
It was formed using the microwave plasma CVD apparatus shown in FIG.
【0216】図5中のガスボンベ1071乃至1076
には、各々の半導体層を形成するための原料ガスが密封
されている。1071はSiH4 (純度99.999
%)ガスボンベ、1072はGeH4 (純度99.99
9%)ガスボンベ、1073はH2 (純度99.999
9%)ガスボンベ、1074はH2 ガスで10%に希釈
されたPH3 ガス(以下「PH3 /H2 ガス」と略記す
る)ボンベ、1075はH2 ガスで10%に希釈された
BF3 ガス(以下「BF3 /H2 ガス」と略記する)ボ
ンベ、及び1076はArガスボンベである。ガスボン
ベ1071乃至1076を取り付けた際に、ガスボンベ
1071よりSiH4 ガス、ガスボンベ1072よりG
eH4 ガス、ガスボンベ1073よりH2 ガス、ガスボ
ンベ1074よりPH3 /H2 ガス、ガスボンベ107
5よりBF3 /H2 ガス、及びガスボンベ1076より
Arガスを、バルブ1051乃至1056を開けて、バ
ルブ1031乃至1036までのそれぞれのガス配管内
に導入し、圧力調整器1061乃至1066によりそれ
ぞれの配管内のガス圧力を2kg/cm2 に調整した。Gas cylinders 1071 to 1076 in FIG.
The raw material gas for forming each semiconductor layer is sealed in. 1071 is SiH 4 (purity 99.999
%) Gas cylinder, 1072 is GeH 4 (purity 99.99)
9%) gas cylinder, 1073 is H 2 (purity 99.999)
9%) gas cylinder, 1074 abbreviated as PH 3 gas diluted to 10% with H 2 gas (hereinafter "PH 3 / H 2 gas") cylinder, 1075 BF 3 diluted to 10% with H 2 gas Gas (hereinafter abbreviated as “BF 3 / H 2 gas”) cylinders and 1076 are Ar gas cylinders. When the gas cylinders 1071 to 1076 are attached, SiH 4 gas from the gas cylinder 1071 and G from the gas cylinder 1072
eH 4 gas, H 2 gas from gas cylinder 1073, PH 3 / H 2 gas from gas cylinder 1074, gas cylinder 107
BF 3 / H 2 gas from No. 5 and Ar gas from the gas cylinder 1076 are introduced into the gas pipes of the valves 1031 to 1036 by opening the valves 1051 to 1056, and the respective pipes are adjusted by the pressure regulators 1061 to 1066. The gas pressure inside was adjusted to 2 kg / cm 2 .
【0217】バルブ1031乃至1036及び堆積室1
01のリークバルブ109が閉じられていることを確認
し、又、バルブ1041乃至1046が開かれているこ
とを確認して、コンダクタンス(バタフライ型)バルブ
107を全開にして、不図示の真空ポンプにより堆積室
101及びガス配管内を排気する。真空計106の読み
が、好ましくは1×10-4Torr以下、より好ましく
は1×10-5Torr以下になった時点でバルブ104
1乃至1046を閉じる。Valves 1031 to 1036 and deposition chamber 1
It is confirmed that the leak valve 109 of 01 is closed, and that the valves 1041 to 1046 are opened, the conductance (butterfly type) valve 107 is fully opened, and a vacuum pump (not shown) is used. The deposition chamber 101 and the gas pipe are exhausted. When the reading of the vacuum gauge 106 is preferably 1 × 10 −4 Torr or less, more preferably 1 × 10 −5 Torr or less, the valve 104 is reached.
1 to 1046 are closed.
【0218】次に、バルブ1031乃至1036を徐々
に開けて、各々のガスをマスフローコントローラー10
21乃至1026内に導入する。Next, the valves 1031 to 1036 are gradually opened to let each gas flow through the mass flow controller 10.
21 to 1026.
【0219】以上のようにして半導体層の形成の準備が
整った後、加熱ヒーター105通電し、基板104を3
80℃で加熱・保持した。After the preparation for forming the semiconductor layer is completed as described above, the heater 105 is energized to set the substrate 104 to 3 times.
Heated and held at 80 ° C.
【0220】次に、導入バルブ1041,1043,1
044をダストが飛散しないように徐々に開いて、Si
H4 ガス、H2 ガス及びPH3 /H2 ガスを補助バルブ
108、ガス導入管103を通じて堆積室101内に流
入させた。この時、SiH4ガス流量が10sccm、
H2 ガス流量が100sccm及びPH3 /H2 ガス流
量が1.0sccmとなるようにマスフローコントロー
ラー1021,1023,1024で調整した。Next, the introduction valves 1041, 1043, 1
Open 044 gradually to prevent dust from scattering
H 4 gas, H 2 gas, and PH 3 / H 2 gas were caused to flow into the deposition chamber 101 through the auxiliary valve 108 and the gas introduction pipe 103. At this time, the SiH 4 gas flow rate is 10 sccm,
The mass flow controllers 1021, 1023, and 1024 were adjusted so that the H 2 gas flow rate was 100 sccm and the PH 3 / H 2 gas flow rate was 1.0 sccm.
【0221】堆積室101へのガスの導入を徐々におこ
なうとともに、シャッター115が閉じられた状態でこ
れをおこなうことは基板表面へのダストの付着を防ぐた
めに好ましい。It is preferable to gradually introduce the gas into the deposition chamber 101 and to perform the operation with the shutter 115 closed to prevent dust from adhering to the substrate surface.
【0222】メッシュ113は、予め移動することによ
り基板近傍から取り除いてある。The mesh 113 has been removed from the vicinity of the substrate by moving in advance.
【0223】ガス流量が安定したところで、堆積室10
1内の圧力が5mTorrとなるように真空計106を
見ながらコンダクタンスバルブ107の開口を調整し
た。次に、不図示のマイクロ波電源の電力を350Wに
設定し、不図示の導波管、導波部110及び誘電体窓1
02を介して堆積室101内にマイクロ波電力を導入し
マイクロ波グロー放電を生起させた。プラズマが安定化
した後、DC及びrfバイアス電圧を供給可能なバイア
ス電源111による500Wのrfバイアス及び+80
VのDCバイアス電圧をバイアス棒112に印加した。
プラズマの様子、バイアス電流等の各パラメータが一定
になったところでシャッター115を開き、基板104
上にn型層の形成を開始した。When the gas flow rate becomes stable, the deposition chamber 10
The opening of the conductance valve 107 was adjusted while observing the vacuum gauge 106 so that the pressure in 1 became 5 mTorr. Next, the power of the microwave power source (not shown) is set to 350 W, and the waveguide, the waveguide section 110, and the dielectric window 1 (not shown) are set.
Microwave power was introduced into the deposition chamber 101 via 02 to cause microwave glow discharge. After the plasma is stabilized, 500 W rf bias and +80 by the bias power supply 111 capable of supplying DC and rf bias voltages.
A DC bias voltage of V was applied to bias rod 112.
The shutter 115 is opened when each parameter such as the state of plasma and the bias current becomes constant, and the substrate 104 is opened.
The formation of the n-type layer on top was started.
【0224】n型層204の層厚が約20nmとなった
ところでシャッター115を閉じ、マイクロ波電力の導
入を止め、rf及びDC電源111の出力を切り、又、
導入バルブ1041,1043,1044を閉じて堆積
室101内へのガス導入を止め、n型層204の形成を
終えた。When the layer thickness of the n-type layer 204 reaches about 20 nm, the shutter 115 is closed, the introduction of microwave power is stopped, the rf and DC power supply 111 outputs are shut off, and
The introduction valves 1041, 1043, and 1044 were closed to stop the gas introduction into the deposition chamber 101, and the formation of the n-type layer 204 was completed.
【0225】次に、本発明の方法を用いてi型層205
の形成を以下のようにして行なった。Next, the i-type layer 205 is formed by using the method of the present invention.
Was formed as follows.
【0226】まず、メッシュ113を移動させ、基板1
04を覆うように設置し、かつメッシュ113用温度コ
ントローラー116を動作させることによって、メッシ
ュ113の温度を200℃に加熱・保持する。なお、本
実施例において用いられたメッシュ113は、材質がA
lであり、一辺0.5mmの概ね正方形の開口部を有
し、開口率が50%である。First, the mesh 113 is moved to move the substrate 1
The temperature of the mesh 113 is heated and maintained at 200 ° C. by installing it so as to cover 04 and operating the temperature controller 116 for the mesh 113. The material of the mesh 113 used in this example is A.
1 and has a substantially square opening having a side of 0.5 mm and an opening ratio of 50%.
【0227】続いて堆積室101及び配管内を一旦10
-4Torr以下の高真空に排気した後、基板104を加
熱ヒーター105により370℃に加熱・保持し、導入
バルブ1041を開いてSiH4 ガス150sccmを
補助バルブ108及びガス導入管103を介して堆積室
101内に導入した。堆積室101内の圧力が7mTo
rrとなるように真空計106を見ながらコンダクタン
スバルブ107の開口を調整した。次に、不図示のマイ
クロ波電源の電力を400Wに設定し、不図示の導波
管、導波部110及び誘電体窓102を通じて堆積室1
01内にマイクロ波電力を導入し、マイクロ波グロー放
電を生起させ、その後、バイアス電源111によるrf
バイアス650Wをバイアス棒112に供給した。Next, the deposition chamber 101 and the inside of the pipe are temporarily set to 10
After evacuating to a high vacuum of -4 Torr or less, the substrate 104 is heated and held at 370 ° C. by the heater 105, the introduction valve 1041 is opened, and 150 sccm of SiH 4 gas is deposited through the auxiliary valve 108 and the gas introduction pipe 103. It was introduced into the chamber 101. The pressure in the deposition chamber 101 is 7 mTo
The opening of the conductance valve 107 was adjusted while observing the vacuum gauge 106 so that it would be rr. Next, the power of the microwave power source (not shown) is set to 400 W, and the deposition chamber 1 is passed through the waveguide (not shown), the waveguide section 110 and the dielectric window 102.
Microwave power is introduced into 01 to generate microwave glow discharge, and then rf is generated by the bias power supply 111.
A bias of 650 W was supplied to the bias rod 112.
【0228】プラズマの様子、バイアス電流等の各パラ
メータが一定になったところでシャッター115を開
き、n型層上にi型層の形成を開始した。なお、このマ
イクロ波エネルギーの値ではマイクロ波エネルギー律速
状態であることが前述の方法で予め確認されている。When the parameters of plasma, bias current, etc. became constant, the shutter 115 was opened, and the formation of the i-type layer on the n-type layer was started. It has been previously confirmed by the above-described method that the microwave energy value is in a microwave energy rate-determining state.
【0229】i型層205の層厚が約250nmとなっ
たところでシャッター115を閉じ、マイクロ波電力の
導入を止め、バイアス電源111の出力を切り、又、堆
積室101内へのガス導入を止め、i型層205の形成
を終えた。該i型層の堆積速度は約9nm/secであ
った。When the layer thickness of the i-type layer 205 reaches about 250 nm, the shutter 115 is closed, the introduction of microwave power is stopped, the output of the bias power supply 111 is cut off, and the introduction of gas into the deposition chamber 101 is stopped. The formation of the i-type layer 205 is completed. The deposition rate of the i-type layer was about 9 nm / sec.
【0230】次に、p型層206の形成を以下のように
して行なった。まず、メッシュ113を移動させ、基板
104の近傍から取り除いた。続いて、基板104を加
熱ヒーター105により350℃に加熱・保持し、Si
H4 ガス、H2 ガス、BF3/H2 ガスを補助バルブ1
08及びガス導入管103を介して堆積室101内に導
入した。この時、SiH4 ガス流量が10sccm、H
2 ガス流量が100sccm、BF3 /H2 ガス流量が
1sccmとなるように各々のマスフローコントローラ
ーで調整した。堆積室101内の圧力が5mTorrと
なるように真空計106を見ながらコンダクタンスバル
ブ107の開口を調整した。次に、不図示のマイクロ波
電源の電力を400Wに設定し、不図示の導波管、導波
部110及び誘電体窓102を通じて堆積室101内に
マイクロ波エネルギーを導入し、マイクロ波グロー放電
を生起させ、その後、バイアス電源111による+10
0VのDCバイアス電圧をバイアス棒112に印加し
た。プラズマの様子、バイアス電流等の各パラメータが
一定になったところでシャッター115を開き、i型層
上にp型層の形成を開始した。Next, the p-type layer 206 was formed as follows. First, the mesh 113 was moved and removed from the vicinity of the substrate 104. Subsequently, the substrate 104 is heated and held at 350 ° C. by the heater 105, and Si is heated.
