CN1032021C - 应用微波等离子体cvd连续形成大面积实用淀积薄膜的方法和装置 - Google Patents

Abstract

介绍一种用微波等离子体CVD工艺连续形成大面积实用沉积膜的方法，该法包括：沿长度连续移动含导电部件的带状部件的步骤，此间通过将移动式带状部件构成成膜空间侧壁，于其内建立起基本上可保持真空的柱状成膜空间；再通过送气装置向成膜空间充入用于成膜的原始气体；同时通过微波天线在所有垂直于微波运动的方向上辐射微波，由此向成膜空间提供微波功率，使在空间内激发起等离子体，从而将薄膜沉积在暴露于等离子体侧壁的连续移动的带状部件表面上。本文也介绍了实现该方法的装置。

Description

本发明是关于一种利用能在大范围内产生均匀微波等离子体的新型微波能量发生器造成的等离子反应来离析和激励原始气体以连续形成大面积实用淀积薄膜的方法和装置。具体是说，本发明是关于一种以高速、急剧增加原始气体的利用效率来连续形成均匀性良好的大面积实用淀积薄膜的方法和装置。籍此就可以廉价地实现类似光电器件等的大面积薄膜半导体器件的大量生产。

当今电能需求在世界范围内剧烈增大。作为一个世界性的问题，对于如何进行电能生产来满足这一需求已经进行了多方面的研究。目前是通过水力发电、蒸汽发电和原子能发电来生产电能。这些发电设施中，依靠于降雨量的水力发电难以保证稳定的电量的生产。蒸汽发电利用如石油、煤等的所谓化石燃料，它是当前满足大部分电力消耗的发电设施。但是，这些化石燃料数量是有限的，再加上存在着发电过程中不可避免地要放出二氧化碳而带来全球温室效应这一重大问题。因而，进行了关于转变为其它发电设施的必要性的探讨。

在这种情况下，原子能发电受到很大的关注，在电力生产中原子能发电所占有的比例呈增长趋向。但是由于原子能发电很有可能带来对于所有生物都生死悠关的严重问题，即放射性污染问题，安全保障至关重要，对此已引起全球范围的讨论。

出于这些考虑，近年来“太阳能发电”已经引起了很大的注意，并提出了大量有关太阳能发电的建议。然而，所有这些已提出的太阳能发电设施均完全不能用于从满足电力需求上考虑的电能生产。迄今所建议的太阳能发电设施可大致分为下列两类。

A类，利用阳光将水加热至沸腾而产生蒸汽(光-热转换)，再在加热器中发电(热-电转换)。

B类：通过太阳能电池作光-电转换而发电。

A类太阳能发电设施是经过两级能量变换的发电装置，系统的能量变换效率很低。目前虽有小型电站开始试验，但还没有进入使用阶段。

另一方面，关于B类太阳能发电设施，则已提出了许多方案，其中有一些已实际应用在诸如手表、台式计算器等的电源中。用于电力目的发电设备已在作小规模的试验，但仍处于研究阶段。

这是因为在大规模地稳定地生产电力时有些问题尚待解决，其中最大的一个问题就是：工业上是否有可能制造面积足够大到适于大规模电力生产需要的太阳电池，因为产生电能的能力与太阳能电池的面积成正比。太阳能电池具有存在于半导体层中的许多半导体结，例如所谓的p-n结、p-i-n结等等，它们均为起重要作用的成员。这些半导体结是籍助将不同导电型的半导体层相重叠，将一种导电型的掺杂物注入另一种导电型半导体层(如离子注入)中，或以热扩散法将掺杂物扩散进半导体层等方法形成的。已提出有多种材料用来构成半导体层，但主要不外乎多晶硅(今后简称为“X-Si)，非晶硅(今后简称为“a-Si”)和化合物半导体材料。

在采用上述任一种材料的场合中，均存在着像均匀性、重复性等的生产问题，光-电转换效率问题，以及生产成本问题，因而迄今大量生产大面积太阳能电池的生产过程和满足大功率要求的太阳能电池的元件结构均未达到完善程度。

特别是，应用单晶硅的太阳能电池组的制造是将由硅晶体上切割下的硅片经离子注入形成p-n结，而后再将这些经过注入处理的硅片尽可能紧密地互相连接安装起来。这种太阳能电池元件的生产过程不适用于处理大量具有大面积的衬底。首先，具有大直径的单晶硅晶体是极为昂贵的。在切割硅片的过程中会产生大量不能被利用的部分被当作切屑处理。这些均使得单晶硅太阳能电池生产的成本增加。到目前为止还没有找到解决上述问题的有效方法。谈到采用多晶硅的太阳能电池，虽然其光电变换效率略胜于采用a-Si的太阳能电池，但对作为其特性的决定性因素之一的晶粒大小的控制技术尚未完善。而且其器件的加工过程与单晶硅太阳能电池的几乎相同，因而亦不适应大规模生产。

X-Si，或者处于单晶形式或者处于多晶形式，具有晶体的固有特性，即易于断裂。因而对室外条件下的太阳能发电必须要用严格的保护材料。太阳能电池组单元覆盖以保护材料。重量增加，而给安装场所和环境带来了限制。

另一方面，在应用a-Si制造大面积太阳能电池中，含有一种例如磷化氢(PHs)，乙硼烷(B₂H₃)等掺杂成分的原始气体与用作基本原始气体的硅烷相混合，并经辉光放电离析以获得所需导电型的半导体层。在所要求的衬底上依次淀积，多层半导体层以便以得到半导体结。这样就可看到制造这种太阳能电池就比应用x-Si时要便宜。

至于辉光放电离析过程，技术上已经实现了射频(RF)辉光放电离析工艺，事实上已在广泛使用。但是人们利用这种方法只可以在低的淀积速率条件下形成较高质量的半导体层，但却难以高速度大面积范围地形成适用于太阳能电池的高质量半导体薄膜。无庸置言，为补充电力需求而以工业规模制造太阳能电池将是艰巨的任务。

关于以高速度形成高质量淀积薄膜的工艺，注意力已经集中到应用微波的等离子方法。由于微波频率很短，有可能相对于通常应用RF的方法来增大薄膜形成腔中的功率密度。这一工艺适宜于有效地产生和维持等离子体。

例如，美国专利No4517223及4504518叙述了籍助微波功率促成辉光放电在低压下于衬底上淀积薄膜的工艺过程。根据上述专利，它们形成淀积薄膜的过程是在低压下进行的，这还带来附加的优点，如减少在大功率负载时会导致淀积薄膜特性降低的游离基复合的数量。减小等离子体中形成粉末(如聚硅烷)的程度，以及提高薄膜形成速度。但对等离子体发射微波能量的效率不理想。在上述原一专利中揭示了用作慢波电路的两个微波发生装置的方案，它们互相间不平行。并且安置在与衬底平行的平面上。较具体点说，所揭示的内容是：将微波发生装置的中心轴最好交叉地安置在与衬底相平行的平面上，并在一与衬底运动方向成直角的直线上；而且为了防止两个微波发生装置间的干扰，微波发生装置被设置得相对于衬底运动方向作相当波导管主边一半长的横向位移。

作为一种在微波发生装置中较易处理的天线系统，如图18和19所示的微波等离子CVD装置在例如日本专利No.57-53858和日本公开的专利申请No.61-283116中有介绍。在这些装置中，天线为一由微波传输材料制成的圆柱所包围，而且一薄膜形成腔即由该圆筒作气体密封。微波由薄膜形成腔之外导入。结果，因防止了在天线上淀积薄膜而延长了天线的寿命，保证能在较宽的压力范围内产生高密度的等离子体。在图19所示的装置中，一反应容器1901内部装设有一设置在衬底基座1902上的衬底1903和一微波发生装置。标号1904为一用作微波发生装置的同轴线。微波能量由同轴线1904的伸出导体的切割部分构成的空间1905供给，经过一微波可穿透的圆筒1906进入反应容器1901。但是，应用这一装置显然难以在具有大面积的衬底上均匀地形成a-Si薄膜，事实上，也没有专门谈到对大面积均匀形成薄膜的问题。另一方面，在图18所示的装置中，反应容器1801具有一用作微波发生装置的天线棒1802，一进气口1803，一连接到真空泵1804的排气口1805，以及安装在石英柱1806上的衬底1807。由一微波谐振器产生的微波能量经波导管1808传送，并且经天线棒1802和微波发送元件1809送入由石英筒1806所包围的空间内，在其中产生要作等离子处理的等离子体。但是由于这种通过天线棒传输而将微波功能(能量)发射到空间的天线棒的固有特性，微波能量沿天线棒的长度上衰减，而难以做到等离子体在沿着该长度方向上均匀一致。

作为公知的另一种形式微波发射装置的谐振腔系施，已提出了数种促使等离子体均匀的措施。例如在期刊Joarral of Vacuum Scienec TeehnolosyB-4(Jan.-Feb.，1986)295-298页及B-4(Jan.-Feb.，1986)126-130页就有这方面的报导。这些报导的内容是关于一种被称之为盘式微波等离子源(microwave plasma disc Source，简称为MPDS)的圆柱形空腔谐振式微波反应器。具体点说，等离子层呈圆盘形，并作为谐振器的组成部分被包容在圆柱形空腔谐振器内，其直径则随微波频率的大小而定。这些报导均表明MPDS备有可改变谐振器长度的机构，以适应微波频率的变化。在设计为245GHz工作频率的MPDS中，等离子体的约束直径最大约10cm，等离子体体积约为118cm³。这与大表面积相差甚远。报告中还谈到，在为较低频率(915MHz)下工作所设计的系统中，较低频率源将提供直径约40cm，体积为2000cm³的等离子体。

报告中还进一步叙述了在低频(例如400MHz下工作时，放电直径将增大到超过1m。为达到这一目的，必须设计一种适应大电功率的特殊型式的微波振荡器。即使成功地装备了这样一种微波振荡器，由于根据防止对通讯线路干扰的射电立法对工业用频率的限制，这种振荡器的应用也是难以实现的。

另外还有一种型式的微波发生装置，就是日本公开的专利申请No.55-141729和57-133636中推荐的应用电子回旋加速器共振(ECR)的系统。这些系统包含有在成为等离子室的谐振腔周围同轴装设的电磁体。由此电磁体在微波导入窗口附近产生875高斯的磁场以建立电子回旋共振(ECR)条件，从而来强化微波到等离子体的耦合速率，促使产生高密度等离子体。此高密度等离子体顺着由电磁体所产生的弥散磁场传送，籍此来在所需的衬底上形成所希望的淀积薄膜。

在利用空腔谐振器方面，这一系统与前述的圆盘式微波等离子源系统(MPDS)相似。但是在MPDS系统中谐振腔内的一部分为等离子体所占据，而ECR系统则与之不同，它是在谐振腔内部全为等离子体所充满，并且是利用的电子回旋共振现象。

在关于这一领域的理论学术界，已发表了一系列应用这种由ECR系统产生的高密度等离子体来形成各种型式半导体薄膜的文章。这种ECR型微波等离子体CVD装置已进入市场。

在应用这些ECR系统的工艺过程中，由谐振腔外面的弥散磁场来控制等离子体，这样，电磁体所产生的磁场在衬底表面分布是不均匀的，因而很难在大面积衬底上形成匀质的淀积薄膜。

日本公开的专利申请No.63-283018中揭示了一种工艺，部分地克服了上述困难，改善了薄膜厚度分布和薄膜质量。在这一方案中，在置于谐振腔周围的电磁体外设置有位于衬底周围的磁场发生装置(例如说，第二电磁体)，由来获得薄膜厚度和质量分布上的均匀性。但是，此第二电磁体体积太大，而且即使装置上安设了这样大的电磁体，也仅仅获得大约15cm直径范围的薄膜质量和厚度的均匀性。

如上所述，除了设置像射频(RF)或微波这样的高频发生装置外，看来要连贯地淀积多层具有所需导电型的半导体薄膜以构成半导体结来生产太阳能电池器件，还需设计一连续的薄膜形成装置。

作为这样一种连续薄膜形成装置的例子，已提出的一种装置，其中具有为形成多层半导体薄膜的多个分开的薄膜形成室，它们经由分配阀连接，在各个薄膜形成室中配置有一对平行的平板式的RF电极。在这一装置中，各层半导体薄膜是在各自的薄膜形成室中、在与其他薄膜形成室隔绝的情况下，籍助RF辉光放电离析技术淀积而成的。较具体地说就是，这里建议采用一种所谓的三室分离式连续薄膜形成装置来作为淀积具有p-i-n结的半导体器件的连续薄膜形成装置。各自在形成-p型半导体层、-i型半导体层和-n型半导体层的薄膜形成室中依赖分配阀相互隔开，各半导体层均由RF辉光放电离析法形成。在各层淀积期间，薄膜形成周期，排气、传送和薄膜形成是重复进行的，因而薄膜形成需很长时间。此外，衬底的宽度受分配阀的限制。因此说，这一装置完全不是一种能生产在数量上足以替代当前电力生产设施的太阳能电池器件的连续薄膜形成装置。

相反，美国专利No.4400409揭示了一种卷轴到卷轴地连续形成薄膜的装置，它基本上没有对薄膜形成时间和衬底宽度进行限制，因而很实用。在这一装置中，通过具有所希望宽和适当长的灵活的带状衬底，沿衬底方向设置多个RF辉光放电区。在各RF辉光放电区中形成主要由a-Si构成的半导体薄膜。该带状衬底沿着长度方向作基本上是水平的连续传送。因此就可产生具有对应于RF辉光放电区数量的多层半导体层组成的半导体结的器件。在此专利中谈到设置气门来防止在个别半导体层形成时所用的掺杂气体对其它RF辉光放电区的扩散和掺合。较具体说，利用气门将RF辉光放电区相互隔离是籍助于用作气体隔离通道的许多缝隙来实现的。在各隔离通道上装设一个形成净化气体(例如氩、氢等)流的装置。

但由于各半导体层的形成是采用RF等离子体CVD方法来实现的，要保证连续形成薄膜的特点就不可避免地要对薄膜淀积速率的改善有所限制。例如说，甚至在半导体薄膜厚度最大为5000埃时，薄膜的淀积速度亦缓慢到必须沿着增长的带状衬底的传送方向在很大面积上不断激发给定的等离子体，并均匀地维持这一等离子体。为做到这一点，需要相当熟练的技巧，而且难以将各种有关的等离子体控制参数归纳规则化。而且用于形成薄膜的原始气体的离析和利用效率亦不高，这成为使生产成本增高的一个因素。

日本公开的专利申请No61-288074揭示了一种利用改善的卷轴到卷轴地连续形成薄膜工艺的淀积薄膜形成装置。在这一装置中，在一反应容器内形成一组其中部分具有弧形区段的灵活的连续带状部件，由不同于该反应容器的一激活区所产生的活性物质即被传送到该弧形区段上。此后，将该活性物质引入反应容器，借助热能促进化学互作用，由此而在上述带状部件的弧形区段的内表面形成淀积薄膜。在弧形区段内表面淀积将使装置紧凑，此外，利用事先激活的物质将使薄膜形成速度较之已知的淀积薄膜形成装置要高。

这种装置利用热能促成的化学相互作用来进行薄膜形成反应。因之，对淀积薄膜形成装置的反应容器与激活场所之间的距离和薄膜形成条件的限制。取决于热能的供给状况，活化物质与其他分子之间发生作用的或然率，以及活化物质去活前的寿命。这给大面积成膜带来了困难。

半导体薄膜不仅仅在上述太阳能电池上获得成功的利用，而且适用于需要大面积或细长薄膜的半导体薄膜器件，例如用于驱动液晶显示的图像元件的薄膜晶体管(TFT)，用于触摸式图象传感器的光电变换元件，以及开关元件。实际上，某些半导体薄膜已经在图象输入和输出装置中被用作关键部件。但是，能以高速度形成高质量均匀性能强的大面积薄膜的新淀积薄膜形成工艺的出现，将会使半导体薄膜推广普及应用。

本发明的一个目的是为形成实用性的淀积薄膜提供一种新方法和装置，它们能克服现有的形成薄膜半导体器件的方法和装置中存在的问题，并能以高速度在大面积范围内均匀地形成高质量的实用淀积薄膜。

本发明的另一目的是提供一种在带状(细长的)部件上连续地形成高质量实用淀积薄膜的方法和装置。

本发明的又一目的是提供一种方法和装置，它们能极大地提高用于形成淀积薄膜的原始气体的利用效率，并能以低成本实现半导体薄膜器件的大规模生产。

本发明的再一个目的是提供一种方法和装置，它能在大面积范围和大容积内激发并保持基本上均匀的等离子体。

本发明还有一个目的是提供一种方法和装置，它能使为在大面积范围和大容积内产生微波等离子体的等离子电位可作均匀地、可重复地和稳定地的调节。

图1和图2分别为按照本发明的一种薄膜形成室及外围机构的透视图；

图3和图4分别为说明形成太阳能电池的p、i和n型半导体层的装置构造的示意图；

图5为微波同轴线的详细说明；

图6为沿图5中截线A-A′的剖面图；

图7为一介质波导管和一原始气体输入管的交换机构的说明图；

图8(a)和8(b)分别为说明薄膜形成室的排出口的工作的示意图；

图9(i)-9(v)和图10(i)-10(v)分别为说明安装和拆卸带形衬底机理的示意图；

图11为说明一现有RF等离子CVD装置的示意图；

图12(a)-(d)分别为薄膜形成结果的图形表示；

图13-17分别为淀积薄膜结构的示意图；

图18和19分别为现有微波天线系统的说明图；

图20为一现有的卷轴到卷轴地连续形成薄膜的装置的说明图；

图21(a)-21(d)为说明偏置供给装置的典型结构的示意图；

图22为利用本发明一实施例中所得到的偏置电压时的电流一电压特性曲线；

图23为等离子电位随本发明的实施例中所得的偏置电压变化而变化的速率图表。

为解决现有半导体淀积薄膜形成装置存在的问题并达到本发明的目的，进行了深入的研究，结果发现，如果薄膜形成室的侧壁由可以连续移动的带状部件组成，并在薄膜形成室维持在原始气体易于扩散的压力的条件下，由微波天线单元经由微波传送部件将微波功率向着薄膜形成室的侧壁发送的话，就可能因上述共同作用的协合效果，以良好的均匀性连续形成大面积的实用淀积薄膜，而不管所引用的微波和原始气体的不均匀性如何。

还发现，如果将一偏置电压加到薄膜形成室中分别设置的带状部件的偏置供给装置的话，就可以激发出沿微波天线长度方向均匀的微波等离子体，而且等离子电位还可恰当地调节。

本发明就是基于上述发现完成的，目的是想实现一种按照微波等离子体CVD工艺来连续地形成大面积实用淀积薄膜的方法和装置(如下面所介绍的)。

按照本发明的一个实施方案，这里提出了一种按照微波等离子体CVD方法来连续地形成大面积实用淀积薄膜的方法。本发明的这一方法包括：连续地沿着其长度方向移动一含有导电部分的带状部件，这时就建立起一个其内部能基本保持真空的柱状薄膜形成空间，而该移动中的带状部件即作为此薄膜形成空间的一个侧壁；通过一气体供给装置将用于形成薄膜的原始气体充入薄膜形成空间；同时通过一微波天线在所有垂直于微波活动方向的方向上发射微波，以便为薄膜形成空间提供微波功率，在该空间内激发等离子体，由此在构成曝露于等离子体的侧壁的连续移动的带状部件的表面上淀积薄膜。

在本发明的方法中，在带状部件移动途中设置有一弧形起始边形成装置和一弧形结束边形成装置，以便在弧形起始边形成装置与弧形结束边形成装置之间、沿着带状部件的长度方向上构成一个空间，从而使该带状部件弯曲成弧形而构成薄膜形成空间的侧壁。

微波天线从以带状部件作为侧壁所形成的柱形薄膜形成空间的两个相对端面之一伸进此薄膜形成空间，从而将微波功率(能量)送入薄膜形成空间。

所发明的方法还包括这一过程：即为带状部件选择一种线性膨胀系数大于淀积薄膜线性膨胀系数的材料；在将带状部件保持处于较室温为高的所要求的薄膜形成温度的条件下将带状部弯成弧形，以便在其弧形边的凹面形成淀积薄膜；以及将被弯曲的带状部件展开使其在薄膜形成空间外面呈平面状态，同时将此带状部件冷却到室温并将平面部件排出装置之外，或者将被弯曲的带状部件缠成卷形排出装置之外。

