JP4496401B2 - プラズマｃｖｄ装置および太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プラズマＣＶＤ装置、このプラズマＣＶＤ装置を用いた薄膜形成方法、および太陽電池の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)装置を図８に基づいて説明する。図８において１は成膜用材料ガスが封入されたガスボンベ、２はガス供給コントローラ、３はガス供給ノズル、４は真空チャンバー、５はアノード電極板、６はカソード電極板、７は複数のアノード電極板間あるいはカソード電極板間を電気的に接続するコネクタ、８は被成膜基板、９は高周波電源、１０は高周波電源により発生したプラズマ、１１は真空排気系をそれぞれ示す。
【０００３】
次に図８に示されたプラズマＣＶＤ装置の動作について説明する。成膜用材料ガスが封入されたガスボンベ１からガス供給コントローラ２を通して所望の流量に制御された成膜用材料ガスは、ガス供給ノズル３を経て真空排気系１１により所望の真空度まで減圧した真空チャンバー４内へ導入される。高周波電源９からアノード電極板５に供給され、一方のカソード電極板６との両電極板間で発生する高周波プラズマ１０によって、材料ガスはプラズマ分解され、カソードおよびアノード電極板５，６に載置された被成膜基板８の成膜に供される。
【０００４】
なお、図８の従来のプラズマＣＶＤ装置では、成膜１回当りの処理枚数の向上を図るためアノード電極板５およびカソード電極板６を複数枚具備した装置構成を具体例として挙げている。複数のアノードおよびカソード電極板間を電気的に接続するため、コネクタ７がそれぞれ取り付けられている。
【０００５】
また、図９は従来のプラズマＣＶＤ装置のアノード電極あるいはカソード電極を構成する電極板１８の上面図である。図８に示すような表面が水平面である電極板上に被成膜基板８を載置して成膜する装置構成では、電極板の表面は一般に平坦であるが、被成膜基板８が定形である場合には、被成膜基板８を安定に保持するため、電極板１８中に被成膜基板形状に対応した座ぐりが形成されている場合もある。
【０００６】
座ぐりの有無に係わらず、従来の電極板１８では高周波プラズマ１０は被成膜基板８の裏面側には殆ど回り込まないので、被成膜基板８で高周波プラズマ１０に曝される側にのみ成膜される。この結果、図８に示した従来のプラズマＣＶＤ装置を用いて被成膜基板８の両面にそれぞれ成膜したい場合は、一旦真空チャンバー４内を大気圧に戻して被成膜基板８を真空チャンバー４外部に取り出し、再度所望の面を高周波プラズマに曝さらすよう、被成膜基板８を両電極板５，６上に配置して再度成膜する必要があった。
【０００７】
次に図１０に基づき従来の一般的な結晶シリコン（Ｓｉ）系太陽電池の素子構造を説明する。図１０において、１００は例えばｐ型の多結晶Ｓｉ基板、１０１はｐ型多結晶Ｓｉ基板１００の表面に形成されたｎ型拡散層、１０２はｐ型多結晶Ｓｉ基板１００と上記ｎ型拡散層１０１との間に形成されたｐｎ接合、１０３はｐ型多結晶Ｓｉ基板１００の裏面側に形成されたｐ+型裏面電界（Back-Surface-Field,ＢＳＦ）層、１０４はｎ型拡散層１０１上に形成された例えば窒化膜（ＳｉＮ）からなる反射防止膜、１０５は電極をそれぞれ示す。
【０００８】
次に図１０の太陽電池の動作について説明する。光照射により多結晶Ｓｉ基板内で発生した電子−正孔対はｐ型の多結晶Ｓｉ基板１００と表面側に形成されたｎ型拡散層１０１との間のｐｎ接合１０２によって分離され、電子はｎ型拡散層１０１へ、また正孔は裏面側に形成されたＢＳＦ層１０３へ移動して、それぞれの面に形成された電極１０５により収集される。なお、表面側に形成された反射防止膜１０４は表面での光反射を抑制し、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１００内へ入射する光の量を多くする機能がある。
【０００９】
プラズマＣＶＤ法で形成したＳｉＮからなる反射防止膜１０４では、材料ガスとしてシラン（ＳｉＨ4）およびアンモニア（ＮＨ3）が一般的に用いられ、これらの材料ガスをプラズマで分解および成膜する際に多量の水素原子やラジカルが発生する。この水素原子が被成膜基板８である多結晶Ｓｉ基板１００中の結晶欠陥を不活性化することで、素子特性に大きな影響を与える少数キャリア拡散長を、反射防止膜形成処理、すなわち水素プラズマ処理前に比べて著しく増大させることができ、この結果、素子特性が大幅に改善される。
【００１０】
しかしながら、図９に示すような電極板１８の構造および図１０に示すような太陽電池の素子構造では、表面側の成膜時に裏面側からの水素原子による結晶欠陥の不活性化は困難であった。
【００１１】
