JPH0642451B2 - グロー放電堆積装置 - Google Patents

グロー放電堆積装置

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JPH0642451B2
JPH0642451B2 JP58200712A JP20071283A JPH0642451B2 JP H0642451 B2 JPH0642451 B2 JP H0642451B2 JP 58200712 A JP58200712 A JP 58200712A JP 20071283 A JP20071283 A JP 20071283A JP H0642451 B2 JPH0642451 B2 JP H0642451B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に改善された光電池装置の製造装置に係
り、特に半導体層の基板上のデポジシヨンの際に流動パ
ターンの形成を大幅に減少させかつ半導体材料をその上
にデポジシヨン乃至蒸着させるための基板の横方向の全
幅を露出させるようになされた処理ガスの導入、閉込め
および排気装置に関する。
本発明は作動的に結合されている公知のデポジシヨンチ
ヤンバ乃至蒸着室を通して基板が移動する際に半導体材
料の連続する各層を基板上に蒸着させ、半導体層の組成
が特に各蒸着室中に導入される特定の処理ガスによつて
定められるようになされている光電池装置の連続的な製
造装置に関する。蒸着室は基板材料を通過させる比較的
狭いガスゲート（gas gate）通路によって連絡されてお
り、この通路は第一の蒸着室に導入される処理ガスを隣
接する蒸着室に導入される処理ガスから遮断するように
なされている。このガスゲード通路の大きさは比較的小
さいが、それでも一つの蒸着室に導入されるガスの一部
分が隣接する蒸着室に逆拡散されてこの隣接室中で蒸着
された層を汚染する。反応後の処理ガスの隣接室への流
れを減少させる試みとして、本出願人によつて構成され
た蒸着装置では陰極領域を少なくとも部分的にとりかこ
み、かつ導入および排気導管と協働して処理ガスの陰極
領域からの自由な流れを阻止する遮蔽体が設けられてい
る。したがつて陰極領域に導入された処理ガスは基板を
横切る方向に流されてプラズマに解離され次いで基板上
に蒸着される。しかし、このようにして導入された処理
ガスはそれらが半導体層として基板の表面に蒸着される
際に流動パターンを形成し、それによつてこれら半導体
層からつくられる光電池装置の効率を低下させることが
判明した。この流動パターンの形成はプラズマ領域を通
して流れる処理ガスのある部分が実質的に停滞し一方処
理ガスのこれに隣接する部分が前記プラズマ領域中をよ
り迅速に移動することによつて生じる。すなわち、電気
力学的な場が形成される基板と陰極との間の領域として
表わされるプラズマ領域に対して孔付の供給導管から導
入される処理ガスの大きな速度がこの領域中に乱流を生
じさせる。この乱流によつてプラズマ領域の内部に処理
ガスが局部的に希薄化および圧縮された部分が生じる。
基板表面への蒸着速度は全ての他のパラメータを一定と
すれば処理ガスが電気力学的な場におかれている時間の
長さに比例するので、この局部的な希薄化および圧縮部
分は処理ガスを電気力学的な場におかれたプラズマ領域
中にとどまらせてかかる時間の長さを変動させる。この
結果、処理ガスは異なつた速度で蒸着される。したがつ
て、前記の場により長い時間おかれる移動速度の小さな
処理ガスは迅速に移動する処理ガスによって蒸着される
膜よりも大きな速度で基板面に膜を蒸着させる。膜の基
板に対する蒸着速度のかかる差異によつて前記の流動パ
ターンが生じこのパターンは肉眼によつても容易に見る
ことができる。
さらに、本出願人によつて構成された蒸着装置には、処
理ガスをプラズマ領域を通して回収のための排気ポート
に向わせる遮蔽体が各蒸着室に設けられているが、基板
のウエブはその上方を通過するようになされている。し
たがつて、半導体材料を基板に蒸着させるために基板表
面の中央部分だけしか利用することができない。このた
めに、このような従来技術の遮蔽構造では半導体装置の
製造のために利用できる基板表面を最大限に用いること
ができなかつた。
本発明では、(1)蒸着室のプラズマ領域中に導入されて
その領域中を移動する処理ガスの乱流によつて生じる被
層基板の表面の流動パターンの形成が減少されかつ(2)
蒸着室のプラズマ領域を通して移動する基板の全表面が
半導体材料をその上に蒸着させるために露出されるよう
になされる。
近年、夫々が比較的大きな面積を有しかつ対応する結晶
質と動作的にみてほぼ等価なｐ−ｉ−ｎ型装置の製造の
ためのｐ型およびｎ型材料をドーピングによって形成す
