JPS59155123A - グロ−放電デポジシヨン装置 - 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】 本発明は一般的には連続的またはバッチ式製造技術ζこ
よるより良い広領域光電池デバイス（ｐｈｏｔＯ−ｖｏ
ｌｔａｌｃ　ｄｅｖｉｃｅｓ　）を製造する装置に係り
、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ット工程を行って、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
域面全体にデポジットさせるアップストリームカソード
９システムに係る。

本発明は（１）基板が絶えず移動する少くとも２つの隣
接するデポジションチャンバの各々の中で順次半導体膜
をデポジッ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ＩＪｔなＧ）デポジションチャンバの
各々の中で順次半導体膜をデポジットさせて光電池デバ
イスをバッチ式１程で製造する装置に関する。アモルフ
ァス半導体膜の組成は各デポジションチャンバに導入さ
れる特定のプロセスガスｌこよって決まるので、半導体
膜（こほんの少量不純物や汚染物があっても製造された
光電池の効率に害をもたらす。それゆえ、デポジション
チャンバに導入されるプロセスガス、ならびにデポジシ
ョンチャ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。そのためデポジションチャンバはグロー放電
デポジション工程に先立って外気と遮断し、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ョン技術では、
プロセスガスはデポジションカソート９の１側面に沿っ
て間隔をとって導入される。プロセスガスは真空ポンプ
で基板のデポジション面全体へ引かれ、そこには７″ポ
ジシヨンカソード９またはマイクロ波周波数ジェネレー
タと基板とによって限定された領域（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（マイクロウェーブ）ジェネレータが電磁４ｉ作
り出す。

プロセスガスは電磁場に入ると解離し、プラズマとなっ
て基板の露出面にデポジットする。

しかし、基板のアツプス）　ＩＪ−ム部分、すなわち、
基板のデポジショ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
ション面上に作られた半導体材料と比較し、電気的に劣
った特性を示すことが測定された。アップストリームの
半導体材料の特性が電気的に劣る原因として、特に（１
）デポジジョンチャンバのプラズマ領域に最初屹入るプ
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ョンチャンバ
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除土ずる化学的結
合の変化および、ボンディングの生成、があげられる。

更に詳細に述べると、６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ョン装置
では、これら不純物はプロセスガスが電磁場と接触する
時に基板のアップストリーム側にデポジットした。また
、ｄソンプで低圧にし、また清浄化しても、デポジショ
ンカソーｒまたはマイクロ周波数ジェネレータに動力を
供給し電磁場を作る時に、汚染物が自身吸収されていた
デポジションチャ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ップストリー
ム側にデポジットし、アッ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、以前のデポジション装置内で基板上にデポジ
ッ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って異ることが判
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、これによって解離したさきに生成する種と化合物
は、よりダウンス）　ＩＪ−ムに位置する基板上にデポ
ジットした種と化合物とは異なる。ダウンスｌ−ＩＪ−
ムの位置にデポジッ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、電気感応性がまさっている（アップストリームの
位置にデポジッ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−こしろ、デＨションチャンノＺ
の壁面力）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、基板上にデポジットされた材料
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
って異ることは明らかである。換言すれば、基板上にデ
ポジッ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）　ＩＪ−ム
部分での方が優れている。

従って本発明のアップストリームカソードシステムの主
な目的は、（１）プロセスガスから不純物を、また、デ
ポジションチャンバの壁面から汚染物を集め、およびま
たは（２）デポジショ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ョン前の電磁場
処理に付す、ためにデポジションカソーｒまたはマイク
ロ周波数ジェネレータのアップストリーム部分に電磁場
を作ることにある。このように、改良された半導体膜が
基板上にデポジットされ、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の特徴を示す◇ 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ァス半導体合
金をデポジッ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Ａ４スと実゛質的に等価であるｐ−１−ｎ形
デｊ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ァスシリコン合
金を製造することが可能である。この合金は（１）容認
し得るエネルギギャッ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５ｔａｎｆｏｒｄ　Ｒ。

