JP2002363744A - Multi-layered film manufacturing apparatus, and manufacturing method thereof - Google Patents

Multi-layered film manufacturing apparatus, and manufacturing method thereof

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JP2002363744A
JP2002363744A JP2001168633A JP2001168633A JP2002363744A JP 2002363744 A JP2002363744 A JP 2002363744A JP 2001168633 A JP2001168633 A JP 2001168633A JP 2001168633 A JP2001168633 A JP 2001168633A JP 2002363744 A JP2002363744 A JP 2002363744A
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Japan
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film
chamber
substrate
target
photoelectric conversion
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JP2001168633A
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Japanese (ja)
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Minkyo Yo
民挙 楊
Yasue Nagano
尉絵 長野
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multi-layered film manufacturing apparatus and a multi- layered film manufacturing method for manufacturing a selective reflecting film of a conductive multi-layered structure with excellent transparency and conductivity. SOLUTION: The multi-layered film manufacturing apparatus comprises a first chamber having a first sputtering film deposition unit, a third chamber having a second sputtering film deposition unit, and a second chamber provided between the first chamber and the third chamber and having a high vacuum exhaust mechanism and a substrate heating mechanism. Each chamber has a substrate carrying mechanism for moving the substrate between the chambers. Mutual diffusion of atmospheric gas is considerably reduced by performing the heating and high evacuation by the second chamber when moving the substrate between the first chamber and the third chamber.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、多層膜の製造装置
および製造方法に関し、さらに詳細には積層型光電変換
素子の中間層などに用いられる導電性の多層構造選択反
射膜を製造することができる装置および方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for producing a multilayer film, and more particularly, to a method for producing a conductive multilayer selective reflection film used for an intermediate layer of a stacked photoelectric conversion element. Apparatus and method.

【0002】[0002]

【従来の技術】太陽光発電に適した低コスト、高変換効
率の太陽電池として、材質の異なる2以上の光電変換部
が積層するように構成されるシリコンタンデム太陽電池
のような積層型光電変換素子が用いられている。
2. Description of the Related Art As a low-cost, high-conversion-efficiency solar cell suitable for photovoltaic power generation, a stacked-type photovoltaic cell such as a silicon tandem photovoltaic cell in which two or more photovoltaic cells of different materials are stacked. An element is used.

【0003】積層型光電変換素子のさらなる光電変換の
高効率化を図るため、光入射面側の第1光電変換部と、
第1光電変換部と直列に接続される第2光電変換部との
間に導電性透明膜からなる中間層を挿入する工夫がなさ
れている。すなわち、導電性透明膜にて形成される中間
層が呈する反射特性を利用することにより、短波長領域
の光を中間層表面で反射させて第1光電変換部に戻し、
第1光電変換部で吸収される光量を増加させるととも
に、長波長領域の光については中間層を透過するように
して第2光電変換部分で吸収させる。このような中間層
の選択反射特性により、第1光電変換部と第2光電変換
部との光発生電流のバランス改善が可能となり、光電変
換効率の向上が図られることが知られている。
In order to further increase the efficiency of photoelectric conversion of the stacked photoelectric conversion element, a first photoelectric conversion section on the light incident surface side;
A device has been devised to insert an intermediate layer made of a conductive transparent film between the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit connected in series. That is, by utilizing the reflection characteristics exhibited by the intermediate layer formed of the conductive transparent film, the light in the short wavelength region is reflected on the surface of the intermediate layer and returned to the first photoelectric conversion unit,
The amount of light absorbed by the first photoelectric conversion unit is increased, and light in a long wavelength region is transmitted through the intermediate layer and absorbed by the second photoelectric conversion unit. It is known that such a selective reflection characteristic of the intermediate layer makes it possible to improve the balance of the light generation current between the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit, thereby improving the photoelectric conversion efficiency.

【0004】導電性透明膜からなる中間層を形成するた
めの方法には蒸着法、スパッタ法等があるが、その中で
も制御しやすく大面積成膜ができるなどの理由からスパ
ッタ法が汎用されている。スパッタ成膜に関する公知技
術としては、特開昭60―35580号、特開昭61―
127847号、特開昭62―84570号、特開昭6
3―77167号、特開昭63―6882号公報に示す
ような方法や装置がある。
[0004] Methods for forming an intermediate layer formed of a conductive transparent film include a vapor deposition method and a sputtering method. Among them, the sputtering method is widely used because it is easy to control and can form a large area film. I have. Known techniques relating to sputter film formation include JP-A-60-35580 and JP-A-61-35580.
No. 127847, JP-A-62-84570, JP-A-6-84570
There are methods and apparatuses as disclosed in JP-A-3-77167 and JP-A-63-6882.

【0005】例えば特開昭63―6882号公報では、
第1光電変換部と第2光電変換部の間にITO膜からな
る透明導電層を挿入し、短波長領域(300nm〜80
0nm)の光を第1光電変換部へ反射させ、長波長領域
(800nm〜1200nm)の光はこの透明な導電層を
透過させて第2光電変換部で吸収させるという反射特性
を持つ中間層を利用することが開示されている。
For example, in JP-A-63-6882,
A transparent conductive layer made of an ITO film is inserted between the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit, and a short wavelength region (300 nm to 80 nm) is inserted.
0 nm) is reflected to the first photoelectric conversion unit and is reflected in a long wavelength region.
The use of an intermediate layer having a reflection characteristic of transmitting light (800 nm to 1200 nm) through the transparent conductive layer and absorbing the light in the second photoelectric conversion unit is disclosed.

【0006】また、積層型太陽電池の中間層における選
択反射特性を改良するための工夫として、特開平2−2
37172号公報には、下部側(基板側)の結晶シリコ
ン光電変換素子と上部側(受光面側)のアモルファスシ
リコン光電変換素子の間にITO単膜中間層を形成する
ことが開示されている。さらにITOの膜厚を約250
nm程度にすることにより、波長約600nmに反射の
ピークがあり、長波長の反射率を低く抑えるという選択
反射特性の中間層が得られることも開示されている。
In order to improve the selective reflection characteristics in the intermediate layer of the stacked solar cell, Japanese Patent Application Laid-Open No.
Japanese Patent No. 37172 discloses that an ITO single film intermediate layer is formed between a crystalline silicon photoelectric conversion element on the lower side (substrate side) and an amorphous silicon photoelectric conversion element on the upper side (light receiving surface side). Further, the thickness of the ITO film is about 250.
It is also disclosed that by setting the thickness to about nm, there is a peak of reflection at a wavelength of about 600 nm, and an intermediate layer having a selective reflection characteristic in which the reflectance at long wavelengths is suppressed low.

【0007】また、第2回太陽光発電世界会議(2nd
WORLD CONFERENCEAND EXHIB
ITION ON PHOTOVOLTAIC SOLA
R ENERGY CONVERSION,July,1
998,VIENNA,AUSTRIA)で、スイスの
Neuchatel大学からの報告(p728−p731)によ
り、アモルファスシリコンの第1光電変換部と多結晶薄
膜の第2光電変換部との間に酸化亜鉛の透明導電膜を挿
入することによって、アモルファスシリコンの第1光電
変換部裏面の反射を高めることが示されている。
[0007] Also, the second solar power generation world conference (2nd
WORLD CONFERENCE AND EXHIB
ITION ON PHOTOVOLTAIC SOLA
R ENERGY CONVERSION, July, 1
998, VIENNA, AUSTRIA)
According to a report from Neuchatel University (pp. 728-731), a transparent conductive film of zinc oxide was inserted between the first photoelectric conversion part of amorphous silicon and the second photoelectric conversion part of the polycrystalline thin film to form the amorphous silicon. 1 indicates that the reflection on the back surface of the photoelectric conversion unit is enhanced.

【0008】また、酸化亜鉛薄膜の膜厚最適化により、
この第1光電変換部の短絡電流が平坦表面の場合には
0.7mA/cm2、テクスチャ表面の場合で2.0mA
/cm2の向上につながったことも報告されている。
Further, by optimizing the thickness of the zinc oxide thin film,
The short-circuit current of the first photoelectric converter is 0.7 mA / cm 2 when the surface is flat, and 2.0 mA when the surface is textured.
/ Cm 2 has also been reported.

【0009】一方、スパッタ成膜装置で導電性透明膜等
を作製する技術が確立されている。導電性透明膜の膜厚
均一性を改善する方法として、特開昭61−15966
号、特開昭61−235561号公報に記載されている
ようにターゲットや基板を移動、回転させる方法があ
る。また、特開平7−90569号公報に記載されるよ
うに、従来のマグネトロンRFスパッタ装置でのシャッ
タ下にターゲット径より小さい穴を有する第2シャッタ
を設置してスパッタ成膜の不純物汚染を防止するととも
に膜厚分布を補正する方法もある。
On the other hand, a technique for producing a conductive transparent film or the like with a sputtering film forming apparatus has been established. As a method for improving the film thickness uniformity of the conductive transparent film, Japanese Patent Application Laid-Open No.
And a method of moving and rotating a target or a substrate as described in JP-A-61-235561. Further, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-90569, a second shutter having a hole smaller than the target diameter is provided below a shutter in a conventional magnetron rf sputtering apparatus to prevent impurity contamination in sputter deposition. In addition, there is a method of correcting the film thickness distribution.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】従来、積層型光電変換
素子の中間層には導電性透明膜(酸化亜鉛膜或はITO
膜)の単層膜が用いられていた。しかしながら、実際に
その単層膜の膜厚を最適化しようとしても積層型光電変
換素子における太陽電池特性の向上に最適となるような
選択反射特性を有する導電性透明膜を得ることができて
いなかった。
Conventionally, a conductive transparent film (a zinc oxide film or an ITO film) is used as an intermediate layer of a stacked photoelectric conversion element.
Film) was used. However, even when actually trying to optimize the thickness of the single-layer film, it has not been possible to obtain a conductive transparent film having selective reflection characteristics that is optimal for improving solar cell characteristics in a stacked photoelectric conversion element. Was.

【0011】つまり、単層膜からなる中間層を用いた場
合は、たとえ中間層の膜厚を最適化したとしても中間層
との界面での反射率を調整しうる範囲には一定の限界が
あり、積層型光電変換素子の短波長領域の反射率を十分
に高くすることができず、中間層との界面からの反射に
よる第1光電変換部での光吸収への顕著な増加は不可能
であった。また、逆に長波長領域の反射率もさほど小さ
くならないため、第2光電変換部への透過光量も低減さ
れてしまうという致命的な問題があり、太陽光の有効利
用は十分ではなかった。
That is, when an intermediate layer composed of a single-layer film is used, there is a certain limit to the range in which the reflectance at the interface with the intermediate layer can be adjusted even if the thickness of the intermediate layer is optimized. Yes, the reflectance of the stacked photoelectric conversion element in the short wavelength region cannot be sufficiently increased, and a remarkable increase in light absorption in the first photoelectric conversion unit due to reflection from the interface with the intermediate layer is impossible. Met. On the other hand, since the reflectance in the long wavelength region does not decrease so much, there is a fatal problem that the amount of light transmitted to the second photoelectric conversion unit is reduced, and the effective use of sunlight is not sufficient.