在籍助微波天线装置经由设置在微波天线装置和薄膜形成空间之间的一微波发送部件将微波能量送到薄膜形成空间的同时，此微波天线装置应与薄膜形成室内所激化的等离子体隔离。

该微波发送部件的外径最好根据等离子体的复合介质常数加以调整和选择。

按照本发明的另一实施方案，提出了一种依靠微波等离子体CVD方法在一连续移动的带状部件上连续地形成大面积实用淀积薄膜的装置，此装置包括有：以一带状材料作为侧壁所构成的一柱状薄膜形成室，此带状部件通过一支撑和传动装置连续地沿长度方向移动，并为置于其移动途中的弯曲部分成形装置弯成弧形；维持薄膜形成室内部基本为真空状态的装置；能馈送在薄膜形成室内激发等离子体所需能量的微波同轴线；一中心导体隔离装置，它由一能发射从同轴线传送来的微波功率的部件构成，并能将同轴线的中心导体与用于形成薄膜的原始气体隔离；薄膜形成室的排放装置，和将原始气体导入薄膜形成室的装置。采用这一装置，能在连续移动的、并构成薄膜形成室侧壁的带状部件的内表面上连续地形成淀积薄膜。

在本发明的装置中，弯曲部分成型装置由一弯曲起始边成型辊筒，一弯曲结束边成型辊筒，以及支撑弯曲部分的端面的环组成，它们作互相面向的排列，即弯曲起始边成型辊筒和弯曲结束边成型辊筒互相平行安置，而在沿着带状部件的长度方向上留有空间。

本发明的装置是这样设置的，即同轴线的中心导体由柱状薄膜形成室的两个相对端面之一延伸到薄膜形成室的内部，并与带状部件相平行地安装在柱状薄膜形成室的中轴线邻近。

本发明装置中由微波发送部件构成的中心导体隔离装置是轴对称的，而且此隔离装置至少在一端有一真空接头。此隔离装置可以作成任一圆柱形、截头圆锥形或者圆锥形。

本发明的优选实施方案中，同轴线上至少设置有两个调谐装置，其中之一用作中心导体伸入薄膜形成室内时的引入长度调节装置。

按照本发明的另一实施方案，本发明的方法还采取下述用微波等离子体CVD法连续地形成大面积实用淀积薄膜的过程，它包括：连续地沿长度方向移动一带状部件，此时就依靠这一移动中的带状部件作为薄膜形成空间的侧壁而建立起一能基本保持真空的柱状薄膜形成空间；通过一气体供给装置将能靠激活等离子体来形成薄膜的原始气体充入薄膜形成空间；同时经过微波天线在所有垂直于微波运动的方向上发射微波，以便将微波功率输送到薄膜形成空间来激发等离子体，当对微波等离子体的电位加以调节时，在曝露在等离子体中的连续移动的带状部件的表面上淀积薄膜。

在本发明的这一方法中，在带状部件移动的路径上设置有一弯曲起始边成型装置和一弯曲结束边成型装置，以便能在弯曲起始边成型装置和弯曲结束边成型装置之间、顺着带状部件长度方向上有一个空间，从而将带状部件弯曲成为薄膜形成空间的侧壁。

本发明的方法还进一步包括这一步骤，即：带状部件要采用线性膨胀系数较淀积薄膜的线性膨胀系数要大的材料；在带状部件保持在高于室温的薄膜形成所需的温度条件下，连续地弯曲带状部件，以使得在弯曲表面的凹面侧形成淀积薄膜；在薄膜形成空间外面已形成有淀积薄膜的带状部件冷却到室温，这里，带状部件的冷却可以是在将其展开成平面之后，或者是在将其缠绕成卷之后。

从以带状部件作为侧壁而构成的柱状薄膜形成空间的两相对端面之一将微波天线伸入薄膜形成空间，以此来将微波功率送到(释放进)薄膜形成空间。

微波功率是由微波天线装置通过一装设在此微波天线装置与薄膜形成空间之间的微波发射部件释放入薄膜形成空间的，而微波天线装置则依靠微波发射部件与薄膜形成室内所激发的等离子体相隔离。

本发明的方法中，等离子体的电位将通过一与带状部件隔开的偏置装置加以控制。

此偏置供给装置是这样设置的，即该偏置装置的一部分与微波等离子体相接触，就在这一部分将偏置电压加到偏置发生装置上，至少偏置发生装置的与微波等离子体相接触的那一部分最好应该是要经受传导处理的。

偏置电压最好采用直流、脉动和/或交流电压。

此偏置供给装置也可用作气体供给装置，或者可被安装得与气体供给装置分离开。

偏置供给装置由一个或多个偏置棒组成。

在本发明的方法中，等离子电位可由加到带状部件的偏置电压进行控制；而气体供给装置为地电位，并被安装得至少部分地与微波等离子体相接触。

气体供给装置的这一与微波等离子体接触的至少的一部分应当是要经受传导处理的。

而且微波发射部件的外径要根据等离子体的复合介质常数来调整和选择。

带状部件暴露于微波等离子体的一边应要经受传导处理。

按照本发明的又一实施方案，所提出的一种按微波等离子体CVD法在一移动中的带状部件上连续地形成大面积实用淀积薄膜的装置包括有：一由带状部件构成的圆柱形薄膜形成室，此带状部件通过它的支撑和传动装置呈顺着长度方向连续地移动，并为在其移动途径上设置的弯曲部分形成装置弯成弧形，从而建立起一个以此带状部件作为侧壁的薄膜形成室；维持薄膜形成室内部基本为真空的装置；能供给为在薄膜形成室内激发微波等离子体所需微波功率的微波同轴线；一中心导体隔离装置，它能发射由同轴线所供给的微波功率，并能将同轴线的中心导体与微波等离子体隔离；薄膜形成室的排放装置；将用于形成薄膜的原始气体导入薄膜形成室的气体供给装置；用于控制微波等离子体的等离子体电位的偏置供给装置；以及一用于加热和/或冷却带状部件的温度控制装置。由此即可在连续移动中成为薄膜形成室侧壁的带状部件的暴露于微波等离子体的表面上连续形成淀积薄膜。

在本发明装置中，弯曲部分形成装置由一弯曲起始边形成辊筒、一弯曲结束边形成辊筒和支撑弯曲部分端面的环组成，它们互相面对面地排列，即弯曲起始边形成辊筒和弯曲结束边形成辊筒互相平行地安置，而在沿带状部件的长度方向上留存一空间。

本发明的装置的偏置供给装置以与带状部件有一定的距离的关系安设。

偏置供给装置被安装得使其至少有一部分与微波等离子体相接触，就在这部分将偏置电压加到偏置供给装置上，至少偏置供给装置与微波等离子体接触的这一部分是要经受传导处理的。

所用的偏置电压最好为直流、脉动和/或交流电压。

在这一实施方案装置中，此偏置供给装置亦可用作气体馈送装置，或者可与气体馈送装置分开装设。

偏置供给装置由一个偏置棒或多个偏置棒组成。

在这一实施例装置中，在将偏置供给装置安排得同时也被用作带状部件时，气体馈送装置被接地，以致它至少有一部分必须与微波等离子体接触。在这种情况下，气体馈送装置与微波等离子体相接触的这“至少”的一部分是要经受传导处理的。

实际上，同轴线的中心导体由柱状的薄膜形成室的两个相对的端面之一伸进薄膜形成室，并被安置得在圆柱状薄膜形成室的中心轴邻近，基本上平行于带状部件的横方向。

本发明装置中由微波发射部件构成的中心导体隔离装置是轴向对称的，而且可以是圆柱、截头圆锥或圆锥中的任一形式。

在这一实施例装置中，同轴线上至少设置有两个调谐装置，其中之一用作延伸到薄膜形成室内部的中心导体的插入长度调节装置。

此外，带状部件的暴露于微波等离子体的一面是要经受传导处理的。

按照本发明可获得下列优点、特性和效果：

(1)在构成薄膜形成空间侧壁的带状部件连续移动时，微波天线装置即以与构成薄膜形成空间侧壁的带状部件的宽度相并列的关系伸进薄膜形成空间，而微波能量就由微波天线装置向所有与微波运动方向相垂直的方向发射，因而激发等离子体。这样，就能够连续、均匀地形成大面积的实用淀积薄膜。

(2)由于等离子体被约束在薄膜形成空间之内，因而随着用于形成淀积薄膜的原始气体的利用效率的巨大提高，在稳定性和可重复性能方面亦得到改善。在改变弯曲长度和移动速度的同时，带状部件不断地移动，由此就可以在大面积范围内相当均匀地形成任意厚度的淀积薄膜。

(3)恰当调节等离子体电位就保证了连续形成具有所希望特性的高质量实用淀积薄膜，并且降低了高效率大产量中的缺陷。

根据本发明的方法和装置，等离子体被约束在薄膜形成空间内，而其电位可随意调节，从而随着用于形成淀积薄膜的原始气体利用率的极大提高，等离子体的稳定性和可重现性能亦为之改善。此外，带状部件以不同的弯曲长度和不同的速度连续移动，保证了具有任意厚度和在大面积范围均匀性良好的淀积薄膜的连续形成。

(4)能在较宽的、细长的带状部件的表面上连续均匀地形成实用淀积薄膜。因之，这一装置特别适宜于用作大量生产具有大面积的太阳能电池的装置。

(5)由于可以连续地无须中断出料地形成淀积薄膜，在加工制造分层器件时就可得到优良的层间特性。

(6)可能在低压下形成淀积薄膜，因而就抑制了聚硅烷粉粒的产生，也抑制了有效物质的聚合，结果就使得缺陷减少并改善薄膜的特性以及特性的稳定。

这样就可改善工作效率和产量，使得有可能廉价地大量生产高效太阳能电池。

(7)由本发明所得到的太阳能电池光电变换效率高，长时期内的特性退化程度大为降低。

为了在带状部件上均匀地形成高质量的淀积薄膜，本发明的装置曾被用于进行一系列旨在研究微波等离子体的激发条件的试验

试验1

在这一试验中，柱状薄膜形成空间(室)的内径作了一些改变来研究等离子体的稳定性，以及薄膜厚度和薄膜质量的分布状况。

具体点说就是，这里所介绍的装置试验1中设置的装置被用来仅只改变薄膜形成室的内径来按照表1所示的5种薄膜形成条件形成试样。进行这一试验时没有移动带状部件。

表2说明薄膜形成室内径不同时对等离子体状态的评估结果。

就表2中所示的薄膜形成室内径为180mm或120mm的情况来说，当在除微波功率为2500W外其余都与表1所示相同的条件激发一等离子体时，内径为120mm时的放电稳定。而在内径为180mm时，亦激发了放电，但不够稳定，被认为是不适于实际应用。

接着，按照下述的评估方法来分别对试样2-1至2-4作特性分析评价。

每一淀积薄膜的厚度是由用MCPD-200型光谱反射测量仪(Unlon Giken公司)测得的光谱反射曲线中多重干涉条纹的峰值位置计算出来的。各试样的被测量部分均位于沿衬底宽度(X)和长度(Y)方向等距50mm处。接着，在a-Si∶H薄膜上真空喷镀一层约70埃厚的铬形成一欧姆电极。在暗室内在欧姆电极与用作为带状部件的SUS430BA薄片(厚0.2mm)之间施加一电压，测出电流值，由此来确定一暗导电率(σd)。在与上述同样状态下施加一电压的同时，由铬电极侧以He-Ne激光来照射，由所得电流决定出一光导电率(σp)。以此来分析各自的特性分布情况。考虑到铬电极的吸收作用，将照射a-Si∶H薄膜的He-Ne激光束的强度定为4×10¹⁵光子/cm³·sec。

图12(a)中列出了试样2-1到2-3在X方向上薄膜厚度分布情况的测量结果，而图12(b)则作出了薄膜厚度在Y方向上分布状态的结果。图12(c)说明σd和σp沿X方向分布情况的结果，图12(b)则表明σd和σp在Y方向分布状态的结果。将注意到，X＝0是指带状部件在宽度方向上的中心，而Y＝0则表示带状部件展开后沿长度方向上的中心。

由这些测量结果可知，在带状部件宽度方向上，薄膜厚度和薄膜质量的均匀性两者都很好，而随着薄膜形成室内部压力增加，淀积薄膜的厚度减小。至于带状部件长度方向上，仍然保持着均匀性，但可明显看到试样2-1的特性的衰退。具体说，薄膜形成室的内径越大，a-Si∶H薄膜特性恶化的趋向就越强。

将会注意到，由于试样2-4非常靠近同轴线，所以等离子体浓度较之其他试样要高得多。结果衬底温度超过350℃，这使得在薄膜形成后，薄膜由衬底上脱离而无法进行评估。

试验2

在这一试验中，采用了图1所示的发明装置(见后面说明的装置试验1)和现有的RF辉光放电离析装置，在表3所列条件下形成淀积薄膜，然后测量衬底在淀积薄膜形成前、后的变形程度，以确定淀积薄膜中的压应力的变化。带状部所采用的是杨氏系数为2.04×10⁴(Kg/mm²)和线性膨胀系数为11.9×10^-6(℃^-1)的不锈钢。

结果在这一试验中所用的装置，没有发现任何淀积薄膜的脱离现象。对淀积薄膜中积聚的压应力的测量结果表明，在图11所示的现有装置为32Kg/mm²，而在图1中的本发明装置为9Kg/mm²。由此看出应力减轻程度达到近1/3.5。

试验3

在这一试验中应用图1中的装置淀积a-Si∶H薄膜，这里采取了这样的步骤，即除了狭缝开口部分的隙缝改变外，都按表3中的条件，在薄膜形成空间的内、外边之间引入压力差。

表4列出了试验结果及其评价。

表中有效传导系数Eef(1/sec)由流速的倒数(由sccm→Torr.1/sec)除以薄膜形成空间内外侧的压力差ΔP(Torr)来决定。

表4中的结果说明，为了防止等离子体的泄漏、最好使薄膜内外侧的压力差不小于9m Torr。

试验4

在本试验中，图1的装置被用来进行一以维持薄膜形成空间外面为低压来遏止异常放电的过程。此外，还将真空排放口装设一如图8所示的调节阀，并与一油泵相连，以便改变有效排放速度。除了将薄膜形成室外面的压力作数级变化外，放电试验均是按表3所列条件进行的。其结果见表5。

由这些结果将可看到，当薄膜形成室外面的被绝缘的容器中的压力增大到基本上与薄膜形成空间的压力相等时，就发生异常放电(放电聚集)，这使得薄膜淀积的附着力变坏。因而说，薄膜形成室间外围的压力最好保持不低于6mTorr，以防止因异常放电使薄膜质量降低。

试验5

这一试验采用了后面介绍的装置试验2中的装置(图2)并设置了一具有如图21(a)中所示配置的偏置供给装置。以改变加在一同时也用作馈气管的镍偏置供给管2103上的直流偏置电压来测定微波等离子体的可控性，以及对等离子体电位及薄膜质量的影响。

除了偏置电压以10V的间隔由-300V改变到+300V外，等离子体的激发是按表1所述的微波等离子体放电条件进行的。薄膜形成室的内径为80mm。带状部件的表面温度被定为25℃。移动速度为48cm/min。

放电在各偏置电压起作用后持续10分钟。

图22作出了在偏置电压作用时偏置供给管和带状部件间的电流一电压特性的结果，其中，X轴为偏置电压，Y轴为偏置电流。

同时，根据利用一直径0.3mm、长3mm(暴露部分)钨丝作成的单根探针的探针法，测量了加以偏置时的等离子电位Vb，以测定其相对于不加任何偏置电压时所得的等离子体电位Vo的变分比ΔVb(＝Vb/Vo)。结果如图23中所示。将注意到，该单个探针基本上是放置放在带状部件的弯曲部分的中心、距离内表面约5cm处。

这些结果表明，虽然取决于放电用的原始气体的类型和流量比，但在-190V至+190V这一范围内的偏置电压很可能导致薄膜形成室内发生异常放电，如产生火花，使得难以维持稳定的放电状态。但是已发现到，偏置电压在微波等离子体的恒定放电条件下增加时，电流一电压特性基本上是一种线性增长的趋势。此外，等离子体电位看来是随偏置电压增大而增大。具体点说就是，等离子体电位可由恰当地调节偏置电压来容易地、稳定地并可重复地调节。

随后，将淀积在用作带状部件的SUS430BA薄片上的薄膜切割成5mm×5mm大小的样件。样件的表面经过超高分辨率、低催速的FE-SEM(S-900型，东芝公司)观察，表明在偏置电压处于-300V至+10V的范围内时，表面粗糙度约为数百埃到数千埃，但偏置电压在+10V到+170V的范围内时，薄膜表面在偏置电压增加时具有显著的朝光滑发展的趋势。在超过+170V的界限后，薄膜表面从新变得粗糙，特别是达到+190V时，异常放电频繁发生，在样件表面发现了针孔。

已发现，在微波功率恒定的条件下，当一种具有很大电离截面的原始气体(如SiH₄)的流量比增加时，电流一电压特性曲线的梯度即增大。另一方面，一种具有很小电离截面的原始气体(如H₂)的流量比增加，都使得电流一电压特性曲线的梯度减小。

比较试验1

除开用作为气体馈送管的偏置供给管2103由铝而不是由镍制成的外，重复进行了试验5中的全过程来测量电流一电压特性。当偏置电压由0V增到+55V时，偏置供给管2103开始变形并最后熔化掉。还利用铜和黄铜的偏置供给管2103重复进行了相似的测量，结果仍看到发生了类似的现象。此外还采用由高熔点金属，例如不锈钢、钛、钒、铌、钽、钼和钨制造的偏置供给管2103，以及一表面经过火焰喷涂处理覆盖有800μm厚镍的铝。陶磁管重复了上述过程。结果发现不锈钢管在偏置电压超过+115V时出现变形，并且最后熔化了。采用其他材料的偏置管时，得到类似于试验5中所得的测量结果而没有像变形之类的现象。

比较试验2

除了以一PET(聚苯二甲酸乙醇酯)片(厚0.8mm)来代替用作带状部件的SUS430BA薄片外，重复了试验5的全过程来测量电流一电压特性。当加以正或负偏置电压时，所得的电流值基本上与试验5中所得到相同，但在薄膜形成室中开始出现异常放电时的电压约为-95V或+95V。目测发现在偏置供给管与带状部件的支撑和传送辊轮之间产生了火花。并发现火花是这样引起的，即因为带状部件本身是绝缘性的，并呈现出充电现象，因而过剩电流就流经唯一是由导电材料构成的支撑和传送辊轮而不是流经薄膜形成室内的偏置供给管。

与试验6中相同地观察和评估了淀积薄膜的表面状态，证明不管偏置电压大小，薄膜表面的粗糙度均达到数百埃到数千埃。

比较试验3

除开将同时也用作气体馈送管的偏置供给管2103从薄膜形成室中心轴的差不多是最上部分(图6中位置0)改变到沿带状部件弯曲表面位移45°，90°和135°方向的部分外(见图6)，重复了试验5的全过程来测量电流一电压特性。要指出的是。对通过中心轴向OH′方向移动100mm位置亦作了测量。

结果表明，在朝着45°，90°和135°方向移动时得到与试验5相同的结果。另一方面，在朝OH′方向位移100mm和120mm的情况下，任何原始气体足够地馈进薄膜形成室，都未能稳定地激发等离子体，而施加偏置电压只有极少偏置电流通过，使得难以控制等离子体电位。

试验6

在此试验中采用了与试验5中所用那样配置的装置，在此将具有表6中所指定的不同波形和频率的偏置电压施加到偏置供给管2103，以测定微波等离子体的可控性和对等离子电位及薄膜质量的影响。微波等离子体的发电条件与试验5中的相似。

所用偏置电压系那些由一函数发生器(HP8116A，Hewlette-Packard公司)所发生的、经过一精密功率放大器(4500系列及订购装置，N.F.Circuit Block公司)放大的不同波形输出信号，和那些自制的整流电路装置的输出信号。这些电压通过同轴电缆送到偏置供给管2103。

由放电状态、等离子体电位的变分率以及薄膜表面的观察对等离子体电位的可控性能进行评估。其结果示于表6。从这些结果看到，所施加的偏置电压在相当宽频率范围内的效果。

当偏置电压频率恒定而最大电压幅值变化很大时，具有与试验5中相似的趋向，就是说，发现与改变直流电压所得的趋势相似。特别是，最大电压幅值的增大使得异常放电(如火花)的发生更为频繁。

这些结果表明，如果加到偏置管的是除直流电压以外的各种偏置电压的话，等离子体电位就能容易地、稳定性和可重复地由改变偏置电压来加以控制。

试验7

在这一试验中，除偏置供给装置是按图21(b)所示安排外，以与试验5中相同的条件测试了电流一电压特性。

得到与试验5中相似的结果。发现当气体馈送管2105和偏置棒分开设置时，改变偏置电压能保证容易地、稳定地和可重复的调节等离子体电位。

试验8

在此试验中，除偏置供给装置是按图21(c)所示配置外，在与试验5中相同条件下测量了电流-电压特性。

除开在支撑和传送环与薄膜形成室内带状部件之间的接触部分发生异常放电(如火花)的放电起始电压稍有变化外，所得结果与试验5类似。促使薄膜表面光滑的偏置电压的极性与试验5中的相反，在-10V至-170V的范围内。在此电压范围内，等离子体当然是稳定的。