Auxiliary valve 1 for H 4 gas, H 2 gas, and BF 3 / H 2 gas
It was introduced into the deposition chamber 101 through 08 and the gas introduction pipe 103. At this time, the SiH 4 gas flow rate is 10 sccm, H
The mass flow controllers were adjusted so that the 2 gas flow rate was 100 sccm and the BF 3 / H 2 gas flow rate was 1 sccm. The opening of the conductance valve 107 was adjusted while observing the vacuum gauge 106 so that the pressure in the deposition chamber 101 was 5 mTorr. Next, the power of a microwave power source (not shown) is set to 400 W, microwave energy is introduced into the deposition chamber 101 through a waveguide, a waveguide section 110, and a dielectric window 102 (not shown) to perform microwave glow discharge. And then +10 by the bias power supply 111.
A DC bias voltage of 0V was applied to the bias rod 112. When the parameters of the plasma, the bias current, etc. became constant, the shutter 115 was opened, and the formation of the p-type layer on the i-type layer was started.
【0231】p型層206の層厚が約10nmとなった
ところでシャッター115を閉じ、マイクロ波電力の導
入を止め、バイアス電源111の出力を切り、又、堆積
室101内へのガス導入を止め、p型層206の形成を
終えた。When the p-type layer 206 has a thickness of about 10 nm, the shutter 115 is closed, the introduction of microwave power is stopped, the output of the bias power supply 111 is cut off, and the introduction of gas into the deposition chamber 101 is stopped. The formation of the p-type layer 206 is completed.
【0232】次いで、堆積室101、及びガス導入管等
の内部のアルゴンパージを3回繰り返し行なってからガ
ス導入用バルブを閉じ、基板温度が適当な値に下がった
ところでリークバルブ109を開けて堆積室101内を
大気リークし、表面上にn型層、i型層及びp型層が形
成された基板104を堆積室101内から取り出した。Next, after argon purge inside the deposition chamber 101 and the gas introduction pipe and the like is repeated three times, the gas introduction valve is closed, and when the substrate temperature falls to an appropriate value, the leak valve 109 is opened to deposit. The inside of the chamber 101 was leaked to the atmosphere, and the substrate 104 having the n-type layer, the i-type layer and the p-type layer formed on the surface thereof was taken out from the deposition chamber 101.
【0233】次の工程として、上記のようにして形成し
たa−Si:H光起電力素子のp型層206の上に、透
明電極207としてITO(In2 O3 +SnO2 )
を、以下のようにして形成した。In the next step, ITO (In 2 O 3 + SnO 2 ) was formed as a transparent electrode 207 on the p-type layer 206 of the a-Si: H photovoltaic element formed as described above.
Was formed as follows.
【0234】反応性真空蒸着装置として図4に示す装置
を用いた。The apparatus shown in FIG. 4 was used as a reactive vacuum vapor deposition apparatus.
【0235】p型層まで形成した基板402を加熱ヒー
ター403に取り付け、蒸着源404として金属スズと
金属インジウム(ともに純度99.999%)の50
%:50%混合物を補給した後、不図示の真空ポンプを
稼働しコンダクタンスバルブを全開にして堆積室401
内の真空排気を行なう。The substrate 402 on which the p-type layer has been formed is attached to the heater 403, and as the vapor deposition source 404, metal tin and metal indium (both having a purity of 99.999%) are used.
%: 50% After replenishing the mixture, a vacuum pump (not shown) is operated to fully open the conductance valve and the deposition chamber 401.
Evacuate the inside.
【0236】堆積室内の真空度が10-6Torr以下に
なった後に加熱ヒーター403に通電して基板402の
温度を150℃に保持した。After the degree of vacuum in the deposition chamber became 10 −6 Torr or less, the heater 403 was energized to maintain the temperature of the substrate 402 at 150 ° C.
【0237】続いて、酸素ガス(O2 )を8sccmの
流量になるようにマスフローコントローラー411にて
調節し、ガス導入バルブ410を介して堆積室401内
に導入した。流量が一定になった後に真空計408を見
ながらコンダクタンスバルブ409を調節して堆積室4
01内の真空度を3×10-4Torrに設定した。Subsequently, oxygen gas (O 2 ) was adjusted by the mass flow controller 411 so that the flow rate was 8 sccm, and was introduced into the deposition chamber 401 through the gas introduction valve 410. After the flow rate becomes constant, the conductance valve 409 is adjusted while watching the vacuum gauge 408 to adjust the deposition chamber 4
The degree of vacuum inside 01 was set to 3 × 10 −4 Torr.
【0238】内圧が一定になった後に蒸着源用の加熱ヒ
ーター405に通電し、蒸着源404の加熱を開始し
た。After the internal pressure became constant, the heater 405 for the vapor deposition source was energized to start heating the vapor deposition source 404.
【0239】蒸着源の温度が上昇してスズ及びインジウ
ムが気化し始めると、気化した金属原子が堆積室内の酸
素ガス反応することによって堆積室内の圧力が若干下が
る。この圧力の変動値が3×10-6Torrとなったと
ころでシャッター407を開いて基板402へのITO
膜の形成を開始した。When the temperature of the vapor deposition source rises and tin and indium start to vaporize, the vaporized metal atoms react with oxygen gas in the deposition chamber, so that the pressure in the deposition chamber slightly decreases. When the fluctuation value of this pressure reaches 3 × 10 −6 Torr, the shutter 407 is opened and the ITO on the substrate 402 is opened.
The film formation started.
【0240】膜厚モニター413によって堆積速度の値
を見ながらAC電源406の出力を調節して堆積速度が
約0.07nm/secでほぼ一定になるようにしてI
TOの膜の形成を行なった。The output of the AC power source 406 is adjusted while observing the value of the deposition rate by the film thickness monitor 413 so that the deposition rate becomes substantially constant at about 0.07 nm / sec.
A TO film was formed.
【0241】ITO膜の膜厚が75nmとなったところ
でシャッター407を閉じ、加熱ヒーター403及び4
05への通電を切り、ガス導入バルブ410を閉めて透
明電極207の形成を終了する。基板温度が下がったと
ころでリークバルブ412を開け、堆積室401内をリ
ークして透明電極207を形成した基板402を取り出
した。When the thickness of the ITO film reaches 75 nm, the shutter 407 is closed and the heaters 403 and 4 are heated.
The energization of 05 is stopped, the gas introduction valve 410 is closed, and the formation of the transparent electrode 207 is completed. When the substrate temperature decreased, the leak valve 412 was opened, the inside of the deposition chamber 401 was leaked, and the substrate 402 on which the transparent electrode 207 was formed was taken out.
【0242】次に集電電極208として層厚が2μmの
Alを、抵抗加熱真空蒸着法にてマスクを用いて蒸着・
形成し、a−Si:H光起電力素子(No.実−4)を
得た。Next, Al having a layer thickness of 2 μm is deposited as a collecting electrode 208 by a resistance heating vacuum deposition method using a mask.
Then, an a-Si: H photovoltaic element (No. Ex-4) was obtained.
【0243】比較例として、前記i型層形成工程におい
てメッシュ113の設定温度を変えて半導体層を堆積し
た点を除いて他の条件は光起電力素子(No.実−4)
と等しくしてa−Si:H光起電力素子(No.比−4
−1)〜(No.比−4−10)を製作した。As a comparative example, a photovoltaic element (No. Ex-4) was used under the other conditions except that the preset temperature of the mesh 113 was changed to deposit the semiconductor layer in the i-type layer forming step.
And a-Si: H photovoltaic element (No. ratio -4
-1) to (No. ratio -4-10) were manufactured.
【0244】以上のようにして製作された光起電力素子
(No.実−4)、及び(No.比−4−1)〜(N
o.比−4−10)に対してソーラーシミュレーター
(山下電装、YSS−150)を用いて疑似太陽光(A
M−1.5、100mW/cm2)照射の下で各々電流
−電圧特性を測定し、i型層形成時におけるメッシュの
設定温度と光電変換効率の関係を調べた。その結果を規
格化して図6に示す。この結果から明らかなように、本
発明の堆積膜形成方法を用いて成膜された光起電力素子
の光電変換効率は、本発明の方法を用いないで成膜した
光起電力素子の光電変換効率よりも飛躍的に向上してい
ることがわかった。すなわち、光起電力素子の特性を最
も大きく左右するi型層の形成において本発明の堆積膜
形成方法を用いた光起電力素子においては、膜特性向上
に寄与する活性種が有効に選択され、かつ豊富に堆積膜
表面に供給されたことによる堆積膜の特性の向上が図ら
れ、その結果として光起電力素子の光電変換効率の飛躍
的向上が達成されたものと考えられる。The photovoltaic elements (No. Ex-4) and (No. Ratio-4-1) to (N) manufactured as described above.
o. For the ratio -4-10), using a solar simulator (Yamashita Denso, YSS-150), the simulated sunlight (A
The current-voltage characteristics were measured under irradiation with M-1.5 and 100 mW / cm 2 ) to examine the relationship between the preset temperature of the mesh and the photoelectric conversion efficiency during the formation of the i-type layer. The results are standardized and shown in FIG. As is clear from this result, the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic element formed by using the deposited film forming method of the present invention is as high as that of the photovoltaic element formed by not using the method of the present invention. It turns out that it has improved dramatically from the efficiency. That is, in the photovoltaic element using the deposited film forming method of the present invention in the formation of the i-type layer that most greatly affects the characteristics of the photovoltaic element, active species that contribute to the improvement of the film characteristics are effectively selected, It is also considered that the characteristics of the deposited film were improved due to the abundant supply to the surface of the deposited film, and as a result, the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic device was dramatically improved.
【0245】又、これらの光起電力素子の実使用条件下
での信頼性を調べるために以下のような耐久試験を行な
った。Further, the following durability test was conducted in order to investigate the reliability of these photovoltaic elements under actual use conditions.
【0246】光起電力素子(No.実−4)及び(N
o.比−4−1)〜(No.比−4−10)の各々をポ
リフッ化ビニリデン(VDF)からなる保護フィルムで
真空封止し、実使用条件下(屋外に設置、両電極に50
オームの固定抵抗を接続)に1年間置いた後、再び光電
変換効率の評価を行い、光照射、温度差、風雨等に起因
する劣化率(劣化により損なわれた光電変換効率の値を
初期の光電変換効率の値で割ったもの)を求め、i型層
形成時のメッシュの設定温度と劣化率の関係を調べた。
その結果を規格化して図7に示す。この結果から明らか
なように、本発明の堆積膜形成方法を用いて成膜された
光起電力素子の信頼性は、本発明の堆積膜形成方法を用
いないで成膜した光起電力素子の信頼性よりも飛躍的に
向上していることがわかった。すなわち、光起電力素子
の信頼性を大きく左右するi型層の形成において本発明
の堆積膜形成方法を用いた光起電力素子においては、堆
積膜の耐劣化性向上に寄与する活性種が有効に選択さ
れ、かつ豊富に堆積膜表面に供給されたことにより堆積
膜の劣化性が向上し、その結果として光起電力素子の信
頼性の飛躍的向上が達成されたものと考えられる。Photovoltaic device (No. Ex-4) and (N
o. Each of the ratios 4-1) to (No. ratio -4-10) is vacuum-sealed with a protective film made of polyvinylidene fluoride (VDF), and under actual use conditions (installed outdoors, 50 on both electrodes).
After placing it for 1 year in a fixed resistance of ohms, the photoelectric conversion efficiency is evaluated again, and the deterioration rate due to light irradiation, temperature difference, wind and rain, etc. The value obtained by dividing by the value of photoelectric conversion efficiency) was obtained, and the relationship between the set temperature of the mesh and the deterioration rate during the formation of the i-type layer was investigated.
The results are standardized and shown in FIG. As is clear from this result, the reliability of the photovoltaic element formed by using the deposited film forming method of the present invention is as high as that of the photovoltaic element formed by not using the deposited film forming method of the present invention. It turned out that it has improved dramatically from the reliability. That is, in the photovoltaic element using the deposited film forming method of the present invention in the formation of the i-type layer that largely affects the reliability of the photovoltaic element, active species that contribute to the improvement of the deterioration resistance of the deposited film are effective. It is considered that the deterioration of the deposited film is improved by the above selection and the abundant supply to the surface of the deposited film, and as a result, the reliability of the photovoltaic element is dramatically improved.
