JPH0770487B2 - Deposited film forming equipment - Google Patents
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- JPH0770487B2 JPH0770487B2 JP61004373A JP437386A JPH0770487B2 JP H0770487 B2 JPH0770487 B2 JP H0770487B2 JP 61004373 A JP61004373 A JP 61004373A JP 437386 A JP437386 A JP 437386A JP H0770487 B2 JPH0770487 B2 JP H0770487B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、機能性膜、殊に半導体デバイス、電子写真用
の感光デバイス、光学的画像入力装置用の光入力センサ
ーデバイス等の電子デバイスの用途に有用な堆積膜の形
成装置に関する。The present invention relates to a functional film, in particular, an electronic device such as a semiconductor device, a photosensitive device for electrophotography, an optical input sensor device for an optical image input device, and the like. The present invention relates to a deposited film forming apparatus useful for applications.
従来、半導体素子として、基体上に、シリコン原子を母
体とする非晶質材料、いわゆるアモルファスシリコン
(以後、「a−Si」と表記する。)で構成された半導体
層を有するものが知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a semiconductor element, one having a semiconductor layer composed of an amorphous material having silicon atoms as a base material, so-called amorphous silicon (hereinafter, referred to as “a-Si”) on a substrate is known. There is.
こうした半導体素子の半導体層を構成するa−Si膜の形
成方法についてもいくつか提案されており、真空蒸着
法、イオンプレーティング法、反応性スパッタリング
法、熱CVD法、プラズマCVD法、光CVD法等があり、中で
もプラズマCVD法は至適なものとして実用に付され、一
般に広く知られている。Several methods have been proposed for forming an a-Si film that constitutes a semiconductor layer of such a semiconductor device, such as a vacuum deposition method, an ion plating method, a reactive sputtering method, a thermal CVD method, a plasma CVD method, and an optical CVD method. Among them, the plasma CVD method is put to practical use as an optimum method, and is generally widely known.
ところで、従来のa−Siで構成される半導体層は、例え
ばプラズマCVD法により得られるものは特性発現性に富
み一応満足のゆくものとされてはいるものの、それであ
っても、確固たる当該製品の成立に要求される、電気
的、光学的、光導電特性、繰返し使用についての耐疲労
特性、使用環境特性の点、経時的安定性および耐久性の
点、そして更に均質性の点の全ての点を総じて満足せし
める、という課題を解決するには未だ問題のある状態の
ものである。その原因は、目的とする半導体層が、使用
する材料もさることながら、単純な層堆積操作で得られ
るという類のものではなく、就中の工程操作で熟練的工
夫が必要とされるところが大きい。By the way, the conventional semiconductor layer composed of a-Si, for example, is obtained by the plasma CVD method, and although it is said that it has satisfactory characteristic expression and is satisfactorily satisfied, even if it is, it is possible to obtain a firm product. All the electrical, optical and photoconductive characteristics required for establishment, fatigue resistance characteristics after repeated use, points of use environment characteristics, points of stability and durability over time, and points of further homogeneity. There is still a problem to solve the problem of satisfying the above. The cause is not that the target semiconductor layer can be obtained by a simple layer deposition operation, not to mention the material used, but it requires a great deal of skill and ingenuity in the process operation during the process. .
因みに、例えば、いわゆる熱CVD法の場合、硅素系気体
材料を希釈した後いわゆる不純物を混入し、ついで500
〜650℃といった高温で熱分解することから、所望のa
−Si膜を形成するについては緻密な工程操作と制御が要
求され、ために装置も複雑となって可成りコスト高のも
のとなるが、そうしたところで均質にして前述したよう
な所望の特性を具備するa−Siで構成される半導体層を
定常的に得ることは極めてむずかしく、したがって工業
的規模には採用し難いものである。Incidentally, for example, in the case of the so-called thermal CVD method, the so-called impurities are mixed after diluting the silicon-based gas material, and then 500
Since it decomposes at a high temperature of ~ 650 ° C, the desired a
-Since the formation of Si film requires precise process operation and control, the equipment becomes complicated and the cost becomes considerably high. It is extremely difficult to constantly obtain a semiconductor layer composed of a-Si, which is difficult to adopt on an industrial scale.
また、前述したところの、至適な方法として一般に広く
用いられているプラズマCVD法であっても、工程操作上
のいくつかの問題、そしてまた設備投資上の問題が存在
する。工程操作については、その条件は前述の熱CVD法
よりも更に複雑であり、一般化するには至難のものであ
る。即ち、例えば、基体温度、導入ガスの流量並びに流
量比、層形成時の圧力、高周波電力、電極構造、反応容
器の構造、排気速度、プラズマ発生方式の相互関係のパ
ラメーターをとってみても既に多くのパラメーターが存
在し、この他にもパラメーターが存在するわけであっ
て、所望の製品を得るについては厳密なパラメーターの
選択が必要とされ、そして厳密に選択されたパラメータ
ーであるが故に、その中の1つの構成因子、とりわけそ
れがプラズマであって、不安定な状態になったりでもす
ると形成される膜は著しい悪影響を受けて製品として成
立し得ないものとなる。そして装置については、上述し
たように厳密なパラメーターの選択が必要とされること
から、構造はおのずと複雑なものとなり、装置規模、種
類が変れば個々に厳選されたパラメーターに対応し得る
ように設計しなければならない。こうしたことから、プ
ラズマCVD法については、それが今のところ至適な方法
とされてはいるものの、上述したことから、所望のa−
Si膜を量産するとなれば装置に多大の設備投資が必要と
なり、そうしたところで尚量産のための工程管理項目は
多く且つ複雑であり、工程管理許容幅は狭く、そしてま
た装置調整が微妙であることから、結局は製品をかなり
コスト高のものにしてしまう等の問題がある。Further, as described above, even the plasma CVD method, which is generally widely used as the optimum method, has some problems in process operation and also problems in capital investment. Regarding the process operation, the conditions are more complicated than the above-mentioned thermal CVD method, and it is difficult to generalize. That is, for example, the parameters of the interrelation between the substrate temperature, the flow rate and flow rate of the introduced gas, the pressure at the time of layer formation, the high frequency power, the electrode structure, the structure of the reaction vessel, the exhaust speed, and the plasma generation method are already many. There are other parameters, and there are other parameters as well. Therefore, in order to obtain a desired product, a strict selection of parameters is required, and the parameters are strictly selected. One of the constituent factors, especially if it is a plasma and becomes unstable, the film formed is significantly adversely affected and cannot be realized as a product. As for the device, since the strict selection of parameters is required as described above, the structure naturally becomes complicated, and it is designed so that it can correspond to the individually selected parameters if the device scale and type change. Must. For these reasons, the plasma CVD method, although it has been considered to be the most suitable method at the present time, has the above-mentioned fact that the desired a-
Mass production of Si films requires a large amount of equipment investment for the equipment, and at that time, the process control items for mass production are many and complicated, the process control allowance is narrow, and the equipment adjustment is delicate. Therefore, in the end, there is a problem that the product is considerably expensive.
また一方には、半導体素子は多様化してきており、前述
の各種特性等の要件を総じて満足するとともに、適用対
照、用途に相応し、そして場合によってはそれが大面積
化されたものである、安定なa−Si膜で構成された半導
体層を有する半導体素子を、低コストで定常的に供給さ
れることが社会的要求としてあり、この要求を満たす方
法、装置の開発が切望されている状況がある。On the other hand, semiconductor elements have become diversified, satisfying the requirements such as the above-mentioned various characteristics as a whole, applicable contrast, suitable for the purpose, and in some cases, it has a large area, It is a social requirement that semiconductor elements having a semiconductor layer composed of a stable a-Si film be constantly supplied at a low cost, and there is a strong demand for development of a method and apparatus that meet this requirement. There is.
これ等のことは、他の層、例えば酸素原子、炭素原子及
び窒素原子の中から選ばれる少なくとも一種を含有する
a−Si膜等からなる層においてもまた然りである。The same applies to other layers, for example, a layer made of an a-Si film containing at least one selected from oxygen atom, carbon atom and nitrogen atom.
本発明は、上記従来の熱CVD法やプラズマCVD法によって
形成された半導体層その他堆積膜の問題点を除去した堆
積膜を形成し、その堆積膜を用いた光起電力素子等の半
導体デバイスを連続的に製造しうる堆積膜形成装置を提
供することを主たる目的とする。The present invention forms a deposited film by removing the problems of the semiconductor layer and other deposited films formed by the conventional thermal CVD method or plasma CVD method, and a semiconductor device such as a photovoltaic device using the deposited film. The main object is to provide a deposited film forming apparatus that can be continuously manufactured.
即ち、本発明の主たる目的は、プラズマ反応を介するこ
となく、成膜空間において連続的に堆積膜を形成しうる
装置を提供することにある。That is, a main object of the present invention is to provide an apparatus capable of continuously forming a deposited film in a film forming space without passing through a plasma reaction.