【0012】また、屈折率が異なる2種類の透明膜を積
層した多層構造膜とすることにより、選択反射特性を有
する膜を作製することができることが知られている。し
かしながら、積層型光電変換素子の中間層として用いる
ことができる適当な多層構造選択反射膜はなかった。そ
の主な要因は積層型光電変換素子の中間層には優れた光
学的特性とともに優れた電気的特性が要求され、双方と
も満足するような多層構造膜を作製することが技術的に
困難であったことが挙げられる。特に従来からのスパッ
タ装置によって透明膜を作製する場合には、薄膜の抵抗
率の低減と膜厚の面内分布の均一性とを満足させること
が非常に困難であった。
It is also known that a film having selective reflection characteristics can be manufactured by forming a multilayer structure film in which two types of transparent films having different refractive indexes are laminated. However, there is no suitable multilayer-structure selective reflection film that can be used as an intermediate layer of the stacked photoelectric conversion element. The main factor is that the intermediate layer of the stacked photoelectric conversion element is required to have excellent electrical characteristics as well as excellent electrical characteristics, and it is technically difficult to produce a multilayer structure film that satisfies both. It is mentioned. In particular, when a transparent film is formed by a conventional sputtering apparatus, it has been extremely difficult to satisfy the reduction of the resistivity of the thin film and the uniformity of the in-plane distribution of the film thickness.

【0013】例えば2種類の導電性透明膜を用いて多層
構造選択反射膜を作製することが考えられるが、選択反
射特性を有するような多層構造膜を形成するには積層さ
れる膜の膜厚を正確に制御する必要があるとともに、そ
の膜厚分布を均一にする必要がある。これに加えて、多
層構造膜の抵抗率を小さくしようとするならば、抵抗率
を小さくすることができる材料を選ぶ必要がある。この
ような要求を満たすような多層構造膜は、材料選択の観
点からも均一な成膜を行う成膜技術の観点からも困難で
あり、導電性を有する多層構造選択反射膜を光電変換素
子の中間層として用いられることはなかった。
For example, it is conceivable to prepare a multilayer structure selective reflection film using two types of conductive transparent films. To form a multilayer structure film having selective reflection characteristics, the film thickness of the laminated films is considered. Must be controlled accurately and the film thickness distribution must be uniform. In addition, in order to reduce the resistivity of the multilayer structure film, it is necessary to select a material that can reduce the resistivity. A multilayer structure film that satisfies such demands is difficult from the viewpoint of material selection and also from the viewpoint of a film forming technique for performing uniform film formation, and a multilayer structure selective reflection film having conductivity is used for a photoelectric conversion element. It was not used as an intermediate layer.

【0014】また、先に示した特開昭61−15966
号、特開昭61−235561号、特開平7−9056
9号に記載の方法では、いずれもこのような薄い膜厚で
の膜厚分布を制御することは困難であり、この材料を用
いて優れた特性を有する多層構造選択反射膜を作製する
ことはできなかった。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-15966 described above is disclosed.
JP-A-61-235561, JP-A-7-9056
In any of the methods described in No. 9, it is difficult to control the film thickness distribution at such a small film thickness, and it is difficult to produce a multilayer selective reflection film having excellent characteristics using this material. could not.

【0015】そこで、本発明の目的は、積層型太陽電池
の中間層に使用することができるような光学的、電気的
特性が優れた導電性多層構造選択反射膜を製造する方法
及び装置を提供することを目的とする。また、本発明の
第2の目的は多層構造膜の各層を形成するそれぞれの膜
のような非常に薄い膜を積層する場合であっても、膜厚
分布が良好となるような製造装置を提供することを目的
とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method and an apparatus for manufacturing a conductive multilayer selective reflection film having excellent optical and electrical characteristics which can be used for an intermediate layer of a stacked solar cell. The purpose is to do. Further, a second object of the present invention is to provide a manufacturing apparatus which can provide a good film thickness distribution even when laminating very thin films such as respective films forming each layer of a multilayer structure film. The purpose is to do.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた本発明の1つである多層膜製造装置は、第1
スパッタ成膜部を備えた第1チャンバと、第2スパッタ成
膜部を備えた第3チャンバと、第1チャンバと第3チャ
ンバの間に設けられ、高真空排気機構と基板加熱機構と
を備えた第2チャンバとからなり、これら各チャンバ
は、基板を各チャンバ間で移動するための基板搬送機構
を備えている。
Means for Solving the Problems A multilayer film manufacturing apparatus, which is one of the present inventions made to solve the above-mentioned problems, has the following features.
A first chamber provided with a sputter film forming unit, a third chamber provided with a second sputter film forming unit, and a high vacuum evacuation mechanism and a substrate heating mechanism provided between the first chamber and the third chamber; Each of these chambers has a substrate transfer mechanism for moving a substrate between the chambers.

【0017】この発明によれば、第1チャンバで第1の
薄膜が形成された後、基板は第2チャンバに搬送され
る。第2チャンバでは基板は加熱されるとともに、チャ
ンバ内は高真空排気される。これにより、第1チャンバ
からの残留ガス(例えば酸素)を激減させることができ
るので、その後基板を第3チャンバに搬送して第2の薄
膜を形成する。このようにして雰囲気ガスの相互拡散を
激減させた状態で複数の膜を積層する。
According to the present invention, after the first thin film is formed in the first chamber, the substrate is transferred to the second chamber. In the second chamber, the substrate is heated and the chamber is evacuated to a high vacuum. Thus, the residual gas (eg, oxygen) from the first chamber can be drastically reduced, and then the substrate is transferred to the third chamber to form a second thin film. In this way, a plurality of films are stacked in a state in which the mutual diffusion of the atmospheric gas is drastically reduced.

【0018】特に、第1の薄膜として導電性透明膜を形
成し、続いて第2の薄膜として半導体膜を形成する場合
には、導電性透明膜の形成の際に酸素ガスが導入される
が、第1の薄膜を形成した後に、第2チャンバで残留す
る酸素ガスを積極的に加熱しつつ真空排気してから第3
チャンバに移動することにより、高品質な半導体膜を積
層させることが可能になる。
In particular, when a conductive transparent film is formed as the first thin film and then a semiconductor film is formed as the second thin film, oxygen gas is introduced at the time of forming the conductive transparent film. After forming the first thin film, the oxygen gas remaining in the second chamber is evacuated and evacuated while being actively heated.
By moving to the chamber, a high-quality semiconductor film can be stacked.

【0019】ここで導電性多層構造選択反射膜に用いら
れる導電性透明膜の主成分としては、酸化亜鉛、酸化
錫、ITO、酸化チタン等が好適である。これらの膜は
酸素を含有することにより光透過性と導電性を備えた膜
になるが、III族元素、例えばアルミニウム(Al)、
ガリウム(Ga)、インジウム(In)等の金属不純物
を添加して導電性を高める方が好ましい。
Here, as the main component of the conductive transparent film used for the conductive multilayer structure selective reflection film, zinc oxide, tin oxide, ITO, titanium oxide and the like are preferable. These films become films having light transmittance and conductivity by containing oxygen, and are made of a group III element such as aluminum (Al),
It is preferable to increase the conductivity by adding a metal impurity such as gallium (Ga) or indium (In).

【0020】なお、上記導電性透明膜のうちで酸化亜鉛
は、その他の材料(酸化錫、ITO、酸化チタン)より
も耐水素プラズマ性が優れているので、導電性透明膜形
成後に、水素プラズマを用いるプロセスが実行される場
合には、酸化亜鉛を主成分とすることが好ましい。例え
ば第1光電変換部がアモルファスシリコン膜である積層
型光電変換素子の中間層に導電性透明膜が用いられる場
合には、アモルファスシリコン膜を形成する際に水素プ
ラズマに晒されることになるので酸化亜鉛を用いるのが
好適である。
[0020] Among the conductive transparent films, zinc oxide is superior in hydrogen plasma resistance to other materials (tin oxide, ITO, titanium oxide). When a process using is performed, it is preferable that zinc oxide be the main component. For example, in the case where a conductive transparent film is used as an intermediate layer of a stacked photoelectric conversion element in which the first photoelectric conversion unit is an amorphous silicon film, the amorphous silicon film is exposed to hydrogen plasma when forming the amorphous silicon film. It is preferred to use zinc.

【0021】また、導電性多層構造選択反射膜に用いら
れる半導体膜としては、多結晶状態、または微結晶状
態、またはアモルファスと微結晶との混合状態であるシ
リコン(Si)膜、またはシリコンカーボン(SiC)
膜が好適である。そして半導体膜にはIII族元素(B、
Al、Ga)、V族元素(P、As)等の半導体膜に導
電性を付与する不純物が含まれている。
As a semiconductor film used for the conductive multilayer structure selective reflection film, a silicon (Si) film in a polycrystalline state, a microcrystalline state, a mixed state of amorphous and microcrystalline, or a silicon carbon ( SiC)
A membrane is preferred. Then, the group III element (B,
The semiconductor film contains impurities imparting conductivity, such as Al, Ga) and group V elements (P, As).

【0022】特にシリコン膜を用いる場合には、不純物
濃度は5×1018cm-3以上が望ましいが、1×1020
cm-3以上になると、逆にシリコン薄膜の光吸収率が増
加することになるので、不純物濃度は5×1018cm-3
から1×1020cm-3の範囲が好適である。
Particularly when a silicon film is used, the impurity concentration is preferably 5 × 10 18 cm −3 or more, but 1 × 10 20
When the density is more than cm −3, the light absorption rate of the silicon thin film increases, and the impurity concentration becomes 5 × 10 18 cm −3.
Is preferably in the range of 1 × 10 20 cm −3 to 1 × 10 20 cm −3 .

【0023】また、上記課題を解決するためになされた
本発明にかかる他の多層膜製造装置のスパッタ成膜部
は、チャンバ内に搬送された基板と対向する位置にター
ゲットが取り付けられ、かつ、ターゲット周縁の直上付
近にはターゲットと同一材料からなる膜厚補正板が付設
されている。
Further, in order to solve the above-mentioned problems, a sputtering film forming section of another multilayer film manufacturing apparatus according to the present invention has a target attached to a position facing a substrate conveyed into a chamber, and A film thickness correction plate made of the same material as that of the target is provided in the vicinity immediately above the periphery of the target.