【0247】実施例5
図2(a)に示す構成を有するa−SiGe:H光起電
力素子を以下に説明するように作製した。Example 5 An a-SiGe: H photovoltaic element having the structure shown in FIG. 2A was produced as described below.
【0248】本実施例では基板201として、表面に鏡
面研磨を施した10cm角、厚さ0.1mmのステンレ
ス(SUS304)板を用い、その上に光反射層202
として銀を公知の真空蒸着法で0.5μmの厚さに形成
した。その際に、基板温度を350℃に設定して銀の堆
積を行なうことにより該銀層の表面に周期約1μm、高
低差約0.3μmの凹凸構造を形成した。In this example, as the substrate 201, a 10 cm square stainless steel (SUS304) plate having a mirror-polished surface was used, and a light reflecting layer 202 was formed thereon.
Was formed into a thickness of 0.5 μm by a known vacuum deposition method. At that time, the substrate temperature was set at 350 ° C. to deposit silver to form an uneven structure with a period of about 1 μm and a height difference of about 0.3 μm on the surface of the silver layer.
【0249】この上に、反射増加層203として酸化亜
鉛層を実施例1と同様にして形成した。On this, a zinc oxide layer was formed as the reflection increasing layer 203 in the same manner as in Example 1.
【0250】次にn型層204を実施例4と同様にして
形成し、続いてi型層205としてa−SiGe:H膜
を以下のように形成した。Next, the n-type layer 204 was formed in the same manner as in Example 4, and subsequently, an a-SiGe: H film was formed as the i-type layer 205 as follows.
【0251】まず、堆積室101及び配管内を一旦10
-5Torr以下の高真空に排気した後、基板104を加
熱ヒーター105により380℃に加熱・保持し、導入
バルブ1041及び1042を開いてSiH4 ガス12
0sccm、GeH4 ガス30sccmを補助バルブ1
08及びガス導入管103を介して堆積室101内に導
入した。堆積室101内の圧力が5mTorrとなるよ
うに真空計106を見ながらコンダクタンスバルブ10
7の開口を調整した。次に、不図示のマイクロ波電源の
電力を350Wに設定し、不図示の導波管、導波部11
0及び誘電体窓102を通じて堆積室101内にマイク
ロ波電力を導入し、マイクロ波グロー放電を生起させ、
プラズマが安定化した後、バイアス電源111によるr
fエネルギー550Wをバイアス棒112に印加した。
又、メッシュ113用温度コントローラー116を動作
させることによって、メッシュ113の温度を200℃
に加熱・保存する。プラズマの様子、バイアス電流等の
パラメータが一定になったところでシャッター115を
開き、n型層上にi型層の形成を開始した。なお、この
マイクロ波エネルギーの値ではマイクロ波エネルギー律
速状態であることが予め確認されている。なお、本実施
例において用いられたメッシュ113は、材質がSUS
であり、一辺0.75mmの概ね正方形の開口部を有
し、開口率が70%である。First, the deposition chamber 101 and the inside of the pipe are once
After evacuating to a high vacuum of -5 Torr or less, the substrate 104 is heated and held at 380 ° C. by the heater 105, the introduction valves 1041 and 1042 are opened, and the SiH 4 gas 12
0 sccm, GeH 4 gas 30 sccm auxiliary valve 1
It was introduced into the deposition chamber 101 through 08 and the gas introduction pipe 103. Conductance valve 10 while watching vacuum gauge 106 so that the pressure in deposition chamber 101 becomes 5 mTorr.
The opening of 7 was adjusted. Next, the power of the microwave power source (not shown) is set to 350 W, and the waveguide and the waveguide section 11 (not shown) are set.
0 and the dielectric window 102 to introduce microwave power into the deposition chamber 101 to cause microwave glow discharge,
After the plasma is stabilized, the bias power supply 111 causes r
F energy of 550 W was applied to the bias rod 112.
In addition, by operating the temperature controller 116 for the mesh 113, the temperature of the mesh 113 is increased to 200 ° C.
Heat and store. When parameters such as the state of plasma and bias current became constant, the shutter 115 was opened, and formation of the i-type layer on the n-type layer was started. It has been previously confirmed that the microwave energy value is in a microwave energy rate-determining state. The mesh 113 used in this embodiment is made of SUS.
And has a substantially square opening with a side of 0.75 mm and an opening ratio of 70%.
【0252】i型層205の層厚が約230nmとなっ
たところでシャッター115を閉じ、マイクロ波電力の
導入を止め、バイアス電源111及び116の出力を切
り、又、堆積室101内へのガス導入を止め、i型層2
05の形成を終えた。該i型層の堆積速度は約9nm/
secであった。When the thickness of the i-type layer 205 reaches approximately 230 nm, the shutter 115 is closed, the introduction of microwave power is stopped, the outputs of the bias power sources 111 and 116 are cut off, and the gas is introduced into the deposition chamber 101. Stop the i-type layer 2
The formation of 05 is finished. The deposition rate of the i-type layer is about 9 nm /
It was sec.
【0253】続いてp型層206、透明電極207、集
電電極208を実施例4と同様にして形成し、光起電力
素子(No.実−5)を得た。Subsequently, a p-type layer 206, a transparent electrode 207, and a collector electrode 208 were formed in the same manner as in Example 4 to obtain a photovoltaic element (No. Ex-5).
【0254】これに対して比較例を2種類作製した。ひ
とつは、前記i型層形成工程においてバイアス棒から供
給するrfエネルギーを300Wとマイクロ波エネルギ
ーよりも小さな値に設定して半導体層を堆積した点を除
いて他の条件は光起電力素子(No.実−5)と等しく
して製作したa−SiGe:H光起電力素子(No.比
−5−1)であり、いまひとつは、前記i型層形成工程
においてマイクロ波エネルギーを500Wと原料ガスを
100%分解するに必要なマイクロ波エネルギーよりも
大きな値に設定して半導体層を堆積した点を除いて他の
条件は光起電力素子(No.実−5)と等しくして作製
したa−SiGe:H光起電力素子(No.比−5−
2)である。On the other hand, two types of comparative examples were manufactured. One is that in the i-type layer forming step, the rf energy supplied from the bias rod is set to 300 W, which is a value smaller than the microwave energy, and the semiconductor layer is deposited. The actual a-5) is an a-SiGe: H photovoltaic element (No. ratio -5-1) manufactured by the same method as the actual -5), and another one is 500 W of microwave energy and source gas in the i-type layer forming step. Was prepared under the same conditions as the photovoltaic element (No. Ex-5), except that the semiconductor layer was deposited at a value larger than the microwave energy required for 100% decomposition of a. -SiGe: H photovoltaic element (No. ratio-5-
2).
【0255】以上のようにして作製された光起電力素子
(No.実−5)、(No.比−5−1)及び(No.
比−5−2)に対して実施例4と同様にして電流−電圧
特性を測定し光電変換効率を求めた。その結果、比較例
の光起電力素子(No.比−5−1)の値を1とした場
合、本発明の堆積膜形成方法を用いて成膜された光起電
力素子(No.実−5)の光電変換効率は1.31と飛
躍的に向上していることがわかった。又、光起電力素子
(No.比−5−2)に対して同様の評価を行なうと光
電変換効率は0.93と、光起電力素子(No.比−5
−1)よりも劣っていた。Photovoltaic devices (No. Ex-5), (No. Ratio-5-1) and (No.
The current-voltage characteristics were measured for the ratio -5-2) in the same manner as in Example 4 to obtain the photoelectric conversion efficiency. As a result, when the value of the photovoltaic element (No. ratio -5-1) of the comparative example is set to 1, the photovoltaic element (No. real-number) formed by using the deposited film forming method of the present invention. It was found that the photoelectric conversion efficiency of 5) was dramatically improved to 1.31. Further, when the same evaluation is performed on the photovoltaic element (No. ratio -5-2), the photoelectric conversion efficiency is 0.93, and the photovoltaic element (No. ratio -5).
It was inferior to -1).
【0256】以上の結果から、光起電力素子の特性を最
も大きく左右するi型層の形成において本発明の堆積膜
形成方法を用いた光起電力素子においては、堆積膜の電
気特性・耐劣化性の向上に寄与するイオン種が有効に選
択されかつ堆積膜表面に豊富に供給されたこと、及びプ
ラズマの均一性や安定性が向上したことによる堆積膜の
均一性及び特性の向上が図られ、その結果として光起電
力素子の光電変換効率の飛躍的向上が達成されたものと
考えられる。From the above results, in the photovoltaic element using the deposited film forming method of the present invention in the formation of the i-type layer that most greatly affects the characteristics of the photovoltaic element, the electrical characteristics and deterioration resistance of the deposited film are obtained. The ion species that contribute to the improvement of the plasma property are effectively selected and are abundantly supplied to the surface of the deposited film, and the uniformity and stability of the deposited film are improved by improving the plasma uniformity and stability. As a result, it is considered that the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic element has been dramatically improved.
【0257】実施例6
図2(b)に示す構成を有するa−Si:H/a−Si
Ge:Hダブル型光起電力素子を以下に説明するように
作製した。該光起電力素子において、第1のi型層はa
−SiGe:Hによって構成され、第2のi型層はa−
Si:Hによって構成されている。Example 6 a-Si: H / a-Si having the structure shown in FIG.
A Ge: H double type photovoltaic element was produced as described below. In the photovoltaic device, the first i-type layer is a
-SiGe: H, the second i-type layer is a-
It is composed of Si: H.
【0258】本実施例では基板211として、表面に鏡
面研磨を施した10cm角、厚さ0.1mmのステンレ
ス(SUS304)板を用い、その上に光反射層212
として銀を公知の真空蒸着法で平均0.5μmの厚さに
形成した。その際に、基板温度を400℃に設定して銀
の堆積を行なうことにより該銀層の表面に周期約1.1
μm、高低差約0.3μmの凹凸構造を形成した。In this example, as the substrate 211, a 10 cm square stainless steel (SUS304) plate having a mirror-polished surface was used, and a light reflection layer 212 was formed thereon.
Was formed by a known vacuum deposition method to have an average thickness of 0.5 μm. At that time, the substrate temperature is set to 400 ° C. to deposit silver, and thereby a period of about 1.1 is formed on the surface of the silver layer.
A concavo-convex structure with a height difference of about 0.3 μm was formed.
【0259】この上に、反射増加層213として酸化亜
鉛層を実施例1と同様にして形成した。On this, a zinc oxide layer was formed as the reflection increasing layer 213 in the same manner as in Example 1.
【0260】続いて第1のn型層214と、第1のi型
層215としてa−SiGe:H膜と、第1のp型層2
16を実施例2と同様にして形成した。Subsequently, the first n-type layer 214, the a-SiGe: H film as the first i-type layer 215, and the first p-type layer 2 are formed.
16 was formed in the same manner as in Example 2.
【0261】更に、第2のn型層217と、第2のi型
層218としてa−Si:H膜と、第2のp型層219
を実施例1と同様にして形成した。Further, the second n-type layer 217, the a-Si: H film as the second i-type layer 218, and the second p-type layer 219.
Was formed in the same manner as in Example 1.
【0262】以上の工程が済んだ後、透明電極220、
集電電極221を実施例4と同様にして形成し、光起電
力素子(No.実−6)を得た。After the above steps are completed, the transparent electrode 220,
The collector electrode 221 was formed in the same manner as in Example 4 to obtain a photovoltaic element (No. Ex-6).
【0263】比較例として、前記第1及び第2のi型層
形成工程においてメッシュ113を基板104の近傍に
設置せずに半導体層を堆積した点を除いて他の条件は光
起電力素子(No.実−6)と等しくしてa−Si:H
/a−SiGe:Hダブル型光起電力素子(No.比−
6)を作製した。As a comparative example, except that the mesh 113 was not placed in the vicinity of the substrate 104 in the first and second i-type layer forming steps and a semiconductor layer was deposited, the other conditions were the photovoltaic element ( No. Ex.-6) and a-Si: H
/ A-SiGe: H double type photovoltaic element (No. ratio-
6) was produced.
