JPH09213636A

JPH09213636A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JPH09213636A
Application number: JP8014557A
Authority: JP
Inventors: Masaki Shima; 正樹島; Koji Endo; 浩二遠藤; Hiroshi Ishimaru; 浩石丸; Shinichi Miyahara; 真一宮原
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-01-30
Filing date: 1996-01-30
Publication date: 1997-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】量産性及び歩留の向上が図れると共に、基板の
２主面に薄膜を形成するための薄膜形成装置に関する。【解決手段】反応室２０内に、立設配置された複数個
の、対向する二主面に各々基板が載置されてなる一方の
電極と、該電極の前記二主面に各々対向すると共に互い
も対向すべく配置された、多数の開口部を備えた２つの
他方の電極と、を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に薄膜を形
成する薄膜形成装置に関するものであり、特に複数の基
板上に効率良く薄膜を形成する装置及び、基板の２主面
上に異なる導電型を有する薄膜を形成する装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池は無尽蔵かつクリーンなエネル
ギー源であるため将来のエネルギー源として期待され、
その開発が精力的に進められている。

【０００３】太陽電池を構成する材料としては、従来単
結晶シリコン、多結晶シリコン等の結晶系半導体や、Ｇ
ａＡｓ等の化合物半導体が用いられてきた。また、近年
においては、非晶質シリコンに代表される非晶質半導体
が、低コストの太陽電池材料として注目を集めている。

【０００４】斯かる非晶質半導体を用いた非晶質太陽電
池の構造を、図１０を参照して説明する。図１０は非晶
質太陽電池の素子構造図であり、同図において１はガラ
ス、プラスチック等の透光性の基板、２は該基板１上に
形成されたＳｎＯ₂、ＩＴＯ等の透光性導電材からなる
透光性電極であり、３は該透光性電極２上に形成され
た、非晶質半導体からなる光電変換層である。そして、
該光電変換層３は、前記透光性電極２上に順次積層され
た、ｐ型の非晶質シリコンカーバイドからなるｐ層３
ｐ、ｉ型の非晶質シリコンからなるｉ層３ｉ及びｎ型の
非晶質シリコンからなるｎ層３ｎから構成される。ま
た、４は前記光電変換層３上に形成されたＡｇ，Ａｌ等
の金属からなる裏面電極である。そして、前記透光性電
極２及び裏面電極４から、光電変換層３で発生した光起
電力が外部に出力されることとなる。

【０００５】また、非晶質半導体を用いた太陽電池とし
て、結晶系半導体と非晶質半導体とを組み合わせた構造
の太陽電池が、その製造コストが安価でありまた光電変
換特性が高いことから近年注目を集めている。

【０００６】斯かる太陽電池の構造を図１１を参照して
説明する。図１１は結晶系半導体と非晶質半導体とを組
み合わせたＨＩＴ構造太陽電池の素子構造図であり、同
図において５はｎ型の単結晶もしくは多結晶シリコンか
らなる基板である。そして、該基板５の２主面には、ｉ
型の非晶質シリコン層からなるｉ層６が形成されてい
る。このうち基板５の光入射側に配されたｉ層６上には
ｐ型の非晶質シリコンカーバイドからなるｐ層７が形成
され、そして光透過側に配されたｉ層６上にはｎ型の非
晶質シリコンからなるｎ層８が形成されている。さら
に、前記ｐ層７上にはＳｎＯ₂、ＩＴＯ等の透光性導電
材からなる透光性電極９及びＡｇ、Ａｌ等の金属からな
る櫛型の集電極１０が形成されると共に、ｎ層８上には
Ａｌ等の金属からなる裏面電極１１が形成されている。

【０００７】これらの非晶質半導体からなる太陽電池を
形成するにあたっては、従来、例えば特開昭５６−１１
４３８７号に開示された、太陽電池を構成する各半導体
層を夫々個別の反応室で形成する連続分離形成装置が用
いられてきた。この連続分離形成装置について、図１２
を参照して説明する。

【０００８】図１２は連続分離形成装置の装置構成図で
あり、１０ａ〜１０ｃは互いに隔離されて並設された第
１〜第３反応室であり、１１ａ〜１１ｄは各反応室を隔
離する垂直壁に同一高さにて開口された第１〜第４通過
窓である。そして、各通過窓１１ａ〜１１ｄには各々を
開閉するための第１〜第４シャッタ１２ａ〜１２ｄが設
けられている。

【０００９】また、１３…及び１４…は、各反応室に対
向配置された第１及び第２電極であり、これら電極の一
方には高周波電源１５より高周波電圧が印加される。

【００１０】１６…は、第１及び第２電極１３…、１４
…間に配されたローラーコンベアであり、モーターによ
り各ローラーが回転駆動されることにより、該ローラー
コンベア上に載置された基板を移送することができる。

【００１１】さらに、各反応室１０ａ〜１０ｃには、図
示しない原料ガス供給系から原料ガスを導入するための
ガス導入口１７ａ〜１７ｃ、及び図示しない排気装置を
用いて反応室内を真空状態に排気するための排気口１８
ａ〜１８ｃが、夫々備えられている。

【００１２】斯かる連続分離形成装置を用いて図１０に
示した非晶質太陽電池を製造する工程を、次に説明す
る。

【００１３】まず透光性電極２のみを被着せしめた基板
１を、第１通過窓１１ａを介して第１反応室１０ａのロ
ーラコンベア１６上に載置し、第１〜第４シャッタ１２
ａ〜１２ｄを全て閉とする。そして、基板１を反応室内
１０ａ内に配された第１及び第２電極１３、１４間の中
央の位置まで移動した後に、ローラーコンベア１６を停
止すると共に図示しない排気装置により排気口１８ａを
介して反応室１０ａ内を真空に排気する。この間図示し
ない加熱ヒータにより基板１を所定の温度まで加熱す
る。