从而发现，在当将偏置电压加到带状部件而且将同时用作气体馈送管的接地棒2105设置于薄膜形成室内时，可以容易地、稳定地和可重复地对等离子电位加以调节。

试验9

此试验中，偏置供给装置如图21(d)所示配置，以与试验7中同样的条件下将偏置棒2104加一直流偏置电压，并将等于加到偏置棒2104的直流电压的1/4的电压分开供给偏置棒2106，检测了微波等离子体的可控性以及对等离子电位和薄膜质量的影响。微波等离子体发电条件与试验5中的相似。

除开发生异常放电(例如火花)的出现率降低了和等离子体的稳定性改善了之外，所得结果与试验5相似。

如果在薄膜形成室中设置多个偏置棒，并分别施加偏置电压，就可以方便、稳定和可重复地调节等离子体电位。

试验10

在此试验中，将在试验9中加到偏置棒2104的偏置电压改成为不同波形和频率的直流电压，检测了微波等离子体的可控性能及对等离子体电位和薄膜质量的影响。微波等离子体放电条件与试验5中所用的相似。

除开发生异常放电(如火花)的出现率减小和异常放电的起始电压稍为降低、等离子体的稳定性改善之外，所得结果与试验5相似。

在薄膜形成室中设有多根偏置棒并分别加给偏置电压时，能方便、稳定和可重复地控制等离子体电位。

试验11、12

在试验11和12中，进行了试验6中所作的施加偏置电压的试验，得到与试验8和9中的类似结果。

现将这些试验的结果予以概括。

在本发明的方法和装置中，微波等离子体的稳定性和均匀性取决于各种不同参数的复杂组合，例如像微波发生器的型式和形状，薄膜形成时薄膜形成室中的压力，微波功率，微波等离子体的密封程度，以及放电空间的容量和形状。很难由单一参数来决定理想的条件。在这方面，上列试验的结果揭示了如下的数种参数的趋向和范围。

在本发明方法中，薄膜形成空间的内径最好应在60mm至120mm的范围内。如果在一被加热到所需温度并被弯成圆柱状的带状部件弯曲表面的凹面侧形成淀积薄膜，然后在其展开成平片后冷却，积累在淀积薄膜中的应力就可被释放掉。

若改变狭缝的间隙或开口宽度，能使薄膜形成空间内外侧的压差不小于9mTorr，就可防止由薄膜形成空间泄漏等离子体。已经看到，在薄膜形成空间外面的压力不大于6mTorr时，可以防止因异常放电所造成的淀积薄膜质量的降低。

此外，在本发明的方法和装置中，为了控制微波等离子体的等离子电位，最好将偏置电压供给装置(即偏置供给装置)设置于封存等离子体的薄膜形成室内，并施加以各种不同的直流偏置电压，或具有各种波形、频率和最大电压幅值的脉动或交流偏置电压。偏置电压发生装置可同时兼作气体馈送装置，或者可以作成是与气体馈送管分开的偏置棒。还发现，如果将偏置电压加到带状部件上，就可以类似地控制等离子电位。在采用直流电压作为偏置电压时，电压值最好在+10V到+200V的范围内，以改善薄膜的特性。

根据由上述试验所获得的论据，对本发明的方法和装置作详细介绍。

本发明方法与现有的淀积薄膜形成方法之间可客观地区分开的特点在于：薄膜形成空间是圆筒状的，其侧壁作为结构材料作连续移动，同时用作形成淀积薄膜的支承。

作为结构材料的功能是这样的一种功能作用，即在实际(物理)上和化学方面将一用于形成薄膜的空间(即薄膜形成空间)和与形成薄膜无关的周围空间隔离开。具体一点说，这一功能就是企图用来起这样的作用：形成一在气体成分及其状态上不同的空间；限定流通中的气体的方向，或者形成一具有不同压力差的空间。

这样即可能将带状部件弯曲，以此来构成柱状薄膜形成空间的侧壁，从侧壁相对的两端面之一将形成淀积薄膜所需的原始气体及微波功率(能量)送进薄膜形成空间，并通过在侧壁部分留下的一间隙以排出空间的气体，以此来将等离子体约束在薄膜形成空间内，从而就能在作为侧壁而设置的带状部件上形成实用性的淀积薄膜。带状部件作为结构材料起着将薄膜形成空间与不参与薄膜形成过程的外围空间相隔离的重要作用，而且还可被用作形成淀积薄膜的支撑面。

这样，由以带状部件构成的侧壁所建立起来的薄膜形成空间的外围空间，在气体成分、气体状态及压力等等方面与薄膜形成空间是完全不同的。

另一方面，在现有的淀积薄膜形成方法中，用于欲在其表面形成淀积薄膜的支撑体是安置在薄膜形成空间内的(在此形成淀积薄膜)，其功用仅仅在于作为一个在它上面淀积一层为在薄膜形成空间产生淀积薄膜的初始先质的部件而已。与本发明方法不同，此支撑物并不起构成薄膜形成空间的结构材料的作用。

在现有的RF等离子体CVD方法和溅射法中，在其上面形成淀积薄膜的支撑物也可能被兼作激发和维持放电的一个电极，但是不能用来封闭等离子体和同时也用来隔离不参与形成薄膜过程的外围空间。这就是说，这样一种支撑物不能有作为结构材料的功能作用。

简言之，本发明方法应用的一种带状部件它能起作为在它上面形成实用性淀积薄膜的支撑面的作用，能作为薄膜形成空间的一个侧壁，从而使此部件起到结构材料的作用，能在此带状部件上连续地形成实用淀积薄膜。

所进行的试验结果表明，在任何已进入市场的采用RF或微波的等离子体CVD装置中，从被淀积于薄膜形成室中的衬底上的原始气体到能供给实用的淀积薄膜，其淀积膜的成品率最多大约为15％。因此，作为淀积薄膜的回收率是很低的。

这里进行广泛研究的根据就在于，认为这样低的回收率在很大程度上是取决于薄膜形成空间的形状及其结构。结果发现当用衬底构成薄膜形成空间的周壁，并在此周壁的内表面形成淀积薄膜，则可大大改善回收率。如前面所说过的，带状部件被用作衬底，并且连续地移动，以此来利用此带状部件构成薄膜形成室的侧壁。侧壁局部设有缝隙，薄膜形成室由这里排放气体。薄膜形成室的形状最好呈柱状(圆柱形)。为了改善淀积薄膜的回收率，最好增大由带状部件所构成的侧壁部分的面积在形成薄膜过程空间的周壁的总面积中的比例。由带状部件所构成的圆柱形薄膜形成空间的具体形式最好是在侧壁长度(即带状部件的宽度)对两个相对端面的内径有一个尽可能大的比例。这样就可能以高回收率在侧壁内表面上形成所需要的实用淀积薄膜。

在本发明的方法中，为了避免在当形成于衬底上的淀积薄膜进入外面大气中时由于与薄膜形成温度之间的温度差及温度的影响导致淀积薄膜从衬底上脱落掉，本发明的方法最好应该按照下列步骤进行。将带状部件弯曲基本上呈圆柱形，并予加以机械压应力。接着在所需温度下，在弯曲成圆柱形的带状部件弯曲表面的凹面侧形成淀积薄膜，然后将这样形成的带状部件展平直，即就是在展开时将已形成有淀积薄膜的一边作凸起弯曲。在此情况下，在予加的机械压应力转变成机械张应力的同时，衬底逐渐冷却到室温，这时由带状部件与淀积薄膜间膨胀系数的不同所引起的热压应力就为机械张应力所缓解。

如果用作带状部件的材料具有如同淀积薄膜那样的线性膨胀系数，上述应力缓解过程就是可能的。

为避免淀积薄膜脱离，通常的措施是增加衬底与淀积薄膜间的附着力。这一措施仅仅限于强度大于一定等级的衬底。如果应用相当软(可挠性)的材料，例如聚酰亚胺和PET(聚苯二甲酸乙二酯)作为衬底，上述措施因为衬底上形成皱折总是不理想。因此，除改善附着力之外，缓解应力是避免这一弊病的重要因素。

特别是，对于借助累积多层淀积薄膜加工制造的太阳能电池器件，由于淀积薄膜的累积而使压应力增大。就这方面来说，本发明的上述步骤是重要的。

在本发明的方法中，为了有效地激发和维持等离子体，预先这样来调整和选择微波发射部件的外径，即只要微波的阻抗取决于等离子体的复介质常数，在薄膜形成空间内的一包围等离子体的同轴线的等效外导体的内径就变成等于薄膜形成空间外的同轴线的外导体的内径。

这里采用“等效”一词是出于以下原因。由一放电试验的结果发现，包围等离子体的外导体的内径随原始气体的类型和流量(流量比)，薄膜形成室的压力，微波功率等条件之变化，这就不仅影响到等离子体介质常数的实数部分，同时也影响到它的虚数部分，即导致相转换的吸收系数。这样，外直径的大小是很难由理论估计到的。因此，等离子体所构成的外导体的内径应由如下面将要介绍的试验确定。

在现有的存在着阻抗失配，即具有强烈反射面的微波装置中，以一调谐器产生一反射波，此反射波与反射面所产生的一反射波是有相同的强度，而在相位上与后一反射波相反。这两个反射波因干涉作用而相互抵消，由此来达到阻抗匹配。在反射波因匹配而明显抵消时，就在反射表面与调谐器之间产生一很大的驻波，这经常导致巨大的焦尔热损耗。

为了消除这一焦尔热损耗，反射表面与调谐器之间的距离就要尽可能靠近，最好为零。在本发明中所用的微波天线装置中，薄膜形成室内、外的介质常数在放电开始前均为1，而同轴线的外导体的内径在内部较大些。因之，在薄膜形成室边界处的阻抗难以匹配。在开始放电之后的情况下，薄膜形成室内部充满了介质常数低于1的等离子体，等值内径就变得更小些。如果微波发射部件的外径选择得当，在薄膜形成室内、外同轴线外导体的内径将互相吻合，从而造成可匹配的条件。因此，在放电后的状态下阻抗匹配就成为可能。

在本发明方法中，为了使只在由带状部件构成的薄膜形成空间内部形成淀积薄膜，薄膜形成空间外面的气体成分和状态被设置得处于与薄膜形成空间内部不同的条件下。例如说，薄膜形成空间外部的气体成分可以是不直接参与形成薄膜的气体气氛，或者包含有由薄膜形成空间释放的原始气体的气氛尽管毫无疑问等离子体是被限制在薄膜形成空间之内的，但从改善等离子体的稳定性和可重复性以及防止在非必要部分淀积薄膜的观点考虑，禁止等离子体和微波泄漏到薄膜形成室外部和抑制异常放电仍然是有益的。

在采用图1和2中所示的装置中，所供给的是TEM模式的微波功率，在开口宽度窄小时，这种模式下的微波泄漏自动地受到抑制。但是，如果开口宽度达到接近微波波长的一半时，那就必需采取防止微波泄漏的措施。具体说就是，沿带状部件长度方向形成的缝隙应当配备以如图8(b)中所示的冲制导板，它具有直径约微波波长1/20的许多通孔。

在本发明的方法中，虽然依靠在薄膜形成空间外面维持6m Torr或更低的压力可以抑制(阻止)异常放电，将具有小电离截面的气体(如He,H₂等)排放到薄膜形成空间外面亦将带来大致类似的结果。不用说，将薄膜形成空间外面的压力维持在一不高于6m Torr等级时，也会同时通过小电离截面的气体的。

如果按本发明将等离子体限定在薄膜形成空间内，并遏止薄膜形成空间外的异常放电，就可能改善原始气体的回收率，并明显提高薄膜的形成速度，以保证太阳能电池作工业规模的大量生产。

根据本发明的方法，为了在大面积上形成厚度和质量均匀的淀积薄膜，微波天线装置平行于构成薄膜形成空间侧壁的带状部件地伸入到薄膜形成空间内部。通过诸如同轴线(Rigitano线圈)线卷之类的微波天线装置将微波功率(能量)传送到薄膜形成空间，这种天线装置能在所有垂直于微波运动的方向上辐射出微波，由此来激发等离子体。为了继续不断地放电以能在一长时期内维持恒定的等离子体密度，微波天线装置应为该微波发射部件包围住，使之与等离子体完全隔离。

最好将微波天线装置与带状部件相并列，使他们之间具有相对来说较短的空间关系，而且使此微波天线装置与带状部件之间的距离在整个天线长度方向上相等。这样，天线装置的安置能使微波功率沿着带状部件所构成的侧壁的宽度基本均匀地传送(发射)，从而使等离子体密度均匀分布。

特别是在采用由微波反射部件将其中心导体与等离子体隔开的同轴线(电缆)时，当经过此同轴线发射进薄膜形成空间的微波功率增加时，出现了为等离子体所吸收进的微波功率达到饱和状态的一个阈值，这取决于被导入薄膜形成空间的，在此由微波功率作用转变为等离子体的气体的类型和气体流量。因而，发射到薄膜形成空间内部的微波功率越大，将使得吸收功率的饱和范围越宽。对应于吸收功率饱和时的阈值的功率由天线长度上各部分发射进入薄膜形成空间内部。这促进等离子体密度的均匀性，从而导致了大面积范围薄膜厚度和质量的均匀。

但是这样大的微波功率发射进薄膜形成空间有时使得淀积薄膜的电气特性恶化，使微波发射部件内部产生热量，或者使得微波发射部件由于因暴露在等离子体中所引起的温升而破裂。这可能限制所能发射进薄膜形成空间内部的微波功率。

因为限制了发射进薄膜形成空间的微波功率，就不会发生吸收功率的饱和现象，因而不能使等离子体密度均匀。具体点说就是，由安置在薄膜形成空间内的天线装置发射进此空间内部的微波功率沿着微波的运动方向逐渐减小，而使得等离子密度在空间分布上不均匀。

为了克服上述缺点，在大面积上形成厚度和质量均匀的淀积薄膜，必须对发射进薄膜形成空间内部的微波功率在沿着微波运动方向上的逐渐减小现象加以补偿。为此目的，采用了一个截头圆锥或圆锥形的微波发射部件，以使得带状衬底和微波天线装置之间的距离沿微波运动方向渐渐收敛。

如上所述，按照本发明的方法，就可能不管微波功率大小如何。在大面积范围内形成厚度和质量均匀的淀积薄膜。

薄膜形成空间的内壁表面最好具有容许一所希望电流密度的偏置电流流通所需的电导率。为此带状部件最好以导体材料制造。或者至少面向薄膜形成空间的一侧应做导电处理。

在本发明的方法中，最好以设置偏置供给装置来控制微波等离子体电位，此偏置供给装置至少要部分地与薄膜形成空间内所激发的等离子体相接触。此偏置供给装置也可同时兼作将原始气体送入薄膜形成空间的气体馈送装置。或者此偏置供给装置亦可作成与气体馈送装置分开的一单根的偏置棒或数根偏置棒。

在前一种情况下，偏置电压通过气体馈送装置送到一个包括有原始气体容器、流量控制器和导管的所谓的气体馈给系统。为了防止像控制器发生电击(击穿)之类的问题，气体馈给系统和被加之以偏置电压的气体馈送装置在这些系统中应彼此互相绝缘隔离。作绝缘隔离的地点最好靠近薄膜形成空间。

偏置供给装置的至少被兼作气体馈送装置的那一部分最好是经过导电处理的，以便能将偏置电压施加其上。但按此接法必须小心选择那些在经受等离子体的热时，不至于变形、破裂和熔化的材料。具体说，最好采用高熔点金属或涂镀有高熔点金属的高熔点陶瓷。

在薄膜形成空间将偏置供给装置同时也兼作气体馈送装置这一配置，除了在其不与微波等离子体接触这一点之外，并不十分苛刻。这是因为微波等离子体基本上如同一均匀的导体。为了抑制异常放电的发生，最好将供给装置安置于距带状部件内表面不小于10mm(不小于20mm更好)处。

另一方面，在后一种情况中，像偏置供给器同时也兼作气体馈送装置一样。对于偏置棒所用材料的类型以及偏置棒安设的位置也应当十分注意。气体馈送装置最好由介质材料制成，以遏止异常放电并在薄膜形成空间内形成均匀的等离子体电位。不过如果偏置电压相当低，对这一材料并不苛求。

如果采用单根的偏置棒，或者说同时也兼作气体馈送装置的偏置供给装置在数量上只有一个，就可以将直流、脉动或交流电压单独地或者经过叠压后用作偏置电压。相反，在采用多根偏置棒时，可将同样电平的或者不同电平的直流电压分别施加给各偏置棒。或者也可以施加单独地或经叠压后的直流、脉动和交流电压。采用多个偏置电压不仅将扩大等离子电位的调节范围，而且也有助于等离子体的稳定性和可重复性，改善薄膜特性并抑制缺陷的产生。

交流电压最好具有像正弦波、方波、三角波、脉冲波以及它们相叠加所得的波形等等。脉冲电压最好具有交流电压经半波整流或全波整流的波形，和白炽灯光波形。虽然考虑到淀积薄膜的特性与缺陷率间的平衡。应适当地设定偏置电压的直流电压值或最大电压幅值。虽然在等离子体开始激发到淀积薄膜开始形成和完成这段时间可将直流电流或最大幅值电压维持在一恒定的水平，但为了便于控制淀积薄膜的特性和抑制缺陷的发生，最好能连续地或者以恰当的间隔来改变它们。特别是，在当发生异常放电(如火花)时，偏置电压会出现突然变化。在这种情况下，最好能对这种变化作电气探测，籍此来立即降低偏置电压或将偏置电压暂时中断，然后再恢复到预定的偏置电压水平。这样就可防止淀积薄膜中形成缺陷。当然，上述过程可以手工进行，但从提高淀积薄膜的成品率的观点出发，最好在偏置供给装置的控制电路中装设以自动控制电路。

在本发明的方法中，偏置供给装置亦可兼作带状部件。在这种情况下，薄膜形成空间内应设置接地电极。这一接地电极可用作为气体馈送装置。

当在本发明的实践中施加偏置电压时，带状部件采用导体材料或者那些表面可作导电处理的绝缘材料均是有效果的。带状部件应当由这样的材料做成，它们所具有的电导率能至少当带状部件被加热到并维持在为形成淀积薄膜的温度下时，保证足够的电流密度。这些材料包括例如有金属、半导体及等同物。为了便于实现元件隔离、带状部件表面可有若干绝缘材料构成的区。如果该绝缘材料区的面积大，在这些区上就可在被控等离子体电位下形成任意淀积薄膜。相反，如果这些面积较小，就会形成具有基本上与在导体部件上形成的薄膜特性相同的薄膜。

按照本发明的方法，这里设置了一种激波发生装置，能在用于构成薄膜形成空间的带状部件宽度方向上均匀地辐射(发射)微波能量。借助最佳地控制微波等离子体的激发和维持条件以及偏置供给装置。可连续在大面积上均匀地、可重复地形成高质量的实用淀积薄膜。

而且，恰当的调节等离子体电位能保证连续地形成具有所需特性的、在高成品率时缺陷较少的实用淀积薄膜。

为了在柱状的薄膜形成空间内部均匀、稳定的激发和保持等离子体，各个参数均有其理想条件。这些参数中包括：薄膜形成空间的形状和容量；导入薄膜形成空间的原始气体的类型和流量；薄膜形成空间中的压力；传送到薄膜形成空间的微波的电功率；以及微波的匹配。这些参数间是存在着有机联系的。无法一般地确定，应当适宜地为这些参数建立合适的条件。

现在详述本发明的装置。

在本发明的装置中，为使带状部件起结构材料的作用，薄膜形成室的外面可以是大气气氛。如果在薄膜形成室内的空气流会对实用淀积薄膜的特性起反作用，就应设置合适的阻止空气流通的装置。这里最好装设一O型环、垫圈、射流或磁流的机械密封结构，或者在形成室周围建立对淀积薄膜影响极微或有益作用的稀释气体气氛。或者一构成基本上为真空环境的绝缘腔体。采用机械密封结构时，应特别注意带状部分连续移动时保持密封的问题。如果将本发明装置与其它类型的淀积薄膜形成装置结合起来在带状部件上建立多层淀积薄膜的话，最好采用气体阀门装置来连接各个装置。此外，在连接多个本发明的装置时，各自装置中的薄膜形成室每一个都由独自的薄膜形成气氛构成，这样，就可以做成单独隔离开的腔体，而用于各个装置。

在本发明装置中，薄膜形成室的外面可以为较低的气压，即负压。但是如果带状部件由于薄膜形成室内部压力差而带来很大变形的话，就可能需要设置适合的辅助结构部件。

该辅助结构部件最好具有与薄膜形成室侧壁基本相同的形状，并由具有适当强度的金属、陶瓷材料或增强树脂线或细带或薄片所构成。带状部件在其不暴露于微波等离子体的一面接触并支撑辅助结构部件，带状部件的被接触部分基本上被辅助结构部件所遮挡住，因而几乎形成不了淀积薄膜。最好将辅助结构部件在带状部件上的投影面积设计得尽可能地小。

