JP5357689B2 - 触媒ｃｖｄ装置、膜の形成方法、太陽電池の製造方法及び基材の保持体 - Google Patents

触媒ｃｖｄ装置、膜の形成方法、太陽電池の製造方法及び基材の保持体 Download PDF

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Description

本発明は、触媒ＣＶＤ法に用いられる触媒ＣＶＤ装置、膜の形成方法、太陽電池の製造方法及び基材の保持体に関する。
一般的に、太陽電池などの各種半導体デバイスなどを製造する際に、基材上に所定の堆積膜を形成する方法として、ＣＶＤ法（化学気相成長法）が従来から知られている。このようなＣＶＤ法の一種として、近年、触媒化学気相成長（Catalytic Chemical Vapor Deposition）を利用した触媒ＣＶＤ法が検討されている（例えば、特許文献１）。
触媒ＣＶＤ法においては、加熱したタングステンやモリブデンなどからなる触媒線を用いて反応室内に供給される原料ガスを分解し、保持体に保持された基材上に堆積膜を形成させる。触媒ＣＶＤ法は、プラズマＣＶＤ法のようなプラズマ放電が利用されないため、基材表面や堆積膜表面に与える悪影響が少ない成膜方法として期待されている。
特開２００５−３２７９９５号公報
上記触媒ＣＶＤ法では、触媒線は約１６００℃〜２０００℃程度にまで加熱される。この際、触媒線から輻射線（例えば、赤外線や可視光線など）が放出され、基材は輻射線を吸収することによって昇温される。
このとき、基材は、基材を透過し保持体によって反射された輻射線も吸収することによって、良質な膜を成膜するのに好ましい温度よりも高い温度まで過熱されやすい。このような状態で、基材上に膜を堆積すると、堆積膜の膜質が低下するおそれがある。また、このような問題は、半導体デバイスに限らず、触媒ＣＶＤ法によって堆積膜を形成する場合一般に生じる可能性がある。
本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、基材の過熱を抑制できる触媒ＣＶＤ装置、膜の形成方法、太陽電池の製造方法及び基材の保持体を提供することを目的とする。
本発明に係る触媒ＣＶＤ装置は、反応室内に設置され加熱した触媒線に原料ガスを供給し、生成された分解種を反応室内において保持体に保持された被成膜基材上に堆積させて成膜を行う触媒ＣＶＤ装置であって、保持体は、触媒線から放出される輻射線の反射を防止するための反射防止構造を有することを要旨とする。
本発明に係る触媒ＣＶＤ装置において、反射防止構造は、反射防止膜を含んでいてもよい。
本発明に係る触媒ＣＶＤ装置において、反射防止膜は、シリコン含有膜を含んでいてもよい。
本発明に係る触媒ＣＶＤ装置において、シリコン含有膜は、非晶質構造及び結晶構造の少なくともいずれか一方の構造を有していてもよい。
本発明に係る触媒ＣＶＤ装置において、反射防止膜は、混晶膜を含んでいてもよい。
本発明に係る触媒ＣＶＤ装置において、反射防止構造は、被成膜基材に対向するように設けられた凹凸構造を有していてもよい。
本発明に係る触媒ＣＶＤ装置は、反応室内に設置され加熱した触媒線に原料ガスを供給し、生成された分解種を反応室内において保持体に保持された被成膜基材上に堆積させて成膜を行う触媒ＣＶＤ装置であって、保持体は、被成膜基材を保持する保持面上に形成されたシリコン含有膜を有することを要旨とする。
本発明に係る膜の形成方法は、被成膜基材上に膜を堆積させて成膜を行う工程を含む膜の形成方法であって、上述した本発明に係る触媒ＣＶＤ装置を用いて膜の成膜を行うことを要旨とする。
本発明に係る太陽電池の製造方法は、被成膜基材上に膜を堆積させて成膜を行う工程を含む太陽電池の製造方法であって、上述した本発明に係る触媒ＣＶＤ装置を用いて膜の成膜を行うことを要旨とする。