このため、多結晶Ｓｉ基板１００の裏面側からも水素原子やラジカルの供給を行う目的で、裏面側にも再度ＳｉＮ薄膜を形成する方法が試みられている。この場合の太陽電池の断面構造を図６に示す。図６において図１０と同一番号は同一、あるいは同等の部分を意味し、１０６は裏面側に形成されたＳｉＮ薄膜を表す。図６に示した素子構造では裏面側にＳｉＮ薄膜を形成する際に、裏面側からも水素原子やラジカルの供給ができるので、裏面側に存在する結晶欠陥の不活性化に対して有効であった。したがって、多結晶Ｓｉ基板１００の表面側のみから水素処理を行った太陽電池よりも良好な素子特性を示す太陽電池作製の報告がなされていた。
【００１２】
しかし、この場合、被成膜基板８、すなわち多結晶Ｓｉ基板１００の裏面側から水素原子やラジカルを供給するには、表面側の反射防止膜１０４、すなわちＳｉＮ薄膜を形成した後に真空を破り一旦大気圧に戻し、被成膜基板８を裏返してカソードやアノード電極板５，６上に載置した後、再度真空引きを行い、裏面側にＳｉＮ薄膜を成膜せねばならなかった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように多結晶Ｓｉ基板の表面側のみにＳｉＮ薄膜を形成した多結晶Ｓｉ太陽電池では、裏面側での欠陥の不活性化効果が無く、変換効率の向上が図れなかった。
【００１４】
また、素子特性向上のために従来のプラズマＣＶＤ装置を用いて多結晶Ｓｉ基板の両面に成膜を行うには、表面側と裏面側の２回に分けて成膜を行うため、片面のみの成膜の場合と比して２倍の処理時間を要するのでスループットが低下することに加えて、最初に成膜した面が再度の成膜時には電極板に接触するため薄膜に損傷を与えたり、被成膜基板の加熱冷却工程を２度繰り返すために多結晶Ｓｉ基板そのものの品質の低下を引き起こしたりする問題があった。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、真空チャンバーと、真空チャンバー内で交互に対向配置されたアノード電極板およびカソード電極板と、両電極板に高周波を印加して両電極板間に高周波プラズマを発生させる高周波電源とを備え、アノード電極板、カソード電極板の両方または一方の被成膜基板を載置する領域に被成膜基板に略一致した形状を呈し、被成膜基板の両面を高周波プラズマに曝さらす開口部を少なくとも１以上有し、上述の開口部で被成膜基板を載置する面と反対側に面する部分に所望のパターン形状に対応した遮蔽領域が設けられたものである。
【００１６】
また、この発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、上述の開口部の内周部分に被成膜基板を保持するための突起部を設けたものである。
【００１７】
また、この発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、被成膜基板において遮蔽領域に対向する面と反対側の面に配置される、所望のパターンが形成された遮蔽用マスクを備えたものである。
【００１８】
この発明に係る太陽電池の製造方法は、シリコン基板に略一致した形状を呈する開口部が設けられた所定のアノード電極板および／またはカソード電極板を具備したプラズマＣＶＤ装置により、シリコン基板の表面に対しては反射防止膜として機能し、裏面に対しては保護膜として機能する薄膜を同時に形成する工程を備えたこととしたものである。
【００１９】
また、この発明に係る太陽電池の製造方法は、薄膜を同時に形成する工程の前に、シリコン基板の裏面に成膜されるパターンが形成された開口部に、シリコン基板の裏面がパターンに対向するようにシリコン基板を載置する工程を備えたものである。
【００２０】
また、この発明に係る太陽電池の製造方法は、シリコン基板を開口部に載置した後に、シリコン基板の表面に成膜されるパターンが形成された遮蔽用マスクを、シリコン基板の表面の上に配置する工程を備えたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明に係るプラズマＣＶＤ装置の概略構成図である。図中、１は成膜用材料ガスが封入されたガスボンベ、２はガス供給コントローラ、３はガス供給ノズル、４は真空チャンバー、５はアノード電極板、６はカソード電極板、７は複数のアノード電極板間あるいはカソード電極板間を電気的に接続するコネクタ、８は被成膜基板、９は高周波電源、１０は高周波電源により発生したプラズマ、１１は真空排気系、５０は端部アノード電極板、５１は中央部アノード電極板、６０は端部カソード電極板、６１は中央部カソード電極板、をそれぞれ示す。
【００２２】
本発明に係るプラズマＣＶＤ装置における成膜方法について説明する。なお、中央部アノード電極板５１および中央部カソード電極板６１以外は図８に示す従来のプラズマＣＶＤ装置と同一である。
【００２３】
成膜用材料ガスを封入したガスボンベ１からガス供給コントローラ２を通して所望の流量に制御された材料ガスがガス供給ノズル３を経て真空チャンバー４内へ導入される。真空排気系１１により所望の真空度まで減圧した真空チャンバ−４内に導入された材料ガスは、高周波電源９により端部アノード電極板５０および中央部アノード電極板５１に供給され一方の端部カソード電極板６０および中央部カソード電極板６１との間で発生する高周波プラズマ１０によってプラズマ分解され、被成膜基板８の成膜に供される。