本発明の他の目的は、成膜空間においてプラズマ反応を
介することなく、形成される膜の特性を保持し、堆積速
度の向上を図りながら、膜形成条件の管理の簡素化、膜
の量産化を容易に達成できるようにした、多層構成の半
導体素子を連続的に製造しうる装置を提供することにあ
る。Another object of the present invention is to simplify the management of film forming conditions and mass production of films while maintaining the characteristics of the formed film without increasing the plasma reaction in the film forming space and improving the deposition rate. It is an object of the present invention to provide an apparatus capable of continuously manufacturing semiconductor elements having a multi-layered structure, which can easily achieve the above.
上記目的を達成するために、本発明による堆積膜形成装
置は、 堆積膜形成用の気体状原料物質と、該気体状原料物質に
酸化作用をする性質を有する気体状ハロゲン系酸化剤と
を接触させることで、励起状態の前駆体を含む複数種の
前駆体を化学的に生起し、これらの前駆体のうち少なく
とも一種の前駆体を堆積膜構成要素の供給源として、基
体上に堆積膜を形成する堆積膜形成装置であって、 前記気体状原料物質を導入する第1の導入手段と、前記
気体状ハロゲン系酸化剤を導入する第2の導入手段とを
備え、円周状に連結配置された複数個の成膜室と、 前記円周状に配置された複数個の成膜室の中心側に配置
された基体加勢手段と、 前記基体を、前記複数の成膜室内に移動させる手段と、 を有することを特徴とする。In order to achieve the above object, the deposited film forming apparatus according to the present invention contacts a gaseous source material for forming a deposited film with a gaseous halogen-based oxidizer having a property of oxidizing the gaseous source material. By doing so, a plurality of types of precursors including excited state precursors are chemically generated, and at least one of these precursors is used as a source of the deposited film constituents to form the deposited film on the substrate. A deposition film forming apparatus for forming, comprising: a first introducing means for introducing the gaseous raw material and a second introducing means for introducing the gaseous halogen-based oxidant, which are connected in a circumferential shape. A plurality of film forming chambers, a substrate urging unit arranged on the center side of the plurality of circumferentially arranged film forming chambers, and a unit for moving the substrate into the plurality of film forming chambers And having.
また、前記複数の成膜室は、その内部を、前記基体が順
次通過可能に連結されていることを特徴とする。Further, the plurality of film forming chambers are connected to the inside of the film forming chambers so that the substrates can sequentially pass therethrough.
本発明者らは、従来の半導体素子についての諸問題を克
服して上述の目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、
半導体素子の半導体層の形成に寄与する物質であって、
そのままのエネルギー状態ではほとんど乃至全く堆積膜
形成するところとはならない物質と、該物質と反応して
それを電子論的に酸化(原子の酸化数が増加する)する
物質を選んで、両者を200〜300℃程度の温度に維持され
ている基体の存在する単純反応域に気体状で各別の径路
で導入し、基体面の上部空間で接触せしめたところ、両
者間に化学的相互作用が生起して基体表面に堆積膜が何
らの固形粒子の形成をみることなく、極めて効率的に形
成された。The present inventors, as a result of repeated studies to overcome the problems of the conventional semiconductor device and achieve the above-mentioned object,
A substance that contributes to the formation of a semiconductor layer of a semiconductor device,
Select a substance that does not form a deposited film in the energy state as it is and a substance that reacts with the substance and electronically oxidizes it (increases the oxidation number of atoms). When introduced into the simple reaction zone where the substrate is maintained at a temperature of ~ 300 ° C in the form of a gas through separate paths and brought into contact with each other in the upper space of the substrate surface, a chemical interaction occurs between the two. Then, the deposited film was formed extremely efficiently on the surface of the substrate without any formation of solid particles.
しかも、その堆積膜は均質なものであって、優れた電気
的、光学的特性を有するものであることが確認された。
更に、上記手法を用いて半導体素子の製造を試みたとこ
ろ、電気的、光学的特性、耐疲労特性、使用環境特性等
の諸特性に優れた半導体素子が得られ、この方法は再現
性を有するものであることを確認し、これらの確認した
事実関係に基づいて、更なる研究を行い、上記構成を有
する本発明を完成するに至った。Moreover, it was confirmed that the deposited film was homogeneous and had excellent electrical and optical characteristics.
Furthermore, when the manufacture of a semiconductor element was attempted using the above method, a semiconductor element excellent in various characteristics such as electrical, optical characteristics, fatigue resistance, and operating environment characteristics was obtained, and this method has reproducibility. It was confirmed that the present invention was obtained, and further research was conducted based on these confirmed facts, and the present invention having the above-described structure was completed.
ところで、本発明の堆積膜形成装置により提供される半
導体素子の一例である光起電力素子の典型例は、第1図
(A)〜(C)に図示されている。By the way, a typical example of a photovoltaic element, which is an example of a semiconductor element provided by the deposited film forming apparatus of the present invention, is shown in FIGS. 1 (A) to 1 (C).
即ち、第1図(A)に図示の例は、光照射を支持体側か
ら行う形の光起電力素子であって、太陽電池に適用する
ことができるものである。That is, the example illustrated in FIG. 1 (A) is a photovoltaic element in which light irradiation is performed from the support side and can be applied to a solar cell.
第1図(A)において、101は支持体、102は半導体層
(p型またはn型)、103はi型半導体層、104は半導体
層(n型またはp型)、105は導電層をそれぞれ示す。In FIG. 1A, 101 is a support, 102 is a semiconductor layer (p type or n type), 103 is an i type semiconductor layer, 104 is a semiconductor layer (n type or p type), and 105 is a conductive layer. Show.
第1図(B)に図示の例は、第1図(A)に図示の例と
構成は同様であるが、光照射を導電層側から行う形式の
光起電力素子であって、これもまた太陽電池に適用する
ことのできるものである。The example shown in FIG. 1 (B) has the same configuration as the example shown in FIG. 1 (A), but is a photovoltaic element of the type in which light irradiation is performed from the conductive layer side. It can also be applied to solar cells.
第1図(C)に図示の例は、支持体上に光導電層(i型
半導体層)、絶縁層そして金属層を有していること、光
照射を金属層側から行う形式の光起電力素子であり、こ
れも太陽電池に適用することのできるものである。The example shown in FIG. 1 (C) has a photoconductive layer (i-type semiconductor layer), an insulating layer, and a metal layer on a support, and is a type of photovoltaic device in which light irradiation is performed from the metal layer side. It is a power device and can also be applied to a solar cell.
第1図(C)において、101は支持体、103はi型半導体
層、106は絶縁層、107は金属層をそれぞれ示す。In FIG. 1C, 101 is a support, 103 is an i-type semiconductor layer, 106 is an insulating layer, and 107 is a metal layer.
第1図(A)〜(C)に図示のいずれの形式について
も、支持体101の形状は、作成する光起電力素子を如何
なる形状のものにするかによって適宜決定され、それら
形状には例えば円筒状、ベルト状、板状等のものがあ
る。また支持体101は、光学的に透明であっても或いは
不透明であってもよいが、第1図(A)に図示の光照射
を支持体側から行う形式のものの場合、支持体101は光
学的に透明なものにされる。In any of the formats shown in FIGS. 1 (A) to 1 (C), the shape of the support 101 is appropriately determined depending on the shape of the photovoltaic element to be formed. There are a cylindrical shape, a belt shape, a plate shape, and the like. The support 101 may be optically transparent or opaque, but in the case of the type in which the light irradiation shown in FIG. 1 (A) is performed from the support side, the support 101 is optically transparent. Made transparent.
支持体101の材質は、導電性であっても或いは電気絶縁
性であってもよい。導電性材質のものについては、例え
ば、Al,Cr,Mo,Au,Ir,Nb,Ta,V,Ti,Pt,Pd等の金属、又は
これらのNi−Crステンレスといった合金が挙げられる。
また、電気絶縁性のものについては、ポリエステル,ポ
リエチレン,ポリカーボネート,セルローズアセテー
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,等が通常使用され
る。これ等の電気絶縁性支持体は、好適には少なくとも
その一方の表面が導電処理され、該導電処理された表面
側に他の層が設けられるのが望ましい。The material of the support 101 may be conductive or electrically insulating. Examples of the conductive material include metals such as Al, Cr, Mo, Au, Ir, Nb, Ta, V, Ti, Pt, and Pd, or alloys of these Ni—Cr stainless steels.
Regarding electrically insulating materials, films or sheets of synthetic resin such as polyester, polyethylene, polycarbonate, cellulose acetate, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyamide, etc., glass, ceramics, etc. are usually used. It It is preferable that at least one surface of these electrically insulating supports is subjected to a conductive treatment, and another layer is provided on the surface side subjected to the conductive treatment.
