沉积膜形成装置及沉积膜形成方法

专利名称：沉积膜形成装置及沉积膜形成方法
技术领域：
本发明涉及用于例如在基材上形成硅等的沉积膜的沉积膜形成装置及沉积膜形成方法。
背景技术：
作为能够在基材上面高速沉积高品质膜的装置，申请人提出了融合了等离子体 CVD (Chemical Vapor Deposition 化学气相沉积)法和热催化CVD法各自的优点的气体分离式等离子体CVD装置(例如，参照下述的专利文献1)。若采用该装置，则例如使吐气体那样的分解概率低的原料气体，从气体供给路径通过，在该气体供给路径中配设了以加热催化体为代表的用于提高分解概率的机构，从而能够一边使压气体分解活化，一边导入至腔室内。因此，在等离子体CVD法中，能够使吐气体有利于微晶硅膜的形成，而不会增加导致膜品质降低的荷电粒子。另外，由于将例如SiH4气体那样的分解概率高的原料气体，经由未配设加热催化体的其他气体供给路径而导入至腔室内，因而能够抑制生成在热催化CVD法中导致膜品质降低的SiH2、SiH及Si，同时使SiH4气体有利于沉积膜的形成。并且，作为这些技术的结果，所述气体分离式等离子体CVD装置能够高速形成高品质膜。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2003-173980号公报。

发明内容
发明要解决的问题本发要解决的问题在于，由于气体分离式等离子体CVD装置根据气体分解概率来分离供给原料气体，因此，在形成沉积膜时，是否即使是小流量也能够均勻供给足够的原料气体从而沉积膜厚分布均勻的膜。例如，在形成微晶硅膜时，SiH4气体的流量比H2气体的流量少，两者比率为1/10 1/200。因此，难以从多个气体供给部均勻供给SiH4气体，由此，在沉积面积超过Im2的大型沉积膜形成装置中，沉积膜的面内的膜厚分布容易不均勻。本发明是基于这样的背景而做出的，目的在于，提供一种能够形成具有均勻膜厚分布的沉积膜的沉积膜形成装置及沉积膜形成方法。特别地，目的还在于，提供一种有效形成用于薄膜硅类太阳能电池的硅类薄膜的沉积膜形成装置及沉积膜形成方法。用于解决问题的手段本发明的一个方式的沉积膜形成装置，具有腔室；
第一电极，其位于所述腔室内；第二电极，其位于所述腔室内，且与所述第一电极隔开规定间隔，该第二电极具有第一供给部，其用于将第一原料气体供给至所述第一电极和所述第二电极之间的空间；多个第二供给部，它们用于将第二原料气体供给至所述空间；第一供给路径，其与所述第一供给部相连接，用于导入所述第一原料气体；第二供给路径，其与所述第二供给部相连接，用于导入所述第二原料气体，该沉积膜形成装置的特征在于，所述第二供给路径具有干流部，其具有用于导入所述第二原料气体的第一导入口 ；支流部，其具有多个气体流路，这些气体流路具有用于从该干流部导入所述第二原料气体的第二导入口，该支流部的多个所述气体流路分别与多个所述第二供给部相连接，所述干流部及所述支流部，具有使所述第二原料气体不以顺流的方式从所述第一导入口流至所述第二供给部的结构。另外，本发明的一个方式的沉积膜形成方法，使用上述沉积膜形成装置，在配置于所述第一电极和所述第二电极之间的基材上形成沉积膜，该沉积膜形成方法的特征在于，通过将所述第一原料气体及所述第二原料气体供给至所述第一电极和所述第二电极之间，来使它们产生等离子体，由此在所述基材上形成沉积膜。发明效果若采用上述的沉积膜形成装置及沉积膜形成方法，则由于具有上述结构，因而能够将流量少的原料气体从各供给部均勻地供给至腔室内，从而能够在基材上形成具有均勻膜厚分布的沉积膜。


图1是示意性示出本发明的沉积膜形成装置的一个实施方式的剖视图。图2是示意性示出了在本发明的沉积膜形成装置的一个实施方式中使用的第二电极的第二供给路径的结构的图，是沿图1的II-II线的剖视图。图3的(a)部分及图3的(b)部分是分别示意性示出了在本发明的一个方式的沉积膜形成装置的一个实施方式中使用的干流部和支流部的配置关系的放大剖视图。图4是示意性示出了在本发明的沉积膜形成装置的一个实施方式中使用的第二供给路径的变形例的剖视图。图5是示意性示出了在本发明的沉积膜形成装置的一个实施方式中使用的第二供给路径的变形例的剖视图。图6是示意性示出了在本发明的沉积膜形成装置的一个实施方式中使用的第二供给路径的变形例的剖视图。图7的(a)部分及图7的(b)部分是分别示意性示出了在本发明的沉积膜形成装置的一个实施方式中使用的第二供给路径的变形例的剖视图。
图8的(a)部分及图8的(b)部分是分别示意性示出了在本发明的沉积膜形成装置的一个实施方式中使用的第二供给路径的变形例的放大立体图。图9是示意性示出了在本发明的沉积膜形成装置的一个实施方式中使用的第二供给路径的变形例的放大立体图。图10是示意性示出了本发明的沉积膜形成装置的一个实施方式的剖视图。图11是示意性示出了在本发明的沉积膜形成装置的一个实施方式中使用的第二供给路径的变形例的剖视图。图12是示意性示出了在本发明的沉积膜形成装置的一个实施方式中使用的第二供给路径的变形例的放大剖视图。图13是示意性示出了在比较例的沉积膜形成装置中使用的第二供给路径的剖视图。
