JPH0576172B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的には連続的またはバツチ式製造
技術によるより良い広領域光電池デバイス
（photo−voltaic devices）を製造するグロー放
電堆積装置に係り、より特定的には(1)不純物およ
び汚染物を集め、(2)プラズマ生成およびデポジツ
ト工程を行つて、実質的に均質かつ均一な組成を
有する半導体膜を基板の広領域面全体にデポジツ
トさせるアツプストリームカソードシステムに係
る。

本発明は(1)基板が絶える移動する少くとも２つ
の隣接するデポジシヨンチヤンバの各々の中で順
次半導体膜をデポジツトさせて基板上に連続的に
光電池デバイスを製造する装置、または(2)基板が
順次送られる少くとも２つの連結していないデポ
ジシヨンチヤンバの各々の中で順次半導体膜をデ
ポジツトさせて光電池デバイスをバツチ式工程で
製造する装置に関する。アモルフアス半導体膜の
組成は各デポジシヨンチヤンバに導入される特定
のプロセスガスによつて決まるので、半導体膜に
ほんの少量不純物や汚染物があつても製造された
光電池の効率に害をもたらす。それゆえ、デポジ
シヨンチヤンバに導入されるプロセスガス、なら
びにデポジシヨンチヤンバ自体の清浄性には十分
注意を払わなければならない。そのためデポジシ
ヨンチヤンバはグロー放電デポジシヨン工程に先
立つて外気と遮断し、気圧を低圧に下げ、高温に
加熱し、水素またはアルゴンの如きガスを注入す
る。

現在利用されているグロー放電デポジシヨン技
術では、プロセスガスデポジシヨンカソードの１
側面に沿つて間隔をとつて導入される。プロセス
ガスは真空ポンプで基板のデポジシヨン全面体へ
引かれ、そこにはデポジシヨンカソードまたはマ
イクロ波周波数ジエネレータと基板とによつて限
定された領域（以下“プラズマ領域”と称す）に
r.f.電源を有するカソードまたは極超短波（マイ
クロウエーブ）ジエネレータが電磁場を作り出
す。プロセスガスは電磁場に入ると解離し、プラ
ズマとなつて基板の露出面にデポジツトする。

しかし、基板のアツプストリーム部分、すなわ
ち、基板のデポジシヨン面をプロセスガスが流動
する時、最初に接触する基板の部分、の付近に作
られた半導体材料は、基板の残りの部分すなわち
ダウンストリームデポジシヨン面上に作られた半
導体材料と比較し、電気的に劣つた特性を示すこ
とが測定された。アツプストリームの半導体材料
の特性が電気的に劣る原因として、特に(1)デポジ
シヨンチヤンバのプラズマ領域に最初に入るプロ
セスガス中の不純物、(2)プロセスガスが通電され
た電磁場と最初に接触した時に該デポジシヨンチ
ヤンバ内に存在する周囲の条件から生ずる汚染、
および(3)プロセスガスが電磁場全体を移動する際
生ずる化学的結合の変化および、ボンデイングの
生成、があげられる。

更に詳細に述べると、“純粋（pure）”なプロ
セスガスを入手しようとしても、少くとも微量の
不純物が混入している。今までのグロー放電デポ
ジシヨン装置では、これら不純物はプロセスガス
が電磁場と接触する時に基板のアツプストリーム
側にデポジツトした。また、ポンプで低圧にし、
また清浄化しても、デポジシヨンカソードまたは
マイクロ周波数ジエネレータに動力を供給し電磁
場を作る時に、汚染物が自身吸収されていたデポ
ジシヨンチヤンバの壁面から遊離することもあろ
う。これらの不純物および汚染物は基板のアツプ
ストリーム側にデポジツトし、アツプストリーム
の半導体材料が電気的に劣る一因となる。

上記した、以前のデポジシヨン装置内で基板上
にデポジツトされた半導体膜の組成は、プロセス
ガスが電磁場の影響下に置かれている時間の長さ
によつて異ることが判明した。換言すれば、プロ
セスガスが最初に電磁場と接触し、これによつて
解離したときに生成する種と化合物は、よりダウ
ンストリームに位置する基板上にデポジツトした
種と化合物とは異なる。ダウンストリームの位置
にデポジツトした種と化合物の厳密な物理的、化
学的性質は現在、研究中で未だ十分に解明されて
いないが、電気感応性がまさつている（アツプス
トリームの位置にデポジツトした材料の感応性に
比し）ことは明らかである。

電気感応性のこのような改良が、プロセスガス
からの微量の不純物除去によるにし、デポジシヨ
ンチヤンバの壁面から遊離した汚染物の除去によ
るにしろ、種と化合物の生成および分解によるに
しろ、またはこれらの組合わせによるにしろ、基
板上にデポジツトされた材料が示す性質が電磁場
の存在下におかれる時間の長さによつて異ること
は明らかである。換言すれば、基板上にデポジツ
トされた半導体膜から製造された半導体デバイス
全体の電気的性質は層状の基板のダウンストリー
ム部分での方が優れている。

従つて本発明のグロー放電堆積装置の目的は、
基板上に良質の堆積膜を形成することにあり、該
目的は、基板上に堆積膜を形成するためのグロー
放電堆積チヤンバーと、プロセスガスを導入する
ための導入手段、前記プロセスガスを排気するた
めの排気手段、及び前記プロセスガスの流れを規
制する手段を含み、前記基板と電極との間に該基
板と実質的に平行なガスの流れを形成する手段
と、前記基板と所定の間隔をおいて前記チヤンバ
内に配置された前記電極、及び該電極に電圧を印
加する手段を含み、少なくとも該基板と該電極と
の間に堆積空間にグロー放電プラズマを生じさせ
るための手段と、前記チヤンバー内の前記電極と
前記基板との間に設けられ前記基板上への堆積膜
の形成を妨げるための部材と、を有し、前記部材
が、前記プロセスガスの流れの方向において、前
記堆積空間より上流に設けられていることを特徴
とするグロー放電堆積装置によつて達成される。