例えばガラスであれば、その表面がNiCr,Al,Cr,Mo,Au,I
r,Nb,Ta,V,Ti,Pt,Pd,In2O3,SnO2,ITO(In2O3+SnO2)等
の薄膜を設けることによって導電処理され、或はポリエ
ステルフィルム等の合成樹脂フィルムであれば、NiCr,A
l,Ag,Pb,Zn,Ni,Au,Cr,Mo,Ir,Nb,Ta,V,Ti,Pt等の金属で
真空蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング等で処理
し、又は前記金属でラミネート処理して、その表面が導
電処理される。そして基体の厚さは、所望する光起電力
素子が得られるように適宜決定されるが、基体の製造
上、取り扱い上、そして機械的強度等の点から通常は10
μ以上とされる。For example, in the case of glass, the surface is NiCr, Al, Cr, Mo, Au, I
Conductive treatment by providing a thin film of r, Nb, Ta, V, Ti, Pt, Pd, In 2 O 3 , SnO 2 , ITO (In 2 O 3 + SnO 2 ) or synthetic resin such as polyester film For film, NiCr, A
l, Ag, Pb, Zn, Ni, Au, Cr, Mo, Ir, Nb, Ta, V, Ti, Pt and other metals are processed by vacuum deposition, electron beam deposition, sputtering, etc., or laminated with the above metals. Then, the surface is subjected to conductive treatment. The thickness of the substrate is appropriately determined so as to obtain a desired photovoltaic element, but is usually 10 from the viewpoint of manufacturing the substrate, handling, mechanical strength and the like.
It is considered to be μ or more.
第1図(A)または第1図(B)に図示の形式の光起電
力素子における半導体層102は、シリコン原子(Si)
と、水素原子(H)又はハロゲン原子(X)のいずれか
一方を含むアモルファスシリコン〔以下、a−Si(H,
X)という。〕を主体材料として構成される。そして、
該半導体層がp型伝導性を与えるp型のものである場
合、半導体分野に於いていうp型不純物(以下単に、
「p型不純物」という。)を就中に含有する。さらに、
第1図(A)に図示されるように、光照射を支持体側か
ら行う形式の光起電力素子である場合、半導体層102
は、いわゆる窓効果をもたらすものであることが望まし
く、そのためにa−Si(H,X)中に炭素(C)、酸素
(O)、窒素(N)等のバンドギャップ調整元素の一種
又はそれ以上を含んでワイド・バンドギャップ化された
アモルファスシリコン〔以下、a−Si(H,X)(C,O,N)
という。〕を主体材料として構成されていてp型不純物
を含有するものである。The semiconductor layer 102 in the photovoltaic device of the type shown in FIG. 1 (A) or FIG. 1 (B) is made of silicon atoms (Si).
And amorphous silicon containing either a hydrogen atom (H) or a halogen atom (X) [hereinafter, a-Si (H,
X). ] As a main material. And
When the semiconductor layer is a p-type that provides p-type conductivity, p-type impurities (hereinafter simply referred to as "semiconductor field")
It is called "p-type impurity". ) In particular. further,
As shown in FIG. 1 (A), in the case of a photovoltaic element of the type in which light irradiation is performed from the support side, the semiconductor layer 102
Is desirable to bring about a so-called window effect, and therefore, one or a band gap adjusting element such as carbon (C), oxygen (O), nitrogen (N) in a-Si (H, X) is used. Wide bandgap amorphous silicon including the above [hereinafter, a-Si (H, X) (C, O, N)
Say. ] As a main material and contains a p-type impurity.
一方、光起電力素子が第1図(B)に図示されるよう
に、光照射が導電層側から行われる形式のものである場
合、半導体層102はn型伝導性を与えるn型のものであ
り、したがって該半導体層は、半導体分野においていう
n型不純物(以下単に、「n型不純物」という。)を就
中に含有する。On the other hand, when the photovoltaic element is of a type in which light irradiation is performed from the conductive layer side as shown in FIG. 1 (B), the semiconductor layer 102 is an n-type element that imparts n-type conductivity. Therefore, the semiconductor layer contains an n-type impurity (hereinafter simply referred to as “n-type impurity”) in the field of semiconductors.
上述のいずれの場合にあっても、半導体層102の層厚
は、一般には30〜5×104Å、好ましくは50〜5×10
3Å、そしてより好ましくは50〜1×103Åである。In any of the above cases, the layer thickness of the semiconductor layer 102 is generally 30 to 5 × 10 4 Å, preferably 50 to 5 × 10 4.
3 Å, and more preferably 50~1 × 10 3 Å.
また、上述したように、半導体層102がp型のものであ
る場合に含有するp型不純物は、好適な例として周期律
表第III族Aの元素(以下単に、「第III族元素」とい
う。)のB,Al,Ga,In,Tl等であり、中でもB,Gaが至適で
ある。In addition, as described above, the p-type impurity contained when the semiconductor layer 102 is the p-type is a preferable example of an element of Group IIIA of the periodic table (hereinafter simply referred to as "Group III element"). B), Al, Ga, In, Tl, etc., among which B and Ga are most suitable.
半導体層102がn型のものである場合に含有するn型不
純物は、好適な例として周期律表V族Aの元素(以下単
に、「第V族元素」という。)のN,P,As,Sb,Bi等であ
り、中でもAs,P,Sbが至適である。The n-type impurities contained when the semiconductor layer 102 is of the n-type are, as a suitable example, N, P, As of an element of Group V group A (hereinafter simply referred to as “group V element”). , Sb, Bi, etc., among which As, P, Sb are most suitable.
これらp型不純物またはn型不純物は、半導体層102中
に、該層の作成過程でドーピングされて含有するもので
あり、その量は所望される電気的特性、光学的特性等の
要因を考慮して適宜決定されるものであるが、p型不純
物においては一般には3×10-2atomic%以下であり、n
型不純物については5×10-3atomic%以下である。These p-type impurities or n-type impurities are contained in the semiconductor layer 102 by being doped in the process of forming the layer, and the amount thereof is determined in consideration of factors such as desired electrical characteristics and optical characteristics. The p-type impurity is generally 3 × 10 −2 atomic% or less, and n
The type impurities are 5 × 10 −3 atomic% or less.
第1図(A)および(B)に図示の形式の光起電力素子
におけるi型半導体層103及び第1図(C)に図示の形
式の光起電力素子における光導電層103は、光起電力素
子機能を十分に発揮する光導電特性を奏するマルチ・バ
ンドギャップ化された多層構成のものであり、シリコン
原子及びバンドギャップ調整元素としての窒素(N)
と、水素原子(H)及びハロゲン原子(X)のいずれか
一方を含むアモルファスシリコン窒素〔以下、a−SiN
(H,X)という。〕の層領域と、a−Si(H,X)の層領域
及び/又はシリコン原子及びゲルマニウム原子(Ge)
と、水素原子(H)及びハロゲン原子(X)のいずれか
一方を含むアモルファスシリコンゲルマニウム〔以下、
a−SiGe(H,X)という。〕の層領域からなるものであ
る。The i-type semiconductor layer 103 in the photovoltaic device of the type shown in FIGS. 1A and 1B and the photoconductive layer 103 in the photovoltaic device of the type shown in FIG. It has a multi-bandgap multi-layered structure exhibiting photoconductivity that fully exerts the function of a power element, and contains silicon atoms and nitrogen (N) as a bandgap adjusting element.
And amorphous silicon nitrogen containing one of a hydrogen atom (H) and a halogen atom (X) [hereinafter a-SiN
(H, X). ] And a layer region of a-Si (H, X) and / or silicon atoms and germanium atoms (Ge)
And amorphous silicon germanium containing one of a hydrogen atom (H) and a halogen atom (X) [hereinafter,
It is called a-SiGe (H, X). ] It consists of a layer area.
こうしたi型半導体層103の層厚は該i型半導体層の機
能及びp型半導体層及びn型半導体層の機能がそれぞれ
十分且つ有効に発揮されるべく、p型半導体層及びn型
半導体層の相互の層厚関係、前記両層におけるドーピン
グ量の関係等からして適宜決められるものであるが、通
常の場合、p型半導体層、n型半導体層の層厚に対して
数倍乃至数十倍にされる。The layer thickness of the i-type semiconductor layer 103 is set so that the functions of the i-type semiconductor layer and the functions of the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer are sufficiently and effectively exhibited, respectively. It is appropriately determined in consideration of the mutual layer thickness relationship, the relationship of the doping amount in the both layers, etc., but in a normal case, it is several times to several tens of times the layer thickness of the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer. Doubled.
このところの具体的な値としては、好ましくは100Å〜1
0μm、より好適には0.1〜1μmの範囲である。As a specific value here, preferably 100Å ~ 1
The thickness is 0 μm, and more preferably 0.1 to 1 μm.