本発明に係る基材の保持体は、反応室内に設置され加熱した触媒線に原料ガスを供給し、生成された分解種を反応室内において保持体に保持された被成膜基材上に堆積させて成膜を行うための基材の保持体であって、保持体は、触媒線から放出される輻射線の反射を防止するための反射防止構造を有することを要旨とする。
本発明によれば、基材の過熱を抑制でき基材の温度を好ましい温度範囲に制御することが容易な触媒ＣＶＤ装置を提供することができる。また、この触媒ＣＶＤ装置を用いることにより、膜質の良好な堆積膜及び太陽電池特性の良好な太陽電池を提供できる膜の形成方法及び太陽電池の製造方法を提供することができる。さらに、触媒ＣＶＤ装置に用いた場合において、基材の過熱を抑制できる基材の保持体を提供することができる。
実施形態に係る触媒ＣＶＤ装置１００の構成を示す概略図である。 実施形態に係る保持体３００の構成を示す概略図である。 実施形態に係るサンプル１の反射率を示す図である。 実施形態に係るサンプル２の反射率を示す図である。 実施形態に係るサンプル３の反射率を示す図である。 実施形態に係る保持体４００の構成を示す概略図である。 実施例２、実施例３及び比較例の保持体に保持された基材の表面温度の推移を示すグラフである。
以下において、本発明の実施形態に係る触媒ＣＶＤ装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。
ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
［触媒ＣＶＤ装置の構成］
以下において、本実施形態に用いる触媒ＣＶＤ装置の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、触媒ＣＶＤ装置１００の構成を示す概略図である。触媒ＣＶＤ装置１００は、反応室内に設置され加熱した触媒線に原料ガスを供給し、生成された分解種を反応室内において保持体に保持された被成膜基材上に堆積させて成膜を行う装置である。図１に示すように、触媒ＣＶＤ装置１００は、反応室１０、ガス供給管２０及びガス排出管３０を備える。
反応室１０は、触媒線１１及び取付け部１２を備える。反応室１０内には、基材２００を保持する保持体３００が収容される。
触媒線１１は、加熱されることによって、反応室１０内に供給される原料ガスを分解する。触媒線１１の両端は、取付け部１２に取付けられており、反応室１０の底面に対して垂直に配置されている。触媒線１１は、保持体３００の基材２００を保持する側の保持面と対向するように配置されている。触媒線１１と基材２００の被成膜面との距離は適宜設定されるが、例えば、１００ｍｍ〜１４０ｍｍ程度に設定される。触媒線１１は、通電によって、原料ガスを分解することができる温度（例えば、１６００℃〜２０００℃）に昇温される。原料ガスは、触媒線１１によって分解され、分解種が基材２００の第１主面２００Ａ上に到達することによって、基材２００上に堆積膜（例えば、半導体膜やＳｉＮ膜など）が成膜される。
触媒線１１の材料としては、Ｔａ，Ｍｏ，Ｗなどを用いることができる。また、触媒線１１は、表面に異種層を有していてもよい。この一例として、表面にホウ化物層が形成されたタンタル線が挙げられる。また、触媒線１１としては、直径が０．３ｍｍ〜２．０ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ〜１．０ｍｍのものが用いられる。
取付け部１２は、導電性を有する材料によって構成される。取付け部１２に電気的に接続された端子１３は、図示しない電源に接続されている。電源としては、定電流電源、定電圧電源、又は、定電流制御と定電力制御の両方が可能な定電流／定電圧電源を用いることができる。
ガス供給管２０は、反応室１０と原料ガス（例えば、ＳｉＨ４とＨ２）を溜めたガスボンベ（不図示）とに連通する。ガス供給管２０は、反応室１０内に原料ガスを供給するための流路である。