如果辅助结构部件紧密地接触带状部件，并与带状部件的移动速度作同步旋转或移动的话，辅助结构部件的网格图形就可能在带状部件上形成。

用于本发明装置中带状部件的材料最好具有可挠性。以能容许该带状部件连续弯曲成形。以使得弯曲起始端、弯曲结束端和中间的弯曲部分能平滑地成形。在带状部件连续通过时。应具有足以承受挠曲或扭转的强度。当加以偏置电压时。应特别留心带状部件的暴露于等离子体一侧的电导率。

在施加偏置电压时所用的材料。例如包括诸如不锈钢、铝及其合金、铁及其合金、铜及其合金及其等同物的金属薄片或复合片，表面覆盖有或者没有由溅射、真空淀积、电镀及类似工艺得到的其它金属层。此外。还有已提到的耐热树脂片、例如聚酰亚胺、聚酰胺、聚苯二甲酸乙二酯和环氧树脂，以及带有玻璃纤维、碳化纤维、硼化纤维和金属纤维的这些树脂的组合材料，它们都在表面上以金属元素或其合金或透明导电氧化物(TCO)进行电镀、真空淀积、溅射或涂敷处理。也可以采用具有上面已经提过的那种配置的带状部件，即以像SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃、AIN和上面指出的耐热树脂等的绝缘薄膜形成在作过导电处理的表面上。

在不用任何偏置电压的场所。采用如不锈钢、铝及其合金、铁及其合金、和铜及其合金等金属薄片或组合材料，如聚酰亚胺、聚酰胺、聚苯二甲酸乙二醇酯和环氧树脂等耐热树脂薄片，以及带有玻璃纤维、碳化纤维、硼化纤维、金属纤维等的这些树脂的组合材料，这些金属是和树脂薄片表面以例如电镀、真空沉积或溅射等工艺覆盖以其它金属薄膜和/或SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃、AIN等的绝缘薄膜。

鉴于成本和相应空间上的考虑，只要具有能保持其为传送装置形成的弯曲形状的强度，带状部件就应该尽可能地薄。

另一方面，为了增加淀积薄膜的回收率，在带状部件的每一外围部分装设一个图5中的弯曲部分端面支撑环508。带状部件移动中仅在外围部分接触。带状部件应具有一定的强度。以能保证在一对相向的弯曲部分支撑环之间不致松驰。因而带状部件最好具有适当的厚度。就前面讨论过的淀积薄膜的应力减缓方面考虑，则带状部件越厚越好。因此。带状部件的厚度应在考虑所有上述条件下慎重决定。该厚度或多或少地会根据该部件所用材料的类型和弯曲部分的曲率半径而改变。例如说。在带状部件由不锈钢制成时，其厚度在0.03～0.3mm的范围内是适宜的。类似地。采用铝或铜时。其厚度为0.05～0.5mm，而采用合成树脂其厚度则为O.1～3mm。

在带状部件被用作为太阳能电池的衬底并由像金属之类的导电材料制成时，它可以直接用作为通过电流的电极。如果此部件是由例如合成树脂等绝缘材料制成时。其上欲形成淀积薄膜的一面最好应以一通过电流的电极构成。这种电极可由以下这些材料经电镀、真空沉积或溅射等工艺形成：金属元素，合金，以及Al、Ag、Pt、Au、Ni、Ti、Mo、W、Fe、V、Cr、Cu、不锈钢、黄铜、镍铬合金、SnO₂、In₂O₃、ZnO、SnO₂-In₂O₃(ITO)等的透明导电氧化物(TCO)。为了便于元件之间的隔离，可以在局部形成绝缘薄膜。

当然，在带状部件由金属之类的导电材料制成时，在衬底上欲形成淀积薄膜的一面可以形成其他金属层。籍此。可以改善衬底表面上波长长的光的反射。或者说可以防止衬底材料和淀积薄膜之间组成元素的互相扩散。也就是说这样一种层金属可被用来作为防止短路的阻挡层。在带状部件具有一定的透明度并用作为安排由此带状部件侧通过光线的布局的光电池时。最好预先形成一层上述那样的透明导电氧化物导电薄膜或金属薄膜。

至于表面特性。带状部件可以具有光滑的表面或细密的不规则表面。具有细密不规则表面时，其形状可以是球形、圆锥形或棱锥形，而它们的最大高度(Rmax)最好应为500至5000埃。这样。表面上光的反射就成为散射状的。使得表面上反射光的光程长度增加。

本发明装置中，薄膜形成室中的淀积薄膜的厚度最好由给衬底插入一掩罩来加以控制。以使得部分侧壁为其遮盖住。

本发明装置中所用的中心导体最好以欧姆损耗小的金属制成。具体说此导体可以银、铜、铝等构成。或者也可以其它材料制造而后再镀以上述材料。本发明的装置中优先采用的是镀银不锈钢。

伸入薄膜形成室的中心导体通过设置在其周围的微波发射部件与等离子体隔离，这样就防止了在中心导体上淀积薄膜。否则的话，这样淀积的薄膜将会吸受微波而使微波功率的效率降低。

在薄膜形成室内，位于该中心导体的伸入部分穿过的表面的对面的壁表面，构成了微波反射器部件。另一方面，中心导体伸出时穿过的端面构成了能发射微波的部件，并能保持薄膜形成室内外间的气密封，同时也构成了一微波反射部件。由于薄膜形成室的侧壁是由导电的带形部件构成的，恰当地选择带状部件的宽度将得到一谐振结构。

本技术领域内已经公知，在线路阻抗突然变化的边界和短路面，会极强地反射电磁波。由于薄膜形成室的相对的两个端面分别相当于一边界和短路面，在此电磁波会强烈反射。当一电磁波被传送进有两个强反射面作适当排列的空腔内时，就会形成一高Q值的谐振结构。

在本发明装置中，薄膜形成室的两相对端面可作为能移动的以得到谐振结构。另外，利用一前面所述的中心导体插入长度控制机构可组装成一操作性能较好的半共轴谐振结构。还有一种方案是可将一高介质常数的微波发射部件插入到能获得一等值可变的谐振腔的长度(即控制阻抗)的位置，即调节阻抗。

如上所述，若将一薄膜形成室这样调节得在放电前成为一谐振结构，那么依靠谐振结构积累功能的效应就可以容易地激发放电。而且如果在放电后籍助该插入长度控制装置使阻抗匹配的话，就可长时间地在一很宽的薄膜形成压力范围内稳定地保持恒定的放电。

作为本发明装置所用的微波发射部件，比如说，可以提到一种如图1中103所示的介质管。

该介质管的材料可以是一种用于微波领域的低介质损耗(tanδ)材料。这些材料以具有高热导和高抗热冲击能力的为好，因为这防止了淀积在介质管上的薄膜质量改变，以及微波功率的反射和吸收的增加。此外，该介质管亦防止了因产生热量而破裂。最理想地符合上述要求的材料有氧化铍、矾土陶瓷、氢化硼、石英等，其中以矾土陶瓷最佳。

为了激发微波辉光放电，并稳定地维持此放电，要求该介质管既能起传送微波的作用，又要能保持气密封。为此目的，此介质管应该被良好地装置成下列两种状态。介质管可以是个每端都焊有一空心法兰盘的开口圆筒形管子；或可以是一个闭端的圆筒形管，此时该圆筒管的一头封闭，另一端(开口端)则焊接一空心法兰。法兰盘部分通过一O型圈与薄膜形成室相对端面的器壁紧密接触，以保持气密封。从维护和检查着想，后一闭端圆筒管方案较理想。

本发明装置中所采用的高介质常数的微波发射部件是由例如矾土陶瓷、氧化铍、氯化硼等材料制成的。已经证实，在此部件被置于中心导体插入控制机构所构成的半共轴谐振结构内或端部时，由此可等效地改变了谐振器的长度。还发现具有高介质常数的微波发射部件的理想尺寸与中心导体插入长度有关系。因此，在将中心导体的插入长度固定并应用HP8757A标量网络分析仪(Hewlette-packard有限公司)时，此高介质常数微波发射部件被定形，使谐振频率为2.45GHz。

关于本发明装置中用于支撑和传送带状部件的装置，由于带状部件(衬底)用来构成薄膜形成室的侧壁，所以在此带状部件受到变形、倾斜或折线运动时，就会使放电不稳定。这就难以大量可重复地形成质量均匀的薄膜。带状部件的支撑和传送装置表面积有污物或灰尘时，常常造成淀积薄膜的缺陷，因而是一个有待解决的问题。已发现带状部件的支撑和传送装置具有两个重要方面的问题：(1)防止薄膜形成室的变形；(2)将支撑和传送装置与形成淀积薄膜的带状部件表面(下文简称为“成膜表面”)的接触压缩到最低的程度。

为了(1)的防止薄膜形成室变形，在支撑和传送装置中采用了一现有的拱形机制来防止带状部件的变形和折线运动，并采用一现有的张力调节机制来防止倾斜。

(2)的将支撑与移动装置同成膜表面的接触压缩到最低限度，则可以这样来实现，即带状部件的成膜表面仅在带状部件的周边部分受支撑，而带状部件的另一面(非成膜面)则在整个带状部件宽度上受支撑。

换言之，在带状部件的弯曲部分形成装置被设置在薄膜形成室内部的情况下，就采用弯曲部分端部支撑环只接触和支撑带状部件的边缘部分。而在弯曲部分形成装置被设置在薄膜形成室外面时，则采用辊轮基本上接触和支撑带状部件的整个宽度，为了用支撑环在带状部件内侧接触和支撑该部件，可以采用多个如图1中113所示的弯曲部分内部支撑环。另外也可以采用一对如图5中508所示的弯曲部分内部支撑环，它们基本上与圆筒形薄膜形成室的相对端面具有相同的形状或尺寸。

为了在利用经弯曲的带状部件作侧壁的圆筒形薄膜形成室内顺着带状部件的长度方向形成一个缝隙空间，连续移动的带状部件依靠具有一对一开口内支撑辊轮和一开口外支撑辊轮的弯曲起始端形成辊轮装置作相对于传动方向的缓慢改变。接着，依靠弯曲端面支撑环将带状部件弯曲，而构成薄膜形成室的侧壁。然后，依靠具有另一对一开口内支撑辊轮和一开口外支撑辊轮的弯曲结束端形成辊轮装置缓慢地改变弯曲的带状部件的传动方向。

如果此开口外支撑辊轮直径太大，中心导体到带状部件的距离将因方向不同而变化，而非所期望地使得等离子体密度变得成为许多不均匀的部分。相反，当此直径太小时，带状部件中会因弯曲应力残留下应变，即可能发生薄膜的脱落。特别是，当厚度为0.15的金属带状部件时，辊轮的直径最好为φ60mm～φ100mm，而当厚度为0.05mm时，辊轮的直径最好接近φ25mm。

为了能在维护工作后，迅速完成抽真空这一过程，建议应将弯曲起始端形成辊轮与弯曲结束端形成辊轮安置得使它们间的距离是可以改变的。用弯曲端面支撑环支撑和传送带状部件，仅可以利用滑动摩擦。另一种办法是将带状部件加工出适用于链轮的孔，此时弯曲端面支撑环就可以是链轮。

在本发明的装置中，带状部件的表面温度是影响淀积薄膜质量的一个重要参数。带状部件的表面温度可以用一白炽灯从薄膜形成面的对面辐射热量，加热带状部件来加以调节。如图3或4中所示。但是在带状部件的移动速度慢时，或者在用于微波的接通功率很大时，带状部件将被过度加热。仅靠一只白炽灯的辐射热量来控制温度，在某些情况下，可能是行不通的。在这种情况下，除图8中508所指的弯曲部分内支撑环外，还设置一弯曲部分外支撑辊轮(未示出)，在此外辊轮的内部包含有热交换媒介。这一外辊轮与带状部件的对着薄膜形成面的那一面在整个宽度上压紧接触，使得带状部件可以被冷却或者被加热，保证所需的温度调节。

所研制的供给形成薄膜所需原始气体的馈送装置和薄膜形成室的抽气装置解决了下述的问题(i)到(iii)。

(i)因薄膜脱落而发生的薄膜形成表面的缺陷。

(ii)馈送原始气体装置上淀积薄膜。

(iii)原始气体在空间分布得不均匀

结果发现下列事实。

对于问题(i)，设置了图7所示的负载锁定机构。如果在淀积过程中淀积薄膜开始频繁脱离，就停止淀积操作。更换薄膜形成室中的固定部件，例如原始气体馈送管或介质管，以遏止薄膜脱离现象。

对于(ii)，当原始气体馈送装置的温度变高时，原始气体作热分解而在此馈送装置上沉积。为避免这种情况，可以采用镍或不锈钢等金属材料。

另一方面，对于(iii)，原始气体馈送管106表面上设置了多个小孔，使其朝着面对图6中所示的缝隙开口110的方向。正如这一技术领域所公知的，这些小孔的间距在上流侧作得较长，而在下流侧则较短。

在本发明装置中，用来控制等离子体电位的偏置供给装置被安置得使其至少有一部分与薄膜形成室所激发的等离子体接触。参照附图专门介绍了典型的安排，应指出的是，偏置供给装置并非只限于这些方案。

图21(a)至21(d)分别示出了图2所示的本发明装置沿图6断面线H-H’的截面示意图。在这些图中单独列举了主要组成部件。

图21(a)的偏置供给装置是同时也兼作气体馈送装置的典型实施例。带状部件201接地。该部件在由支撑和传送辊轮2101保持其弯曲形状同时移动。偏置供给管2103同时亦兼作气体导入管并经由绝缘接头2109与气体馈送管2110连接。它也兼作气体导入管的偏置供给管2103被施加给一由电功率源2107所发生的偏置电压作供给偏置之用。发生偏置所用电源2107可以是市售的直流整流电源，交流功率电源，高频功率电源等等。除上述外，还可采用能发生具有各种波形和频率的偏置电压的自组装的电源系统、比如说由一函数发生器产生的输出波形再经过精密功率放大器的放大。偏置电压和电流最好应由记录装置予以必要的监测。这些监测得的数据应输入一控制电路来改善等离子体的稳定和可重复性，并抑制异常放电的发生。

偏置供给管2103在薄膜形成室中装设的位置并不苛求，只要该供给管2103能与微波等离子体接触就行。为了遏制异常放电的发生，管2103最好设置在距带状部件2101内表面的距离不小于10mm处，不小于20mm则更好。

由于偏置供给管2103兼作气体导入管，最好在其周围或长度方向作成多个小孔或窄缝，由这些小孔均匀地释放出原始气体。这一偏置管在直径和长度上应设计得能保证所希望的电流密度。其表面积最好能在得到所需电流密度的前提下尽可能地小。这将有效地防止由于在偏置管表面上形成淀积薄膜而造成的原始气体利用率的降低，并防止由于淀积薄膜的脱落和飞散而造成的带状部件上所形成的淀积薄膜中发生缺陷的机率的增大。籍助这种安排，可以较大地改善原始气体的分解效率。

图21(b)至21(d)所示是将气体馈送装置和偏置发生装置公开设置的典型实施例。在图21(b)中是采用的单一偏置棒2104，而在图21(d)中采用的是两个偏置棒2104和2106。需要时还可以增设更多的偏置棒。

偏置供给用电源2107和2108可以具有同样的技术指标，或者也可以具有不同的技术指标以便施加独立的偏置电压。原始气体是通过一气体导入管2105送进薄膜形成室的。偏置棒2104和第二偏置棒2106最好作成棒状或管状，分别由耐热金属，例如不锈钢、镍、钛、钒、铌、钽、钼、钨等制作。如果作成管状结构的话，就可在其中流通冷却媒质以此来抑制偏置棒经受异常的发热。这些偏置棒的安设位置与偏置管2103的情形相似。

气体导入管2105最好由介质材料制成，以减少异常放电的发生并形成均匀的等离子电位。如果加以接地，那么同样亦可采用导电管亦无任何困难。

图21(c)中所示是一个将偏置电压加到带状部件的典型实施例。偏置电压发生用电源2107连接到带状部件2101。气体导入管2105由导电材料制成并予以接地。也可以将气体导入管2105由介质材料制成。另外分开设置一地电极。对气体导入管2105的安装位置并不苛求，只要它与等离子体接触就行。

根据本发明的装置，将偏置电压恰当地单个地或在叠加之后施加给偏置供给装置，籍此就可以将等离子电位调节到所希望的水平。这就使得可能高效率高产量的连续并可重复地形成缺陷少的高质量实用淀积薄膜。

按照本发明的方法和装置连续形成的实用淀积薄膜可以是非晶性的，亦可是结晶性质的。它们包括诸如Si、Ge、C等IV族元素半导体薄膜；诸如SiGe、SiC、SiSn等IV族合金半导体薄膜；诸如GaAs、GaP、GaSb、InP、InAs等III-V族化合物半导体薄膜；诸如ZnSe、ZnS、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe等II-VI族化合物半导体薄膜。

按本发明的方法和装置，用于形成实用淀积薄膜的原始气体最好是一些能以气体形式送入薄膜形成室的，例如上述半导体组成元素的氢化物、卤化物和金属有机化合物。

当然，这些原始化合物不仅可单独地应用，而且也可以是两种或多种的组合。这些原始化合物可以再混合以像He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn之类的惰性气体，或者还混合以像He、HF、HCl等的稀释气体后送入。

这些连续形成的半导体薄膜可加以价控制或禁带控制。具体说就是，将包含有用于价或禁带控制的元素的原始化合物单独地、或混合以形成淀积薄膜用的原始气体或稀释气体送入薄膜形成室内。

本发明以装置实例对照附图进行较具体的介绍，这当然不应被看作是本发明仅限于此。

装置实例1

图1是一说明采用移动的带状部件作为其侧壁的薄膜形成室及其外围机构的典型实例的示意透视图。

图1中：101为带状部件；102为被施加微波的同轴线(电缆)的中心导体；103为用作微波发射部件的介质管；104为薄膜形成室；105为小孔；106为原始气体导入管；107为真空抽气口；108和109分别为支撑带状部件的外和内辊轮；110为薄膜形成室的狭缝开口；111和112分别为支撑此开口的外和内辊轮；113为保持(支撑)弯曲部分的内环。

图1中的两个箭头表示原始气体流向。

在图1中，由带状部件101所构成的薄膜形成室呈圆筒形，同轴线的中心导体102即置于其中的薄膜形成室的旋转轴线上。在薄膜形成室104的内部设置有介质管103，它与中心导体102同轴，被用作微波发射部件。薄膜形成室104是这样被作成圆柱状的；在带状部件101被夹在内、外辊轮112和111之间时，改变传送方向，使带状部件向外弯曲，并由装设在被弯曲后的带状部件101内周边的多个弯曲部分由支撑环113支撑和传送，从而就形成了圆筒状侧壁。然后再一次使带状部件101在夹在开口支撑内、外辊轮112和111之间时改变传动方向，形成一圆筒。如前所述，为了防止传送途中带状部件101的变形和倾斜，带状部件101在其被弯曲以外的部分由两个支撑带状部件的内、外辊轮109和108支撑住。

图1中，带状部件101所构成的狭缝状开口110依靠开口支撑内、外辊轮112和111支撑住带状部件101而维持。此内辊轮112仅仅和带状部件101在其外周边部分接触，如图所示。此带状部件101在薄膜形成室之外由一独立设置的驱动机构(图中未示出)驱动。如果在此驱动机构中设置一张力控制装置，就可以无偏斜地传送带状部件。

原始气体导入管106伸入薄膜形成室104内部，并被置于相对于介质管103来说对着薄膜形成室104的切缝状开口110的地点。此外，原始气体导入管106上所作出的多个小孔105应正对着带状部件101。

图1所示将微波功率导入薄膜形成室的机构现参照图5加以说明。

图5中是以同轴电缆作为微波天线装置的举例进行说明的，但亦可以应用如rigitano线圈之类的天线装置。

在图5中：501为一矩形波导管；502为同轴短路器(可动端)；503、504为电磁屏蔽部件；505为同轴短路器的固定部件；506为圆形阻波凸缘；507为一高介质常数微波发射部件；508为弯曲部分内支撑环；509为一辊轮(或轴承)；510为中心导体冷却气体导入口；511为小孔；512为定程器；513为同轴波导交换器。

如图5所示，中心导体102具有一空心结构，一端穿过同轴波导变换器513伸出同轴线，进入薄膜形成室的内部。另一端连接到中心导体冷却气体导入口510。中心导体102借助由弹簧部件构成的电磁屏蔽部件503、504以及中心导体的固定部件(图中未示出)，保持良好的电接触。此固定部件比如说可以具有与同轴短路器固定部件505同样的结构，其固定位置绕中心导体的轴线转过90°。在图5中所用的固定部件是一螺栓。中心导体在与电磁屏蔽部件504接触的邻近移动，中心导体102插入薄膜形成室104内部的长度可用同轴线的伸出部分进行调节。