【００１４】次いで、図示しない原料ガス供給系からガ
ス導入口１７ａを介して、原料ガスとなるＳｉＨ₄，Ｃ
Ｈ₄、Ｂ₂Ｈ₆及びＨ₂を所定の流量導入すると共に、反応
室１０ａ内の圧力を１０Ｐａ程度に保持する。そして、
高周波電源１５により第１、第２電極１３、１４間に高
周波電圧を印加し、該電極間で放電領域を形成し、前記
原料ガスを分解する。この工程により、透光性電極２が
形成された基板１上にｐ型の非晶質シリコンカーバイド
からなるｐ層３ｐが形成される。

【００１５】然る後に、原料ガスの導入を止め第１反応
室１０ａ内を再び真空排気し、次いで第２シャッタ１２
ｂを開けると共に第１、第２反応室１０ａ，１０ｂのロ
ーラーコンベア１６を駆動して、基板１を第２反応室１
０ｂに移動する。そして、第２シャッタ１２ｂを閉じた
後に原料ガス供給口１７ｂからＳｉＨ₄ガスを導入し、
所定の圧力とした後に、第１及び第２電極間１３、１４
間に高周波電圧を印加し、ＳｉＨ₄を分解する。この工
程によりｐ層３ｐ上に、ｉ型の非晶質シリコンからなる
ｉ層３ｉが形成される。

【００１６】次いで、原料ガスの導入を止め第２反応室
１０ｂ内を再び真空排気し、次いで第３シャッタ１２ｃ
を開けると共に第２、第３反応室１０ｂ，１０ｃのロー
ラーコンベア１６を駆動して、基板１を第３反応室１０
ｃに移動する。そして、第３シャッタ１２ｃを閉じた後
に原料ガス供給口１７ｃからＳｉＨ₄、ＰＨ₃及びＨ₂ガ
スを導入し、所定の圧力とした後に、第１及び第２電極
間１３、１４間に高周波電圧を印加し、原料ガスを分解
する。この工程によりｉ層３ｉ上に、ｎ型の非晶質シリ
コンからなるｎ層３ｎが形成される。

【００１７】以上のようにｐ層３ｐ、ｉ層３ｉ及びｎ層
３ｎが順次形成された後、基板１は第３反応室１０ｃか
ら第４通過窓１１ｄを介して外部に取り出され、そして
蒸着法或いはスパッタ法によりＡｇ，Ａｌ等の金属から
なる裏面電極４が形成される。

【００１８】従って、上述の連続分離形成装置によれ
ば、光電変換層３を構成する各半導体層３ｐ，３ｉ及び
３ｎが夫々個別の反応室１０ａ，１０ｂ及び１０ｃで形
成されるので、ｐ型の導電型決定不純物であるＢ（ボロ
ン），或いはｎ型の導電型決定不純物であるＰ（リン）
が、他の層に混入することがない。従って、光電変換特
性の良好な非晶質太陽電池を製造することができる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、上記従来の
連続分離形成装置によれば以下のような問題があった。

【００２０】まず、前記第１及び第２電極１３、１４と
しては通常ＳＵＳ製の金属板が用いられており、基板１
上に半導体層形成時に該電極上にも同時に半導体膜が堆
積される。そして、この電極に堆積された半導体膜はそ
の膜厚が厚くなると電極上から剥離してしまい、この剥
離した半導体膜が基板１上に付着する。この基板１上に
付着した半導体膜は基板１との付着力が弱く、このため
光電変換層３形成後に基板１から剥離し、剥離後に形成
された裏面電極４と透光性電極２とが剥離部で接続され
るために、太陽電池の短絡が生じるという問題があっ
た。

【００２１】この電極からの剥離物の基板への付着の問
題を解決するために、電極を鉛直に配し、電極からの落
下物が基板へ付着することを防止することが提案されて
いる（例えば特開昭５８−４３５０８号）。然し乍ら、
電極を鉛直に配した場合にあっても、電極からの剥離物
は、反応室への原料ガス導入時に生じたガス流により基
板へ付着することとなるために、大きな改善は望めなか
った。

【００２２】また、多数の基板を一つの反応室内で同時
に処理する場合には、反応室の面積が大きくなるため
に、装置コストが増大するという問題があった。

【００２３】さらには、上記従来装置によれば、基板の
一主面上にしか半導体層を形成することができず、従っ
て図１１に示したＨＩＴ構造太陽電池の如く基板の２主
面上に半導体層を形成する場合にあっては、まず基板上
の一主面上に半導体層を形成後一旦反応装置から基板を
取り出し、斯かる後に再度反応装置内に基板を設置して
他主面上に半導体層を形成する必要があるため、製造に
長時間を要し、量産には適さないという問題があった。

【００２４】加えて、一旦反応装置から大気中に取り出
すために基板に大気中の水、酸素等の不純物が付着する
ため、或いは大気中に存在する塵、埃等が基板上に付着
するために、太陽電池の歩留或いは光電変換特性が低下
するという問題があった。

【００２５】

【課題を解決するための手段】斯かる課題を解決するた
めに、本発明の薄膜形成装置は、基板の一主面上に薄膜
を形成する装置であり、対向する二主面に各々基板が載
置されてなる一方の電極と、該電極の前記二主面に各々
対向すると共に互いも対向すべく配置された２つの他方
の電極と、からなる薄膜形成装置であって、該他方の電
極は、多数の開口部を備えたことを特徴とする。

【００２６】或いは、立設配置された複数個の、対向す
る二主面に各々基板が載置されてなる一方の電極と、該
電極の前記二主面に各々対向すると共に互いも対向すべ
く配置された、多数の開口部を備えた２つの他方の電極
と、からなることを特徴とする。

【００２７】また、本発明の薄膜形成装置は、基板の二
主面上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、二主面
を露出せしめられて基板が載置された一方の電極と、前
記基板の一主面に対向して設けられた他方の第１電極
と、前記基板の他主面に対向すると共に前記他方の第１
電極と対向すべく配置された他方の第２電極と、からな
る薄膜形成装置であり、前記他方の電極は、多数の開口
部を備えたことを特徴とする。