【0024】この発明によれば、ターゲットの周囲に付
設された膜厚補正板のターゲットの対する角度を適当に
するとともに、膜厚補正板に電位を与えることにより成
膜面の電界分布の均一性を改善することができるので膜
厚分布を改善することができる。また、膜厚補正板自体
をターゲットと同材料にしているので補正板からスパッ
タされる粒子の問題は生じない。
According to the present invention, the angle of the film thickness compensating plate attached to the periphery of the target with respect to the target is made appropriate, and the electric potential is applied to the film thickness compensating plate so that the uniformity of the electric field distribution on the film forming surface is improved. Can be improved, so that the film thickness distribution can be improved. Further, since the film thickness correction plate itself is made of the same material as the target, there is no problem of particles sputtered from the correction plate.

【0025】膜厚補正板は、ターゲットに対する取付角
度が調整可能に構成されるとともに、印加電圧が調整可
能な電源に接続されるようにすれば、膜厚分布が最適に
なるように調整することができるようになりるのでさら
に好適である。
The film thickness compensating plate is configured so that the mounting angle with respect to the target can be adjusted and connected to a power supply whose voltage can be adjusted so that the film thickness distribution can be adjusted to be optimal. This is more preferable because it becomes possible.

【0026】また、本発明の1つである多層膜製造方法
は、第1スパッタ成膜部を備えた第1チャンバと、第2ス
パッタ成膜部を備えた第3チャンバと、第1チャンバと
第3チャンバの間に設けられ、高真空排気機構と基板加
熱機構とを備えた第2チャンバとからなり、これら各チ
ャンバは、基板を各チャンバ間で移動するための基板搬
送機構を備えた多層膜製造装置を用い、(a)第1チャ
ンバの第1スパッタ成膜部で基板上に第1層目膜を形成
し、(b)基板を第2チャンバに搬送して高真空排気機
構と基板加熱機構とを作動し、(c)基板を第3チャン
バに搬送して第2スパッタ成膜部で第2層目膜を形成
し、以後、さらに積層数を増加する際には第1チャンバ
と第3チャンバとの間で基板を搬送する際に、基板を一
方のチャンバから第2チャンバに搬送して高真空排気機
構と基板加熱機構とを作動させてから他方のチャンバに
搬送して膜を製造する。この方法によれば、第1チャン
バで第1の薄膜が形成された後、基板は第2チャンバに
搬送される。第2チャンバでは基板は加熱されるととも
に、チャンバ内は高真空排気される。これにより、第1
チャンバからの残留ガス(例えば酸素)を激減させるこ
とができるので、その後基板を第3チャンバに搬送して
第2の薄膜を形成する。このようにして雰囲気ガスの相
互拡散を激減させた状態で複数の膜を積層することがで
きる。
Further, the method for manufacturing a multilayer film according to one aspect of the present invention includes a first chamber having a first sputter film forming section, a third chamber having a second sputter film forming section, A second chamber provided between the third chambers and having a high vacuum evacuation mechanism and a substrate heating mechanism, each of these chambers being a multilayer having a substrate transfer mechanism for moving a substrate between the chambers; Using a film manufacturing apparatus, (a) forming a first layer film on a substrate in a first sputter film forming section of a first chamber, and (b) transporting the substrate to a second chamber to provide a high vacuum evacuation mechanism and a substrate. (C) transporting the substrate to the third chamber to form a second layer film in the second sputtering film forming section, and thereafter, when further increasing the number of layers, the first chamber and the When transferring the substrate to and from the third chamber, the substrate is transferred from one chamber to the second chamber. Transported to Nba by operating the high vacuum evacuation system and the substrate heating mechanism for producing the film is transported to the other chamber from. According to this method, after the first thin film is formed in the first chamber, the substrate is transferred to the second chamber. In the second chamber, the substrate is heated and the chamber is evacuated to a high vacuum. Thereby, the first
Since the residual gas (eg, oxygen) from the chamber can be sharply reduced, the substrate is then transferred to a third chamber to form a second thin film. In this manner, a plurality of films can be stacked in a state in which the mutual diffusion of the atmospheric gas is drastically reduced.

【0027】第1チャンバの第1スパッタ成膜部におい
て、酸素混合比率が0.5〜3%の範囲の酸素・アルゴ
ン混合ガス雰囲気下で導電性透明膜が形成されるように
すれば、導電率と透過率に関するバランスがとれた導電
性透明膜を形成することができる。
In the first sputter deposition section of the first chamber, if the conductive transparent film is formed in an oxygen / argon mixed gas atmosphere having an oxygen mixture ratio in the range of 0.5 to 3%, the conductive A conductive transparent film having a good balance between the transmittance and the transmittance can be formed.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
説明する。
Embodiments of the present invention will be described below.

【0029】まず、本発明の製造装置、製造方法で形成
しようとする多層膜について説明する。多層膜に求めら
れるのは、導電性と選択反射特性であるため、最初に、
多層膜の選択反射率の計算方法を説明する。計算式はO.
S. Heavens, "Optical Properties of Thin Solid Fil
ms", Butterworths Science(1955) に記載されているよ
うな通常の計算式を用いる。垂直入射の場合には多層膜
の反射率R(λ)は以下の式(1)で示す。
First, a multilayer film to be formed by the manufacturing apparatus and the manufacturing method of the present invention will be described. What is required for a multilayer film is conductivity and selective reflection characteristics.
A method for calculating the selective reflectance of the multilayer film will be described. The formula is O.
S. Heavens, "Optical Properties of Thin Solid Fil
ms ", a conventional calculation formula as described in Butterworths Science (1955). In the case of normal incidence, the reflectance R (λ) of the multilayer film is represented by the following formula (1).

【0030】[0030]

【数1】 A(λ)=η0 (m11l+111) - (m21l +122)B
(λ)=η0 (m11l+111)+ (m21l+122)
(Equation 1) A (λ) = η 0 (m 11 + η l + 1 m 11 )-(m 21 + η l +1 m 22 ) B
(Λ) = η 0 (m 11 + η l + 1 m 11 ) + (m 21 + η l + 1 m 22 )

【0031】[0031]

【数2】 (Equation 2)

【0032】[0032]

【数3】 ここでMjは均質第j層単層膜の特性行列で、Mは均質多層
膜の特性行列m11、m 12、m21、m22は各層に対応する
特性行列の積行列の対角要素、η0、ηl+1及びη jは入
射側の媒質、シリコン及び第j層膜の実効屈折率であ
り、吸収性の媒質に対して複数屈折率Nj=nj-iKでおき
かえればよい。δj=(2π/λ) Njdjで、djは第j層膜の
膜厚である。
(Equation 3)Where MjIs the characteristic matrix of the homogeneous j-th layer monolayer, and M is the homogeneous multilayer
Membrane characteristic matrix m11, M 12, Mtwenty one, Mtwenty twoCorresponds to each layer
Diagonal element of product matrix of characteristic matrix, η0, Ηl + 1And ηjIs in
The effective refractive indices of the medium on the emitting side, silicon and the j-th layer film
Multi-refractive index N for absorptive mediaj= Nj-With iK
You can change it. δj= (2π / λ) NjdjAnd djIs the j-th layer film
It is a film thickness.

【0033】アモルファスシリコン第1光電変換部と結
晶シリコン第2光電変換部から構成された積層型光電変
換素子に対して、第1種類材料と第2種類材料の膜厚最
適値を式(1)〜(3)で算出した。ここで第一種類材
料として酸化亜鉛(ZnO)、第2種類材料として多結
晶シリコンを用いた。その結果、第一種類材料とする酸
化亜鉛(ZnO)の膜厚の最適値は70nm、および第
二種類材料とする多結晶シリコン膜の膜厚の最適値は3
0nmである。
For a stacked photoelectric conversion element composed of an amorphous silicon first photoelectric conversion unit and a crystalline silicon second photoelectric conversion unit, the optimum film thickness of the first type material and the second type material is expressed by the following equation (1). ((3). Here, zinc oxide (ZnO) was used as the first type material, and polycrystalline silicon was used as the second type material. As a result, the optimal value of the thickness of zinc oxide (ZnO) as the first type material is 70 nm, and the optimal value of the thickness of the polycrystalline silicon film as the second type material is 3 nm.
0 nm.

【0034】したがって、多層膜全体としての膜厚は酸
化亜鉛膜が2層とシリコン膜が1層との積層構造の場合
は170nm(70×2+30)、酸化亜鉛膜が3層と
シリコン膜が2層の場合は270nm(70×3+30
×2)が好ましい値となる。もちろんこれ以上の多層成
膜を行うことも可能であり、そのときは全体膜厚は層数
に応じて増大する。
Therefore, the film thickness of the entire multilayer film is 170 nm (70 × 2 + 30) in the case of a laminated structure of two zinc oxide films and one silicon film, and three zinc oxide films and two silicon films. 270 nm (70 × 3 + 30)
× 2) is a preferable value. Of course, it is also possible to perform a multi-layer film formation more than this, and in that case, the total film thickness increases according to the number of layers.

【0035】酸化亜鉛膜が2層とシリコン膜が1層との
多層構造選択反射膜による中間層の反射特性は、約70
0nm以下の短波長領域に高い反射領域が存在し、その
反射率ピークは約87%となるが、長波長領域(930
nm〜1200nm)の反射率は低く(≦11%)でき
る。多層構造の層数が増加することにしたがって、反射
特性の短波長領域が少しずつ収束し、この波長範囲での
反射率が高くなる。三層以上の構造層があれば700n
m以下の波長領域での反射率としては、90%以上が得
られている。
The reflection characteristic of the intermediate layer by the multilayer structure selective reflection film having two layers of zinc oxide film and one layer of silicon film is about 70%.
A high reflection region exists in a short wavelength region of 0 nm or less, and its reflectance peak is about 87%.
nm to 1200 nm) can be low (≦ 11%). As the number of layers in the multilayer structure increases, the short wavelength region of the reflection characteristics gradually converges, and the reflectance in this wavelength range increases. 700n if there are three or more structural layers
The reflectance in the wavelength region of m or less is 90% or more.

【0036】図4に、酸化亜鉛膜を3層とシリコン膜を
2層組み合わせた多層構造の選択反射膜による中間層の
反射率計算データを示す。図4の反射特性で示されるよ
うに、シリコン積層型光電変換素子の第1光電変換部に
最も効果のある400nm〜700nm波長領域で高い
反射率を有すると同時に、750nm以上の波長領域で
低い反射率を有しており、長波長の光を透過させるとい
う良好な選択反射特性を持つことになる。
FIG. 4 shows the calculated data of the reflectance of the intermediate layer formed by the selective reflection film having a multilayer structure in which three zinc oxide films and two silicon films are combined. As shown by the reflection characteristics in FIG. 4, the silicon laminate photoelectric conversion element has a high reflectance in the wavelength region of 400 nm to 700 nm, which is most effective for the first photoelectric conversion portion, and a low reflectance in the wavelength region of 750 nm or more. And has good selective reflection characteristics of transmitting long-wavelength light.