由图5将可看到，同轴短路器502的结构使得它能由同轴线的伸出部分进行操作。该同轴短路器502依靠点焊与电磁屏蔽部件503连接(或固定)，以保证由一弹性部件作良好的电接触。在同轴短路器502的中心，有一个用以穿过中心导体102的通孔。另一由弹性部件制成的电磁屏蔽部件503设置在同轴短路器502与中心导体102之间的接触部位，使短路器502能沿中心导体102流畅地滑动。

在中心导体102的某一部位设置一阶梯式部位，在实践中是有益的，由此而构成的定程器将能防止因微波发射介质管103与中心导体102端面的接触而可能导致介质管103的破裂。在同轴短路器502的另一端可以设置类似的定程器。由此，使得同轴短路器502的端面凸出于同轴波导变换器513之外。如果此端面凸出，在同轴短路器502与外导体之间形成良好接触的电磁屏蔽部件503中易于发生异常放电。在更差的情况下，该部件可能烧坏，因而造成实际障碍。

在图5中，微波同轴变换器513作成带有中心导线102的同轴线，它插入矩形波导管501的内部。

图5中，矩形波导管501连接到一2.45GHz的微波振荡器(Evik公司，图中未示出)上。

图5中，高介质常数的微波发射部件507基本上呈截头圆锥形，在其圆锥表面上具有用以排放冷却气体的小孔，此用于中心导体的冷却气体从端口510流过中心导体102的中空部分，经由中心导体102的端面开口，继续沿微波发射介质管103的内表面，穿过高介质常数部件507的锥形表面上的排放口流动，并由设置在矩形波导管501侧壁上的多个小孔511放出。

带状部件101在由一对弯曲部分内支撑环508仅在其边缘部分支撑的情况下移动。此内支撑环508由装设在其周围的辊轮(轴承)509作滚动支撑。此内支撑环可以作成是沿带状部件衬底101周边，以面对面的方式安排的多个小圆环，如图1所示。

在图5中，中心导体102借助介质管103与薄膜形成室104中所产生的等离子体隔开。介质管103一端是半环面形的封闭端，中间为圆筒形，另一端有一真空法兰盘，依靠该真空法兰盘可实现结构的真空密封。

圆形阻波凸缘506与介质管103的真空法兰盘紧密接触连接。这里，由于圆形阻波凸缘506与介质管103之间的真空密封而使得金属表面电气接触不良，但在结构观点上则不会发生任何微波泄漏。

本发明装置除开用作微波等离子体CVD装置的主要机构部分外，还包括一用作辅助机构的装载锁定机构。

图7的装载锁定机构被固定到装置上，由此不仅减少了故障的数量，而且大大改善了维护操作。现详述该装载锁定机构。

图7中：701为负载更换锁定室；702为一阀门；703为交换门；704为真空抽气口；<A>表明介质管和原始气体导入管在形成淀积薄膜期间所处的位置之状态；<B>表明该机构由交换位置退出后的状态。

在图7中，用可替换件的形式设置其中心导体102，介质窗103以及原始气体导入管106。借助于固定构件可分别把它们固定在由(A)或(B)指示的位置上。图中未示出这些固定构件，它们是预先设置在(A)及(B)的各个位置上的。装载锁定室701是为把移动臂(未示出)从位置(A)移动到位置(B)而设置的。在真空抽口704连接着真空泵(未示出)。通过该真空泵可以将此装载锁定室701抽成真空。另外，中心导体102以及原始气体导管106均应具有可拆卸的邻接门阀702的结构。

通过门阀702将图7中所示的装载锁定机构与图1中所示的薄膜形成室104相邻接。

根据本发明，应控制该微波等离子体CVD装置的运行满足下列要求：易于起动的初始放电，以及根据为实现理想沉积膜的形成所需要的放电状态，为了在不伸入膜形成室104的同轴线部分与伸入膜形成室104内部的同轴线部分之间进行阻抗匹配，对介质管103外直径做预先地控制和选择。当然，若不按上述要求实行控制，该装置也可免除运行中可能出现的任何故障。但为了最佳显示该装置的功能，还是应该满足上述要求。

关于第一个要求，起动初始放电上，有许多公知的方法都是可行的。这些方法包括有增加该膜形成室的压力，提高施加的微波功率，如像借助于泰斯拉线圈产生火花放电，等等。在本发明的装置中，我们发现半同轴谐振腔这样的膜形成室104的结构与公知的那些起动初始放电方法中的结构相比较可在较大的膜形成压力范围上，并在较长的时间上，确保是平稳的并且是恒定的连续放电。为构成该半同轴谐振腔，并同时用斯卡拉(Scala)网络分析器HP8757A(Hewlette-Packard有限公司)确保呈谐振状态，应该控制插入该膜形成室104内部的中心导体102的长度，致使介质管103当其设置入位时就起到一个半同轴谐振腔的作用。

关于第二个要求，控制并选择该介质管的外直径，是通过将伸入该膜形成室104的同轴线部分与不伸入该膜形成室内部的同轴线部分的阻抗相匹配起来作到的。在起动放电的膜形成室104内，相应于等离子体的密度形成一个等效的同轴线。该等离子体密度或该等离子体的复介电常数的变化，主要取决于气体的混合比率，气体的压力，所施加的微波功率或该介质管的大小。这四个变量是彼此相关的，因此，理论上很难预测出如上述在伸入该膜形成室的同轴线部分与不伸入该膜形成室的同轴线部分之间得出匹配状态的一个介质管103的最佳直径。所以，应该借助于适当选择该介质管103的外直径，通过实验来确定该匹配状态，并且控制该中心导体102插入其内部的长度使得一个能够起到支持在其上面形成实用沉积膜作用的带状构件用作如下所说明的一个侧壁。假如该膜形成室的内径为φ40mm，那么要求该同轴线最好具有直径为φ6mm的中心导体，及直径为φ20mm的外导体，外径为φ1.8mm的介质管，并且该中心导体的插入长度为452mm。另外假如该膜形成室具有φ105mm的内径，那么要求该同轴线最好具有直径为φ15mm的中心导体，及直径为φ30mm的外导体，外径约为φ2.3mm的介质管，且该中心导体的插入长为455mm。

本发明如上所述的微波等离子体CVD装置是按如下方式运行的。

图1中的薄膜形成室104借助于真空泵(未示出)通过狭缝开口110和真空抽气口107被抽成真空。当该薄膜形成室的内压力达到1×10^-6乇之后，用来形成膜的原始气体通过导入管106，从小孔105被注入并导入薄膜形成腔104，其流量则借助于质量流量控制器(未示出)进行控制。在这种状态下，当该膜形成室的内部达到一预定压力级之后，则由一个2.45GHz的微波振荡器(未示出)(例如，可从Evic有限公司买到)激发的微波能量或功率，通过如图5所示之矩形波导501，波导同轴线转换器513，中心导体102以及进行微波传播的介质管，向该膜形成室放电。为了有效地利用微波功率，最好应该将这些微波按照公知的技术那样做到阻抗匹配。在本发明的装置中，按照微波阻抗匹配的机理，装入如图5所示之中心导体102的插入长度控制机构以及同轴短路器502。在这些微波阻抗匹配的机构中，其前面的中心导体插入长度控制器具有较宽的匹配范围。因此，最好开始先用插入控制器，致使反射功率达到最小，同时，通过反射瓦特计监测同轴线或波导内的反射功率。然后，通过同轴短路器502对它作细调节，从而使其阻抗达到匹配。其结果，通过该膜形成室104内所激发的等离子体的作用，在带状构件101上形成一个理想的实用沉积膜。

下面描述如图7所示之用作辅助机构的装载锁定机构的操作方法。在门阀702附近移动中心导体102及原始气体导入管106，而后，将该传播微波的介质管103及该原始气体导入管106从图中的位置(A)撤到位置(B)，紧接着，便关闭该门阀702。然后，利用情性气体N2或Ar使该装载锁定室701返回到大气压，并且打开交换门703，紧接着，将其介质管103和该原始气体导入管106都换成最新的。然后，关闭该交换门703，并且通过一个抽气泵(未示出)从抽气口704将该腔室抽成真空。当该装载锁定室701的内压力与该膜形成室的内压力彼此相等时，则打开门阀702，紧接着，使该介质管103及该原始气体导入管106返回到位置(A)。再一次将中心导体102和该导入管106连接在门阀702的附近，于是，再一次开始沉积膜的形成。

由以上可清楚地看出，该装载锁定机构在提高操作效率上起着很重要的作用。此外，若在图1所示的抽口107的位置上设置一个传导控制机构，则可以进一步提高该装置的操作效率，因而减轻了该装置的磨损。

如图8所示，该传导控制机构可采用旋转传导控制板801给出的结构或者具有网眼结构的微波反射板802给出的结构。在开始进行抽真空时，使该机构旋转，使其开到最大的限度；当达到一个预定的压力之后，确定其旋转的位置，从而达到一个理想的传导率，而后，通过该原始气体。

其他的传导控制机构包括有一对图8所示之面对面的辊轮111和112。使它们作水平移动，最终改变其狭缝开口110的面积。由此，控制该传导率。

装置实施例2

本装置实施例涉及适于制作p-i-n光伏器件的一种微波等离子体CVD装置，其中将如图1所示的三个薄膜形成室连接起来，并且依次将n-型半导体层，i-型半导体层与p-型半导体层沉积并集积在一个连续移动的带状构件上。图3是上述类型的装置的断面图。

图3中，用301指示的是带状构件，用302指示的是带状构件的装入室，303至305分别为相互隔离开的腔体，306是气体的隔离通道，307是带状构件的载出室，308是带状构件的馈送卷轴，309是带状构件的取出卷轴，310是换气导入口，311至313分别为薄膜形成室，314至316分别是微波同轴线的插入装置，317至325分别是抽气口，以及326是用于带状构件的温度控制器。

在图3中，如在装置实施例1中所说明的那样，可以通过门阀(未示出)对每个隔离腔体303至305都装有一个装载锁定机构。该装入室302和载出室307可相类同地均装有如上所提出的那种装载锁定机构。

在图3中，本发明的装置可进一步包括有与带状构件装入室302相邻接的加热室，位于其载出室307之前的冷却室，或者适当地装备与来自薄膜形成室内的等离子体的热流或热量相对应地进行冷却或加热的腔体。

此外，控制这些膜形成室311至313的内直径，使得既便所要求沉积的膜的厚度彼此可能不同，该带状构件301的传送速度总是保持恒定的。

在图3中，在任何相邻的相互隔开的腔体之间均装有气体隔离通道306，之中通过换气导入口310向里面送入净化气体。

这些气体隔离通道306应该具有使在任一相邻隔离室中所用的原始气体不相互扩散的作用。对此基本概念可参考美国专利No.4,438,723中所揭示的装置。在该发明的实施过程中，该装置的效力有待进一步的提高。其原因是因为它至少有一个膜形成室采用了本发明的膜形成腔。但是按照本发明，该沉积膜应该在大约10^-2至10^-3乇的压力下形成，而该美国专利中所揭示出的膜形成压力低于本发明中所采用的膜形成压力，因而使得很有可能把原始气体进行扩散了。更具体地说，该装置应经受住最大约10⁶倍高的压力差。为此，所用的抽气泵应该最好是油扩散泵，涡轮分子泵，机械增压泵或者是它们的组合。

将气体隔离通道317设计成具有分段的形式，其段面与带状构件的断面具有完全相同的大小，以便产生出小传导率并增强其隔离功能。通过改变该气体隔离通道的总长度，即可改变其隔离的能力。为了进一步增强其隔离能力，最好采用组合净化气体。这种气体的例子包括很可能由涡轮分子泵抽出的稀有气体，例如，Ar，Ne，Kr，Xe等等，或者很可能用油扩散泵抽出的像H₂这样的气体。该送入气体隔离通道的净化气最佳流速，实际上是由该气体隔离通道的形状及该净化气与用来形成沉积膜的原始气体的互扩散系数所决定的。实际上，该相互扩散的气体量是用一个质谱仪测定的，从中应能更好地确定其最佳条件。

在操作该装置之前，将预先处理过的带状构件安装在馈送卷轴308上。为了用带状构件101将馈送卷轴308与缠绕卷轴309连接起来。该构件101要按位通过各个膜形成室302至306。此后，关闭各个膜形成室的盖子，使空气密封；紧接着，将其抽成大约1×10^-6乇的真空；以此完成其准备工作。为此所采用的真空泵可以是旋转泵，机械增压泵及油扩散泵的组合。

在运行中，该带状构件101以给定的传送速度从带状构件装入室301被传送到预热室302。该预热室被加热到一个给定的温度上。紧接着，在各个隔离腔体中形成沉积膜，从而得到由三个薄膜作成的一个累积层，然后再在冷却室中冷却到一个预定的温度上。最后，用缠绕卷轴309将该沉积了的构件卷绕起来。此后，从载出室307中，再把在上面有形成由三个沉积膜作成的累积层的这种卷绕起来的带状构件取出来。

以下详细描述这种带状构件的卷绕和取出。

首先描述该带状构件的卷绕机构。本发明的装置中使用的卷绕机构最好应具有下列功能。

iv)当在进行卷绕时，要保护已沉积了的薄膜。

v)使滚动不致引起该薄膜的脱落。

最好当用缠绕卷轴309将该带状构件卷绕起来时，同在该构件上放置的聚酰亚胺玻璃棉(称作合成纸)一道把该带状构件卷绕起来。

该合成纸最好应具有热阻，并且可耐到大约150℃的高温，而且有良好的韧性。为了避免薄膜脱落，该卷轴最好应有不小于φ100mm的外直径，最佳选择大约φ300mm以上。

以下描述该带状构件的取出或卸下(拆及装)机构。

图9(i)至9(v)及图10(i)至10(v)分别是说明带状构件处理室及如像带状构件这样的薄膜形成操作的图示。

在图9和图10中，用901指示的是在该带状构件馈送向设置的一个带状构件处理室，而用1001指示的是在该带状构件卷绕方设置的一个带状构件处理室；在它们之中，分别装有含氟树脂的辊轮907，1007，及切削片980，1008以及焊接工具909，1009。

图9(i)示出常态下的膜形成的状态，其中带状构件902沿着图中箭头的方向移动，而且不与卷轴907，切削片908及焊接工具909相接触。标号910指示与带状构件容纳腔(未示出)相连接的管道，而标号911指示与膜形成室(未示出)相连接的管道。

图9(ii)说明的是在完成第一次带状构件的膜形成步骤之后，以新进的带状构件来更换的第一步。此时，该带状构件902停止，并且辊轮907从虚线所指示的位置向箭头指示的方向移动，由此，使卷轴907与带状构件902及处理室901的侧壁相紧密接触。在这种不透气的状态下，带状构件容纳腔和膜形成室是相互隔开的。接着，切削片908沿着箭头指示的方向移动，从而切割该带状构件902。该切削片908可以是能够切割该带状构件902的机械切割，电切割或热切割当中的任何一种。

图9(iii)说明的是切割了的带状构件903向着装有带状构件容纳腔的一方卷绕移动的状态。该进行切割及卷绕的步骤可以在真空中实行或者在该带状构件容纳腔中的漏气条件下实现。

图9(iv)说明的是送入新进的带状构件904并与带状构件902相连接的步骤。该带状构件904与902在它们的端点部分上相接触，然后借助于焊接工具909把它们焊接起来。

图9(v)说明的是将容纳腔(未示出)抽成真空，直到与该膜形成室达到几乎没有压力差为止的一种状态。此后，该辊轮907则从带状构件902及处理室901的侧壁上移开，同时该带状构件902和904将被卷绕起来。

下面描述该带状构件的卷绕操作。

图10(i)是常态下的膜形成状态，其中，实际上与图9(i)相对称地装配有各个相对应的构件或工具。

图10(ii)说明的是当在一批带状构件上完成薄膜形成之后的一个步骤。此时，将这种构件移开，用来根据随后的膜形成处理，为卷绕起另外的带状构件，与新进的带圈相交换。

开始，使带状构件1002停止，并且使辊轮1007从虚线所指示的位置向箭头指示的方向移动，直到将该辊轮1007与带状构件1002及带状构件处理室1001的侧壁相紧密接触为止。在这种状态下，该带状构件容纳腔和该膜形成室是彼此间被不透气地密封相隔开的。接着，按图中箭头所指示的方向移动切削片切割该带状构件1002。该切削片可以是机械的、电的或热的能够切割该带状构件1002的任何一种切割。

图10(iii)说明的是当完成该切割并分隔薄膜的膜形成步之后的一种状态。此时，在带状构件容纳腔的一方上，将该带状构件1005卷绕起来。

该切割及卷绕的步骤可在真空中实行，或在带状构件调节箱中漏气的条件下实现。

图10(iv)表明的是将一个已被卷绕在一个新的卷绕盘上的新带状构件1006送入并将它与带状构件1002相联结起来的步骤。该带状构件1006与1002在它们的端点上彼此相接触，然后，借助于焊接工具1009把它们焊接起来。

图10(v)说明的是将该带状构件容纳腔(未示出)抽成真空，直到与该膜形成室达到几乎没有压力差为止的一种状态。此后，使辊轮1007从带状构件1002及处理室1001的侧壁上移开，同时该带状构件1002，1006将被卷绕起来。

如图9及10中所示，由于将膜形成腔保持真空，所以可以易于将带状构件以新进的带状构件来更换，从而导致操作效率的提高。此外，由于不把膜形成室暴露于大气压下，并且完全免除了侧壁表面上的任何水份吸附作用，所以就必能得出高质量地半导体器件的稳定形成。

在本发明的实施过程中，如果必要的话，可用干腐蚀净化该膜形成室，同时保持真空。

装置实施例3

在本实施例中，描述了一种图1所示的加有偏压供给装置的设计。

在图2中，用201指示的是带状构件，用202指示的是用来施加微波的同轴线中心导体，203是用作微波传播构件的介质管，204是膜形成室，205是小孔。206是兼做原始气体导入管的偏置供给管，207是真空抽气口，208是支持带状构件的外辊轮，209是支持带状构件的内辊轮，210是该膜形成室的狭缝开口，211是支持该开口的外辊轮，212是支持该开口的内辊轮，213是支持弯曲部分的一些内环，214是绝缘接头，215是送气管道，216是供给偏置的电源，以及217是导线。

图2中所示的箭头指示原始气体的流向。

在图2中，用作原始气体导入管道的偏置供给装置206伸入该膜形成室204的内部，并且按照装置实施例1中所说明的与图6完全相同的方式进行安装。

对兼作原始气体导入管道的偏置供给管206，通过导线217，加给由电源216产生的一个偏置电压。通过绝缘接头214，将用作送气管道的偏置供给管206与气体馈送管道215相绝缘并分隔开。

将带状构件201接地，并且最好均匀地在该柱形膜形成室侧壁部分的全表面上真正接地。最好通过一个接触到外辊轮211，内辊轮212，内环213以及带状构件201的侧壁的电刷使该构件接地。

向图2中所示的膜形成室203的内部引入微波功率或能量的机构可以与装置实施例1中参照图5所说明的那样完全相同。

在本装置实施例中，该偏置供给装置具有如图21(a)所示的那种设计；但是，它也可以采用具有如图21(b)至21(d)所示的那种设计的其他类型的偏置供给装置。

装置实施例4

本装置实施例涉及适于制作p-i-n光伏器件的一种微波等离子体CVD装置，其中，将如图2所示那样的三个薄膜形成室连接起来，并且依次将n-型半导体层，i-型半导体层及p-型半导体层沉积并累积在一个连续移动的带状构件上。图4是上述类型的装置的断面图。

图4中，用401指示的是带状构件，用402指示的是带状构件的装入室，403至405分别为相互隔离开的腔体，406是气体的隔离通道，407是带状构件的载出室，408是带状构件的馈送卷轴，409是带状构件的取出卷轴，410是换气导入口，411至413分别为薄膜形成室，414至416分别是微波同轴线导入装置，417至425分别是抽气口，426是用于带状构件的温度控制器，以及427至429是兼作原始气体导入管道的偏置供给装置。

在图4中，如在装置实施例1中所说明的那样，可以通过门阀(未示出)对每个隔离腔体403至405均邻接装有一个装载锁定机构。该装入室402和载出室407可相类同地均装有如上所提出的那种装载锁定机构。

在图4中，本发明的装置可进一步包括有与带状构件装入室402相邻接的加热室，位于其载出室407之前的冷却室，或者适当地装备与来自薄膜形成室内的等离子体的热流或热量相对应地进行冷却或加热的室。

在图4中，控制这些膜形成室411至413的内直径，使得既便所要求沉积的膜的厚度彼此可能不同，该带状构件401的传送速度总是保持恒定的。

在图4中，在任何相邻的相互隔开的腔体之间均装有气体隔离通道406，之中通过换气导入口向里面送入净化的气体。这是按照与装置实施例2所描述的那样完全相同的方式完成的。