【００２８】或いは、立設配置された複数個の、二主面
を露出せしめられて基板が載置された一方の電極と、前
記基板の一主面に対向して設けられた他方の第１電極
と、前記基板の他主面に対向すると共に前記他方の第１
電極と対向すべく配置された他方の第２電極と、からな
る薄膜形成装置であって、前記他方の電極は、多数の開
口部を備えたことを特徴とする。

【００２９】加えて、前記一方の電極にて、該電極が配
置された反応室内が複数の領域に区画されると共に、区
画された前記複数の領域毎に、原料ガス導入口及び排気
口が夫々設けられたことを特徴とする。

【００３０】また、以上の薄膜形成装置において、前記
一方の電極と前記他方の電極との間に補助電極を備えた
薄膜形成装置であって、該補助電極が多数の開口部を備
えるようにしても良い。

【００３１】さらに、多数の開口部を備えた前記他方の
電極及び補助電極は、具体的にはメッシュ状電極であれ
ば良く、またヒーターもしくはガス導入系の少なくとも
一方を内蔵したものであっても良い。

【００３２】ここで、前記他方の電極もしくは補助電極
がヒーターを備えたものである場合には、これらの電極
を、高周波印加用の中空パイプと、その内部に挿入され
た棒状のヒーターと、から構成される複数のパイプを組
み合わして構成すればよい。

【００３３】また、前記他方の電極もしくは補助電極が
ガス導入系を備えたものである場合には、これらの電極
を、複数の高周波印加用の中空パイプを組み合わして構
成すると共に、該中空パイプの側壁には原料ガスを反応
室内に供給するための原料ガス供給孔が前記側壁を貫通
して設けるようにすれば良い。

【００３４】さらに、前記他方の電極もしくは補助電極
が、ヒーター及びガス導入系の両方を備えるものである
場合には、これらの電極を、高周波印加用の中空パイプ
と、その内部に挿入された棒状のヒーターと、から構成
される複数のパイプを組み合わされて構成すると共に、
前記パイプと前記ヒーターとの間の原料ガス導入用の空
間にはこれらを電気的に絶縁する絶縁物を設け、前記パ
イプの側壁には前記原料ガスを反応室内に供給するため
の原料ガス供給孔が前記側壁を貫通して設けるようにす
れば良い。

【００３５】加えて本発明薄膜形成装置にあっては、前
記一方の電極が、搬送自在であることを特徴としてい
る。

【００３６】

【実施の形態】本発明の第１実施形態に係わる薄膜形成
装置を図１を参照して説明する。図１は、本発明第１実
施形態に係わる薄膜形成装置を構成する反応室の装置構
成図である。

【００３７】同図において、２４…は反応室２０内に立
設配置された、複数個の一方の電極であり、夫々の電極
の対向する二主面には各々基板１が載置されている。

【００３８】本実施形態では、反応室２０内の紙面表裏
方向の壁と、一方の電極２４…との間には空間が設けら
れており、反応室２０内の雰囲気が等しくなるように構
成されている。

【００３９】そして、２１…は、前記一方の電極２４…
の対向する二主面に各々対向すると共に、互いも対向す
べく配置された他方の電極であり、多数の開口部を備え
ている。本実施形態ではこの他方の電極２１…として、
直径約０．５ｍｍのＳＵＳ製の細線を格子状に組み合わ
せたメッシュ状の電極を用いた。そして、これら他方の
電極２１…は、装置外部に設けられた高周波電源２２に
接続されている。

【００４０】尚、本実施形態に於いては、上記一方の電
極２４…として、対向する２主面に基板を載置した基板
ホルダーを用い、該基板ホルダーを基板支持機構２３で
支持して前記一方の電極２４…とした。

【００４１】ここで、本実施形態に於いては、該基板支
持機構２３として、基板もしくは基板が保持された基板
ホルダーの厚みよりも若干幅広に並列配置された２個の
支持体を、反応室２０内の上壁及び下壁に夫々紙面の表
裏方向に連なって設けた。

【００４２】そして、２枚の基板１、１を保持した基板
ホルダーを、紙面表方向から前記２個の支持体の間に滑
り込ませるように導入し、支持した。

【００４３】ここで、基板ホルダーとしては、対向する
二主面に載置された２枚の基板の各々の一主面の大部分
が露出される構造とした。図２にこの具体例を示す。

【００４４】図２は本実施形態で用いた基板ホルダーの
一例を示す構成図である。同図（Ａ）において、３１は
枠体であり、該枠体３１の背面側の対向する２隅には、
基板保持用の３角形状の支持部３２、３２が設けられて
いる。

【００４５】加えて、前記支持部３２、３２と対応する
枠体３１の上面の位置には、枠体３１内に設置された基
板を抑えるための押さえ部３３、３３が、回転自在に設
けられている。

【００４６】そして、同図（Ｂ）に示すように、枠体３
１に載置された基板１、１は、一方の基板１の一主面が
前記支持部３２、３２により支持され、他方の基板１の
一主面が前記押さえ部３３、３３により押さえられ、枠
体３１内に固定されることとなる。

【００４７】加えて、大型の形成装置を使用するにあた
っては、基板ホルダーを図３に示す如く構成し、１つの
基板ホルダーに多数の基板を保持するようにすれば、一
度に多量の基板を処理することができる。

【００４８】また、図１に於いて、２５は原料ガス導入
のための原料ガス導入口であり、図示しない原料ガス供
給系に接続されている。２６は反応室内を真空に排気す
るための排気口であり、図示しない排気装置に接続され
ている。さらに、図示しないが、紙面の表裏方向の垂直
壁には、基板を通過させるための通過窓が設けてあり、
また各々の通過窓にはこれを開閉するためのシャッタが
設けてある。