【0037】上記導電性多層構造選択反射膜を構成する
導電性透明膜の導電率は、ほぼ金属不純物(アルミなど
の金属不純物)の含有量により決まる。金属不純物の含
有量が一定量より多すぎても(>4.5%)、導電率は
高々6×103Ω・cm程度しか上げられないが、透過
率は低下する。
The conductivity of the conductive transparent film constituting the conductive multilayer structure selective reflection film is substantially determined by the content of metal impurities (metal impurities such as aluminum). If the content of metal impurities is more than a certain amount (> 4.5%), the conductivity can be increased only up to about 6 × 10 3 Ω · cm, but the transmittance will be reduced.

【0038】なお、ここで問題とする透過率は波長範囲
400〜700nmの範囲の透過率であるので、以下の
説明で用いる透過率とは特に断らない限り原則として、
この範囲の透過率をいうものとする。
Since the transmittance of interest here is the transmittance in the wavelength range of 400 to 700 nm, the transmittance used in the following description is in principle unless otherwise specified.
The transmittance in this range is referred to.

【0039】一方、金属不純物の含有量が一定量(<1
%)より少なくなると、透過率は改善できるが導電率が
6×102Ω・cm以下にまでなると、多層構造選択反
射膜全体としての抵抗値が高くなる。
On the other hand, when the content of metal impurities is a certain amount (<1
%), The transmittance can be improved, but when the conductivity becomes 6 × 10 2 Ω · cm or less, the resistance value of the multilayer selective reflection film as a whole increases.

【0040】そこで積層型光電変換素子の中間層のよう
に導電性と透明性とが要求される選択反射膜としては膜
の導電率が6×102Ω・cm〜6×103Ω・cmの範
囲が適当である。
Therefore, as a selective reflection film which is required to have conductivity and transparency like an intermediate layer of a stacked photoelectric conversion element, the conductivity of the film is from 6 × 10 2 Ω · cm to 6 × 10 3 Ω · cm. Is appropriate.

【0041】このように導電性と透明性のバランスを調
整することが必要となるが、スパッタ成膜の場合はスパ
ッタ雰囲気ガスの組成、すなわちアルゴンガスと酸素ガ
スとの混合比を調整することにより導電性と透過率の調
整を行うことができる。
As described above, it is necessary to adjust the balance between conductivity and transparency. In the case of sputter deposition, the composition of the sputter atmosphere gas, that is, the mixing ratio of argon gas to oxygen gas is adjusted. The conductivity and transmittance can be adjusted.

【0042】図5は酸素分圧による導電率と透過率との
関係を示す図である。酸素含有量の増大につれて導電率
が下がっていく傾向があるが酸素の分圧比を0.5%か
ら3%の範囲とすることにより、膜の導電率を6×10
2Ω・cm〜6×103Ω・cmまでの範囲にするととも
に、膜の透過率を77%以上とすることができる。つま
り導電性と透明性を両立させることができる。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the conductivity and the transmittance based on the oxygen partial pressure. The conductivity tends to decrease as the oxygen content increases, but by setting the oxygen partial pressure ratio in the range of 0.5% to 3%, the conductivity of the film becomes 6 × 10 5
In addition to the range of 2 Ω · cm to 6 × 10 3 Ω · cm, the transmittance of the film can be 77% or more. That is, both conductivity and transparency can be achieved.

【0043】以上説明したように、積層型光電変換素子
の中間層として用いるためには、良好な光学特性(選択
反射特性)を有するとともに、良好な電気特性(良導電
性)を有する薄膜とする必要がある。そして、これらを
満足するための膜構造として導電性透明膜と半導体膜と
を組み合わせた導電性多層構造選択反射膜が有効である
ことを見い出したのであるが、この多層膜をいかにして
作成するかをさらに検討することにより、本発明の製造
装置および製造方法がなされた。すなわち、高品質な導
電性多層構造選択反射膜を形成するには、導電性透明膜
と半導体膜との成膜をそれぞれ、安定、かつクリーンな
プラズマ雰囲気で行うことが必要であるため、これに適
した製造装置、製造方法を創作した。具体的には、導電
透明膜と半導体膜を交互に成膜する際にそれぞれの成膜
後、成膜残留ガスを十分に除去できることとし、さら
に、半導体膜については非常に薄い膜厚の成膜を均一に
行えるようにした。
As described above, a thin film having good optical characteristics (selective reflection characteristics) and good electric characteristics (good conductivity) is required for use as an intermediate layer of a stacked photoelectric conversion element. There is a need. As a film structure for satisfying these requirements, it has been found that a conductive multilayer structure selective reflection film combining a conductive transparent film and a semiconductor film is effective.How to make this multilayer film By further studying the above, the manufacturing apparatus and the manufacturing method of the present invention were made. In other words, in order to form a high-quality conductive multilayer structure selective reflection film, it is necessary to form a conductive transparent film and a semiconductor film in a stable and clean plasma atmosphere, respectively. A suitable manufacturing device and manufacturing method were created. Specifically, when forming the conductive transparent film and the semiconductor film alternately, it is assumed that the film formation residual gas can be sufficiently removed after each film formation, and that the semiconductor film has a very small film thickness. Can be performed uniformly.

【0044】以下、本発明の実施例について図面を用い
て説明する。図1は本発明の一実施例である多層膜の製
造装置である。この多層膜製造装置は、導電性多層構造
選択反射膜の製造に適したものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an apparatus for manufacturing a multilayer film according to an embodiment of the present invention. This multilayer film manufacturing apparatus is suitable for manufacturing a conductive multilayer structure selective reflection film.

【0045】図において、19は装置へ基板を出し入れ
するときに使用するロードチャンバ、20は第1の薄膜
として導電性透明膜を形成するための第1チャンバ、2
1は雰囲気ガスを切り替えるための第2チャンバ、22
は第2の薄膜として半導体膜を形成するための第3チャ
ンバである。
In the drawing, reference numeral 19 denotes a load chamber used when a substrate is taken in and out of the apparatus, 20 denotes a first chamber for forming a conductive transparent film as a first thin film, and 2 denotes a first chamber.
1 is a second chamber for switching the ambient gas, 22
Is a third chamber for forming a semiconductor film as a second thin film.

【0046】ロードチャンバ19と第1チャンバ20と
の間には各室間を分離するための扉40が設けられてお
り、同様に第1チャンバ20と第2チャンバ21間には
扉42、第2チャンバ21と第3チャンバ22間には扉
45が設けられている。
A door 40 is provided between the load chamber 19 and the first chamber 20 to separate the chambers from each other. Similarly, a door 42 and a second door are provided between the first chamber 20 and the second chamber 21. A door 45 is provided between the second chamber 21 and the third chamber 22.

【0047】ロードチャンバ19において、18は基板
を搬出するための扉、26は窒素ガス導入ラインであ
る。ロードチャンバには大気圧状態から真空状態にもっ
ていくための図示しない粗引き真空ポンプが取り付けら
れている。
In the load chamber 19, 18 is a door for carrying out the substrate, and 26 is a nitrogen gas introduction line. The load chamber is provided with a roughing vacuum pump (not shown) for bringing the atmospheric pressure into a vacuum.

【0048】第1チャンバ20において、23は高真空
排気システム(主排気ポンプとしてターボ分子ポンプを
使用)、27は高純度アルゴンガス導入ライン、31は
高純度酸素ガスラインである。また、28はスパッタ時
の放電空間を基板側の空間に制限するための電極シール
ド、29は導電性透明膜作製用のターゲット、30はシ
ャッタ、43は加熱ヒータであり、これらにより第1ス
パッタ部41が構成される。なお、ターゲット材として
は酸化亜鉛(ZnO)を用いる。これ以外に酸化錫(S
nO2)、ITO、酸化チタン(TiO2)等を用いても
よい。チャンバ内では後述する搬送機構により基板48
がターゲット29に対向する位置に搬入されるようにな
っている。
In the first chamber 20, 23 is a high vacuum evacuation system (a turbo molecular pump is used as a main evacuation pump), 27 is a high-purity argon gas introduction line, and 31 is a high-purity oxygen gas line. Reference numeral 28 denotes an electrode shield for limiting a discharge space at the time of sputtering to a space on the substrate side, reference numeral 29 denotes a target for producing a conductive transparent film, reference numeral 30 denotes a shutter, and reference numeral 43 denotes a heater. 41 are configured. Note that zinc oxide (ZnO) is used as a target material. In addition, tin oxide (S
nO 2 ), ITO, titanium oxide (TiO 2 ), or the like may be used. In the chamber, the substrate 48 is transported by a transport mechanism described later.
Is carried into a position facing the target 29.

【0049】第2チャンバ21において、24は高速排
気システム(主排気ポンプとしてクライオポンプを使
用)、32は高純度アルゴンガス導入ライン、33と4
4とは赤外線加熱ランプである。
In the second chamber 21, reference numeral 24 denotes a high-speed exhaust system (using a cryopump as a main exhaust pump); 32, a high-purity argon gas introduction line;
4 is an infrared heating lamp.

【0050】第3チャンバ22において、25は高真空
排気システム(主排気ポンプとしてターボ分子ポンプを
使用)、34はアルゴンガス導入ラインである。35、
38は後述する膜厚補正板、36は半導体膜作製用のシ
リコンターゲット、37は電極シールド、39はシャッ
タ、52は加熱ヒータであり、これらにより第2スパッ
タ部47が形成される。50は直流電源、51はローパ
スフィルタであり、膜厚補正板35,38に接続されて
いる。なおターゲット材としてはシリコンやシリコンカ
ーボンが用いられる。本実施例では燐を含むn型シリコ
ンで抵抗率3×10-3Ω・cmであるターゲットを用い
ている。
In the third chamber 22, reference numeral 25 denotes a high vacuum evacuation system (a turbo molecular pump is used as a main evacuation pump), and reference numeral 34 denotes an argon gas introduction line. 35,
Reference numeral 38 denotes a film thickness correction plate, which will be described later, reference numeral 36 denotes a silicon target for producing a semiconductor film, reference numeral 37 denotes an electrode shield, reference numeral 39 denotes a shutter, and reference numeral 52 denotes a heater. Reference numeral 50 denotes a DC power supply, and 51 denotes a low-pass filter, which is connected to the film thickness correction plates 35 and 38. Note that silicon or silicon carbon is used as the target material. In this embodiment, a target made of n-type silicon containing phosphorus and having a resistivity of 3 × 10 −3 Ω · cm is used.