半導体層104は、第1図(A)に図示の光起電力素子に
あってはn型半導体層であり、第1図(B)に図示の光
起電力素子にあってはp型半導体層である。いずれの場
合もその層構成主体はa−Si(H,X)であるが、第1図
(B)に図示の形式にあっては、いわゆる窓効果をもた
らすものであることから、ワイド・バンドギャップ化さ
れたa−Si(H,X)(C,O,N)で構成されている。そして
前述と同様で、前者の場合n型不純物が、後者の場合p
型不純物がそれぞれ層中にその作製過程でドーピングさ
れて含有している。The semiconductor layer 104 is an n-type semiconductor layer in the photovoltaic element shown in FIG. 1 (A) and a p-type semiconductor layer in the photovoltaic element shown in FIG. 1 (B). Is. In either case, the main layer structure is a-Si (H, X), but in the format shown in FIG. 1 (B), it causes a so-called window effect, so that it is a wide band. It is composed of gapped a-Si (H, X) (C, O, N). As in the above case, the n-type impurity in the former case and the p-type impurity in the latter case
A type impurity is contained in each layer by being doped in the manufacturing process.
なお半導体層の層構成のワイド・バンドギャップ化につ
いては、通常にはp型半導体層をワイド・バンドギャッ
プ化したものにするが、p型でなくn型の半導体層をそ
のようにしたものにすることも勿論可能である。そし
て、そのワイド・バンドギャップ度合は、前述したi型
半導体層のそれより大であることが望ましい。Regarding the wide bandgap of the layer structure of the semiconductor layer, normally, the p-type semiconductor layer is made to have a wide bandgap, but the p-type semiconductor layer is made to have such an n-type semiconductor layer. Of course, it is also possible. The degree of the wide band gap is preferably larger than that of the i-type semiconductor layer described above.
第1図(A)および(B)に図示の光起電力素子にあっ
て、導電層105は透明あるいは不透明の導電材料より形
成されている。特に支持体101が不透明のときは一般に
は第1図(B)に示すように導電層105側より光照射を
行なうため、該導電層は光学的に透明、あるいはそれに
近いことが十分な光電変換効率を得るために必要であ
る。In the photovoltaic element shown in FIGS. 1A and 1B, the conductive layer 105 is made of a transparent or opaque conductive material. In particular, when the support 101 is opaque, light is generally irradiated from the conductive layer 105 side as shown in FIG. 1 (B), so that it is sufficient that the conductive layer is optically transparent or close to it. Required for efficiency.
そうした透明な導電材料としては、In2O3,SnO2,ITO(In
2O3+SnO2)あるいはPd,Pt,Cu,Ag,Au,Al等の薄い金属膜
が挙げられる。不透明な導電材料としては、ほとんどの
金属膜例えばNiCr,Al,Cr,Mo,Au,Ir,Nb,Ta,V,Ti,Pt,Pd,Z
n,Ag等が挙げられる。In 2 O 3 , SnO 2 , ITO (In
2 O 3 + SnO 2 ) or a thin metal film of Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Al or the like. As an opaque conductive material, most metal films such as NiCr, Al, Cr, Mo, Au, Ir, Nb, Ta, V, Ti, Pt, Pd, Z
n, Ag, etc. may be mentioned.
第1図(C)に図示の光起電力素子にあって、支持体10
1と光導電層103は前述したとおりのものであるところ、
金属層107は、光導電層103とショットキー接合を形成す
るためAu,Pt,Pd等の仕事関数の大きい金属が用いられ
る。この様な金属層107は真空抵抗加熱蒸着あるいは電
子ビーム加熱蒸着により、光導電層103の上に形成され
る。金属層107を通して光導電層103に光を照射するた
め、該金属層107の膜厚は500Å以下であることが好まし
い。In the photovoltaic element shown in FIG. 1 (C), the support 10
Where 1 and photoconductive layer 103 are as described above,
For the metal layer 107, a metal having a large work function such as Au, Pt, or Pd is used to form a Schottky junction with the photoconductive layer 103. Such a metal layer 107 is formed on the photoconductive layer 103 by vacuum resistance heating evaporation or electron beam heating evaporation. Since the photoconductive layer 103 is irradiated with light through the metal layer 107, the thickness of the metal layer 107 is preferably 500 Å or less.
106は絶縁層で光導電層103と金属層107との障壁を補強
するために極めて薄く(通常は2000Å以下)形成され
る。絶縁層106は必ずしも必要ではない。絶縁層106は
N2,NH3,NO,NO2等のNを含んだガス、あるいはO2,CO2等
のOを含んだガス、CF4,C2F6,CH4等のCを含んだガスを
前駆体生成用のガスあるいは気体状ハロゲン系酸化剤に
添加することにより形成されるワイド・バンドギャップ
化された層として形成される。An insulating layer 106 is formed extremely thin (usually 2000 Å or less) to reinforce the barrier between the photoconductive layer 103 and the metal layer 107. The insulating layer 106 is not always necessary. The insulating layer 106 is
N 2, NH 3, NO, gas containing N such as NO 2, or O 2, gas containing O of CO 2 or the like, and CF 4, C 2 F 6, CH 4 gas containing C, such as It is formed as a wide bandgap layer formed by adding a precursor gas or a gaseous halogen-based oxidizing agent.
以上の例まで説明した光起電力素子は優れた電気的及び
光学的特性を有すると共に優れた疲労特性及び使用環境
特性を有していて、光電変換効率が従来のものよりかな
り高いものであり、特に太陽電池への使用に適するもの
である。The photovoltaic element described up to the above example has excellent electrical and optical characteristics and excellent fatigue characteristics and use environment characteristics, and the photoelectric conversion efficiency is considerably higher than the conventional one. It is particularly suitable for use in solar cells.
次に本発明による堆積膜形成装置で、前述した特定の光
電変換層を有することで特徴づけられる光起電力素子を
製造する方法は、前記光電変換層の形成に寄与する物質
であってそのままのエネルギー状態では、ほとんど乃至
全く堆積膜形成するところとはならないが、励起状態に
されると堆積膜の形成をもたらす前記前駆体を生成する
物質(以下、「原料物質(A)」という。)と、該原料
物質(A)と相互作用してそれを電子論的に酸化(原子
の酸化数を増加する)する物質(以下、「酸化剤」とい
う。)とを、光起電力素子用基体の設置されている無電
界状態の反応域にそれぞれ気体状態で各々別の経路で導
入し、前記基体表面の上部空間で両者を接触せしめて両
者間に化学的相互作用を生起せしめ、それにより前記基
体表面上に所望の光電変換層たる堆積膜を連続的に分離
した堆積空間で順次形成せしめることを特徴とするもの
である。Next, in the deposited film forming apparatus according to the present invention, the method for producing a photovoltaic element characterized by having the above-mentioned specific photoelectric conversion layer is a substance that contributes to the formation of the photoelectric conversion layer, and In the energy state, there is almost no or no formation of a deposited film, but when excited, a substance that produces the precursor that causes the formation of a deposited film (hereinafter referred to as "raw material (A)"). , A substance that interacts with the raw material substance (A) and electronically oxidizes it (increases the oxidation number of atoms) (hereinafter referred to as “oxidizing agent”), Introduced into the installed reaction field in the state of no electric field in a gas state through different paths respectively, and contact them in the upper space of the surface of the substrate to cause a chemical interaction between them, whereby the substrate Desired on the surface It is characterized in that the allowed to sequentially formed photoelectric conversion layer serving deposited films continuously separate deposition space.
すなわち、本発明の堆積膜形成装置による光起電力素子
の製造法では、プラズマ等の放電エネルギを作用させず
プラズマ反応を介さないために、形成される堆積膜、即
ち光電変換層は成膜操作中にエッチングあるいはその他
の作用(例えば異常放電など)による悪影響を受けるこ
とがなく、また分離した堆積空間で連続的に光電変換層
等が積層形成されるために、不純物の混入がなく緻密に
して高品質の堆積膜構造を得ることがてきる。また光電
変換層は優れた特性を有するとともに光電変換効率の高
いものとなり、これにより製造される光起電力素子は高
品質なものとなる。That is, in the method of manufacturing a photovoltaic element using the deposited film forming apparatus of the present invention, since the discharge energy of plasma or the like does not act and the plasma reaction does not occur, the deposited film to be formed, that is, the photoelectric conversion layer is a film forming operation. It is not adversely affected by etching or other effects (for example, abnormal discharge) inside, and because photoelectric conversion layers etc. are continuously laminated in the separated deposition space, there is no mixing of impurities and it is dense. High quality deposited film structures can be obtained. In addition, the photoelectric conversion layer has excellent characteristics and high photoelectric conversion efficiency, and thus the photovoltaic device manufactured thereby has high quality.