【0264】以上のようにして作製された光起電力素子
(No.実−6)、及び(No.比−6)に対して実施
例1と同様にして電流−電圧特性を測定し光電変換効率
を求めた。その結果、比較例の光起電力素子(No.比
−6)の値を1とした場合、本発明の堆積膜形成方法を
用いて成膜された光起電力素子(No.実−6)の光電
変換効率は1.35と飛躍的に向上していることがわか
った。すなわち、光起電力素子の特性を最も大きく左右
するi型層の形成において本発明の堆積膜形成方法を用
いた光起電力素子においては、堆積膜の特性向上に寄与
するイオン種が有効に選択されたことやプラズマの均一
性や安定性が向上したことによる堆積膜の均一性及び特
性の向上が図られ、その結果として光起電力素子の光電
変換効率の飛躍的向上が達成されたものと考えられる。With respect to the photovoltaic elements (No. Ex-6) and (No. Ratio-6) produced as described above, the current-voltage characteristics were measured in the same manner as in Example 1 to perform photoelectric conversion. I asked for efficiency. As a result, when the value of the photovoltaic element (No. ratio-6) of the comparative example is 1, the photovoltaic element (No. Ex-6) formed by using the deposited film forming method of the present invention. It was found that the photoelectric conversion efficiency of was dramatically improved to 1.35. That is, in the photovoltaic element using the deposited film forming method of the present invention in the formation of the i-type layer that most greatly affects the characteristics of the photovoltaic element, the ionic species that contribute to the improvement of the deposited film characteristics are effectively selected. And that the uniformity and characteristics of the deposited film have been improved by improving the uniformity and stability of the plasma, and as a result, a dramatic improvement in the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic device has been achieved. Conceivable.
【0265】又、同様の実験を10回繰り返して行な
い、光起電力素子の光電変換効率のばらつきを調べた。
その結果、本発明の堆積膜形成法を用いて成膜した光起
電力素子におけるばらつきの幅は比較例の光起電力素子
におけるばらつきの幅を1とした場合、0.46である
ことがわかった。すなわち、光起電力素子の特性を最も
大きく左右するi型層の形成において本発明の堆積形成
方法を用いた光起電力素子においては、プラズマが安定
することによる堆積膜の再現性向上が図られ、その結果
として光起電力素子の再現性の飛躍的向上が達成された
ものと考えられる。Further, the same experiment was repeated 10 times to examine the variation in the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic element.
As a result, it was found that the variation width in the photovoltaic element formed by using the deposited film forming method of the present invention is 0.46 when the variation width in the photovoltaic element of the comparative example is 1. It was That is, in the photovoltaic device using the deposition forming method of the present invention in the formation of the i-type layer that most greatly affects the characteristics of the photovoltaic device, the reproducibility of the deposited film is improved by stabilizing the plasma. As a result, it is considered that the reproducibility of the photovoltaic element has been dramatically improved.
【0266】実施例7
図2(a)に示す構成を有するa−Si:H光起電力素
子を以下に説明するように製作した。Example 7 An a-Si: H photovoltaic device having the structure shown in FIG. 2A was manufactured as described below.
【0267】本実施例では基板201として、表面に鏡
面研磨を施した10cm角、厚さ0.1mmのステンレ
ス(SUS304)板を用い、その上に光反射層202
として銀を公知の真空蒸着法で0.3μmの厚さに形成
した。In this example, as the substrate 201, a 10 cm square stainless steel (SUS304) plate having a mirror-polished surface was used, and a light reflection layer 202 was formed thereon.
Was formed into a thickness of 0.3 μm by a known vacuum deposition method.
【0268】この上に、反射増加層203として酸化亜
鉛層を、図3に示したDCスパッタ装置を用いて以下の
ようにして形成した。On this, a zinc oxide layer as the reflection increasing layer 203 was formed as follows using the DC sputtering apparatus shown in FIG.
【0269】加熱ヒーター303に予め銀を蒸着した基
板302を取り付けた後、堆積室301内を不図示のポ
ンプによって真空排気した。堆積室301内の真空度が
10-5Torr以下になったことを真空計312で確認
した後ヒーター303に通電し、基板302の温度を4
00℃に加熱・保持した。After the substrate 302 on which silver was vapor-deposited was attached to the heater 303, the inside of the deposition chamber 301 was evacuated by a pump (not shown). After confirming with the vacuum gauge 312 that the degree of vacuum in the deposition chamber 301 has become 10 −5 Torr or less, the heater 303 is energized to change the temperature of the substrate 302 to 4
It was heated and held at 00 ° C.
【0270】本実施例ではターゲット304は、酸化亜
鉛のパウダーを焼結したものを用いた。スパッタガスと
してアルゴンガスを25sccmの流量となるようにマ
スフローコントローラー316で調整しながらガス導入
バルブ314を介して供給し、流量が安定した後、前記
ターゲット304にスパッタ電源306よりDC電圧
を、スパッタ電流が0.8Aとなるように設定・印加し
た。又、スパッタ中の内部圧力は7mTorrに保っ
た。In this example, the target 304 used was a zinc oxide powder sintered. Argon gas as a sputter gas is supplied through the gas introduction valve 314 while being adjusted by the mass flow controller 316 so that the flow rate is 25 sccm, and after the flow rate is stabilized, a DC voltage is supplied from the sputter power source 306 to the target 304 and a sputter current. Was set and applied so as to be 0.8 A. The internal pressure during sputtering was kept at 7 mTorr.
【0271】以上のようにして酸化亜鉛層の形成を開始
し、該酸化亜鉛層の層厚が1.0μmに達した後、スパ
ッタ電源からの電力の供給、スパッタガスの供給、ヒー
ター303への通電を停止し、基板冷却後、堆積室30
1内を大気リークして酸化亜鉛層を形成した基板を取り
出した。As described above, the formation of the zinc oxide layer was started, and after the layer thickness of the zinc oxide layer reached 1.0 μm, power was supplied from the sputtering power source, sputtering gas was supplied, and the heater 303 was supplied. After de-energizing and cooling the substrate, the deposition chamber 30
The inside of 1 was leaked to the atmosphere, and the substrate on which the zinc oxide layer was formed was taken out.
【0272】続いて、この上に各々a−Si:Hからな
る、n型層204、i型層205及びp型層206を、
図8に示すマイクロ波プラズマCVD装置を用いて形成
した。Subsequently, an n-type layer 204, an i-type layer 205 and a p-type layer 206 each made of a-Si: H are formed thereon.
It was formed using the microwave plasma CVD apparatus shown in FIG.
【0273】図8中のガスボンベ1071乃至1076
には、各々の半導体層を形成するための原料ガスが密封
されている。1071はSiH4 (純度99.999
%)ガスボンベ、1072はGeH4 (純度99.99
9%)ガスボンベ、1073はH2 (純度99.999
9%)ガスボンベ、1074はH2 ガスで10%に希釈
されたPH3 ガス(以下「PH3 /H2 ガス」と略記す
る)ボンベ、1075はH2 ガスで10%に希釈された
BF3 ガス(以下「BF3 /H2 ガス」と略記する)ボ
ンベ、及び1076はArガスボンベである。ガスボン
ベ1071乃至1076を取り付けた際に、ガスボンベ
1071よりSiH4 ガス、ガスボンベ1072よりG
eH4 ガス、ガスボンベ1073よりH2 ガス、ガスボ
ンベ1074よりPH3 /H2 ガス、ガスボンベ107
5よりBF3 /H2 ガス、及びガスボンベ1076より
Arガスを、バルブ1051乃至1056を開けて、バ
ルブ1031乃至1036までのそれぞれのガス配管内
に導入し、圧力調整器1061乃至1066によりそれ
ぞれの配管内のガス圧力を2kg/cm2 に調整した。Gas cylinders 1071 to 1076 in FIG.
The raw material gas for forming each semiconductor layer is sealed in. 1071 is SiH 4 (purity 99.999
%) Gas cylinder, 1072 is GeH 4 (purity 99.99)
9%) gas cylinder, 1073 is H 2 (purity 99.999)
9%) gas cylinder, 1074 abbreviated as PH 3 gas diluted to 10% with H 2 gas (hereinafter "PH 3 / H 2 gas") cylinder, 1075 BF 3 diluted to 10% with H 2 gas Gas (hereinafter abbreviated as “BF 3 / H 2 gas”) cylinders and 1076 are Ar gas cylinders. When the gas cylinders 1071 to 1076 are attached, SiH 4 gas from the gas cylinder 1071 and G from the gas cylinder 1072
eH 4 gas, H 2 gas from gas cylinder 1073, PH 3 / H 2 gas from gas cylinder 1074, gas cylinder 107
BF 3 / H 2 gas from No. 5 and Ar gas from the gas cylinder 1076 are introduced into the gas pipes of the valves 1031 to 1036 by opening the valves 1051 to 1056, and the respective pipes are adjusted by the pressure regulators 1061 to 1066. The gas pressure inside was adjusted to 2 kg / cm 2 .
【0274】バルブ1031乃至1036及び堆積室1
01のリークバルブ109が閉じられていることを確認
し、又、バルブ1041乃至1046が開かれているこ
とを確認して、コンダクタンス(バタフライ型)バルブ
107を全開にして、不図示の真空ポンプにより堆積室
101及びガス配管内を排気する。真空計106の読み
が、好ましくは1×10-4Torr以下、より好ましく
は1×10-5Torr以下になった時点でバルブ104
1乃至1046を閉じる。Valves 1031 to 1036 and deposition chamber 1
It is confirmed that the leak valve 109 of 01 is closed, and that the valves 1041 to 1046 are opened, the conductance (butterfly type) valve 107 is fully opened, and a vacuum pump (not shown) is used. The deposition chamber 101 and the gas pipe are exhausted. When the reading of the vacuum gauge 106 is preferably 1 × 10 −4 Torr or less, more preferably 1 × 10 −5 Torr or less, the valve 104 is reached.
1 to 1046 are closed.
【0275】次に、バルブ1031乃至1036を徐々
に開けて、各々のガスをマスフローコントローラー10
21乃至1026内に導入する。Next, the valves 1031 to 1036 are gradually opened to let each gas flow through the mass flow controller 10.
21 to 1026.
【0276】以上のようにして半導体層の形成の準備が
整った後、加熱ヒーター105に通電し、基板104を
380℃に加熱・保持した。After the semiconductor layer was prepared for preparation as described above, the heater 105 was energized to heat and hold the substrate 104 at 380 ° C.
【0277】次に、導入バルブ1041、1043、1
044をダストが飛散しないように徐々に開いて、Si
H4 ガス、H2 ガス及びPH3 /H2 ガスを補助バルブ
108、ガス導入管103を通じて堆積室101内に流
入させた。この時、SiH4ガス流量が10sccm、
H2 ガス流量が100sccm及びPH3 /H2 ガス流
量が1.0sccmとなるようにマスフローコントロー
ラー1021、1023、1024で調整した。Next, the introduction valves 1041, 1043, 1
Open 044 gradually to prevent dust from scattering
H 4 gas, H 2 gas, and PH 3 / H 2 gas were caused to flow into the deposition chamber 101 through the auxiliary valve 108 and the gas introduction pipe 103. At this time, the SiH 4 gas flow rate is 10 sccm,
The mass flow controllers 1021, 1023, and 1024 were adjusted so that the H 2 gas flow rate was 100 sccm and the PH 3 / H 2 gas flow rate was 1.0 sccm.
【0278】堆積室101へのガスの導入を徐々におこ
なうとともに、シャッター115が閉じられた状態でこ
れを行なうことは基板表面へのダストの付着を防ぐため
に好ましい。It is preferable to gradually introduce the gas into the deposition chamber 101 and to carry out this with the shutter 115 closed so as to prevent dust from adhering to the substrate surface.
【0279】ガス流量が安定したところで、堆積室10
1内の圧力が5mTorrとなるように真空計106を
見ながらコンダクタンスバルブ107の開口を調整し
た。次に、不図示のマイクロ波電源の電力を400Wに
設定し、不図示の導波管、導波部110及び誘電体窓1
02を介して堆積室101内にマイクロ波電力を導入し
マイクロ波グロー放電を生起させた。プラズマが安定化
した後、DC及びrfバイアス電圧を供給可能なバイア
ス電源111による600Wのrfバイアス及び+10
0VのDCバイアス電圧をバイアス棒112に印加し
た。プラズマの様子、バイアス電流等の各パラメータが
一定になったところでシャッター115を開き、基板1
04上にn型層の形成を開始した。なお、メッシュ11
3を移動することによって基板104の近傍から取り除
いてある。When the gas flow rate became stable, the deposition chamber 10
The opening of the conductance valve 107 was adjusted while observing the vacuum gauge 106 so that the pressure in 1 became 5 mTorr. Next, the power of the microwave power source (not shown) is set to 400 W, and the waveguide, the waveguide section 110, and the dielectric window 1 (not shown) are set.