具体实施例方式下面，参照附图，对本发明的沉积膜形成装置的实施方式进行说明。<沉积膜形成装置>如图1所示，沉积膜形成装置Sl具有腔室1 ；第一电极7，其位于腔室1内；第二电极2，其位于腔室1内，且与该第一电极7隔开规定间隔。该第二电极2作为喷淋电极来发挥功能。另外，用于形成沉积膜的基材10配置在第一电极7和第二电极2之间。此外， 只要基材10位于第一电极7和第二电极2之间即可，并不限定于以第一电极7保持基材10 的方式。腔室1是反应容器，具有至少由上壁、周围壁及底壁构成的能够实现真空气密的反应空间。通过真空泵9对这样的腔室1的内部进行真空排气。另外，通过压力调整器(未图示)对腔室1的内部的压力进行调整。为了抑制来自排气系统的杂质混入到形成于基材 10上的膜中，真空泵9优选使用涡轮分子泵等干式系列的真空泵。使腔室1内的极限真空度在IXlO-3I5a以下，优选在IX 10-4 以下。另外，虽然根据制膜的膜种类而不同，但制膜时的腔室1内的压力为50 70001 。第一电极6具有阳极电极的功能，并内置有用于调整基材10的温度的加热器。第一电极7还作为基材10的温度调整机构来发挥功能，因而例如将基材10的温度调整为 100 400°C，更优选地调整为150 350°C。基材10能够使用由玻璃基板等构成的平板状基材，或者使用由金属材料或树脂等构成的薄膜状基材。第二电极2被配置为与第一电极7相对置，该第二电极2作为喷淋电极及阴极电极来发挥功能。第二电极2具有第一供给部4及第二供给部6，这些第一供给部4及第二供给部6将从第一供给路径3及第二供给路径5导入的气体供给至腔室1内。这些第一供给部4及第二供给部6朝向基材10开口。高频电源11与第二电极2相连接，能够使用13. 56MHz IOOMHz左右的频率。在 lm2以上的大面积制膜的情况下，优选使用60MHz以下的频率。通过从高频电源11向第二电极2供电，在第二电极2和基材10之间，在产生等离子体的空间8内形成等离子体。多个第一供给部4及多个第二供给部6，经由第一供给路径3及第二供给路径5而与多个气体钢瓶(未图示)相连接，这些气体钢瓶用于分别贮留不同的气体。从第一供给路径3及第二供给路径5导入的气体，在分别经由第一供给部4及第二供给部6而到达产生等离子体的空间8之前，基本上不混合。供给至多个第一供给部4及多个第二供给部6的气体包括第一原料气体和第二原料气体，其中，与第一原料气体相比，第二原料气体的分解概率更高。气体的总(Total)的分解速度定义为，expfAfe/We) XNgXNeXveX σ g。此外，Afe是原料气体的激活能 (离解能，dissociation energy)，k 是玻耳兹曼常数(boltzmann constant)，iTe 是电子温度，Ng是原料气体浓度，Ne是电子浓度，ve是电子速度，σ g则是原料气体的碰撞截面。此 W,exp (-AEa/kTe)表示分解概率。此外，有时也将exp (-Δ fe/kTe) X og表示为σ (Ea)。从第一供给部4经由第一供给路径3供给第一原料气体，从第二供给部6经由第二供给路径5供给第二原料气体。其中，如后所述，有时也会对在第一供给路径3中流动的第一原料气体进行分流，而使其一部分流向第二供给路径5 (与第二原料气体混合)。根据沉积膜的种类，适当地选择第一原料气体及第二原料气体。例如，在形成 a-Si:H(氢化非晶硅)或yc-Si:H(氢化微晶硅)等硅类薄膜的情况下，能够使用非硅类气体来作为第一原料气体，且使用硅类气体来作为第二原料气体。使用氢(H2)气等来作为非硅类气体。使用硅烷(SiH4)、二硅烷(Si2H6)、四氟化硅(SiF4)、六氟化硅(Si2F6)或二氯硅烷(SiH2Cl2)气体等来作为硅类气体。此外，在导入掺杂气体的情况下，P型掺杂气体使用二硼烷(B2H6)气体等，η型掺杂气体使用膦(PH3)气体等。就掺杂气体的供给路径来说，能够根据需要来选择第一供给路径3及第二供给路径5中的某个供给路径。其中，如后所述， 在具有设在第一供给路径3内的加热催化体(heated catalyzer) 12的情况下，优选经由第二供给路径5导入掺杂气体。在第一供给路径3内能够设置与加热用电源13相连接的加热催化体12，通过加热到500 200(TC左右的加热催化体12加热第一原料气体而使其活化，并且，在产生等离子体的空间8内也使其活化。此外，也可以使用电阻加热体等加热单元，以代替加热催化体 12。加热催化体(heated catalyzer) 12作为热催化体来发挥功能，该热催化体，通过对催化体施加电流而进行加热高温化，由此使与该催化体接触的气体被激活(分解)。就加热催化体12而言，至少其表面由金属材料构成。该金属材料优选由包括作为高熔点金属材料的Ta、W、Re、Os、Ir、Nb、Mo、Ru及Pt中的至少一种纯金属或合金材料构成。