JP2014040635A - Sputter deposition method and method for manufacturing photoelectric conversion device - Google Patents

Sputter deposition method and method for manufacturing photoelectric conversion device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily clean a target.SOLUTION: A sputter deposition method includes: a deposition step of depositing a film on the predetermined number of substrates by applying a voltage to a target 140 while applying magnetic field onto a surface of the target 140 in a state in which argon gas is introduced in a chamber while reducing a pressure in the chamber, and thereby generating discharge in a discharge region on a surface side of the target 140; and a cleaning step of cleaning the surface of the target 140 by increasing a voltage to be applied while increasing amount of argon gas 152 to be introduced than those in the deposition, thereby expanding the discharge region 144 after the deposition step.

Description

本発明は、スパッタ成膜方法および光電変換装置の製造方法に関し、特に、マグネトロンスパッタ装置を用いたスパッタ成膜方法および光電変換装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a sputtering film forming method and a photoelectric conversion device manufacturing method, and more particularly to a sputtering film forming method using a magnetron sputtering device and a photoelectric conversion device manufacturing method.

マグネトロンスパッタ装置において、ターゲットの非エロージョン領域まで大気開放せずにクリーニング可能なスパッタ成膜方法を開示した先行文献として、特開2002−38264号公報(特許文献1)がある。   Japanese Patent Laid-Open No. 2002-38264 (Patent Document 1) is a prior art document that discloses a sputtering film forming method capable of cleaning a magnetron sputtering apparatus without exposing the target to a non-erosion region without opening to the atmosphere.

特許文献1に記載されたスパッタ成膜方法においては、所定枚数の被処理体に成膜を行なった後、成膜時よりも磁界をターゲット面方向に沿って広げてターゲット表面をクリーニングしている。   In the sputter film forming method described in Patent Document 1, after forming a film on a predetermined number of objects to be processed, the target surface is cleaned by spreading a magnetic field along the direction of the target surface than during film formation. .

特開2002−38264号公報JP 2002-38264 A

特許文献1に記載されたスパッタ成膜方法においては、成膜時に配設されている磁石体のターゲット面方向に沿った側部に磁性体を付加してクリーニングを行なっている。このようにした場合、クリーニング時には磁石体の両側部に磁性体を取り付け、成膜時には磁性体を取り外す作業が必要となる。   In the sputtering film forming method described in Patent Document 1, cleaning is performed by adding a magnetic material to a side portion along the target surface direction of a magnet body disposed at the time of film formation. In this case, it is necessary to attach the magnetic body to both sides of the magnet body during cleaning and to remove the magnetic body during film formation.

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、簡易にターゲットをクリーニングできるスパッタ成膜方法および光電変換装置の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a sputtering film forming method and a photoelectric conversion device manufacturing method capable of easily cleaning a target.

本発明に基づくスパッタ成膜方法は、磁界を用いたスパッタリングによりチャンバ内でターゲットの成分を被処理体に成膜するスパッタ成膜方法である。スパッタ成膜方法は、チャンバ内を減圧しつつガスを導入した状態で、ターゲットの表面に磁界を印加しつつターゲットに電圧を印加して、ターゲットの表面側の放電領域で放電を発生させることにより、所定枚数の被処理体に成膜する成膜工程と、成膜工程後に、成膜時よりも導入する上記ガスの量を多くしつつ印加する電圧を高くすることにより上記放電領域を広げてターゲットの表面をクリーニングするクリーニング工程とを備える。   The sputter deposition method according to the present invention is a sputter deposition method in which a target component is deposited on a target object in a chamber by sputtering using a magnetic field. In the sputter deposition method, by applying a voltage to the target while applying a magnetic field to the surface of the target in a state where the gas is introduced while reducing the pressure in the chamber, a discharge is generated in the discharge region on the surface side of the target. A film forming step for forming a film on a predetermined number of objects to be processed, and after the film forming step, the discharge region is widened by increasing the voltage applied while increasing the amount of the gas introduced than during film formation. And a cleaning process for cleaning the surface of the target.

本発明の一形態においては、クリーニング工程において、上記ガスをターゲットの表面に噴き付ける。   In one form of this invention, the said gas is sprayed on the surface of a target in a cleaning process.

本発明の一形態においては、成膜工程において被処理体を搬送しつつ成膜する。
本発明の一形態においては、上記所定枚数をターゲットの寿命の後期に行くにしたがって少なくする。
In one embodiment of the present invention, film formation is performed while the object to be processed is conveyed in the film formation step.
In an embodiment of the present invention, the predetermined number is decreased as the target life is late.

本発明に基づく光電変換装置の製造方法は、複数の被処理体の各々に順次成膜して光電変換装置を製造する光電変換装置の製造方法である。光電変換装置の製造方法は、複数の被処理体の各々に光電変換層を形成する工程と、光電変換層が形成された複数の被処理体の各々に、磁界を用いたスパッタリングによりチャンバ内でターゲットの成分を被処理体に成膜して透明導電膜を形成する透明導電膜形成工程とを備える。透明導電膜形成工程において、チャンバ内を減圧しつつガスを導入した状態で、ターゲットの表面に磁界を印加しつつターゲットに電圧を印加して、ターゲットの表面側の放電領域で放電を発生させることにより、所定枚数の被処理体に成膜する。透明導電膜形成工程の途中において所定枚数の被処理体に成膜後、成膜時よりも導入するガスの量を多くしつつ印加する電圧を高くすることにより放電領域を広げてターゲットの表面をクリーニングする。   The method for manufacturing a photoelectric conversion device according to the present invention is a method for manufacturing a photoelectric conversion device in which a photoelectric conversion device is manufactured by sequentially forming a film on each of a plurality of objects to be processed. A method for manufacturing a photoelectric conversion device includes a step of forming a photoelectric conversion layer on each of a plurality of objects to be processed, and sputtering using a magnetic field on each of the plurality of objects to be processed on which the photoelectric conversion layer is formed. A transparent conductive film forming step of forming a transparent conductive film by depositing a target component on a target object. In the transparent conductive film forming process, with the gas introduced while reducing the pressure in the chamber, a voltage is applied to the target while applying a magnetic field to the surface of the target to generate a discharge in a discharge region on the surface side of the target. Thus, a film is formed on a predetermined number of objects to be processed. In the middle of the transparent conductive film formation process, after forming a film on a predetermined number of objects to be processed, the discharge area is widened by increasing the voltage applied while increasing the amount of gas introduced compared to the time of film formation, and the surface of the target is formed. Clean it.

本発明の一形態においては、透明導電膜形成工程において、放電領域を広げてターゲットの表面をクリーニングした後、さらに所定枚数の被処理体に成膜する。   In one embodiment of the present invention, in the transparent conductive film forming step, the discharge region is widened to clean the surface of the target, and then a film is formed on a predetermined number of objects to be processed.

本発明によれば、簡易にターゲットをクリーニングできる。   According to the present invention, the target can be easily cleaned.

本発明の一実施形態に係るスパッタ成膜方法を行なうスパッタ装置の構成を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of the sputtering device which performs the sputtering film-forming method concerning one Embodiment of this invention. 図1のスパッタ装置を矢印II方向から見た平面図である。It is the top view which looked at the sputtering device of FIG. 1 from the arrow II direction. 成膜工程における放電領域を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the discharge area | region in the film-forming process. クリーニング工程における放電領域を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the discharge area | region in a cleaning process. 本発明の一実施形態に係る光電変換装置の製造方法で製造した光電変換装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the photoelectric conversion apparatus manufactured with the manufacturing method of the photoelectric conversion apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 真空成膜装置の構成を示す系統図である。It is a systematic diagram which shows the structure of a vacuum film-forming apparatus.