ることのできる非晶質半導体合金の蒸着用の装置を開発
するために大きな努力がなされている。
現在ではグロー放電法によつて(1)そのエネルギギヤツ
プにおける好ましい濃度の局在状態および(2)高品位の
電子的特性を有する非晶質シリコン合金を製造すること
が可能である。このような技術はスタンフオード大のＲ
・オブシンスキ（Ovshinsky）およびアラン・マダーン
（Arun Madan）の１９８０年１０月７日付の米国特許第
4,226,898号「結晶質半導体に等価な非晶質半導体」に
よつて充分に開示されており、またスタンフオード大の
Ｒ・オブシンスキおよびマサツグ・イズ（Masatsugu Iz
u）の１９８０年８月１２日付の同一表題の米国特許第
4,217,374号によつて蒸着方法が詳細に開示されてい
る。これらの特許に開示されているように、非晶質シリ
コン半導体層中に導入されたフツ素がその中に濃度の局
在状態を著しく低下させるように作用しかつゲルマニウ
ム等の他の合金化合物の添加を容易にする。
光電池装置の効率を改善するために多重セルを用いる概
念は少なくとも１９５５年においてすでにＥ・Ｄ・ジヤ
クソン（Jackson）の１９６０年８月１６日付の米国特
許第2,949,498号において論じられていた。ここで扱わ
れている多重セルの構造ではｐ−ｎ接合の結晶半導体装
置が用いられていた。この概念は本質的には種々のバン
ドギヤップ装置を用いて太陽光線スペクトルの種々の部
分をより効果的に集めることおよび開放回路電圧（Vo
c）を増大させることを意図している。このタンデムセ
ル装置は光が各セルを通して直列的に導入される二つま
たはそれ以上のセルを備えており、大きなバンドギヤツ
プの材料につづいて小さなバンドギヤツプの材料が設け
られ第一のセルを通過する光を吸収する。各セルから発
生される電流を実質的に整合させることにより各セルか
らの全開放回路電圧が加算されそれによつて半導体装置
を通過する光エネルギが最大に利用される。
光電池装置を量産できるようにすることはもとより商業
的に重要である。太陽電池の製造についてバツチ式処理
に限定されている結晶質シリコン合金とは異なつて非晶
質シリコン合金は大容量の連続的な処理システム中にお
いて大きな面積の基板上に多層として蒸着させて太陽電
池を形成することができる。この種の連続処理システム
では、基板は一連の蒸着室中を通して連続的に送られ、
夫々の蒸着室で特定の材料を蒸着させるようになされて
いる。ｐ−ｉ−ｎ型構造の太陽電池をつくる際には、第
一の蒸着室が好ましくはｐ−型の非晶質シリコン合金の
蒸着を、第二の蒸着室が好ましくは真性非晶質シリコン
合金の蒸着をそして第三の蒸着室が好ましくはｎ−型の
非晶質シリコン合金の蒸着をなすようになされている。
各蒸着合金、特に真性の合金は高純度のものでなければ
ならないので、真性蒸着室中の蒸着環境を他の蒸着室内
のドーピング成分から隔離してこれらドーピング成分が
真性蒸着室中に逆拡散しないようになされている。シス
テムが主として光電池の製造のために意図されている前
記の特許出願においては、各室間の隔離はガスゲートに
よつて行なわれており、このガスゲート中では一方向の
ガスの流れが形成されかつその中を通して不活性ガスが
基板材料のウエブのまわりに“掃引”される。
以上の考察は連続的に移動される基板のウエブから半導
体装置を製造することについてなされているが、本発明
の処理ガスの導入、閉込めおよび排気装置はバツチ式の
処理装置にも同様に適用することができる。これは、処
理ガスの局部的な希薄化および圧縮部分が構造的に連続
処理装置と同様な処理ガス導入システムを用いるバツチ
式処理室においても全く同様に形成されるためである。
グロー放電蒸着室を連続またはバッチ式のいずれの半導
体製造方式に適用する際においても、処理ガスが供給用
導管から通過されそして基板を横切るように向けられる
際の速度によつて乱流が生じ、これは前記のように基板
上に対して半導体材料の不均一な蒸着を生じさせ、それ
によつて流動パターンが形成される。さらに、前記従来
技術の蒸着室においては基板の縁部は陰極遮蔽体のフラ
ンジによって覆われており、それによつて半導体材料が
この部分に蒸着されることを妨げる。
したがつて、本発明の一つの目的は蒸着室のプラズマ領
域を通過する処理ガスの局部的な希薄化および圧縮部分
によつて生じる基板表面上に蒸着された半導体層の流動
パターンの形成を著しく減少させる装置を提供すること
にある。
本発明の別の目的は基板がフランジの下方に位置される
ように対向して水平方向に延設される陰極遮蔽体のフラ
ンジの長さを増加させ、半導体材料を基板上に蒸着させ
るために基板の横方向の全面を露呈させることにある。