Microwave power was introduced into the deposition chamber 101 via 02 to cause microwave glow discharge. After the plasma is stabilized, 600 W rf bias and +10 by a bias power supply 111 capable of supplying DC and rf bias voltages.
A DC bias voltage of 0V was applied to the bias rod 112. When each parameter such as the state of plasma and the bias current becomes constant, the shutter 115 is opened and the substrate 1
The formation of an n-type layer on 04 was started. The mesh 11
It has been removed from near substrate 104 by moving 3.
【0280】n型層204の層厚が約20nmとなった
ところでシャッター115を閉じ、マイクロ波電力の導
入を止め、rf及びDC電源111の出力を切り、又、
導入バルブ1041、1043、1044を閉じて堆積
室101内へのガス導入を止め、n型層204の形成を
終えた。When the layer thickness of the n-type layer 204 reaches about 20 nm, the shutter 115 is closed, the introduction of microwave power is stopped, the rf and DC power supply 111 outputs are cut off, and
The introduction valves 1041, 1043, and 1044 were closed to stop the gas introduction into the deposition chamber 101, and the formation of the n-type layer 204 was completed.
【0281】次に、i型層205の形成を以下のように
して行なった。まず、メッシュ113を移動させ、基板
104を覆うように設置した。続いて堆積室101及び
配管内を一旦10-5Torr以下の高真空に排気した
後、基板104を加熱ヒーター105により370℃に
加熱・保持し、導入バルブ1041を開いてSiH4 ガ
ス150sccmを補助バルブ108及びガス導入管1
03を介して堆積室101内に導入した。堆積室101
内の圧力が5mTorrとなるように真空計106を見
ながらコンダクタンスバルブ107の開口を調整した。
次に、不図示のマイクロ波電源の電力を450Wに設定
し、不図示の導波管、導波部110及び誘電体窓102
を通じて堆積室101内にマイクロ波電力を導入し、マ
イクロ波グロー放電を生起させ、その後、バイアス電源
111によるrfバイアス750Wをバイアス棒112
に供給した。又、メッシュ用rfバイアス電源117に
よるrfバイアス電圧を印加し、rfエネルギー100
Wをメッシュ113から供給した。プラズマの様子、バ
イアス電流等の各パラメータが一定になったところでシ
ャッター115を開き、n型層上にi型層の形成を開始
した。なお、このマイクロ波エネルギーの値ではマイク
ロ波エネルギー律速状態であることが前述の方法で予め
確認されている。Next, the i-type layer 205 was formed as follows. First, the mesh 113 was moved and installed so as to cover the substrate 104. Subsequently, the deposition chamber 101 and the piping were once evacuated to a high vacuum of 10 −5 Torr or less, and then the substrate 104 was heated and held at 370 ° C. by the heater 105, and the introduction valve 1041 was opened to supplement 150 sccm of SiH 4 gas. Valve 108 and gas introduction pipe 1
It was introduced into the deposition chamber 101 through 03. Deposition chamber 101
The opening of the conductance valve 107 was adjusted while observing the vacuum gauge 106 so that the internal pressure became 5 mTorr.
Next, the power of the microwave power source (not shown) is set to 450 W, and the waveguide, the waveguide section 110, and the dielectric window 102 (not shown) are set.
Microwave power is introduced into the deposition chamber 101 through a microwave glow discharge to generate a microwave glow discharge, and then an rf bias 750 W from a bias power source 111 is applied to the bias rod 112.
Supplied to. Further, the rf bias voltage from the mesh rf bias power supply 117 is applied to reduce the rf energy of 100.
W was supplied from the mesh 113. When each parameter such as the state of plasma and the bias current became constant, the shutter 115 was opened, and the formation of the i-type layer on the n-type layer was started. It has been previously confirmed by the above-described method that the microwave energy value is in a microwave energy rate-determining state.
【0282】i型層205の層厚が約270nmとなっ
たところでシャッター115を閉じ、マイクロ波電力の
導入を止め、バイアス電源111及び117の出力を切
り、又、堆積室101内へのガス導入を止め、i型層2
05の形成を終えた。該i型層の堆積速度は約10nm
/secであった。When the thickness of the i-type layer 205 reaches about 270 nm, the shutter 115 is closed, the introduction of microwave power is stopped, the bias power sources 111 and 117 are turned off, and gas is introduced into the deposition chamber 101. Stop the i-type layer 2
The formation of 05 is finished. The deposition rate of the i-type layer is about 10 nm
/ Sec.
【0283】次に、p型層206の形成を以下のように
して行なった。まず、メッシュ113を移動させ、基板
104の近傍から取り除いた。続いて、基板104を加
熱ヒーター105により350℃に加熱・保持し、Si
H4 ガス、H2 ガス、BF3/H2 ガスを補助バルブ1
08及びガス導入管103を介して堆積室101内に導
入した。この時、SiH4 ガス流量が10sccm、H
2 ガス流量が100sccm、BF3 /H2 ガス流量が
1sccmとなるように各々のマスフローコントローラ
ーで調整した。堆積室101内の圧力が5mTorrと
なるように真空計106を見ながらコンダクタンスバル
ブ107の開口を調整した。次に、不図示のマイクロ波
電源の電力を400Wに設定し、不図示の導波管、導波
部110及び誘電体窓102を通じて堆積室101内に
マイクロ波エネルギーを導入し、マイクロ波グロー放電
を生起させ、その後、バイアス電源111による+10
0VのDCバイアス電圧をバイアス棒112に印加し
た。プラズマの様子、バイアス電流等の各パラメータが
一定になったところでシャッター115を開き、i型層
上にp型層の形成を開始した。Next, the p-type layer 206 was formed as follows. First, the mesh 113 was moved and removed from the vicinity of the substrate 104. Subsequently, the substrate 104 is heated and held at 350 ° C. by the heater 105, and Si is heated.
Auxiliary valve 1 for H 4 gas, H 2 gas, and BF 3 / H 2 gas
It was introduced into the deposition chamber 101 through 08 and the gas introduction pipe 103. At this time, the SiH 4 gas flow rate is 10 sccm, H
The mass flow controllers were adjusted so that the 2 gas flow rate was 100 sccm and the BF 3 / H 2 gas flow rate was 1 sccm. The opening of the conductance valve 107 was adjusted while observing the vacuum gauge 106 so that the pressure in the deposition chamber 101 was 5 mTorr. Next, the power of a microwave power source (not shown) is set to 400 W, microwave energy is introduced into the deposition chamber 101 through a waveguide, a waveguide section 110, and a dielectric window 102 (not shown) to perform microwave glow discharge. And then +10 by the bias power supply 111.
A DC bias voltage of 0V was applied to the bias rod 112. When the parameters of the plasma, the bias current, etc. became constant, the shutter 115 was opened, and the formation of the p-type layer on the i-type layer was started.
【0284】p型層206の層厚が約10nmとなった
ところでシャッター115を閉じ、マイクロ波電力の導
入を止め、バイアス電源111の出力を切り、又、堆積
室101内へのガス導入を止め、p型層206の形成を
終えた。When the layer thickness of the p-type layer 206 reaches about 10 nm, the shutter 115 is closed, the introduction of microwave power is stopped, the output of the bias power source 111 is cut off, and the introduction of gas into the deposition chamber 101 is stopped. The formation of the p-type layer 206 is completed.
【0285】次いで、堆積室101、及びガス導入管等
の内部のアルゴンパージを3回繰り返し行なってからガ
ス導入用バルブを閉じ、基板温度が適当な値に下がった
ところでリークバルブ106を開けて堆積室101内を
大気リークし、表面上にn型層、i型層及びp型層が形
成された基板104を堆積室101内から取り出した。Next, the interior of the deposition chamber 101 and the gas inlet pipe is repeatedly purged with argon three times, the gas inlet valve is closed, and when the substrate temperature drops to an appropriate value, the leak valve 106 is opened to deposit. The inside of the chamber 101 was leaked to the atmosphere, and the substrate 104 having the n-type layer, the i-type layer and the p-type layer formed on the surface thereof was taken out from the deposition chamber 101.
【0286】次の工程として、上記のようにして形成し
たa−Si:H光起電力素子のp型層206上に、透明
電極207としてITO(In2 O3 +SnO2 )を、
以下のようにして形成した。In the next step, ITO (In 2 O 3 + SnO 2 ) was formed as a transparent electrode 207 on the p-type layer 206 of the a-Si: H photovoltaic element formed as described above.
It was formed as follows.
【0287】反応性真空蒸着装置として図4に示す装置
を用いた。The apparatus shown in FIG. 4 was used as a reactive vacuum vapor deposition apparatus.
【0288】p型層まで形成した基板402を加熱ヒー
ター403に取り付け、蒸着源404として金属スズと
金属インジウム(ともに純度99.999%)の50
%:50%混合物を補給した後、不図示の真空ポンプを
稼動しコンダクタンスバルブを全開にして堆積室401
内の真空排気を行なう。The substrate 402 on which the p-type layer is formed is attached to the heater 403, and as the vapor deposition source 404, metal tin and metal indium (both having a purity of 99.999%) are used.
%: 50% After replenishing the mixture, a vacuum pump (not shown) is operated to fully open the conductance valve and the deposition chamber 401.
Evacuate the inside.
【0289】堆積室内の真空度が10-6Torr以下に
なった後に加熱ヒーター403に通電して基板402の
温度を150℃に保持した。After the vacuum degree in the deposition chamber became 10 −6 Torr or less, the heater 403 was energized to keep the temperature of the substrate 402 at 150 ° C.
【0290】続いて、酸素ガス(O2 )を8sccmの
流量になるようにマスフローコントローラー411にて
調節し、ガス導入バルブ410を介して堆積室401内
に導入した。流量が一定となった後に真空計408を見
ながらコンダクタンスバルブ409を調節して堆積室4
01内の真空度を3×10-4Torrに設定した。Subsequently, oxygen gas (O 2 ) was adjusted by the mass flow controller 411 so that the flow rate was 8 sccm, and introduced into the deposition chamber 401 through the gas introduction valve 410. After the flow rate becomes constant, the conductance valve 409 is adjusted while watching the vacuum gauge 408 to adjust the deposition chamber 4
The degree of vacuum inside 01 was set to 3 × 10 −4 Torr.
【0291】内圧が一定となった後に蒸着源用の加熱ヒ
ーター405に通電し、蒸着源404の加熱を開始し
た。After the internal pressure became constant, the heater 405 for the vapor deposition source was energized to start heating the vapor deposition source 404.
【0292】蒸着源の温度が上昇して金属スズ及びイン
ジウムが気化し始めると、気化した金属原子が堆積室内
の酸素ガスと反応することによって堆積室内の圧力が若
干下がる。この圧力の変動値が3×10-5Torrとな
ったところでシャッター407を開いて基板402への
ITO膜の形成を開始した。When the temperature of the vapor deposition source rises and metal tin and indium start to vaporize, the vaporized metal atoms react with oxygen gas in the deposition chamber, so that the pressure in the deposition chamber slightly decreases. When the fluctuation value of the pressure became 3 × 10 −5 Torr, the shutter 407 was opened and the formation of the ITO film on the substrate 402 was started.
【0293】膜厚モニター413によって堆積速度の値
を見ながらAC電源406の出力を調節して堆積速度が
約0.07nm/secでほぼ一定になるようにしてI
TO膜の形成を行なった。While monitoring the value of the deposition rate by the film thickness monitor 413, the output of the AC power source 406 is adjusted so that the deposition rate becomes substantially constant at about 0.07 nm / sec.
A TO film was formed.
【0294】膜厚が75nmとなったところでシャッタ
ー407を閉じ、加熱ヒーター403及び405への通
電を切り、ガス導入バルブ410を閉めて透明電極20
7の形成を終了する。基板温度が下がったところでリー
クバルブ412を開け、堆積室401内をリークして透
明電極207を形成した基板402を取り出した。When the film thickness reaches 75 nm, the shutter 407 is closed, the heaters 403 and 405 are de-energized, the gas introduction valve 410 is closed, and the transparent electrode 20 is closed.