上記構成にてなるグロー放電堆積装置によれ
ば、同一チヤンバ内の基板上への堆積空間にプロ
セスガスが導入される前（上流）の空間に基板上
への堆積膜の形成を妨げる部材を配置してそこに
予めプラズマを発生させ不純物を含む膜を基板上
ではなく該部材上に堆積させることで、堆積空間
においては不純物の少ないプラズマを起こし、基
板上に良質の堆積膜を形成することができる。

本発明にてなるグロー放電堆積装置は、アツプ
ストリームカソードシステムを含んでもよく、該
アツプストリームカソードシステムが、(1)プロセ
スガスから不純物を、また、デポジシヨンチヤン
バの壁面から汚染物を集め、およびまたは(2)デポ
ジシヨン電磁場にプロセスガスを取り込むのに先
立ち、プロセスガスをデポジシヨン前の電磁場処
理に付す、ためにデポジシヨンカソードまたはマ
イクロ周波数ジエネレータのアツプストリーム部
分に電磁場を作ることにより、改良された半導体
膜が基板上にデポジツトされ、その膜は均質かつ
均一な組成で基板面全体を覆い改良された光電池
が形成される。

近年、比較的広い領域をカバーし得、かつｐ形
およびｎ形材料を形成すべくドープし得るアモル
フアス半導体合金をデポジツトせしめるシステム
の開発に多大な努力が払われてきた。これらｐ形
およびｎ形材料は、作動面で結晶性デバイスと実
質的に等価であるｐ−ｉ−ｎ形デバイスを製造す
るためのものである。

現在ではグロー放電技術によりアモルフアスシ
リコン合金を製造することが可能である。この合
金は(1)容認し得るエネルギギヤツプ内局在状態密
度と(2)すぐれた電子的性質とを有する。このよう
な技術は1980年10月７日付のStanford R.
OvshinskyおよびArun Madan名義米国特許第
4226898号“Amrophous Semiconductors
Equivalent to Crystalline Semiconductors”に
詳細に記載されており、該合金はまた、1980年８
月12日付でStanford R.Ovshinskyおよび
Masatsugu Izuに付与された同一名称の米国特許
第4217374号に詳細に記載されている蒸着法によ
つても製造し得る。これらの特許に開示されてい
るように、アモルフアスシリコン半導体内に導入
されたフツ素は半導体内の局在状態密度を実質的
に減少させるべく作用して、ゲルマニウムの如き
別の合金材料の添加を容易にする。

光電池デバイスの効率を向上させるのに多重電
池（multiple cells）を使用するという構想は既
に1955年にE.D.Jacksonによつて論じられてい
た。1960年８月６日付米国特許第2949498号。こ
の特許で論じられた多重セル構造はｐ−ｎ接合結
晶半導体デバイスを使用するものであつた。この
構想の本質は太陽スペクトルの種々の部分をより
効果的に集めて開路電圧（Voc.）を増大させる
べく、種々のバンドギヤツプデバイス（band
gap device）を使用することにある。タンデム
電池デバイスは２個以上の電池を有しており、光
が各電池を順次通過し、バンドギヤツプの大きい
材料とこれに続くバンドギヤツプの小さい材料と
が第１電池を通過した光を吸収する。各電池から
発生した電流を実質的に整合させれば開路電圧全
体が加算し得、その結果、この電池を通過する光
エネルギを最大限に使用し得ることになる。

光電池を連続的工程によつて大量生産し得るこ
とは、営利上重要なことは明らかである。太陽電
池製造の場合はバツチ生産するしかない結晶シリ
コンと異なり、アモルフアスシリコン合金は面積
の広い基板上に多層状にデポジツトされ得るた
め、太陽電池を連続的大量処理システムにより生
産できる。この種の連続的処理システムは、例え
ば以下の係属中の特許出願に開示されている。
1980年５月19日付U.S.特許出願第151301号“Ａ
Method of Making ｐ−Doped Silicon
Filmsand Devices Made Therefrom”；1981年
３月16日付U.S.特許出願第240493号”
Continuous Systems For Depositing、
Amorphous Semiconductor Materials”；1981
年９月28日付U.S.特許出願第306146号“Multiple
Chamber Deposition and Isolation System
and Method”；1982年３月19日付U.S.特許出願
第359825号“Method And Apparatus For
Continuously Producing Tandem Amorphous
Photovoltaic Cells”．これらの出願に開示され
ているように、それぞれ特定の材料のデポジシヨ
ンに使用される一連のデポジシヨンチヤンバを基
板が順次通過し得る。ｐ−ｉ−ｎ形構造の太陽電
池を製造する場合は、第１チヤンバ内でｐ−形ア
モルフアスシリコン合金をデポジツトし、第２チ
ヤンバ内で真性アモルフアスシリコン合金をデポ
ジツトし、第３チヤンバ内でｎ形アモルフアスシ
リコン合金をデポジツトする。

大量生産をするためには上記の一連のデポジシ
ヨンチヤンバを使用することが最も有利である
が、バツチ生産システムを使用することもでき
る。バツチ生産システムでも、アモルフアス半導
体合金層は広い領域の基板上に多重層にデポジツ
トされ、光電池デバイスを形成する。ｐ−ｉ−ｎ
形太陽電池製造のバツチ生産技術は２つの方法を
取ることが可能である。すなわち、(1)組み合わせ
た複数のデポジシヨンチヤンバを設け、第１のチ
ヤンバではｐ形半導体層をデポジツトさせ、第２
のチヤンバでは真性半導体層をデポジツトさせ、
第３のチヤンバではｎ形の半導体層をデポジツト
させる。または(2)各層のデポジシヨン後にフラツ
シユされる単一のデポジシヨンチヤンバを設け
る。いずれの場合もバツチ生産技術は間けつ的操
作で個々の基板上になされる。