本発明によれば、前述の目的は、基板上に膜を堆積させ
る為に設けられた堆積チャンバと、堆積チャンバ内に設
けられたグロー放電を生ぜしめる為の電極と、堆積チャ
ンバ内に膜を堆積させる為の処理ガスを導入するガス導
入手段と、堆積チャンバ内を排気する為の排気手段とを
具備するグロー放電堆積装置において、堆積チャンバ内
に設けられるとともに前述の電極をとり囲みグロー放電
を生じさせる領域を内部に画成する遮蔽手段を有し、遮
蔽手段にはガス導入手段と排気手段とが付設され処理ガ
スを基板の堆積面に沿つて流す為のガスの流路が形成さ
れていることを特徴とするグロー放電堆積装置及び、基
板上に膜を堆積させる為に設けられた堆積チャンバと、
堆積チャンバ内に設けられたグロー放電を生ぜしめる為
の電極と、堆積チャンバ内に膜を堆積させる為の処理ガ
スを導入するガス導入手段と、堆積チャンバ内を排気す
る為の排気手段とを具備するグロー放電堆積装置におい
て、堆積チャンバ内に設けられるとともに前述の電極を
とり囲みグロー放電を生じさせる領域を内部に画成する
遮蔽手段を有し、遮蔽手段にはガス導入手段と排気手段
とが付設され処理ガスを基板の堆積面に沿つて流す為の
ガスの流路が形成されており、ガスの流路の上流側には
バツフル板により区画された互いに連通する複数の通路
が形成されているマニホルドを有することを特徴とする
グロー放電堆積装置及び、基板上に膜を堆積させる為に
設けられた堆積チャンバと、堆積チャンバ内に設けられ
たグロー放電を生ぜしめる為の電極と、堆積チャンバ内
に膜を堆積させる為の処理ガスを導入するガス導入手段
と、堆積チャンバ内を排気する為の排気手段とを具備す
るグロー放電堆積装置において、堆積チャンバ内に設け
られるとともに前述の電極をとり囲みグロー放電を生じ
させる領域を内部に画成する遮蔽手段を有し、遮蔽手段
にはガス導入手段と排気手段とが付設され処理ガスを基
板の堆積面に沿って流す為のガスの流路が形成されてお
り、遮蔽手段は、基板の両端部とそれぞれ重なり合う部
分を有する対向フランジを有することを特徴とするグロ
ー放電堆積装置及び、第１導電型の半導体膜を基板上に
堆積させる第１の堆積チャンバと、第１導電型とは異な
る導電型の半導体膜を基板上に堆積させる第２の堆積チ
ャンバとを有し、第１のチャンバ及び第２のチャンバ内
で基板を連続的に搬送する手段とを有するグロー放電堆
積装置において、第１のチャンバ及び第２のチャンバは
夫々、各堆積チャンバ内に設けられたグロー放電を生ぜ
しめる為の電極と、各堆積チャンバ内に膜を堆積させる
為の処理ガスを導入するガス導入手段と、各堆積チャン
バ内を排気する為の排気手段と、各堆積チャンバ内に設
けられるとともに前述の電極をとり囲みグロー放電を生
じさせる領域を内部に画成する遮蔽手段とを具備し、遮
蔽手段にはガス導入手段と排気手段とが付設され処理ガ
スを基板の堆積面に沿って流す為のガスの流路が形成さ
れていることを特徴とするグロー放電堆積装置によって
達成される。本発明のグロー放電堆積装置によれば、遮
蔽手段により堆積チャンバ内にグロー放電プラズマを起
こす領域を独立して設けるので、原料ガスや励起された
イオン、ラジカル、原料ガス原子等が遮蔽手段外の不必
要な領域に拡散し粉状の異物を形成することを防止で
き、しかも、排気手段とガス導入手段とを遮蔽手段内に
連通させてガスを基板表面に沿って流すことにより、均
質な膜を大面積に亘り形成することができる。
本発明の前記およびそれ以外の目的ならびに利点は本願
明細書の特許請求の範囲、発明の詳細な説明、ならびに
図面の記載によつて明らかになろう。
本明細書中にはグロー放電蒸着装置のための処理ガス導
入、閉込めおよび排気装置が開示されている。この装置
はプラズマ領域中の処理ガスの乱流によつて引き起され
基板材料のウエブの表面に対する半導体材料の蒸着速度
を不均一にする流動パターンの形成を実質的に防止する
ようになされたバツフル付のマニホルドを備えている。
好ましい具体例においては、前記グロー放電蒸着装置に
は各対の蒸着室の一つのものから隣接するものへのガス
の一方向の流れを通過させるようになされたガスゲート
によつて動作的に結合されている少なくとも二つの隔離
された蒸着室が設けられている。前記のように本発明は
乱流的な処理ガスの流れが問題となるあらゆる蒸着室に
対して適用される。
前記ガスゲートは比較的狭い通路を備えており、この通
路を通して基板は処理ガスが基板上に第一の非晶質半導
体層を蒸着させる隣接する蒸着室の中の第一の室から別
の組合せの処理ガスが第一の層上に第二の非晶質半導体
層を蒸着させる前記蒸着室の中の第二の室に対して移動
される。各蒸着室には解離されかつ基板上に半導体膜と
して蒸着される処理ガスを導入するためにその陰極領域