另外，加热催化体12的形状，例如是将如上述那样的金属材料做成线状的形状、板状或网眼状的形状。另外，在膜形成处理中使用加热催化体12之前，预先以膜形成时的加热温度以上的温度，将该加热催化体12预热数分钟以上。由此，在形成膜时，能够减少加热催化体12 的金属材料中的杂质掺杂到膜中。另外，通过在加热催化体12的上游一侧例如设置分散板14，能够使气体均勻地接触到加热催化体12，由此能够高效地使气体活化，所述分散板14具有由不锈钢构成的多个孔。由于沉积膜形成装置Sl具有上述结构，因而通过加热催化体12的加热而促进第一原料气体的分解，并且，未分解的第一原料气体或分解后再次结合的第一原料气体的温度也会上升，从而更加能够在产生等离子体的空间8促进气体分解。进而，以不使第二原料气体与加热催化体12接触的方式，该第二原料气体由第二供给部6供给，并在产生等离子体的空间8内使该第二原料气体被激活，因此能够高速地制膜，而不会过剩地分解第二原料气体，从而能够形成高品质的薄膜。特别，由于将通过加热催化体12提升了温度的氢气(第一原料气体)供给至空间 8，因而能够通过气体加热效果来在空间8内抑制高阶硅烷生成反应。在这里，高阶硅烷生成反应是指如下这样的通过SH2插入反应而生成高分子聚合物的反应1) SiH4+SiH2 — Si2H62) Si2H6+SiH2 — Si3H8……下面还接着进行同样的SiH2插入反应……。SiH4与等离子体中的电子碰撞，由此一起生成了 SiH2与作为制膜主成分的SiH3。 特别是在为了加快制膜速度而越提高等离子体的激励电力，则越会生成更多的SiH2，其结果，也生成更多的高阶硅烷分子。若如上述那样生成的高阶硅烷分子粘在制膜表面，则会破坏制膜表面上的沉积反应(膜生长反应)而导致劣化膜质，另外，进入膜中时也会破坏膜结构而导致劣化膜质。已知该高阶硅烷生成反应是放热反应。即，是通过将进行反应而产生的热量排放到空间而进行的三体反应。但是，若因上述气体加热效果而导致应排放热量的空间(具体而言是以氢气为主成分的空间)已经变热，则难以向该空间排放反应热。S卩，难以进行作为放热反应的高阶硅烷生成反应。因此，在等离子体的激励电力大的高速制膜条件下，也能够形成高品质的硅膜。例如，如图2所示，第二供给路径5具有干流部51，其在图示的上部和下部横向延伸；支流部52，其与位于上部和下部的干流部51相连接，且在图示的纵向上延伸。支流部52具有多个气体流路52a。在干流部51上未连接第二供给部6，而仅在支流部52的气体流路5 上连接有第二供给部6。另外，第二供给路径5具有用于将第二原料气体导入至干流部51的第一导入口 53，干流部51经由第一导入口 53而与导入路径55相连接，该导入路径55用于将第二原料气体导入至干流部51。进而，干流部51经由第二导入口 M而与支流部52的气体流路5 相连接，该第二导入口 M是用于使第二原料气体从干流部51流入支流部52的连接口。在这里，通过第一导入口 53的剖面的第二原料气体，以特定气体流的形式，在保持顺流性的同时流入干流部51，所述特定气体流是指，具有由气体流速等决定的某一扩散角度的气体流。使该第一导入口 53的气体流路之间的内壁长度A-B，比导入路径55的剖面开口长度C-D (在该情况下，与第一导入口 53的剖面开口长度C-E相等)更长，由此能够使保持顺流性的气体与内壁长度A-B的干流部内壁接触。由此，使第二原料气体的顺流性降低，最后沿着干流部51的内壁横向流动，从而使得顺流成分不会直接流入第二供给部6，而是将第二原料气体均等地分配至各支流部52。此外，在这里阐述了使第二原料气体先与作为干流部51内壁的A-B部内壁接触， 由此降低气体的顺流性的方法，但不限定于此。例如，如后所述，对于与第二原料气体接触的干流部51的内壁，例如也可以使用干流部51的这样一种内壁面，即不与支流部52连接， 并且与第二导入口 M相对置的内壁面。另外，为了简单起见，说明了与干流部51的长度方向相垂直地导入第二原料气体的情况，但不限定于此。下面，利用图3，对导入路径55和支流部52之间的位置关系进行说明。如图3的(a)部分所示，在俯视第二供给路径5时，将第一导入口 53的导入路径 55的剖面开口长度C-D设定为Dl，将干流部51的剖面开口长度A-F设定为D2，将支流部 52的剖面开口长度B-G设定为D3。从第一导入口 53向干流部51流入的气体的顺流成分，例如，存在向在图3的(a) 部分示出箭头的方向扩散的可能性。然而，使气体的顺流成分流入支流部52的流入深度 B-H在支流部的剖面开口长度D3以下，由此会降低气体的顺流性的影响，从而能够将第二原料气体均等地分配至支流部52的各气体流路52a。此时，由于将第二供给口 6入口的位置设在特定区域，即与第二导入口 M相隔不低于支流部52的剖面开口长度D3的距离的区域，因而顺流成分不会直接流入第二供给部6。