ＯｖｓｈｉｎｇｋｙおよびＡｒｕｎ　Ｍａｄａｎ名義米
国特許第４．２２６．８９　ｇ号”　Ａｍｏｒｐｈｏｕ
ｓ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓＴ２ｑｕｉｖａｌｅ
ｎｔ　ｔｏ　Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　Ｓｅｍ１ｃｏｎ
ｄｕｃｔｏｒｓ”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８ｔａｎｆｏｒｄ　Ｒ，
ＯｖｇｈｌｎｓｋｙおよびＭａｓａｔａｕｇｕ　Ｉｚｕ
に付与された同一名称の米国特許第４，２１７，３７４
号ｌこ詳細に記載されている蒸着法によっても製造し得
る。これらの特許に開示されているように、アモルファ
スシリコン半導体内に導入されたフッ素は半導体内の局
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（ｍｕ
ｌｔｉｐｌｅ　ｃｅｌｌｓ　）Ｑ使用するという構想は
既Ｉこ１９５５年にＥ、Ｄ、Ｊａｃｋｓｏｎによって論
じられていた。１９６０年８月６日付米国特許第２，９
４９．４９８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った
。この構想の本質は太陽スイクトルの種々の部分をより
効果的に集めて開路電圧（Ｖｏｅ、）を増大させるべく
、種々のバンドギャップデバイス（ｂａｎｄ　ｇａｐ　
ｄｅｖｉｃｅ　）を使用することにある。

タンデム電池デノマイスは２個以上の電池を有しており
、光が各電池を順次通過し、バント９ギヤツプの大きい
材料とこれに続くバンドギャッ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っ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
パッチ生産するしかない結晶シリコンと異なり、アモル
ファスシリコン合金は面積の広い基板上に多層状にデポ
ジットされ得るため、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。１９
８０年５月１９日付Ｕａ特許出願第１５１，３０１号”
　　Ａ　Ｍｅｔｈｏｄ　　ｏｆ　　Ｍａｋｌｎｇ　　ｐ
−Ｄｏｐｅｄ　　Ｓｉｌ　１ｃｏｎ　　Ｆｉｌｍｓａｎ
ｄ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　Ｍａｄｅ　Ｔｈｅｒｅｆｒｏｍ”
；１９８１年３月１６日付Ｕ、Ｓ、特許出願＠２４０，
４９３号”Ｃｏｎｔｌｎｕｏｕｓ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｆ
ｏｒ　Ｄｅｐｏｓｌｔｉｎｇ　ＡｍｏｒｐｈｏｕｓＳｅ
ｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｍａｔｅｒｌａｌｇ”；１９
８１年９月２８日付Ｕ、Ｓ、特許出願第３０６，１４６
号″Ｍｕ　１　ｔ　Ｉ　ｐ　１　ｅＣｈａｍｂｅｒ　　
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　　ａｎｄ　　ｌ５ｏｌａｔｌｏ
ｎ　　Ｓｙｓｔｅｍ　　ａｎｄＭｅｔｈｏｄ”；１９８
２年３月１９日付Ｕ、Ｓ、特許出願第３５９，８２５号
″Ｍｅｔｈｏｄ　Ａｎｄ　Ａｐｐａｒａｔｕｓ　Ｆｏｒ
Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　Ｐｒｏｄｕａｌｎｇ　Ｔａ
ｎｄｅｍ　ＡｍｏｒｐｈｏｕｓＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉ
ｃ　Ｃｅ１１ｇ”、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ョンに使用される一
連のデポジションチャンバを基板が順次通過し得る。ｐ
−１−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−形アモルファスシリコン合金をデポジット
し、第２チヤンノＺ内で真性アモルファスシリコン合金
をデ＃？ジットし、第３チヤンバ内でｎ形アモルファス
シリコン合金をデポジットする。

大量生産をするためには上記の一連のデポジションチャ
ンバを使用することが最も有利であるが、パッチ生産シ
ステムを使用することもできる。パッチ生産システムで
も、アモルファス半導体合金層は広い領域の基板上ｔこ
多重層にデポジットされ、光電池デバイスを形成する。

ｐ−１−ｎ形太陽電池製造のパッチ生産技術は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ョンチャンバを設け、第１のチャン
バではｐ形半導体層をデポジットさせ、第２のチャンバ
Ｚでは真性半導体層をデポジットさせ、第３のチャンバ
ではｎ形の半導体層をデポジットさせる。

または（２）各層のデポジション後にフラツンシされる
、単一のデポジションチャンバを設ける。いずれの場合
もパッチ生産技術は間けつ的操作で個々の基板上になさ
れる。

パッ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
あってはならない。汚染物は基板のデポジション面に半
導体層とともにデポジットしたなら、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。従って、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ィシジョンチャン
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、チャンバ壁から生ずる水蒸気の如き汚染
物を取り除くべく、チャンバをポンプで低圧にし、加熱
し、浄化する。さらに、チャンバぐ内に導入し次いで半
導体層として基板面にデポジッ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
よっ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。