【００２４】
なお、実施の形態１では成膜１回当たりの処理枚数の向上を図るためアノード電極板５０，５１およびカソード電極板６０，６１を複数具備した装置構成を具体例として挙げている。複数のアノードあるいはカソード電極板間を電気的に接続するため、コネクタ７がそれぞれ取り付けられている。
【００２５】
次に本発明のプラズマＣＶＤ装置のアノードおよびカソード電極板について説明する。図２の上面図に示すように、中央部アノード電極板５１および中央部カソード電極板６１のような電極板１３には開口部１４が設けられている。かかる開口部を塞ぐように載置された被成膜基板８では、図３に示すように１回の成膜プロセスで表面側には被成膜基板８の全面に薄膜１５が形成され、さらに裏面側にも開口部１４に対応した形状で薄膜１６が形成される。なお、端部アノード電極板５０および端部カソード電極板６０にはかかる開口部は設けられていない。
【００２６】
成膜中に被成膜基板８をより安定に保持すべく、上述の中央部アノード電極板５１および中央部カソード電極板６１の開口部１４の内周部分に、図４の断面図に示すような突起１２を設けてもよい。
【００２７】
実施の形態２．
実施の形態１では電極板１３の開口部１４を覆うように被成膜基板８を載置して成膜を行ったが、この場合には図３に示すように被成膜基板８の表面側全面１５および裏面側の中央部１６に所望の膜を成膜することができる。一方、載置する被成膜基板８の表面側あるいは裏面側のどちらか一方に意図的に部分的に成膜を行う必要がある場合には、例えば図５に示すように、開口部１４を所望の形に加工することにより、開口部の形状に対応した裏面側の中央部に成膜しない部分を残すような薄膜１７を形成することも容易に可能である。この結果、裏面の薄膜のパターニングを写真製版工程を経ることなく形成できる。
【００２８】
このように、裏面の所望の部分に成膜ができるよう開口部の形状を自由に設計することができ、裏面側の設計に大きな自由度がある特徴を有する。もちろん表裏面いずれにもパターン化された部分的な成膜を必要とする場合には、裏面側は開口部に加工を施すことにより、また表面側は所望のパターンが形成された遮蔽用マスクを被成膜基板８上に配置することにより、被成膜基板両面に対して所望の部分にのみ成膜を行うことができることは言うまでもない。
【００２９】
従来の製造方法では裏面全体に薄膜を形成すると裏面のｐ型電極と多結晶Ｓｉ基板との導通が取れなくなり、ｐ型電極を形成するべき部分の薄膜は除去するか、あるいは始めからその部分には薄膜が成膜しないようにする必要があったが、かかる製造方法を用いれば、ｐ型電極形成を行う部分のみ成膜されない様にマスクパターンを電極板の開口部に予め形成しておくと、後工程で該当部分の除去しなくてもよい。
【００３０】
また、本発明の実施の形態１および２では、被成膜基板８を水平に配置する構造のプラズマＣＶＤ装置を実施例として示したが、図７に示すように被成膜基板８を垂直に配置する構造のプラズマＣＶＤ装置でも全く同様に適用できることは言うまでも無い。垂直配置の場合には、電極板に被成膜基板８を保持するための機構が必要となるが、それ以外の構造および動作は水平配置のプラズマＣＶＤ装置と何ら変わることは無い。
【００３１】
さらに、本実施例ではアノードおよびカソード電極板対が２組のものを図示したが、３組以上であっても同様の成膜が可能であることは言うまでも無い。また、本発明の実施例では主に太陽電池の特性向上を目的としたものであるが、太陽電池以外の半導体デバイス、たとえば多結晶Ｓｉ薄膜トランジスタ等で基板両面に同一の薄膜を成膜することが必要な場合に適用できるのは言うまでも無い。
【００３２】
実施の形態３．
本発明に係るプラズマＣＶＤ装置を用いてＳｉＮ薄膜形成を行う太陽電池を作製すべく、被成膜基板である多結晶Ｓｉ基板の表裏両面にＳｉＮ薄膜を形成する場合は、通常の結晶系太陽電池と同様のプロセスでｎ型拡散層１０１と裏面側のＢＳＦ層１０３を形成した多結晶Ｓｉ基板に、表面側の反射防止膜１０４および裏面側のＳｉＮ薄膜１０６を、１回の成膜プロセスで同時に形成する。電極１０５はこれらのＳｉＮ薄膜１０４、１０６の成膜後に形成する。図６に電極１０５形成後の太陽電池の素子断面図を示す。かかる工程を採用した結果、変換効率の高い太陽電池を高スループットで製造することができる。
【００３３】
【発明の効果】
この発明に係るプラズマＣＶＤ装置では、真空チャンバーと、真空チャンバー内で交互に対向配置されたアノード電極板およびカソード電極板と、両電極板に高周波を印加して両電極板間に高周波プラズマを発生させる高周波電源とを備え、アノード電極板、カソード電極板の両方または一方の被成膜基板を載置する領域に被成膜基板に略一致した形状を呈し、被成膜基板の両面を高周波プラズマに曝さらす開口部を少なくとも１以上有することとしたので、１回の成膜工程で基板の両面に薄膜を形成できる効果がある。