【００４９】次に、本実施形態の薄膜形成装置を用い
て、図１０に示した非晶質太陽電池を製造する工程につ
いて説明する。

【００５０】尚、ここでは、図１に示した構造の反応室
が、ｐ，ｉ及びｎ層形成用に３室紙面方向に連続して備
えられており、そして紙面表側及び裏側には、夫々基板
仕込み及び取り出し用の真空室が備えられているものと
する。

【００５１】まず、図示しない基板搬送系を用いて、一
主面に透光性電極が被着された２枚の基板１、１が保持
された基板ホルダーを、基板仕込室を介してｐ層形成用
の反応室２０内に複数個搬送し、基板支持機構２３…で
支持して一方の電極２４…とする。基板ホルダー搬送後
はシャッターを閉じてｐ層形成用の反応室をほかの反応
室と隔離し、排気装置により排気口２６を介して反応室
内を真空に排気する。この時の反応室内の真空度は不純
物の膜中への混入を防止するために高真空であることが
望ましく、例えば１×１０^-7Ｐａ程度の真空度まで排気
される。そして、図示しないヒーターにより基板を８０
〜２００℃程度の温度に加熱する。

【００５２】次いで、原料ガス供給系より原料ガス導入
口２５を介して原料ガスを反応室２０内に導入すると共
に、反応室２０内の真空度を１０Ｐａ程度に保持する。
尚、原料ガスとしてはＳｉＨ₄、ＣＨ₄、Ｂ₂Ｈ₆及びＨ₂
の混合ガスを用いた。

【００５３】そして、高周波電源２２により、他方の電
極２１…に高周波電圧を印加する。この工程により、一
方の電極２４と隣接する他方の電極２１、２１との間で
放電領域２７、２７が形成され、該放電領域２７、２７
中で原料ガスが分解されると共に、一方の電極２４に載
置された２枚の基板１、１の一主面に被着された透光性
電極２に非晶質シリコンカーバイドからなるｐ層３ｐが
形成されることとなる。

【００５４】以上のようにして膜厚２００Åのｐ層３ｐ
を形成した後、高周波電力の印加を止めると共に原料ガ
スの供給を止め、反応室内を１×１０^-7Ｐａ程度の真空
度まで排気し、その後ｐ層形成用の反応室とｉ層形成用
の反応室を隔離しているシャッターを開いて基板ホルダ
ーをｉ層形成用の反応室内に搬送し、基板支持機構２３
で支持して一方の電極２４…とする。

【００５５】そして、シャッターを閉じた後に排気装置
を用いてｉ層形成用の反応室内を１×１０^-7Ｐａ程度の
真空度まで排気すると共に、基板温度を２００〜３００
℃の温度まで加熱する。

【００５６】その後、原料ガス導入口２５を介して、原
料ガス供給系よりＳｉＨ₄ガスもしくはＳｉＨ₄ガスとＨ
₂ガスの混合ガスを導入すると共に、真空度を１０Ｐａ
程度に保持する。

【００５７】この状態で高周波電源２２により他方の電
極２１…に高周波電圧を印加し、該他方の電極２１…と
一方の電極２４…との間で放電領域２７…を生じせしめ
原料ガスを分解すると共に、ｐ層３ｐ上にｉ型の非晶質
シリコンからなるｉ層３ｉを、４０００Å形成する。

【００５８】この後、高周波電力の印加を止めると共に
原料ガスの供給を止め、反応室内を１×１０^-7Ｐａ程度
の真空度まで排気し、その後ｉ層形成用の反応室とｎ層
形成用の反応室を隔離しているシャッターを開いて基板
ホルダーをｎ層形成用の反応室内に搬送し、基板支持機
構２３で支持して一方の電極２４…とする。

【００５９】そして、シャッターを閉じた後に排気装置
を用いてｎ層形成用の反応室内を１×１０^-7Ｐａ程度の
真空度まで排気すると共に、基板温度を２００〜３００
℃の温度まで加熱する。

【００６０】その後、原料ガス導入口２５を介して、原
料ガス供給系よりＳｉＨ₄、ＰＨ₃及びＨ₂ガスの混合ガ
スを導入すると共に、真空度を１０Ｐａ程度に保持す
る。

【００６１】この状態で高周波電源２２により他方の電
極２１…に高周波電圧を印加し、該他方の電極２１…と
一方の電極２４…との間で放電領域２７…を生じせしめ
原料ガスを分解すると共に、ｉ層３ｉ上にｎ型の非晶質
シリコンからなる膜厚２００Åのｎ層３ｎを形成する。

【００６２】以上の如く、ｐ層３ｐ，ｉ層３ｉ及びｎ層
３ｎからなる光電変換層３が透光性電極２上に形成され
た基板１を、取出し用の真空室を介して大気中に取出
し、蒸着法或いはスパッタ法によりＡｇからなる裏面電
極４を形成し、図１０に示した非晶質太陽電池を製造し
た。

【００６３】従って、本第１実施形態に係わる薄膜形成
装置によれば、複数の基板の一主面上に同時に同じ薄膜
を形成できるので、量産性に優れている。

【００６４】また、他方の電極２１…及び一方の電極２
４…とを立設配置したので装置の小型化が可能となり、
装置コストが低減される。また装置の設置面積も低面積
化が図られる。

【００６５】さらに、高周波電圧を印加する他方の電極
を、多数の開口部を備えた構造としたので、従来の板状
の電極に比べてその表面積が低減されている。従って、
基板上への薄膜形成中に他方の電極に薄膜が堆積された
としてもその量は僅かであり、電極からの剥離物に因る
影響が低減される。

【００６６】本第１実施形態の薄膜形成装置を用いて図
１０に示した非晶質太陽電池１００個を製造したところ
歩留が９５％であり、従来の薄膜形成装置を用いた場合
（歩留８７％）に比べ、その歩留を大幅に改善すること
ができた。