【0051】各室19〜22の各室には基板48を自動
で搬送するための搬送ベルト49が取り付けられてい
る。そして、第1チャンバと第3チャンバではターゲッ
ト29、36に対向する位置に基板を停止できるように
してある。
Each of the chambers 19 to 22 is provided with a transport belt 49 for automatically transporting the substrate 48. In the first and third chambers, the substrate can be stopped at positions facing the targets 29 and 36.

【0052】ターゲット29、36にはスパッタリング
に必要な放電を発生させるための高周波(RF)電源5
6、57が接続されている。また、成膜速度を高めるた
めにターゲット表面に磁界を作用させるマグネトロンス
パッタ方式を採用しているため、ターゲット29、36
の裏には磁石54、55が取り付けられている。なお、
高周波電源56、57の代わりに直流電源58、59を
設けて直流放電としてもよい。さらには高周波電源5
6、57と直流電源58、59を同時に備えて高周波放
電を発生させるときに直流バイアスを印加するようにし
てプラズマを調整するようにしてもよい。すなわち、高
周波・直流結合バイアススパッタ方式の装置として使用
する。そして各電源にはノイズカットのためのローパス
フィルタ60、61、62、63が取り付けてある。
A radio frequency (RF) power supply 5 for generating a discharge required for sputtering is provided to the targets 29 and 36.
6, 57 are connected. Further, since the magnetron sputtering method in which a magnetic field is applied to the target surface in order to increase the film forming rate is employed, the targets 29 and 36 are used.
The magnets 54 and 55 are attached to the back of. In addition,
DC power supplies 58 and 59 may be provided instead of the high frequency power supplies 56 and 57 to perform DC discharge. Furthermore, a high frequency power supply 5
The plasma may be adjusted by simultaneously providing the DC power supplies 6 and 57 and the DC power supplies 58 and 59 and applying a DC bias when generating a high-frequency discharge. That is, it is used as an apparatus of a high frequency / DC coupling bias sputtering method. Each power supply is provided with low-pass filters 60, 61, 62, 63 for noise cut.

【0053】つぎに第3チャンバの膜厚補正板について
説明する。第3チャンバにおける第2スパッタ成膜部4
7では、非常に薄い膜厚に対して精密な制御を行うこと
で面内膜厚分布を均一にすることが要求されている。そ
のため、膜厚補正板を取り付けるようにしている。
Next, the film thickness correction plate of the third chamber will be described. Second sputter deposition unit 4 in third chamber
In No. 7, it is required that the in-plane film thickness distribution be made uniform by performing precise control on an extremely thin film thickness. Therefore, a film thickness correction plate is attached.

【0054】一般に、ターゲット電極に負電圧、もしく
は高周波電圧を印加することによってグロー放電を起こ
してプラズマを発生させると、プラズマ中のイオンはタ
ーゲット直前のシース部で加速され高エネルギー粒子と
なってターゲット36の表面にいろいろな角度で衝突す
る。衝突により叩き出されたスパッタ粒子には、様々な
粒子エネルギー(5〜10eV)を有するものが存在し
ており、ターゲット36と基板48間の空間を通過し、
様々な角度で基板に到達することにより膜の堆積がなさ
れる。このときターゲット36と基板48間の電位勾配
等の影響で膜厚分布が左右される。
In general, when a negative voltage or a high-frequency voltage is applied to a target electrode to generate glow discharge and generate plasma, ions in the plasma are accelerated in a sheath portion immediately before the target to become high-energy particles and become high-energy particles. It strikes 36 surfaces at various angles. Among the sputtered particles hit by the collision, those having various particle energies (5 to 10 eV) exist, pass through the space between the target 36 and the substrate 48,
Deposition of the film is achieved by reaching the substrate at various angles. At this time, the film thickness distribution is influenced by the potential gradient between the target 36 and the substrate 48 and the like.

【0055】従来の装置及び方法では、面内膜厚の精密
制御をするのが極めて困難である。そこで、ターゲット
36とシャッタ39間に角度可変式の膜厚補正板35、
38を配置するようにしている。ターゲットに対する角
度は30度くらいに設定してプラズマによる成膜面の電
界分布均一性を改善するようにしている。膜厚補正板3
5、38の基板側に対する表面にはターゲット36と同
一の材料を配置する。例えばシリコン薄膜の成膜を行う
場合でターゲット36としてn型シリコン材料で抵抗率
3×10-3Ω・cmのものを用いると、膜厚補正板3
5、38についても同材質のn型シリコン基板で構成す
る。
With the conventional apparatus and method, it is extremely difficult to precisely control the in-plane film thickness. Therefore, an angle-variable thickness correction plate 35 is provided between the target 36 and the shutter 39.
38 are arranged. The angle with respect to the target is set to about 30 degrees so as to improve the uniformity of the electric field distribution on the film formation surface by plasma. Film thickness correction plate 3
The same material as the target 36 is disposed on the surfaces of the substrates 5 and 38 on the substrate side. For example, in the case of forming a silicon thin film, if an n-type silicon material having a resistivity of 3 × 10 −3 Ω · cm is used as the target 36, the thickness correction plate 3
5 and 38 are also composed of n-type silicon substrates of the same material.

【0056】なお、図1では2つの膜厚補正板のみを図
示しているが、四角形のターゲットの周りに各辺に対応
させて合計4つの膜厚補正板を配置するようにしてい
る。膜厚補正板35、38の電位を調整することにより
成膜チャンバのプラズマポテンシャルが制御される。つ
まり、膜厚補正板35、38の設置角度と電位を調整す
ることにより、物理的にプラズマポテンシャル及びスパ
ッタ粒子を制御し、半導体薄膜の膜厚を精密に制御する
ようにしている。
Although only two film thickness correction plates are shown in FIG. 1, a total of four film thickness correction plates are arranged around the square target so as to correspond to each side. The plasma potential of the film formation chamber is controlled by adjusting the potentials of the film thickness correction plates 35 and 38. That is, by adjusting the installation angles and potentials of the film thickness correction plates 35 and 38, the plasma potential and sputtered particles are physically controlled, and the film thickness of the semiconductor thin film is precisely controlled.

【0057】次に、この製造装置を用いて導電性多層構
造膜を作成する手順について説明する。基板の搬入 まず、第1チャンバ20、第2チャンバ21、第3チャ
ンバ22は、それぞれ高真空状態に保持しておき、扉4
0を閉めた状態でロードチャンバ19内に窒素を導入し
て大気圧に戻し、扉18を開いて基板48をチャンバ内
の搬送ベルト49上に載せる。第1光電変換部と第2光
電変換部とが中間層を介して積層される積層型光電変換
素子を製造する場合には、基板には先に下地側の光電変
換部が形成されていることになる。続いて、図示しない
粗引き真空ポンプによりロードチャンバ内を真空状態に
する。真空状態になったら扉40を開いて基板48を第
1チャンバ20に移動し、扉40を閉じる。
Next, a procedure for forming a conductive multilayer structure film using this manufacturing apparatus will be described. Loading the substrate First, the first chamber 20, second chamber 21, third chamber 22, may be held in a high vacuum state, respectively, the door 4
With the 0 closed, nitrogen is introduced into the load chamber 19 to return to atmospheric pressure, the door 18 is opened, and the substrate 48 is placed on the transport belt 49 in the chamber. In the case of manufacturing a stacked photoelectric conversion element in which the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit are stacked via an intermediate layer, the substrate-side photoelectric conversion unit must be formed first on the substrate. become. Subsequently, the load chamber is evacuated by a roughing vacuum pump (not shown). When a vacuum is established, the door 40 is opened, the substrate 48 is moved to the first chamber 20, and the door 40 is closed.

【0058】第1層目の導電性透明膜の形成 つづいて、第1層目の導電性透明膜を形成する。図1の
第1チャンバ20でアルゴンガス導入ライン27、酸素
ガス導入ライン31からそれぞれのガスを導入してアル
ゴン(Ar)と酸素(O)の混合雰囲気として、成膜圧
力は約6×10 -3 Torr程度に制御しながらスパッ
タ成膜を行うことにより、70nmの酸化亜鉛薄膜を形
成する。成膜条件は、基板温度は200℃、ターゲット
は酸化亜鉛(Al:2%或はGa:3.5%含有)、R
Fマグネットロンスパッタリングのパワー密度は2W/
cm2程度に制御し、導電性透明膜の導電性と透明性と
のバランスを取るため、酸素とアルゴン混合ガスの混入
量を調整する。具体的には図5で説明したように、酸素
の分圧比は0.5%から3%の範囲に設定する。
[0058]Formation of the first conductive transparent film Subsequently, a first-layer conductive transparent film is formed. Of FIG.
Argon gas introduction line 27 in first chamber 20, oxygen
Each gas is introduced from the gas introduction line 31 and
As a mixed atmosphere of gon (Ar) and oxygen (O),
Power is about 6 × 10 -3 While controlling to about Torr,
Forming a 70-nm zinc oxide thin film
To achieve. The film formation conditions are as follows: substrate temperature is 200 ° C, target
Is zinc oxide (containing 2% Al or 3.5% Ga), R
The power density of F magnetron sputtering is 2W /
cmTwoControl to the degree of conductivity and transparency of the conductive transparent film.
Mixed gas of oxygen and argon to balance
Adjust the volume. Specifically, as described in FIG.
Is set in the range of 0.5% to 3%.

【0059】雰囲気の切替 第1層目の酸化亜鉛薄膜を成膜した後に、扉42を開け
てサンプルを第2チャンバ21に搬送した後、扉42を
閉じる。高真空排気システム24により、真空度3×10
-6 Torr以下、好ましくは約2×10-6 Torrに至
るまで待ち、扉45を開け、第3チャンバ22に基板を
搬送して扉45を閉める。高真空排気の際に同時に加熱
することにより、吸着ガスの放出が促進される。
Atmosphere Switching After the first layer of the zinc oxide thin film is formed, the door 42 is opened to transport the sample to the second chamber 21, and then the door 42 is closed. The vacuum degree 3 × 10
Wait until the pressure reaches -6 Torr or less, preferably about 2 × 10 -6 Torr, open the door 45, transport the substrate to the third chamber 22, and close the door 45. By simultaneously heating during high vacuum evacuation, the release of the adsorbed gas is promoted.