従って、本発明のアップストリームカソード９システム
はバッチ生産および連続生産の装置のどちらの使用にも
同様屹適していることは当業者にとって明らかであろう
。どちらの装置を使用しても、本発明のシステムは、（
１）プロセスガスから不純物を、デポジションチャンバ
の壁面から汚染物を集め、（２）プロセスガスの解離を
スタートさせ電気的にすぐれた種となし、この種が基板
上にデポジットした時□に実質的に均質な化学組成物と
せしめるため、デポジションカソード９のアップストリ
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ッチ式または連続式グロー放電デ
ポジション装置に使用しうるアップストリームカソード
システムである。該デポジション装置ではグロー放電デ
ボジションチャンパ内で広領域基板の露出面上に半導体
膜がデポジットされる。このような装置ではデポジショ
ンチャンバＺ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ットさせるため電磁
場を展開すべく電源が備えである。本発明のアップスト
リームカソードシステムは、アップストリームの電磁場
を形成するため、デポジションカソードまたは極超短波
ジェネレータのアッ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
物とデポジションチャ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ｌ−ＩＪ−ムの電磁場の
存在下に基板の露出面上にデポジットされる。この膜は
プロセスガスの不純物もチャ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、
種はデポジットされた時改良された電気的性質を示す。

アップストリームカソード９システムは（１）デポジシ
ョ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
たはデホシションカソーＦの延長および（２）システム
がアッ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ッ−白こ隣
接ししかも間隔をとって配置されたコレクションプレー
ト、を含む。プロセスガスに由来する不純物、チャンバ
２壁に由来する汚染物、そして特に解離され再結合され
た種がコレクションプレートの表面に集まるのは、この
アップストリーム電磁場の存在下でである。

本発明のアップストリームカソード９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、基板がデポジションチャンバを移動
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、アップストリームカソード９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ョ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（基板がデポジションチャンバを移動す
る方向と交差する方向）、コレクションプレートとプレ
カッ−白ま実質的にデポジションカソード°の長さと同
じ長さであり、操作上、デポジションカソードと隣接し
ている。

以下余白 ■　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−１−ｎ１Ｎで形成されて
おり、奸才しくけ各層Ｊこアモルファス半導体合金が含
才れている。本発明のアップストリームデポジション装
置は単離したデポジションチャンバ内で基板にアモルフ
ァス半導体層を連続的にデポジッ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１
２ａ、１２ｂおよび１２Ｃからなる太陽電池のごときｐ
−１−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、才たけ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
・き金属材料製であってよい。用途によってはアモルフ
ァス材料に先立ち酸化物薄膜および／または一連のベー
スコンタクト（ｂａｓｅｃｏｎｔａｃｔｓ　）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°′なる月間は可撓性フィル
ムのみでなく予処理によって添加されたエレメント全て
を含むものとする。また１表面に１気により仏画される
電極を処理したガラス、才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、好すしくけ、
少くとも一種類のシリコン合金を含むアモルファス半導
体ボディから成っている。この半導体ボディはいずれも
ｎ形伝導性ＪＭ２０ａ、２０ｂおよび２０ｃと真性層１
８ａ　、１８ｂおよび１８ｃとｐ形伝導性層１６ａ、１
６ｂ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−４−ｎ電池を示したが１本発明の調節板袋筒は
単一または多重５ｌ−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ョンに続き、更に別のデポジシ
ョン処理を別個の環境下でまたは連続工程の一部きして
実施しうろことにも留意されたＧ）このステップではＴ
　ＣＯ（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ　Ｃｏｎｄｕ−ｃｔｉ
ｖｅ　ｏｘｉｄｅ　＝透明伝導性酸化物）Ｐ２２が付加
される。電池の面積が十分広い場合、又は該Ｔｅ３層２
２の伝導性が不十分な場合には、デバイスに電極グリッ
ド２４を付加してもよい。このグリフｒ２４はキャリア
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ョンチャンパ第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ャ
ンバデポジショ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
たデポジション用チャンバを備えておりこれらのチャン
バは（］）スイーブガス（２）プロセスガス、および（
３）基板材料ウェブを単一方向に通過させるよう構成さ
れたがスゲートにより互いに接続されている。

この装！２６は連続的に送り出される基板材料１１のデ
ポジション面上にｐ−１−ｎ形構造を持つ面積の広い、
アモルファス半導体層を多量に製造すべく構成されてい
る。多重ｐ−１−ｒｌ形電池の製造に必要な半導体層を
デポジットするために。