以下、本発明の一実施形態に係るスパッタ成膜方法について図を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。   Hereinafter, a sputtering film forming method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the embodiments, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

なお、本実施形態においては、太陽電池の裏面電極となる膜を形成する場合を例示して説明するが、スパッタ装置により形成される膜はこれに限られず、種々の材料からなる膜を形成可能である。   In the present embodiment, the case of forming a film to be the back electrode of the solar cell will be described as an example. However, the film formed by the sputtering apparatus is not limited to this, and films made of various materials can be formed. It is.

図1は、本発明の一実施形態に係るスパッタ成膜方法を行なうスパッタ装置の構成を示す側面図である。図2は、図1のスパッタ装置を矢印II方向から見た平面図である。   FIG. 1 is a side view showing a configuration of a sputtering apparatus for performing a sputtering film forming method according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the sputtering apparatus of FIG. 1 as viewed from the direction of arrow II.

図1,2に示すように、本実施形態に係るスパッタ装置100は、被処理体である複数の基板10を順次搬送しつつ成膜するインライン方式のスパッタ装置である。基板10としては、絶縁性および透光性を有する、たとえば、ガラス、石英またはプラスチックなどからなる基板を用いることができる。   As shown in FIGS. 1 and 2, the sputtering apparatus 100 according to this embodiment is an inline-type sputtering apparatus that forms a film while sequentially transporting a plurality of substrates 10 that are objects to be processed. As the substrate 10, for example, a substrate made of glass, quartz, plastic, or the like having insulating properties and translucency can be used.

スパッタ装置100は、内部を真空状態に減圧可能なチャンバ110を備える。また、スパッタ装置100は、チャンバ110内に配置された、基板搬送機構、ターゲット140およびガス供給部150を備える。さらに、スパッタ装置100は、チャンバ110の側方に配置されてチャンバ110内を減圧する排気ポンプ160を備える。   The sputtering apparatus 100 includes a chamber 110 that can be evacuated to a vacuum state. In addition, the sputtering apparatus 100 includes a substrate transfer mechanism, a target 140, and a gas supply unit 150 disposed in the chamber 110. Further, the sputtering apparatus 100 includes an exhaust pump 160 that is disposed on the side of the chamber 110 and depressurizes the inside of the chamber 110.

本実施形態においては、基板搬送機構をローラコンベア130で構成している。ただし、基板搬送機構はローラコンベアに限られず、たとえば、ベルトコンベア、エアー浮上式の基板搬送装置、または、ロボットアームなどでもよい。基板10は、ローラコンベア130により、図中の矢印方向に搬送される。   In the present embodiment, the substrate transport mechanism is configured by a roller conveyor 130. However, the substrate transport mechanism is not limited to the roller conveyor, and may be, for example, a belt conveyor, an air floating substrate transport device, or a robot arm. The substrate 10 is conveyed by the roller conveyor 130 in the direction of the arrow in the figure.

本実施形態においては、基板10の搬送方向において並ぶように2つのターゲット140が配置されている。2つのターゲット140の各々は、平板状の外形を有しており、ローラコンベア130により搬送される基板10の主面と対向するように配置されている。なお、配置されるターゲット140の数は2つに限られず、1つ以上であればよい。   In the present embodiment, two targets 140 are arranged so as to be aligned in the transport direction of the substrate 10. Each of the two targets 140 has a flat outer shape and is disposed so as to face the main surface of the substrate 10 conveyed by the roller conveyor 130. Note that the number of targets 140 to be arranged is not limited to two and may be one or more.

ローラコンベア130とターゲット140との間の空間が放電空間となる。ターゲット140は、その上面がチャンバ110内に固定された図示しないバッキングプレートにボンディング材により接着されて固定されている。バッキングプレートから見てターゲット140側とは反対側に図示しないマグネットが配置されている。   A space between the roller conveyor 130 and the target 140 becomes a discharge space. The target 140 is bonded and fixed to a backing plate (not shown) whose upper surface is fixed in the chamber 110 by a bonding material. A magnet (not shown) is disposed on the opposite side of the target 140 from the backing plate.

このマグネットは、上記放電空間に磁界を形成し、放電空間内でグロー放電されるアルゴンのプラズマを集束させる。具体的には、マグネットは外側磁極と内側磁極との間で磁場が閉じるように設計されており、これにより、発生したプラズマをターゲット140の近傍のみに存在させることが可能とされている。   The magnet forms a magnetic field in the discharge space and focuses the argon plasma that is glow-discharged in the discharge space. Specifically, the magnet is designed so that the magnetic field is closed between the outer magnetic pole and the inner magnetic pole, so that the generated plasma can exist only in the vicinity of the target 140.

ターゲット140は、酸化錫、酸化亜鉛またはITO(Indium Tin Oxide)などからなる。ここで、酸化錫には、SnO2だけでなく、Snmn(mおよびnは自然数)で表される各種組成の酸化錫が含まれる。酸化亜鉛には、ZnOだけでなく、Znxy(xおよびyは自然数)で表される各種組成の酸化亜鉛が含まれる。 The target 140 is made of tin oxide, zinc oxide, ITO (Indium Tin Oxide), or the like. Here, the tin oxide includes not only SnO 2 but also tin oxide having various compositions represented by Sn m O n (m and n are natural numbers). Zinc oxide includes not only ZnO but also zinc oxide having various compositions represented by Zn x O y (x and y are natural numbers).

ガス供給部150は、基板10の搬送方向において、ターゲット140を互いの間に挟むように間隔を置いて3つ平行に配置されている。ガス供給部150は、基板10の幅方向の全体に均一にガスを噴き付け可能なように、基板10の幅方向において基板10の幅より長く延在している。ガス供給部150は、下方に向いた噴出口を有する。   Three gas supply units 150 are arranged in parallel at intervals in the transport direction of the substrate 10 so as to sandwich the target 140 therebetween. The gas supply unit 150 extends longer than the width of the substrate 10 in the width direction of the substrate 10 so that gas can be sprayed uniformly over the entire width direction of the substrate 10. The gas supply unit 150 has a jet port facing downward.

ガス供給部150は、アルゴンガスおよびプロセスガスとしての酸素ガスを噴出口から噴き出してチャンバ110内に導入する。ガス供給部150は、導入するガスの流量を調整するマスフローコントローラを介してガス供給源に接続されている。   The gas supply unit 150 ejects argon gas and oxygen gas as a process gas from the ejection port and introduces them into the chamber 110. The gas supply unit 150 is connected to a gas supply source via a mass flow controller that adjusts the flow rate of the introduced gas.

以下、本発明の一実施形態に係るスパッタ成膜方法について説明する。本実施形態に係るスパッタ成膜方法は、磁界を用いたスパッタリングによりチャンバ110内でターゲット140の成分を被処理体である基板10に成膜するスパッタ成膜方法である。   Hereinafter, a sputtering film forming method according to an embodiment of the present invention will be described. The sputter film forming method according to the present embodiment is a sputter film forming method in which the components of the target 140 are formed on the substrate 10 as the object to be processed in the chamber 110 by sputtering using a magnetic field.

図3は、成膜工程における放電領域を模式的に示す断面図である。まず、チャンバ110内を排気ポンプ160により減圧しつつ図3に示すようにガス供給部150からアルゴンガス151および酸素ガスを導入する。たとえば、アルゴンガス151を150sccm、酸素ガスを5sccmの流量で導入する。その状態で、スパッタ装置100におけるチャンバ110内のローラコンベア130上に基板10を投入する。投入した基板10をローラコンベア130により図1,2中の矢印で示す方向に搬送する。   FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a discharge region in the film forming process. First, the argon gas 151 and oxygen gas are introduced from the gas supply unit 150 as shown in FIG. For example, argon gas 151 is introduced at a flow rate of 150 sccm and oxygen gas at a flow rate of 5 sccm. In this state, the substrate 10 is put on the roller conveyor 130 in the chamber 110 in the sputtering apparatus 100. The loaded substrate 10 is conveyed by the roller conveyor 130 in the direction indicated by the arrows in FIGS.