【0060】第2層目の半導体膜の形成 つづいて、第3チャンバ22でシリコン薄膜の成膜を行
う。膜厚補正板の電位は約0〜−45Vまでの範囲に調
整される。アルゴン雰囲気の圧力範囲は1mTorrか
ら10mTorrである。RF周波数は100MHz,
高周波電力密度は0.6W/cm2、 成膜速度は約5n
m/minである。成膜温度は300℃として、膜厚は
シャッタ39の開放時間で制御する。
After the formation of the second semiconductor film , a silicon thin film is formed in the third chamber 22. The potential of the film thickness correction plate is adjusted to a range of about 0 to -45V. The pressure range of the argon atmosphere is 1 mTorr to 10 mTorr. RF frequency is 100MHz,
High frequency power density is 0.6 W / cm 2 , film formation speed is about 5 n
m / min. The film forming temperature is set to 300 ° C., and the film thickness is controlled by the opening time of the shutter 39.

【0061】第3層目以降の膜の形成 第1層目導電性透明膜、第2層目シリコン薄膜を形成し
た後に、さらに積層する場合には、基板を再び第1チャ
ンバに送る必要があるため、扉45を開け、第2チャン
バ21に搬送し、一旦加熱しつつ高真空状態にしてから
再び第1チャンバ20に搬送する。第3層目の酸化亜鉛
薄膜は、上述の第2層目シリコン薄膜の上に成膜する
が、成膜条件は第1層目酸化亜鉛薄膜と同様である。ま
た、第4層目のシリコン薄膜も第2層目のシリコン薄膜
と同様な成膜条件で成膜する。
Formation of Third and Subsequent Layers After forming the first-layer conductive transparent film and the second-layer silicon thin film and further laminating them, it is necessary to send the substrate to the first chamber again. For this reason, the door 45 is opened, the wafer is transported to the second chamber 21, heated to a high vacuum state once, and then transported to the first chamber 20 again. The third layer of zinc oxide thin film is formed on the above-mentioned second layer of silicon thin film under the same film forming conditions as the first layer of zinc oxide thin film. Further, the fourth-layer silicon thin film is formed under the same film-forming conditions as the second-layer silicon thin film.

【0062】以降、同様の成膜を必要な層数になるまで
続ける。必要な層数の多層膜の形成を完了した後に、第
2チャンバ21にて、アルゴン雰囲気200℃で20分
程度のアニールを行って、交互単膜からなる導電性多層
構造選択反射膜ができる。
Thereafter, similar film formation is continued until the required number of layers is reached. After the formation of the required number of multilayer films is completed, annealing is performed in an argon atmosphere at 200 ° C. for about 20 minutes in the second chamber 21 to form a conductive multilayer structure selective reflection film composed of alternate single films.

【0063】導電性多層構造膜の特性 導電性透明膜のシート抵抗率は30Ω・cm以下(膜
厚:約70nm)で、700nm 以上の波長領域の透
過率は82%以上を得た。さらに、シリコン薄膜形成時
の成膜雰囲気の残留酸素を10ppm以下に低減した結
果、形成されたシリコン薄膜の不純物濃度は5×1018
〜1019cm-3であった。このときの形成されたシリコ
ン薄膜の抵抗率は約5×10-3Ω・cmであり、ターゲ
ット材料の抵抗率(5×10-3Ω・cm)とほぼ同様の
低抵抗薄膜を得ることができた。これは積層型光電変換
素子の中間層に必要な電気特性を満足できるものであ
る。また、シリコン薄膜の膜圧分布についても、膜厚補
正板を配置して最適化したことにより面内の膜厚分布は
±3.0nm以下に抑えることができ、大幅に改善され
た。
Characteristics of the Conductive Multilayer Structure Film The sheet resistance of the conductive transparent film was 30 Ω · cm or less (film thickness: about 70 nm), and the transmittance in the wavelength region of 700 nm or more was 82% or more. Further, as a result of reducing the residual oxygen in the film formation atmosphere at the time of forming the silicon thin film to 10 ppm or less, the impurity concentration of the formed silicon thin film becomes 5 × 10 18
-10 19 cm -3 . The resistivity of the formed silicon thin film at this time is about 5 × 10 −3 Ω · cm, and it is possible to obtain a low-resistance thin film substantially similar to the resistivity (5 × 10 −3 Ω · cm) of the target material. did it. This satisfies the electrical characteristics required for the intermediate layer of the stacked photoelectric conversion element. Further, the film thickness distribution of the silicon thin film was optimized by arranging the film thickness compensating plate, so that the in-plane film thickness distribution could be suppressed to ± 3.0 nm or less, which was greatly improved.

【0064】つぎに多層構造膜としての特性について
は、2種類の単膜を交互に堆積することで形成される多
層構造膜の層数が増加するにつれて、反射率が高い短波
長領域幅が狭められるものの、この短波長領域での反射
率は高くなった。層数が3層以上の時には、波長700
nm以下の領域での反射率90%以上が得られた。同時
に、膜質の改善による多層膜全体の導電性特性も改善さ
れた。
Next, regarding the characteristics of the multilayer structure film, as the number of layers of the multilayer structure film formed by alternately depositing two types of single films increases, the width of the short wavelength region where the reflectivity is high decreases. However, the reflectance in this short wavelength region was high. When the number of layers is three or more, the wavelength 700
A reflectance of 90% or more in a region of nm or less was obtained. At the same time, the conductivity characteristics of the entire multilayer film were also improved by the improvement of the film quality.

【0065】なお、雰囲気切換の第2チャンバにより、
第3チャンバでシリコン薄膜を形成する際に発生する微
粉末が混入した残留ガスの除去も行えるので、クリーニ
ング効果をも奏する。
The atmosphere is switched by the second chamber,
Since the residual gas mixed with the fine powder generated when the silicon thin film is formed in the third chamber can be removed, a cleaning effect is also achieved.

【0066】[0066]

【実施例】次に、以下本発明の装置を用いて導電性多層
構造選択反射膜を形成し、これを積層型光電変換素子の
中間層に用いた実施例により説明する。
Next, a description will be given of an embodiment in which a conductive multilayer structure selective reflection film is formed using the apparatus of the present invention, and this is used as an intermediate layer of a laminated photoelectric conversion element.

【0067】図2は、本発明の装置を用いて中間層を形
成した積層型シリコン光電変換素子の断面構成図であ
る。この素子は大きく分類すると、光入射側の第1光電
変換部11と、中間層5と、第2光電変換部12とから
構成される。
FIG. 2 is a sectional view of a stacked silicon photoelectric conversion element having an intermediate layer formed by using the apparatus of the present invention. This element can be roughly classified into a first photoelectric conversion unit 11 on the light incident side, an intermediate layer 5, and a second photoelectric conversion unit 12.

【0068】第1光電変換部11は、高エネルギーバン
ドギャップを持つアモルファスシリコン材料のp−i−
n構造である。中間層5は屈折率の異なる二種類材料か
ら構成された導電性多層構造選択反射膜である。一方、
第2光電変換部12は多結晶シリコン太陽電池の基本構
造を有している。これら三つの部分により積層型光電変
換素子が構成される。
The first photoelectric conversion portion 11 is made of an amorphous silicon material pi-
It has an n structure. The intermediate layer 5 is a conductive multilayer structure selective reflection film composed of two materials having different refractive indexes. on the other hand,
The second photoelectric conversion unit 12 has a basic structure of a polycrystalline silicon solar cell. These three parts constitute a stacked photoelectric conversion element.

【0069】第2光電変換部12には、結晶面(10
0)で抵抗率0.5 Ω・cmのn型シリコン基板3が
用いられる。n型シリコン基板3をRCA洗浄した後、
ボロン拡散を行い、p型多結晶シリコン層4を形成して
pn接合を形成した直後に、同酸化炉内において酸素雰
囲気下で拡散層上に表面保護膜(BSG)を形成する。
つづいて片側の拡散層だけを樹脂マスクで保護し、化学
エッチングにより除去する。この化学ウエットエッチン
グに代えて、ドライエッチングを行うことも可能であ
る。さらにエッチング除去面に熱拡散法によって燐拡散
を行い、厚さ約0.3μm、不純物濃度1.2×1020
cm-3のn型シリコン層2を形成する。さらに表面酸化
シリコンを除いた後に、Ti/Pd/Ag三層メタル電
極1を蒸着して、窒素雰囲気中でアニールし、第2光電
変換部12を形成する。
The second photoelectric conversion section 12 has a crystal face (10
0), an n-type silicon substrate 3 having a resistivity of 0.5 Ω · cm is used. After RCA cleaning the n-type silicon substrate 3,
Immediately after boron diffusion is performed to form the p-type polycrystalline silicon layer 4 and form a pn junction, a surface protective film (BSG) is formed on the diffusion layer in an oxygen atmosphere in the same oxidation furnace.
Subsequently, only the diffusion layer on one side is protected by a resin mask and removed by chemical etching. Dry etching can be performed instead of the chemical wet etching. Further, phosphorus diffusion is performed on the surface to be etched away by a thermal diffusion method to a thickness of about 0.3 μm and an impurity concentration of 1.2 × 10 20.
An n-type silicon layer 2 of cm -3 is formed. Further, after removing the surface silicon oxide, the Ti / Pd / Ag three-layer metal electrode 1 is deposited and annealed in a nitrogen atmosphere to form the second photoelectric conversion unit 12.

【0070】次に、上記第2光電変換部12の上に導電
性多層構造選択反射膜の中間層5を上述した本発明の装
置を用いて積層する。積層される中間層5の詳細構造を
図3に示す。この中間層5の第1層目13、第3層目1
5、第5層目17は酸化亜鉛(ZnO)薄膜からなり、第
2層目、第4層目はシリコン薄膜からなる。
Next, the intermediate layer 5 of the conductive multilayer structure selective reflection film is laminated on the second photoelectric conversion section 12 by using the above-described apparatus of the present invention. FIG. 3 shows the detailed structure of the intermediate layer 5 to be laminated. The first layer 13 and the third layer 1 of the intermediate layer 5
The fifth and fifth layers 17 are made of a zinc oxide (ZnO) thin film, and the second and fourth layers are made of a silicon thin film.