に隣接した導管が設けられている。大きな速度で陰極領
域に入る処理ガスは乱流パターンを生じ、これによつて
基板表面に蒸着される半導体材料の厚さが不均一にな
る。本願明細書中において記載されているバツフル付の
マニホルドには処理ガスが陰極領域に入つて基板と陰極
との間に形成された電気力学的な場と接触する前にその
周囲を周廻して流れる互い違いの一連のバツフル板が設
けられており、これによつて乱流およびそれに伴なつて
生じる流動パターンの形成が大幅に防止される。またこ
のバツフル付マニホルドは処理ガスが前記電気力学的な
場に入る前に完全に混合されるようにするためにも用い
られる。
本発明によつて開示される閉込め装置は半導体材料をそ
の上に蒸着させることのできる基板の表面積を完全に利
用するようにもなされている。この装置は陰極遮蔽体の
対向する側に間隔をおいて長手方向にほゞ水平に配置さ
れたフランジを備えている。これらのフランジは基板の
幅よりも大きな距離だけ隔てられており、基板はその両
側にフランジの縁部がかぶさるようにしてフランジの下
方を移動するようになされている。このようにして、基
板の全表面は半導体材料をそれに対して蒸着させるよう
に露呈されている。
Ｉ．光電池 以下図面、特に第１図について説明すると、各層が非晶
質半導体合金からなる多数の引き続くｐ−ｉ−ｎ層より
形成された光電池が一般的に符号１０によつて示されて
いる。本発明の処理ガス導入、閉込めおよび排気装置が
開発されたのは主として移動する基板上に非晶質半導体
層が連続的に順次蒸着されるこの種の光電池装置を製造
するためである。
さらに具体的に説明すると、第１図には個々のｐ−ｉ−
ｎ型のセル１２ａ，１２ｂおよび１２ｃからなる太陽電
池等のようなｐ−ｉ−ｎ型光電池装置が示されている。
最下部のセル１２ａの下方には、透明であるかまたはス
テンレス鋼、アルミニウム、タンタル、モリブデンまた
はクロムのような金属材料からなる基板１１がある。用
途によつては非晶質材料を施す前に薄い酸化物層および
／または一連のベース接点を必要とすることもあるが、
本発明の目的に関しては「基板」という用語は可撓性膜
の他、前処理によつてそれに加えられる任意の元素をも
含めるものとする。
各セル１２ａ，１２ｂおよび１２ｃは少なくともシリコ
ン合金を含む非晶質半導体によつてつくられる。各半導
体はｎ型導電領域あるいは層２０ａ，２０ｂおよび２０
ｃ、真性領域あるいは層１８ａ，１８ｂおよび１８ｃな
らびにｐ型導電領域あるいは層１６ａ，１６ｂおよび１
６ｃを備えている。図示のようにセル１２ｂは中間セル
でありそして第１図に示すように別の層を本発明の範囲
内において図示のセルの上部に積層させることができ
る。また、ここではｐ−ｉ−ｎ型セルが示されている
が、本発明の処理ガス導入、閉込めおよび排気装置は単
一あるいは多重ｎ−ｉ−ｐセルを製造するようになされ
た装置にも使用される。
半導体合金層の蒸着に引き続いて、さらに別の蒸着工程
を別の場所でまたは連続工程の一部として行なうことも
できる。この工程では、ＴＣＯ（透明導電性酸化物）層
２２が付加される。セルが充分に大きな面積を有すると
きまたはＴＣＯ層２２の導電性が不充分なときには、電
極グリツド２４を装置に付加してもよい。このグリツド
２４はキヤリアの経路を短縮しそして導電効率を増大さ
せる。
II．多重グロー放電蒸着室 第２図について説明すると、光電池を連続的に製造する
ための多重グロー放電室蒸着装置の概要が符号２６によ
つて一般的に示されている。ここでもまた連続的蒸着装
置が本発明の好ましい具体例として示されているが、本
発明の閉込め装置はバツチ処理方式の蒸着装置にも用い
られる点に注意すべきである。連続蒸着装置２６は一連
の隔離された公知の蒸着室を備えており、その各室はそ
れを通して掃引ガスおよび基板材料のウエブを一方向に
通過させるようになされたガスゲートによつて互いに接
続されている。この装置２６はその中を通して連続的に
供給される基板材料１１の蒸着表面上にｐ−ｉ−ｎ型構
造を有する大面積の非晶質光電池を量産するようになさ
れている。多重ｐ−ｉ−ｎ型セルの製造に必要な非晶質
半導体層を蒸着させるために、装置２６は少なくとも三
組の蒸着室を備えている。各組の蒸着室は基板１１が通
過する際にｐ型導電性非晶質半導体層が基板１１の蒸着
表面に蒸着される第一の蒸着室２８と、基板１１が通過
する際に真性非晶質半導体層が基板１１の蒸着表面のｐ
型半導体層の上部に蒸着される第二の蒸着室３０と基板
１１が通過する際にｎ型導電性半導体層が基板１１の蒸
着表面上の真性層の上部に蒸着される第三の蒸着室３２
とを含んでいる。(1)図中では三つ一組の蒸着室を一組
だけ示してあるが別の組のまたは別の個々の蒸着室を装