另外，如图3的(b)部分所示，在沿干流部51的长度方向的方向上，第一导入口 53 和第二导入口 54(支流部52的气体流路52a)之间的距离L，在干流部51的剖面开口长度 D2以上，由此，气体的顺流成分流入支流部52的流入深度始终在支流部52的剖面开口长度 D3以下，从而能够将第二原料气体均等地分配至支流部52的各气体流路52a。如上所述，以在图3中示出的单纯结构为例，对第二供给路径5的干流部51及支流部52的结构进行了说明，但不限定于此。只要支流部52的多个气体流路52a中的每个气体流路5 分别与多个第二供给部6相连接，并且，在干流部51及支流部52中，第二原料气体不以顺流的方式从第一导入口 53流至第二供给部6即可。例如，只要对于支流部52的一个气体流路，与所述一个气体流路相连接的第二供给部6的入口不位于连接第一导入口 53和第二导入口 M的直线上即可。或者，只要在沿干流部51的长度方向的方向上，第一导入口 53和第二导入口 M之间的距离L在干流部51 的剖面开口长度D2以上即可。下面，对干流部51及支流部52的结构的变形例进行说明。在利用与图2同样的剖视图示出的图4的变形例中，第二供给路径5具有干流部 51，其在支流部52的上部和下部横向延伸；支流部52，其与位于上部和下部的干流部51相连接，且具有纵向延伸的多个气体流路52a。此时，在干流部51上未连有第二供给部6，而仅在支流部52的气体流路5 上连接有第二供给部6。另外，干流部51经由第一导入口 53 而与导入路径55相连接，且该干流部51经由第二导入口 M而与支流部52相连接，其中， 所述导入路径阳用于将第二原料气体导入至干流部51。此时，将第一导入口 53设在比与该干流部51相连接的支流部52的气体流路52a中位于最外侧的气体流路5 更靠外处。由于第二供给路径5具有上述结构，因而从导入路径55导入的第二原料气体与干流部侧壁A-B接触，由此降低气体的顺流性。因此，抑制了大量气体流入第一导入口 53附近的支流部52，由此将气体均勻地分配至支流部的各气体流路52a。其结果，能够将第二原料气体均勻地提供至腔室内，从而能够以均勻的膜厚在基材10上形成沉积膜。在该变形例中，也使特定的气体流路52a，即在与干流部51相连接的各气体流路 5 中位于最端部的气体流路52a，和第一导入口 53之间的长度D4在前述的干流部51的剖面开口长度D2以上，由此能够将第二原料气体均等地分配至支流部52的各气体流路52a。在利用与图2同样的剖视图示出的图5的变形例中，第二供给路径5具有干流部51，其在图示的上部和下部横向延伸；支流部52，其与位于上部和下部的干流部51相连接， 且具有在图示的纵向上延伸的多个气体流路52a。在干流部51上未连接第二供给部6，而仅在支流部52的各气体流路5 上连接有第二供给部6。另外，干流部51经由第一导入口 53而与导入路径55相连接，且该干流部51还经由第二导入口 M而与支流部52相连接，其中，所述导入路径55用于将第二原料气体导入至干流部51。此时，将第一导入口 53设在比在与该干流部51相连接的支流部52的气体流路52a中位于最外侧的气体流路5 更靠外处。在上部的干流部51中，其下表面一侧具有第一导入口 53和第二导入口 54，并且，通过第一导入口 53的剖面的气体向上方向流动之后，接触到与第一导入口 53相对置的干流部51的侧壁，由此降低气体顺流性，此后沿干流部51的长度方向流动。然后，将第二原料气体均勻地分配至支流部52的各气体流路52a。此外，在图5的变形例中，示出了设置两个干流部51的情况，但并不特别限定于此，也可以是一个干流部51。另外，导入路径55从一个管向两个方向分开而与两个干流部 51相连接，但不特别限定于上述结构。另外，并不限制第一供给路径3及第二供给路径5的剖面形状，也可以是圆形或多角形等。另外，如利用与图2同样的剖视图示出的图6所示，随着远离第一导入口 53，使支流部52的气体流路5 的气体流的垂直方向剖面面积(流路剖面面积)逐渐变大，由此能够将原料气体更加均勻地供给至腔室内。另外，如图7的(a)部分及图7的(b)部分所示，优选地，支流部52在其垂直方向上具有多层结构，其中，在该多层结构中，组合了供给空间和一个以上的缓冲空间，该缓冲空间是用于对第二原料气体的流速进行缓冲的缓冲部，该供给空间具有第二供给部6。例如，在图7的(a)部分所示出的结构中，第一支流部521是缓冲空间，第二支流部522是供给空间。另外，在图7的(b)部分所示出的结构中，第一支流部521及第二支流部522是缓冲空间，第三支流部523是供给空间。由支流部连接口 56 (第二原料气体所通过的开口) 连接这些各支流部。通过这样将支流部52制成多层结构，能够从第二供给部6更加均勻地供给气体。另外，如图7的(a)部分所示，优选地，将支流部连接口 56的个数设置为比第二供给部6的个数少，还使支流部连接口 56的开口剖面面积比第二供给部6的流路剖面面积小，由此能够进一步从第二供给部6均勻地供给气体。另外，如图7的(b)部分所示，优选地，多个支流部连接口 56不是以等间隔设在支流部52上，而是在支流部52的中央设置比端部更多的支流部连接口 56。