基板10がターゲット140の下方の位置を通過している間、ターゲット140に電圧を印加して上記放電空間でグロー放電させる。たとえば、ターゲット140に直流電圧を13300W印加する。図3に示すように、成膜工程において、ターゲット140の表面側の放電領域143で放電が発生する。このグロー放電によりアルゴンのプラズマが発生する。アルゴンのプラズマは、上記マグネットによりターゲット140の表面に印加されている磁界により集束されてターゲット140に衝突する。   While the substrate 10 passes through a position below the target 140, a voltage is applied to the target 140 to cause glow discharge in the discharge space. For example, a DC voltage of 13300 W is applied to the target 140. As shown in FIG. 3, in the film forming process, discharge occurs in the discharge region 143 on the surface side of the target 140. This glow discharge generates argon plasma. The argon plasma is focused by the magnetic field applied to the surface of the target 140 by the magnet and collides with the target 140.

これにより、ターゲット140を構成する原子が放電空間へ弾き飛ばされる。この原子が搬送されている基板10の主面上に堆積することにより、基板10の主面上に裏面電極となる膜が形成される。たとえば、上流側のターゲット140により裏面透明電極となるZnOからなる膜を50nmの厚さで形成し、下流側のターゲット140により裏面金属電極となるAgからなる膜を200nmの厚さで形成する。   Thereby, atoms constituting the target 140 are blown off into the discharge space. By depositing the atoms on the main surface of the substrate 10 on which the atoms are transported, a film serving as a back electrode is formed on the main surface of the substrate 10. For example, a film made of ZnO to be a back transparent electrode is formed with a thickness of 50 nm by the target 140 on the upstream side, and a film made of Ag to be the back metal electrode is formed with a thickness of 200 nm by the target 140 on the downstream side.

図3に示すように、ターゲット140には、スパッタに大きく寄与して侵食される部分であるエロージョン領域141と、それ以外の非エロージョン領域142が現れる。エロージョン領域141の大きさは、放電領域143の大きさにより決定される。   As shown in FIG. 3, an erosion region 141, which is a portion eroded by greatly contributing to sputtering, and a non-erosion region 142 other than that appear on the target 140. The size of the erosion region 141 is determined by the size of the discharge region 143.

放電空間を漂うターゲット140を構成する原子は、非エロージョン領域142のうちのエロージョン領域141に接する部分に特に多く集中して付着する。この付着物を取り除くべく、所定枚数の基板10への成膜処理を終えたところでクリーニング工程を行なう。   The atoms constituting the target 140 drifting in the discharge space are particularly concentrated and attached to the portion of the non-erosion region 142 that contacts the erosion region 141. In order to remove this deposit, a cleaning process is performed after the film formation process on the predetermined number of substrates 10 is completed.

図4は、クリーニング工程における放電領域を模式的に示す断面図である。図4に示すように、クリーニング工程においては、成膜時よりも導入するアルゴンガス152の量を多くしつつターゲット140に印加する電圧を高くする。たとえば、アルゴンガス152の流量を300sccmにする。たとえば、ターゲット140に印加する直流電圧を15000Wにする。   FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a discharge region in the cleaning process. As shown in FIG. 4, in the cleaning process, the voltage applied to the target 140 is increased while increasing the amount of the argon gas 152 to be introduced compared to the time of film formation. For example, the flow rate of the argon gas 152 is set to 300 sccm. For example, the DC voltage applied to the target 140 is set to 15000 W.

すると、ターゲット140の表面側の放電領域144が、非エロージョン領域142のうちのエロージョン領域141に接する部分を含む領域まで拡張する。その結果、付着物が多く付着していた非エロージョン領域142のうちのエロージョン領域141に接する部分においても放電を発生させて、この付着物をターゲット140から除去することができる。   Then, the discharge region 144 on the surface side of the target 140 extends to a region including a portion in contact with the erosion region 141 in the non-erosion region 142. As a result, a discharge is generated even in a portion of the non-erosion region 142 where a large amount of deposits are attached, which is in contact with the erosion region 141, and the deposits can be removed from the target 140.

この結果、チャンバ110を大気に開放することなくターゲット140の表面を簡易にクリーニングすることができる。   As a result, the surface of the target 140 can be easily cleaned without opening the chamber 110 to the atmosphere.

なお、図4に示すように、ガス供給部150の噴出口から噴き出すアルゴンガス152の量を多くすることにより、噴き出されたアルゴンガスの一部153は、ターゲット140の表面に回り込んで直接噴き付けられる。このアルゴンガスの一部153による物理的ショックによっても付着物をターゲット140から除去することができる。   As shown in FIG. 4, by increasing the amount of argon gas 152 ejected from the ejection port of the gas supply unit 150, a part 153 of the ejected argon gas wraps around the surface of the target 140 and directly Be sprayed. The deposits can also be removed from the target 140 by a physical shock caused by the portion 153 of the argon gas.

ターゲット140への付着物の量は、ターゲット140の寿命の後半で多くなる傾向がある。そのため、本実施形態においては、クリーニング工程を行なうまでの間に基板10を成膜する所定枚数をターゲット140の寿命の後期に行くにしたがって少なくする。   The amount of deposits on the target 140 tends to increase in the second half of the life of the target 140. For this reason, in the present embodiment, the predetermined number of films to be deposited on the substrate 10 before the cleaning process is performed is decreased as the target 140 reaches the end of its life.

たとえば、ターゲット140の寿命の前半に成膜可能な4000枚の基板10を成膜する間はクリーニングを行なわず、ターゲット140の寿命の後半に成膜可能な4000枚の基板10を成膜するときは、クリーニングするまでに成膜する所定枚数を600枚から500枚程度の間で徐々に少なくすると効果的に付着物を除去することができる。   For example, when the 4000 substrates 10 that can be deposited in the first half of the life of the target 140 are not cleaned, the 4000 substrates 10 that can be deposited in the second half of the lifetime of the target 140 are deposited. The deposits can be effectively removed by gradually reducing the predetermined number of film formation between about 600 and 500 before cleaning.

なお、クリーニング工程においてターゲット140に印加する電圧は、印加電圧による発熱によりスパッタ装置100の構成部品に影響がでず、かつ、安定して放電可能な範囲で、最大の電圧であることが好ましい。   Note that the voltage applied to the target 140 in the cleaning process is preferably the maximum voltage within a range in which the components of the sputtering apparatus 100 are not affected by heat generated by the applied voltage and can be stably discharged.

また、クリーニング工程において導入するアルゴンガス152の流量は、マスフローコントローラの容量制限内で、かつ、安定して放電可能な範囲で、最大の流量であることが好ましい。   The flow rate of the argon gas 152 introduced in the cleaning step is preferably the maximum flow rate within the capacity limit of the mass flow controller and within a range where stable discharge is possible.

本実施形態に係るスパッタ成膜方法によるクリーニング工程を行なうことにより、ターゲット140の寿命期間中、ターゲット140の付着物による成膜品質の低下を抑制できるとともに、大気に開放せずにクリーニングできるため高稼働率でスパッタ成膜装置を稼働させることができる。   By performing the cleaning process by the sputtering film forming method according to the present embodiment, it is possible to suppress the deterioration of the film forming quality due to the deposits on the target 140 during the lifetime of the target 140 and to perform cleaning without opening to the atmosphere. The sputter deposition apparatus can be operated at an operating rate.

以下、上記のスパッタ成膜方法を採用した本発明の一実施形態に係る光電変換装置の製造方法について説明する。まず、光電変換装置の構成について説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing a photoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention that employs the above-described sputter deposition method will be described. First, the configuration of the photoelectric conversion device will be described.