置に付加して製造装置が任意の数の非晶質ｐ−ｉ−ｎ型
層を有する光電池を製造するようにすること、(2)本発
明の処理ガス導入、閉込めおよび排気装置をガスが隔離
された多数の各室中に供給されそしてこれらのガスをこ
れら各室中の特定の領域に閉じ込めることが必要な任意
の製造装置に適用できること、(3)図中には説明のため
のみに基板の供給芯体（supply core）１１ａおよび基
板の巻取り芯体（take-up core）１１ｂを示してある
が、実際にはこれらの芯体は蒸着室と動作的に結合され
た別個の室中に収容されること、そして(4)本明細書中
で示したグロー放電法では高周波供電陰極が示されてい
るが、本発明の範囲内でその他のグロー放電法を用いる
こともできる点に注意すべきである。
三つ一組の各蒸着室２８，３０および３２はグロー放電
蒸着によつて単一の非晶質シリコン合金層を基板１１上
に蒸着させるように構成されている。この目的のため
に、各蒸着室２８，３０および３２は陰極３４、各陰極
３４のまわりに設けられたシールド３５、多孔質のガス
供給導管３６、真性蒸着室の対向する側に設けられた不
活性掃引ガス導管３７、高周波発生器（R.F.）３８、処
理ガスおよびプラズマ排気導管４１、横方向に延設され
た多数の磁性部材５０、第２図中に４０として略示され
ている多数の輻射加熱部材および真性蒸着室を各ドーパ
ント室に対して動作的に接続するガスゲート４２を備え
ている。
各導管３６は前記陰極３４および基板１１の間において
各蒸着室中に形成されるプラズマ領域に対して処理ガス
混合物を供給するようにそれぞれの陰極３４に動作的に
結語されている。陰極シールド３５は基板１１のウエブ
および排気導管４１と協働してプラズマを蒸着室の陰極
領域中に実質的に閉じ込めるようになされている。
高周波発生器３８は陰極３４、輻射ヒータ４０および接
地された基板１１と協働して蒸着室に入る反応ガスを蒸
着種に解離することによつてプラズマを形成するように
作用する。次いで蒸着種は基板１１の底面に対して非晶
質半導体層として蒸着される。好ましくは磁性材料から
なる基板１１はこの磁性基板をその通常のたれ下つた移
動経路から上方に付勢する吸引力を与える多数の磁性部
材５０の列によつてほゞ平坦に維持される。
第１図示の光電池１０を形成するために、蒸着室２８中
ではｐ型非晶質半導体層が基板１１上に蒸着され、蒸着
室３０中では真性非晶質半導体層がｐ型層の上部に蒸着
されそして蒸着室３２中ではｎ型非晶質半導体層が真性
層の上部に蒸着される。この結果、装置２６は基板１１
上に少なくとも三つの非晶質半導体層を蒸着させ、ここ
で蒸着室３０中で蒸着される真性層の組成は以下ドーパ
ントまたはドーピング種と呼ばれる少なくとも一つの元
素を欠くこと（定量的にみて実質的な量で）により蒸着
室２８および３２中で蒸着される層の組成とは異なつて
いる。
高い効率の光電池装置を製造するためには基板１１の表
面に蒸着される各半導体層が高純度であり前記基板表面
にわたつて均一な組成を有しかつ前記基板表面にわたる
厚さが均一であることが重要である。したがつて、これ
らの目的を達成するためには、蒸着速度を均一なものと
するために基板の被覆表面を横切つて流れる処理ガスの
局部的な希薄化および圧縮部分を実質的に減少させるこ
とが必要である。さらに均質な膜を蒸着させるためには
処理ガスがプラズマ領域に接触する前にこれらのガスを
完全に混合しておくことが必要である。最後に、基板の
利用可能な表面積を完全に用いて装置の効率を最大限に
することが重要である。
III．本発明の処理ガス導入、閉込めおよび排気装置 第３図について説明すると、本発明の処理ガス導入、閉
込めおよび排気装置が一般的に符号７０で示されてい
る。図示のように、この装置７０は(1)処理ガスが基板
１１の蒸着表面上に蒸着される際に蒸着室のプラズマ領
域に入るガスが流動パターンを形成しないようにし、
(2)処理ガスが蒸着室のプラズマ領域に入る前にこれら
のガスをバツフル付のマニホルド内で充分に混合しそし
て(3)基板の横方向の実質的に全体の幅をそれに対して
半導体材料を蒸着させるために露出させることによつて
改善された光電池を製造するようになされている。
本明細書中で用いられている「陰極領域」という用語は
蒸着装置の各蒸着室の内の陰極３４に対して実質的に連
続して部分を指すものとする。この領域には前記陰極の
上方、下方および両側における蒸着室の領域を含むもの
とする。本明細書中で用いられている「陰極」という用
語は実際の陰極板３４ａ、この陰極板３４ａがその上に
のせられているガラス絶縁シート３４ｂおよびこの絶縁
シートがその上にのせられかつ高周波電源に対して接続
されている高周波板３４ｃを含むものとする。さらに