該装置２６は三対のデポジションチャンバの少くとも１
つを備えている。該三対のデポジションチャンバはそＩ
７ぞれ、基板１１が通過する際そのデポジション面上に
ｐ形伝導アモルファス半導体層がデポジットする。早１
デポジションチャンパ２８と、基板１１が通過する際そ
のデポジション面上のｐ形ｊ−の上に真性半導体１輛が
デポジットする第２デボジシヨンチヤンパ３ｏさ、該基
板１１が通過する際そのデポジション面上の真性層の上
にｎ形半導体層がデポジットする第３のデポジション千
ヤンパ３２とで構成さね、ている。もちろん、（１）こ
こではデポジションチャンバグループを１組しか示さな
かったが、任意の数のアモルファスｐ−１−ｎ岩半導体
層をもつ光−シ池を製造する能力を機械に与えるべく、
更に別のチャンパグループオたは更に別の個別チャンバ
を該装置に加え得ること、（２）単離されたチャンバが
、グロー放′ポ技術により半導体層をデポジットするの
に必要なエレメントを備えているパッチ式生産装置にも
本発明のアップストリームカソードシステムを使用し得
ること、（３）基板梯り出しコアｌｌａおよび基板巻取
りコアｌｌｂをデポジションチャンバに示したのは説明
の便宜のためだけで、実際にはこわらコアがデポジショ
ンチャンバと作動的に接続された別個のチャンバ内に収
納されること、（４）ここに示したグロー放電？オ基準
箪源をもつカソードを使用するが、他のグロー放爾装置
、例えはマイクロ周波数ジェ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）本発明
のアップストリームカン−１システムは、例え１ば垂直
さ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。

チャンパグルーゾの各デポジションチャンバあ３０およ
び３２はグロー放電により単一アモルファス半導体層を
基板１１上にデポジットせしめるよう構成される。その
ためデポジションチャンバ２８．３０および３２はカッ
−）３４七、各カッ−）″３４周囲に配置されたシール
ド３５と、プロセスガス供給管３６と、無線周波数ジェ
ネレータ（ＲｏＦ、）３８と、プロセスガスおよびプラ
ズマ排管４１（！−１横方向に配Ｉ峰された褌数の磁性
素子５０と、第２図に４０として図式的に示された複数
の輻射加が素子４０と、真性デポジションチャンバを各
ドー、Ｑントチャンパに作動的に接続するガスゲート４
２吉を備えている。さらに、不活性スウイープガス管３
７は真性デポジションチャバの反対側に配置される。

供給管３６は各デポジションチャンバ毎にカソード３４
さ基板１１との間に発生したプラズマ領域にプロセスガ
ス混合気を導入すべく各々の対応カソード３４さ作動的
に接続さねている。カソードシールド３５はデポジショ
ンチャンバのカンーＰ領域内にプラズマを＄質的に閉じ
込めるべく基板材料ウェブ１１（！−排管４１とに協働
するよう構成さねている。

無線周波数またはマイクロ波周波数ジェネレータ３８は
デポジションチャンバに導入される基本的プロセスガス
をデポジットすべき秒に解離することによりプラズマを
形成すべくカッ−）３４゜輻射加熱素子４０および接地
基板１１と協働１する。

このようにして得られた種はその後基板底面にデポジシ
ョンされてアモルファス半導体層を形成する。

基板１１は、普通の状態で移動するききの垂ね下がりを
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
複数の磁性紫子列５０によりほぼ平らに維持される。

第４ａ図は、グロー放電デボジションチャンパ内で光電
池をパッ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ｆｉ
ｆ２６と同様、装置６０は、デポジションチャンバ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ァス半導体層をデポジットする
よう構成されている。デボジションチャンパ２８ａ内で
は基板が搬入とともに、ｐ形導電Ｉ鍔が基板１１ａの表
面上にデポジットされる。チャンバ２８ａは次にフラッ
シュさね。

真性半導体層がｐ形層の上にデポジットされる。

チャンバ２８ａは再びフラッシュされ、ｎ形半導体層が
真性層上にデポジットされる。

グロー放電デポジションにより電気伝導性基板１１ａ上
に単一のアモルファス半導体層をデポジットするために
は、デポジションチャンバ２８ａは、カソード３４ａと
、シールｒ３５ａさ、プロセスガス供給管３６ａと、無
＃（周波数ジェネレータａＳａ、！＝、プロセスガスお
よびプラズマ排管４１ａ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、館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
トの操作きほぼ同じであり、従って、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／ぐ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。