The formation of 7 is completed. When the substrate temperature decreased, the leak valve 412 was opened, the inside of the deposition chamber 401 was leaked, and the substrate 402 on which the transparent electrode 207 was formed was taken out.
【0295】次に集電電極208として層厚が2μmの
Alを、抵抗加熱真空蒸着法にてマスクを用いて蒸着・
形成し、a−Si:H光起電力素子(No.実−7)を
得た。Next, as the collector electrode 208, Al having a layer thickness of 2 μm was deposited by a resistance heating vacuum deposition method using a mask.
Then, an a-Si: H photovoltaic element (No. Ex-7) was obtained.
【0296】比較例として、前記i型層形成工程におい
てメッシュ113にrfバイアス電圧を印加しないで半
導体層を堆積した点を除いて他の条件は光起電力素子
(No.実−7)と等しくしてa−Si:H光起電力素
子(No.比−7)を作製した。As a comparative example, the other conditions are the same as those of the photovoltaic element (No. real-7) except that the semiconductor layer is deposited without applying the rf bias voltage to the mesh 113 in the i-type layer forming step. Then, an a-Si: H photovoltaic element (No. ratio -7) was produced.
【0297】以上のようにして作製された光起電力素子
(No.実−7)、及び(No.比−7)に対してソー
ラーシミュレーター(山下電装、YSS−150)を用
いて疑似太陽光(AM−1.5、100mW/cm2 )
照射の下で各々電流−電圧特性を測定し光電変換効率を
求めた。その結果、比較例の光起電力素子(No.比−
7)の値を1とした場合、本発明の堆積膜形成方法を用
いて成膜された光起電力素子(No.実−7)の光電変
換効率は1.22と飛躍的に向上していることがわかっ
た。すなわち、光起電力素子の特性を最も大きく左右す
るi型層の形成において本発明の堆積膜形成方法を用い
た光起電力素子においては、膜特性向上に寄与するイオ
ン種が有効に選択され、かつメッシュと基板の間の電界
によって適度な加速を受けたことによる堆積膜の均一性
及び特性の向上が図られ、その結果として光起電力素子
の光電変換効率の飛躍的向上が達成されたものと考えら
れる。[0297] A solar simulator (Yamashita Denso Co., Ltd., YSS-150) was used for the photovoltaic elements (No. Ex-7) and (No. Ratio-7) produced as described above to simulate sunlight. (AM-1.5, 100 mW / cm 2 )
The current-voltage characteristics were measured under irradiation to determine the photoelectric conversion efficiency. As a result, the photovoltaic element of the comparative example (No.
When the value of 7) is set to 1, the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic element (No. Ex-7) formed by using the deposited film forming method of the present invention is dramatically improved to 1.22. I found out that That is, in the photovoltaic element using the deposited film forming method of the present invention in the formation of the i-type layer that most greatly affects the characteristics of the photovoltaic element, the ionic species that contribute to the improvement of the film characteristics are effectively selected, Moreover, the uniformity and characteristics of the deposited film have been improved by being appropriately accelerated by the electric field between the mesh and the substrate, and as a result, the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic device has been dramatically improved. it is conceivable that.
【0298】又、同様の実験を10回繰り返して行な
い、光起電力素子の光電変換効率のばらつきを調べた。
その結果、本発明の堆積膜形成法を用いて成膜した光起
電力素子におけるばらつきの幅は比較例の光起電力素子
におけるばらつきの幅を1とした場合、0.47である
ことがわかった。すなわち、光起電力素子の特性を最も
大きく左右するi型層の形成において本発明の堆積膜形
成方法を用いた光起電力素子においては、プラズマが安
定することによる堆積膜の再現性向上が図られ、その結
果として光起電力素子の再現性の飛躍的向上が達成され
たものと考えられる。Further, the same experiment was repeated 10 times to examine the variation in the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic element.
As a result, it was found that the variation width in the photovoltaic element formed by using the deposited film forming method of the present invention is 0.47 when the variation width in the photovoltaic element of the comparative example is 1. It was That is, in the photovoltaic element using the deposited film forming method of the present invention in forming the i-type layer that most greatly affects the characteristics of the photovoltaic element, it is possible to improve the reproducibility of the deposited film by stabilizing the plasma. As a result, it is considered that the reproducibility of the photovoltaic element is dramatically improved.
【0299】又、これらの光起電力素子の実使用条件下
での信頼性を調べるために以下のような耐久試験を行な
った。Further, the following durability test was conducted in order to investigate the reliability of these photovoltaic elements under actual use conditions.
【0300】光起電力素子(No.実−7)及び(N
o.比−7)の各々をポリフッ化ビニリデン(VDF)
からなる保護フィルムで真空封止し、実使用条件下(屋
外に設置、両電極に50オームの固定抵抗を接続)に1
年間置いた後、再び光電変換効率の評価を行ない、光照
射、温度差、風雨等に起因する劣化率(劣化により損な
われた光電変換効率の値を初期の光電変換効率の値で割
ったもの)を調べた。その結果、光起電力素子(No.
実−7)の劣化率は光起電力素子(No.比−7)の劣
化率を1とした場合0.66と飛躍的に改善されてい
た。すなわち、光起電力素子の特性を最も大きく左右す
るi型層の形成において本発明の堆積膜形成方法を用い
た光起電力素子においては、堆積中の膜の構造緩和に寄
与するエネルギーを有する活性種の存在とともに、堆積
膜に有害なダメージを与える不用な電子、イオンの影響
を有効に低減することが可能となったことにより堆積膜
中のネットワークの乱れの低減が図られ、その結果とし
て光起電力素子の信頼性の飛躍的向上が達成されたもの
と考えられる。Photovoltaic device (No. Ex-7) and (N
o. Each of the ratio -7) is polyvinylidene fluoride (VDF)
It is vacuum-sealed with a protective film consisting of 1 and it is used under actual use conditions (installed outdoors, connecting a fixed resistance of 50 ohms to both electrodes).
After leaving for a year, the photoelectric conversion efficiency is evaluated again, and the deterioration rate due to light irradiation, temperature difference, wind and rain, etc. (The value of the photoelectric conversion efficiency damaged by the deterioration is divided by the initial value of the photoelectric conversion efficiency. ) Was investigated. As a result, the photovoltaic element (No.
The actual deterioration rate of -7) was dramatically improved to 0.66 when the deterioration rate of the photovoltaic element (No. ratio -7) was set to 1. That is, in the photovoltaic element using the deposited film forming method of the present invention in the formation of the i-type layer that most greatly affects the characteristics of the photovoltaic element, the activity having energy that contributes to the structural relaxation of the film being deposited is With the presence of species, it is possible to effectively reduce the effects of unnecessary electrons and ions that cause harmful damage to the deposited film, which reduces the disturbance of the network in the deposited film, and as a result, It is considered that the reliability of the electromotive force element has been dramatically improved.
【0301】実施例8
図2(a)に示す構成を有するa−SiGe:H光起電
力素子を以下に説明するように作製した。Example 8 An a-SiGe: H photovoltaic device having the structure shown in FIG. 2A was produced as described below.
【0302】本実施例では基板201として、表面に鏡
面研磨を施した10cm角、厚さ0.1mmのステンレ
ス(SUS304)板を用い、その上に光反射層202
として銀を公知の真空蒸着法で0.5μmの厚さに形成
した。その際に、基板温度を350℃に設定して銀の堆
積を行なうことにより該銀層の表面に周期約1μm、高
低差約0.3μmの凹凸構造を形成した。In this embodiment, as the substrate 201, a stainless steel (SUS304) plate having a 10 cm square and a thickness of 0.1 mm whose surface is mirror-polished is used, and a light reflection layer 202 is formed thereon.
Was formed into a thickness of 0.5 μm by a known vacuum deposition method. At that time, the substrate temperature was set at 350 ° C. to deposit silver to form an uneven structure with a period of about 1 μm and a height difference of about 0.3 μm on the surface of the silver layer.
【0303】この上に、反射増加層203として酸化亜
鉛層を実施例7と同様にして形成した。On this, a zinc oxide layer was formed as the reflection increasing layer 203 in the same manner as in Example 7.
【0304】次にn型層204を実施例7と同様にして
形成し、続いてi型層205としてa−SiGe:H膜
を以下のように形成した。Next, the n-type layer 204 was formed in the same manner as in Example 7, and subsequently, an a-SiGe: H film was formed as the i-type layer 205 as follows.
【0305】まず、堆積室101及び配管内を一旦10
-5Torr以下の高真空に排気した後、基板104を加
熱ヒーター105により380℃に加熱・保持し、導入
バルブ1041及び1042を開いてSiH4 ガス12
0sccm、GeH4 ガス30sccmを補助バルブ1
08及びガス導入管103を介して堆積室101内に導
入した。堆積室101内の圧力が5mTorrとなるよ
うに真空計106を見ながらコンダクタンスバルブ10
7の開口を調整した。次に、不図示のマイクロ波電源の
電力を400Wに設定し、不図示の導波管、導波部11
0及び誘電体窓102を通じて堆積室101内にマイク
ロ波電力を導入し、マイクロ波グロー放電を生起させ、
プラズマが安定化した後、バイアス電源111によるr
fエネルギー600Wをバイアス棒112に印加した。
又、メッシュ用バイアス電源117によるrfバイアス
電圧をメッシュ113に印加し、rfエネルギー80W
をメッシュから供給した。プラズマの様子、バイアス電
流等の各パラメータが一定になったところでシャッター
115を開き、n型層上にi型層の形成を開始した。な
お、このマイクロ波エネルギーの値ではマイクロ波エネ
ルギー律速状態であることが予め確認されている。First, the inside of the deposition chamber 101 and the piping is once set to 10
After evacuating to a high vacuum of -5 Torr or less, the substrate 104 is heated and held at 380 ° C. by the heater 105, the introduction valves 1041 and 1042 are opened, and the SiH 4 gas 12
0 sccm, GeH 4 gas 30 sccm auxiliary valve 1
It was introduced into the deposition chamber 101 through 08 and the gas introduction pipe 103. Conductance valve 10 while watching vacuum gauge 106 so that the pressure in deposition chamber 101 becomes 5 mTorr.
The opening of 7 was adjusted. Next, the power of the microwave power source (not shown) is set to 400 W, and the waveguide and the waveguide 11 (not shown) are set.
0 and the dielectric window 102 to introduce microwave power into the deposition chamber 101 to cause microwave glow discharge,
After the plasma is stabilized, the bias power supply 111 causes r
F energy of 600 W was applied to the bias rod 112.
Further, the rf bias voltage from the mesh bias power supply 117 is applied to the mesh 113, and the rf energy is 80 W.
Was supplied from the mesh. When each parameter such as the state of plasma and the bias current became constant, the shutter 115 was opened, and the formation of the i-type layer on the n-type layer was started. It has been previously confirmed that the microwave energy value is in a microwave energy rate-determining state.
【0306】i型層205の層厚が約230nmとなっ
たところでシャッター115を閉じ、マイクロ波電力の
導入を止め、バイアス電源111及び117の出力を切
り、又、堆積室101内へのガス導入を止め、i型層2
05の形成を終えた。該i型層の堆積速度は約10nm
/secであった。When the thickness of the i-type layer 205 reaches approximately 230 nm, the shutter 115 is closed, the introduction of microwave power is stopped, the outputs of the bias power sources 111 and 117 are cut off, and the gas is introduced into the deposition chamber 101. Stop the i-type layer 2
The formation of 05 is finished. The deposition rate of the i-type layer is about 10 nm
/ Sec.
【0307】続いてp型層206、透明電極207、集
電電極208を実施例7と同様にして形成し、光起電力
素子(No.実−8)を得た。Subsequently, a p-type layer 206, a transparent electrode 207 and a collector electrode 208 were formed in the same manner as in Example 7 to obtain a photovoltaic element (No. Ex-8).