そしてまた上記光起電力素子の製造法は、原料物質
(A)と酸化剤を反応域に導入して両物質を接触せしめ
るだけで膜厚が均一であって全体が均質の所望の堆積膜
(光電変換層)の形成を可能にするものであることか
ら、操作工程管理が容易であることに加えて使用エネル
ギー量は少くてすみ、使用装置への設備投資は従来のも
のよりはるかに少くてすみ、そして量産化を可能にする
ものである。Further, in the above-described method for manufacturing a photovoltaic element, a desired deposited film having a uniform film thickness and a uniform film thickness can be obtained only by introducing the raw material substance (A) and the oxidant into the reaction zone and bringing them into contact with each other. Since it enables the formation of a photoelectric conversion layer), it is easy to manage the operation process and uses a small amount of energy, and the equipment investment is much smaller than the conventional one. It will enable the mass production.
本発明の方法における気体状の原料物質(A)は、気体
状の酸化剤と化学接触してそれによる酸化作用を受けて
活性化し、堆積膜(光電変換層)構成要素の供給源たる
励起状態物質、即ち前駆体を生成するものであり、気体
状の酸化剤と接触する際に気体状に保たれていればよ
い。したがって、使用前に気体状のものである必要は必
ずしもなく液体であっても或いは固体であってもよい。
原料物質(A)が使用前に液体又は固定である場合、A
r,He,N2,H2等のキャリアーガスを用い、必要に応じて熱
を加えながらバブリングを行って系中に気体状にして導
入する。The gaseous raw material (A) in the method of the present invention is activated by being chemically contacted with a gaseous oxidant and receiving an oxidizing action by the oxidant to be activated, which is a supply source of the deposited film (photoelectric conversion layer) constituent element. It is a substance that produces a substance, that is, a precursor, and may be kept in a gaseous state when it comes into contact with a gaseous oxidizing agent. Therefore, it does not necessarily have to be gaseous before use and may be liquid or solid.
If the raw material (A) is liquid or fixed before use, A
A carrier gas such as r, He, N 2 and H 2 is used, and bubbling is performed while applying heat as necessary to introduce gas into the system by bubbling.
一方酸化剤は、前記の気体状の原料物質(A)に接触す
るだけでそれによる酸化作用で、該原料物質(A)を活
性化して励起状態物質、即ち成膜前駆体にする性質を有
するものであり、それらの具体例として、空気、酸素、
オゾン等の酸素類N2O4,N2O3,N2O等の酸素又は窒素の化
合物、N2O2等の過酸化物、F2,Cl2,Br2,I2等のハロゲン
ガス、発生期状態の弗素、塩素、臭素等を挙げることが
できる。On the other hand, the oxidizing agent has a property of activating the raw material substance (A) to be an excited state substance, that is, a film formation precursor by the oxidizing action caused by the contact with the gaseous raw material substance (A). And specific examples thereof are air, oxygen,
Oxygen such as ozone Compounds of oxygen or nitrogen such as N 2 O 4 , N 2 O 3 and N 2 O, peroxides such as N 2 O 2 and halogens such as F 2 , Cl 2 , Br 2 and I 2 Examples include gas, nascent fluorine, chlorine, bromine, and the like.
この酸化剤についても、気体状の前駆体原料物質と接触
する際に気体状に保たれていればよい。したがってそれ
らは使用前に気体状のものである必要は必ずしもなく、
液体であっても或いは固体であってもよい。酸化剤が使
用前に液体又は固体である場合、前駆体原料物質と同様
でAr,He,N2,H2等のキャリアーガスを用い、必要に応じ
て熱を加えながらバブリングを行って系中に気体状にし
て導入する。This oxidant also needs to be kept in a gaseous state when it comes into contact with the gaseous precursor raw material. Therefore, they do not necessarily have to be gaseous before use,
It may be liquid or solid. If the oxidizing agent is a liquid or solid prior to use, similar to the precursor raw materials Ar, the He, N 2, using a carrier gas of H 2 and the like, if necessary by performing bubbling with the addition of heat in the system Introduce into the form of gas.
前述の原料物質(A)(気体状)と前述の酸化剤(気体
状)とは、それぞれ各別の流路を介し、両者が基体の設
置されている反応域であって基体表面の上部の成膜空間
に流入して混合・衝突することで接触し、そこにあって
原料物質(A)が酸化剤による酸化作用を受けて活性化
して励起状態の前駆体が生成されて基体表面上に堆積膜
が形成れるように、供給圧と流量を調節して系中に導入
される。The above-mentioned raw material (A) (in gaseous form) and the above-mentioned oxidant (in gaseous form) pass through separate flow paths, respectively, and both are in the reaction zone in which the substrate is installed, and in the upper part of the substrate surface. The raw material (A) is activated by being oxidized by the oxidant and activated by generating an excited state precursor by flowing into the film formation space and contacting by mixing and collision. It is introduced into the system by adjusting the supply pressure and the flow rate so that a deposited film is formed.
また、前述の原料物質(A)と前述の酸化剤の種類と組
み合わせは、光起電力素子用の基体上に形成される光電
変換層を構成する層の種類に応じて適宜選択して用いら
れる。Further, the combination of the above-mentioned raw material substance (A) and the above-mentioned kind of the oxidizing agent is appropriately selected and used according to the kind of layer constituting the photoelectric conversion layer formed on the substrate for the photovoltaic element. .
即ち、例えばp型a−Si(O,C,N)(H,X)層を形成する
については、前述の原料物質(A)として、SiH4,Si
2H6,Si3H8,Si4H10等のシランやSiH3Cl,SiH3F,SiH3Br等
のハロゲン化シラン等のケイ素を構成成分とする化合物
に加えて、N2,NH3,H2NNH2,HN3,NH4N3等の窒素化合物あ
るいはCH4,C2H6,C3H8,C2H4,C3H6C2H2等の炭化水素化合
物を用い、さらにp型不純物導入用原料物質であるB
2H6,B4H10,B5H9,B5H11,B6H10,B6H12,Al(CH3)3;Al(C2
H5)3,Ga(CH3)3,In(CH3)3等の第III族原子を構成
要素として含む化合物を用いればよい。また、前述の酸
化剤としては、ハロゲン化ガス、発生期等のハロゲン
(以上を「ハロゲン系酸化剤」と称す。)及び、O2,O3,
N2O4,N2O3,N2O(以上を「酸素系,窒素系酸化剤」と称
す。)等の中から選ばれる少なくとも一種を用いればよ
い。That is, for example, for forming a p-type a-Si (O, C, N) (H, X) layer, SiH 4 , Si is used as the above-mentioned raw material (A).
In addition to compounds containing silicon such as silanes such as 2 H 6 , Si 3 H 8 and Si 4 H 10 and halogenated silanes such as SiH 3 Cl, SiH 3 F and SiH 3 Br, N 2 and NH Nitrogen compounds such as 3 , H 2 NNH 2 , HN 3 , NH 4 N 3 or hydrocarbon compounds such as CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , C 2 H 4 , C 3 H 6 C 2 H 2 B, which is a raw material for introducing p-type impurities
2 H 6 , B 4 H 10 , B 5 H 9 , B 5 H 11 , B 6 H 10 , B 6 H 12 , Al (CH 3 ) 3 ; Al (C 2
A compound containing a Group III atom such as H 5 ) 3 , Ga (CH 3 ) 3 and In (CH 3 ) 3 as a constituent element may be used. In addition, as the above-mentioned oxidant, halogen gas, halogen such as generation period (the above is referred to as “halogen-based oxidant”), O 2 , O 3 ,
At least one selected from N 2 O 4 , N 2 O 3 , and N 2 O (the above are referred to as “oxygen-based and nitrogen-based oxidizers”) may be used.
また、a−Si(O,C,N)(H,X)で構成されるi型半導体
層を形成せしめるについては、前述の原料物質(A)と
してシラン、ハロゲン化シラン等のケイ素を構成成分と
する化合物、前述の窒素化合物、及び前述の炭素化合物
の中から選ばれる少なくとも一種を用い、前述の酸化剤
として、ハロゲン系酸化剤及び/又は酸素系、窒素系酸
化剤を用いればよい さらに、n型a−Si(H,X)層を形成するについては、
前述の原料物質(A)としてシラン、ハロゲン化シラン
等のケイ素化合物を用い、これにn型不純物導入用原料
物質であるPH3,P2H4,AsH3,SbH3,BiH3等の第V族原子を
構成要素として含む化合物を含有せしめればよい。又、
前述の酸化剤としては、ハロゲンガス、発生期のハロゲ
ン等のハロゲン系酸化剤を用いればよい。For forming the i-type semiconductor layer composed of a-Si (O, C, N) (H, X), silicon such as silane or halogenated silane is used as the starting material (A). At least one selected from the compound, the above-mentioned nitrogen compound, and the above-mentioned carbon compound is used, and as the above-mentioned oxidizing agent, a halogen-based oxidizing agent and / or an oxygen-based, nitrogen-based oxidizing agent may be used. For forming the n-type a-Si (H, X) layer,
A silicon compound such as silane or halogenated silane is used as the above-mentioned raw material (A), and a raw material for introducing n-type impurities such as PH 3 , P 2 H 4 , AsH 3 , SbH 3 , BiH 3 A compound containing a group V atom as a constituent element may be contained. or,
As the above-mentioned oxidant, a halogen-based oxidant such as halogen gas or halogen in the nascent stage may be used.