バツチ式および連続式のいずれのシステムも独
自の操作上の問題をかかえているが、どちらの場
合でも汚染物があつてはならない。汚染物は基板
のデポジシヨン面に半導体層とともにデポジツト
したなら、これから製造された光電池デバイスの
効率と作用を無効にしないまでも損なうものであ
る。従つて、どちらのシステムも外部からの汚染
物の流入を防止すべく各々のデポジシヨンチヤン
バの内的環境を十分管理しなければならない。環
境に露出された後は、チヤンバ壁から生ずる水蒸
気の如き汚染物を取り除くべく、チヤンバをポン
プで低圧にし、加熱し、浄化する。さらに、チヤ
ンバ内に導入し次いで半導体層として基板面にデ
ポジツトせしめるため最も純粋なプロセスガスの
みを購入することである。最後に、両システムと
も、r.f.またはマイクロ周波数電源圧力、プロセ
スガス混合物、流量、温度等の如き非常に似かよ
つた操作パラメータを使用して該半導体層を生成
させるものである。

従つて、アツプストリームカソードシステムは
バツチ生産および連続生産の装置のどちらの使用
にも同様に適していることは当業者にとつて明ら
かであろう。どちらの装置を使用しても、アツプ
ストリームカソードシステムは、(1)プロセスガス
から不純物を、デポジシヨンチヤンバの壁面から
汚染物を集め、(2)プロセスガスの解離をスタート
させて電気的にすぐれた種となし、この種が基板
上にデポジツトした時に実質的に均質な化学組成
物とせしめるため、デポジシヨンカソードのアツ
プストリーム部分に電磁場を作るという同一の機
能を提供する。

本発明の目的および利点は添付図面、特許請求
の範囲および以下の記載から明らかとなろう。

以下に開示するのはバツチ式または連続式グロ
ー放電デポジシヨン装置に使用しうるアツプスト
リームカソードシステムである。該デポジシヨン
装置ではグロー放電デポジシヨンチヤンバ内で広
領域基板の露出面上に半導体膜がデポジツトされ
る。このような装置ではデポジシヨンチヤンバに
導入されたプロセスガスはそのプラズマ領域を横
断する。プロセスガスを解離させて種となし、半
導体膜を基板の露出面上にデポジツトさせるため
電磁場を展開するため電極に電圧を印加する手段
としての電源が備えてある。アツプストリームカ
ソードシステムは、アツプストリームの電磁場を
形成するため、デポジシヨンカソードまたは極超
短波ジエネレータのアツプストリームに配置する
のが好ましい。この電磁場の存在下でプロセスガ
スに由来する不純物とデポジシヨンチヤンバに由
来する汚染物は取り除かれて集められ、プロセス
ガスはその解離と種への再結合を開始する。かく
して、実質的に均質で均一の組成の改良された半
導体膜がダウンストリームの電磁場の存在下に基
板の露出面上にデポジツトされる。この膜はプロ
セスガスの不純物もチヤンバ壁の汚染物も混入し
ておらず、解離され種への再結合がなされたもの
であり、種はデポジツトされた時改良された電気
的性質を示す。

アツプストリームカソードシステムは(1)デポジ
シヨンプラズマ領域との接触に先立ちプロセスガ
スが流動して通過するr.f.電源を与えられたプレ
カソードまたはデポジシヨンカソードの延長およ
び(2)システムがアツプストリームの電磁場または
プラズマ領域を展開するように構成された、該延
長またはプレカソードに隣接ししかも間隔をもつ
て配置された基板上への堆積膜の形成を妨げるた
めの部材としてのコレクシヨンプレート、を含
む。プロセスガスに由来する不純物、チヤンバ壁
に由来する汚染物、そして特に解離され再結合さ
れた種がコレクシヨンプレートの表面に集まるの
は、このアツプストリーム電磁場の存在下であ
る。

アツプストリームカソードシステムが連続的に
移動する基板とともに使用される態様では、プロ
セスガスは基板の移動する方向と交差する方向に
流れるよう導入してもよいし、基板がデポジシヨ
ンチヤンバを移動するのと同一方向に流れるよう
導入してもよい。プロセスガスが基板上を縦方向
（基板の進行と同方向）に流動する場合、アツプ
ストリームカソードシステムは、操作上静止した
基板に関し前に記述したのと実質的に同一になる
よう配置される。どちらの場合でも、プレカソー
ドおよびコレクシヨンプレートは実質的に基板の
巾と同じ長さである。しかし、プロセスガスが基
板と交差して流動する場合（基板がデポジシヨン
チヤンバを移動する方向と交差する方向）、コレ
クシヨンプレートとプレカソードは実質的にデポ
ジシヨンカソードの長さと同じ長さであり、操作
上、デポジシヨンカソードと隣接している。

光電池 第１図は全体が符号１０で示される光電池を示
している。この電池は複数の連続的ｐ−ｉ−ｎ層
で形成されており、好ましくは各層にアモルフア
ス半導体合金が含まれている。本発明のグロー放
電堆積装置は単離したデポジシヨンチヤンバ内で
基板にアモルフアス半導体層を連続的にデポジツ
トすることによりこの種の光電池デバイスを製造
すべく開発されたものである。