パッチ式方法にしろ、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、デポジションチャ
ンバ２８内でｐ形アモルファスシリコン半導体層を基板
１１上にデポジットさせ、デポジションチャンバ３０内
で真性アモルファスシリコン半導体合金層をｐ形層上に
デポジットさせ、デポジションチャンバ３２内でｎ形ア
モルファスシリコン半導体合金層を真性層上にデポジッ
トさせる。従って、好才しい態桶としては、装置２６は
基板１１上に少くとも３つのアモルファスシリコン半涛
体合金層をデポジットさせる。真性層はデポジションチ
ャンバ３０内でデポジットされるが、この層はｒ−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、１′？ジション千ヤンパ
２８および２９内でデポジッ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上にデポジッ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。従って、プロセスガスに
由来する不純物やデポジションチャンバ壁に由来する汚
染物を含んだ半導体層がデポジットするのを防止する必
要がある。さらに、半導体層にデポジットして十分な電
気的ｆ＋質を示す化学的結合１組成、およびポンディン
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
ポジッ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ップストリームカソードアセンブ
リが目的さするところである。

巳 本発明のアッ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１本システム
を、♀初にパッ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、パッチ式生産機 第３図および第４ｂ図は、パッチ式生産機６０に使用す
べく構成された本発明のアッ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。

）ζツチ式生産機についてはすでに上述した。

アップストリームカソードシステム６２は第３図に示し
たか、ダウンストリームカソードアセンブリには触ねて
いない。こねは、システム６２をデポジションカソード
３４と同−千ヤンバ内に設櫛する必登がないためである
。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’ｆｉｆ　３６ａを通ってｆｂｌ広領
域基板１１ａの横方向上・部表面を横切って、（Ｃ１基
板１１ａのアップストリーム横端１２ａを回って、（ｄ
）基板１１ａの下部表面とカン−Ｆ３４ａで限定された
プラズマ領域を通ってポンプでデポジションチャンバ２
８ａに送られ、デポジットされなかったプラズマととも
に排管４１ａを通ってデポジションチャンバかう排出さ
れる。プロセスガスとプラズマは、基板１１の三方を囲
む、上部の通常り字形のブラケット６４を有するシール
）’３５ａによって実質的にプラズマ領域に閉じ込めら
れる。該ブラケット６４は下部の三方向の囲み６６に固
着され、ている。囲嗣６はデポジションチャンバ２８ａ
の床２８ｂに取り付けられ、使用済みプロセスガスとデ
ポジットされなかったプラズマとを完全に隔離する。基
板１１ａはＬ字形ブラケット６４の肩部に魔かれる。

特に第３図について述べると、アップストリームカッ−
Ｐシステム６２はダウンストリームのデポジションカソ
ードアセンブリの構造およびサイズにほぼ見合った形と
容積を有すれＣｆよい。システム６２は１．、ｆ、電源
（デポジションカソード３４ａに働く電源と同一でもよ
いし、さらに別の電源であってもよい）によって動カム
されるプレカッ−ｒ６８．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）七同−材料製のコ
レクションプレート７２を載せた。相対して配置された
Ｌ字形ブラケット７０．およびＬ字形ブラケット７０が
固着された三方向の囲み７４を備えている。該アップス
トリームカソードシステムは操作上、コレクションプレ
ート７２のダウンストリーム先端７２ａが基板１１ａの
アップストリーム先端１２ａと隣接するよう配置さねて
いる。

同様−こ、Ｌ字形ブラケット７０のダウンストリーム先
端、囲み７４およびアップストリームカソード６８はＬ
字形ブラケット６４のアップストリーム先端、囲み６６
およびデポジションカソードとそＩ７ぞわ隣接しており
、プロセスガスおよびプラズマがアップストリームカソ
ードシステム６２とカッーｒアセンブリの間に滞留する
のを防止する役目を果す。

上記の如くアップストリームカッ−Ｐシステム６２を形
成し配置することによってデポジションカソードの操作
およびガス流動様式が不変となる。

しかし、アップストリームカソードシステムはアップス
トリーム電磁場を形成するよう作用し、よってアップス
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
ションプレート７２上にデポジットさね、汚染物がデポ
ジションチャンバ２８ａの壁面から除去さねコレクショ
ンプレート７２上ｌこデポジットされ、また、プロセス
ガスが淋離と再結合を開始し、よって実質的に均質で均
一の組成の改良さねた半導体層が基板１１ａの表面上に
デポジットされる。