また、この発明に係るプラズマＣＶＤ装置では、上述の開口部で被成膜基板を載置する面と反対側に面する部分に所望のパターン形状に対応した遮蔽領域が設けられているので、１回の成膜工程で被成膜基板の両面に複数毎の薄膜を成膜でき、かつ裏面側に形成された薄膜のパターニングを写真製版工程を経ることなく実現できる。
【００３４】
また、この発明に係るプラズマＣＶＤ装置では、上述の開口部の内周部分に被成膜基板を保持するための突起部を設けたので、被成膜基板を安定に保持しつつ１回の成膜工程で被成膜基板の両面に薄膜を成膜できる効果がある。
【００３５】
また、この発明に係るプラズマＣＶＤ装置では、被成膜基板において遮蔽領域に対向する面と反対側の面に配置される、所望のパターンが形成された遮蔽用マスクを備えたので、被成膜基板の表面に対して所望の部分にのみ成膜を行うことができる。
【００３６】
この発明に係る太陽電池の製造方法では、シリコン基板に略一致した形状を呈する開口部が設けられた所定のアノード電極板および／またはカソード電極板を具備したプラズマＣＶＤ装置によりシリコン基板の表面に対しては反射防止膜として機能し、裏面に対しては保護膜として機能する薄膜を同時に形成する工程と、を備えたので、変換効率の高い太陽電池を高スループットで製造することができる。
【００３７】
また、この発明に係る太陽電池の製造方法では、薄膜を同時に形成する工程の前に、シリコン基板の裏面に成膜されるパターンが形成された開口部に、シリコン基板の裏面がパターンに対向するようにシリコン基板を載置する工程を備えたので、シリコン基板の裏面に対して所望の部分にのみ成膜を行うことができる。
【００３８】
また、この発明に係る太陽電池の製造方法では、シリコン基板を開口部に載置した後に、シリコン基板の表面に成膜されるパターンが形成された遮蔽用マスクを、シリコン基板の表面の上に配置する工程を備えたので、シリコン基板の表面に対して所望の部分にのみ成膜を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１を示すプラズマＣＶＤ装置の概略構造図である。
【図２】 本発明の実施の形態１を示すプラズマＣＶＤ装置の電極板の上面図である。
【図３】 本発明の実施の形態１を示す被成膜基板表裏への成膜の様子を示した概略図である。
【図４】 本発明の実施の形態１を示すプラズマＣＶＤ装置の電極板の開口部分の断面図である。
【図５】 本発明の実施の形態２を示す被成膜基板表裏への成膜の様子を示した概略図である。
【図６】 本発明の実施の形態３である多結晶Ｓｉ基板表裏へＳｉＮ薄膜形成を行った太陽電池の素子構造の断面図である。
【図７】 本発明の別の実施の形態である被成膜基板を垂直に保持する構造のプラズマＣＶＤ装置の概略構造図である。
【図８】 従来のプラズマＣＶＤ装置の装置構成図である。
【図９】 従来のプラズマＣＶＤ装置の電極板の上面図である。
【図１０】 従来の多結晶Ｓｉ基板の表面側のみにＳｉＮ薄膜の形成を施した太陽電池の素子構造の断面図である。
【符号の説明】
１ 材料ガスボンベ、 ２ ガス供給コントローラ、 ３ ガス供給ノズル、 ４ 真空チャンバー、 ５ アノード電極板、 ６ カソード電極板、 ７ コネクタ、 ８ 被成膜基板、 ９ 高周波電源、 １０ 高周波プラズマ、 １１ 真空排気系、 １２ 開口部の内周部分に設けられた突起、 １３ 開口部を具備する電極板、 １４ 開口部、 １５ 表面側の薄膜形成部、 １６ 裏面側の薄膜形成部、 １７ 開口部を所望の形状に加工した薄膜、 １８ 電極板、 ５０ 端部アノード電極板、 ５１ 中央部アノード電極板、 ６０ 端部カソード電極板、 ６１ 中央部カソード電極板、 １００ ｐ型多結晶Ｓｉ基板、 １０１ ｎ型拡散層、 １０２ ｐｎ接合、 １０３ ＢＳＦ層、 １０４ 反射防止膜、 １０５ 電極、 １０６ 裏面側のＳｉＮ薄膜
【発明の属する技術分野】
この発明は、プラズマＣＶＤ装置、このプラズマＣＶＤ装置を用いた薄膜形成方法、および太陽電池の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)装置を図８に基づいて説明する。図８において１は成膜用材料ガスが封入されたガスボンベ、２はガス供給コントローラ、３はガス供給ノズル、４は真空チャンバー、５はアノード電極板、６はカソード電極板、７は複数のアノード電極板間あるいはカソード電極板間を電気的に接続するコネクタ、８は被成膜基板、９は高周波電源、１０は高周波電源により発生したプラズマ、１１は真空排気系をそれぞれ示す。
【０００３】
次に図８に示されたプラズマＣＶＤ装置の動作について説明する。成膜用材料ガスが封入されたガスボンベ１からガス供給コントローラ２を通して所望の流量に制御された成膜用材料ガスは、ガス供給ノズル３を経て真空排気系１１により所望の真空度まで減圧した真空チャンバー４内へ導入される。高周波電源９からアノード電極板５に供給され、一方のカソード電極板６との両電極板間で発生する高周波プラズマ１０によって、材料ガスはプラズマ分解され、カソードおよびアノード電極板５，６に載置された被成膜基板８の成膜に供される。
