JPH04242979A - 薄膜半導体装置製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体薄膜からなるｐ
−ｉ−ｎ接合の複数個を積重ねたタンデム型の太陽電池
のような薄膜半導体装置製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アモルファス・シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ
）などの半導体薄膜からなるｐ−ｉ−ｎ接合をもつ半導
体装置としては太陽電池が知られている。太陽電池の実
用化には変換効率の向上が必須であるが１個のｐ−ｉ−
ｎ接合による太陽電池の変換効率の大幅な向上は難しい
ので、ｐ−ｉ−ｎ接合を複数個積重ねたタンデム型の太
陽電池が考えられている。図２はそのような２層タンデ
ム型の太陽電池の一例を示し、ガラス基板１上に形成さ
れたＳｎＯ２　等の透明導電材料からなる透明電極の上
に、例えば雑誌「ジャーナル・オブ・アプライド・フィ
ジックス（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ）　第５３巻（１９８２年）５２３７ペー
ジに記載されているようにａ−Ｓｉより光学ギャップＥ
ｇの大きいアモルファス・シリコンカーバイド（ａ−Ｓ
ｉＣ：Ｈ）からなる厚さ約１５０Åのｐ層３を成膜し、
次いでａ−Ｓｉ：Ｈからなる厚さ約１０００Åのｉ層４
、微結晶シリコン（μＣ−Ｓｉ）からなる厚さ約２００
Åのｎ層５を積層し、再び厚さ約１５０Åのｐ型ａ−Ｓ
ｉＣ：Ｈ層３、厚さ約３０００Åのｉ質ａ−Ｓｉ：Ｈ層
４および厚さ約２００Åのｎ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ層６から
なるｐ−ｉ−ｎ構造を形成し、最後にＡｇあるいはＡｌ
の金属膜からなる裏面電極７を設けたものである。

【０００３】一方、ｐ−ｉ−ｎ接合を形成するには、従
来図３に示すようなシングルチャンバ方式の装置か、あ
るいは図４に示すような分離チャンバ方式の装置が用い
られていた。シングルチャンバ方式では、高周波電極２
１，２２を上下に対向させた成膜室１０は１室のみで、
その両側にロードロック室３１，３２が設けられている
。各室１０，３１，３２には、真空バルブ４１，メカニ
カルブースタ４２，ロータリーポンプ１３からなる真空
排気系がそれぞれ接続されている。一面に透明電極が形
成された基板１はサセプタ２３の上に支持されており、
ロードロック室３１で２００℃程度に加熱したのち、成
膜室１０に送り込まれる。成膜室１０には真空排気のの
ち、ｐ，ｉ，ｎの成膜のための所要の反応ガスをガス供
給管４５からバルブ４４を介して導入し、電極２１，２
２間に高周波電圧を印加することにより、ヒータ２４で
加熱された基板上に薄膜が形成される。成膜の終わった
基板１は、ロードロック室３２のゲートバルブ２５を開
いて外に取出される。

【０００４】図４に示す分離チャンバ方式の装置は、ロ
ードロック室３１，３２の間に例えば電気学会論文誌Ｄ
第１０８巻（昭６３）第２号１２７ページで公知のよう
に三つの成膜室１１，１２，１３を有し、１１はｐ成膜
室，１２はｉ成膜室，１３はｎ成膜室で、各室にそれぞ
れ真空排気系４１，４２，４３，ガス供給系４４，４５
が連結され、内部に高周波電極２１，２２およびヒータ
２４が設置されている。サブストレート２３に支持され
てロードロック室３１から送り込まれる基板１の上に成
膜室１１，１２，１３で順次ｐ層，ｉ層，ｎ層が積層さ
れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のシングルチャン
バ方式の装置を用いてｐ層を形成し、次に成膜室１０内
を真空排気し、組成の異なる反応ガスを用いてｉ層を形
成し、再び成膜室１０内を真空排気し、さらに組成の異
なる反応ガスを用いてｎ層を形成し、これを繰り返して
タンデム型の太陽電池を形成する場合、真空排気によっ
て反応ガスを完全に除去できないことからｉ層内部にｐ
，ｎ層を形成するためのドーピング物質であるりんやほ
う素が残留し、それらがｉ層に混入して膜質を低下させ
てしまう。ｐ，ｉ，ｎ層を異なる成膜室で形成する分離
チャンバ方式の装置を用いれば、このようなｉ層の膜質
低下の問題はなくなるが、インライン方式で量産的にタ
ンデム型太陽電池を製造しようとすると、例えば２層タ
ンデム型では６室、３層タンデム型では９室の成膜室が
必要となり装置コストが高くなるという問題があった。