また更に、p型、i型あるいはn型の半導体層をa−Si
Geで構成される膜で構成する場合であれば、各々の半導
体層を形成するのに用いる原料物質(A)に加えて、ゲ
ルマニウム原子導入用の原料物質(A)を用いればよ
く、このような原料物質(A)としては、GeH4,GeH6,Ge
3H8,Ge4H10,Ge5H12等の直鎖状ゲルマニウム化合物を用
いることができる。Furthermore, a p-type, i-type, or n-type semiconductor layer is formed of a-Si.
In the case of using a film composed of Ge, the raw material (A) for introducing germanium atoms may be used in addition to the raw material (A) used for forming each semiconductor layer. Examples of raw materials (A) include GeH 4 , GeH 6 , and Ge
A linear germanium compound such as 3 H 8 , Ge 4 H 10 or Ge 5 H 12 can be used.
ところで、本発明の光起電力素子の製造方法において
は、成膜工程が円滑に進行し、高品質で、所望の電気
的、光学的特性を有し、かつ、光電変換効率の高いもの
を得るべく、気体状原料物質(A)と気体状酸化剤の種
類と組み合わせ、これ等の混合比、混合時の圧力、流
量、成膜空間内の圧力、キャリアーガスの流量、成膜温
度、ガスの流型等を所望に応じて適宜選択する必要があ
る。そして、これらの成膜における種々の因子は、有機
的に関連するものであって、単独で決定されるものでは
なく、相互関係を考慮して決定される必要があるが、例
えば、気体状原料物質(A)と気体状酸化剤の割合は、
導入流量比で、好ましくは1/20〜100/1、より好ましく
は1/5〜50/1とするのが望ましい。又、p型不純物又は
n型不純物導入用気体状原料物質と気体状原料物質
(A)の量の割合は、導入流量比で、好ましくは1/106
〜1/10、より好ましくは1/105〜1/20、最適には1/105〜
1/50とするのが望ましい。更に気体状原料物質(A)と
気体状酸化剤の混合時の圧力は、化学的接触の確率を高
めるためにはより高くする方が好ましいが、反応性を考
慮して決定するのが好ましく、好ましくは1×10-7〜10
気圧、より好ましくは1×10-6〜3気圧とするのが望ま
しい。By the way, in the method for manufacturing a photovoltaic device of the present invention, a film-forming process proceeds smoothly, high quality, desired electrical and optical characteristics, and high photoelectric conversion efficiency are obtained. Therefore, the gaseous raw material (A) is combined with the type of the gaseous oxidant, and the mixing ratio of these, the pressure at the time of mixing, the flow rate, the pressure in the film forming space, the flow rate of the carrier gas, the film forming temperature, the gas It is necessary to appropriately select the flow pattern and the like as desired. Further, various factors in these film formations are organically related and are not determined individually, but need to be determined in consideration of mutual relations. The ratio of substance (A) and gaseous oxidant is
The introduction flow rate ratio is preferably 1/20 to 100/1, more preferably 1/5 to 50/1. The ratio of the amounts of the gaseous raw material for introducing p-type impurities or n-type impurities and the gaseous raw material (A) is preferably 1/10 6 in terms of the introduction flow rate ratio.
~ 1/10, more preferably 1/10 5 ~ 1/20, optimally 1/10 5 ~
1/50 is preferable. Further, the pressure at the time of mixing the gaseous raw material (A) and the gaseous oxidant is preferably higher in order to increase the probability of chemical contact, but is preferably determined in consideration of reactivity, Preferably 1 × 10 −7 to 10
Atmospheric pressure, more preferably 1 × 10 −6 to 3 atmospheric pressure is desirable.
成膜空間内の圧力、即ち、その表面に成膜される基体が
配設されている空間内の圧力は、反応空間に於いて生成
される励起状態の前駆体及び場合によって該前駆体より
派生的に生ずる前駆体が成膜プロセスに効果的に寄与す
る様に適宜所望に応じて設定される。The pressure in the film formation space, that is, the pressure in the space in which the substrate on which the film is formed is disposed, is derived from the excited state precursor generated in the reaction space and, in some cases, the precursor. It is appropriately set as desired so that the precursors that are generated in an effective manner can effectively contribute to the film forming process.
成膜空間の内圧力は、成膜空間が反応空間と開放的に連
続している場合には、気体状原料物質(A)とp型不純
物又はn型不純物導入用気体状物質と気体状酸化剤との
反応空間での導入圧及び流量との関連に於いて、例えば
差動排気或いは、大型の排気装置の使用等の工夫を加え
て調整することができる。When the film formation space is openly continuous with the reaction space, the internal pressure of the film formation space is such that the gaseous source material (A) and the gaseous substance for introducing p-type impurities or n-type impurities, and the gaseous oxidation. The relationship with the introduction pressure and the flow rate in the reaction space with the agent can be adjusted by, for example, adding differential exhaust or using a large exhaust device.
或いは、反応空間と成膜空間の連結部のコンダクタンス
が小さい場合には、成膜空間に適当な排気装置を設け、
該装置の排気量を制御することで成膜空間の圧力を調整
することができる。Alternatively, when the conductance of the connecting portion between the reaction space and the film formation space is small, an appropriate exhaust device is provided in the film formation space,
The pressure in the film formation space can be adjusted by controlling the exhaust amount of the apparatus.
又、反応空間と成膜空間が一体的になっていて、反応位
置の成膜位置が空間的に異なるだけの場合には、前述の
様に差動排気するか或いは、排気能力の充分ある大型の
排気装置を設けてやればよい。In addition, when the reaction space and the film formation space are integrated and the film formation positions at the reaction positions are spatially different, differential evacuation as described above or a large size with sufficient evacuation capacity is performed. The exhaust device may be provided.
上記のようにして成膜空間内の圧力は、反応空間に導入
される気体状原料物質(A)とp型不純物又はn型不純
物導入用気体状物質と気体状酸化剤の導入圧力との関係
に於いて決められるが、好ましくは、0.001Torr〜100To
rr、より好ましくは、0.01Torr〜30Torr、最適には、0.
05Torr〜10Torrとするのが望ましい。As described above, the pressure in the film formation space is the relationship between the gaseous source material (A) introduced into the reaction space, the gaseous substance for introducing p-type impurities or n-type impurities, and the introduction pressure of the gaseous oxidant. However, preferably 0.001 Torr to 100 To
rr, more preferably 0.01 Torr to 30 Torr, optimally 0.
05Torr to 10Torr is desirable.
ガスの流型に就いては、反応空間への気体状原料物質
(A)、p型不純物又はn型不純物導入用気体状物質及
び気体状酸化剤の導入の際にこれ等が均一に効率良く混
合され、前記前駆体が効率的に生成され且つ成膜が支障
なく適切になされる様に、ガス導入口と基体とガス排気
口との幾何学的配置を考慮して設計される必要がある。Regarding the gas flow type, these are uniformly and efficiently introduced when the gaseous raw material (A), the p-type impurity or n-type impurity introduction gaseous substance and the gaseous oxidant are introduced into the reaction space. It must be designed in consideration of the geometrical arrangement of the gas inlet, the substrate, and the gas outlet so that the precursors can be efficiently mixed and the film formation can be performed properly without any trouble. .
成膜時の基体温度としては、使用されるガス種及び形成
される堆積膜の種類と要求される特性に応じて、個々に
適宜所望に従って設定されるが、非晶質の膜を得る場合
には好ましくは室温から450℃、より好ましくは50〜400
℃、最適には70〜350℃とするのが望ましい。The substrate temperature at the time of film formation is individually set as desired according to the type of gas used and the type of the deposited film to be formed and the required characteristics, but when obtaining an amorphous film Preferably from room temperature to 450 ° C, more preferably 50 to 400
It is desirable to set the temperature to 70 ° C, optimally 70 to 350 ° C.
成膜空間の雰囲気温度としては、生成される前記前駆体
及び前記前駆体より派生的に生ずる前駆体が成膜に不適
当なものに変化せず、且つ効率良く前駆体が生成される
べく、基体温度との関連で適宜所望に応じて決められ
る。As the ambient temperature of the film forming space, the precursor to be generated and the precursor derived from the precursor do not change to those unsuitable for film formation, and the precursor is efficiently generated, It is appropriately determined as desired in relation to the substrate temperature.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図は、本発明による堆積膜形成装置の一実施例を示
す模式的構成図である。ただし、ここでは一例としてpi
n型光起電力素子の光電変換層各機能層を連続的に形成
する場合を示している。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a deposited film forming apparatus according to the present invention. However, here, as an example, pi
The case where the functional layers of the photoelectric conversion layer of the n-type photovoltaic element are continuously formed is shown.