【０００４】
なお、図８の従来のプラズマＣＶＤ装置では、成膜１回当りの処理枚数の向上を図るためアノード電極板５およびカソード電極板６を複数枚具備した装置構成を具体例として挙げている。複数のアノードおよびカソード電極板間を電気的に接続するため、コネクタ７がそれぞれ取り付けられている。
【０００５】
また、図９は従来のプラズマＣＶＤ装置のアノード電極あるいはカソード電極を構成する電極板１８の上面図である。図８に示すような表面が水平面である電極板上に被成膜基板８を載置して成膜する装置構成では、電極板の表面は一般に平坦であるが、被成膜基板８が定形である場合には、被成膜基板８を安定に保持するため、電極板１８中に被成膜基板形状に対応した座ぐりが形成されている場合もある。
【０００６】
座ぐりの有無に係わらず、従来の電極板１８では高周波プラズマ１０は被成膜基板８の裏面側には殆ど回り込まないので、被成膜基板８で高周波プラズマ１０に曝される側にのみ成膜される。この結果、図８に示した従来のプラズマＣＶＤ装置を用いて被成膜基板８の両面にそれぞれ成膜したい場合は、一旦真空チャンバー４内を大気圧に戻して被成膜基板８を真空チャンバー４外部に取り出し、再度所望の面を高周波プラズマに曝さらすよう、被成膜基板８を両電極板５，６上に配置して再度成膜する必要があった。
【０００７】
次に図１０に基づき従来の一般的な結晶シリコン（Ｓｉ）系太陽電池の素子構造を説明する。図１０において、１００は例えばｐ型の多結晶Ｓｉ基板、１０１はｐ型多結晶Ｓｉ基板１００の表面に形成されたｎ型拡散層、１０２はｐ型多結晶Ｓｉ基板１００と上記ｎ型拡散層１０１との間に形成されたｐｎ接合、１０３はｐ型多結晶Ｓｉ基板１００の裏面側に形成されたｐ+型裏面電界（Back-Surface-Field,ＢＳＦ）層、１０４はｎ型拡散層１０１上に形成された例えば窒化膜（ＳｉＮ）からなる反射防止膜、１０５は電極をそれぞれ示す。
【０００８】
次に図１０の太陽電池の動作について説明する。光照射により多結晶Ｓｉ基板内で発生した電子−正孔対はｐ型の多結晶Ｓｉ基板１００と表面側に形成されたｎ型拡散層１０１との間のｐｎ接合１０２によって分離され、電子はｎ型拡散層１０１へ、また正孔は裏面側に形成されたＢＳＦ層１０３へ移動して、それぞれの面に形成された電極１０５により収集される。なお、表面側に形成された反射防止膜１０４は表面での光反射を抑制し、ｐ型多結晶Ｓｉ基板１００内へ入射する光の量を多くする機能がある。
【０００９】
プラズマＣＶＤ法で形成したＳｉＮからなる反射防止膜１０４では、材料ガスとしてシラン（ＳｉＨ4）およびアンモニア（ＮＨ3）が一般的に用いられ、これらの材料ガスをプラズマで分解および成膜する際に多量の水素原子やラジカルが発生する。この水素原子が被成膜基板８である多結晶Ｓｉ基板１００中の結晶欠陥を不活性化することで、素子特性に大きな影響を与える少数キャリア拡散長を、反射防止膜形成処理、すなわち水素プラズマ処理前に比べて著しく増大させることができ、この結果、素子特性が大幅に改善される。
【００１０】
しかしながら、図９に示すような電極板１８の構造および図１０に示すような太陽電池の素子構造では、表面側の成膜時に裏面側からの水素原子による結晶欠陥の不活性化は困難であった。
【００１１】
このため、多結晶Ｓｉ基板１００の裏面側からも水素原子やラジカルの供給を行う目的で、裏面側にも再度ＳｉＮ薄膜を形成する方法が試みられている。この場合の太陽電池の断面構造を図６に示す。図６において図１０と同一番号は同一、あるいは同等の部分を意味し、１０６は裏面側に形成されたＳｉＮ薄膜を表す。図６に示した素子構造では裏面側にＳｉＮ薄膜を形成する際に、裏面側からも水素原子やラジカルの供給ができるので、裏面側に存在する結晶欠陥の不活性化に対して有効であった。したがって、多結晶Ｓｉ基板１００の表面側のみから水素処理を行った太陽電池よりも良好な素子特性を示す太陽電池作製の報告がなされていた。
【００１２】
しかし、この場合、被成膜基板８、すなわち多結晶Ｓｉ基板１００の裏面側から水素原子やラジカルを供給するには、表面側の反射防止膜１０４、すなわちＳｉＮ薄膜を形成した後に真空を破り一旦大気圧に戻し、被成膜基板８を裏返してカソードやアノード電極板５，６上に載置した後、再度真空引きを行い、裏面側にＳｉＮ薄膜を成膜せねばならなかった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように多結晶Ｓｉ基板の表面側のみにＳｉＮ薄膜を形成した多結晶Ｓｉ太陽電池では、裏面側での欠陥の不活性化効果が無く、変換効率の向上が図れなかった。
【００１４】