【０００６】本発明の目的は、これらの問題を考慮し、
ｉ層の汚染がなく、かつインライン方式で少ない数の成
膜室を用いてタンデム型の太陽電池を製造できる薄膜半
導体装置製造装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の薄膜半導体装置製造装置は、複数の真性
薄膜用成膜室が第一導電型および第二導電型薄膜兼用成
膜室をはさんで一列に配置され、一端に第一導電型薄膜
専用成膜室が、他端に第二導電型薄膜専用成膜室が隣接
し、各成膜室にそれぞれ独立の真空排気系が連結され、
隣接成膜室との間および両端の成膜室の反対側にそれぞ
れ気密に閉鎖可能の開口部が設けられ、その開口部を通
して一方向に被成膜基体を移送することのできる搬送手
段を備えたものとする。あるいは、複数の真性薄膜用成
膜室が第一導電型および第二導電型薄膜兼用成膜室をは
さんで一列に配置され、一端の真性薄膜用成膜室は第一
導電型薄膜用成膜室を兼ね、他端の真性薄膜用成膜室に
は第二導電型薄膜用成膜室が隣接し、各成膜室にそれぞ
れ独立の真空排気系が連結され、隣接成膜室との間およ
び両端の成膜室のそれに対向する側にはそれぞれ気密に
閉鎖可能の開口部が設けられ、その開口部を通して一方
向に被成膜基体を移動できる搬送手段を備えたものとす
る。さらにそれらの薄膜半導体装置製造装置の両端の成
膜室の外側にそれぞれ真空排気系が連結された前室およ
び後室を備え、その前室および後室の隣接成膜室との間
およびそれに対向する側にそれぞれ気密に閉鎖可能の開
口部が設けられることが有効である。

【０００８】

【作用】外部から一端の第一導電型薄膜専用成膜室に入
れた基体に開口部を閉じてから真空にしたのちのその室
で、あるいは真空の前室から真空の第一導電型薄膜専用
成膜室に開口部を通じて入れた基体に開口部を閉じたの
ちのその室で第一導電型の半導体薄膜を成膜し、次いで
その室を真空にしてから開口部を開いて真空の真性薄膜
用成膜室に入れた基体に開口部を閉じたのちのその室で
真性半導体薄膜を成膜する。さらにその室を真空にして
から開口部を開いて真空の第一導電型および第二導電型
兼用成膜室に入れた基体に開口部を閉じたのちのその室
で先ず第二導電型の半導体薄膜を成膜し、つづいてその
室を一旦真空にしてからその室で第一導電型薄膜を成膜
し、真空排気後開口部を通じて真空の次の真性薄膜用成
膜室へ送る。同じ操作を繰り返したのち、最後の真性薄
膜用成膜室から真空の第二導電型薄膜専用室に入れた基
体に開口部を閉じたのちのその室で第二導電型の薄膜を
成膜し、常圧にしたその室から開口部を開いて外部へ基
体を出すか、あるいはその室を真空にし、開口部を開い
て真空の後室に移し、その室から基体を出す。別の場合
には、最初の第一導電型薄膜を一端の真性薄膜用成膜室
で成膜し、引きつづき一旦真空排気したその室で真性薄
膜を成膜し、以後は上記と同じ操作を行う。これにより
ｐ層，ｉ層，ｎ層の順にあるいはｎ層，ｉ層，ｐ層の順
に繰り返して積層することができ、複数のｐ−ｉ−ｎ接
合を積重ねたタンデム型の太陽電池などの薄膜半導体装
置ができ上がる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の一実施例の２層タンデム型太
陽電池製造をインライン方式で行う装置を示し、図４と
共通の部分には同一の符号が付されている。この装置で
は、二つのｉ成膜室１２の間にｎ層の成膜とｐ層の成膜
の双方を行うｐ／ｎ成膜室が存在する。一つのｉ成膜室
２の前には図４と同様にｐ成膜室１１とロードロック室
３１が設けられ、もう一つのｉ成膜室の後には図４と同
様にｎ成膜室１３とロードロック室３２が設けられてい
る。以下、この装置を用いての２層タンデム型太陽電池
の製造工程について述べる。