より特定的には、第１図は別個のｐ−ｉ−ｎ形
電池１２ａ，１２ｂおよび１２ｃからなる太陽電
池のごときｐ−ｉ−ｎ形光電池デバイスを示して
いる。最下部の電池１２ａの下は基板であるが、
該基板は透明であるか、またはステンレススチー
ル，アルミニウム，タンタル，モリブデンもしく
はクロムの如き金属材料製であつてもよい。用途
によつてはアモルフアス材料に先立ち酸化物薄膜
および／または一連のベースコンクタト（base
contacts）の付着を必要とする場合もあるが、こ
の用途を考慮して“基板”なる用語は可撓性フイ
ルムのみでなく処理によつて添加されたエレメン
ト全てを含むものとする。また、表面に電気によ
り伝導される電極を処理したガラス、またはガラ
ス様の材料からなる基板も本発明の範囲に含まれ
る。

電池１２ａ，１２ｂ，１２ｃはいずれも、好ま
しくは、少くとも一種類のシリコン合金を含むア
モルフアス半導体ボデイから成つている。この半
導体ボデイはいずれもｎ形伝導性層２０ａ，２０
ｂおよび２０ｃと真性層１８ａ，１８ｂおよび１
８ｃとｐ形伝導性層１６ａ，１６ｂおよび１６ｃ
とを含んでいる。第１図から明らかなように、電
池１２ｂは中間電池であるが、更に別の中間電池
を図面に示されている電池の上に積み重ねてもよ
く、このような構造も本発明の範囲内に含まれ
る。またここではｐ−ｉ−ｎ電池を示したが、本
発明の調節板装置は単一または多重ｎ−ｉ−ｐ電
池の製造装置にも使用しうる。

半導体合金層のデポジシヨンに続き、更に別の
デポジシヨン処理を別個の環境下でまたは連続工
程の一部として実施しうることにも留意された
い。このステツプではTCO（transparent Condu
ctive oxide＝透明伝導性酸化物）層２２が付加
される。電池の面積が十分広い場合、又は該
TCO層２２の伝導性が不十分な場合には、デバ
イスに電極グリツド２４を付加してもよい。この
グリツド２４はキヤリア通路を短縮して伝導効率
を高める機能を果たす。

多重形グロー放電デポジシヨンチヤンバ 第２図は半導体電池を連続的に製造するための
多重グロー放電チヤンバデポジシヨン装置の線図
を示している。この装置は全体が符号２６で示さ
れる。該装置２６は複数の単離したデポジシヨン
用チヤンバを備えておりこれらのチヤンバは(1)ス
イーブガス(2)プロセスガス、および(3)基板材料ウ
エブを単一方向に通過させるよう構成されたガス
ゲートにより互いに接続されている。

この装置２６は連続的に送り出される帯状基板
材料１１のデポジシヨン面上にｐ−ｉ−ｎ形構造
を持つ面積の広い、アモルフアス半導体層を多量
に製造すべく構成されている。多重ｐ−ｉ−ｎ形
電池の製造に必要な半導体層をデポジツトするた
めに、該装置２６は三対のデポジシヨンチヤンバ
の少くとも１つを備えている。該三対のデポジシ
ヨンチヤンバはそれぞれ、帯状基板１１が通過す
る際そのデポジシヨン面上にｐ形伝導アモルフア
ス半導体層がデポジツトする。第１デポジシヨン
チヤンバ２８と、帯状基板１１が通過する際その
デポジシヨン面上のｐ形層の上に真性半導体層が
デポジツトする第２デポジシヨンチヤンバ３０
と、該帯状基板１１が通過する際そのデポジシヨ
ン面上の真性層の上にｎ形半導体層がデポジツト
する第３のデポジシヨンチヤンバ３２とで構成さ
れている。もちろん、(1)ここではデポジシヨンチ
ヤンバグループを１組しか示さなかつたが、任意
の数のアモルフアスｐ−ｉ−ｎ形半導体層をもつ
光電池を製造する能力を機械に与えるべく、更に
別のチヤンバグループまたは更に別の個別チヤン
バを該装置に加え得ること、(2)単離されたチヤン
バが、グロー放電技術により半導体層をデポジツ
トするのに必要なエレメントを備えているバツチ
式生産装置にもアツプストリームカソードシステ
ムを使用し得ること、(3)帯状基板繰り出しコア１
１ａおよび帯状基板巻取りコア１１ｂをデポジシ
ヨンチヤンバに示したのは説明の便宜のためだけ
で、実際にはこれらコアがデポジシヨンチヤンバ
と作動的に接続された別個のチヤンバ内に収納さ
れること、(4)ここに示したグロー放電は基準電源
をもつカソードを使用するが、他のグロー放電装
置、例えばマイクロ周波数ジエネレータを使用す
る装置の使用も本発明の範囲内で使用し得るこ
と、(5)アツプストリームカソードシステムは、例
えば垂直というようないかなる角度ででも使用で
きることは明白であろう。

チヤンバグループの各デポジシヨンチヤンバ２
８，３０および３２はグロー放電により単一アモ
ルフアス半導体層を帯状基板１１上にデポジツト
せしめるよう構成される。そのためデポジシヨン
チヤンバ２８，３０および３２はカソード３４
と、各カソード３４周囲に配置されたプロセスガ
スの流れを規制する手段としてのシールド３５
と、プロセスガス供給管３６と、無線周波数ジエ
ネレータ（Ｒ，F.）３８と、プロセスガスおよび
プラズマ排管４１と、横方向に配置された複数の
磁性素子５０と、第２図に４０として図式的に示
された複数の輻射加熱素子４０と、真性デポジシ
ヨンチヤンバを各ドーパントチヤンバに作動的に
接続するガスゲート４２とを備えている。さら
に、不活性スウイープガス管３７は真性デポジシ
ヨンチヤンバの反対側に配置される。