図5は、本発明の一実施形態に係る光電変換装置の製造方法で製造した光電変換装置の構成を示す断面図である。図5に示すように、本実施形態に係る光電変換装置の製造方法で製造した光電変換装置200は、被処理体である基板210と、基板210上に設けられたセル構造体220とを有している。   FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a photoelectric conversion device manufactured by a method for manufacturing a photoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the photoelectric conversion device 200 manufactured by the method for manufacturing a photoelectric conversion device according to this embodiment includes a substrate 210 that is an object to be processed and a cell structure 220 provided on the substrate 210. doing.

セル構造体220は、基板210上に設けられた透明導電膜230と、透明導電膜230上に設けられた第1のpin型光電変換層240と、第1のpin型光電変換層240上に設けられた第2のpin型光電変換層250と、第2のpin型光電変換層250上に設けられた透明導電膜260と、透明導電膜260上に設けられた反射電極270とを備えている。   The cell structure 220 is formed on the transparent conductive film 230 provided on the substrate 210, the first pin type photoelectric conversion layer 240 provided on the transparent conductive film 230, and the first pin type photoelectric conversion layer 240. A second pin-type photoelectric conversion layer 250 provided; a transparent conductive film 260 provided on the second pin-type photoelectric conversion layer 250; and a reflective electrode 270 provided on the transparent conductive film 260. Yes.

第1のpin型光電変換層240は、非晶質シリコンからなる光電変換層であり、透明導電膜230上に設けられた第1のp型半導体層241と、第1のp型半導体層241上に設けられた第1のi型半導体層242と、第1のi型半導体層242上に設けられた第1のn型半導体層243とを備えている。   The first pin-type photoelectric conversion layer 240 is a photoelectric conversion layer made of amorphous silicon, and includes a first p-type semiconductor layer 241 provided on the transparent conductive film 230 and a first p-type semiconductor layer 241. A first i-type semiconductor layer 242 provided above and a first n-type semiconductor layer 243 provided on the first i-type semiconductor layer 242 are provided.

第2のpin型光電変換層250は、微結晶シリコンからなる光電変換層であり、第1のn型半導体層243上に設けられた第2のp型半導体層251と、第2のp型半導体層251上に設けられた第2のi型半導体層252と、第2のi型半導体層252上に設けられた第2のn型半導体層253とを備えている。   The second pin-type photoelectric conversion layer 250 is a photoelectric conversion layer made of microcrystalline silicon, and includes a second p-type semiconductor layer 251 provided on the first n-type semiconductor layer 243, and a second p-type semiconductor layer. A second i-type semiconductor layer 252 provided on the semiconductor layer 251 and a second n-type semiconductor layer 253 provided on the second i-type semiconductor layer 252 are provided.

なお、本実施形態においては、基板210側から光を入射させるスーパーストレート型の光電変換装置について説明するが、基板210とは反対側から光を入射させるサブストレート型の光電変換装置であってもよい。   Note that, in this embodiment, a super straight type photoelectric conversion device in which light is incident from the substrate 210 side will be described, but a substrate type photoelectric conversion device in which light is incident from the opposite side of the substrate 210 may be used. Good.

基板210としては、たとえば、ガラス基板、ポリイミド樹脂などの透明樹脂を含む樹脂基板、またはこれらの基板の複数を積層した基板などの光を透過させることができる透光性基板を用いることができる。   As the substrate 210, for example, a light transmissive substrate such as a glass substrate, a resin substrate containing a transparent resin such as polyimide resin, or a substrate in which a plurality of these substrates are stacked can be used.

なお、光電変換装置をサブストレート型の光電変換装置とする場合には、基板210としては、たとえばステンレス基板などの光を透過させない不透光性基板を用いてもよい。   Note that when the photoelectric conversion device is a substrate type photoelectric conversion device, the substrate 210 may be a non-transmissive substrate that does not transmit light, such as a stainless steel substrate.

透明導電膜230としては、たとえば酸化錫膜、ITO膜、酸化亜鉛膜、もしくはこれらの膜に微量の不純物を添加した膜の単層またはこれらを複数重ね合わせた複数層などを用いることができる。透明導電膜230は、光を多く透過させることができるとともに良好な導電性を有することが望ましい。透明導電膜230が複数層から構成される場合には、すべての層が同一の材料から形成されていてもよく、少なくとも1層が他と異なる材料から形成されていてもよい。   As the transparent conductive film 230, for example, a tin oxide film, an ITO film, a zinc oxide film, a single layer of a film obtained by adding a trace amount of impurities to these films, or a plurality of layers in which a plurality of these layers are stacked can be used. It is desirable that the transparent conductive film 230 can transmit a large amount of light and has good conductivity. When the transparent conductive film 230 is composed of a plurality of layers, all the layers may be formed from the same material, or at least one layer may be formed from a material different from the others.

また、透明導電膜230の表面にはたとえば図5に示すような凹凸が形成されていることが好ましい。透明導電膜230の表面に凹凸が形成されていることによって、基板210側から入射した入射光を、散乱および屈折の少なくともいずれかをさせて光路長を伸ばすことができる。その結果、第1のpin型光電変換層240における光閉じ込め効果を高めることができるため、光電変換装置200の短絡電流密度を増大させることができる。透明導電膜230の表面に凹凸を形成する方法としては、たとえば、エッチング法、サンドブラストのような機械加工による方法、または透明導電膜230の結晶成長を利用する方法などを用いることができる。   Moreover, it is preferable that the surface of the transparent conductive film 230 has irregularities as shown in FIG. Since the unevenness is formed on the surface of the transparent conductive film 230, the incident light incident from the substrate 210 side can be scattered or refracted to extend the optical path length. As a result, the light confinement effect in the first pin-type photoelectric conversion layer 240 can be increased, so that the short-circuit current density of the photoelectric conversion device 200 can be increased. As a method for forming irregularities on the surface of the transparent conductive film 230, for example, an etching method, a method by sandblasting, a method using crystal growth of the transparent conductive film 230, or the like can be used.

第1のpin型光電変換層240は、第1のp型半導体層241と、第1のi型半導体層242と、第1のn型半導体層243との積層体で構成される非晶質シリコンからなる光電変換層である。   The first pin-type photoelectric conversion layer 240 is an amorphous structure including a stacked body of a first p-type semiconductor layer 241, a first i-type semiconductor layer 242, and a first n-type semiconductor layer 243. It is a photoelectric conversion layer made of silicon.

第1のp型半導体層241としては、たとえば、p型非晶質シリコン層、p型微結晶シリコン層、p型非晶質炭化シリコン層、またはp型非晶質窒化シリコン層などのp型層の単層またはこれらを複数重ね合わせた複数層を用いることができる。第1のp型半導体層241が複数層から構成される場合には、すべての層が同一の半導体材料から形成されていてもよく、少なくとも1層が他と異なる半導体材料から形成されていてもよい。第1のp型半導体層241にドープされるp型不純物元素としては、たとえばボロンなどを用いることができる。   As the first p-type semiconductor layer 241, for example, a p-type such as a p-type amorphous silicon layer, a p-type microcrystalline silicon layer, a p-type amorphous silicon carbide layer, or a p-type amorphous silicon nitride layer. A single layer or a plurality of stacked layers of these layers can be used. When the first p-type semiconductor layer 241 includes a plurality of layers, all the layers may be formed of the same semiconductor material, or at least one layer may be formed of a different semiconductor material. Good. As the p-type impurity element doped into the first p-type semiconductor layer 241, for example, boron or the like can be used.