【0308】これに対して比較例を2種類作製した。ひ
とつは、前記i型層形成工程においてバイアス棒から供
給するrfエネルギーを300Wとマイクロ波エネルギ
ーよりも小さな値に設定して半導体層を堆積した点を除
いて他の条件は光起電力素子(No.実−8)と等しく
して作製したa−SiGe:H光起電力素子(No.比
−8−1)であり、いまひとつは、前記i型層形成工程
においてマイクロ波エネルギーを500Wと原料ガスを
100%分解するに必要なマイクロ波エネルギーよりも
大きな値に設定して半導体層を堆積した点を除いて他の
条件は光起電力素子(No.実−8)と等しくして作製
したa−SiGe:H光起電力素子(No.比−8−
2)である。On the other hand, two types of comparative examples were manufactured. One is that in the i-type layer forming step, the rf energy supplied from the bias rod is set to 300 W, which is a value smaller than the microwave energy, and the semiconductor layer is deposited. Example 8) An a-SiGe: H photovoltaic element (No. ratio -8-1) manufactured in the same manner as Example 8), and another one is 500 W of microwave energy and source gas in the i-type layer forming step. Was prepared under the same conditions as the photovoltaic element (No. real-8) except that the semiconductor layer was deposited at a value higher than the microwave energy required for 100% decomposition. -SiGe: H photovoltaic element (No. ratio -8-
2).
【0309】以上のようにして作製された光起電力素子
(No.実−8)、(No.比−8−1)及び(No.
比−8−2)に対して実施例7と同様にして電流−電圧
特性を測定し光電変換効率を求めた。その結果、比較例
の光起電力素子(No.比−8−1)の値を1とした場
合、本発明の堆積膜形成方法を用いて成膜された光起電
力素子(No.実−8)の光電変換効率は1.23と飛
躍的に向上していることがわかった。又、光起電力素子
(No.比−8−2)に対して同様の評価を行なうと光
電変換効率は0.89と、光起電力素子(No.比−8
−1)よりも劣っていた。Photovoltaic devices (No. Ex-8), (No. Ratio-8-1) and (No.
The current-voltage characteristics were measured for the ratio -8-2) in the same manner as in Example 7 to obtain the photoelectric conversion efficiency. As a result, when the value of the photovoltaic element (No. ratio −8-1) of the comparative example is 1, the photovoltaic element (No. actual −) formed by using the deposited film forming method of the present invention. It was found that the photoelectric conversion efficiency of 8) was dramatically improved to 1.23. Further, when the same evaluation is performed on the photovoltaic element (No. ratio -8-2), the photoelectric conversion efficiency is 0.89, and the photovoltaic element (No. ratio -8).
It was inferior to -1).
【0310】以上の結果から、光起電力素子の特性を最
も大きく左右するi型層の形成において本発明の堆積膜
形成方法を用いた光起電力素子においては、堆積膜の特
性向上に寄与するイオン種が有効に選択されたことやプ
ラズマの均一性や安定性が向上したことによる堆積膜の
均一性及び特性の向上が図られ、その結果として光起電
力素子の光電変換効率の飛躍的向上が達成されたものと
考えられる。From the above results, in the photovoltaic element using the deposited film forming method of the present invention in the formation of the i-type layer that most greatly affects the characteristics of the photovoltaic element, it contributes to the improvement of the characteristics of the deposited film. The uniformity and characteristics of the deposited film are improved by the effective selection of ion species and the improvement of plasma uniformity and stability. As a result, the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic device is dramatically improved. Is considered to have been achieved.
【0311】実施例9
図2(b)に示す構成を有するa−Si:H/a−Si
Ge:Hダブル型光起電力素子を以下に説明するように
作製した。該光起電力素子において、第1のi型層はa
−SiGe:Hによって構成され、第2のi型層はa−
Si:Hによって構成されている。Example 9 a-Si: H / a-Si having the structure shown in FIG.
A Ge: H double type photovoltaic element was produced as described below. In the photovoltaic device, the first i-type layer is a
-SiGe: H, the second i-type layer is a-
It is composed of Si: H.
【0312】本実施例では基板211として、表面に鏡
面研磨を施した10cm角、厚さ0.1mmのステンレ
ス(SUS304)板を用い、その上に光反射層212
として銀を公知の真空蒸着法で平均0.5μmの厚さに
形成した。その際に、基板温度を400℃に設定して銀
の堆積を行なうことにより該銀層の表面に周期約1.1
μm、高低差約0.3μmの凹凸構造を形成した。In this embodiment, as the substrate 211, a 10 cm square stainless steel (SUS304) plate having a mirror-polished surface is used, and a light reflection layer 212 is formed thereon.
Was formed by a known vacuum deposition method to have an average thickness of 0.5 μm. At that time, the substrate temperature is set to 400 ° C. to deposit silver, and thereby a period of about 1.1 is formed on the surface of the silver layer.
A concavo-convex structure with a height difference of about 0.3 μm was formed.
【0313】この上に、反射増加層213として酸化亜
鉛層を実施例7と同様にして形成した。On this, a zinc oxide layer was formed as the reflection increasing layer 213 in the same manner as in Example 7.
【0314】続いて第1のn型層214と、第1のi型
層215としてa−SiGe:H膜と、第1のp型層2
16を実施例8と同様にして形成した。Subsequently, the first n-type layer 214, the a-SiGe: H film as the first i-type layer 215, and the first p-type layer 2 are formed.
16 was formed in the same manner as in Example 8.
【0315】更に、第2のn型層217と、第2のi型
層218としてa−Si:H膜と、第2のp型層219
を実施例7と同様にして形成した。Further, the second n-type layer 217, the a-Si: H film as the second i-type layer 218, and the second p-type layer 219.
Was formed in the same manner as in Example 7.
【0316】以上の工程が済んだ後、透明電極220、
集電電極221を実施例7と同様にして形成し、光起電
力素子(No.実−9)を得た。After the above steps are completed, the transparent electrode 220,
The collector electrode 221 was formed in the same manner as in Example 7 to obtain a photovoltaic element (No. Ex-9).
【0317】比較例として、前記第1及び第2のi型層
形成工程においてメッシュ113にrfバイアス電圧を
印加しないで半導体層を堆積した点を除いて他の条件は
光起電力素子(No.実−9)と等しくしてa−Si:
H/a−SiGe:Hダブル型光起電力素子(No.比
−9)を作製した。As a comparative example, except that the semiconductor layer was deposited without applying the rf bias voltage to the mesh 113 in the steps of forming the first and second i-type layers, the other conditions were the photovoltaic element (No. Equal to the actual −9) and a-Si:
An H / a-SiGe: H double photovoltaic element (No. ratio -9) was produced.
【0318】以上のようにして作製された光起電力素子
(No.実−9)、及び(No.比−9)に対して実施
例7と同様にして電流−電圧特性を測定し光電変換効率
を求めた。その結果、比較例の光起電力素子(No.比
−9)の値を1とした場合、本発明の堆積膜形成方法を
用いて成膜された光起電力素子(No.実−9)の光電
変換効率は1.20と飛躍的に向上していることがわか
った。すなわち、光起電力素子の特性を最も大きく左右
するi型層の形成において本発明の堆積膜形成方法を用
いた光起電力素子においては、堆積膜の特性向上に寄与
するイオン種が有効に選択されたことやプラズマの均一
性や安定性が向上したことによる堆積膜の均一性及び特
性の向上が図られ、その結果として光起電力素子の光電
変換効率の飛躍的向上が達成されたものと考えられる。With respect to the photovoltaic elements (No. Ex-9) and (No. Ratio-9) produced as described above, the current-voltage characteristics were measured in the same manner as in Example 7, and photoelectric conversion was performed. I asked for efficiency. As a result, when the value of the photovoltaic element (No. ratio-9) of the comparative example is 1, the photovoltaic element (No. Ex-9) formed by using the deposited film forming method of the present invention. It was found that the photoelectric conversion efficiency of 1. was dramatically improved to 1.20. That is, in the photovoltaic element using the deposited film forming method of the present invention in the formation of the i-type layer that most greatly affects the characteristics of the photovoltaic element, the ionic species that contribute to the improvement of the deposited film characteristics are effectively selected. And that the uniformity and characteristics of the deposited film have been improved by improving the uniformity and stability of the plasma, and as a result, a dramatic improvement in the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic device has been achieved. Conceivable.
【0319】又、同様の実験を10回繰り返して行な
い、光起電力素子の光電変換効率のばらつきを調べた。
その結果、本発明の堆積膜形成法を用いて成膜した光起
電力素子におけるばらつきの幅は比較例の光起電力素子
におけるばらつきの幅を1とした場合、0.39である
ことがわかった。すなわち、光起電力素子の特性を最も
大きく左右するi型層の形成において本発明の堆積膜形
成方法を用いた光起電力素子においては、プラズマが安
定することによる堆積膜の再現性向上が図られ、その結
果として光起電力素子の再現性の飛躍的向上が達成され
たものと考えられる。Further, the same experiment was repeated 10 times to examine the variation in the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic element.
As a result, it was found that the variation width of the photovoltaic element formed by using the deposited film forming method of the present invention was 0.39 when the variation width of the photovoltaic element of the comparative example was 1. It was That is, in the photovoltaic element using the deposited film forming method of the present invention in forming the i-type layer that most greatly affects the characteristics of the photovoltaic element, it is possible to improve the reproducibility of the deposited film by stabilizing the plasma. As a result, it is considered that the reproducibility of the photovoltaic element is dramatically improved.
【0320】[0320]
【発明の効果】低圧下で堆積膜形成用の原料ガスをマイ
クロ波エネルギーで分解し基板上に堆積膜を形成するマ
イクロ波プラズマCVD法において、内圧50mTor
r以下の真空度で、該原料ガスを100%分解するに必
要なマイクロ波エネルギーより小さなマイクロ波エネル
ギーを前記原料ガスに作用させると同様に、作用させる
マイクロ波エネルギーより大きなrfエネルギーを前記
原料ガスに作用させ、かつ、、作用させるマイクロ波エ
ネルギーによって前記原料ガスが主に分解される空間と
基板の間に導電性金属からなるメッシュを介在させ、か
つ、該メッシュにDCバイアス電圧を印加することを特
徴とする本発明の堆積膜形成法を用いることによって以
下に挙げる効果が得られた。INDUSTRIAL APPLICABILITY In a microwave plasma CVD method in which a raw material gas for forming a deposited film is decomposed by microwave energy under a low pressure to form a deposited film on a substrate, an internal pressure of 50 mTorr
At a vacuum degree of r or less, the microwave energy smaller than the microwave energy required for 100% decomposition of the raw material gas is applied to the raw material gas, and the rf energy larger than the microwave energy to be applied is applied to the raw material gas. And applying a DC bias voltage to the mesh by interposing a mesh made of a conductive metal between the substrate and the space where the source gas is mainly decomposed by the microwave energy to act on the mesh. The following effects were obtained by using the deposited film forming method of the present invention characterized by:
【0321】(1)堆積速度を数1nm/sec以上に
早くしても電気特性が優れ、光劣化も少ない非単結晶半
導体膜の堆積膜を形成することが可能となった。(1) It has become possible to form a deposited film of a non-single-crystal semiconductor film, which has excellent electrical characteristics and little photodegradation even when the deposition rate is increased to several nm / sec or more.
【0322】(2)プラズマの均一性・安定性を高める
ことによって、形成された堆積膜の膜厚や特性のムラが
低減し、その結果として光起電力素子や薄膜トランジス
ター、センサー、電子写真用光受容部材等のデバイス特
性や歩留まりが向上し、これらの電子デバイスの作製コ
ストを低減することが可能となった。(2) By increasing the uniformity and stability of plasma, unevenness in the thickness and characteristics of the deposited film formed is reduced, and as a result, for photovoltaic devices, thin film transistors, sensors, and electrophotography. The device characteristics such as the light receiving member and the yield have been improved, and it has become possible to reduce the manufacturing cost of these electronic devices.
【0323】(3)堆積膜の特性に悪影響を与える異常
放電の発生を抑えつつ、堆積膜の形成中に膜の構造緩和
に有効に寄与するエネルギーを有する活性種を大面積に
わたって均一に供給することを可能とし、かつ堆積膜の
特性に悪影響を与える不要なイオンや電子による堆積膜
表面へのダメージを低減することにより所望の特性を有
する堆積膜を均一に形成することが可能となった。(3) While suppressing the occurrence of abnormal discharge that adversely affects the characteristics of the deposited film, active species having energy that effectively contributes to structural relaxation of the film during the formation of the deposited film are uniformly supplied over a large area. It is possible to reduce the damage to the surface of the deposited film by unnecessary ions and electrons that adversely affect the characteristics of the deposited film, and it is possible to uniformly form a deposited film having desired characteristics.