上記の説明はｒ、ｆ、電源カッ−１″ｌこよって展開さ
れた電磁場に係るアップストリームカッ−ｒシステムに
関するものであるが、該１！碕場はマイクロ波周波数ジ
ェ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ェネレーションによりグロー放′ル
デポジションを行った場合でも、プロセスガスから不純
物を除去し、デポジションチャンバマの壁面の汚染物を
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、組成およびポンディ
ングを基板の広領域面全体Ｉこ生成させることが望まし
い。

さらに、デポジションプラズマを展開させる電源とは別
に、プレカッ−ｒ６８の作動はγ、ｆ。

電源によるのが望ましい。プレカッ−）″電源供給を別
にすることによってデポジションカソーｌｅＭ源ｆＭ度
の二倍のゾレカソーＦ電源密度を使用してプロセスガス
から不純物を、デポジションチャンバ壁から汚染物を除
去することが出来る。

最後Ｉこ、パッチ式方法においても連続式方法において
も、プレカッ−Ｐシステム６２はデポジションカソード
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ョンチャンバのアップストリームに
ある別のチャンバに収納してもよく、また、デポジショ
ンカソードのアップストリームに伺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１
本発明の範囲内でどちらの配置Ｉ＃を用いることもでき
る。

Ｂ、連続式生産機 ｗＫ５図および第６図について述べるき１本発明のアッ
プストリームカン−１システム６２は繰作上、第２図１
に示し、上記に詳述した連続式生産機のデポジションエ
レメントさともに配置するよう示さ力ている。

先ず、第５図の装置を見る。プロセスガスはデポジショ
ンチャンバ２８を通って、基板材料１１のウェブの移動
方向（矢印人）とは交差する運動方向（矢印Ｂ）を示す
。本発明のアップストリームカッ−Ｐシステム６２を適
合させ１機能させるためには現存するグロー放電デポジ
ション装置のデポジショ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１明すると、デポジシ
ョンチャンバ２９ば間隔を置いた検数の調節板８２から
なる調節板付きプロセスガス供給マニホルｒ８゜を備え
、該調節板は、口の開いた供給管３６からデポジション
チャンバのプラズマ領域に入るプロセスガスが通るまか
りくねった通路を作るよう構成さねている。基板材１１
のウェブの移動さ交差する方向に、デポジションカン−
ｒ３４ｄに＠接して本発明のアップストリームまたはプ
レカソード３４ｐがある。マニホルド表面８０ａは先端
８０ｅかプレカッ−ｒ３４ｐの巾と少くとも同じニする
よう長さをきる。該プレカソード３４ｐは上部の延長さ
ねたマニホルド表面８０ａ、５協同してアップストリー
ムプラズマ領域を形成し、ゾロセスガスはデポジション
プラズマ領域に入る前にこのアップストリームプラズマ
領域を流れなければならない。アップストリ−ムプラズ
マ領域を逆っ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、またはこわに固着された同梗の形態をさるコ
レクションプレート上にデポジットされる。

年収マニホルド表面８０ａにはプロセスガスがらの不純
物およびデポジションチャンバ２９の壁面からの汚染物
がデポジットさね、一方、アップストリームＸ、Ｖ＜場
はプロセスガスの解離と再結合を開始し、よって、基板
材料１１のウェブの露出面上、ダウンストリームデポジ
ションカソード３４ａの位置にデポジットされた半導体
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、１７たデ、＋？ジション装置については
。

ゾロセスガスの流動方向（矢印り参照）はデポジション
チャンバ２８のプラズマ領塘を通る基板材料１１のウェ
ブの移動方向（矢印Ｅ参照）とほぼ平行であるζきが指
摘される。本発明のアップストリームカッ−ｒシステム
６２は第６図に示されたデポジション装置す共働するよ
う示さねていも第５図に関し上述したデポジションカソ
ードアセンブリサ同様、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雷デ
ポジション装置のデポジションカソードアセンブリは、
アッ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
ジショ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、デポジションチャンバ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ｒ８０を備え、該調節板は口の開いた供給管３６
からデボジションチャンノ９のプラズマ領域に入るプロ
セスガースが通る曲りくねった通路を作るよう構成され
ている。デポジションカソード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γ、ｆ　シート３４Ｃで構成されている。