第2図に示す装置は、上壁、円筒状の側壁及び底壁と、
前記上壁と円筒状との側壁及び底壁で包囲形成される空
間を3室に分離する為の仕切り壁とで形成される3つの
成膜室と、該成膜室へ原料ガスを導入する為の原料ガス
導入管と、成膜室内のガスを排気する為の排気管とから
なっている。The device shown in FIG. 2 comprises a top wall, a cylindrical side wall and a bottom wall,
Three film forming chambers formed by a partition wall for separating a space surrounded by the upper and cylindrical side walls and the bottom wall into three chambers, and a source gas is introduced into the film forming chambers. And a gas exhaust pipe for exhausting gas in the film forming chamber.
図中、201〜203は、夫々光電変換層を形成する為の成膜
室、201a〜201cは、夫々、前記成膜室201に光電変換層
を形成する為の原料ガスを導入する為の原料ガス導入
管、202a〜202cは、夫々前記成膜室202に光電変換層を
形成する為の原料ガスを導入する為の原料ガス導入管、
203a〜203cは、夫々前記成膜室203に光電変換層を形成
する為の原料ガスを導入する為の原料ガス導入管であ
り、該原料ガス導入管201a〜201c,202a〜202c,203a〜20
3cは、原料ガスボンベ(不図示)、ガス流量調整装置
(不図示)及びバルブ(不図示)などからなる原料ガス
供給系に接続されている。201dは前記成膜室201内のガ
スを排気する為の排気管、202d,202d′は前記成膜室202
内のガスを排気する為の排気管、203dは前記成膜室203
内のガスを排気する為の排気管であり、ロータリーポン
プ(不図示)、ターボ分子ポンプ(不図示)などからな
る排気系に接続されている。送りローラー210から搬送
される基体211は、基体支持用ローラー220a〜220iによ
り支持されて、前記成膜室201,202,203を順次通過し、
巻き取りローラ212により巻き取られる。前記基体211
は、基体加熱用ヒーター230により所望の温度に加熱さ
れる。In the figure, 201 to 203 are film forming chambers for forming photoelectric conversion layers, and 201a to 201c are raw materials for introducing raw material gases for forming photoelectric conversion layers into the film forming chambers 201, respectively. Gas introduction pipes, 202a to 202c, respectively, a raw material gas introduction pipe for introducing a raw material gas for forming a photoelectric conversion layer into the film forming chamber 202,
203a ~ 203c is a raw material gas introduction pipe for introducing a raw material gas for forming the photoelectric conversion layer into the film forming chamber 203, respectively, the raw material gas introduction pipes 201a ~ 201c, 202a ~ 202c, 203a ~ 20c
3c is connected to a source gas supply system including a source gas cylinder (not shown), a gas flow rate adjusting device (not shown), a valve (not shown), and the like. 201d is an exhaust pipe for exhausting the gas in the film forming chamber 201, and 202d and 202d 'are the film forming chamber 202.
An exhaust pipe for exhausting the gas inside, 203d is the film forming chamber 203
It is an exhaust pipe for exhausting the gas inside, and is connected to an exhaust system including a rotary pump (not shown), a turbo molecular pump (not shown), and the like. The substrate 211 conveyed from the feed roller 210 is supported by the substrate supporting rollers 220a to 220i and sequentially passes through the film forming chambers 201, 202 and 203,
It is wound by the winding roller 212. The base 211
Is heated to a desired temperature by the heater 230 for heating the substrate.
まず、0.7mm厚のベルト状のステンレス板を基体211とし
て用い、該基体211を送りローラ210、基体支持用ローラ
220a〜220i及び巻き取りローラ212を用いて成膜室201,2
02,203に連続的に搬送した。また、ロータリーポンプ
(不図示)やターボ分子ポンプ(不図示)を用いて前記
成膜室201,202,203内を充分に排気した。First, a belt-shaped stainless steel plate having a thickness of 0.7 mm is used as a base body 211, and the base body 211 is used as a feed roller 210 and a base body supporting roller.
220a to 220i and winding roller 212 are used to form film forming chambers 201, 2
It was continuously conveyed to 02,203. Further, the inside of the film forming chambers 201, 202 and 203 was sufficiently exhausted by using a rotary pump (not shown) or a turbo molecular pump (not shown).
次に、加熱ヒータ230により、基体211を250℃まで加熱
し、保持した。Next, the base material 211 was heated to 250 ° C. and held by the heater 230.
そして、まず成膜室201に気体状原料物質としてSiH4ガ
ス、n型不純物導入用原料物質としてPH3ガス、気体状
ハロゲン系酸化剤としてF2ガスを用い、基体211上にn
型a−Si:H:F:P半導体層を形成した。Then, first, in the film forming chamber 201, SiH 4 gas is used as a gaseous source material, PH 3 gas is used as an n-type impurity introducing source material, and F 2 gas is used as a gaseous halogen-based oxidant.
A type a-Si: H: F: P semiconductor layer was formed.
すなわち、SiH4ガスを流量2SCCMでガス導入管201aを介
して、PH3/Heガス(PH3濃度5000ppm)を10SCCMでガス導
入管201cを介して、各々成膜室201内に導入した。That is, SiH 4 gas was introduced into the film forming chamber 201 at a flow rate of 2 SCCM through the gas introduction pipe 201a, and PH 3 / He gas (PH 3 concentration of 5000 ppm) at 10 SCCM through the gas introduction pipe 201c.
夫々のガスの流量が安定したところで成膜室201内の圧
力を調整して0.8Torrに設定した。この状態でボンベに
充填されているF2ガス2sccmをガス導入管201bを介して
成膜室201内に導入した。以上の様にして基体211上に約
500Åの膜厚を有するn型a−Si:H:F:P半導体層を形成
した。When the flow rate of each gas became stable, the pressure in the film forming chamber 201 was adjusted and set to 0.8 Torr. In this state, 2 sccm of F 2 gas filled in the cylinder was introduced into the film forming chamber 201 through the gas introduction pipe 201b. As described above, approximately
An n-type a-Si: H: F: P semiconductor layer having a film thickness of 500Å was formed.
次に、基体211を移動させ、成膜室202において、気体状
原料物質としてSiH4ガスのみを用い、気体状酸化剤とし
てF2ガス用いて、上記n型半導体層上にi型a−Si:H:F
層を形成した。Next, the substrate 211 is moved, and in the film forming chamber 202, only SiH 4 gas is used as a gaseous raw material and F 2 gas is used as a gaseous oxidant to form the i-type a-Si on the n-type semiconductor layer. : H: F
Layers were formed.
すなわち、SiH4ガスを流量20SCCMでガス導入管202a,202
cを介して成膜室202に導入し、さらにF2ガスを流量2SCC
Mでガス導入管202bを介して成膜室202内に導入し、内圧
を0.8Torrに設定した。このようにして、厚さ約5000Å
のi型a−Si:H:F層半導体を形成した。That is, SiH 4 gas with a flow rate of 20 SCCM is introduced into the gas introduction pipes 202a, 202a
It is introduced into the film forming chamber 202 via c, and the flow rate of F 2 gas is 2SCC.
M was introduced into the film forming chamber 202 through the gas introduction pipe 202b, and the internal pressure was set to 0.8 Torr. In this way, the thickness is about 5000Å
The i-type a-Si: H: F layer semiconductor was formed.
最後に、成膜室203において、気体状原料物質としてSiH
4およびCH4ガスを用い、p型不純物導入用原料物質とし
てB2H6/Heガス(B2H6濃度3000ppm)を用い、気体状ハロ
ゲン系酸化剤としてF2ガスを用いて、上記i型半導体層
上にp型a−SiC:H:F:B半導体層を形成した。Finally, in the film forming chamber 203, SiH is used as a gaseous raw material.
4 and CH 4 gas, B 2 H 6 / He gas (B 2 H 6 concentration of 3000 ppm) as a p-type impurity introduction source substance, and F 2 gas as a gaseous halogen-based oxidant, A p-type a-SiC: H: F: B semiconductor layer was formed on the type semiconductor layer.