【００６７】次に、本発明の第２実施形態に係わる薄膜
形成装置について、図４を参照して説明する。

【００６８】図４は、本発明の第２実施形態に係わる薄
膜形成装置を構成する反応室の装置構成図である。尚、
図１に示した第１実施形態に係わる薄膜形成装置と同じ
機能を有する部分には、同一の符号を記している。

【００６９】同図において、２４…は反応室内に立設配
置された一方の電極となる基板ホルダーであり、基板５
がその二主面を露出せしめられて載置されている。この
一方の電極となる基板ホルダー２４…は、基板支持機構
２３…により反応室内で支持されている。

【００７０】そして、基板５の一主面に対向して他方の
第１電極２１ａ…が設けられると共に、前記基板５の他
主面に対向して他方の第２電極２１ｂ…が設けられてい
る。これら他方の第１電極及び第２電極２１ａ…，２１
ｂ…はいずれも多数の開口部を備えている。さらに、他
方の第１電極２１ａ，２１ａは高周波電源２２ａに接続
され、他方の第２電極２１ｂ，２１ｂは高周波電源２２
ｂに接続されている。

【００７１】尚、本実施形態では、前述した第１実施形
態と同様に、反応室２０内の紙面表裏方向の壁と、一方
の電極となる基板ホルダー２４…との間には空間が設け
られており、反応室２０内の雰囲気が等しくなるように
構成されている。

【００７２】次に、本実施形態の薄膜形成装置を用い
て、図１１に示したＨＩＴ構造太陽電池を製造する工程
について、図５乃至図７を参照して説明する。

【００７３】ここで、図５乃至図７は製造工程中におけ
る反応室内２０内の状態を示した工程別装置状態図であ
る。

【００７４】尚、反応室２０の紙面表及び裏方向には、
基板仕込み及び取出し用の真空室が設けてある。

【００７５】まず、図５を参照して、ｎ型の単結晶基板
５を１枚保持した基板ホルダーを、複数個、基板仕込室
を介して反応室２０内に図示しない搬送系を用いて搬送
し、基板支持機構２３…で支持し、一方の電極２４…と
する。この時、前述したように基板ホルダーに保持され
た基板５の２主面は露出されている。

【００７６】尚、本実施形態に於いては、基板５を基板
ホルダーに保持する必要はなく、基板５のみを搬送する
ようにして一方の電極としても良い。

【００７７】基板ホルダー搬送後は反応室２０を他の真
空室と隔離し、排気装置により排気口２６を介して反応
室内を真空に排気する。この時の反応室内の真空度は、
不純物の膜中への混入を防止するために高真空であるこ
とが望ましく、例えば１×１０^-7Ｐａ程度の真空度まで
排気される。そして、図示しないヒーターにより基板を
８０〜２００℃程度の温度に加熱する。

【００７８】次いで、図示しない原料ガス導入供給系に
より、原料ガス導入口２５を介して原料ガスとしてのＳ
ｉＨ₄２０ｓｃｃｍを反応室２０内に導入すると共に、
反応室２０内の真空度を１０Ｐａ程度に保持する。

【００７９】そして、高周波電源２２ａ及び２２ｂによ
り、他方の第１電極及び第２電極２１ａ，２１ａ及び２
１ｂ，２１ｂに高周波電圧を印加する。この工程によ
り、一方の電極２４と、隣接する他方の第１及び第２電
極２１ａ、２１ｂとの間で放電領域２７ａ及び２７ｂが
形成され、該放電領域２７ａ及び２７ｂで原料ガスが分
解されると共に、基板５の２主面上にｉ型の非晶質シリ
コンからなるｉ層６、６が形成されることとなる。

【００８０】前記ｉ層６、６を約５０Åの厚みで形成し
た後、高周波電源２２ａ及び２２ｂを停止し、放電を止
めると共に原料ガスの供給を止める。そして、再度排気
装置により排気口２６を介して反応室２０内の全体を１
×１０^-7Ｐａ程度の真空度まで排気する。

【００８１】次いで、図６を参照して、原料ガス供給系
により、原料ガス導入口２５を介して原料ガスとしての
ＳｉＨ₄、Ｂ₂Ｈ₆及びＨ₂の混合ガスを反応室２０内に導
入すると共に、反応室２０内を１０Ｐａ程度の真空度の
保持する。

【００８２】そして、高周波電源２２ａにより、他方の
第１電極２１ａ，２１ａに高周波電圧を印加する。この
時他方の第２電極２１ｂ，２１ｂには高周波電圧を印加
しない。この工程により、基板５の一主面と、これに対
向する他方の第１電極２１ａとの間で放電領域２７ａが
形成され、該放電領域２７ａで原料ガスが分解されると
共に、基板５の一主面上にｉ層６を介してｐ型の非晶質
シリコンからなるｐ層７が形成されることとなる。

【００８３】前記ｐ層７を約１００Åの厚みで形成した
後、高周波電源２２ａを停止し、放電を止めると共に原
料ガスの供給を止める。そして、再度排気装置により反
応室２０内を１×１０^-7Ｐａ程度の真空度まで排気す
る。

【００８４】次いで、図７を参照して、原料ガス供給系
により、原料ガス導入口２５を介して原料ガスとしての
ＳｉＨ₄、ＰＨ₃及びＨ₂の混合ガスを反応室２０内に導
入すると共に、反応室２０内を１０Ｐａ程度の真空度の
保持する。

【００８５】そして、高周波電源２２ｂにより、他方の
第２電極２１ｂ，２１ｂに高周波電圧を印加する。この
時他方の第１電極２１ａ，２１ａには高周波電圧を印加
しない。この工程により、基板５の他主面と、これに対
向する他方の第２電極２１ｂとの間で放電領域２７ｂが
形成され、該放電領域２７ｂで原料ガスが分解されると
共に、基板５の他主面上にｉ層６を介してｎ型の非晶質
シリコンからなるｎ層８が形成されることとなる。