また、素子特性向上のために従来のプラズマＣＶＤ装置を用いて多結晶Ｓｉ基板の両面に成膜を行うには、表面側と裏面側の２回に分けて成膜を行うため、片面のみの成膜の場合と比して２倍の処理時間を要するのでスループットが低下することに加えて、最初に成膜した面が再度の成膜時には電極板に接触するため薄膜に損傷を与えたり、被成膜基板の加熱冷却工程を２度繰り返すために多結晶Ｓｉ基板そのものの品質の低下を引き起こしたりする問題があった。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、真空チャンバーと、真空チャンバー内で交互に対向配置されたアノード電極板およびカソード電極板と、両電極板に高周波を印加して両電極板間に高周波プラズマを発生させる高周波電源とを備え、アノード電極板、カソード電極板の両方または一方の被成膜基板を載置する領域に被成膜基板に略一致した形状を呈し、被成膜基板の両面を高周波プラズマに曝さらす開口部を少なくとも１以上有し、上述の開口部で被成膜基板を載置する面と反対側に面する部分に所望のパターン形状に対応した遮蔽領域が設けられたものである。
【００１６】
また、この発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、上述の開口部の内周部分に被成膜基板を保持するための突起部を設けたものである。
【００１７】
また、この発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、被成膜基板において遮蔽領域に対向する面と反対側の面に配置される、所望のパターンが形成された遮蔽用マスクを備えたものである。
【００１８】
この発明に係る太陽電池の製造方法は、シリコン基板に略一致した形状を呈する開口部が設けられた所定のアノード電極板および／またはカソード電極板を具備したプラズマＣＶＤ装置により、シリコン基板の表面に対しては反射防止膜として機能し、裏面に対しては保護膜として機能する薄膜を同時に形成する工程を備えたこととしたものである。
【００１９】
また、この発明に係る太陽電池の製造方法は、薄膜を同時に形成する工程の前に、シリコン基板の裏面に成膜されるパターンが形成された開口部に、シリコン基板の裏面がパターンに対向するようにシリコン基板を載置する工程を備えたものである。
【００２０】
また、この発明に係る太陽電池の製造方法は、シリコン基板を開口部に載置した後に、シリコン基板の表面に成膜されるパターンが形成された遮蔽用マスクを、シリコン基板の表面の上に配置する工程を備えたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明に係るプラズマＣＶＤ装置の概略構成図である。図中、１は成膜用材料ガスが封入されたガスボンベ、２はガス供給コントローラ、３はガス供給ノズル、４は真空チャンバー、５はアノード電極板、６はカソード電極板、７は複数のアノード電極板間あるいはカソード電極板間を電気的に接続するコネクタ、８は被成膜基板、９は高周波電源、１０は高周波電源により発生したプラズマ、１１は真空排気系、５０は端部アノード電極板、５１は中央部アノード電極板、６０は端部カソード電極板、６１は中央部カソード電極板、をそれぞれ示す。
【００２２】
本発明に係るプラズマＣＶＤ装置における成膜方法について説明する。なお、中央部アノード電極板５１および中央部カソード電極板６１以外は図８に示す従来のプラズマＣＶＤ装置と同一である。
【００２３】
成膜用材料ガスを封入したガスボンベ１からガス供給コントローラ２を通して所望の流量に制御された材料ガスがガス供給ノズル３を経て真空チャンバー４内へ導入される。真空排気系１１により所望の真空度まで減圧した真空チャンバ−４内に導入された材料ガスは、高周波電源９により端部アノード電極板５０および中央部アノード電極板５１に供給され一方の端部カソード電極板６０および中央部カソード電極板６１との間で発生する高周波プラズマ１０によってプラズマ分解され、被成膜基板８の成膜に供される。
【００２４】
なお、実施の形態１では成膜１回当たりの処理枚数の向上を図るためアノード電極板５０，５１およびカソード電極板６０，６１を複数具備した装置構成を具体例として挙げている。複数のアノードあるいはカソード電極板間を電気的に接続するため、コネクタ７がそれぞれ取り付けられている。
【００２５】
次に本発明のプラズマＣＶＤ装置のアノードおよびカソード電極板について説明する。図２の上面図に示すように、中央部アノード電極板５１および中央部カソード電極板６１のような電極板１３には開口部１４が設けられている。かかる開口部を塞ぐように載置された被成膜基板８では、図３に示すように１回の成膜プロセスで表面側には被成膜基板８の全面に薄膜１５が形成され、さらに裏面側にも開口部１４に対応した形状で薄膜１６が形成される。なお、端部アノード電極板５０および端部カソード電極板６０にはかかる開口部は設けられていない。
【００２６】
成膜中に被成膜基板８をより安定に保持すべく、上述の中央部アノード電極板５１および中央部カソード電極板６１の開口部１４の内周部分に、図４の断面図に示すような突起１２を設けてもよい。