【0071】まず、第1層目は図1の装置の第1チャン
バ20でアルゴンと酸素混合気体の雰囲気を用いて、成
膜圧力は約6×10-3Torr程度を制御しながら、厚
さ70nmの酸化亜鉛薄膜を形成する。成膜条件として
基板温度は200℃、ターゲットは酸化亜鉛(Al:2
%含有)、RFマグネットロンスパッタリングのパワー
密度は2W/cm2、酸素の分圧比は1.4%であっ
た。膜厚70nmのシート抵抗率は28Ω・cmで、膜
の透過率は83%であった。第1層目の酸化亜鉛薄膜1
3を成膜した後に、扉42を開け、基板を第2チャンバ
21に搬送した後、扉42を閉じる。高速排気システム
24により真空排気を行い、真空度2×10-6Torr
になったら扉45を開けて基板を第3チャンバに搬送し
扉45を閉める。
First, the first layer is formed in a first chamber 20 of the apparatus shown in FIG. 1 by using an atmosphere of a mixed gas of argon and oxygen and controlling the film forming pressure to about 6 × 10 −3 Torr while controlling the film thickness. A 70 nm zinc oxide thin film is formed. As the film forming conditions, the substrate temperature was 200 ° C., and the target was zinc oxide (Al: 2).
%), The power density of RF magnetron sputtering was 2 W / cm 2 , and the partial pressure ratio of oxygen was 1.4%. The sheet resistivity at a thickness of 70 nm was 28 Ω · cm, and the transmittance of the film was 83%. First layer zinc oxide thin film 1
After the film 3 is formed, the door 42 is opened, the substrate is transferred to the second chamber 21, and then the door 42 is closed. Evacuation is performed by the high-speed exhaust system 24, and the degree of vacuum is 2 × 10 −6 Torr.
Then, the door 45 is opened, the substrate is transferred to the third chamber, and the door 45 is closed.

【0072】第3チャンバ22では半導体膜であるシリ
コン薄膜の成膜を行う。スパッタ時の膜厚補正板35、
38の電位は−43Vに調整し、アルゴン雰囲気の圧力
は5mTorrに調整する。RF周波数は100MH
z、高周波電力密度は0.6W/cm2、成膜温度は3
00℃に設定する。
In the third chamber 22, a silicon thin film as a semiconductor film is formed. Film thickness correction plate 35 during sputtering,
The potential of 38 is adjusted to -43 V, and the pressure of the argon atmosphere is adjusted to 5 mTorr. RF frequency is 100MHZ
z, high frequency power density is 0.6 W / cm 2 , film formation temperature is 3
Set to 00 ° C.

【0073】形成されたシリコン薄膜の膜厚は約30n
m、面内の膜厚分布は±2.5nm以下であり、シリコ
ン薄膜の不純物濃度は8×1018cm-3であった。この第
2層目シリコン薄膜14(図3)を形成した後に、扉4
5を開け、第2チャンバに搬送し、加熱しつつd高真空
状態としてから第1チャンバに搬送する。
The thickness of the formed silicon thin film is about 30 n
m, the in-plane film thickness distribution was ± 2.5 nm or less, and the impurity concentration of the silicon thin film was 8 × 10 18 cm −3 . After forming the second-layer silicon thin film 14 (FIG. 3), the door 4
5 is opened, transported to the second chamber, heated to a high vacuum state d, and then transported to the first chamber.

【0074】第3層目、第5層目の酸化亜鉛薄膜15
(図3)は、上述した第1層目酸化亜鉛薄膜13と同条
件で成膜する、また、第4層目のシリコン膜16も第2
層目のシリコン膜14と同じ条件で成膜する。このよう
にして第5層目の酸化亜鉛薄膜17まで形成した後に、
第2チャンバ21にてアルゴン雰囲気で200℃にて2
0分程度アニールを行い、3つの交互単膜からなる導電
性多層構造選択反射膜からなる中間層5を形成する。
The third and fifth zinc oxide thin films 15
(FIG. 3) is formed under the same conditions as the first-layer zinc oxide thin film 13 described above.
The film is formed under the same conditions as the silicon film 14 of the layer. After forming the fifth layer of zinc oxide thin film 17 in this manner,
At 200 ° C. in an argon atmosphere in the second chamber 21
Annealing is performed for about 0 minutes to form an intermediate layer 5 composed of a conductive multilayer structure selective reflection film composed of three alternate single films.

【0075】さらに、上部側の光電変換部11(図2)
が、この中間層5の上にプラズマCVD法により形成さ
れる。プラズマCVD法による成膜時の基板温度は16
0℃程度、成膜時の圧力は約0.3Torr、プラズマ
に供給されたエネルギーは30mW/cm2、原料ガス
としてはSiH4 (シラン)、H2(高純度水素)、B2
6(ジボラン)、PH3(ホスフィン)が用いられる。上部光
電変換部11は、n型アモルファスシリコン半導体6、
水素添加されたアモルファスi型シリコン半導体7(厚
さ約300nm)、およびp型アモルファスシリコン半
導体8をこの順で積層される。
Further, the upper photoelectric conversion unit 11 (FIG. 2)
Is formed on the intermediate layer 5 by a plasma CVD method. The substrate temperature during film formation by plasma CVD was 16
The pressure at the time of film formation was about 0.3 Torr, the energy supplied to the plasma was 30 mW / cm 2 , and the source gases were SiH 4 (silane), H 2 (high-purity hydrogen), and B 2 H.
6 (diborane) and PH 3 (phosphine) are used. The upper photoelectric conversion unit 11 includes an n-type amorphous silicon semiconductor 6,
A hydrogenated amorphous i-type silicon semiconductor 7 (thickness: about 300 nm) and a p-type amorphous silicon semiconductor 8 are stacked in this order.

【0076】つづいて、スパッタリング法により導電性
透明膜(ITO)9を107nmの厚さまで蒸着し、さ
らに電子ビーム蒸着でAg表面集電極10を形成して、
この積層型光電素子を完成させた。
Subsequently, a conductive transparent film (ITO) 9 was deposited to a thickness of 107 nm by sputtering, and an Ag surface collector 10 was formed by electron beam evaporation.
This stacked photoelectric device was completed.

【0077】本実施例で作成した積層型光電変換素子で
は、上述のように5層構造(酸化亜鉛3層、シリコン層
2層)の中間層5が形成されている。この構造によって
アモルファスシリコン第1光電変換部11で吸収できる
光領域(300〜700nm)に対しては、反射率が約
85%以上得られるようになり、一方、〜700nm以
上の長波長領域の光に対しては反射率を低く押さえるこ
とができるようになった。この選択反射特性を向上する
ことができたことにより、第1光電変換部11の光電流
が増大するとともに第2光電変換部12の光電流の減少
を抑えたことにより、第1光電変換部11と第2光電変
換部12の光電流を平衡状態に近づけることができた。
この結果、AM1.5照射下の光電流密度は従来の約1
2A/cm 2から改善され、18mA/cm2程度に到達
した。シリコン積層型太陽電池の変換効率は従来の約1
2%から、約18%に大幅に向上し、入射太陽光を有効
に利用できた。
The laminated photoelectric conversion element prepared in this embodiment is
Has a five-layer structure as described above (three zinc oxide layers, silicon layer
An intermediate layer 5 (two layers) is formed. With this structure
Can be absorbed by the amorphous silicon first photoelectric conversion unit 11
For the light region (300-700 nm), the reflectivity is about
85% or more, while ~ 700 nm or less
It is necessary to keep the reflectance low for light in the long wavelength region above.
Now you can do it. Improve this selective reflection characteristic
The photocurrent of the first photoelectric conversion unit 11
Increases, and the photocurrent of the second photoelectric conversion unit 12 decreases.
The first photoelectric conversion unit 11 and the second photoelectric conversion
The photocurrent of the switching section 12 was able to approach the equilibrium state.
As a result, the photocurrent density under AM1.5 irradiation was about 1
2A / cm TwoFrom 18 mA / cmTwoReach the degree
did. The conversion efficiency of a silicon stacked solar cell is about 1
Significantly improved from 2% to about 18%, effective for incident sunlight
Was available to

【0078】なお、この実施例では、中間層5の第1材
料(導電性透明膜)として酸化亜鉛を用いたが、長波長
光に対して導電性のある透明度の高いものであれば、そ
れぞれの膜に応じて膜厚の最適化を行うことにより同様
の特性を持たせることができる。例えば、ITO膜(酸
化インジウムに数重量%の錫を含有した材料)あるいは
酸化錫膜あるいは酸化チタン膜あるいは酸化シリコン膜
等を用いた場合でも同様の効果を奏する。
In this embodiment, zinc oxide is used as the first material (conductive transparent film) of the intermediate layer 5. However, if the intermediate layer 5 is conductive and has high transparency to long-wavelength light, it may be used. By optimizing the film thickness according to the above film, similar characteristics can be provided. For example, the same effect can be obtained when an ITO film (a material containing several weight% of tin in indium oxide), a tin oxide film, a titanium oxide film, a silicon oxide film, or the like is used.

【0079】ただし、アモルファスシリコン材料のよう
に第1光電変換部11が高周波プラズマで形成される場
合には、中間層5の最表面が水素プラズマに晒されるこ
とを考慮すると、耐水素プラズマ性に優れた材料である
酸化亜鉛を主成分としている材料が望ましい。
However, when the first photoelectric conversion section 11 is formed by high-frequency plasma such as an amorphous silicon material, considering that the outermost surface of the intermediate layer 5 is exposed to hydrogen plasma, the first photoelectric conversion section 11 has high hydrogen plasma resistance. A material containing zinc oxide, which is an excellent material, as a main component is desirable.

【0080】また、酸化亜鉛薄膜の成膜に用いるスパッ
タリング方法としてDC方式あるいはRF−DC結合ス
パッタリング方式でも同様の効果を奏するが、プラズマ
損傷の低減と膜厚均一性の制御のために、RF方式を用
いる方が望ましい。
The same effect can be obtained by a DC method or an RF-DC combined sputtering method as a sputtering method used for forming a zinc oxide thin film. However, in order to reduce plasma damage and control film thickness uniformity, an RF method is used. It is more desirable to use.

【0081】また、中間層5の第2材料(半導体膜)と
して多結晶シリコン薄膜を用いたが、長波長光に対して
吸収係数の低いものでかつ導電性のあるものであれば、
膜厚の最適化をすることにより他の材料も使用可能であ
る。例えば、アモルファスシリコン膜及びアモルファス
あるいは微結晶状態のシリコンカーボンを用いても、同
様の効果を奏する。
Although a polycrystalline silicon thin film is used as the second material (semiconductor film) of the intermediate layer 5, any material having a low absorption coefficient for long-wavelength light and having conductivity can be used.
Other materials can be used by optimizing the film thickness. For example, the same effect can be obtained by using an amorphous silicon film and amorphous or microcrystalline silicon carbon.