进而，越接近支流部52的中央，则使支流部连接口 56的开口剖面面积越大，由此在以等间隔设置第二供给部 6的状态下，能够从第二供给部6均勻地供给气体。其结果，能够形成具有均勻膜厚分布的沉积膜。另外，如图8的(a)部分所示，也可以使干流部51与在垂直方向上延伸的导入路径55相连接。此时，通过第一导入口 53剖面的气体的流动方向是垂直方向，通过第二导入口 M剖面的气体的流动方向是水平方向。因此，使气体的顺流性对支流部52的影响进一步缓和，由此能够使气体均勻地流向多个气体流路52a。另外，如图8的(b)部分所示，也可以将第二导入口 M设在干流部51的垂直方向上。例如，使支流部52成为从干流部51向下方向延伸以后在水平方向上延伸，由此缓和气体的顺流性的影响，从而能够使气体均勻地流向多个气体流路52a。此外，也可以使支流部 52从干流部51向上方向延伸。另外，在设置多个第一导入口 53的情况下，通过在干流部51的两端设置第一导入口 53，能够将气体均勻地供给至腔室内。另外，在所设置的多个第一导入口 53的上游设有导入路径55，在该导入路径55中设置有用于控制气体流量的流量控制机构，由此能够控制供给至各第一导入口 53的气体流量，从而能够将气体更均勻地供给至腔室内。就流量控制机构而言，优选对位于第一导入口 53的上游的导入路径55的导流率 (Conductance)进行调节，只要利用阀或质量流量计(Mass Flow Meter)来调节导入路径 55的剖面面积即可。另外，如图9所示，流量控制机构还对气体向第一导入口 53流动的流动方向进行调节，由此缓和气体的顺流性的影响，从而能够减少大量气体流向与第一导入口 53接近的支流部52的气体流路52a。另外，如图10所示，在沉积膜形成装置S2中，也可以使第二供给部6的开口剖面面积越接近产生等离子体的空间8越大。由此，以使气体扩散至第二供给部6的周围的方式，将气体供给至腔室1内，因而能够将气体均勻地供给至与第二供给部6相对置的基材10 上表面。此外，由于图10的沉积膜形成装置S2的其他主要结构与图1相同，因而省略说明。另外，如利用与图2同样的剖视图示出的图11所示，也可以排列配置多个具有多个气体流路的支流部52，并且在多个支流部52的两端分别连接不同的干流部51。另外， 用于向干流部51导入原料气体的多个第一导入口 53，位于比连接在干流部端部一侧的支流部52更接近端部的一侧。进而，也可以通过彼此相对置的方式至少设置两个第一导入口 53。通过采用这样的结构，也能够使气体失去气体的顺流性而均勻地流向多个支流部52。进而，如图12所示，通过在干流部51的内部设置用于变更第二原料气体从干流部 51向支流部52流动的气体流的方向的整流构件57，能够进一步使气体失去气体的顺流性而均勻地流向多个支流部52。采用这样的结构，也能够使第二原料气体从第一导入口 53不以顺流方式流至第二供给部6。此时，也可以仅在第一导入口 53附近设置整流构件57。另外，例如也可以将第一供给部4及第二供给部6排列成格子图案或交错图案等各种图案。另外，也可以使第一供给部4和第二供给部6的个数各不相同。在第一原料气体的气体流量和第二原料气体的气体流量不同的情况下，例如，在第一原料气体的气体流量比第二原料气体的气体流量多的情况下，通过使第一供给部4的个数比第二供给部6的个数多，能够保持供给平衡而均勻地形成沉积膜。另外，第一供给路径3及第二供给部5也可以与气体调整部相连接，该气体调整部用于调整气体的流量、流速、温度等。另外，也可以设置缓冲空间，由此在混合区域混合由各钢瓶供给的气体之后，经由第一供给路径3及第二供给路径5，从第一供给部4及第二供给部6供给混合气体。另外，沉积膜形成装置也可以是设有多个制膜室的结构。例如在形成薄膜太阳能电池元件的情况下，例如包含P型膜形成用制膜室、i型膜形成用制膜室及η型膜形成用制膜室，只要至少一个制膜室具有上述结构即可。例如，通过针对要求膜厚厚且高品质的膜的 i型膜形成用制膜室应用上述结构，能够提高生产率，并在此基础上能够制造出转换效率高的薄膜太阳能电池。〈沉积膜形成方法〉在本实施方式的沉积膜的形成方法中，使用上述的沉积膜形成装置，在配置于第一电极7和第二电极2之间的基材10上形成沉积膜，本实施方式的沉积膜的形成方法的特征在于，将第一原料气体及第二原料气体供给至第一电极7和第二电极2之间，且产生等离子体，由此在基材10上形成沉积膜。具体而言，例如依次进行以下的工序在第一电极7上保持基材10的工序；对第二电极2施加高频电力的工序；在通过加热催化体12使第一原料气体活化的状态下，从第一供给部4向基材10供给第一原料气体，另外，从第二供给部6向基材10供给第二原料气体，由此在第一电极7和第二电极2之间，在产生等离子体的空间8内使第二原料气体活化的工序。经过这样的工序而被活化的第一原料气体和第二原料气体，在产生等离子体的空间8内混合，由此使得原料气体中的成分沉积在基材10上。由此，在基材10上迅速形成品质良好的沉积膜。