「プラズマ領域」という用語は電気力学的な場がそこで
形成されて陰極領域に導入される処理ガス混合物を解離
させ半導体膜を基板１１の露出された表面に蒸着させる
陰極３４と基板１１との間の陰極領域の部分を指すもの
とする。
シラン、四フツ化ケイ素、ホウ素、ホスフインおよび／
または水素等のような処理ガスが供給マニホルド３６を
通して蒸着室中に導入されそしてここからプラズマ領域
を通して解離および蒸着のために流れるような方向にな
される。処理ガスおよびプラズマは好ましくは一般的に
３５で示される陰極シールドにかこまれて陰極領域に閉
込められ、使用されなかつた処理ガスおよび蒸着されな
かつたプラズマが陰極領域からガスゲート４２に対して
移行する前にこれらの非使用処理ガスおよび非蒸着プラ
ズマが陰極領域から除去されるようにする（この移行は
前記ガスゲートを通るガスの一方方向の流れを得るため
に隣接した蒸着室の間で維持される圧力差によつて生じ
る）。ガスおよびプラズマが陰極領域から逸散し、蒸着
室の内部のまわりに自由に移行しそして室壁に接触する
と、それらはシラン粉末を生じこの粉末が基板１１上に
蒸着された半導体層の間に付着することになる。非使用
処理ガスおよび非蒸着プラズマは陰極領域を実質的にと
りかこむシールド３５によつて陰極領域に閉込められ
る。ガスおよびプラズマは陰極領域の下流部分に設けら
れた排気導管４１の方向に流される。
従来技術の蒸着装置においては、陰極領域から逸散する
処理ガスの量を減少させるためにガスゲート４２の真性
蒸着室の側で水素、アルゴンまたはその他の不活性ガス
混合物等のようなガスも導入されていた。より具体的に
は、これらの不活性「掃引」ガスはガスゲート４２の真
性蒸着室の側に設けられた供給導管３７から主としてガ
スゲート通路４３を通してガスゲートのドーパント蒸着
室の側に向うように流されていた。約３５SCCMの掃引ガ
スが各導管３７から真性蒸着室の陰極領域に対して流入
するのに充分な量（約２５０SCCM）の掃引ガスが導入さ
れていた。この掃引ガスは蒸着室の内部と排気導管４１
との間に形成される圧力差によつて陰極領域中に引き込
まれ、ここから非使用処理ガスおよび非蒸着プラズマと
ともに前記排気導管を経て流出されていた。この原理は
掃引ガスの陰極領域中への流入によつて処理ガスおよび
プラズマの陰極領域からの逸出が妨げれることにある。
本発明の処理ガス導入、閉込めおよび排気装置７０は不
活性ガスの流れおよびガスゲートと協働して非使用処理
ガスおよび非蒸着プラズマの陰極領域からの漏出を従来
技術の遮蔽構成と実質的に同一な態様において大幅に減
少させるとともに、プラズマ領域中における処理ガスの
局部的な希薄化および圧縮部分によつて生じる流動パタ
ーンの形成を著しく減少させる。
本発明の装置は構造的には細長い長手方向に延設されか
つ水平方向に設けられた処理ガス供給導管３６を備えて
いる。この供給導管３６は基板１１の面に対して実質的
に平行な面内に位置されかつ陰極３４の長手方向に沿う
長さとほゞ同じ大きさになされている（蒸着室中に二つ
以上の陰極が用いられているときにはこれらの陰極と同
一の長さ）。この供給導管３６には蒸着室のプラズマ領
域に対して処理ガスの混合物を陰極の全長に沿つて均一
に導入するように多数の孔３９が導管の長手方向に沿つ
て間隔をおいて設けられている。
この孔付の供給導管３６は符号５２によつて一般的に示
すマニホルド中に収容されている。このマニホルド５２
はほゞ長方形の周面形状を備えた細長い部材であつて基
板１１のウエブの一つの長手方向縁部に隣接して動作す
るように設けられている。このマニホルドの長さおよび
位置は孔付の供給導管３６からの処理ガスの混合物を蒸
着室のプラズマ領域に対して均一に向かわせるように設
定されている。したがつて、マニホルド５２は基板１１
の長手方向の長さにわたつて延出された多数の喰い違い
または互い違いのバツフル板５４によつて多数の相互に
連通する区画に分割されている。より具体的には、孔付
の導管３６は細長いバツフル室５６ａ中に収容され、そ
こから放出される処理ガス混合物がバツフル板５４ａを
周廻し、バツフル室５６ｂを通過し、バツフル板５４ｂ
を周廻しそしてバツフル板５４ｃを周廻する移動経路を
通つてからプラズマ領域に入り、ここで電気力学的な場
によつて解離されそして基板１１の表面上に半導体材料
として蒸着されるようになされている。このようにし
て、バツフル付のマニホルド５２は(1)処理ガスがプラ
ズマ領域中に入る前にこれらのガスを充分に混合して解
離および蒸着のための均質なガス混合物を形成し、(2)
陰極３４を横切る処理ガスの流れが層流をなすようにし
て移動速度に大小のあるガスの隣接する部分が異なつた
速度で基板表面に蒸着されないようにし、それによつて