ガス排出管３０は、反応室１０内から原料ガスを排出するための流路である。また、ガス排出管３０は、反応室１０内を真空状態とするために、反応室１０内に残留する気体を排出することができる。
［保持体の構成］
次に、保持体３００の構成について、図２を参照しながら説明する。図２は、反応室１０内に配置された保持体３００の側面図である。
図２に示すように、保持体３００は、保持面３００Ｓ、基体部３１０、反射防止膜３２０及び保持構造３３０を有する。
基体部３１０は、保持面３００Ｓ上において基材２００を保持する基体である。基体部３１０としては、アルミニウムやステンレスなどの熱伝導の良好な金属材料を用いることができる。
基材２００は、堆積膜が形成される被成膜基材である。基材２００は、例えば、板状の形状を有しており、堆積膜が形成される第１主面２００Ａと、第１主面２００Ａの反対側に設けられる第２主面２００Ｂとを有する。図２に示すように、基材２００の第２主面２００Ｂは、保持面３００Ｓと対向する。
ここで、保持面３００Ｓには、凹凸構造が形成されている。凹凸構造のサイズは、例えば、高さ２μｍ〜５μｍ程度、ピッチ２μｍ〜５μｍ程度である。このような凹凸構造は、保持面３００Ｓにブラスト処理を施すことなどによって形成することができる。
なお、凹凸構造は、保持面３００Ｓの略全域に形成されていてもよいが、保持面３００Ｓのうち少なくとも基材２００の第２主面２００Ｂと対向する領域に形成されていることが好ましい。
保持構造３３０は、基体部３１０に取付けられる。保持構造３３０は、保持面３００Ｓ上において、基材２００を保持するものであればよく、例えば、基材押えマスクとマスク取付け部材の構成を採ることができる。保持構造３３０は、基体部３１０から脱着可能であってもよい。
反射防止膜３２０は、保持面３００Ｓ上に形成されている。本実施形態において、反射防止膜３２０は、保持面３００Ｓに形成された凹凸構造を覆っている。反射防止膜３２０は、触媒線１１から放出され基材２００を透過した輻射線（例えば、赤外線や可視光線など）の吸収などをすることによって、基体部３１０による輻射線の基材２００側への反射を低減させる。
また、反射防止膜３２０は、シリコンを含有するシリコン含有膜によって構成することができる。このようなシリコン含有膜によれば、基材２００を透過した輻射線を吸収することができるので、基体部３１０による輻射線の基材２００側への反射を低減させることができる。
図３は、ガラス基板上に形成された厚み２５０ｎｍのアルミニウム膜上に、プラズマＣＶＤ法を用いて厚み３μｍのアモルファスシリコン膜を形成することによって作製したサンプル１の反射率を示す図である。図４は、ガラス基板上に形成された厚み２５０ｎｍのアルミニウム膜上に、プラズマＣＶＤ法を用いてサンプル１より厚みの小さいアモルファスシリコン膜を形成することによって作製したサンプル２の反射率を示す図である。図５は、ガラス基板上に厚み２５０ｎｍのアルミニウム膜を形成することによって作製した、アモルファスシリコン膜を備えないサンプル３の反射率を示す図である。これらの図から、アモルファスシリコン膜を備えるサンプル１及びサンプル２の反射率が、アモルファスシリコン膜を備えないサンプル３の反射率よりも小さいことがわかる。
なお、シリコン含有膜としては、アモルファスシリコン膜のように略全体にわたって非晶質構造を含む膜や微結晶シリコン膜のように一部に結晶構造を含む膜を用いることができる。或いは、シリコン含有膜は、略全体にわたって結晶構造を含むものであってもよい。また、シリコン含有膜の材料としては、シリコンに限らず、シリコンゲルマニウムやシリコンカーバイドなどのシリコン合金を含むものを用いることができる。また、シリコン含有膜は、価電子制御用の不純物を含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。このようなシリコン含有膜は、触媒ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、或いは真空蒸着法などによって形成できるが、上述の触媒ＣＶＤ装置１００を用いることができるので触媒ＣＶＤ法が特に好適である。反射防止膜３２０は、例えば約１．５μｍ〜３μｍの厚みを有していればよい。