【0082】[0082]

【発明の効果】本発明の多層膜製造装置によれば、第1
の薄膜が形成された後、基板は第2チャンバに搬送さ
れ、第2チャンバでは基板は加熱されるとともに、チャ
ンバ内は高真空排気されるので、第1チャンバからの残
留ガス(例えば酸素)を激減させることができ、その後
基板を第3チャンバに搬送して第2の薄膜を形成する場
合に雰囲気ガスの相互拡散を激減させた状態で複数の膜
を積層することができ、高性能な多層膜を形成すること
ができた。特に、第1の薄膜が酸素を用いて形成する導
電性透明膜であり、第2の薄膜が半導体膜である場合に
は、半導体膜に取りこまれる酸素を激減させることがで
きるので高品質な多層膜を製造することができた。
According to the multilayer film manufacturing apparatus of the present invention, the first
After the thin film is formed, the substrate is transferred to the second chamber. In the second chamber, the substrate is heated and the inside of the chamber is evacuated to a high vacuum, so that the residual gas (eg, oxygen) from the first chamber is removed. When the substrate is transferred to the third chamber to form the second thin film, a plurality of films can be stacked in a state where the mutual diffusion of the atmospheric gas is sharply reduced. A film could be formed. In particular, in the case where the first thin film is a conductive transparent film formed using oxygen and the second thin film is a semiconductor film, high quality can be obtained because oxygen incorporated in the semiconductor film can be sharply reduced. A multilayer film could be manufactured.

【0083】さらに、膜厚補正板を配置して該膜厚補正
板の設置角度と電位を調整することによりプラズマポテ
ンシャル及びスパッタ粒子を制御し、半導体薄膜の膜厚
を精密に制御でき、良好な選択反射特性を有する導電性
多層構造選択反射膜の中間層を得ることができた。
Further, the plasma potential and the sputtered particles can be controlled by arranging the film thickness correction plate and adjusting the installation angle and the potential of the film thickness correction plate, so that the film thickness of the semiconductor thin film can be precisely controlled. An intermediate layer of a conductive multilayer structure selective reflection film having selective reflection characteristics was obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の1実施例である多層構造膜の製造装置
の構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram of an apparatus for manufacturing a multilayer structure film according to one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例である積層型シリコン光電変
換素子の断面構成図。
FIG. 2 is a sectional configuration diagram of a stacked silicon photoelectric conversion element according to an embodiment of the present invention.

【図3】図2の中間層の断面概略図FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the intermediate layer in FIG. 2;

【図4】酸化亜鉛薄膜と多結晶シリコン薄膜を組み合わ
せた3層構造中間層の選択反射特性を示す図。
FIG. 4 is a view showing selective reflection characteristics of a three-layer structure intermediate layer in which a zinc oxide thin film and a polycrystalline silicon thin film are combined.

【図5】酸化亜鉛を用いた導電性透明膜についての透過
率及び導電率の混合酸素分圧依存性を示す図。
FIG. 5 is a graph showing the dependency of the transmittance and the conductivity on the mixed oxygen partial pressure of a conductive transparent film using zinc oxide.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:Ti/Pd/Ag裏面電極 2:n型シリコン層 3:n型多結晶シリコン基板 4:p型多結晶シリコン 5:中間層 6:n型アモルファスアモルファスSi:H半導体層 7:i型アモルファスアモルファスSi:H半導体層 8:p型アモルファスアモルファスSi:H半導体層 9:ITO透明電極 10:Ag表面収集電極 11:第1光電変換部 12:第2光電変換部 13:第1層目酸化亜鉛薄膜 14:第2層目シリコン薄膜 15:第3層目酸化亜鉛薄膜 16:第4層目シリコン薄膜 17:第5層目酸化亜鉛薄膜 18、40、42、45:扉 19:ロードチャンバ 20:第1チャンバ 21:第2チャンバ 22:第3チャンバ 23、24、25:高真空排気システム 26:窒素ガス導入ライン 27、32、34:高純度アルゴンガス導入ライン 29:ターゲット(酸化亜鉛) 30、39:シャッタ 31:高純度酸素ガス導入ライン 33、44:赤外線加熱ランプ 35、38:膜厚補正板 36:ターゲット(シリコン) 48:基板 49:搬送ベルト 50、58,59:直流電源 43、52:基板加熱ヒータ 56、57:RF電源 51、60、61、62、63:ローパスフィルタ 1: Ti / Pd / Ag back electrode 2: n-type silicon layer 3: n-type polycrystalline silicon substrate 4: p-type polycrystalline silicon 5: intermediate layer 6: n-type amorphous amorphous Si: H semiconductor layer 7: i-type amorphous Amorphous Si: H semiconductor layer 8: p-type amorphous amorphous Si: H semiconductor layer 9: ITO transparent electrode 10: Ag surface collecting electrode 11: first photoelectric conversion unit 12: second photoelectric conversion unit 13: first layer zinc oxide Thin film 14: Second layer silicon thin film 15: Third layer zinc oxide thin film 16: Fourth layer silicon thin film 17: Fifth layer zinc oxide thin film 18, 40, 42, 45: Door 19: Load chamber 20: First chamber 21: Second chamber 22: Third chamber 23, 24, 25: High vacuum evacuation system 26: Nitrogen gas introduction line 27, 32, 34: High purity argon gas introduction Line 29: Target (zinc oxide) 30, 39: Shutter 31: High-purity oxygen gas introduction line 33, 44: Infrared heating lamp 35, 38: Film thickness correction plate 36: Target (silicon) 48: Substrate 49: Transport belt 50 , 58, 59: DC power supply 43, 52: Substrate heater 56, 57: RF power supply 51, 60, 61, 62, 63: Low-pass filter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K029 AA06 BA35 BA43 BA47 BA48 BA49 BA50 BA56 BB02 BC07 BD01 CA05 DA01 DA02 DA08 DB05 EA01 EA05 KA01 5F051 AA02 AA05 CB15 CB20 DA03 DA04 DA17 HA20 5F103 AA08 BB49 BB59 DD16 DD30 LL04 PP03 RR05 RR10  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4K029 AA06 BA35 BA43 BA47 BA48 BA49 BA50 BA56 BB02 BC07 BD01 CA05 DA01 DA02 DA08 DB05 EA01 EA05 KA01 5F051 AA02 AA05 CB15 CB20 DA03 DA04 DA17 HA20 5F103 AA08 BB49 BB59 DD RR10

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1スパッタ成膜部を備えた第1チャンバ
と、第2スパッタ成膜部を備えた第3チャンバと、第1
チャンバと第3チャンバの間に設けられ、高真空排気機
構と基板加熱機構とを備えた第2チャンバとからなり、
これら各チャンバは、基板を各チャンバ間で移動するた
めの基板搬送機構を備えた多層膜製造装置。
A first chamber having a first sputter film forming section; a third chamber having a second sputter film forming section;
A second chamber provided between the chamber and the third chamber and provided with a high vacuum exhaust mechanism and a substrate heating mechanism;
Each of these chambers is a multilayer film manufacturing apparatus provided with a substrate transfer mechanism for moving a substrate between the chambers.
【請求項2】 第1スパッタ成膜部は導電性透明膜材料
をターゲットとして使用し、第2スパッタ成膜部は半導
体膜材料をターゲットとして使用することを特徴とする
請求項1に記載の多層膜製造装置。
2. The multilayer according to claim 1, wherein the first sputter deposition unit uses a conductive transparent film material as a target, and the second sputter deposition unit uses a semiconductor film material as a target. Film production equipment.
【請求項3】 第1スパッタ成膜部の導電性透明膜用タ
ーゲット材の主成分は酸化亜鉛、酸化錫、ITO、酸化
チタンのいずれかであり、このターゲット材には導電性
を付与するための不純物を含まれていることを特徴とす
る請求項2に記載の多層膜製造装置。
3. The main component of a target material for a conductive transparent film in a first sputter deposition portion is any one of zinc oxide, tin oxide, ITO, and titanium oxide. The multilayer film manufacturing apparatus according to claim 2, further comprising:
【請求項4】 第2スパッタ成膜部の半導体膜用ターゲ
ット材がシリコンまたはシリコンカーボンのいずれかで
あり、このターゲット材には導電性を付与するための不
純物が含まれていることを特徴とする請求項2に記載の
多層膜製造装置。
4. The method according to claim 1, wherein the target material for the semiconductor film in the second sputter deposition part is either silicon or silicon carbon, and the target material contains impurities for imparting conductivity. The multilayer film manufacturing apparatus according to claim 2.
【請求項5】 第2スパッタ成膜部はチャンバ内に搬送
された基板と対向する位置にターゲットが取り付けら
れ、かつ、ターゲット周縁の直上付近にはターゲットと
同一材料からなる膜厚補正板が付設されたことを特徴と
する請求項1〜4のいずれかに記載の多層膜製造装置。
5. A target is attached to the second sputter deposition section at a position facing the substrate conveyed into the chamber, and a film thickness correction plate made of the same material as the target is provided immediately above the periphery of the target. The multilayer film manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein:
【請求項6】 膜厚補正板は、ターゲットに対する取付
角度が調整可能に構成されるとともに、印加電圧が調整
可能な電源に接続されたことを特徴とする請求項5に記
載の多層膜製造装置。
6. The multilayer film manufacturing apparatus according to claim 5, wherein the film thickness correction plate is configured to be capable of adjusting a mounting angle with respect to a target, and is connected to a power source capable of adjusting an applied voltage. .
【請求項7】 請求項1に記載の装置を使用し、(a)
第1チャンバの第1スパッタ成膜部で基板上に第1層目
膜を形成し、(b)基板を第2チャンバに搬送して高真
空排気機構と基板加熱機構とを作動し、(c)基板を第
3チャンバに搬送して第2スパッタ成膜部で第2層目膜
を形成し、以後、さらに積層数を増加する際には第1チ
ャンバと第3チャンバとの間で基板を搬送する際に、基
板を一方のチャンバから第2チャンバに搬送して高真空
排気機構と基板加熱機構とを作動させてから他方のチャ
ンバに搬送して膜を形成する多層膜の製造方法。
7. Use of the device according to claim 1, wherein (a)
Forming a first layer film on the substrate in the first sputtering film forming section of the first chamber, and (b) transporting the substrate to the second chamber to operate the high vacuum exhaust mechanism and the substrate heating mechanism, and (c) ) The substrate is transported to the third chamber to form a second layer film in the second sputtering film forming section. Thereafter, when the number of layers is further increased, the substrate is moved between the first chamber and the third chamber. A method of manufacturing a multilayer film, wherein a substrate is transferred from one chamber to a second chamber when the substrate is transferred, a high vacuum evacuation mechanism and a substrate heating mechanism are operated, and then transferred to the other chamber to form a film.
【請求項8】 第1チャンバの第1スパッタ成膜部におい
て、酸素混合比率が0.5〜3%の範囲の酸素・アルゴ
ン混合ガス雰囲気下で導電性透明膜が形成される請求項
7に記載の多層膜の製造方法。
8. A conductive transparent film is formed in an oxygen / argon mixed gas atmosphere having an oxygen mixing ratio in a range of 0.5 to 3% in a first sputtering film forming section of a first chamber. A method for producing the multilayer film according to the above.
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