成果報告書詳細
管理番号20130000000782
タイトル平成22年度-平成23年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業(太陽光発電) 低コスト薄膜太陽電池用SiおよびSiNx薄膜の革新的低温作製技術の開発
公開日2013/12/17
報告書年度2010 - 2011
委託先名気相成長株式会社 国立大学法人北見工業大学 株式会社フィルテック
プロジェクト番号P10020
部署名技術開発推進部
和文要約件名:平成22年度-平成23年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業(太陽光発電) 低コスト薄膜太陽電池用SiおよびSiNx薄膜の革新的低温作製技術の開発

高性能成膜の基本的検証
Hot-wall CVD装置を設計し、その設計に基づいて装置を作製し、仕様は達成された。さらに、成膜反応解析に必要な一様な温度勾配も作り出すことができた。t-BuSiH3に関して、350℃の低温での成膜が確認され、t-BuSiH3とEtN3の反応も確認された。今後ラジカルを用いる等の工夫をすることで、低温化が実現できるおおよその見通しがついた。

原料開発製造
目標である\1,000-/g.が達成され、目的物の同定と純度が確認された。
次の合成ルートを選択した。
Si(OEt)4 → t-BuSi(OEt)3 → t-BuSiCl3 → t-BuSiH3
その結果、それぞれの工程で下記収率・純度を得た。
Si(OEt)4 → t-BuSi(OEt)3 : Yield:60%, NMR: 99%,
t-BuSi(OEt)3 → t-BuSiCl3 : Yield: 80%, NMR: 99%
t-BuSiCl3 → t-BuSiH3 : Yield: yield: 64%, NMR: 99%
t-BuSiH3は空気中で安定な原料であり、 HB-CVD装置を用いてガラス基板状に安全にSi膜を堆積することができた。
また、EtN3 は次の反応式によって合成された。
EtX + MN3 → EtN3 :Yield: 40%
EtN3は、空気中および、衝撃に対して安定である事がわかった。
t-BuSiH3とEtN3の蒸気圧を測定し大面積に成膜が可能な充分な蒸気圧を有する事がわかった。
t-BuSiH3:760 torr/26℃,
EtN3:760 torr/49℃

成膜プロセスの開発
 本研究では、Wワイヤからの輻射熱を回避する機構を検討しラジカル発生装置を作製した。基板の加熱は十分に回避でき、かつラジカルのコントロールも可能であることが実証された。このラジカル発生装置を用いてSiとSiNx膜を堆積することができた。また、膜の屈折率と組成も変化させる事が可能となった。
また、新しい概念のRi-cat-CVD 装置の設計も行なわれた。
HB実験装置仕様:加熱窒素温度範囲〔室温-600℃〕、成膜面〔幅5cm〕、基板スライド機構付、供給系〔加熱窒素、原料系、ラジカル導入〕、基板直接加熱なし。
高真空装置とすることなく、安価で、低圧程度の真空状態での装置構成にすることが可能かどうかを模索し設計した。

ビジネスプランの策定
市場調査を行い、ニーズは太陽電池の中で主力になるのがSi結晶系であることが判った。その技術的な課題はSiN膜の低温成膜でかつパッシベーション活性であることが判ってきた。新たなSiNxの成膜方法と成膜装置への要求は高く、この市場ニーズに応えるのはラジカル発生法とHB-CVDであり、ここに大きなビジネスチャンスがあると判断された。
英文要約Title: New Energy Venture Business Technology Innovation Program/ New Energy Venture Business Technology Innovation Program (Photovoltaic Power Generation)/Development of reformative low temperature making technology of Si and SiNx thin film for low-cost thin-film solar cell.(FY2010-FY2011)FY2011 Final Report

Basic verification of efficient film deposition
Hot-wall CVD equipment was designed and produced based on the design, and the specification was achieved. The thermal gradient where the deposition mechanism clarification was possible was able to be produced. As for t-BuSiH3, the film was able to be done at low temperature 350 degrees Celsius The reaction of t-BuSiH3 and EtN3 was confirmed. So the prospect that the film was able to be done at the low temperature attached by using the radical in the future.

Production and development of CVD precursor
We were able surely to achieve targeted value -1,000-/g. Identification and the purity of the compound was confirmed. We selected next route.
Si(OEt)4 -> t-BuSi(OEt)3 -> t-BuSiCl3 -> t-BuSiH3
〔Results〕
Si(OEt)4 -> t-BuSi(OEt)3: yield:60%, NMR: 99%, t-BuSi(OEt)3 -> t-BuSiCl3: yield: 80%, NMR: 99%
t-BuSiCl3 -> t-BuSiH3: yield: yield: 64%, NMR: 99%
It was found that t-BuSiH3 was stable precursors in air. By using HB-CVD equipment with t-BuSiH3, we could deposit Si film on glass wafer safly.
EtN3 was synthesized by the following reactive type.
〔EtX + MN3〕. Yield: 40%

It was found that EtN3 was stable precursors in air and impact.
We measured the vapor pressure of t-BuSiH3 and EtN3. Both precursors had enough vapor pressure to film formation on large area wafers. t-BuSiH3:760 torr/26 degrees Celsius, EtN3:760 torr/49 degrees Celsius.

Development of film deposition process
Radiant heat evasion mechanism was studied and radical generation tool was produced. It found that the tool function worked enough and be able to control radical. Si and SiNx film was deposited using this radical tool. We were able to change the optical constant and film composition.
New concept Ri-cat-CVD equipment was designed.
Device specification
Range of temperature of heating nitrogen room: RT-600 degrees Celsius
Film 5cm in width
With substrate slide mechanism
Supply system 〔heating nitrogen, precursors, introduction of radical〕
There is no direct substrate heating
We designed that was able to be made a tool configuration in the vacuum at a low-pressure level at a low price without assuming the high-vacuum system.

Decision of business plan
Needs were the Si crystal solar batteries in case of the marketing research. It has been understood that a technical problem is passivation revitalization of the SiN film. A new deposition method of SiNx and the demand for the new concept CVD tool are high. It is judged that answering this market trend is a radical generation method, HB-CVD, and has a big business opportunity here.
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