第1のi型半導体層242としては、たとえば、非晶質シリコン層の単層または複数層などを用いることができる。第1のi型半導体層242は、p型不純物元素およびn型不純物元素のいずれもドープされない真性半導体であるが、第1のp型半導体層241との界面近傍および第1のn型半導体層243との界面近傍ではそれぞれp型不純物元素およびn型不純物元素が第1のi型半導体層242中に微量に含まれる場合がある。また、第1のi型半導体層242のバンドギャップを制御するために、炭素、ゲルマニウムなどの元素を積極的に添加した非晶質炭化シリコン、非晶質シリコンゲルマニウムなどを用いることもできる。   As the first i-type semiconductor layer 242, for example, a single layer or a plurality of layers of an amorphous silicon layer can be used. The first i-type semiconductor layer 242 is an intrinsic semiconductor to which neither a p-type impurity element nor an n-type impurity element is doped. However, the first i-type semiconductor layer 242 is near the interface with the first p-type semiconductor layer 241 and the first n-type semiconductor layer. In the vicinity of the interface with H.243, the p-type impurity element and the n-type impurity element may be included in the first i-type semiconductor layer 242 in minute amounts. In order to control the band gap of the first i-type semiconductor layer 242, amorphous silicon carbide, amorphous silicon germanium, or the like to which elements such as carbon and germanium are positively added can be used.

第1のn型半導体層243としては、たとえば、n型非晶質シリコン層、またはn型微結晶シリコン層などのn型層の単層またはこれらを複数重ね合わせた複数層などを用いることができる。第1のn型半導体層243が複数層から構成される場合には、すべての層が同一の半導体材料から形成されていてもよく、少なくとも1層が他と異なる半導体材料から形成されていてもよい。第1のn型半導体層243にドープされるn型不純物元素としては、たとえばリンなどを用いることができる。   As the first n-type semiconductor layer 243, for example, an n-type amorphous silicon layer, a single n-type layer such as an n-type microcrystalline silicon layer, or a plurality of stacked layers of these layers can be used. it can. When the first n-type semiconductor layer 243 includes a plurality of layers, all the layers may be formed of the same semiconductor material, or at least one layer may be formed of a different semiconductor material. Good. As the n-type impurity element doped in the first n-type semiconductor layer 243, for example, phosphorus or the like can be used.

第1のp型半導体層241および第1のn型半導体層243としては、第1のi型半導体層242と同一の半導体材料を用いてもよく、異なる半導体材料を用いてもよい。たとえば、第1のp型半導体層241および第1のi型半導体層242にそれぞれp型非晶質シリコン層およびi型非晶質シリコン層を用いるとともに、第1のn型半導体層243にn型微結晶シリコン層を用いてもよい。また、たとえば、第1のp型半導体層241にp型非晶質炭化シリコン層を用い、第1のi型半導体層242に非晶質シリコン層を用い、第1のn型半導体層243にn型微結晶シリコン層を用いてもよい。   As the first p-type semiconductor layer 241 and the first n-type semiconductor layer 243, the same semiconductor material as that of the first i-type semiconductor layer 242 may be used, or a different semiconductor material may be used. For example, a p-type amorphous silicon layer and an i-type amorphous silicon layer are used for the first p-type semiconductor layer 241 and the first i-type semiconductor layer 242, respectively, and n is used for the first n-type semiconductor layer 243. A type microcrystalline silicon layer may be used. Further, for example, a p-type amorphous silicon carbide layer is used as the first p-type semiconductor layer 241, an amorphous silicon layer is used as the first i-type semiconductor layer 242, and the first n-type semiconductor layer 243 is used as the first n-type semiconductor layer 243. An n-type microcrystalline silicon layer may be used.

また、本明細書において、「非晶質シリコン」は「水素化非晶質シリコン」を含む概念であり、「微結晶シリコン」は「水素化微結晶シリコン」を含む概念である。   In this specification, “amorphous silicon” is a concept including “hydrogenated amorphous silicon”, and “microcrystalline silicon” is a concept including “hydrogenated microcrystalline silicon”.

第2のpin型光電変換層250は、第2のp型半導体層251と、第2のi型半導体層252と、第2のn型半導体層253との積層体で構成される微結晶シリコンからなる光電変換層である。   The second pin-type photoelectric conversion layer 250 is a microcrystalline silicon including a stacked body of the second p-type semiconductor layer 251, the second i-type semiconductor layer 252, and the second n-type semiconductor layer 253. It is a photoelectric converting layer which consists of.

第2のp型半導体層251としては、たとえば、p型微結晶シリコン層、p型微結晶炭化シリコン層、またはp型微結晶窒化シリコン層などのp型層の単層またはこれらを複数重ね合わせた複数層を用いることができる。第2のp型半導体層251が複数層から構成される場合には、すべての層が同一の半導体材料から形成されていてもよく、少なくとも1層が他と異なる半導体材料から形成されていてもよい。第2のp型半導体層251にドープされるp型不純物元素としては、たとえばボロンなどを用いることができる。   As the second p-type semiconductor layer 251, for example, a single layer of a p-type layer such as a p-type microcrystalline silicon layer, a p-type microcrystalline silicon carbide layer, or a p-type microcrystalline silicon nitride layer, or a stack of a plurality of these layers Multiple layers can be used. When the second p-type semiconductor layer 251 includes a plurality of layers, all the layers may be formed of the same semiconductor material, or at least one layer may be formed of a different semiconductor material. Good. As the p-type impurity element doped into the second p-type semiconductor layer 251, for example, boron or the like can be used.

第2のi型半導体層252としては、たとえば、微結晶シリコン層の単層または複数層などを用いることができる。第2のi型半導体層252は、p型不純物元素およびn型不純物元素のいずれもドープされない真性半導体層であるが、第2のp型半導体層251との界面近傍および第2のn型半導体層253との界面近傍では、それぞれp型不純物元素およびn型不純物元素が第2のi型半導体層252中に微量に含まれる場合がある。   As the second i-type semiconductor layer 252, for example, a single layer or a plurality of microcrystalline silicon layers can be used. The second i-type semiconductor layer 252 is an intrinsic semiconductor layer to which neither a p-type impurity element nor an n-type impurity element is doped, but the vicinity of the interface with the second p-type semiconductor layer 251 and the second n-type semiconductor layer In the vicinity of the interface with the layer 253, a small amount of p-type impurity element and n-type impurity element may be contained in the second i-type semiconductor layer 252 in some cases.

第2のn型半導体層253としては、たとえば、n型非晶質シリコン層、またはn型微結晶シリコン層などのn型層の単層またはこれらを複数重ね合わせた複数層などを用いることができる。第2のn型半導体層253が複数層から構成される場合には、すべての層が同一の半導体材料から形成されていてもよく、少なくとも1層が他と異なる半導体材料から形成されていてもよい。第2のn型半導体層253にドープされるn型不純物元素としては、たとえばリンなどを用いることができる。   As the second n-type semiconductor layer 253, for example, an n-type amorphous silicon layer, a single n-type layer such as an n-type microcrystalline silicon layer, or a plurality of stacked layers of these layers can be used. it can. When the second n-type semiconductor layer 253 includes a plurality of layers, all the layers may be formed from the same semiconductor material, or at least one layer may be formed from a semiconductor material different from the other. Good. As the n-type impurity element doped into the second n-type semiconductor layer 253, for example, phosphorus or the like can be used.

なお、第2のp型半導体層251および第2のn型半導体層253としては、第2のi型半導体層252と同一の半導体材料を用いてもよく、異なる半導体材料を用いてもよい。また、第2のp型半導体層251および第2のn型半導体層253についてもそれぞれ、互いに同一の半導体材料を用いてもよく、異なる半導体材料を用いてもよい。   Note that as the second p-type semiconductor layer 251 and the second n-type semiconductor layer 253, the same semiconductor material as that of the second i-type semiconductor layer 252 may be used, or a different semiconductor material may be used. Also, the second p-type semiconductor layer 251 and the second n-type semiconductor layer 253 may be made of the same semiconductor material or different semiconductor materials.