【００２７】
実施の形態２．
実施の形態１では電極板１３の開口部１４を覆うように被成膜基板８を載置して成膜を行ったが、この場合には図３に示すように被成膜基板８の表面側全面１５および裏面側の中央部１６に所望の膜を成膜することができる。一方、載置する被成膜基板８の表面側あるいは裏面側のどちらか一方に意図的に部分的に成膜を行う必要がある場合には、例えば図５に示すように、開口部１４を所望の形に加工することにより、開口部の形状に対応した裏面側の中央部に成膜しない部分を残すような薄膜１７を形成することも容易に可能である。この結果、裏面の薄膜のパターニングを写真製版工程を経ることなく形成できる。
【００２８】
このように、裏面の所望の部分に成膜ができるよう開口部の形状を自由に設計することができ、裏面側の設計に大きな自由度がある特徴を有する。もちろん表裏面いずれにもパターン化された部分的な成膜を必要とする場合には、裏面側は開口部に加工を施すことにより、また表面側は所望のパターンが形成された遮蔽用マスクを被成膜基板８上に配置することにより、被成膜基板両面に対して所望の部分にのみ成膜を行うことができることは言うまでもない。
【００２９】
従来の製造方法では裏面全体に薄膜を形成すると裏面のｐ型電極と多結晶Ｓｉ基板との導通が取れなくなり、ｐ型電極を形成するべき部分の薄膜は除去するか、あるいは始めからその部分には薄膜が成膜しないようにする必要があったが、かかる製造方法を用いれば、ｐ型電極形成を行う部分のみ成膜されない様にマスクパターンを電極板の開口部に予め形成しておくと、後工程で該当部分の除去しなくてもよい。
【００３０】
また、本発明の実施の形態１および２では、被成膜基板８を水平に配置する構造のプラズマＣＶＤ装置を実施例として示したが、図７に示すように被成膜基板８を垂直に配置する構造のプラズマＣＶＤ装置でも全く同様に適用できることは言うまでも無い。垂直配置の場合には、電極板に被成膜基板８を保持するための機構が必要となるが、それ以外の構造および動作は水平配置のプラズマＣＶＤ装置と何ら変わることは無い。
【００３１】
さらに、本実施例ではアノードおよびカソード電極板対が２組のものを図示したが、３組以上であっても同様の成膜が可能であることは言うまでも無い。また、本発明の実施例では主に太陽電池の特性向上を目的としたものであるが、太陽電池以外の半導体デバイス、たとえば多結晶Ｓｉ薄膜トランジスタ等で基板両面に同一の薄膜を成膜することが必要な場合に適用できるのは言うまでも無い。
【００３２】
実施の形態３．
本発明に係るプラズマＣＶＤ装置を用いてＳｉＮ薄膜形成を行う太陽電池を作製すべく、被成膜基板である多結晶Ｓｉ基板の表裏両面にＳｉＮ薄膜を形成する場合は、通常の結晶系太陽電池と同様のプロセスでｎ型拡散層１０１と裏面側のＢＳＦ層１０３を形成した多結晶Ｓｉ基板に、表面側の反射防止膜１０４および裏面側のＳｉＮ薄膜１０６を、１回の成膜プロセスで同時に形成する。電極１０５はこれらのＳｉＮ薄膜１０４、１０６の成膜後に形成する。図６に電極１０５形成後の太陽電池の素子断面図を示す。かかる工程を採用した結果、変換効率の高い太陽電池を高スループットで製造することができる。
【００３３】
【発明の効果】
この発明に係るプラズマＣＶＤ装置では、真空チャンバーと、真空チャンバー内で交互に対向配置されたアノード電極板およびカソード電極板と、両電極板に高周波を印加して両電極板間に高周波プラズマを発生させる高周波電源とを備え、アノード電極板、カソード電極板の両方または一方の被成膜基板を載置する領域に被成膜基板に略一致した形状を呈し、被成膜基板の両面を高周波プラズマに曝さらす開口部を少なくとも１以上有することとしたので、１回の成膜工程で基板の両面に薄膜を形成できる効果がある。
また、この発明に係るプラズマＣＶＤ装置では、上述の開口部で被成膜基板を載置する面と反対側に面する部分に所望のパターン形状に対応した遮蔽領域が設けられているので、１回の成膜工程で被成膜基板の両面に複数毎の薄膜を成膜でき、かつ裏面側に形成された薄膜のパターニングを写真製版工程を経ることなく実現できる。
【００３４】
また、この発明に係るプラズマＣＶＤ装置では、上述の開口部の内周部分に被成膜基板を保持するための突起部を設けたので、被成膜基板を安定に保持しつつ１回の成膜工程で被成膜基板の両面に薄膜を成膜できる効果がある。
【００３５】
また、この発明に係るプラズマＣＶＤ装置では、被成膜基板において遮蔽領域に対向する面と反対側の面に配置される、所望のパターンが形成された遮蔽用マスクを備えたので、被成膜基板の表面に対して所望の部分にのみ成膜を行うことができる。
【００３６】
この発明に係る太陽電池の製造方法では、シリコン基板に略一致した形状を呈する開口部が設けられた所定のアノード電極板および／またはカソード電極板を具備したプラズマＣＶＤ装置によりシリコン基板の表面に対しては反射防止膜として機能し、裏面に対しては保護膜として機能する薄膜を同時に形成する工程と、を備えたので、変換効率の高い太陽電池を高スループットで製造することができる。