【００８６】前記ｎ層８を２００Å程度形成した後、放
電を止めると共に原料ガスの供給を停止し、反応室２０
内を１×１０^-7Ｐａ程度の真空度まで排気する。

【００８７】そして、基板５を、取出し用の真空室を介
して外部に取出した後に、ｎ層８上にスパッタ法或いは
蒸着法を用いてＡｌからなる裏面電極１１を形成し、次
いでｐ層７上にスパッタ法或いは蒸着法を用いて透光性
電極９及び集電極１０を形成し、ＨＩＴ構造太陽電池を
製造する。

【００８８】従って、本第２実施形態に係わる薄膜形成
装置によれば、複数の基板を同時に処理できるので、量
産性に優れている。

【００８９】また、他方の第１及び第２電極２１ａ，２
１ａ，２１ｂ，２１ｂ及び一方の電極２４…とを立設配
置したので装置の小型化が可能となり、装置コストが低
減される。また装置の設置面積も低面積化が図られる。

【００９０】同時に、１つの反応室内で基板の２主面に
異なる導電型を有する薄膜を形成することができ、各半
導体層形成用の個別の反応室が不要となるので、一層装
置コストが低減される。

【００９１】加えて、ｐ型の導電型決定不純物であるＢ
（ボロン）は、他方の第１電極２１ａ，２１ａにしか付
着せず、またｎ型の導電型決定不純物であるＰ（リン）
は、他方の第２電極２１ｂ及び２１ｂにしか付着しな
い。従って、ｐ層７或いはｎ層８の形成時に、逆導電型
の不純物であるＰ或いはＢが混入することがなく、光電
変換特性が低下することがない。尚、ｉ層６、６の形成
時には、ＢまたはＰのいずれか一方が該層６，６中に混
入することとなるが、その混入量は微小であり、またｉ
層６、６は導電型を有する非晶質半導体層７もしくは８
と単結晶基板５との界面特性を向上するためのものであ
ることから、光電変換特性に与える影響は少ない。

【００９２】さらに、高周波電圧を印加する電極が多数
の開口部を備えているので、従来の板状の電極に比べて
その表面積が低減されている。従って、基板上への薄膜
形成中に他方の第１もしくは第２電極に薄膜が堆積され
たとしてもその量は僅かであり、電極からの剥離物に因
る影響が低減される。

【００９３】次に、本発明薄膜形成装置の第３実施形態
を、図８を参照して説明する。

【００９４】図８は、本発明の第３実施形態に係わる薄
膜形成装置を構成する反応室の装置構成図である。尚、
図４に示した第２実施形態に係わる薄膜形成装置と同じ
機能を有する部分には、同一の符号を記している。

【００９５】同図に於いて、図４に示した第２実施形態
に係わる薄膜形成装置と異なる点は、反応室２０内の紙
面表裏方向の壁と、一方の電極となる基板ホルダー２４
…との間には空間がなく、反応室２０内が一方の電極２
４…により区画された点にある。

【００９６】加えて、一方の電極２４…により区画され
た反応室内の各領域には、原料ガス導入口２５ａ，２５
ａ及び２５ｂ，２５ｂが交互に配され、また排気口２６
…が個別に設けられている。

【００９７】斯かる構成とすることで、一方の電極２４
…に区画された反応室内の各領域には、夫々個別に原料
ガスを導入することができ、また夫々個別に排気するこ
とが可能となる。

【００９８】次に、この本発明第３実施形態の薄膜形成
装置を用いて、前述のＨＩＴ構造太陽電池を製造する工
程について説明する。

【００９９】尚、図８に示した反応室の紙面表及び裏方
向には、基板仕込み及び取出し用の真空室が設けてあ
る。

【０１００】まず、図８を参照して、ｎ型の単結晶基板
５を１枚保持した基板ホルダーを、複数個、基板仕込室
を介して反応室２０内に図示しない搬送系を用いて搬送
し、基板支持機構２３…で支持して一方の電極２４…と
する。この時、前述したように基板ホルダーに保持され
た基板５の２主面は露出されている。

【０１０１】基板ホルダー搬送後は反応室２０を他の真
空室と隔離し、排気装置により排気口２６…を介して反
応室内を真空に排気する。この時の反応室内の真空度
は、不純物の膜中への混入を防止するために高真空であ
ることが望ましく、例えば１×１０^-7Ｐａ程度の真空度
まで排気される。そして、図示しないヒーターにより基
板を８０〜２００℃程度の温度に加熱する。

【０１０２】次いで、図示しない原料ガス供給系によ
り、原料ガス導入口２５ａ，２５ａ及び２５ｂ，２５ｂ
を介して原料ガスとしてのＳｉＨ₄２０ｓｃｃｍを反応
室２０内に導入すると共に、反応室２０内の真空度を１
０Ｐａ程度に保持する。

【０１０３】そして、高周波電源２２ａ及び２２ｂによ
り、他方の第１及び第２電極２１ａ，２１ａ及び２１
ｂ，２１ｂに高周波電圧を印加する。この工程により、
基板ホルダー２４と、隣接する他方の第１及び第２電極
２１ａ、２１ｂとの間で放電領域２７ａ及び２７ｂが形
成され、該放電領域で原料ガスが分解されると共に、基
板５の２主面上にｉ型の非晶質シリコンからなるｉ層
６、６が形成されることとなる。

【０１０４】前記ｉ層６、６を約５０Åの厚みで形成し
た後、高周波電源２２ａ及び２２ｂを停止し、放電を止
めると共に原料ガスの供給を止める。そして、再度排気
口２６…を介して反応室２０内の全体を１×１０^-7Ｐａ
程度の真空度まで排気する。

【０１０５】次いで、原料ガス供給系により、原料ガス
導入口２５ａ，２５ａを介して原料ガスとしてのＳｉＨ
₄、Ｂ₂Ｈ₆及びＨ₂の混合ガスを、対応する反応室２０内
の区画された領域に導入する。