透明導電膜260としては、たとえば酸化錫膜、ITO膜、酸化亜鉛膜、若しくはこれらの膜に微量の不純物を添加した膜の単層またはこれらを複数重ね合わせた複数層などの光を透過させることができるとともに導電性である膜を用いることができる。透明導電膜260が複数層から構成される場合には、すべての層が同一の材料から形成されていてもよく、少なくとも1層が他と異なる材料から形成されていてもよい。   As the transparent conductive film 260, for example, a tin oxide film, an ITO film, a zinc oxide film, or a single layer of a film obtained by adding a trace amount of impurities to these films or a plurality of layers in which a plurality of these layers are stacked are allowed to transmit light. In addition, a conductive film can be used. When the transparent conductive film 260 includes a plurality of layers, all the layers may be formed from the same material, or at least one layer may be formed from a material different from the other.

反射電極270としては、光の反射率の高い材料が用いられる場合が多く、たとえばAg(銀)層、Al(アルミニウム)層またはこれらの層の積層体などの導電性を有する層を用いることができる。   As the reflective electrode 270, a material having a high light reflectivity is often used. For example, a conductive layer such as an Ag (silver) layer, an Al (aluminum) layer, or a laminate of these layers is used. it can.

なお、反射電極270は、第1のpin型光電変換層240および第2のpin型光電変換層250で吸収されなかった光を反射して第1のpin型光電変換層240および第2のpin型光電変換層250に戻すことができるため、光電変換効率の向上に寄与する。   The reflective electrode 270 reflects light that has not been absorbed by the first pin-type photoelectric conversion layer 240 and the second pin-type photoelectric conversion layer 250 to reflect the first pin-type photoelectric conversion layer 240 and the second pin. Since it can return to the type photoelectric conversion layer 250, it contributes to the improvement of photoelectric conversion efficiency.

なお、光電変換装置をサブストレート型の光電変換装置とする場合には、光を入射させる観点から、反射電極270は、たとえば櫛形などの光電変換装置の表面全体を覆わないような形状とされることが好ましい。   When the photoelectric conversion device is a substrate-type photoelectric conversion device, the reflective electrode 270 is shaped so as not to cover the entire surface of the photoelectric conversion device such as a comb shape from the viewpoint of entering light. It is preferable.

以下、本実施形態に係る光電変換装置の製造方法について説明する。
まず、基板210上に透明導電膜230を形成する。ここで、透明導電膜230は、たとえば、スパッタリング法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、電子ビーム蒸着法、ゾルゲル法、スプレー法または電析法などの方法によって形成される。
Hereinafter, a method for manufacturing the photoelectric conversion device according to the present embodiment will be described.
First, the transparent conductive film 230 is formed on the substrate 210. Here, the transparent conductive film 230 is formed by a method such as sputtering, CVD (Chemical Vapor Deposition), electron beam evaporation, sol-gel, spray, or electrodeposition.

次に、たとえば、リークレートが大きい大型の真空成膜装置であるプラズマCVD装置を用いて、基板210上に形成された透明導電膜230上にプラズマCVD法により第1のpin型光電変換層240および第2のpin型光電変換層250をこの順序で形成する。   Next, for example, using a plasma CVD apparatus which is a large vacuum film forming apparatus having a large leak rate, the first pin type photoelectric conversion layer 240 is formed on the transparent conductive film 230 formed on the substrate 210 by plasma CVD. And the 2nd pin type photoelectric converting layer 250 is formed in this order.

図6は、真空成膜装置の構成を示す系統図である。図6に示すように、真空成膜装置は、成膜室41と、成膜室41の内部に設置されたカソード31と、成膜室41の内部においてカソード31と向かい合うようにして設置されたアノード32とを備えている。また、真空成膜装置は、カソード31の内部にガスを導入するためのガス導入管33と、成膜室41の外部にガスを排出するためのガス排出管37と、ガス排出管37から排出されるガスの量を調節するためのゲートバルブ39と、成膜室41の外部に排出されるガスを吸引するためのポンプ40とを備えている。カソード31は、インピーダンス整合回路35を介して高周波電源36に接続されている。アノード32は、アースに接続されている。   FIG. 6 is a system diagram showing the configuration of the vacuum film forming apparatus. As shown in FIG. 6, the vacuum film forming apparatus was installed so as to face the cathode 31 in the film forming chamber 41, the cathode 31 installed in the film forming chamber 41, and the film forming chamber 41. And an anode 32. The vacuum film forming apparatus also includes a gas introduction pipe 33 for introducing gas into the cathode 31, a gas discharge pipe 37 for discharging gas to the outside of the film forming chamber 41, and a gas discharge pipe 37. A gate valve 39 for adjusting the amount of gas to be generated and a pump 40 for sucking the gas discharged to the outside of the film forming chamber 41 are provided. The cathode 31 is connected to a high frequency power source 36 through an impedance matching circuit 35. The anode 32 is connected to ground.

真空成膜装置において、成膜室41の内部のガスを排気して成膜室41の内部の圧力をたとえば10-4Pa以上1Pa以下の範囲内の圧力とした後に、ゲートバルブ39を閉じることなどによって成膜室41を密閉した場合に、時間の経過とともに成膜室41の内部に成膜室41の外部からガスが侵入して成膜室41の内部の圧力が上昇するときの圧力上昇率(リークレート)はたとえば3×10-3Pa・L/s程度である。 In the vacuum film forming apparatus, after the gas inside the film forming chamber 41 is exhausted and the pressure inside the film forming chamber 41 is set to a pressure in the range of 10 −4 Pa to 1 Pa, for example, the gate valve 39 is closed. When the film formation chamber 41 is sealed by, for example, a pressure increase when the gas enters the film formation chamber 41 from the outside of the film formation chamber 41 with time and the pressure inside the film formation chamber 41 increases. The rate (leak rate) is, for example, about 3 × 10 −3 Pa · L / s.

第1のpin型光電変換層240および第2のpin型光電変換層250の形成時には、真空成膜装置のアノード32上に透明導電膜230を備えた基板210を設置する。基板210は、透明導電膜230がカソード31と向かい合うようにアノード32上に設置される。   When the first pin type photoelectric conversion layer 240 and the second pin type photoelectric conversion layer 250 are formed, the substrate 210 provided with the transparent conductive film 230 is placed on the anode 32 of the vacuum film forming apparatus. The substrate 210 is placed on the anode 32 so that the transparent conductive film 230 faces the cathode 31.

次に、ゲートバルブ39を開き、ポンプ40で吸引することによって、成膜室41の内部のガスを矢印38の方向にガス排出管37を通して成膜室41の外部に排出し、成膜室41の内部の圧力をたとえば10-4Pa以上1Pa以下の範囲内の圧力とする。 Next, the gate valve 39 is opened and sucked by the pump 40, whereby the gas inside the film forming chamber 41 is discharged to the outside of the film forming chamber 41 through the gas discharge pipe 37 in the direction of the arrow 38. Is set to a pressure within a range of 10 −4 Pa to 1 Pa, for example.

その後、たとえば、SiH4、H2、B26、PH3およびCH4からなる群から選択された少なくとも1種のガスを矢印34の方向にガス導入管33からカソード31の内部に導入し、カソード31のアノード32側に設けられた図示しない孔からカソード31とアノード32との間に当該ガスを導入する。 Thereafter, for example, at least one gas selected from the group consisting of SiH 4 , H 2 , B 2 H 6 , PH 3 and CH 4 is introduced into the cathode 31 from the gas introduction pipe 33 in the direction of the arrow 34. The gas is introduced between the cathode 31 and the anode 32 through a hole (not shown) provided on the anode 32 side of the cathode 31.

次に、高周波電源36によってカソード31とアノード32との間に交流電圧を印加することによって、上記で導入されたガスのプラズマを発生させ、基板210上に設置された透明導電膜230上に第1のp型半導体層241を形成する。   Next, an AC voltage is applied between the cathode 31 and the anode 32 by the high frequency power source 36 to generate plasma of the gas introduced above, and the second plasma is formed on the transparent conductive film 230 installed on the substrate 210. 1 p-type semiconductor layer 241 is formed.