基板に対して実質的に均一な半導体層が蒸着されるよう
にし、(3)処理ガスを基板材料のウエブの横方向の幅に
沿つて向わせるようにする（基板の移動方向に対し垂直
な方向）。次いで非使用処理ガスおよび非蒸着プラズマ
が陰極のマニホルド５２の設けられた側と対向する側の
まわりに沿いそして排気導管４１を通して排出される
（第３図中の矢印Ａは処理ガスの移動経路を示す）。
マニホルド５２の頂壁５２ａは陰極シールド３５の右側
の閉込め壁６４ｂの上部閉込め壁６４ａと協働して一対
の対向して設けられた支持棚を形成しその上に細長いセ
ラミツクマグネツト５０の両端部がのせられている。次
いでマニホルドの頂壁５２ａと上部閉込め壁６４ａとの
間の距離よりも大きな幅を有する基板材料１１の磁気吸
引性ウエブがこれらの棚の下方に位置される。マグネツ
ト部材５０の吸引力のための基板材料１１のウエブは上
方に付勢されてこの基板の対向する長手方向の縁部が一
方ではマニホルドの頂壁５２ａにそして他方では上部閉
込め壁６４ａに当接してシールされる。
非使用処理ガスおよび非蒸着プラズマはプラズマ領域か
らほゞ直立した閉込め壁６４ｂとほゞ直立した陰極支持
壁６８との間に形成された側方流路６６を通して流れ
る。支持壁６８の中央部分は蒸着室２８の面よりも上方
に位置されてガスおよびプラズマが側方流路６６から支
持壁６８の切欠部を通して排気室７２に流れそしてここ
から導管４１を経て流出できるようになされている。排
気室７２は高周波板３４ｃ、蒸着室２８の底壁、右側の
支持壁６８および内側の直立マニホルド壁５２ｂ間にお
ける領域として形成されている。処理ガス導入、閉込め
および排気装置に対する基板１１のこのような関係によ
つて基板材料１１の底面の全体がそれに対して半導体材
料を蒸着させるために露出される。基板材料１１の蒸着
のための全底面を露出させることによつて半導体装置の
製造のために利用可能な表面積が最大限に用いられる。
本発明は図示の具体例の構造にのみ限定されるものでは
ない。前記の好ましい具体例についての説明は本発明の
限定のためではなく例としてのものである。
【図面の簡単な説明】
第１図はセルの各層が半導体合金から形成されている多
数のｐ−ｉ−ｎ型セルからなるタンデム型光電池装置の
要部を示す断面図、第２図は第１図に示すセル等の光電
池装置の連続的な製造に用いるように構成された多重グ
ロー放電室蒸着装置を示す概要図、第３図は本発明の処
理ガス導入、閉込めおよび排気装置を説明するための蒸
着装置の陰極領域の要部の拡大斜視図である。 １１…基板、 ２８…蒸着室、 ３４…陰極、 ３６…孔付の導管、 ５２…マニホルド、 ５４ａ〜５４ｃ…バルフル板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケビン・リチヤ−ド・ホフマン アメリカ合衆国ミシガン48077ステアリン グ・ハイツ・ウエストレイク・ドライヴ 33361 (72)発明者 テイモシ−・デイ−ン・ラ−マン アメリカ合衆国ミシガン48003ア−モン ト・スク−ル・ストリ−ト213 (56)参考文献 特開 昭56−75565（ＪＰ，Ａ) 実公 昭53−26442（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板上に膜を堆積させるために設けられた
    堆積チャンバと、前記堆積チャンバ内にその表面を前記
    基板の堆積面と対向させて配設されたグロー放電を生ぜ
    しめるための電極と、前記膜を堆積させるための処理ガ
    スを導入するガス導入手段と、前記処理ガスを排気する
    ための排気手段とを具備し、前記電極の表面と前記基板
    の堆積面との間の領域にグロー放電を生じさせるグロー
    放電堆積装置において、 前記電極を取り囲む壁を有し、グロー放電によるプラズ
    マを前記領域を内に閉じ込めるためのシールドを前記堆
    積チャンバ内に有しており、前記ガス導入手段と前記排
    気手段とが前記領域を介して連通し、前記処理ガスを前
    記基板の堆積面および前記電極の表面に沿って流すため
    のガスの流路が前記シールドの内部に形成されているこ
    とを特徴とするグロー放電堆積装置。
  2. 【請求項２】前記堆積チャンバ内の前記シールドの外部
    に水素又は不活性ガスを導入する導管が設けられている
    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。
  3. 【請求項３】基板上に膜を堆積させるために設けられた
    堆積チャンバと、前記堆積チャンバ内にその表面を前記
    基板の堆積面と対向させて配設されたグロー放電を生ぜ