在本装置实施例中，隔离腔体403至405均装有具有如图21(a)所示设计的那种偏置供给装置，但在各个隔离腔体中，也可采用具有如图21(b)至21(d)所示设计的那种其他类型的偏置供给装置。

按照本发明的方法和装置制造半导体器件的一个极好的例子就是太阳能电池。图14至图17所示出该典型的层结构。

图14所示的器件就是一种光伏器件1400。该光伏器件有底座1401，在它上面按次序形成一个下电极1402，一个n-型半导体层1403，一个i一型半导体层1404，一个p-型半导体层1405，一个透明电极1406以及一个电流收集极1407。这种光伏器件是在光可从透明电极1406一侧穿过的前提下制作的。

图15所示的器件是光伏器件1500。该光伏器件在一个透明底座1501上有按次序形成的一个透明电极1506，一个p-型半导体层1505，一个i-型半导体层1504，一个n-型半导体层1503和一个下电极1502。这种器件是在光可从衬底1501一侧穿过的前提下制作的。

图16所示的器件是称之谓具有两个包括有p-i-n结型光伏单元1611，1612的元件组合结构的串联型光伏器件1613，其中把具有不同带宽或层厚的两个半导体层用作i-型层。用1601指示的是底座，在它上面按照顺序形成一个下电极1602，一个n-型半导体层1603，一个i-型半导体层1604，一个p-型半导体层1605，一个n-型半导体层1608，一个i-型半导体层1609，一个p-型半导体层1610，一个透明电极1606以及一个电流收集极1607。这种光伏器件是在光可从透明电极1606一侧穿过的前提下制作的。

图17所示的器件是称之谓三层的光伏器件1724。它具有由p-i-n结型光伏单元1720，1721及1722组成的三个单元累积的结构，其中的三个半导体层具有不同的带宽及/或层厚。在底座1701上，按如下顺序形成一个下电极1702，一个n-型半导体层1703，一个i-型半导体层1704，一个p-型半导体层1705，一个n-型半导体层1714，一个i-型半导体层1715。一个p-型半导体层1716，一个n-型半导体层1717，一个i-型半导体层1718，一个p-型半导体层1719，一个透明电极1706以及一个电流收集极1707。这种光伏器件是在光可从透明电极1706一侧穿过的前提下制作的。在所有这些光伏器件下，根据其目的，都可以把该n-型半导体层与p-型半导体层倒换过来。

现在描述这些光伏器件的各个组成部分。

底层

制造本发明中所用的底座1401，1501，1601及1701的材料最好具有可挠性，并且能够变成曲形，而且也应是电导体。这些底座可以是光学透明体或者是不透明体。然而，若光从底座1401，1501，1601或1701一侧穿过，则它就应是透明的。

特别是要提到本发明中所用的带状构件的材料。该用该衬底的太阳能电池导致重量轻，强度上的提高以及传输空间的节省。

电极

在本发明的光伏器件中，根据该器件的形状或结构选择适当的电极。这些电极包括下电极，上电极(透明电极)以及电流收集极等等。我们要注意，“上电极”一词的意思是指在光入射侧设置的电极，而“下电极”一词的意思是经过一些半导体层在相对于上电极的另一侧设置的电极。

以下更详细地来描述这些电极。

(i)下电极

根据用于底座1401，1501，1601或1701的材料是否是透光的，则为产生光伏电动势的光辐照侧面就有所不同，所以本发明所用的下电极1402，1502，1602及1702可用各种不同方法制作，例如，若底座1401是用金属这样的非透明材料制作的，则光是如图14所示的那样从透明电极1406一侧照射的。

更具体来说，当使用如图14所示的那种层结构时，则在底座1401与n-型半导体1403之间设置该下电极1402。相反，当底座1401是导电的时，则该底座也可用作下电极。然而，如果该底座是导电的，但是具有高的层阻，那么则可以把电极1402用作一个可流过电流的低阻电极或者用来提高该底座表面的反射能力，因而有效地利用入射光。这种真空的实例就是图16和17。

关于图15的实例：所用的底座1501是透光的，光从底座一侧入射，那么下电极就设置在底座1501的对侧，半导体层介于其间，该下电极为电流提供通路并起到反射光的作用。

若该底座1501是用绝缘材料作成的，那么则可以把该下电极1502装配在底座1501和n-型半导体层1503之间，用作电流通路的一个电极。

电极的材料可以是如像Ag，Au，Pt，Ni，Cr，Cu，Al，Ti，Zn，Mo，W等等这样的金属或者它们的合金。通过真空蒸镀、电子束喷镀、溅射或诸如此类的方式形成金属的或合金的薄膜。形成金属薄膜应备加小心，为的是不使该膜对光伏器件的输出起一个电阻元件的作用。该薄膜最好应有不大于50Ω的层阻，更可取的是不大于10Ω。

虽然在附图中未示出，但在下电极1402，1502，1602或1702与n-型半导体层1403，1503，1603或1703之间还可以设置像导电氧化锌这样的扩散阻止层。该扩散阻止层不仅有阻止构成电极1402，1502，1602或1702的金属元素向n-型半导体层扩散的作用，而且还有阻止由如像在下电极1402，1502，1602或1702与透明电极1406，1506，1606或1706之间的针眼这样的缺陷所引起的短路的作用。在这些电极之间夹有这些半导体层，为的了是给与一个微小的电阻。该扩散阻止层还有由该薄膜产生多次干涉的附加作用，由此扰住入射到该光伏器件内的光。

(ii)上电极(透明电极)

本发明中采用的透明电极1406，1506，1606或1706最好应有不小于85％的光透射率，以便使太阳光或白炽荧光灯的光在这些半导体层中能被吸收。此外，该电极对该光伏器件的输出不应成为一个电阻元件，而且最好应有不大于100Ω的层电阻。具有上述特性的材料例如有像SnO₂，In₂O₃，ZnO，CdO，Cd₂SnO₄，ITO(In₂O₃＋SnO₂)等这样的金属氧化物，以及像Au，Al，Cu，等这样的金属。把采用这些材料作成的极薄的半透明膜作为该电极。在图14，16和17中，该透明电极是累积在p-型半导体层1405，1605或1705上的；而在图15中，它是沉积在衬底1501上的。因此，选择材料应取决于对上述层或对衬底的粘着力。该沉积技术有通过电阻加热的真空蒸镀，通过电子束加热的真空蒸镀，溅射，喷射等等。如果需要的话，可将这些技术组合起来使用。

iii)集电极

本发明中用的集电极1407，1507，1607或1707是在透明电极1406，1506，1606或1706上形成的，以便减小透明电极1406，1506，1606或1706的表面电阻。这些电极是如像Ag，Cr，Ni，Al，Au，Ti，Pt，Cu，Mo，W等这样的金属及其合金薄膜。恰当地设计其形状及面积，以便让适量的光射入到这些半导体层之中。

例如，相对于光伏器件的受光面，其形状最好是均匀散布的；而相对于其受光区域的面积则不大于15％，更可取的是不大于10％。

其层电阻最好应不大于50Ω，更可取的是不大于10Ω。

i-型半导体层

适合用于形成本发明的光伏器件中的i型半导体层的半导体材料包括有诸如a-SiGe∶H，a-SiGe∶F，a-SiGe∶H∶F，多晶-Si∶H，多晶-Si∶F，多晶-Si∶H∶F及等同物IV族半导体及IV族合金半导体，以及II-VI族和III-V族的化合物半导体。

p-型半导体层和n-型半导体层

在本发明的光伏器件中，适合于构成p-型及n-型半导体层的半导体材料就是i-型半导体层用的那些半导体材料，但其中掺杂了化合价键控制剂。

〔膜形成实施例〕

以下描述使用本发明的微波等离子体CVD装置的具体进行膜形成的实施例，但这不应意味着是对本发明的限制。

膜形成实施例1

通过使用装置实施例2中说明的连续微波等离子体装置(图3)连续地沉积非晶硅膜。

把充分脱脂并洗涤过的带状构件SUS430BA(宽46cm×长100m×厚0.2mm)缠绕在带状构件馈送卷轴308上，再把这个卷盘放入具有馈送机构的带状构件装入室302内。该带状构件301经过气体隔离通道306及各个隔离腔303至305内的开口支架外辊轮111，开口支架内辊轮112和弯曲部分支架内环113被传送到具有带状构件缠绕卷轴309的带状构件载出室307，同时对牵引力进行控制，以致不会发生偏斜。弯曲该带状构件的各种条件示于表7。

用旋转泵(未示出)粗略地把装入室301，载出室307及隔离腔303至305抽真空。随后，起动机械增压泵(未示出)，紧接着将真空抽到约10^-3毫乇。此后，启动单独装在隔离腔304上的温度控制机构326；通过它，把衬底的表面温度维持在250℃上；在这个温度下，用油扩散泵(HS-32，Banan制造)(未示出)使真空抽成不高于5×10^-6乇。

当把气体充分抽空的时刻，从气体导入管道106中引入1200sccm的SiH₄，2sccm的SiF₄及100sccm的H₂，并把膜形成室312内的压力维持在25m乇，同时对装在油扩散泵上的油门阀开口进行控制。此时，把隔离腔304内的压力建立在8m乇上。当把该压力稳定下来时，微波功率源(未示出)则从中心导体102中辐射出有效功率为1.5KW的微波。立刻，那些引入的气体就被转变成等离子体，从而在该膜形成室312中形成一个等离子区。

启动该开口支架外卷轴111，该开口支架内卷轴112及弯曲部分支架内环113(未示出它们的驱动机构)，致使带状构件的传送速度被控制在45cm/分。

要注意到，用作净化气体的50sccm的气体H₂是从换气导入口310送入气体隔离通道306的。在开始传送的30分钟里，连续地形成沉积的膜。由于使用这种长的带状构件，因此在完成这个膜形成的工序后，紧接着再次形成沉积的膜。当完成所有的沉积之后，再将该带状构件冷却并取出。沿着带状构件的宽及长，测量在本膜形成实施例中的带状构件上形成的沉积膜的厚度分布，揭示该分布在5％之内，并且平均沉积速率为100埃/秒。切下部分沉积膜，然后用FT-IR(1720X，可从PerKin-Elmer公司买到)以反射法进行红外吸收谱的测量，从结果可确认，在2000cm^-1及630cm^-1的吸收是对应a-Si∶H∶F膜固有的吸收谱线。此外，采用RHEED(JEM-100SX可从日本电子株式会社买到)测量该膜的结晶度，从出现光环现象的结果可发现该膜呈非晶态。用金属氢分析仪(EMGA-1100，可从堀场制作所株式会社买到)定量测定该膜中氢的含量，揭示其含量为20±2原子％。

膜形成实施例2

在膜形成实施例1中实现该沉积膜形成步之后，停止原始气体的引入。此后，在与膜形成实施例1中完全相同的膜形成条件下连续地沉积一个非晶硅锗膜，只是在此将隔离腔304抽成5×10^-6乇单位的内压力，然后从气体导入管道106中引入25sccm的SiH₄，22sccm的GeH₄，1.5sccm的SiF₄及55sccm的H₂，并将该膜形成室312的内压力维持在22毫乇，而且微波功率为0.8kw。

当完成本膜形成实施例中的膜形成及其他的膜形成之后，将该带状构件冷却并取出。沿着该带状构件的宽和长，测量按照本膜形成实施例形成的沉积膜的厚度分布，揭示该分布在5％之内，并且平均沉积速率为40埃/秒。

切下部分沉积膜，然后用FT-IR(1720X，可从Perkin-Elmer公司买到)以反射法进行红外吸收谱的测量，从结果可确认，在2000cm^-1，1800cm^-1及630cm^-1的吸收是对应a-SiGe∶HF膜固有的吸收谱线。此外采用RHEED(JEM-100SX，可从日本电子株式会社买到)测量该膜的结晶度，从出现光环现象的结果可发现该膜呈非晶态。用金属氢分析仪(EMGA-1100，可从堀场制作所株式会社买到)定量测定膜中氢的含量，揭示其含量为14±2原子％。

膜形成实施例3

在膜形成实施例1中实现该沉积膜形成步之后，停止原始气体的引入。此后，在与膜形成实施例1中完全相同的膜形成条件下连续地沉积一个非晶碳化硅膜，只是在此将隔离腔304抽成5×10^-6乇的内压力，然后从气体导入管道106中引入55sccm的SiH₄，8sccm的CH₄，2sccm的SiF₄及200sccm的H₂，并将该膜形成室312的内压力维持在27毫乇。

当完成本膜形成实施例的工序及其他的膜形成之后，将该带状构件冷却并取出。沿着该带状构件的宽和长，测量按照本膜形成实施例形成的沉积膜的厚度分布，揭示该分布在5％之内，并且平均沉积速率为51埃/秒。

切下部分沉积膜，然后用FT-IR(1720X，可从PerKin-Elmer公司买到)以反射法进行红外吸收谱的测量，从结果可确认，在2080cm^-1，1250cm^-1，960cm^-1，777cm^-1及630cm^-1的吸收是对应a-SiC∶H∶F膜固有的吸收谱线。此外采用RHEED(JEX-100SX，可从日本电子株式会社买到)测量该膜的结晶度，从出现光环现象的结果可发现该膜呈非晶态。采用金属氢分析仪(EMGA-1100)，可从堀场制作所株式会社买到)定量测定该膜中氢的含量，揭示氢的含量为13±2原子％。

膜形成实施例4

在膜形成实施例1中实现该沉积膜形成步之后，停止原始气体的引入。此后，在与膜形成实施例1中完全相同的膜形成条件下连续地沉积一个p-型微晶硅膜，只是在此将隔离腔304抽成5×10^-6乇的内压力，然后从气体导入管道106引入50sccm的SiH₄，12sccm的BF₃(用3000ppm的H₂冲淡)，3sccm的SiF₄及200sccm的H₂，并将该膜形成室312的内压力维持在35毫乇，而且微波功率为1.8kw。

当完成本膜形成实施例的工序及其他的膜形成之后，将该带状构件冷却并取出。沿着该带状构件的宽和长，测量按照本膜形成实施例形成的沉积膜的厚度分布，揭示该分布在5％之内，并且平均沉积速率为39埃/秒。

切下部分沉积膜，然后借助于FT-IR(1720X，可从Perkin-Elmer公司中买到)用反射法做IR吸收谱测量，其结果指出，在2100cm^-1及630cm^-1波数的吸附是一个对应μc-Si∶H∶F膜固有的吸收谱线。此外，采用RHEED(JEM-100SX，可从Nippon Denshi K.K中买到)测定该膜的结晶度，从出现的环形可发现该膜呈现无定向的并且是多晶的。采用金属氢分析仪(EMGA-1100，可从Horiba Seishakusho K.K.中买到)定量确定该膜中氢的数量是6±1原子％。

膜形成实施例5

在膜形成实施例1中实现该沉积膜形成步骤后，停止原始气体的引入。此后，在与膜形成实施例1中完全相同的膜形成条件下连续地沉积一个n-型非晶硅膜，只是在此将隔离腔304抽成5×10^-6乇的内压力，然后从气体导入管道106中引入85sccm的SiH₄，10sccm的PH₃(用1％的H₂冲淡)，3sccm的SiF₄及30sccm的H₂，并将该膜形成室312的内压力维持在40毫乇，而且微波功率为1.1kw。

当完成本膜形成实施例的工序及其他的膜形成之后，将该带状构件却冷却并取出。沿着该带状构件的宽和长，测量按照本膜形成实施例形成的沉积膜的厚度分布，揭示该分布在5％之内，并且平均沉积速率为68埃/秒。

切下部分沉积膜，然后借助于FT-IR(1720X，可从Perkiu-Elmer公司中买到)用反射法做IR吸收谱测量，其结果指出，在2100cm^-1及630cm^-1的吸收是一个对应a-Si∶H∶F膜固有的吸收谱线。此外，采用RHEED(JEM-100SX，可从Nippon Deushi K.K中买到)测定该膜的结晶度，由于出现光环，可见该膜呈非晶态。采用金属氢分析仪(EMGA-1100，可从Horiba SeishaKusho K.K中买到)定量确定该膜中氢的含量是21±2原子％。

膜形成实施例6

在这里除了使用PET(聚苯二甲酸乙二醇酯)带状构件301(宽46cm×长100m×厚0.8mm)来代替SUS430BA带状构件之外，都重复膜形成实施例1的通用工序，并且该衬底表面的温度是210℃，由此，连续地沉积一个非晶硅膜。

将该带状构件冷却并取出。沿着该带状构件的宽和长，测量该膜的厚度分布，揭示其分布在5％之内，并且平均沉积速率为98埃/秒。切下部分沉积膜，然后借助于FT-IR(1720X，可从PerKiu-Elmer公司中买到)用标准传输方法做IR吸收谱测量，其结果指出，在2000cm^-1及630cm^-1的吸收是一个对应a-Si∶H∶F膜固有的吸收谱线。由在2000cm^-1附近Si-H造成的吸收中，定量确定出该膜中氢的含量是25±2原子％。

此外，采用RHEED(JEM-100SX，可从Nippon Deushi K.K.中买到)测定该膜的结晶度，由于出现光环，可见该膜呈现非晶态。

将该膜随机地切下20份，然后每一份根据通过采用电阻加热法的真空蒸镀，用A1梳型间隙电极(宽250μm，长5mm)进行真空蒸镀，紧接着，采用HP4140B测量在AM-1光(100mw/cm²)的辐射下的光电流以及在暗中的暗电流，从而确定出光电导率σp(s/cm)及暗电导率σd(s/cm)。这些电导率分别为(5.0±0.5)×10^-5s/cm和(1.5±0.5)×10^-11s/cm的范围之内。

膜形成实施例7

在本实施例中，借助于图3装置以48cm/分的速度传送带状构件，以便制作有如图13所示层结构的肖特基(Schottky)二极管。在图13中，用1301指示的是不锈钢带状构件，1302是Cr沉积层(厚0.2μm，以下简称n⁺-Si层)，1304是无掺杂a-Si∶H层(厚0.4μm，以下简称i-Si层)，1305是金沉积层(厚100埃)，以及1306和1307都是电连接端点。

以下描述该制作方法

当把带状构件1301按照与膜形成实施例1完全相同的方法洗涤过之后，采用连续真空蒸镀仪将一个1000埃厚的Cr层形成在该带状构件1301上。然后，把该带状构件1301放入图3所示本发明的微波等离子体CVD装置之中，于是就在所形成的Cr层的上边按照图中看到的那样向下转动，紧接着，按照表8指出的膜形成条件进行与膜形成实施例1完全相同的操作，由此，形成一个n⁺-Si层1303。

当连续的膜形成超过20分钟之后，完成该n⁺-Si层1303的生成，紧接着，停止微波功率的加入及SiH₄与用H₂冲淡的PH₃的引入。此后，将该隔离腔303抽空到1×10^-6乇的压力。

此后，将在取出卷轴308上卷绕起来的带状构件301如图中所看到的那样从右边向左边反向传送，这样按照表8指出的膜形成条件，根据以上描述的方法，连续地生成i-Si层1304达20分钟。该传送速度是48cm/分。

当完成该i-Si层1304的生成之后，将该带状衬底301根据上面所描述的方法从载出室302中取出来。

该n⁺-Si层及i-Si层的总平均厚度大约是0.6μm，并且在平面内的一致性是±4％这样的好。

从该带状构件301的20份中选择性地切割一些样品片，并把每个样品片放入一个真空蒸镀装置，接着就在该i-Si层1304上，生成一个有φ5mm直径，100埃厚的金沉积膜1305。

分别将该金沉积膜和Cr沉积膜，利用电连接端点1306，1307做加压焊接，确定出该肖特基(Schottky)二极管的特性。其结果，发现它具有一个二极管因数n＝1.14±0.05的良好的二极管特性。在该平面内的特性一致性也是好的。

膜形成实施例8

由于采用本发明图3所示的连续微波等离子体CVD装置，所以可连续地制作具有图14所示层结构的p-i-n型a-Si太阳能电池。

在图14中，用1401指示的是不锈钢(SUS430BA)带状构件，1402是用两层Al和Cr制成的下电极，1403是n-型a-Si层(n-Si)，1404是i-型a-Si层(i-Si)，1405是p-型微晶Si层(以下简称p-型μx-Si层)，1406是透明电极以及1407是铝电流收集极。

当将不锈钢(SUS430BA)带状构件充分洗涤并脱脂之后，采用连续真空蒸镀装置(未示出)将Al和Cr连续地真空蒸镀，由此生成该下电极1402。将在上面生成了下电极1402的带状构件301放入图3的装置，于是该生成了下电极的这一边如图中所看到的那样向下转动。根据上面所描述的方法，按照表9指示的条件，依次连续地生成沉积膜n-Si(300埃)，i-Si(4000埃)及p-型μx-Si(100埃)。