また、反射防止膜３２０は、アルミナ、チタニア、酸化クロムなどの混晶膜を用いて構成することができる。このような混晶膜を用いた反射防止膜３２０によれば、基材２００を透過した輻射線を結晶界面で散乱させ、輻射線の反射防止膜３２０への入射角を変えることができる。このため、基材２００を透過した輻射線を反射防止膜３２０内に閉じ込めることができるので、輻射線の基材２００側への反射を低減させることができる。なお、このような混晶膜は、蒸着法、プラズマ溶射法、或いは反応性スパッタ法など種々の方法で作製することができる。例えば、蒸着法を用い、ルツボに収容したアルミニウムを酸素雰囲気中で加熱蒸発させることで、アルミナの混晶膜を形成することができる。また、プラズマ溶射法を用い、作動ガスとして酸素を用いてアノードとカソードとの間に直流アーク放電により１００００℃を超える高温高速のプラズマ・ジェットを発生させ、この中にアルミニウム粉末を投入し、溶融と加速を行い成膜することで、アルミナの混晶膜を形成することができる。或いは、反応性スパッタ法を用い、アルミニウムターゲットを用いたスパッタ時に酸素を導入することで、アルミナの混晶膜を形成することができる。また、このような混晶膜を用いることにより、アモルファスシリコン膜を形成することができない保持体３００を用いた場合にも、保持面３００Ｓ上に反射防止膜３２０を形成することができる。
なお、反射防止膜３２０は、保持面３００Ｓの略全域に形成されていてもよいが、保持面３００Ｓのうち少なくとも第２主面２００Ｂと対向する領域に形成されていることが好ましい。
ここで、保持面３００Ｓ上に形成された反射防止膜３２０は、本発明に係る「反射防止構造」の一例である。「反射防止構造」とは、触媒線１１から放出され基材２００を透過した輻射線の基体部３１０による基材２００側への反射を防止するための構造体である。
［作用及び効果］
本実施形態に係る触媒ＣＶＤ装置１００において、保持体３００は、触媒線１１から放出される輻射線の基体部３１０による基材２００側への反射を防止するための反射防止構造としての反射防止膜３２０を有する。
従って、基材２００の第１主面２００Ａ上に堆積膜を形成する場合、触媒線１１から放出され基材２００を透過した輻射線（例えば、赤外線や可視光線など）の反射は反射防止膜３２０によって低減され、輻射線の一部は熱として熱伝導性の良好な基体部３１０に伝達される。そのため、基材２００が過剰に昇温されることが抑制され、基材２００の温度を好ましい温度範囲に制御することが容易になるので、良好な膜質を有する堆積膜を形成することができる。従って、このような保持体３００を用いて堆積膜を形成することにより、良好な膜特性を得ることができる。
また、本実施形態においては、反射防止構造は、保持面３００Ｓ上に形成された凹凸構造を有する。この場合、保持面３００Ｓで反射された輻射線の反射防止膜３２０内での光路長を長くすることができるので、輻射線をより効果的に吸収或いは閉じ込めることができる。その結果、基材２００の過熱をより一層抑制することができる。
また、保持面３００Ｓと反射防止膜３２０との密着性を向上させることができるので、保持面３００Ｓから反射防止膜３２０が剥離することを抑制することができる。
［その他の実施形態］
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
例えば、上述した実施形態では、保持面３００Ｓに凹凸構造を形成したが、このような凹凸は形成されていなくてもよい。即ち、図６に示すように、基体部４１０の平坦な保持面４００Ｓ上に反射防止膜４２０が形成された保持体４００を用いてもよい。