    しめるための電極と、前記膜を堆積させるための処理ガ
    スを導入するガス導入手段と、前記処理ガスを排気する
    ための排気手段とを具備し、前記電極の表面と前記基板
    の堆積面との間の領域にグロー放電を生じさせるグロー
    放電堆積装置において、 前記電極を取り囲む壁を有し、グロー放電によるプラズ
    マを前記領域内に閉じ込めるためのシールドを前記堆積
    チャンバ内に有しており、前記ガス導入手段と前記排気
    手段とが前記領域を介して連通し、前記処理ガスを前記
    基板の堆積面および前記電極の表面に沿って流すための
    ガスの流路が前記シールドの内部に形成されており、前
    記ガスの流路の上流側には互い違いに配された複数のバ
    ッフル板により区画された互いに連通する複数の通路が
    形成されているマニホルドを有することを特徴とするグ
    ロー放電堆積装置。
  4. 【請求項４】前記ガス導入手段は、前記マニホルド内に
    設けられた複数のガス放出孔を備えていることを特徴と
    する特許請求の範囲第３項に記載のグロー放電堆積装
    置。
  5. 【請求項５】前記堆積チャンバ内の前記シールドの外部
    に水素又は不活性ガスを導入する導管が設けられている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載のグロー
    放電堆積装置。
  6. 【請求項６】基板上に膜を堆積させるために設けられた
    堆積チャンバと、前記堆積チャンバ内にその表面を前記
    基板の堆積面と対向させて配設されたグロー放電を生ぜ
    しめるための電極と、前記膜を堆積させるための処理ガ
    スを導入するガス導入手段と、前記処理ガスを排気する
    ための排気手段とを具備し、前記電極の表面と前記基板
    の堆積面との間の領域にグロー放電を生じさせるグロー
    放電堆積装置において、 前記電極を取り囲む壁を有し、グロー放電によるプラズ
    マを前記領域内に閉じ込めるためのシールドを前記堆積
    チャンバ内に有しており、前記ガス導入手段と前記排気
    手段とが前記領域を介して連通し、前記処理ガスを前記
    基板の堆積面および前記電極の表面に沿って流すための
    ガスの流路が前記シールドの内部に形成されており、前
    記シールドは、前記基板の幅方向の両端部とそれぞれ重
    なり合う部分を有する対向フランジを有することを特徴
    とするグロー放電堆積装置。
  7. 【請求項７】前記基板を付勢するための磁石が前記対向
    フランジにより保持されていることを特徴とする特許請
    求の範囲第６項に記載のグロー放電堆積装置。
  8. 【請求項８】前記堆積チャンバ内の前記シールドの外部
    に水素又は不活性ガスを導入する導管が設けられている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載のグロー
    放電堆積装置。
  9. 【請求項９】第１導電型の半導体膜を基板上に堆積させ
    る第１の堆積チャンバと、第１導電型とは異なる導電型
    の半導体膜を基板上に堆積させる第２の堆積チャンバと
    を有し、前記第１のチャンバおよび前記第２のチャンバ
    内で基板を連続的に搬送する手段とを有するグロー放電
    堆積装置において、前記第１のチャンバおよび前記第２
    のチャンバはそれぞれ、前記各堆積チャンバ内にその表
    面を前記基板の堆積面と対向させて配設され該表面と前
    記基板の堆積面との間の領域にグロー放電を生ぜしめる
    ための電極と、前記各堆積チャンバ内に膜を堆積させる
    ための処理ガスを導入するガス導入手段と、前記処理ガ
    スを排気するための排気手段と、前記電極を取り囲む壁
    を有し、グロー放電によるプラズマを前記領域内に閉じ
    込めるためのシールドを前記堆積チャンバ内に有してお
    り、前記ガス導入手段と前記排気手段とが前記領域を介
    して連通し、前記処理ガスを前記基板の堆積面および前
    記電極の表面に沿って流すためのガスの流路が前記シー
    ルドの内部に形成されていることを特徴とするグロー放
    電堆積装置。
  10. 【請求項１０】前記堆積チャンバ内の前記シールドの外
    部に水素又は不活性ガスを導入する導管が設けられてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第９項に記載のグロ
    ー放電堆積装置。
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