【００３７】
また、この発明に係る太陽電池の製造方法では、薄膜を同時に形成する工程の前に、シリコン基板の裏面に成膜されるパターンが形成された開口部に、シリコン基板の裏面がパターンに対向するようにシリコン基板を載置する工程を備えたので、シリコン基板の裏面に対して所望の部分にのみ成膜を行うことができる。
【００３８】
また、この発明に係る太陽電池の製造方法では、シリコン基板を開口部に載置した後に、シリコン基板の表面に成膜されるパターンが形成された遮蔽用マスクを、シリコン基板の表面の上に配置する工程を備えたので、シリコン基板の表面に対して所望の部分にのみ成膜を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１を示すプラズマＣＶＤ装置の概略構造図である。
【図２】 本発明の実施の形態１を示すプラズマＣＶＤ装置の電極板の上面図である。
【図３】 本発明の実施の形態１を示す被成膜基板表裏への成膜の様子を示した概略図である。
【図４】 本発明の実施の形態１を示すプラズマＣＶＤ装置の電極板の開口部分の断面図である。
【図５】 本発明の実施の形態２を示す被成膜基板表裏への成膜の様子を示した概略図である。
【図６】 本発明の実施の形態３である多結晶Ｓｉ基板表裏へＳｉＮ薄膜形成を行った太陽電池の素子構造の断面図である。
【図７】 本発明の別の実施の形態である被成膜基板を垂直に保持する構造のプラズマＣＶＤ装置の概略構造図である。
【図８】 従来のプラズマＣＶＤ装置の装置構成図である。
【図９】 従来のプラズマＣＶＤ装置の電極板の上面図である。
【図１０】 従来の多結晶Ｓｉ基板の表面側のみにＳｉＮ薄膜の形成を施した太陽電池の素子構造の断面図である。
【符号の説明】
１ 材料ガスボンベ、 ２ ガス供給コントローラ、 ３ ガス供給ノズル、 ４ 真空チャンバー、 ５ アノード電極板、 ６ カソード電極板、 ７ コネクタ、 ８ 被成膜基板、 ９ 高周波電源、 １０ 高周波プラズマ、 １１ 真空排気系、 １２ 開口部の内周部分に設けられた突起、 １３ 開口部を具備する電極板、 １４ 開口部、 １５ 表面側の薄膜形成部、 １６ 裏面側の薄膜形成部、 １７ 開口部を所望の形状に加工した薄膜、 １８ 電極板、 ５０ 端部アノード電極板、 ５１ 中央部アノード電極板、 ６０ 端部カソード電極板、 ６１ 中央部カソード電極板、 １００ ｐ型多結晶Ｓｉ基板、 １０１ ｎ型拡散層、 １０２ ｐｎ接合、 １０３ ＢＳＦ層、 １０４ 反射防止膜、 １０５ 電極、 １０６ 裏面側のＳｉＮ薄膜
Claims (6)
- 真空チャンバーと、
前記真空チャンバー内で交互に対向配置されたアノード電極板およびカソード電極板と、前記両電極板に高周波を印加して両電極板間に高周波プラズマを発生させる高周波電源と、
を備え、
前記アノード電極板、カソード電極板の両方または一方の被成膜基板を載置する領域に前記被成膜基板に略一致した形状を呈し、前記被成膜基板の両面を前記高周波プラズマに曝さらす開口部を少なくとも１以上有し、
前記開口部で前記被成膜基板を載置する面と反対側に面する部分に所望のパターン形状に対応した遮蔽領域が設けられていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。 - 前記開口部の内周部分に前記被成膜基板を保持するための突起部を設けたことを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
- 前記被成膜基板において前記遮蔽領域に対向する面と反対側の面に配置される、所望のパターンが形成された遮蔽用マスクを備えたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のプラズマＣＶＤ装置。
- シリコン基板に略一致した形状を呈する開口部が設けられた所定のアノード電極板および／またはカソード電極板を具備したプラズマＣＶＤ装置により、前記シリコン基板の表面に対しては反射防止膜として機能し、裏面に対しては保護膜として機能する薄膜を同時に形成する工程を備えたことを特徴とする太陽電池の製造方法。
- 薄膜を同時に形成する工程の前に、
前記シリコン基板の裏面に成膜されるパターンが形成された開口部に、前記シリコン基板の裏面が前記パターンに対向するように前記シリコン基板を載置する工程を備えたことを特徴とする請求項４記載の太陽電池の製造方法。 - 前記シリコン基板を開口部に載置した後に、前記シリコン基板の表面に成膜されるパターンが形成された遮蔽用マスクを、前記シリコン基板の表面の上に配置する工程を備えたことを特徴とする請求項４または５のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
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