また、上述した実施形態では、保持体３００の反射防止構造は、反射防止膜３２０によって構成されることとしたが、これに限られるものではない。例えば、反射防止構造において、保持体３００は、第２主面２００Ｂと対向する領域、すなわち、基材２００を挟んで触媒線１１と対向する領域に形成された開口を有する構造であってもよい。この場合、触媒線１１から放出され基材２００を透過した輻射線は、保持体３００の開口を通過するので、保持体３００によって反射される輻射線を少なくすることができる。
また、上述した実施形態では、反射防止構造は、保持体３００と一体的に形成されることとしたが、これに限られるものではない。例えば、反射防止構造は、保持体３００とは別に形成された構造体であり、保持体３００に取付けられていてもよい。
また、上述した実施形態では具体的に触れていないが、本発明に係る触媒ＣＶＤ装置１００及び保持体３００は、非晶質Ｓｉ膜などの半導体膜やＳｉＮ膜などの半導体膜以外の膜の形成に用いることができる。さらに、触媒ＣＶＤ装置１００及び保持体３００は、半導体膜及び半導体以外の膜の少なくとも一方を備える太陽電池などの半導体デバイスの製造方法にも用いることができる。このように、本発明に係る触媒ＣＶＤ装置１００或いは保持体３００を用いることにより、基材２００が過剰に昇温されることが抑制され、基材２００の温度を好ましい温度範囲に制御することができるので、良好な特性を有する膜或いは太陽電池を製造することができる。
また、上述した実施形態では、触媒ＣＶＤ装置１００は、一の反応室１０のみを備える構成としたが、これに限られるものではない。触媒ＣＶＤ装置１００は、複数の反応室を備えていてもよい。これによって、同種膜或いは異種膜を基材２００上に重ねて形成することができる。
以下、本発明に係る保持体の実施例について具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することができるものである。
［保持体の準備］
（１）実施例１
実施例１に係る保持体として、平面状の保持面と、触媒ＣＶＤ法によって保持面上に形成された約２μｍ厚のアモルファスシリコン層とを有するアルミニウム板を準備した。
（２）実施例２
実施例２に係る保持体として、凹凸構造が形成された保持面と、触媒ＣＶＤ法によって保持面上に形成された約２μｍ厚のアモルファスシリコン層とを有するアルミニウム板を準備した。
（３）実施例３
実施例３に係る保持体として、平面状の保持面と、触媒ＣＶＤ法によって保持面上に形成された約１μｍ厚のアモルファスシリコン層とを有するアルミニウム板を準備した。
（４）比較例
比較例に係る保持体として、平面状の保持面を有するアルミニウム板を準備した。
［比較実験］
（１）実験１
まず、実施例１及び比較例それぞれの保持体に基材としてシリコン板を保持した。
次に、触媒線が配設された反応室内に各保持体を搬入し、基材と触媒線が対向するように配置した。
次に、触媒線を１６００℃〜２０００℃まで昇温した後、この状態で３００秒間待機した。
次に、基材の表面温度を測定したところ、実施例１の保持体に保持された基材の表面温度は３００℃であったのに対して、比較例の保持体に保持された基材の表面温度は約４００℃であった。
このような結果に至ったのは、実施例１の保持体では、保持体が有する反射防止構造によって、基材を透過して保持体に当たった輻射線の基材側への反射を抑制できたことによると考えられる。
（２）実験２
まず、実施例２、比較例及び実施例３それぞれの保持体に基材としてシリコン板を保持した。
次に、触媒線が配設された反応室内に各保持体を搬入し、基材と触媒線が対向するように配置した。
次に、触媒線を１６００℃〜２０００℃まで昇温させながら、基材の表面温度の推移を測定した。図７は、実施例２、実施例３及び比較例の保持体に保持された基材の表面温度の推移を示すグラフである。
図７に示すように、実施例２及び実施例３の保持体に保持された基材の表面温度は、比較例の保持体に保持された基材の表面温度に比べて、緩やかに昇温されることが判った。