供給管３６は各デポジシヨンチヤンバ毎にカソ
ード３４と帯状基板１１との間に発生したプラズ
マ領域にプロセスガス混合気をカソードと基板と
の間に該基板と実質的に平行なガスの流れを形成
する手段として導入すべく各々の対応カソード３
４と作動的に接続されている。カソードシールド
３５はデポジシヨンチヤンバのカソード領域内に
プラズマを実質的に閉じ込めるべく帯状基板１１
のウエブと排管４１とに協働するよう構成されて
いる。

無線周波数またはマイクロ波周波数ジエネレー
タ３８はデポジシヨンチヤンバに導入される基本
的プロセスガスをデポジツトすべき種に解離する
ことによりプラズマを形成すべくカソード３４、
輻射加熱素子４０および接地された帯状基板１１
と協働する。このようにして得られた種はその後
帯状基板の底面にデポジツトされてアモルフアス
半導体層を形成する。帯状基板１１は、普通の状
態で移動するときの垂れ下がりを回避すべくこれ
を上方に引きつける誘引力を作用させる複数の磁
性素子列５０によりほぼ平らに維持される。

第４ａ図は、グロー放電デポジシヨンチヤンバ
内で光電池をバツチ式製造する装置を示してい
る。この装置は全体が符号６０で示される。上述
した装置２６と同様、装置６０は、デポジシヨン
チヤンバ２８内に固定された基板材料１１ａ面上
にｐ−ｉ−ｎ形構造を有する広領域アモルフアス
半導体層をデポジツトするよう構成されている。
デポジシヨンチヤンバ２８ａ内では基板が搬入と
ともに、ｐ形導電層が基板１１ａの表面上にデポ
ジツトされる。チヤンバ２８ａは次にフラツシユ
され真性半導体層がｐ形層の上にデポジツトされ
る。チヤンバ２８ａは再びフラツシユされ、ｎ形
半導体層が真性層上にデポジツトされる。

グロー放電デポジシヨンにより電気伝導性基板
１１ａ上に単一のアモルフアス半導体層をデポジ
ツトするためには、デポジシヨンチヤンバ２８ａ
は、カソード３４ａと、シールド３５ａと、プロ
セスガス供給管３６ａと、無線周波数ジエネレー
タ３８ａと、プロセスガスおよびプラズマ排管４
１ａと、複数の輻射加熱素子４０ａを備えてい
る。上記エレメントの操作は、第２図で説明した
連続式製造システムで同様に符号を付したエレメ
ントの操作とほぼ同じであり、従つて、ここで繰
り返し説明する必要はなかろう。ただ、スイープ
ガス管３７とガスゲート４２はバツチ式製造シス
テムでは何ら役目を果さないが、磁性アセンブリ
５０ａは、広領域基板のそりや歪みを防止するた
め使用することが好ましいのに留意されたい。

バツチ式方法にしろ、連続式方法にしろ、第１
図に示された光電池１０を形成するためには、デ
ポジシヨンチヤンバ２８内でｐ形アモルフアスシ
リコン半導体層を基板１１上にデポジツトさせ、
デポジシヨンチヤンバ３０内で真性アモルフアス
シリコン半導体合金層をｐ形層上にデポジツトさ
せ、デポジシヨンチヤンバ３２内でｎ形アモルフ
アスシリコン半導体合金層を真性層上にデポジツ
トさせる。従つて、好ましい態様としては、装置
２６は基板１１上に少くとも３つのアモルフアス
シリコン半導体合金層をデポジツトさせる。真性
層はデポジシヨンチヤンバ３０内でデポジツトさ
れるが、この層はドーパントまたはドーピング種
と称される少くとも１つのエレメントを含まない
という点でデポジシヨンチヤンバ２８および２９
内でデポジツトされる層とは組成が異なる。

効率の高い光電池デバイス１０を製造するため
には、基板１１上にデポジツトされる各半導体
層、特に真性層の純度が高いことが重要である。
従つて、プロセスガスに由来する不純物やデポジ
シヨンチヤンバ壁に由来する汚染物を含んだ半導
体層がデポジツトするのを防止する必要がある。
さらに、半導体層にデポジツトして十分な電気的
性質を示す化学的結合、組成、およびボンデイン
グ特性をプラズマが持つようになるまで基板上に
層をデポジツトしない方が有利である。上記の基
準を満足させることこそ本発明のアツプストリー
ムカソードアセンブリが目的とするところであ
る。

アツプストリームカソードシステム アツプストリームカソードシステムは第３図−
第６図に示される。開示を容易にするため、本シ
ステムを、最初にバツチ式生産機における展開に
ついて、次に連続式生産機における展開について
説明する。後者の場合、プロセスガスが基板の移
動方向と交差方向に導入される場合と、同一方向
に導入される場合を説明する。

Ａ バツチ式生産機 第３図および第４ｂ図は、バツチ式生産機６０
に使用すべく構成されたアツプストリームカソー
ドシステム６２を図示したものである。バツチ式
生産機についてはすでに上述した。

アツプストリームカソードシステム６２は第３
図に示したが、ダウンストリームカソードアセン
ブリには触れていない。これは、システム６２を
デポジシヨンカソード３４と同一チヤンバ内に設
置する必要がないためである。第４ｂ図を参照し
て操作について述べると、プロセスガスは(a)供給
管３６ａをつて(b)広領域基板１１ａの横方向上部
表面を横切つて、(c)基板１１ａのアツプストリー
ム横端１２ａを回つて、(d)基板１１ａの下部表面
とカソード３４ａで限定されたプラズマ領域を通
つてポンプでデポジシヨンチヤンバ２８ａに送ら
れ、デポジツトされなかつたプラズマとともに排
管４１ａを通つてデポジシヨンチヤンバから排出
される。プロセスガスとプラズマは、基板１１の
三方を囲む、上部の通常Ｌ字形のブラケツト６４
を有するシールド３５ａによつて実質的にプラズ
マ領域に閉じ込められる。該ブラケツト６４は下
部の三方向の囲み６６に固着されている。囲み６
６はデポジシヨンチヤンバ２８ａの床２８ｂに取
り付けられ、使用済みプロセスガスとデポジツト
されなかつたプラズマとを完全に隔離する。基板
１１ａはＬ字形ブラケツト６４の層部に置かれ
る。