デポジション装置−ｒ３４ｄに隣接してプレカッ−Ｆ３
４ｐがあり、これは基板材料１１のウェブの移動方向と
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の巾と少くきも同じになるよう長さをとる。該プ
レカッ−ｒ３４ｐは上部の延長されたマニホルｒ表面Ｓ
Ｏａ、＝協同してアッ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ョンプラズマ領域に入る前
にこのアップストリームプラズマ領域を流れなければな
らない。

アップストリームプラズマ領域を通って流入したプロセ
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ｒ表面８０ａの底面上にデポジットされる。取り
外し可能の年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。咳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
ポジションチャンバ２９の壁面からの汚染物が延長され
た表面８０ａにデポジットされるので、デポジットされ
た膜を定期的に取り外せはよいのである。さらに、アッ
プストリームカソード３４ｄと上部にかかるマニホルｒ
表面８０ａの間に展開されたアッ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のウェブの露出面上、ダウンスト
リームデポジションカソーｒ３４ｄの位置にデポジット
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。

水平に配性されたカッ−Ｐさ年収プレートの組合わせで
アッ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−年収プレートの組合
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。

操作にあたっては、デポジションカソード３４ｄ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
ップストリームカソードシステム６２にエネルギーを与
えるときが必須ではないが奸才しい。