このような結果に至ったのは、実施例２及び実施例３の保持体では、保持体が有する反射防止構造によって、基材を透過して保持体に当たった輻射線の基材側への反射を抑制できたことによると考えられる。
また、実施例２の保持体に保持された基材の表面温度は、実施例３の保持体に保持された基材の表面温度に比べて、緩やかに昇温されることが判った。
これは、実施例２の保持体が実施例３の保持体に比べて厚みの大きなアモルファスシリコン層を有すること、及び保持面に凹凸構造が形成されていることによって、触媒線から放出される輻射線の保持面での反射をより効率的に抑制できたことによると考えられる。
以上より、本発明により基材温度の過熱を抑制できるので、基材の温度を適正な温度範囲に制御することができることがわかった。また、本発明を用いることにより、膜質の良好な堆積膜及び太陽電池特性の良好な太陽電池を製造できるものと考えられる。
１０…反応室
１１…触媒線
１２…取付け部
１３…端子
２０…ガス供給管
３０…ガス排出管
１００…触媒ＣＶＤ装置
２００…基材
２００Ａ…第１主面
２００Ｂ…第２主面
３００…保持体
３００Ｓ…保持面
３１０…基体部
３２０…反射防止膜
３３０…保持構造
４００…保持体
４００Ｓ…保持面
４１０…基体部
４２０…反射防止膜

Claims (9)

  1. 反応室内に設置され加熱した触媒線に原料ガスを供給し、生成された分解種を前記反応室内において保持体に保持された被成膜基材上に堆積させて成膜を行う触媒ＣＶＤ装置であって、
    前記保持体は、前記触媒線から放出される輻射線の反射を防止するための反射防止構造を有し、
    前記反射防止構造は、１．５μｍ〜３μｍの厚みを有する反射防止膜を含む
    ことを特徴とする触媒ＣＶＤ装置。
  2. 前記反射防止膜は、シリコン含有膜を含む
    ことを特徴とする請求項１に記載の触媒ＣＶＤ装置。
  3. 前記シリコン含有膜は、非晶質構造及び結晶構造の少なくともいずれか一方の構造を有する
    ことを特徴とする請求項２に記載の触媒ＣＶＤ装置。
  4. 前記反射防止膜は、混晶膜を含む
    ことを特徴とする請求項１に記載の触媒ＣＶＤ装置。
  5. 前記反射防止構造は、前記被成膜基材に対向するように設けられた凹凸構造を有する
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の触媒ＣＶＤ装置。
  6. 反応室内に設置され加熱した触媒線に原料ガスを供給し、生成された分解種を前記反応室内において保持体に保持された被成膜基材上に堆積させて成膜を行う触媒ＣＶＤ装置であって、
    前記保持体は、前記被成膜基材を保持する保持面上に形成されたシリコン含有膜を有し、
    前記シリコン含有膜は、１．５μｍ〜３μｍの厚みを有する
    ことを特徴とする触媒ＣＶＤ装置。
  7. 被成膜基材上に膜を堆積させて成膜を行う工程を含む膜の形成方法であって、請求項１乃至５のいずれかに記載の触媒ＣＶＤ装置を用いて前記膜の成膜を行う
    ことを特徴とする膜の形成方法。
  8. 被成膜基材上に膜を堆積させて成膜を行う工程を含む太陽電池の製造方法であって、請求項１乃至５のいずれかに記載の触媒ＣＶＤ装置を用いて前記膜の成膜を行う
    ことを特徴とする太陽電池の製造方法。
  9. 反応室内に設置され加熱した触媒線に原料ガスを供給し、生成された分解種を前記反応室内において保持体に保持された被成膜基材上に堆積させて成膜を行うための基材の保持体であって、
    前記保持体は、前記触媒線から放出される輻射線の反射を防止するための反射防止構造を有し、
    前記反射防止構造は、１．５μｍ〜３μｍの厚みを有する反射防止膜を含む
    ことを特徴とする基材の保持体。
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