【０１０６】この時同時に、原料ガス導入口２５ｂ，２
５ｂからは、ＳｉＨ₄，ＰＨ₃及びＨ ₂の混合ガスを、対
応する反応室２０内の区画された領域に導入する。

【０１０７】そして、排気口２６…を介して各領域の圧
力を１０Ｐａ程度に保持する。

【０１０８】この状態で、高周波電源２２ａにより、他
方の第１電極２１ａ，２１ａに高周波電圧を印加すると
共に、高周波電源２２ｂにより他方の第２電極２１ｂ，
２１ｂに高周波電圧を印加する。

【０１０９】この工程により、一方の電極２４に載置さ
れた基板５の一主面と、これに対向する他方の第１電極
２１ａとの間で放電領域２７ａが形成され、該放電領域
２７ａでＳｉＨ₄，Ｂ₂Ｈ₆，及びＨ₂の混合ガスからなる
原料ガスが分解されると共に、基板５の一主面上にｉ層
６を介してｐ型の非晶質シリコンからなるｐ層７が形成
されることとなる。

【０１１０】同時に、基板５の他主面と、これに対向す
る他方の第２電極２１ｂとの間では、放電領域２７ｂが
形成され、該放電領域２７ｂで、ＳｉＨ₄，ＰＨ₃及びＨ
₂からなる原料ガスが分解され、基板５の他主面上にｉ
層６を介してｎ型の非晶質シリコンからなるｎ層８が形
成されることとなる。

【０１１１】そして、前記ｐ層７を約１００Åの厚みで
形成した後、高周波電源２２ａを停止し、また、前記ｎ
層８を約２００Åの厚みで形成した後に高周波電源２２
ｂを停止すると共に原料ガスの供給を止める。そして、
再度排気装置により排気口２６…を介して反応室２０内
を１×１０^-7Ｐａ程度の真空度まで排気する。

【０１１２】そして、基板５を、取出し用の真空室を介
して外部に取出した後に、ｎ層８上にスパッタ法或いは
蒸着法を用いてＡｌからなる裏面電極１１を形成し、次
いでｐ層７上にスパッタ法或いは蒸着法を用いて透光性
電極９及び集電極１０を形成し、ＨＩＴ構造太陽電池を
製造する。

【０１１３】従って、本第３実施形態に係わる薄膜形成
装置によれば、ｐ層７とｎ層８の形成を同時に行うこと
ができるので、製造に要する時間を短縮でき、量産に適
している。

【０１１４】尚、以上の第１〜第３の実施形態では、い
ずれも基板の一主面或いは他主面と対向して他方の電極
を１枚備えた構造としていたが、これに限らずこれらの
間に補助電極２１’を備えても良い。この構成によれ
ば、放電領域は他方の電極２１と補助電極２１’との間
で生成されることとなり、基板表面が直接放電領域に晒
されない。従って、薄膜形成時の基板への荷電粒子によ
る影響を抑制することができ、従って膜特性の良好な薄
膜を形成することができる。

【０１１５】次に本発明の第４実施形態として、図９を
参照し、本発明薄膜形成装置に係わる多数の開口部を備
えた電極について説明する。

【０１１６】図９は、本発明薄膜形成装置に係わる多数
の開口部を備えた電極の構造図であり、同図（Ａ）は電
極の全体図であり、また同図（Ｂ）は図９（Ａ）中に於
いてＡで示した部分の断面拡大図である。

【０１１７】まず同図（Ａ）において、多数の開口部を
備えた電極２１は、円筒形のパイプ３０が複数本格子状
に組み合わされて構成されている。そして同図（Ｂ）に
示すように、上記パイプ３０は、高周波電圧が印加され
る中空のパイプ３１及び該パイプ３１中に挿入された棒
状のヒーター３２から構成されている。上記中空パイプ
３１としては、例えば外径約５ｍｍ、内径約３ｍｍのＳ
ＵＳ製のパイプを用いることができ、上記棒状のヒータ
ーとしては、例えば直径約３ｍｍの棒状のシースヒータ
ーを用いることができる。

【０１１８】そして、前記パイプ３１の内壁とヒーター
３２との間の、原料ガスが導入される空間には複数の、
例えばアルミナから成る絶縁材３３…が設けられ、上記
パイプ３１及びヒーター３２を電気的に絶縁している。
ここで、上記絶縁材３３…は、パイプ３１もしくはヒー
ター３２の長さ方向には分離して設けられており、前記
原料ガス導入用の空間内の雰囲気が等しくされている。

【０１１９】そして、前記パイプ３１の側壁には、原料
ガスを反応室内へ供給するための原料ガス供給孔３４…
がパイプ３１の側壁を貫通して、隣接する基板もしくは
基板ホルダーに対向するように設けられている。これら
の孔３４…は、例えば直径約１ｍｍの孔を約５ｍｍ間隔
で設ければよい。

【０１２０】従って、本実施形態の多数の開口部を備え
た電極によれば、基板１もしくは５の加熱はパイプ３１
内に挿入された棒状のヒーター３２により行われること
となる。従って、ヒーター３２と基板１もしくは５との
距離が短く、加熱に要する電力を低減することができ
る。

【０１２１】また、原料ガスは前記パイプ３１の内壁と
ヒーター３２間の空間に導入されるため、原料ガスもヒ
ーター３２により加熱されることとなる。このため、予
め熱エネルギーが付与された原料ガスが放電領域２７内
で分解されそして基板上に堆積されることとなるので、
基板加熱温度を従来よりも２０℃〜６０℃低温化でき
る。従って、基板加熱に要する電力をより一層低減でき
ることとなる。

【０１２２】さらに、原料ガスはパイプ３１の側壁に貫
通して、基板もしくは基板ホルダーに対向して設けられ
た複数の孔３４…を介して反応室内に導入されることと
なるので、従来よりも基板近傍のおける原料ガスの濃度
分布を均一なものとすることができ、従って基板上に形
成する薄膜の膜厚分布の均一化を図ることができる。