在上述工序中，使用基材搬送机构(未图示)等搬送基材10，并将其保持在第一电极7上。并且将其固定在第一电极7上。利用第一供给路径3内的加热催化体12来加热第一原料气体，并仅从第一供给部 4供给被加热的第一原料气体，由此将使用加热催化体12来提升了温度的第一原料气体供给至产生等离子体的空间8，因而利用气体加热效果来在产生等离子体的空间8内抑制高阶硅烷生成反应。在形成氢化非晶硅膜的情况下，将吐气体供给至第一供给路径3，将SiH4气体供给至第二供给路径5。另外，只要将气体压力设定为50 700Pa，将H2/SiH4的气体流量比设定为2/1 40/1，将高频电力密度设定为0. 02 0. 2ff/cm2即可。对于具有i型非晶硅膜的Pin接合的薄膜太阳能电池，只要将i型非晶硅膜的膜厚形成为0. 1 0. 5μπι即可， 优选形成为0. 15 0. 3 μ m。在形成氢化微晶硅膜的情况下，将吐气体供给至第一供给路径3，将SiH4气体供给至第二供给路径5。另外，只要将气体压力设定为100 7000 ，将H2/SiH4的气体流量比设定为10/1 200/1，将高频电力密度设定为0. 1 lW/cm2即可。对于具有i型微晶硅膜的Pin接合的薄膜太阳能电池，只要将i型微晶硅膜的膜厚形成为1 4μ m即可，优选形成为1.5 3μπι而使结晶率为70%左右。在本实施方式的形成方法中，由于将使用加热催化体12来提升了温度的氢气(第一原料气体)供给至产生等离子体的空间8，因而利用气体加热效果来抑制空间8内的高阶硅烷生成反应，由此能够促进微晶硅膜的结晶，从而能够高速制膜。另外，与氢化非晶硅膜相比，在形成氢化微晶硅膜时，SiH4气体的流量比H2气体少很多。因此，在第一供给部4和第二供给部6之间气压不平衡而导致难以从各第二供给部 6均勻地供给SiH4气体，由此存在膜厚分布不均勻的可能性，但通过使用实施方式的沉积膜形成装置来进行沉积处理，能够降低这样不均勻的膜厚分布。另外，使第二供给部6的个数比第一供给部4的个数少，或者，使第二供给部6的开口剖面面积小，由此使第二供给路径5内的气体压力变大，从而能够从多个第二供给部6 均勻地喷出SiH4气体。
进而，还可以将供给至第一供给路径3的吐气体(第一原料气体)，分出一部分供给至第二供给路径5，由此能够使从第二供给部6供给的气体的总流量变大。由此，第二供给路径5内的气体压力(全压)变大，因而能够从多个第二供给部6均勻地喷出SiH4气体。此外，本发明并不限定于上述的实施方式，能够在本发明的范围内追加大量的修正及变更。例如，与支流部52的各气体流路52a的端部一侧相比，也可以将第二供给部6更多地设在中央一侧。或者，也可以越接近支流部52的各气体流路52a的中央部，使第二供给部6的开口剖面面积越大。通过这些结构，能够从第二供给部6均勻地供给气体。另外，在上述实施方式中，对在水平方向上设置电极和基材10的沉积膜形成装置进行了说明，但使用在垂直方向上设置电极和基材10的沉积膜形成装置也能够形成具有均勻膜厚分布的沉积膜。另外，在上述实施方式中，对利用加热催化体12的例子进行了说明，但也可以将多种原料气体分别分开导入至第一供给路径3和第二供给路径5，而不使用加热催化体12。另外，在设于第二电极2上的第一供给部4及第二供给部6中的多个供给部中，对于这些供给部的气体的出口，例如使它们的流路剖面面积变大，这样一来，第一供给部4具有产生空心阴极(Hollow Cathode)放电的空间，第二供给部6不产生空心阴极放电，或者产生该空心阴极放电的程度小。在这里，空心阴极放电是辉光放电的一种，具体是指，通过静电包围而使电子进行往复运动，此时电子的能量用于生成等离子体，由此等离子体密度变得极高的放电。这样的第二电极2的第一供给部4例如形成为锥形状或阶梯状，随着该第一供给部4的深度变深，使与深度方向的轴垂直的面的剖面面积变小，S卩，随着远离第一电极7而使剖面面积变小。因此，基于放电空间的环境压力的大小，在该凹部内的任意的深度的位置产生空心阴极放电。另外，对于第一原料气体，通过第一供给部4的空心阴极放电的高密度等离子体，能够更加促进第一原料气体的分解。由此，在更加促进第一原料气体活化的同时，能够降低第二原料气体过剩分解。另夕卜，将供给至第一供给路径3的第一原料气体，分出一部分来供给至第二供给路径5的情况下，通过第一供给路径3的第一原料气体至少被通过加热催化体12加热，且通过空心阴极放电的高密度等离子体能够更加促进第一原料气体的分解。进而，能够以足够的高速在基材10上形成高品质的沉积膜。另外，在形成a-SiC(非晶碳化硅)等SiC类宽隙膜(wide-gap film)时，在第一供给路径3上设置加热催化体12的情况下，无论是否存在具有产生空心阴极放电的空间的第一供给部4，都将吐气体供给至第一供给路径3，将硅烷(SiH4)气体及CH4气体供给至第二供给路径5。另外，在设置了具有产生空心阴极放电的空间的第一供给部4，而在第一供给路径3上不设置加热催化体12的情况下，将H2气体及CH4气体供给至第一供给路径3， 将硅烷(SiH4)气体供给至第二供给路径5。