【００１０】図２に示したガラス基板１の上に透明電極
２を形成したのち、ロードロック室３１のゲートバルブ
２５を開いてサセプタ２３と共に図示しない回転ローラ
などの搬送手段によりロードロック室３１内に送り込み
、ゲートバルブを閉じ、真空排気系４１，４２，４３に
より真空排気したのち、室内のヒータなどによって２０
０℃に昇温し、１０分間保持して基板１およびサセプタ
２３からの真空抜きをする。次に予め真空排気したｐ成
膜室１１との間のゲートバルブ２５を開き、搬送手段に
より基板１およびサセプタ２３をｐ成膜室１１内に送り
込み、ゲートバルブを閉じる。この室へは、ガス供給系
４５，４４からＳｉＨ４，　Ｃ２　Ｈ２　，　Ｂ２　Ｈ
６　およびＨ２　の混合ガスを供給し、室内の気圧を０
．１〜１Ｔｏｒｒに保つ。ＳｉＨ４　に対する混合比は
、Ｃ２　Ｈ２が５％，Ｂ２　Ｈ６　が１％である。そし
て、基板１の温度をヒータ２４で２００℃に保ったまま
、電極２１，２２間に高周波電圧を印加し３分間にα−
ＳｉＣ：Ｈのｐ層３を約１５０Åの厚さに透明電極２の
上に成膜する。次いでｐ成膜室１１内を真空排気し、前
述と同様に予め真空排気したｉ成膜室１１に基板１をサ
セプタ２３と共に送り込む。そして、ＳｉＨ４　とＨ２
　の混合ガスを反応ガスとして０．１〜１Ｔｏｒｒの真
空中でのプラズマＣＶＤにより１０〜２０分の間に２０
０℃の基板１上のｐ層３の上にｉ層４を、１０００Å以
下の厚さに形成する。次には、同様にして送り込んだｐ
／ｎ成膜室１４で、ＳｉＨ４　，ＳｉＨ４　の１％のＰ
Ｈ３　，ＳｉＨ４　の２０〜５０倍のＨ２　の混合反応
ガスを用い、０．１〜１Ｔｏｒｒの真空中でのプラズマ
ＣＶＤにより１５分間に約２００Åの厚さのｎ型μＣ−
Ｓｉ層５を成膜する。つづいて、成膜室１４内を１０−
５Ｔｏｒｒまで真空排気する。この際の真空度が１０−
３Ｔｏｒｒ以下であると、ｎ膜形成のための反応ガスの
残留が多くなるので望ましくない。このあと、ｐ／ｎ成
膜室１４にＳｉＨ４　，　Ｃ２　Ｈ２　，　Ｂ２　Ｈ６
　およびＨ２　の混合ガスを供給してｐ成膜室１１にお
けると同様に３分間に厚さ約１５０Åのｐ層３を形成し
、さらに前述と同様な方法であるが成膜時間を３０〜６
０分にして厚さ約３０００Åのｉ層４を第二のｉ成膜室
１２で形成、最後にｐ／ｎ成膜室１４におけると同様に
ｎ型μＣ−Ｓｉ層を形成するか、あるいは印加高周波電
力を小さくしてｎ型のａ−ＳｉＨ層６を形成する。この
ようにして２層のｐ−ｉ−ｎ接合を形成した基板１を真
空にしたｎ成膜室１３からゲートバルブ２５を開いて真
空にしてあるロードロック室３２へ送り込み、ロードロ
ック室３２から外部へ取出す。裏面電極７は別の蒸着装
置で形成する。