その後、成膜室41の内部へのガスの導入を停止した後に、成膜室41の内部のガスを矢印38の方向にガス排出管37を通して成膜室41の外部に排出し、成膜室41の内部の圧力をたとえば10-4Pa以上1Pa以下の範囲内の圧力とする。 Thereafter, after the introduction of the gas into the film forming chamber 41 is stopped, the gas inside the film forming chamber 41 is discharged to the outside of the film forming chamber 41 through the gas discharge pipe 37 in the direction of the arrow 38, For example, the pressure inside 41 is set to a pressure within a range of 10 −4 Pa to 1 Pa.

以上の工程を繰り返すことによって、基板210上に備えられた透明導電膜230上に、第1のp型半導体層241、第1のi型半導体層242、第1のn型半導体層243、第2のp型半導体層251、第2のi型半導体層252および第2のn型半導体層253をこの順序で形成する。それにより、第1のpin型光電変換層240および第2のpin型光電変換層250が形成される。   By repeating the above steps, the first p-type semiconductor layer 241, the first i-type semiconductor layer 242, the first n-type semiconductor layer 243, the first n-type semiconductor layer 243 are formed on the transparent conductive film 230 provided on the substrate 210. Two p-type semiconductor layers 251, a second i-type semiconductor layer 252, and a second n-type semiconductor layer 253 are formed in this order. Thereby, the 1st pin type photoelectric converting layer 240 and the 2nd pin type photoelectric converting layer 250 are formed.

なお、第1のpin型光電変換層240の第1のp型半導体層241、第1のi型半導体層242および第1のn型半導体層243はそれぞれ別々の成膜室で成膜してもよいが、成膜装置の低コスト化の観点からは、第1のp型半導体層241、第1のi型半導体層242および第1のn型半導体層243を1つの成膜室で形成することが好ましい。   Note that the first p-type semiconductor layer 241, the first i-type semiconductor layer 242, and the first n-type semiconductor layer 243 of the first pin-type photoelectric conversion layer 240 are formed in separate film formation chambers. However, from the viewpoint of cost reduction of the deposition apparatus, the first p-type semiconductor layer 241, the first i-type semiconductor layer 242, and the first n-type semiconductor layer 243 are formed in one deposition chamber. It is preferable to do.

また、第2のpin型光電変換層250の第2のp型半導体層251、第2のi型半導体層252および第2のn型半導体層253もそれぞれ別々の成膜室で成膜してもよいが、成膜装置の低コスト化の観点からは、第2のp型半導体層251、第2のi型半導体層252および第2のn型半導体層253をを1つの成膜室で形成することが好ましい。   In addition, the second p-type semiconductor layer 251, the second i-type semiconductor layer 252, and the second n-type semiconductor layer 253 of the second pin-type photoelectric conversion layer 250 are formed in separate film formation chambers. However, from the viewpoint of cost reduction of the film formation apparatus, the second p-type semiconductor layer 251, the second i-type semiconductor layer 252, and the second n-type semiconductor layer 253 are combined in one film formation chamber. It is preferable to form.

また、第1のpin型光電変換層240と第2のpin型光電変換層250とを1つの成膜室で形成することもできるが、本実施形態においては、第1のpin型光電変換層240の形成に1つの成膜室を用い、第2のpin型光電変換層250の形成に他の1つの成膜室を用いている。   In addition, although the first pin type photoelectric conversion layer 240 and the second pin type photoelectric conversion layer 250 can be formed in one film formation chamber, in the present embodiment, the first pin type photoelectric conversion layer is formed. One film formation chamber is used for forming 240 and another film formation chamber is used for forming the second pin-type photoelectric conversion layer 250.

また、上記の第1のp型半導体層241、第1のi型半導体層242、第1のn型半導体層243、第2のp型半導体層251、第2のi型半導体層252および第2のn型半導体層253の形成時における成膜室41の内部の圧力は、それぞれたとえば5×102Pa以上1.7×103Pa以下の範囲内である。 The first p-type semiconductor layer 241, the first i-type semiconductor layer 242, the first n-type semiconductor layer 243, the second p-type semiconductor layer 251, the second i-type semiconductor layer 252, and the first The pressure inside the film formation chamber 41 when the n-type semiconductor layer 253 is formed is, for example, in the range of 5 × 10 2 Pa or more and 1.7 × 10 3 Pa or less.

真空成膜装置において、高周波電源36としては、連続波形(CW:Continuous Wave)の交流出力またはパルス変調(オンオフ制御)された交流出力のいずれを出力するものであってもよい。また、高周波電源36から出力される交流電力の周波数は13.56MHzが一般的であるがこれに限定されず、たとえば、数kHz〜VHF帯、数kHz〜UHF帯および数kHz〜マイクロ波帯の周波数を用いてもよい。   In the vacuum film forming apparatus, the high-frequency power source 36 may output either a continuous waveform (CW) AC output or a pulse-modulated (ON / OFF controlled) AC output. The frequency of the AC power output from the high-frequency power source 36 is generally 13.56 MHz, but is not limited thereto. For example, the frequency is several kHz to VHF band, several kHz to UHF band, and several kHz to microwave band. A frequency may be used.

次に、上記のようにして形成された第2のpin型光電変換層250の第2のn型半導体層253上に透明導電膜260を形成する。ここで、透明導電膜260は、上記実施形態に係るスパッタ成膜方法で成膜される。   Next, a transparent conductive film 260 is formed on the second n-type semiconductor layer 253 of the second pin-type photoelectric conversion layer 250 formed as described above. Here, the transparent conductive film 260 is formed by the sputtering film forming method according to the embodiment.

すなわち、第1のpin型光電変換層240と第2のpin型光電変換層250とが形成された複数の基板210の各々に、磁界を用いたスパッタリングによりチャンバ110内でターゲット140の成分を基板210に成膜して透明導電膜260を形成する。   That is, the components of the target 140 are formed in the chamber 110 by sputtering using a magnetic field on each of the plurality of substrates 210 on which the first pin type photoelectric conversion layer 240 and the second pin type photoelectric conversion layer 250 are formed. A transparent conductive film 260 is formed by depositing on 210.

透明導電膜形成工程において、チャンバ110内を減圧しつつアルゴンガス151を導入した状態で、ターゲット140の表面に磁界を印加しつつターゲット140に電圧を印加して、ターゲット140の表面側の放電領域143で放電を発生させることにより、所定枚数の基板210に成膜する。   In the transparent conductive film forming step, a voltage is applied to the target 140 while applying a magnetic field to the surface of the target 140 in a state where the argon gas 151 is introduced while decompressing the inside of the chamber 110, so that a discharge region on the surface side of the target 140. A film is formed on a predetermined number of substrates 210 by generating a discharge at 143.

透明導電膜形成工程の途中において所定枚数の基板210に成膜後、成膜時よりも導入するアルゴンガス152の量を多くしつつ印加する電圧を高くすることにより放電領域144を広げてターゲット140の表面をクリーニングする。   After forming a film on a predetermined number of substrates 210 during the process of forming the transparent conductive film, the discharge area 144 is widened by increasing the voltage applied while increasing the amount of the argon gas 152 introduced compared to the time of film formation. Clean the surface.

透明導電膜形成工程において、放電領域144を広げてターゲット140の表面をクリーニングした後、さらに所定枚数の基板210に透明導電膜260を成膜する。この成膜工程とクリーニング工程とを、ターゲット140の寿命期間中において繰り返す。   In the transparent conductive film forming step, the discharge region 144 is expanded and the surface of the target 140 is cleaned, and then a transparent conductive film 260 is formed on a predetermined number of substrates 210. This film forming process and cleaning process are repeated during the lifetime of the target 140.