すなわち、B2H6/Heガスを10SCCMでガス導入管203aを介
して、SiH4およびCH4ガスを20SCCMでガス導入管203cを
介して、各々成膜室203内に導入し、安定したところで
成膜室203内の圧力を0.8Torrに設定した。この状態でF2
ガスを2SCCMでガス導入管203bを介して成膜室203内に導
入し、厚さ約300Åのp型a−SiC:H:F:B半導体層を形成
した。That is, B 2 H 6 / He gas at 10 SCCM through the gas introduction pipe 203a, SiH 4 and CH 4 gas at 20 SCCM through the gas introduction pipe 203c, each introduced into the film forming chamber 203, at a stable position. The pressure inside the film forming chamber 203 was set to 0.8 Torr. F 2 in this state
Gas was introduced into the film forming chamber 203 through the gas introducing pipe 203b with 2 SCCM to form a p-type a-SiC: H: F: B semiconductor layer having a thickness of about 300Å.
以上の様にして、基体211上に連続的にn型,i型および
p型半導体層を成膜し、巻き取りローラ212に巻き取っ
た。該巻き取りローラによって巻き取られた光電変換層
の形成された基体から1cm×1cmの部分体を切り出し、p
型半導体層上に1000ÅのSnO2膜を熱CVD法により形成
し、第1(B)図に示す層構成のp−i−n型太陽電池
を得た。As described above, the n-type, i-type and p-type semiconductor layers were continuously formed on the base 211 and wound on the winding roller 212. A 1 cm × 1 cm partial body was cut out from the substrate on which the photoelectric conversion layer was wound by the winding roller, and p
A 1000Å SnO 2 film was formed on the type semiconductor layer by a thermal CVD method to obtain a pin solar cell having a layer structure shown in FIG. 1 (B).
こうして得られた太陽電池について検討したところ、基
体上に形成された各層はいずれも膜質、膜厚ともに均一
で、すぐれた品質を有するものであった。When the solar cell thus obtained was examined, each of the layers formed on the substrate had uniform film quality and film thickness, and had excellent quality.
次にこの太陽電池に、ガラス基体側よりAM−1100mW/cm2
の光を照射したところ、開放電圧0.9V、短絡電流18mA/c
m2、変換効率9%の太陽電池特性が得られた。Next, in this solar cell, AM-1100mW / cm 2 from the glass substrate side.
When exposed to the light of, the open circuit voltage is 0.9V, the short circuit current is 18mA / c.
The solar cell characteristics of m 2 and conversion efficiency of 9% were obtained.
以上詳細に説明したように、本発明による堆積膜形成装
置は、成膜室を複数個有し、これら複数個の成膜室が連
結され、円周状に配置されており、各成膜質において、
気体状原料物質(A)と、該気体状原料物質(A)に酸
化作用する性質を有する気体状酸化剤とを、各々別の経
路より成膜室内に導入して両者を化学的に接触させるこ
とにより、プラズマ反応を介することなく堆積膜を連続
的に形成するものである。As described in detail above, the deposited film forming apparatus according to the present invention has a plurality of film forming chambers, the plurality of film forming chambers are connected to each other, and are arranged in a circumferential shape. At
The gaseous raw material (A) and the gaseous oxidant having a property of oxidizing the gaseous raw material (A) are introduced into the film forming chamber through different paths to bring them into chemical contact with each other. Thus, the deposited film is continuously formed without the plasma reaction.
したがって、たとえば不純物制御を行う堆積空間と不純
物を導入しない膜を形成する堆積空間とを分離し、しか
も真空状態のままで連続成膜を行うことができるため
に、各堆積層の膜厚および膜質が均一ですぐれた品質の
積層構造を容易に得ることができる。Therefore, for example, the deposition space for controlling impurities and the deposition space for forming a film into which impurities are not introduced can be separated, and continuous film formation can be performed in a vacuum state. It is possible to easily obtain a laminated structure of uniform quality and excellent quality.
たとえば、pin型光起電力素子を製造する場合では、p
層、i層、n層をそれぞれ形成する3個の分離した堆積
空間を設け、基体がそれらの堆積空間を連続的に順次通
過することで、pin構造の光電変換層が形成され、光電
変換効率が高く、すぐれた特性を有する光起電力素子が
得られる。For example, when manufacturing a pin type photovoltaic element, p
Layers, i layers, and n layers are each provided with three separate deposition spaces, and the substrate successively passes through these deposition spaces to form a photoelectric conversion layer having a pin structure. And a photovoltaic device having excellent characteristics.
さらに、複数の成膜室が基体加勢手段を中心として円周
状に配置されているために、複数の成膜室に対して基体
加熱手段を一ケ所に集中することが可能となり省エネル
ギーに効果的なものである。また、本発明による装置は
極めて小さい設置スペースしか必要としないというメリ
ットも併せ持つものである。Further, since the plurality of film forming chambers are circumferentially arranged around the substrate urging means, it is possible to concentrate the substrate heating means in one place for the plurality of film forming chambers, which is effective for energy saving. It is something. The device according to the invention also has the advantage that it requires a very small installation space.
また、本発明による堆積膜形成装置は、堆積膜の特性を
保持し、かつ、膜形成速度の向上を図りながら、膜形成
条件の管理の簡素化及び量産化を達成しうるものであ
る。Further, the deposited film forming apparatus according to the present invention can achieve the simplification of the management of the film forming conditions and the mass production while maintaining the characteristics of the deposited film and improving the film forming speed.
第1図(A)〜(C)は、それぞれ光起電力素子の典型
例を示す模式的構成図、 第2図は、本発明による堆積膜形成装置の一実施例を示
す模式的構成図である。 101は支持体、102〜104は光電変換層を構成する半導体
層、105は導電層、106は絶縁層、107は金属層、201,20
2,203は成膜室、201a〜201c,202a〜202c,203a〜203cは
ガス導入管、201d,202d,202d′,203dは排気管、210は送
りローラ、211は基体、212は巻き取りロール、220a〜22
0iは基体支持用ローラ、230は基体加熱用ヒータであ
る。1 (A) to 1 (C) are schematic configuration diagrams each showing a typical example of a photovoltaic element, and FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of a deposited film forming apparatus according to the present invention. is there. 101 is a support, 102 to 104 are semiconductor layers forming a photoelectric conversion layer, 105 is a conductive layer, 106 is an insulating layer, 107 is a metal layer, 201, 20
2, 203 is a film forming chamber, 201a to 201c, 202a to 202c, 203a to 203c are gas introduction pipes, 201d, 202d, 202d ', 203d are exhaust pipes, 210 is a feed roller, 211 is a substrate, 212 is a take-up roll, 220a. ~twenty two
Reference numeral 0i is a substrate supporting roller, and 230 is a substrate heating heater.
Claims (2)
状原料物質に酸化作用をする性質を有する気体状ハロゲ
ン系酸化剤とを接触させることで、励起状態の前駆体を
含む複数種の前駆体を化学的に生起し、これらの前駆体
のうち少なくとも一種の前駆体を堆積膜構成要素の供給
源として、基体上に堆積膜を形成する堆積膜形成装置で
あって、 前記気体状原料物質を導入する第1の導入手段と、前記
気体状ハロゲン系酸化剤を導入する第2の導入手段とを
備え、円周状に連結配置された複数個の成膜室と、 前記円周状に配置された複数個の成膜室の中心側に配置
された基体加勢手段と、 前記基体を、前記複数の成膜室内に移動させる手段と、 を有することを特徴とする堆積膜形成装置。1. A plurality of precursors in an excited state are produced by bringing a gaseous raw material for forming a deposited film into contact with a gaseous halogen-based oxidant having a property of oxidizing the gaseous raw material. A deposited film forming apparatus for chemically forming a precursor of a seed, and forming a deposited film on a substrate by using at least one precursor of these precursors as a supply source of a deposited film constituent, A plurality of film forming chambers, which are arranged in a circumferential connection, and which are provided with a first introducing means for introducing a gaseous raw material and a second introducing means for introducing the gaseous halogen-based oxidant, Forming a deposited film, comprising: a substrate urging unit arranged on the center side of a plurality of film forming chambers arranged in a circumferential shape; and a unit for moving the substrate into the plurality of film forming chambers. apparatus.
体が順次通過可能に連結されていることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の堆積膜形成装置。2. The deposited film forming apparatus according to claim 1, wherein the plurality of film forming chambers are connected to each other so that the substrate can pass therethrough sequentially.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61004373A JPH0770487B2 (en) | 1986-01-14 | 1986-01-14 | Deposited film forming equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61004373A JPH0770487B2 (en) | 1986-01-14 | 1986-01-14 | Deposited film forming equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62163320A JPS62163320A (en) | 1987-07-20 |
| JPH0770487B2 true JPH0770487B2 (en) | 1995-07-31 |
Family
ID=11582560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61004373A Expired - Fee Related JPH0770487B2 (en) | 1986-01-14 | 1986-01-14 | Deposited film forming equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0770487B2 (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5980927A (en) * | 1982-10-29 | 1984-05-10 | Nec Home Electronics Ltd | Epitaxial growth device |
-
1986
- 1986-01-14 JP JP61004373A patent/JPH0770487B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62163320A (en) | 1987-07-20 |
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