【００１１】分離チャンバ方式で２層タンデム型太陽電
池を製造する場合には前述のように６室の成膜室を有す
る装置が必要である。これに対して図１の装置では成膜
室は５室であり、１室成膜室の数が少なくなった。しか
し、ｐ層，ｎ層の健全性はｉ層ほど要求されないので、
隣接するｎ層５，ｐ層３を同一成膜室で形成しても支障
はなく、同等の変換効率の太陽電池を製造することが可
能になった。そればかりか、ｎ層５とｐ層３の界面の欠
陥が増加することにより、両層間のオーム性接触の抵抗
が小さくなるのでタンデム型における変換効率の向上ま
でも期待できる。また、別個のｎ成膜室，ｐ成膜室でｎ
層５，ｐ層３を積層する場合に比し、基板の搬送に要す
る時間が節約できるうえ、ｉ成膜室１２における成膜時
間が半分以下であるｐ層，ｎ層の成膜が一室で行われる
ため、成膜室の遊び時間が少なくなるという装置の利用
効率上の効果もある。

【００１２】上記の製造例では、光がガラス基板を通じ
て入射する太陽電池であったが、基板より遠い表面側か
ら光が入射する太陽電池も本発明に基づく装置で製造で
きる。その場合は成膜の流れは図１の右から左へと進む
。またその方向にガラス基板を送って成膜すれば、ｎ層
側からｎ−ｉ−ｐ接合に光が入る光電変換素子が得られ
ることはもちろんである。

【００１３】３個以上のｐ−ｉ−ｎ接合を積重ねたタン
デム型太陽電池は、図１におけるｉ成膜室１２，ｐ／ｎ
成膜室１４の数を増せばよい。例えば３層タンデム型の
場合、成膜室を７室とすればよく、ｐ成膜室，ｎ成膜室
別個の場合より２室節減できた。なお３層タンデム型の
時は、３層目のｉ層はＥｇ１．４〜１．５ｅＶのａ−Ｓ
ｉＧｅ：Ｈによって形成することが有効である。

【００１４】図５は本発明の別の実施例の２層タンデム
型太陽電池のインライン方式製造装置を示し、図１と共
通の部分には同一の符号が付されている。図１と異なる
点はｐ室１１を別個にしないで最初に基板の入るｉ成膜
室をｉ層とｐ層兼用のｐ／ｉ成膜室１５としたことであ
る。これは、入射光の短波長側を最初のｉ層４で吸収し
て光電変換し、長波長側を第二のｉ層５で吸収して光電
変換するため、最初のｉ層の厚さは１０００Å以下と極
めて薄くされるので、このｉ層の内部の電界が強く、キ
ャリアが走りやすく、ｉ層内に多少欠陥があっても問題
がないことが明らかになったことによる。これにより、
さらに１室反応成膜室の数を減らすことが可能になり、
装置コストの一層の低減を達することができた。なお、
ガラス基板１上に先ずｎ層を形成するときは、ｎ層，ｉ
層を同一成膜室で形成する。