【０１２３】尚、本実施形態では、複数のパイプ３０…
を格子状に組み合わせて多数の開口部を備えた電極２０
としたが、特に格子状に限る必要はなく、上記複数のパ
イプ３０…を互いに並列配置し、そしてその外周を枠体
にて固定した構造としても良い。

【０１２４】また、本実施形態にあっては、開口部を備
えた電極２１がヒーター及び原料ガス供給孔の両方を備
えた構成としたが、いずれか一方を備えたものであって
も良い。

【０１２５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の薄膜形成
装置によれば、装置の小型化を図れると共に、基板の２
主面に薄膜を形成する必要のある場合にあっても容易に
形成することができる。

【０１２６】また、高周波電圧を印加すべき電極を多数
の開口部を備えた電極としたので、製造工程中に該電極
に薄膜が付着したとしてもその量は僅かであり、従って
電極からの剥離物に因る影響を低減することができ、歩
留も向上する。

【０１２７】加えて上記多数の開口部を備えた電極を、
ヒーター及びガス導入系を内蔵したものとすることで、
製造コストの低減が図れると共に、基板上に形成した薄
膜の膜厚分布の均一性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係わる薄膜形成装置を
構成する反応室の装置構成図である。

【図２】本発明に係わる基板ホルダーの一例を示す構成
図である。

【図３】本発明に係わる他の基板ホルダーの構造図であ
る。

【図４】本発明の第２実施形態に係わる薄膜形成装置を
構成する反応室の装置構成図である。

【図５】本発明の第２実施形態に係わる薄膜形成装置を
用いてＨＩＴ構造太陽電池を製造する場合の、工程別装
置状態図である。

【図６】本発明の第２実施形態に係わる薄膜形成装置を
用いてＨＩＴ構造太陽電池を製造する場合の、工程別装
置状態図である。

【図７】本発明の第２実施形態に係わる薄膜形成装置を
用いてＨＩＴ構造太陽電池を製造する場合の、工程別装
置状態図である。

【図８】本発明の第３実施形態に係わる薄膜形成装置を
構成する反応室の装置構成図である。

【図９】本発明に係わる多数の開口部を備えた電極の構
造図である。

【図１０】非晶質太陽電池の素子構造図である。

【図１１】ＨＩＴ構造太陽電池の素子構造図である。

【図１２】従来の連続分離形成装置の装置構成図であ
る。

【符号の説明】

１…基板、２０…反応室、２１…他方の電極、２２…高
周波電源、２３…基板保持機構、２４…一方の電極、２
５…ガス導入口、２６…排気口、２７…放電領域

フロントページの続き (72)発明者宮原真一大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する二主面に各々基板が載置されて
なる一方の電極と、該電極の前記二主面に各々対向する
と共に互いも対向すべく配置された２つの他方の電極
と、からなる薄膜形成装置であって、該他方の電極は、
多数の開口部を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】立設配置された複数個の、対向する二主
面に各々基板が載置されてなる一方の電極と、該電極の
前記二主面に各々対向すると共に互いも対向すべく配置
された、多数の開口部を備えた２つの他方の電極と、か
らなる薄膜形成装置。
【請求項３】二主面を露出せしめられて基板が載置さ
れた一方の電極と、前記基板の一主面に対向して設けら
れた他方の第１電極と、前記基板の他主面に対向すると
共に前記他方の第１電極と対向すべく配置された他方の
第２電極と、からなる薄膜形成装置であって、前記他方
の電極は、多数の開口部を備えたことを特徴とする薄膜
形成装置。
【請求項４】立設配置された複数個の、二主面を露出
せしめられて基板が載置された一方の電極と、前記基板
の一主面に対向して設けられた他方の第１電極と、前記
基板の他主面に対向すると共に前記他方の第１電極と対
向すべく配置された他方の第２電極と、からなる薄膜形
成装置であって、前記他方の電極は、多数の開口部を備
えたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項５】前記一方の電極にて、該電極が配置され
た反応室内が複数の領域に区画されると共に、区画された前記複数の領域毎に、原料ガス導入口及び排
気口が夫々設けられたことを特徴とする請求項３乃至４
記載の薄膜形成装置。
【請求項６】前記一方の電極と前記他方の電極との間
に補助電極を備えた薄膜形成装置であって、該補助電極
が多数の開口部を備えたことを特徴とする請求項１乃至
５記載の薄膜形成装置。
【請求項７】前記他方の電極及び補助電極が、メッシ
ュ状電極であることを特徴とする請求項１乃至６記載の
薄膜形成装置。
【請求項８】前記他方の電極もしくは補助電極が、ヒ
ーターもしくはガス導入系の少なくとも一方を内蔵した
ことを特徴とする請求項１乃至６記載の薄膜形成装置。
【請求項９】前記他方の電極もしくは補助電極が、高
周波印加用の中空パイプと、その内部に挿入された棒状
のヒーターと、から構成される複数のパイプが組み合わ
されて成ることを特徴とする請求項８記載の薄膜形成装
置。
【請求項１０】前記他方の電極が、複数の高周波印加
用の中空パイプが組み合わされて成ると共に、該中空パ
イプの側壁には原料ガスを反応室内に供給するための原
料ガス供給孔が前記側壁を貫通して設けられたことを特
徴とする請求項８記載の薄膜形成装置。
【請求項１１】前記他方の電極が、高周波印加用の中
空パイプと、その内部に挿入された棒状のヒーターと、
から構成される複数のパイプが組み合わされて成ると共
に、前記パイプと前記ヒーターとの間の原料ガス導入用
の空間にはこれらを電気的に絶縁する絶縁物が設けら
れ、前記パイプの側壁には前記原料ガスを反応室内に供
給するための原料ガス供給孔が前記側壁を貫通して設け
られたことを特徴とする請求項８記載の薄膜形成装置。
【請求項１２】前記一方の電極が、搬送自在であるこ
とを特徴とした請求項１乃至１１記載の薄膜形成装置。