特に第３図について述べると、アツプストリー
ムカソードシステム６２はダウンストリームのデ
ポジシヨンカソードアセンブリの構造およびサイ
ズにほぼ見合つた形と容積を有すればよい。シス
テム６２は、r.f.電源（デポジシヨンカソード３
４ａに働く電源と同一でもよいし、さらに別の電
源であつてもよい）によつて動かされるプレカソ
ード６８、上面に好ましくは３０４ステンレスス
チール基板（第４ｂ図参照）と同一材料製のコレ
クシヨンプレート７２を載せた、相対して配置さ
れたＬ字形ブラケツト７０、およびＬ字形ブラケ
ツト７０が固着された三方向の囲み７４を備えて
いる。該アツプストリームカソードシステムは操
作上、コレクシヨンプレート７２のダウンストリ
ーム先端７２ａが基板１１ａのアツプストリーム
先端１２ａと隣接するよう配置されている。同様
に、Ｌ字形ブラケツト７０のダウンストリーム先
端、囲み７４およびアツプストリームカソード６
８はＬ字形ブラケツト６４のアツプストリーム先
端、囲み６６およびデポジシヨンカソードとそれ
ぞれ隣接しており、プロセスガスおよびプラズマ
がアツプストリームカソードシステム６２とカソ
ードアセンブリの間に滞留するのを防止する役目
を果す。

上記の如くアツプストリームカソードシステム
６２を形成し配置することによつてデポジシヨン
カソードの操作およびガス流動様式が不変とな
る。しかし、アツプストリームカソードシステム
はアツプストリーム電磁場を形成するよう作用
し、よつてアツプストリームプラズマ領域を形成
するよう作用する。該プラズマ領域では不純物が
プロセスガスから除去されコレクシヨンプレート
７２上にデポジツトされ、汚染物がデポジシヨン
チヤンバ２８ａの壁面から除去されコレクシヨン
プレート７２上にデポジツトされ、また、プロセ
スガスが解離と再結合を開始し、よつて実質的に
均質で均一の組成の改良された半導体層が基板１
１ａの表面上にデポジツトされる。

上記の説明はr.f.電源カソードによつて展開さ
れた電磁場に係るアツプストリームカソードシス
テムに関するものであるが、該電磁場はマイクロ
波周波数ジエネレータにより展開されたものでも
よく、本発明の範囲から外れるものでない。マイ
クロ波周波数ジエネレーシヨンによりグロー放電
デポジシヨンを行つた場合でも、プロセスガスか
ら不純物を除去し、デポジシヨンチヤンバの壁面
の汚染物を除去することが望ましく、また、プロ
セスガスの望ましい化学結合、組成およびボンデ
イングを基板の広領域面全体に生成させることが
望ましい。

さらに、デポジシヨンプラズマを展開させる電
源とは別に、プレカソード６８の作動はr.f.電源
によるのが望ましい。プレカソード電源供給を別
にすることによつてデポジシヨンカソード電源密
度の二倍のプレカソード電源密度を使用してプロ
セスガスから不純物を、デポジシヨンチヤンバ壁
から汚染物を除去することが出来る。

最後に、バツチ式方法においても連続式方法に
おいても、プレカソードシステム６２はデポジシ
ヨンカソードと分離させ、物理的間隔を置くこと
が可能である。プレカソードはデポジシヨンチヤ
ンバのアツプストリームにある別のチヤンバに収
納してもよく、また、デポジシヨンカソードのア
ツプストリームに何インチという程の間隔を置い
てもよい。どちらの場合でも同じ機能を果し、本
発明の範囲内でどちらの配置を用いることもでき
る。

Ｂ 連続式生産機 第５図および第６図について述べると、アツプ
ストリームカソードシステム６２は操作上、第２
図に示し、上記に詳述した連続式生産機のデポジ
シヨンエレメントとともに配置するよう示されて
いる。

先ず、第５図の装置を見る。プロセスガスはデ
ポジシヨンチヤンバ２８を通つて、帯状基板材料
１１のウエブの移動方向（矢印Ａ）とは交差する
運動方向（矢印Ｂ）を示す。アツプストリームカ
ソードシステム６２を適合させ、機能させるため
には現存するグロー放電デポジシヨン装置のデポ
ジシヨンカソードアセンブリを最小限改造するだ
けでよい。詳しく説明すると、デポジシヨンチヤ
ンバ２９は間隔を置いた複数の調節板８２からな
る調節板付きプロセスガス供給マニホルド８０を
備え、該調節板は、口の開いた供給管３６からデ
ポジシヨンチヤンバのプラズマ領域に入るプロセ
スガスが通るまがりくねつた通路を作るよう構成
されている。帯状基板材１１のウエブの移動と交
差する方向に、デポジシヨンカソード３４ｄに隣
接してアツプストリームまたはプレカソード３４
ｐがある。マニホルド表面８０ａは先端８０ｅが
プレカソード３４ｐの巾と少くとも同じになるよ
う長さをとる。該プレカソード３４ｐは上部の延
長されたマニホルド表面８０ａと協同してアツプ
ストリームプラズマ領域を形成し、プロセスガス
はデポジシヨンプラズマ領域に入る前にこのアツ
プストリームプラズマ領域を流れなければならな
い。アツプストリームプラズマ領域を通つて流入
したプロセスガスは、グロー放電プラズマを形成
し、上部にかかるマニホルド表面８０ａの底面
上、またはこれに固着された同様の形態をとるコ
レクシヨンプレート上にデポジツトされる。集収
マニホルド表面８０ａにはプロセスガスからの不
純物およびデポジシヨンチヤンバ２９の壁面から
の汚染物がデポジツトされ、一方、アツプストリ
ーム電磁場はプロセスガスの解離と再結合を開始
し、よつて、帯状基板材料１１のウエブの露出面
上、ダウンストリームデポジシヨンカソード３４
ａの位置にデポジツトされた半導体層は実質的に
不純物および汚染物を含まずまた実質的に均一で
均質な組成を有する。