【００１５】上記の実施例ではプラズマＣＶＤ法を用い
て各成膜室で成膜したが、他の成膜法、例えば光ＣＶＤ
法を用いて成膜してもよい。なお、ロードロック室３１
，３２は、基板１およびサセプタ２３の清浄化のために
有効であるが状況によっては省略してもよい。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、複数のｐ−ｉ−ｎ接合
を積重ねる場合に隣接するｐ層とｎ層を同一成膜室で形
成することにより、それぞれ別個の成膜室で形成する場
合に比して成膜室数の少ないインライン方式の薄膜半導
体装置製造装置を得ることができた。ｉ層は独立した成
膜室で形成するためシングルチャンバタイプにくらべて
も高品質なｉ膜を形成する利点は失わず、また、ｐ層，
ｎ層間のオーム性接触の接触抵抗も低減できるので、高
特性の薄膜半導体装置を低設備コストで量産的に製造す
ることが可能になった。さらに、第一層目のｉ層の膜厚
を薄くする場合はその前に形成する層とｉ層とを共通の
成膜室で成膜することもでき、一層の成膜室節減が可能
である。もちろん、成膜室の前後に前室，後室を設ける
場合も、成膜室数減少の効果には変わりがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の２層タンデム型太陽電池製
造装置の断面図

【図２】図１の装置で製造される太陽電池の断面図

【図
３】従来のシングルチャンバ方式太陽電池製造装置の断
面図

【図４】従来の分離チャンバ方式太陽電池製造装置の断
面図

【図５】本発明の別の実施例の２層タンデム型太陽電池
製造装置の断面図

【符号の説明】

１　　　　ガラス基板 ２　　　　透明電極 ３　　　　ｐ層 ４　　　　ｉ層 ５　　　　ｎ層 ６　　　　ｎ層 ７　　　　裏面電極 １１　　　　ｐ成膜室 １２　　　　ｉ成膜室 １３　　　　ｎ成膜室 １４　　　　ｐ／ｎ成膜室 １５　　　　ｐ／ｉ成膜室 ２１　　　　電極 ２２　　　　電極 ２３　　　　サセプタ ２４　　　　ヒータ ２５　　　　ゲートバルブ ３１　　　　ロードロック室 ３２　　　　ロードロック室 ４１　　　　真空バルブ ４２　　　　メカニカルブースタ ４３　　　　ロータリーポンプ ４４　　　　バルブ ４５　　　　反応ガス供給管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の真性薄膜用成膜室が第一導電型およ
   び第二導電型薄膜兼用成膜室をはさんで一列に配置され
   、一端に第一導電型薄膜専用成膜室が、他端に第二導電
   型薄膜専用成膜室が隣接し、各成膜室にそれぞれ独立の
   真空排気系が連結され、隣接成膜室の間および両端の成
   膜室の対向する側にそれぞれ気密に閉鎖可能の開口部が
   設けられ、その開口部を通して一方向に被成膜基体を移
   送することのできる搬送手段を備えたことを特徴とする
   薄膜半導体装置製造装置。
2. 【請求項２】複数の真性薄膜用成膜室が第一導電型およ
   び第二導電型薄膜兼用成膜室をはさんで一列に配置され
   、一端の真性薄膜用成膜室は第一導電型薄膜用成膜室を
   兼ね、他端の真性薄膜用成膜室には第二導電型薄膜用成
   膜室が隣接し、各成膜室にそれぞれ独立の真空排気系が
   連結され、隣接成膜室の間および両端の成膜室の対向す
   る側にそれぞれ気密に閉鎖可能の開口部が設けられ、そ
   の開口部を通して一方向に被成膜基体を移送することの
   できる搬送手段を備えたことを特徴とする薄膜半導体装
   置製造装置。
3. 【請求項３】請求項１あるいは２記載の装置において、
   両端の成膜室の外側にそれぞれ真空排気系が連結された
   前室および後室を備え、その前室および後室の隣接成膜
   室との間およびそれに対向する側にはそれぞれ気密に閉
   鎖可能の開口部が設けられた薄膜半導体装置製造装置。