本発明は以上費、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。現在奸才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理解されるべき
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ャンバ式グロー放電デポジション
システムを示す線図。 第３図はパッチ式グロー放電デポジションシステムに使
用される本発明のアッ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パッチ
式製造に使用されるデポジションチャンバを示す線図。 枦、４ｂ図はバッチ式グロー放電デポジション装置にお
けるデポジションカソーｒ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図のアップス
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、連続式グロー放庫デポジション装置において
、掃作上デポジションカソード。 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
た本発明のアップストリームカッ−Ｐ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雷デポジション装置におい
て操作上、デポジションカン−１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本発明の
アップストリームカッ−ｒシステムの部分拡大透視図で
ある。 ２８．３０．３２・・・デポジションチャンバ。 ６０・・・パッチ式生産機、６２・・・アップストリー
ムカソードシステム。 図面の浄書（内容に変更なし） 手続補正書 １．事件の表示　　　昭和５８年特許願第２４１８２９
号２、発明の名称　　　グロー放電デポジション装置３
、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名　称　　　　エナージー・コンバージョン・デバイセ
ス・インコーホレーテッド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）デポジション用チャンバと、咳チャンバ内に配置
   した広領域基板と、基板面を横切って流動するようにし
   たプロセスガスを該チャンバ内に導へする手段と、ダウ
   ンストリームグロー放電手段とからなるグロー放電デポ
   ジション装置であって、前記ダウンストリームグロー放
   電手段は、基板と該グロー放電手段の間にデポジション
   プラズマ領域を展開させておヘデポジションプラズマ領
   域を流動するプロセスガスが該基板面上に半導体層とし
   てデポジットするよう構成されており、この装置は更に
   デポジションプラズマ領域のアップストリームに配置さ
   れたアップストリームグロー放電手段を有しており、核
   アツ−）ストリームダロー放電手段はアップストリーム
   プラズマ領域を展開するように構成されており、基板面
   にデポジットされた半導体膜が広領域基板面全体にわた
   り実質的に均質かつ均一な化学組成となるようにしたグ
   ロー放電デポジション装置。 （２）アップストリームグロー放電手段が（１）プロセ
   スガスから不純物を、デポジションチャンノ２の内壁か
   ら汚染物を除去し、（２）プロセスガスの解離および再
   結合を開始するよう構成された特許請求の範囲第１項に
   記載の装置。 （３）プロセスガスから除去された不純物、チャンバ壁
   から除去された汚染物および最初に解離し再結合したプ
   ロセスガスを集収する手段をさらに備える特許請求の範
   囲第２項に記載の装置。 （４）アップストリームグロー放電手段が、デポジショ
   ンプラズマ領域と接触するに先立ちプロセスガスが通過
   流動するｒ、ｆ、電源を有するプレカソード９である特
   許請求の範囲第３項に記載の装置。 （５）アツプスｌ−ＩＪ−ムダロー放電手段が、基板上
   にデポジットされるに先立ちプロセスガスが通過流動す
   るデポジションカソード９の延長である特許請求の範囲
   第３項に記載の装置。 （６）アップストリームグロー放電手段が、基板上にデ
   ポジットされるに先立ちプロセスガスが通過流動する不
   連続プレカソード９である特許請求の範囲第３項に記載
   の装置。 （７）集収手段がデポジション領域のアップストリーム
   に配置された集収プレートで、これによりプロセスガス
   からの不純物とチャンバ壁からの汚染物と最初に解離し
   再結合したプロセスガスが該集収プレートの表面上にデ
   ポジットされる特許請求の範囲第３項に記載の装置。 （８）ダウンストリーム、グロー放電手段がプレカソー
   ド９のダウンストリームに配置されたｒ、ｆ。 ｌｉｔを有するデポジションカソード９である特許請求
   の範囲第３項に記載の装置。 （９）ダウンストリームグロー放電手段がプレカッ−Ｐ
   のダウンストリームに配置されたマイクロ波周波数ジェ
   ネレータである特許請求の範囲第３項に記載の装置０ ００　　アップストリームグロー放電手段がダウンス）
   　ＩＪ−ムダロー放電手段と物理的に離間されている特
   許請求の範囲第３項に記載の装置。 ０℃　広領域基板が絶え間なく移動する少くとも１つの
   デポジション用チャンバと、絶え間なく移動する基板面
   上全体を流動するようにされたプロセスガスを前記の７
   少くとも１つのチャンバの各々に導入する手段と、ダウ
   ンストリームグロー放電手段とからなるグロー放電デポ
   ジション装置であって、前記ダウンストリームグロー放
   電手段は基板と該グロー放電手段との間にデポジション
   プラズマ領域を展開させ、該基板面上に半導体膜をデポ
   ジットさせており、この装置は更にデポジションプラズ
   マ領域のアップストリームに配置したアツプス）　ＩＪ
   −ムダロー放電手段を有しており、該アップストリーム
   グロー放電手段はアップストリームプラズマ領域を展開
   させるよう構成されており、該基板面にデポジットされ
   た半導体膜が広領域基板面全体にわたり実質的に均質か
   つ均一の化学組成となるようにしたグロー放電デポジシ
   ョン装置。 ＣＩ２　　アップストリームダロー放電デポジション手
   段が（１）プロ、セスガスからの不純物およびデポジシ
   ョンチャンバの内壁からの汚染物を除去し、（２）プロ
   セスガスの解離および再結合を開始するような特許請求
   の範囲第１０項に記載の装置。 （ｌ（至）プロセスガスから除去された不純物、チャン
   ノｚ壁から除去された汚染物および最初に解離し再結合
   したプロセスガスを集収する手段をさらに備える特許請
   求の範囲第１２項に記載の装置。 ■　アップストリームダロー放電の手段が、デポジショ
   ンプラズマ領域と接触するに先立ちプロセスガスが通過
   流動するｒ、ｆ、電源を有するプレカソードである特許
   請求の範囲第１３項に記載の装置。 αυ　アツプスｌ−ＩＪ−ムダロー放電手段が、基板上
   にデポジットされるに先立ちプロセスガスが通過流動す
   るデポジションカソードの延長である特許請求の範囲第
   １３項に記載の装置。 （１６１アップストリームグロー放電手段が、基板上に
   デポジットされるに先立ちプロセスガスが通過流動する
   不連続プレカソード９である特許請求の範囲第１３項に
   記載の装置。 αη　集収手段がデポジションプラズマ領域のアツブス
   トリームに配置された集収プレートで、これによりプロ
   セスガスからの不純物、チャンバ壁からの汚染物および
   最初に解離し再結合したプロセスガスが集収プレートの
   表面上にデポジットされる特許請求の範囲第１３項に記
   載の装置。 鱈　ダウンストリームグロー放電手段がプレカソードの
   ダウンストリームに配置されたｒ、’ｆ。 電源ヲ有するデポジションカソーｒである特許請求の範
   囲第１４項に記載の装置。 （１９ダウンストリームグロー放電手段がゾレカソーｒ
   のダウンストリームに配置されたマイクロ波周波数ジェ
   ネレータである特許請求の範囲第１４項に記載の装置。 （２０）年収手段が基板のアップストリーム部分を覆う
   集収プレートである特許請求の範囲第１２項に記載の装
   置。 ｅυ　集収プレートが長さおよび巾においてア゛ンプス
   トリームカソート９の長さと巾に実質的に共通の延長部
   である特許請求の範囲第２０項に記載の装置。 （わ　アップストリームメロ−放電手段がダウンストリ
   ームグロー放電手段と物理的に離間されている特許請求
   の範囲第２１項に記載の装置０