上記のようにして形成した透明導電膜260上に反射電極270を形成する。ここで、反射電極270は、たとえば、CVD法、スパッタリング法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、スプレー法、スクリーン印刷法または電析法などの方法によって形成することができる。以上により、本実施形態の光電変換装置を製造することができる。   A reflective electrode 270 is formed on the transparent conductive film 260 formed as described above. Here, the reflective electrode 270 can be formed by a method such as a CVD method, a sputtering method, a vacuum evaporation method, an electron beam evaporation method, a spray method, a screen printing method, or an electrodeposition method. As described above, the photoelectric conversion device of this embodiment can be manufactured.

なお、ターゲット140の付着物の落下現象は、金属酸化物からなるターゲットにて起こりやすく、金属からなるターゲットにおいては起こりにくいため、反射電極270をスパッタリング法で形成する際には、上記実施形態に係るスパッタ成膜方法を採用しなくてよい。   In addition, since the falling phenomenon of the deposit on the target 140 is likely to occur in a target made of a metal oxide and is difficult to occur in a target made of a metal, when the reflective electrode 270 is formed by a sputtering method, the above embodiment is used. It is not necessary to employ such a sputter deposition method.

本実施形態に係る光電変換装置の製造方法により、ターゲット140の寿命期間中、ターゲット140の付着物による成膜品質の低下を抑制できるとともに、大気に開放せずにターゲット140をクリーニングできて高稼働率でスパッタ成膜装置を稼働させられるため、高品質の光電変換装置を効率よく製造することができる。   With the photoelectric conversion device manufacturing method according to the present embodiment, it is possible to suppress a decrease in film formation quality due to deposits on the target 140 during the lifetime of the target 140 and to clean the target 140 without opening it to the atmosphere. Since the sputter deposition apparatus can be operated at a high rate, a high-quality photoelectric conversion apparatus can be efficiently manufactured.

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be thought that embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

10,210 基板、31 カソード、32 アノード、33 ガス導入管、35 インピーダンス整合回路、36 高周波電源、37 ガス排出管、39 ゲートバルブ、40 ポンプ、41 成膜室、100 スパッタ装置、110 チャンバ、130 ローラコンベア、140 ターゲット、141 エロージョン領域、142 非エロージョン領域、143,144 放電領域、150 ガス供給部、151,152 アルゴンガス、153 アルゴンガスの一部、160 排気ポンプ、200 光電変換装置、220 セル構造体、230,260 透明導電膜、240,250 n型光電変換層、241 第1のp型半導体層、242,252 型半導体層、243 第1のn型半導体層、251 第2のp型半導体層、253 第2のn型半導体層、270 反射電極。   10, 210 Substrate, 31 Cathode, 32 Anode, 33 Gas introduction pipe, 35 Impedance matching circuit, 36 High frequency power supply, 37 Gas exhaust pipe, 39 Gate valve, 40 Pump, 41 Deposition chamber, 100 Sputter apparatus, 110 Chamber, 130 Roller conveyor, 140 target, 141 erosion region, 142 non-erosion region, 143, 144 discharge region, 150 gas supply unit, 151, 152 argon gas, 153 part of argon gas, 160 exhaust pump, 200 photoelectric conversion device, 220 cells Structure, 230, 260 transparent conductive film, 240, 250 n-type photoelectric conversion layer, 241 first p-type semiconductor layer, 242, 252 type semiconductor layer, 243 first n-type semiconductor layer, 251 second p-type Semiconductor layer, 253 Second n-type semiconductor layer 270 reflective electrode.

Claims (6)

磁界を用いたスパッタリングによりチャンバ内でターゲットの成分を被処理体に成膜するスパッタ成膜方法であって、
前記チャンバ内を減圧しつつガスを導入した状態で、前記ターゲットの表面に磁界を印加しつつ前記ターゲットに電圧を印加して、前記ターゲットの前記表面側の放電領域で放電を発生させることにより、所定枚数の前記被処理体に成膜する成膜工程と、
前記成膜工程後に、成膜時よりも導入する前記ガスの量を多くしつつ印加する電圧を高くすることにより前記放電領域を広げて前記ターゲットの表面をクリーニングするクリーニング工程と
を備える、スパッタ成膜方法。
A sputtering film forming method for forming a target component on a target object in a chamber by sputtering using a magnetic field,
By applying a voltage to the target while applying a magnetic field to the surface of the target in a state where gas is introduced while decompressing the inside of the chamber, and generating a discharge in a discharge region on the surface side of the target, A film forming step of forming a film on a predetermined number of the objects to be processed;
After the film forming step, a sputtering process comprising: a cleaning step for cleaning the surface of the target by expanding the discharge region by increasing the applied voltage while increasing the amount of the gas introduced compared to the film forming step. Membrane method.
前記クリーニング工程において、前記ガスを前記ターゲットの前記表面に噴き付ける、請求項1に記載のスパッタ成膜方法。   The sputtering film forming method according to claim 1, wherein, in the cleaning step, the gas is sprayed onto the surface of the target. 前記成膜工程において前記被処理体を搬送しつつ成膜する、請求項1または2に記載のスパッタ成膜方法。   The sputtering film forming method according to claim 1, wherein the film formation is performed while the object to be processed is conveyed. 前記所定枚数を前記ターゲットの寿命の後期に行くにしたがって少なくする、請求項1から3のいずれかに記載のスパッタ成膜方法。   The sputter deposition method according to any one of claims 1 to 3, wherein the predetermined number is decreased as the target becomes late in life. 複数の被処理体の各々に順次成膜して光電変換装置を製造する光電変換装置の製造方法であって、
前記複数の被処理体の各々に光電変換層を形成する工程と、
前記光電変換層が形成された前記複数の被処理体の各々に、磁界を用いたスパッタリングによりチャンバ内でターゲットの成分を前記被処理体に成膜して透明導電膜を形成する透明導電膜形成工程と
を備え、
前記透明導電膜形成工程において、前記チャンバ内を減圧しつつガスを導入した状態で、前記ターゲットの表面に磁界を印加しつつ前記ターゲットに電圧を印加して、前記ターゲットの前記表面側の放電領域で放電を発生させることにより、所定枚数の前記被処理体に成膜し、
前記透明導電膜形成工程の途中において前記所定枚数の前記被処理体に成膜後、成膜時よりも導入する前記ガスの量を多くしつつ印加する電圧を高くすることにより前記放電領域を広げて前記ターゲットの表面をクリーニングする、光電変換装置の製造方法。
A method for manufacturing a photoelectric conversion device for manufacturing a photoelectric conversion device by sequentially forming a film on each of a plurality of objects to be processed,
Forming a photoelectric conversion layer on each of the plurality of objects to be processed;
Forming a transparent conductive film on each of the plurality of objects to be processed on which the photoelectric conversion layer has been formed by forming a target conductive film on the object to be processed in the chamber by sputtering using a magnetic field A process,
In the transparent conductive film forming step, a voltage is applied to the target while applying a magnetic field to the surface of the target in a state where a gas is introduced while decompressing the inside of the chamber, and a discharge region on the surface side of the target By forming a discharge at a predetermined number of the object to be processed,
After the film formation on the predetermined number of the objects to be processed in the course of the transparent conductive film formation step, the discharge region is widened by increasing the voltage applied while increasing the amount of the gas introduced than during film formation. A method for manufacturing a photoelectric conversion device, wherein the surface of the target is cleaned.
前記透明導電膜形成工程において、前記放電領域を広げて前記ターゲットの表面をクリーニングした後、さらに所定枚数の前記被処理体に成膜する、請求項5に記載の光電変換装置の製造方法。   6. The method of manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 5, wherein, in the transparent conductive film forming step, after the discharge region is widened and the surface of the target is cleaned, a film is further formed on a predetermined number of the objects to be processed.
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