就该情况的沉积膜形成条件而言，只要将气体压力设定为100 700Pa，且将高频电力密度设定为0. 01 0. Iff/cm2即可。此外，将SiC类宽隙膜作为太阳能电池的光入射侧窗层使用。例如，对于具有P型非晶碳化硅膜的Pin接合的薄膜太阳能电池，只要将ρ型非晶碳化硅膜的膜厚形成为0. 005 0. 03 μ m即可，优选形成为0. 01 0. 02 μ m。此外，也可以将SiC类宽隙膜作为光活性层(i型层)使用。另外，在形成a-SiGe (非晶硅锗)等的SiGe类窄隙膜(narrow-gap film)时，在第一供给路径3上设置加热催化体12的情况下，无论是否存在具有产生空心阴极放电的空间的第一供给部4，都将H2气体供给至第一供给路径3，将硅烷(SiH4)气体、锗烷(GeH4)气体等的Ge类气体供给至第二供给路径5。另外，在设置了具有产生空心阴极放电的空间的第一供给部4，并且在第一供给路径3未设置加热催化体12的情况下，将吐气体、SiH4气体供给至第一供给路径3，将Ge类气体供给至第二供给路径5。就该情况的沉积膜形成条件而言，只要将气体压力设定为100 700Pa，且将高频电力密度设定为0. 01 0. 2ff/cm2即可。此外，SiGe类窄隙膜用于吸收Si膜所不能吸收的长波长的光。就具有i型非晶硅锗膜的[a-Si/a-SiGe/yc-Si]型的三层接合薄膜太阳能电池而言，只要将i型非晶硅锗膜的膜厚形成为0. 1 0. 5 μ m即可，优选形成为0. 15 0. 3μπι。就具有i型微晶硅锗膜的[a-Si/μ C-Si/μ C-SiGe]型的三层接合薄膜太阳能电池而言，只要将i型微晶硅锗膜的膜厚形成为1 4 μ m即可，优选形成为1. 5 3 μ m。对于利用上述制造方法形成的薄膜太阳能电池，由于通过高速且由高品质的膜形成，因而能够提高生产率而制作转换效率高的太阳能电池。就这样的薄膜太阳能电池而言， 例如可例举出双层结构和三层结构等。其中，所述双层结构是指，从受光面一侧开始层叠由非晶硅膜构成的半导体和由微晶硅膜构成的半导体而得到的结构；所述三层结构是指，层叠由非晶硅膜构成的半导体、由非晶硅锗膜构成的半导体以及由微晶硅膜构成的半导体而得到的结构，或者，层叠由非晶硅膜构成的半导体、由微晶硅膜构成的半导体以及微由晶硅锗膜构成的半导体而得到的结构。另外，只要能够利用上述制造方法形成上述半导体中的至少一个半导体即可。实施例下面，对将本发明更加具体化的实施例进行说明。如图1所示，沉积膜形成装置Sl具有腔室1 ；第一电极7，其配置在腔室1的下方；基材10，其配置在第一电极7上；第二电极2，其与第一电极7相对置。在第二电极2上设有多个第一供给部4和第二供给部，这些第一供给部4和第二供给部分别与第一供给路径3和第二供给路径5相连接，且在第一供给路径3的内部设有加热催化体12。如图5所示，在俯视时，第二供给路径5具有两个干流部51，它们在横向延伸；支流部52，其具有纵向延伸的多个气体流路52a，这些气体流路5 连接两个干流部51彼此。 并且，将通过第一导入口 53的剖面的气体的流动方向和通过第二导入口 M的剖面的气体的流动方向设定为180度反向，由此在与第二导入口 M相对置的一侧的干流部51的内壁面上降低气体流的顺流性。如图13所示，在俯视时，比较例的沉积膜形成装置的第二供给路径5具有两个干流部51，它们横向延伸；支流部52，其具有纵向延伸的多个气体流路52a，这些气体流路52a 连接两个干流部51彼此。并且，从第一导入口 53导入的原料气体，保持其顺流性而流入支流部52的气体流路52a。并且，使用该沉积膜形成装置Si，在基材10上形成了 i型微晶硅膜。对于此时形成i型微晶硅膜的各种设定条件，将腔室内的气体压力设定成800Pa，将基材的加热温度设定成190°C。另外，将导入腔室内的SiH4气体的供给量设定成3. 94X 10 -m3/s (25sccm)， 将H2气体的供给量设定成1. 57Pa · m3/s (IOOOsccm)。并且，针对在25cmX 25cm的玻璃基板上形成的i型微晶硅膜的膜厚的不均勻性进行了评价。此外，将最大膜厚作为TMax，将最小膜厚作为TMin，此时沉积膜的面内膜厚分布表示为，膜厚分布不均勻性=士 (TMax-TMJ/(TMax+Tmn) X 100(% )。相对于使用了比较例的沉积膜形成装置的膜厚分布不均勻性为士20. 47%，使用了本实施例的沉积膜形成装置的膜厚分布不均勻性为士7. 79%，因此大幅度改善了膜厚分布不均勻性。另外，确认比较例的膜厚分布，发现在位于第一导入口 53附近的中央支流部线上，i型微晶硅膜的膜厚厚，而随着向左右端部方向移动而膜厚变薄。另一方面，确认使用了本实施方式的沉积膜形成装置的膜厚分布，发现整个i型微晶硅膜大致有均勻的膜厚。附图标记的说明1 腔室2:第二电极3:第一供给路径4 第一供给部5:第二供给路径51 干流部52 支流部53:第一导入口54:第二导入口55 导入路径56:支流部连接口57 整流构件6 第二供给部7:第一电极8:空间10 基材12:加热催化体