其各层的膜生成速度，对于n-Si层是20埃/秒，对于i-Si层是100埃/秒，对于p-Si层是6埃/秒。

在p-型μx-Si层上真空蒸镀一层氧化铟锡膜(ITO)1406，作为透明电极，然后再真空蒸镀Al电极1407，作为电流收集极，并涂敷一层树脂，作为表面保护层，由此制作出具有图14层结构的太阳能电池。这样制作的太阳能电池，用AM为1.5(100mw/cm²)的太阳模拟器的测量，结果是该光电转换效率平均为8.3％，因此我们取得了良好的特性。

比拟的膜形成实施例1

在这个比拟的实施例中，采用公知的图20中所示的卷轴到卷轴的RF系统连续膜形成装置连续地制作具有如图14所示层结构的太阳能电池，并且，已在日本特许公开No.58-70524被公开。

在图20中，用2001指示的是带状构件，2002是气体隔离通道，2003至2005是膜形成室，2006及2007是不锈钢带状构件卷轴，2008至2010是原始气体导入管道，2011至2013是平行放置的平板RF电极，2014至2016是RF电源，2017是IR灯加热器，以及2018至2020是抽气口。

利用图20的RF辉光放电电离法卷轴到卷轴的连续膜形成装置与图3所示的并在膜形成实施例8中说明过的本发明中的沉积膜形成装置，都可以同样的方法或者采用微波或者采用RF设备来进行操作。因此，在此不再赘述其操作程序。

表10以与膜形成实施例8的结果相比较的形式示出了用图20这种卷轴到卷轴连续膜形成装置制作太阳能电池的结果。

从表10中可清楚地看出，用本发明的微波CVD装置达到的沉积速度高于该RF辉光放电电离法的三倍，所以其传送速度或生成速度也可提高三倍。此外，气体的利用效率可提高到约4倍。

膜形成实施例9

采用本发明图3所示的连续微波CVD装置连续地制作了具有如图14所示层结构的p-i-n型a-Si/a-Sic太阳能电池。在图14中，将标号1404改为指示i-Sic层，并将标号1405改为指示p-型μx-Sic层。除了这些改动之外，则按照表11中指出的膜形成条件，重复膜形成实施例8的通用工序，由此依次生成沉积膜n-Si(300埃)，i-Sic(2000埃)，p-μX-Sic(100埃)。

结果，得知各半导体层的沉积速度分别是对于n-Si层为13埃/秒上，对于i-Si层为75埃/秒上，对p-μx-Sic层为4埃/秒上。

在i-Si层的生成时，该原始气体的利用效率是50％。如在膜形成实施例8中所用的那样，通过用太阳模拟器的测量，其测定结果揭示的光电转换效率平均为6.0％。

当连续照射AM1.5(100mw/cm²)光500小时以上之后，相对于其起始值来说，发现该光电转换效率的变化在9％之内。

膜形成实施例10

采用一种装置(未示出)，其中在图3所示的连续微波CVD装置的膜形成室305与带状构件载出室307之间再连续三个膜形成室，则连续地制作出具有如图16所示层结构的串联-型太阳能电池。

在图16中，用1601指示的是不锈钢带状构件，1602是由Al电极和Ag反射层两层结构组成的下电极，1603是第一n-型a-Si层，1604是第一i-型非晶硅锗(i-a-SiGe)层，1605是第一p-型μx-Si层，1608是第二n-型a-Si层，1609是第二i-a-Si层，1610是第二p-型μx-Si层，1606是透明电导膜，1607是一个Al电流收集极的图形。

按照表12中指示的膜形成条件，并与装置实施例2中描述的完全相同的方法，连续地制该太阳能电池。

其结果，各层的沉积速度是：n⁺-Si层为13埃/秒，i-SiGe层为75埃/秒，p⁺-μx-Si层是4埃/秒，n⁺-Si层为11埃/秒，i-Si层为125埃/秒，p⁺-μx-Si层为4埃/秒。i-SiGe层和i-Si层对原始气体利用率分别为65％和55％。如在膜形成实施例8中用到的那样，利用太阳模拟器的测量结果揭示其光电转换效率平均是6.3％。

当连续照射AM1.5(100mw/cm²)光500小时以上之后，相对其起始值来说，发现该光电转换效率的变化在9％之内。

膜形成实施例11

采用装置实施例4中说明的连续微波等离子体CVD装置(图4)连续地生成非晶硅膜。

将充分脱脂并洗涤过的SUS430BA带状构件(宽46cm×长100m×厚0.2mm)卷绕在带状构件馈送卷轴408上，再把它放入具有馈送机构的带状构件装入室402。该带状构件401经过气体隔离通道406及各个隔离腔403至405内的开口支架外辊轮211，开口支架内辊轮212和弯曲部分支架内环213被传送到具有带状构件缠绕卷轴409的带状构件载出室407，同时对牵引力进行控制，以致不会发生偏斜。诸如该带状构件的进行弯曲的条件与表7中所示的那些类同。

用旋转泵(未示出)粗略地把装入室401，载出室407及隔离腔403至405抽真空。随后，起动机械增压泵(未示出)，紧接着将真空抽到约10^-3乇。此后，启动单独装在隔离腔404上的温度控制机构426；通过它，把衬底的表面温度维持在250℃上；在这个温度下，用油扩散泵(HS-32，Barian制造)(未示出)使真空抽成不高于5×10^-6乇。

当把气体充分抽空的时刻，从兼作气体导入管道的偏置供给管428中引入140sccm的SiH₄，2sccm的SiF₄及80sccm的H₂，并把膜形成室412内的压力维持在24毫乇，同时对装在油扩散泵上的调节阀开口进行控制。此时，把隔离腔404内的压力建立在8毫乇。当把该压力稳定下来时，微波功率源(未示出)则从中心导体202辐射出有效功率为1.4kw的微波。立刻，那些引入的气体就被转换成等离子体，从而在该膜形成室412中形成一个等离子区。

当把+70V的DC(直流)电压从偏压电源216经过导线217加给用作气体导入管道的偏置供给管428时，则有6.7A的偏置电流流过。通过视觉观察可看出该等离子体的亮度稍许有所提高。

启动开口支架外辊轮211，开口支架内辊轮212及弯曲部分支架内环213(未示出它们的驱动机构)，致使带状构件的传送速度被控制在45cm/分。在该传送开始之后，该等离子体仍保持稳定，而偏置电压及电流都没有任何变化。

要注意到，用作净化气体的H₂气体是在50sccm上从换气导入口410送入气体隔离通道406的。在开始传送后的30分钟里，连续地形成沉积的膜。由于使用这种长的带状构件，因此在完成这个膜形成的过程之后，紧接着再次形成沉积的膜。当完成所有的沉积之后，再将该带状构件冷却并取出。沿着带状构件的宽和长，测量在本膜形成实施例中的带状构件上形成的沉积膜的厚度分布，揭示该分布在5％之内，并且平均沉积速率为115埃/秒。切下部分沉积膜，然后借助于FT-IR(1720X，可从PerKin-Elmer公司中买到)用反射法对IR吸收谱测量，其结果指出，在2000cm^-1及630cm^-1上的吸收为一个对a-Si∶H∶F膜固有的吸收谱线。此外，采用RHEED(JEM-100SX，可从Nippon Denshi K.K.中买到)测定该膜的结晶度，从出现的光环现象可以发现，该膜呈现非晶态。采用金属氢分析仪(EMGA-1100，可从HoribaSeishaKusho K.K买到)定量确定该膜中氢的含量是21±2原子％。

将在带状构件上的沉积形成的非晶硅膜机械地取出一个大约5cm²的区域，以便测量它的体积。随后，用ESR仪(JES-RE2X，可从NipponDenshi K.K.买到)测量旋转的密度，从中发现该强度是3.5×10¹⁵转数/cm³，因此，该膜中的缺陷总的说来是小的。

从带状构件的其他部分中任意取出大小是1cm×1cm的五个样品片，并放入电抗散射仪(我们公司的产品)，随后在该非晶硅膜上沉积上1500埃厚的ITO(In₂O₃＋SnO₂)膜。再把各个样品片装入CPM(恒定光电流法)仪器(我们公司的产品)，并且使光从ITO膜这一侧穿过，测量其Urbach尾部的倾斜度，结果是50±1meV，从中发现该膜中的缺陷总的说来是小的。

膜形成实施例12

在膜形成实施例11中实现该沉积膜形成步之后，停止所用的原始气体的引入。此后，在与膜形成实施例11中完全相同的膜形成条件下连续地沉积一个非晶硅锗膜，只是在此将隔离腔404抽成5×10^-6乇单位的内压力，然后从用作气体导入管道的偏置供给管428中引入22sccm的SiH₄，18sccm的GeH₄，1.5sccm的SiF₄以及50sccm的H₂，并将该膜形成室412的内压力维持在21m乇单位上，而且微波功率为0.75kw。

当把+40V的DC(直流)电压从偏压电源216经过导线217加给用作气体导入管道的偏置供给管428时，则有6.7A的偏置电流流过。通过视觉观察可看出该等离子体的亮度稍许有所提高。

当完成本膜形成实施例中的膜形成及其他的膜形成之后，将该带状构件冷却并取出。沿着该带状构件的宽和长，测量按照本膜形成实施例形成的沉积膜的厚度分布，揭示该分布在5％之内，并且平均沉积速率为34埃/秒。

切割部分沉积膜，然后根据用FT-IR(1720X，可从PerKin-Elmer公司中买到)的反射法对IR吸收谱的测量结果指出，在2000cm^-1，1800cm^-1及630cm^-1上的吸收有一个对a-SiGe∶H∶F膜固有的吸收谱线。此外，采用RHEED(JEM-100SX，可从Nippon DenshiK.K中买到)测定该膜的结晶度，由于出现光环现象的结果，使该膜呈现非晶态。采用金属氢分析仪(EMGA-1100，可从Horiba SeishakushoK.K.中买到)定量确定该膜中氢的数量是15±2原子％。

将通过在带状构件上淀积形成的非晶硅锗膜机械地移出一个大约5cm²的区域，以便测量它的体积。随后，用ESR仪(JES-RE2X，可从Nippon Denshi K.K.中买到)测量旋转的强度，从中发现该强度是4.8×10¹⁵转数/cm³，因此，该膜中的缺陷总的说来是小的。

从带状构件的其他部分中任意取出大小是1cm×1cm的五个样品片，并放入电抗散射仪(我们公司的产品)，随后在该非晶硅锗膜上沉积上1500埃厚的ITO(in₂O₃＋SnO₂)膜。再把各个样品片装入CPM(恒定光电流法)仪器(我们公司的产品)，并且使光从ITO膜这一侧穿过，测量其Urbach尾部的倾斜度，结果是55±1mev，从中发现该膜中的缺陷总的说来是小的。

膜形成实施例13

在膜形成实施例11中实现该沉积膜形成步之后，停止所用的原始气体的引入。此后，在与膜形成实施例11中完全相同的膜形成条件下连续地沉积一个非晶碳化硅膜，只是在此将隔离腔404抽成5×10^-6乇单位的内压力，然后从用作气体导入管道的俯置供给管428中引入58sccm的SiH₄，9sccm的CH₄，2sccm的SiF₄及180sccm的H₂，并将该膜形成室412的内压力维持在25m乇单位上。

当把+60V的DC(直流)电压从偏压电源216经过导线217加给用作气体导入管道的偏置供给管428时，则有6.8A的偏置电流流过。通过视觉观察可看出该等离子体的亮度稍许有所提高。

当完成本膜形成实施例中的膜形成程序及其他的膜形成之后，将该带状构件冷却并取出。沿着该带状构件的宽和长，测量按照本膜形成实施例形成的沉积膜的厚度分布，揭示该分布在5％之内，并且平均沉积速率为54埃/秒。

切割部分沉积膜，然后根据用FT-IR(1720X，可从PerKin-Elmer公司中买到)的反射法对IR吸收谱的测量结果指出，在2080cm^-1，1250cm^-1，960cm^-1，777cm^-1及660cm^-1上的吸收有一个对a-Sic∶H∶F膜固有的吸收谱线。此外，采用RHEED(JEM-100SX，可从NipponDenshi K.K.中买到)测定该膜的结晶度，由于出现光环现象的结果，使该膜呈现非晶态。采用金属氢分析仪(EMGA-1100，可从HoribaSeishakusho K.K.中买到)定量确定该膜中氢的数量是13±2原子％。

将通过在带状构件上的沉积形成的非晶碳化硅膜机械地移过一个大约5cm²的区域，以便测量它的体积。随后，用ESR仪(JES-RE2X，可从Nippon Dcnshi K.K.中买到)测量旋转的强度，从中发现该强度是8.5×10¹⁵转数/cm³，因此，该膜中的缺陷总的说来是小的。

从带状构件的其他部分中任意取出大小是1cm×1cm的五个样品片，并放入电抗散射仪(我们公司的产品)，随后在该非晶碳化硅膜上沉积上1500埃厚的ITO(In₂O₃＋SnO₂)膜。再把各个样品片装入CPM(恒定光电流法)仪器(我们公司的产品)，并且使光从ITO膜这一侧穿过，测量其Urbach尾部的倾斜度，结果是57±1mev，从中发现该膜中的缺陷总的说来是小的。

膜形成实施例14

在膜形成实施例11中实现该沉积膜形成步之后，停止所用的原始气体的引入。此后，在与膜形成实施例11中完全相同的膜形成条件下连续地沉积一个p-型微晶硅膜，只是在此将隔离腔404抽成5×10^-6乇单位的内压力，然后从用作气体导入管道的偏置供给管428中引入60sccm的SiH₄，14sccm的BF₃用(3000ppm的H₂冲淡)，3sccm的SiF₄及180sccm的H₂，并将该膜形成室412的内压力维持在33m乇单位上，而且微波功率为1.7kw。

当把+70V的DC(直流)电压从偏压电源216经过导线217加给用作气体导入管道的偏置供给管428时，则有6.6A的偏置电流流过。通过视觉观察可看出该等离子体的亮度稍许有所提高。

当完成本膜形成实施例中的程序及其他的膜形成之后，将该带状构件冷却并取出。沿着该带状构件的宽和长，测量按照本膜形成实施例形成的沉积膜的厚度分布，揭示该分布在5％之内，并且平均沉积速率为46埃/秒。

切割部分沉积膜，然后根据用FT-IR(1720X，可从PerKin-Elmer公司中买到)的反射法对IR吸收谱的测量结果指出，在2100cm^-1及630cm^-1上的吸收有一个对μc-Si∶H∶F膜固有的吸收谱线。此外，采用RHEED(JEM-100SX，可从Nippon Denshi K.K.中买到)测定该膜的结晶度，由于发现该膜出现有环形，使该膜呈现无定向的并且是多晶的。采用金属氢分析仪(EMGA-1100，可从HoribaSeishakusho K.K中买到)定量确定该膜中氢的数量是4±1原子％。

从带状构件上的沉积膜中任意取出大小是5mm×5mm的五个样品片，根据通过有超高分辨率电源的低加速度FE-SEM(S-900，可以从日立(Hitachi)有限公司买到)对表面状态的观察，可看出该膜表面是平滑的，几乎分辨不出有任何异常的凸起。

膜形成实施例15

在膜形成实施例11中实现该沉积膜形成步之后，停止所用的激发气体的引入。此后，在与膜形成实施例11中完全相同的膜形成条件下连续地沉积一个n-型非晶硅膜，只是在此将隔离腔404抽成5×10^-6乇单位的内压力，然后从用作气体导入管道的偏置供给管428中引入88sccm的SiH₄，l1sccm的pH₃(用1％的H₂冲淡)，5sccm的SiF₄及25sccm的H₂，并将该膜形成室412的内压力维持在38m乇单位上，而且微波功率为1.05kw。

当把+65V的DC(直流)电压从偏压电源216经过导线217加给用作气体导入管道的偏置供给管428时，则有6.4A的偏置电流流过。通过视觉观察可看出该等离子体的亮度稍许有所提高。

当完成本膜形成实施例中的程序及其他的膜形成之后，将该带状构件冷却并取出。沿着该带状构件的宽和长，测量按照本膜形成实施例形成的沉积膜的厚度分布，揭示该分布在5％之内，并且平均沉积速率为70埃/秒。

切割部分沉积膜，然后根据用FT-IR(1720X，可从PerKin-Elmer公司中买到)的反射法对IR吸收谱的测量结果指出，在2100em^-1及630cm^-1上的吸收有一个对a-Si∶H∶F膜固有的吸收谱线。此外，采用RHEED(JEM-100SX，可从Nippon Denshi K.K.中买到)测定该膜的结晶度，由于出现光环，使该膜呈现非晶态。采用金属氢分析仪(EMGA-1100，可从Horiba Seishakusho K.K.中买到)定量确定该膜中氢的数量是22±2原子％。

从带状构件上的沉积膜中任意取出大小是5mm×5mm的五个样品片，根据通过有超高分辨率电源的低加速度FE-SEM(S-900，可从日立(Hitachi)有限公司中买到)对表面状态的观察，可看出该膜表面是平滑的，几乎分辨不出有任何异常的凸起。

膜形成实施例16

在这里除了使用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)带状构件(宽46cm×长100m×厚0.8mm)来代替SUS430BA带状构件之外，都重复膜形成实施例11的通用程序。在该PET带状构件上形成沉积膜的一边上，真空蒸镀上一个2μ厚的Al膜(但是，在沿着这一边的宽和长的方向20cm的间隔上，形成有70μm宽及10mm长的梳状间隙)，并且该衬底表面的温度是210℃，由此连续地沉积

一个非晶硅膜。

当把+70V的DC(直流)电压从偏压电源216经过导线217加给用作气体导入管道的偏置供给管428时，则有6.6A的偏置电流流过。通过视觉观察可看出该等离子体的亮度稍许有所提高。

进行冷却之后，把该带状构件取出。沿着该带状构件的宽和长，测量该膜的厚度分布，揭示该分布在5％之内，并且平均沉积速率为112埃/秒。切割部分沉积膜，然后根据用FT-IR(1720X，可从PerKin-Elmer公司中买到)的标准传输法对IR吸收谱的测量指出，在2000cm^-1及630cm^-1上的吸收有一个对a-Si∶H∶F膜固有的吸收谱线。从2000cm^-1附近属于Si-H的吸收中定量确定该膜中氢的数量揭示出该数量是22±2原子％。

此外，采用RHEED(JEM-100SX，可从Nippon Denshi K.K中买到)测定该膜的结晶度，由于出现光环，使该膜呈现非晶态。

随机切割预先形成的二十个间隙电极，然后每个间隙电极均根据用HP4140B对AM-1光辐射下的光电流及黑暗中的暗电流的测量，确定出光电导率σp(s/cm)及暗电导率σd(s/cm)。这些导电率分别处在(4.0±0.5)×10^-5s/cm和(2.0±0.5)×10^-11s/cm的范围之内。

把样品片放入CPM(恒定光电流法)仪器(我们公司的仪器)，并且使光从ITO膜这一侧穿过，测量其Urbach尾部的倾斜度，结果是51±1mev，从中发现该膜中的缺陷总的说来是小的。

膜形成实施例17至21

在与膜形成实施例11至15中完全相同的操作条件和等离子体激发条件下形成各个沉积膜，只是如表13指出的那样，偏置电压有所不同。

因此，按照与膜形成实施例11至15中完全相同的方法评定所形成的沉积膜。该各个膜总的评定结果示于表13。就所有的情况而言，在产生稳定的等离子体的过程当中，没有发生任何异常放电，并且所得到的这些膜都具有良好的特性。

膜形成实施例22至26

在与膜形成实施例11至15中完全相同的操作条件和等离子体激发条件下形成各个沉积膜，只是如表14指出的那样，加给第二偏置棒的偏置电压有所不同。在所有的情况下，均按照图21(d)所示的方法，将+30V的偏置电压加给第一偏置棒。

因此，按照与膜形成实施例11至15中完全相同的方法评定所形成的沉积膜。该各个膜总的评定结果示于表14。就所有的情况而言，在产生稳定的等离子体的过程当中，没有发生任何异常放电，并且所得到的这些膜都具有良好的特性。

膜形成实施例27

本实施例采用图4的装置，以50cm/分的速度传送带状构件，来制作具有如图13所示层结构的肖特基二极管。

以下描述该制作程序。

当把带状构件1301按照与膜形成实施例11完全相同的方法洗涤过之后，采用连续真空蒸镀仪将一个1000埃厚的Cr层形成在该带状构件1301上。然后，把该带状构件1301放入图4所示本发明的微波等离子体CVD装置之中，于是就在所形成的Cr层一边按照如图中看到的那样向下转动，紧接着，按照表15指出的膜形成条件进行与膜形成实施例11完全相同的操作，由此，形成一个n⁺-Si层1303。

当连续的膜形成超过20分钟之后，完成该n⁺-Si层1303的生成，紧接着，停止微波功率的加入及SiH₄和用H₂冲淡的pH₃的引入。此后，将该隔离腔403抽空到1×10^-6乇单位的压力上。