第６図に示されたデポジシヨン装置について
は、プロセスガスの流動方向（矢印Ｄ参照）はデ
ポジシヨンチヤンバ２８のプラズマ領域を通る帯
状基板材料１１のウエブの移動方向（矢印Ｅ参
照）とほぼ平行であることが指適される。アツプ
ストリームカソードシステム６２は第６図に示さ
れたデポジシヨン装置と共働するよう示されてい
る。

第５図に関し上述したデポジシヨンカソードア
センブリと同様、帯状基板がプラズマ領域を移動
する方向と同一方向にプロセスガスが流動するグ
ロー放電デポジシヨン装置のデポジシヨンカソー
ドアセンブリは、アツプストリームカソードシス
テムと適合させ、機能させるためには最小限改造
するだけでよい。第６図のデポジシヨン装置を説
明するにあたり、第５図に関し記述されたエレメ
ントと実質的に同一の機能と構造を有するエレメ
ントには同じ符号を用いる。

すなわち、デポジシヨンチヤンバ２９は間隔を
置いた複数の調節板８２からなる調節板付きプロ
セスガス供給マニホルド８０を備え、該調節板は
口の開いた供給管３６からデポジシヨンチヤンバ
のプラズマ領域に入るプロセスガスが通る曲りく
ねつた通路を作るよう構成されている。デポジシ
ヨンカソード３４ｄおよびプレカソード３４ｐ
は、上部カソード板３４ａ、中間のガラス絶縁シ
ート３４ｂおよび下部のr.f.シート３４ｃで構成
されている。デポジシヨンカソード３４ｄに隣接
してプレカソード３４ｐがあり、これは帯状基板
材料料１１のウエブの移動方向と同一方向に延長
されている。

供給マニホルド表面８０ａは先端８０ｅがプレ
カソード３４ｐの巾と少くとも同じになるよう長
さをとる。該プレカソード３４ｐは上部の延長さ
れたマニホルド表面８０ａと協同してアツプスト
リームプラズマ領域を形成し、プロセスガスはデ
ポジシヨンプラズマ領域に入る前にこのアツプス
トリームプラズマ領域を流れなければならない。
アツプストリームプラズマ領域を通つて流入した
プロセスガスはグロー放電プラズマを形成し、上
部にかかるマニホルド表面８０ａの底面上にデポ
ジツトされる。取り外し可能の集収プレートが延
長された表面８０ａに固着できるのは明らかであ
る。該プレートは浄化操作を容易にする。すなわ
ち、プロセスガスからの不純物およびデポジシヨ
ンチヤンバ２９の壁面からの汚染物が延長された
表面８０ａにデポジツトされるので、デポジツト
された膜を定期的に取り外せばよいのである。さ
らに、アツプストリームカソード３４ｄと上部に
かかるマニホルド表面８０ａの間に展開されたア
ツプストリーム電磁場はプロセスガスの化学的解
離および再結合を開始させ、これにより基板材料
１１のウエブの露出面上、ダウンストリームデポ
ジシヨンカソード３４ｄの位置にデポジツトされ
た半導体層は実質的に不純物および汚染物を含ま
ず、また実質的に均一で均質な組成を有する。

上記の詳細な記述および図面は一般的に平行、
水平に配置されたカソードと集収プレートの組合
わせでアツプストリームカソードシステムを説明
しているが、水平に配置されていないカソード−
集収プレートの組合わせも水平システムで記載し
たのと同一の方法で作動することは明らかであ
る。

操作にあたつては、デポジシヨンカソード３４
ｄにエネルギーを与える前に、清浄プラズマを発
展させるべくアツプストリームカソードシステム
６２にエネルギーを与えることが必須ではないが
好ましい。