权利要求
1.一种沉积膜形成装置，具有腔室；第一电极，其位于所述腔室内；第二电极，其位于所述腔室内，且与所述第一电极隔开规定间隔， 该第二电极具有第一供给部，其用于将第一原料气体供给至所述第一电极和所述第二电极之间的空间；多个第二供给部，它们用于将第二原料气体供给至所述空间； 第一供给路径，其与所述第一供给部相连接，用于导入所述第一原料气体； 第二供给路径，其与所述第二供给部相连接，用于导入所述第二原料气体， 该沉积膜形成装置的特征在于， 所述第二供给路径具有干流部，其具有用于导入所述第二原料气体的第一导入口 ；支流部，其具有多个气体流路，这些气体流路具有用于从该干流部导入所述第二原料气体的第二导入口，在该支流部的多个所述气体流路分别与多个所述第二供给部相连接， 所述干流部及所述支流部，具有使所述第二原料气体不以顺流的方式从所述第一导入口流至所述第二供给部的结构。
2.根据权利要求1记载的沉积膜形成装置，其特征在于，使所述第二原料气体不以顺流的方式从所述第一导入口流至所述第二供给部的结构是指如下结构在所述支流部的一个气体流路中，与所述一个气体流路相连接的所述第二供给部的入口，不位于连接所述第一导入口和所述第二导入口的直线上。
3.根据权利要求1记载的沉积膜形成装置，其特征在于，使所述第二原料气体不以顺流的方式从所述第一导入口流至所述第二供给部的结构是指如下结构在所述干流部的长度方向上，所述第一导入口和所述第二导入口之间的距离，在干流部的剖面开口长度以上。
4.根据权利要求1记载的沉积膜形成装置，其特征在于，使所述第二原料气体不以顺流的方式从所述第一导入口流至所述第二供给部的结构是指如下结构在所述干流部内设有整流构件，所述整流构件用于改变从所述干流部向所述支流部流动的所述第二原料气体的气体流的流向。
5.根据权利要求1至4中的任一项记载的沉积膜形成装置，其特征在于，排列配置多个所述支流部，且多个该支流部的两端分别与不同的所述干流部相连接。
6.根据权利要求1至5中的任一项记载的沉积膜形成装置，其特征在于， 在所述第一供给路径上设有加热催化体。
7.根据权利要求1至6中的任一项记载的沉积膜形成装置，其特征在于，在所述第一供给部中，扩大所述第一供给部的出口的流路剖面面积，使得产生空心阴极放电。
8.根据权利要求1至7中的任一项记载的沉积膜形成装置，其特征在于，随着远离所述第一导入口，所述支流部的所述气体流路的流路剖面面积变大。
9.根据权利要求1至8中的任一项记载的沉积膜形成装置，其特征在于，所述支流部具有缓冲空间，该缓冲空间是用于缓冲所述第二原料气体的流速的缓冲部，该缓冲空间具有多个使所述第二原料气体通过的开口。
10.根据权利要求9记载的沉积膜形成装置，其特征在于，所述缓冲空间的所述开口的个数比所述第二供给部的个数少。
11.根据权利要求9或10记载的沉积膜形成装置，其特征在于，所述缓冲空间的所述开口的剖面面积比所述第二供给部的流路剖面面积小。
12.根据权利要求9至11中的任一项记载的沉积膜形成装置，其特征在于，在俯视所述支流部时，与在所述支流部的两端侧相比，在中央侧设有更多的所述缓冲空间的所述开口。
13.根据权利要求1至12中的任一项记载的沉积膜形成装置，其特征在于，在俯视所述支流部时，越靠近位于所述支流部的中央的气体流路，所述气体流路的开口剖面面积越大。
14.一种沉积膜形成方法，使用根据权利要求1至13中的任一项记载的沉积膜形成装置，在配置于所述第一电极和所述第二电极之间的基材上形成沉积膜，该沉积膜形成方法的特征在于，将所述第一原料气体及所述第二原料气体供给至所述第一电极和所述第二电极之间， 且产生等离子体，由此在所述基材上面形成沉积膜。
全文摘要
本发明的一个方式的沉积膜形成装置，具有腔室；第一电极，其位于所述腔室内；第二电极，其位于所述腔室内，且与所述第一电极隔开规定间隔，该第二电极具有第一供给部，其用于将第一原料气体供给至所述第一电极和所述第二电极之间的空间；多个第二供给部，它们用于将第二原料气体供给至所述空间；第一供给路径，其与所述第一供给部相连接，用于导入所述第一原料气体；第二供给路径，其与所述第二供给部相连接，用于导入所述第二原料气体，该沉积膜形成装置的特征在于，所述第二供给路径具有干流部，其具有用于导入所述第二原料气体的第一导入口；支流部，其具有多个气体流路，这些气体流路具有用于从该干流部导入所述第二原料气体的第二导入口，在该支流部的多个所述气体流路分别连接有多个所述第二供给部，所述干流部及所述支流部，具有使所述第二原料气体不以顺流的方式从所述第一导入口流至所述第二供给部的结构。
文档编号H01L31/04GK102471886SQ20108002956
公开日2012年5月23日 申请日期2010年8月30日 优先权日2009年8月28日
发明者伊藤宪和, 松居宏史, 稻叶真一郎 申请人:京瓷株式会社