此后，将在取出卷轴408上卷绕起来的带状构件401如图中所看到的那样从右边向左边反向传送，这样按照表15指出的膜形成条件，根据以上描述的方法，连续地生成i-Si层达20分钟。该传送速度是50cm/分。

当完成该i-Si层1304的生成之后，将该带状衬底401根据上面所描述的方法从装入室402中取出来。

该n⁺-Si层及i-Si层的总平均厚度大约是0.6μm，并且在平面内的一致性是±4％那样的好。

从该带状构件401的20份中选择性地切割一些样品片，并把每个样品片放入一个真空蒸镀仪，紧接着，就在该i-Si层1304上，生成一个有5mmφ直径、100埃厚的金沉积膜1305。

分别将该金沉积膜和Cr沉积膜，根据利用电连接端点1306，1307的压力焊接，确定出该肖特基二极管的特性。其结果，发现它具有一个二极管因数n＝1.12±0.05的良好的二极管特性。在该平面内的特性一致上也是好的。

膜形成实施例28

由于采用本发明图4所示的连续微波等离子体CVD装置，所以可连续地制作具有如图14所示层结构的p-i-n型a-Si太阳能电池。

当将不锈钢(SUS430BA)带状构件充分洗涤并脱脂之后，采用连续真空蒸镀仪(未示出)将Al和Cr连续地真空蒸镀，由此生成该下电极1402。将在上面生成了下电极1402的带状构件401放入图4的装置，于是该生成了下电极的这一边如图中看到的那样向下转动。根据上面所描述的方法，按照表14指示的条件，依次连续地生成沉积膜n-Si，i-Si和p-型μx-Si。

在用作透明电极的p-型μx-Si层上真空蒸镀上铟锡氧化物膜1406(ITO)，然后再把真空蒸镀的Al电极1407用作电流收集极，并把树脂涂层用作表面保护层，由此制作出具有图14层结构的太阳能电池。这样制作的太阳能电池，根据用AM为1.5(100mw/cm²)的太阳模拟器的测量，结果是该光电转换效率平均为8.4％，因此我们取得了良好的特性。

膜形成实施例29

采用本发明图4所示的连续微波CVD装置连续地制作有图14所示层结构的p-i-n型a-Si/a-Sic太阳能电池。在图14中，将标引号1404改为指示i-Sic层，将标引号1405改为指示p-型μX-SiC层。除了以上改动之外，均按照表17指出的膜形成条件重复膜形成实施例28的通用程序，由此，依次生成沉积膜n-Si，i-Si和p-μx-Sic。

在形成i-Si层时，原始气体的利用效率是50％。通过太阳模拟器如像在膜形成实施例28中所用到的那样的测定结果指出，光电转换效率平均是6.3％，或者更高。

当连续照射AM1.5(100mw/cm²)光500小时以上之后，相对其起始值来说，该光电转换效率的变化，发现在9％之内。

膜形成实施例30

使用在图4中所示的连续微波CVD装置的膜形成室405与带状构件载出箱407之间再连接上三个膜形成室的装置(未示出)，连续地制作具有如图16所示层结构的串联型太阳能电池。

按照表18指出的膜形成条件，并按与装置实施例4中描述的完全相同的方法，连续地制作该太阳能电池。通过太阳模拟器如像在膜形成实施例28中所用到的那样的测量结果，发现光电转换效率平均是6.6％，或者更高。

当连续照射AM1.5(100mw/cm²)光500小时以上之后，相对其起始值来说，该光电转换效率的变化，发现在9％之内。

与不加任何偏压所形成的太阳能电池模块相比较，如像由于短路造成的这种缺陷的出现率可提高20％，甚至更高。把这些太阳能电池模块连接起来，可以作成3KW的电源系统。

                   表1

膜形成条件
		微波功率	1500W
膜形成室内压力	25m乇单位
		衬底温度	250℃
使用的气体及其流量比SiH4H2	120sccm100sccm
		狭缝开口大小	8m×400mm
中心导体	12mmφ(使用银涂层)

            表2

样品号	膜形成室内直径	评定
			-	180mmφ	不引起放电
2-1	120 ＂	放电不稳定
			2-2	80  ＂	没问题
2-3	60  ＂	＂
			2-4	40  ＂	天线过热并且有部分膜脱落

           表3

衬底带的种类	不锈钢(经光亮退火的)
		衬底带的大小	宽400mm厚0.2mm
膜形成室的大小	80mmφ×400mm
		微波功率	1500W
使用的气体及其流量比	SiH4：120sccmH2  ：100sccm
		衬底温度	250℃(室温25℃)
膜形成的周期	100秒
		同轴线	60mmφ及12mmφ，使用银涂层

                                              表4

样品号	狭缝开口的宽度〔mm〕	膜形成室的内压力〔乇〕	压力差Δp〔乇〕	有效电导系数〔1/秒	评    定
						1-1	0.9	300×10-3	299×10-3	14	膜的厚度分布大
1-2	1.6	150×10-3	149×10-3	29	＂
						1-3	3	75×10-3	74×10-3	58	没问题
1-4	8	25×10-3	24×10-3	179	＂
						1-5	17	10×10-3	9×10-3	478	放电不稳定，有等离子体泄漏
-	24	8×10-3	7×10-3	615	不放电

                                表5

样品号	在膜形成室与室外壳之间的空间压力〔m乇〕	有效的抽气速度〔1/秒〕	评  定
				3-1	20	861	异常放电连续地集中在衬底带附近
3-2	10	287	间断地产生异常放电
				3-3	6	227	没问题
3-4	4	205	＂

                           表6

                    表6(续)

0：好    △：实际有效    ×：无效

                 表7

弯曲部分的内侧直径(mm)	80φ
		狭缝开口的大小(mm)	8×400
中心导体的直径及插入长度(mm)	15φ，455
		介质体的种类及大小(mm)	石英管(厚3mm)23φ×470

             表8

膜形成条件
				i-型Si层	n+-型Si层
使用的气体及其流量比SiH4H2PH3(用H2气体冲淡到3000PPm)	300sccm400sccm-	300sccm-400sccm
			膜形成室的内压力	25m乇	25m乇
微波功率	1500W	1500W
			衬底温度	250℃	250℃

                             表9

膜形成条件
					n-型Si层	i-型Si层	p-型Si层
层厚〔〕	300	4000	100
				使用的气体及其流量比(sccm)H2SiH4PH3(用H2气冲淡到3000PPm)B2H5(用H2气冲淡到1％)	101130-	150160--	44-10
膜形成室的内压力	20m乇	25m乇	15m乇
				微波功率	400W	1500W	600W
衬底温度	220℃	200℃	180℃
				膜形成室的内侧直径(宽度开口)	40mmφ(4.5mm)	105mmφ(8mm)	44mmφ(3mm)
衬底带的有效宽度	400mm
				衬底带的传送速度	48cm/分(＝8mm/秒)

                       表10

                              表11

膜形成条件
					n-型Si层(300厚)	i-型SiC层(3000厚)	p-型μX-SiC层(100厚)
使用的气体及其流量比(sccm)H2SiH4PH3B2H6(用H2气冲淡到1％)CH4(用H2气冲淡到1％)	8115--	100119--20	84-32
				膜形成室的内压力(m乇)微波功率(W)衬底温度(℃)	24400200	402000200	351800180
膜形成室的内侧直径(mmφ)	60	104	65
				衬底带的宽度	400mm
传送速度	48cm/分(＝8mm/秒)

                                     表12

膜形成条件
								第一n1 +-型Si层	第一i2-型SiGe层	第一p1 +-型μX-Si层	第二ni +-型Si层	第二i2型SiGe层	第二p2 +-型μX-Si层
使用的气体及其流量比(sccm)H2SiH4GeH4PH3(用H2气冲淡到3000ppm)B2H6(用H2气冲淡到200ppm)	1414-3-	100140140-5	105--1	88-2-	100200--8	83--1

                                    表12(续)

膜形成条件
								第一n1 +-型Si层	第一i1-型SiGe层	第一p1 +-型μX-Si层	第二n2 +-型Si层	第二i2-型SiGe层	第二p2 +-型μX-Si层
膜厚()内压力(m乇)微波功率(W)衬底温度(℃)	30012400280	3500402000270	12015800270	20016400260	5000603000250	80181500250
							膜形成室的内侧直径(mmφ)	60	120	78	48	105	52
传送速度                          48cm/分(＝8mm/秒)
							衬底带的宽度                         400mm

                                            表13

膜形成实施例	偏置电压			膜形成条件(不加偏压)	加偏压的方法	评定结果
							波  型	频率(Hz)	最大电压幅度(Vp-p)
	17	方波	1K							170	与膜形成实施例11同	图21(b)所示的方法	出现一些异常，特性参数极好
18				脉冲	1.5K	120(标准电压-30V)	与膜形成实施例12同	图21(c)所示的方法	＂
	19	正弦波	500							180	与膜形成实施例13同	图21(a)所示的方法	＂
20				脉动电流	80	60	与膜形成实施例14同	图21(c)所示的方法	特性参数极好
	21	三角波	5K							100	与膜形成实施例15同	图21(b)所示的方法	出现一些异常特性参数极好

注意：偏置棒采用镍棒

                                            表14

膜形成实施例	偏置电压			膜形成条件(不加偏压)	加偏压的方法		评定结果
								波  形	频率(Hz)	最大电压幅度(Vp-p)
	22	正弦波	900								130(标准电压-30V)	与膜形成实施例11同	图21(d)所示的方法		出现一些异常，特性参数极好
23				方波	4K	150	与膜形成实施例12同	＂		＂
	24	脉动电流	1K								170	与膜形成实施例13同	＂		特性参数极好
25				三角波	1K	170	与膜形成实施例14同	＂		出现一些异常，特性参数极好
	26	正弦波	500								160	与膜形成实施例15同	＂		＂

注意：偏置棒采用镍棒

                          表15

膜形成条件
				i-型Si层	n+-型Si层
使用的气体及其流量比SiH4H2PH3(用H2气冲淡到3000ppm)	310sccm300sccm-	310sccm200sccm50sccm
			膜形成室的内压力	24m乇	24m乇
微波功率	1400W	1400W
			衬底温度	250℃	250℃
偏置电压	60V/5.9A	60V/5.8A

                                   表16

膜形成条件
					n-型Si层	i-型Si层	p-型Si层
使用的气体及其流量比(sccm)H2SiH4PH3(用H2气冲淡到3000ppm)B2H6(用H2气冲淡到2000ppm)B2H6(用H2气冲淡到1％)	10129--	120170-5-	45--8
				膜形成室的内压力	18m乇	23m乇	14m乇
微波功率	350W	1400W	550W
				衬底温度	220℃	200℃	180℃
膜形成室的内侧直径(宽度开口)	40mmφ(4.5mm)	105mmφ(8mm)	44mmφ(3mm)
				偏置电压	DC，40V/4.3A	500Hz正弦波160Vp-p	DC，50V/5.2A
衬底带的有效宽度	400mm
				衬底带的传送速度	50cm/分(＝8mm/秒)

                                      表17

膜形成条件
					n-型Si层	i-型SiC层	p-型μX-SiC层
使用的气体及其流量比(sccm)H2SiH4PH3B2H6(用H2气冲淡到1％)CH4(用H2气冲淡到1％)	8125--	100122--20	85-32
				膜形成室的内压力(m乇)微波功率(W)衬底温度(℃)	23350200	381800200	331700180

                                  表17(续)

膜形成条件
					n-型Si层	i-型SiC层	p-型μX-SiC层
膜形成室的内侧直径(mmφ)	60	104	65
				偏置电压	1KHz脉冲140Vp-p	900Hz方波150Vp-p	DC  60V/5.8A
衬底带的宽度	400mm
				传送速度	500m/分(＝8mm/秒)

                                         表18

膜形成条件
								第一n1 +型Si层	第一i1型SiGe层	第一p1 +型μX-Si层	第二n2 +型Si层	第二i2型SiGe层	第二p2 +型μX-Si层
使用的气体及其流量比H2SiH4GeH4PH3(用H2气冲淡到3000ppm)B2H6(用H2气冲淡到200ppm)	1415-3-	100150145-5	107--1	89-2-	100220--8	84--1

                                              表18(续)

膜形成条件
								第一n1 +型Si层	第一i1型SiGe层	第一p1 +型μX-Si层	第二n2 +型Si层	第二i2型SiGe层	第二p2 +型μX-Si层
内压力(m乇)微波功率(W)衬底温度(℃)	11350280	381800270	14750270	15350260	552700250	161300250
							膜形成室的内侧直径(mmφ)	60	120	78	48	105	52
偏置电压	DC50V/4.8A	DC60V/5.9A	1KHz脉冲100Vp-p(标准电压0V)	1.5KHz三角波120Vp-p	500Hz正弦波140Vp-p	DC50V/5.1A
							传送速度		50cm/分(＝8nm/秒)
衬底带的宽度		400mm

Claims (42)

1.采用微波等离子体CVD工艺连续形成大面积沉积膜的方法，包括如下步骤：

在沿其长度连续地传动一个含有导电构件的带状构件期间时，用该进行传动的带状构件作为膜形成空间的一个侧壁，建立起之中能够基本上保持真空的一个柱状膜形成空间；

通过送气装置向该膜形成空间充入用于膜形成的原材料气体；

通过在膜形成空间内的一个微波天线在所有方向同时辐射微波能量，所述微波天线包括一个能够提供用于在膜形成空间内产生等离子体的微波能量的微波轴线和一个中央导体分离装置，其能够传送所述微波能量并能够将轴线的中央导体与等离子体分开，所述微波在膜形成空间内基本上平行于膜形成空间地延伸，从而在膜形成空内产生等离子体，同时，将一个偏置电压施加到一个偏置供给装置以便根据等离子体的电位控制在膜形成空间内产生的等离子，并且所述偏置供给装置与所述带状构件分隔开地布置在所述膜形成空间中使得所述偏置供给装置的至少一部分接触到所述等离子体，借此在连续移动侧墙的内表面上连续地形成一沉积膜，所述侧墙包括暴露于所述等离子体的带状部件。

2.根据权利要求1的方法，其中在该带状构件的传动通路上，用一个弯曲起始边缘形成装置和一个弯曲终止边缘形成装置，将上述带状构件弯曲，同时，在该弯曲起始边缘形成装置和该弯曲终止边缘形成装置之间，留出一个沿着上述带状构件的长度上进行扩展的空间，因而形成该膜形成空间的侧壁。

3.根据权利要求2的方法，其中用一种线性膨胀系数比上述沉积膜要大的材料制作该带状构件；同时把弯曲部分的带状构件保持在一个比室温高的膜形成温度上，并且在该弯曲的带状构件的凹边上沉积薄膜；而后，将该带状构件冷却到室温，再将上述带状构件在该膜形成空间的外边展平并拿到该装置的外边来或者把上述带状构件卷成一个凸圈形并拿到该装置的外边来。

4.根据权利要求1的方法，其中通过带状构件的侧壁建立起的膜形成空间呈现一个柱状形式，而且将上述微波天线装置从该柱状膜形成空间的相对端面上伸向该膜形成空间，因此将上述微波天线装置与该膜形成空间相并列起来，从而向该膜形成空间供给微波功率。

5.根据权利要求4的方法，其中通过装配在微波天线装置与该膜形成空间之间的微波传输构件从该微波天线装置向该膜形成空间加给微波功率。

6.根据权利要求5的方法，其中通过该微波传输构件将上述微波天线装置与膜形成空间中激发起的等离子体分隔开。

7.根据权利要求1的方法，其中至少一部分接触到微波等离子体的偏置供给装置是由导电体制作的。

8.根据权利要求1的方法，其中该偏置电压是直流电压(DC)，脉冲的及/或(AC)交流的电压。

9.根据权利要求1的方法，其中上述偏置供给装置也有用作送气装置的功能。

10.根据权利要求9的方法，其中装有与上述送气装置分隔开的偏置供给装置。

11.根据权利要求10的方法，其中上述偏置供给装置由单个偏置棒构成或由多个偏置棒构成。

12.根据权利要求1的方法，其中通过加给该带状构件的偏置电压控制该等离子体电位。

13.根据权利要求12的方法，其中将该送气装置接地，至少将其一部分与微波等离子体相接触。

14.根据权利要求13的方法，其中至少接触该微波等离子体的一部分送气装置是由导电体制作的。

15.根据权利要求1的方法，其中该带状构件至少露向微波等离子体的一边是由导电体制作的。

16.根据微波等离子体CVD方法在连续传动的带状构件上连续形成大面积的沉积膜的装置，包括有：

由带状构件形成的柱状膜形成室，该带状构件是通过支承并传动该带状构件的装置沿着长度方向连续地进行传动的，并且该带状构件在传动的通路上通过弯曲部分形成装置将该带状构件进行弯曲，从而形成用该带状构件作为侧壁建立起的膜形成室；

用于使该膜形成室内部基本上保持真空的装置；

为在该膜形成室内激发起等离子体，能够供给微波功率的微波同轴线；

能够传输由该同轴线供给的微波功率，又能够把该同轴线的中心导体与微波等离子体分隔开的中心导体分隔装置；

该膜形成室的抽气装置；以及

用于向该膜形成室引入用来生成薄膜的原始气体的送气装置，借此，在构成该膜形成室侧壁同时也在连续传动的带状构件的内表面上连续地形成沉积膜。

17.根据权利要求16的装置，其中由弯曲起始边缘形成辊轮、弯曲终止边缘形成辊轮及支承该弯曲部分端面的一些环组成的弯曲部分形成装置是以将该弯曲起始边缘形成辊轮与该弯曲终止边缘形成卷轴并行配置，同时又沿着该带状构件的长度方向留出一个空间的方式，彼此互相面对着的。

18.根据权利要求16的装置，其中该同轴线的中心导体是从该柱状膜形成室的任一相对端面上伸入该膜形成室内部的，并且是在该柱状膜形成室中心轴附近完全与该带状构件相平行地设置的。

19.根据权利要求16的装置，其中该中心导体隔离装置是旋转对称的，并且至少该中心导体隔离装置的一端构成一个真空凸缘。

20.根据权利要求19的装置，其中上述中心导体隔离装置呈现圆柱状，截断的锥状或锥形状。

21.根据权利要求16的装置。其中该同轴线至少在它上面有两个调谐装置。

22.根据权利要求21的装置，其中在这至少的两个调谐装置中的一个是用于上述伸入该膜形成室内部的中心导体插入长度控制机构。

23.根据权利要求16的装置，进一步包括一个偏置供给装置，用于控制微波等离子体的等离子体电位；以及一个温度控制装置，用于加热和/或冷却所述带状构件。

24.根据权利要求23的装置，其中由弯曲起始边缘形成辊轮、弯曲终止边缘形成辊轮及支承弯曲部分端面的一些环组成的弯曲部分形成装置是以将弯曲起始边缘形成辊轮与弯曲终止边缘形成辊轮彼此并行配置，同时又沿带状构件长度方向留出一个空间的方式彼此互相面对着的。

25.根据权利要求23的装置，其中装有与上述带状构件分隔开的偏置供给装置。

26.根据权利要求25的装置，其中将上述偏置供给装置安装成至少使它有一部分接触到微波等离子体，并且把偏置电压加给上述偏置供给装置。

27.根据权利要求26的装置，其中至少一部分接触到微波等离子体的偏置供给装置是由导电体制作的。

28.根据权利要求26的装置，其中该偏置电压是DC(直流)，脉冲的及/或AC(交流)电压。

29.根据权利要求26的装置，其中上述偏置供给装置也有用作送气装置的功能。

30.根据权利要求26的装置，其中装有与上述送气装置分隔开的偏置供给装置。

31.根据权利要求30的装置，其中上述偏置供给装置由单个偏置棒构成或由多个偏置棒构成。

32.根据权利要求23的装置，其中上述偏置供给装置也用作带状构件。

33.根据权利要求32的装置，其中将送气装置接地，至少将其一部分与微波等离子体相接触。

34.根据权利要求33的装置，其中至少接触微波等离子体的一部分送气装置是由导电体制作的。

35.根据权利要求33的装置，其中同轴线的中心导体是从柱状膜形成室的任一相对端面上伸入膜形成室内部的，并且是在柱状膜形成室中心轴附近完全与带状构件的横向相平行地设置的。

36.根据权利要求33的装置，其中上述中心导体隔离装置是旋转对称的。

37.根据权利要求36的装置，其中上述中心导体隔离装置呈现圆柱状，截断的锥状或锥形状。

38.根据权利要求33的装置，其中在同轴线上至少有两个调谐装置。

39.根据权利要求38的装置，其中在这至少的两个调谐装置中的一个是用于上述伸入膜形成室内部的中心导体插入长度控制机构。

40.根据权利要求33的装置，其中上述带状构件露向微波等离子体的边面是导电体作成的。

41.根据权利要求16的装置，进一步包括一个偏置供给装置，用于控制微波等离子体的等离子电位。

42.根据权利要求16的装置，进一步包括一个温度控制装置，用于加热和/或冷却所述带状构件。

Images