本発明は以上説明してきた具体例に限定される
ものでないことを理解されたい。現在好ましい具
体例の上記記述は本発明の例示であり限定ではな
い。本発明の範囲は特許請求の範囲に等価のすべ
て含むものと解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は複数のｐ−ｉ−ｎ形電池を有し、これ
ら電池の各層が半導体合金で構成されているタン
デム光電池デバイスの部分横断面図、第２図は第
１図の電池の如き光電池デバイスの連続的製造に
使用される多重チヤンバ式グロー放電デポジシヨ
ンシステムを示す線図、第３図はバツチ式グロー
放電デポジシヨンシステムに使用されるアツプス
トリームカソードシステムの拡大透視図、第４ａ
図は第１図の電池の如き光電池デバイスのバツチ
式製造に使用されるデポジシヨンチヤンバを示す
線図、第４ｂ図はバツチ式グロー放電デポジシヨ
ン装置におけるデポジシヨンカソード基板および
プロセスガス源との関連におけるシステムの配置
を示す第３図のアツプストリームカソードシステ
ムの部分拡大透視図、第５図は、プロセスガスの
流動方向が基板の移動方向と交差する、連続式グ
ロー放電デポジシヨン装置において、操作上デポ
ジシヨンカソード、基板およびガス取入口に隣接
して配置するよう変形させたアツプストリームカ
ソードシステムの部分拡大透視図、第６図は、プ
ロセスガスの流動方向が基板の移動方向と平行し
ている連続式グロー放電デポジシヨン装置におい
て操作上、デポジシヨンカソード基板、およびプ
ロセスガス取入口と隣接して配置するよう変形さ
せたアツプストリームカソードシステムの部分拡
大透視図である。 １０……光電池、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ……
電池、２６……多重グロー放電デポジシヨンチヤ
ンバ装置、２８，３０，３２……デポジシヨンチ
ヤンバ、６０……バツチ式生産機、６２……アツ
プストリームカソードシステム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 帯状基板の堆積面上に堆積膜を形成するため
   のチヤンバと、前記チヤンバ内に前記帯状基板を
   搬入し該チヤンバ内より該帯状基板を搬出する帯
   状基板搬送機構と、プロセスガスを導入するため
   のガス供給管と、前記プロセスガスを排気するた
   めの配管と、前記堆積面と平行な表面を有し電圧
   が印加されることによりグロー放電を生じさせる
   電極と、を有するグロー放電堆積装置において、 前記ガス供給管と前記排管とに連通し内部に前
   記電極が配置されており、前記堆積面と前記電極
   の表面とに沿つて前記プロセスガスが流れる流路
   を形成してグロー放電プラズマを閉じ込めるため
   のシールドと、 前記帯状基板と前記電極との間であつて前記流
   路の上流部に設けられ、該上流部において前記プ
   ロセスガス中に含まれる不純物および／または前
   記チヤンバ内の汚染物を含有する膜を堆積するた
   めの収集プレートと、を有し、 前記堆積面と前記電極との間および前記収集プ
   レートと該電極との間にグロー放電プラズマを生
   じさせることを特徴とするグロー放電堆積装置。 ２ 前記電極は、前記堆積空間にグロー放電プラ
   ズマを生じさせる第１の電極と、前記堆積空間よ
   り上流にある第２の電極と、からなることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載のグロー放電
   堆積装置。 ３ 前記電極は、前記堆積空間からその上流の空
   間に延在して設けられていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載のグロー放電堆積装
   置。 ４ 前記グロー放電堆積チヤンバは複数設けら
   れ、前記帯状基板が前記複数のグロー放電堆積チ
   ヤンバ内を連続的に移動することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載のグロー放電堆積装
   置。 ５ 前記複数のグロー放電堆積チヤンバは間にガ
   スゲートを解して接続されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第４項に記載のグロー放電堆積
   装置。 ６ 前記複数のグロー放電堆積チヤンバはそれぞ
   れＰ型半導体膜を形成するためのチヤンバと、Ｉ
   型半導体膜を形成するためのチヤンバと、Ｎ型半
   導体膜を形成するためのチヤンバと、からなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載のグ
   ロー放電堆積装置。 ７ 前記プロセスガスが流れる流路を備えたグロ
   ー放電プラズマを閉じ込めるためのシールドは、
   Ｌ字形ブラケツトを含むことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載のグロー放電堆積装置。 ８ 前記プロセスガスが流れる流路を備えたグロ
   ー放電プラズマを閉じ込めるためのシールドは、
   調整板を含むマニホルドを含むことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載のグロー放電堆積装
   置。 ９ 前記収集プレートは、前記マニホルドの一部
   で構成されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第８項に記載のグロー放電堆積装置。 １０ 前記プロセスガスの流れと前記帯状基板の
   搬送方向が交差していることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載のグロー放電堆積装置。 １１ 前記グロー放電プラズマをマイクロ周波数
   ジエネレータによつて生じさせることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載のグロー放電堆積
   装置。 １２ 帯状基板の堆積面上に堆積膜を形成するた
   めのチヤンバと、プロセスガスを導入するための
   ガス供給管と、前記プロセスガスを排気するため
   の配管と、前記堆積面と平行な表面を有し電圧が
   印加されることによりグロー放電を生じさせる電
   極と、を有するグロー放電堆積装置において、 前記ガス供給管と前記排管とに連通し内部に前
   記電極が配置されており、該堆積面と前記表面と
   に沿つて前記プロセスガスが流れる流路を形成し
   てグロー放電プラズマを閉じ込めるためのシール
   ドと、 前記帯状基板と前記電極との間であつて前記流
   路の上流部に設けられ、該上流部において前記プ
   ロセスガス中に含まれる不純物および／または前
   記チヤンバ内の汚染物を含有する膜を堆積するた
   めの収集プレートと、を有し、 前記堆積面と前記電極との間および前記収集プ
   レートと該電極との間にグロー放電プラズマを生
   じさせることを特徴とするグロー放電堆積装置。 １３ 前記電極は、前記堆積空間にグロー放電プ
   ラズマを生じさせる第１の電極と、前記堆積空間
   より上流にある第２の電極と、からなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１２項に記載のグロー
   放電堆積装置。 １４ 前記電極は、前記堆積空間からその上流の
   空間に延在して設けられていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１２項に記載のグロー放電堆積
   装置。 １５ 前記プロセスガスが流れる流路を備えたグ
   ロー放電プラズマを閉じ込めるための手段は、Ｌ
   字形ブラケツトを含むことを特徴とする特許請求
   の範囲第１２項に記載のグロー放電堆積装置。 １６ 前記プロセスガスが流れる流路を備えたグ
   ロー放電プラズマを閉じ込めるための手段は、調
   整板を含むマニホルドを含むことを特徴とする特
   許請求の範囲第１２項に記載のグロー放電堆積装
   置。 １７ 前記部材は、前記マニホルドの一部で構成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   ６項に記載のグロー放電堆積装置。 １８ 前記グロー放電プラズマを生じさせる手段
   がマイクロ周波数ジエネレータであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１２項に記載のグロー放
   電堆積装置。