【0324】又、低圧下で堆積膜堆積用の原料ガスをマ
イクロ波エネルギーで分解し基板上に堆積膜を形成する
マイクロ波プラズマCVD法において、内圧50mTo
rr以下の真空度で該原料ガスを100%分解するに必
要なマイクロ波エネルギーより小さなマイクロ波エネル
ギーを前記原料ガスに作用させると同時に、作用させる
マイクロ波エネルギーより大きなrfエネルギーを前記
原料ガスに作用させ、かつ、作用させるマイクロ波エネ
ルギーによって前記原料ガスが主に分解される空間と基
板の間に導電性金属からなるメッシュを介在させ、か
つ、堆積膜形成時において該メッシュを100℃以上の
温度に加熱・保持することを特徴とする本発明の堆積膜
形成法を用いることによっても上記同様の効果が得られ
た。In the microwave plasma CVD method in which the source gas for depositing a deposited film is decomposed by microwave energy under a low pressure to form a deposited film on the substrate, an internal pressure of 50 mTo
A microwave energy smaller than the microwave energy required for 100% decomposition of the source gas at a vacuum degree of rr or less is applied to the source gas, and at the same time, an rf energy larger than the microwave energy to be applied is applied to the source gas. And a mesh made of a conductive metal is interposed between the substrate and the space in which the source gas is mainly decomposed by the applied microwave energy, and the mesh is kept at a temperature of 100 ° C. or higher during formation of the deposited film. The same effect as described above was obtained by using the deposited film forming method of the present invention, which is characterized by heating and holding the film.
【0325】又、低圧下で堆積膜堆積用の原料ガスをマ
イクロ波エネルギーで分解し基板上に堆積膜を形成する
マイクロ波プラズマCVD法において、内圧50mTo
rr以下の真空度で該原料ガスを100%分解するに必
要なマイクロ波エネルギーより小さなマイクロ波エネル
ギーを前記原料ガスに作用させると同時に、作用させる
マイクロ波エネルギーより大きなrfエネルギーを前記
原料ガスに作用させ、かつ、、作用させるマイクロ波エ
ネルギーによって前記原料ガスが主に分解される空間と
基板の間に導電性金属からなるメッシュを介在させ、か
つ、該メッシュにrfバイアス電圧を印加することを特
徴とする本発明の堆積膜形成法を用いることによっても
上記同様の効果が得られた。In the microwave plasma CVD method of decomposing the source gas for depositing a deposited film with microwave energy under a low pressure to form a deposited film on the substrate, an internal pressure of 50 mTo
A microwave energy smaller than the microwave energy required for 100% decomposition of the source gas at a vacuum degree of rr or less is applied to the source gas, and at the same time, an rf energy larger than the microwave energy to be applied is applied to the source gas. A mesh made of a conductive metal is interposed between the substrate and the space where the source gas is mainly decomposed by the applied microwave energy, and an rf bias voltage is applied to the mesh. The same effect as above can be obtained by using the deposited film forming method of the present invention.
【0326】[0326]
【図1】本発明の堆積膜形成方法を適用するに適した成
膜装置システムの模式的説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory view of a film forming apparatus system suitable for applying a deposited film forming method of the present invention.
【図2】本発明の堆積膜形成方法により好適に形成され
る光起電力素子の態様例を示す模式的説明図である。FIG. 2 is a schematic explanatory view showing a mode example of a photovoltaic element that is preferably formed by the deposited film forming method of the present invention.
【図3】DCマグネトロンスパッタ装置の1例を示す模
式的説明図である。FIG. 3 is a schematic explanatory view showing an example of a DC magnetron sputtering apparatus.
【図4】抵抗加熱真空蒸着装置の1例を示す模式的説明
図である。FIG. 4 is a schematic explanatory view showing an example of a resistance heating vacuum vapor deposition apparatus.
【図5】本発明の堆積膜形成方法を適用するに適した成
膜装置システムの模式的説明図である。FIG. 5 is a schematic explanatory view of a film forming apparatus system suitable for applying the deposited film forming method of the present invention.
【図6】i型層形成時のメッシュの設定温度と光電変換
効率との関係を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the preset temperature of the mesh and the photoelectric conversion efficiency when forming the i-type layer.
【図7】i型層形成時のメッシュの設定温度と堆積膜の
劣化率との関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the set temperature of the mesh and the deterioration rate of the deposited film when forming the i-type layer.
【図8】本発明の堆積膜形成方法を適用するに適した成
膜装置システムの模式的説明図である。FIG. 8 is a schematic explanatory view of a film forming apparatus system suitable for applying the deposited film forming method of the present invention.
100 成膜装置
101 堆積室
102 誘電体窓
103 ガス導入管
104 基板
105 加熱ヒーター
106 真空計
107 コンダクタンスバルブ
108 補助バルブ
109 リークバルブ
110 導波部
112 バイアス棒
113 メッシュ
114 メッシュ用バイアス電源
115 シャッター
116 メッシュ用温度コントローラー
117 メッシュ用rf電源
1020 原料ガス供給装置
1041〜1046 導入バルブ
1021〜1026 マスフローコントローラー
1031〜1036 マスフローコントローラーの1
次バルブ
1061〜1066 圧力調整器
1051〜1056 バルブ
1071〜1076 ボンベ
200、210 光起電力素子
201、211 導電性基板
202、212 光反射層
203、213 反射増加層
204、214 導電型層
205、215、218 i型層
206、216、217、219 導電型層
207、220 透明電極
208、221 集電電極
209、222 照射光
301 堆積室
302 基板
303 加熱ヒーター
304、308 ターゲット
305、309 絶縁性支持体
306、310 DC電源
307、311 シャッター
312 真空計
313 コンダクタンスバルブ
314、315 ガス導入バルブ
316、317 マスフローコントローラー
401 堆積室
402 基板
403 加熱ヒーター
404 蒸着源
405 加熱ヒーター
406 AC電源
407 シャッター
408 真空計
409 コンダクタンスバルブ
410 ガス導入バルブ
411 マスフローコントローラー
412 リークバルブ
413 膜圧モニター100 film forming apparatus 101 deposition chamber 102 dielectric window 103 gas introduction tube 104 substrate 105 heating heater 106 vacuum gauge 107 conductance valve 108 auxiliary valve 109 leak valve 110 waveguide 112 bias rod 113 mesh 114 mesh bias power supply 115 shutter 116 mesh Temperature controller 117 rf power supply 1020 for meshes Raw material gas supply devices 1041 to 1046 Introduction valves 1021 to 1026 Mass flow controllers 1031 to 1036 1 of mass flow controller
Next valves 1061 to 1066 Pressure regulators 1051 to 1056 Valves 1071 to 1076 Cylinders 200, 210 Photovoltaic elements 201, 211 Conductive substrates 202, 212 Light reflecting layers 203, 213 Reflection increasing layers 204, 214 Conductive layers 205, 215 218 i-type layer 206, 216, 217, 219 conductive type layer 207, 220 transparent electrode 208, 221 current collecting electrode 209, 222 irradiation light 301 deposition chamber 302 substrate 303 heating heater 304, 308 target 305, 309 insulating support 306, 310 DC power source 307, 311 Shutter 312 Vacuum gauge 313 Conductance valve 314, 315 Gas introduction valve 316, 317 Mass flow controller 401 Deposition chamber 402 Substrate 403 Heating heater 404 Deposition source 405 Heating heater 40 AC power 407 shutter 408 vacuum gauge 409 a conductance valve 410 gas introduction valve 411 mass flow controllers 412 leak valve 413 transmembrane pressure monitor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐野 政史 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 林 享 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 酒井 明 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 藤岡 靖 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 岡部 正太郎 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 芳里 直 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 金井 正博 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−277776(JP,A) 特開 平1−191779(JP,A) 特開 平3−61370(JP,A) 特開 平6−20971(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/205 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Masafumi Sano 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Ryo Hayashi 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Incorporated (72) Inventor Akira Sakai 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Yasushi Fujioka 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. ( 72) Inventor Shotaro Okabe 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Nao Yoshiri 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Invention Person Masahiro Kanai 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (56) Reference JP-A-2-277776 (JP, A) JP-A-1-191779 (JP, ) Patent flat 3-61370 (JP, A) JP flat 6-20971 (JP, A) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) C23C 16/00 - 16/56 H01L 21 / 205
Claims (3)
クロ波エネルギーで分解し基板上に堆積膜を形成するマ
イクロ波プラズマCVD法において、 内圧50mTorr以下の真空度で、該原料ガスを10
0%分解するに必要なマイクロ波エネルギーより小さな
マイクロ波エネルギーを前記原料ガスに作用させると同
時に、作用させるマイクロ波エネルギーより大きなrf
エネルギーを前記原料ガスに作用させ、かつ、作用させ
るマイクロ波エネルギーによって前記原料ガスが主に分
解される空間と基板との間に導電性金属からなるメッシ
ュを介在させ、かつ、該メッシュにDCバイアス電圧を
印加することを特徴とするマイクロ波プラズマCVD法
による堆積膜形成方法。1. A microwave plasma CVD method in which a raw material gas for forming a deposited film is decomposed by microwave energy under a low pressure to form a deposited film on a substrate, and the raw material gas is supplied at a vacuum degree of 50 mTorr or less in internal pressure.
Microwave energy smaller than that required for 0% decomposition is applied to the source gas, and at the same time, rf is larger than the applied microwave energy.
Energy is applied to the raw material gas, and a mesh made of a conductive metal is interposed between the substrate and the space where the raw material gas is mainly decomposed by the acting microwave energy, and a DC bias is applied to the mesh. A method for forming a deposited film by a microwave plasma CVD method, characterized in that a voltage is applied.
クロ波エネルギーで分解し基板上に堆積膜を形成するマ
イクロ波プラズマCVD法において、 内圧50mTorr以下の真空度で、該原料ガスを10
0%分解するに必要なマイクロ波エネルギーより小さな
マイクロ波エネルギーを前記原料ガスに作用させると同
時に、作用させるマイクロ波エネルギーより大きなrf
エネルギーを前記原料ガスに作用させ、かつ、作用させ
るマイクロ波エネルギーによって前記原料ガスが主に分
解される空間と基板との間に導電性金属からなるメッシ
ュを介在させ、かつ、堆積膜形成時において該メッシュ
を100℃以上の温度に加熱・保持することを特徴とす
るマイクロ波プラズマCVD法による堆積膜形成方法。2. In a microwave plasma CVD method in which a raw material gas for forming a deposited film is decomposed by microwave energy under a low pressure to form a deposited film on a substrate, the raw material gas is 10 at a vacuum degree of 50 mTorr or less.
Microwave energy smaller than that required for 0% decomposition is applied to the source gas, and at the same time, rf is larger than the applied microwave energy.
Energy is applied to the raw material gas, and a mesh made of a conductive metal is interposed between the substrate and the space where the raw material gas is mainly decomposed by the microwave energy to act, and at the time of forming the deposited film. A method for forming a deposited film by a microwave plasma CVD method, which comprises heating and holding the mesh at a temperature of 100 ° C. or higher.
クロ波エネルギーで分解し基板上に堆積膜を形成するマ
イクロ波プラズマCVD法において、 内圧50mTorr以下の真空度で、該原料ガスを10
0%分解するに必要なマイクロ波エネルギーより小さな
マイクロ波エネルギーを前記原料ガスに作用させると同
時に、作用させるマイクロ波エネルギーより大きなrf
エネルギーを前記原料ガスに作用させ、かつ、作用させ
るマイクロ波エネルギーによって前記原料ガスが主に分
解される空間と基板との間に導電性金属からなるメッシ
ュを介在させ、かつ、該メッシュにrfバイアス電圧を
印加することを特徴とするマイクロ波プラズマCVD法
による堆積膜形成方法。3. In a microwave plasma CVD method for decomposing a raw material gas for forming a deposited film with microwave energy under a low pressure to form a deposited film on a substrate, the raw material gas is 10 at a vacuum degree of 50 mTorr or less.
Microwave energy smaller than that required for 0% decomposition is applied to the source gas, and at the same time, rf is larger than the applied microwave energy.
Energy is applied to the raw material gas, and a mesh made of a conductive metal is interposed between the substrate and the space where the raw material gas is mainly decomposed by the microwave energy to act, and an rf bias is applied to the mesh. A method for forming a deposited film by a microwave plasma CVD method, characterized in that a voltage is applied.
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