(57)【要約】【課題】簡易にターゲットをクリーニングする。【解決手段】チャンバ内を減圧しつつアルゴンガスを導入した状態で、ターゲット１４０の表面に磁界を印加しつつターゲット１４０に電圧を印加して、ターゲット１４０の表面側の放電領域で放電を発生させることにより、所定枚数の基板に成膜する成膜工程と、成膜工程後に、成膜時よりも導入するアルゴンガス１５２の量を多くしつつ印加する電圧を高くすることにより放電領域１４４を広げてターゲット１４０の表面をクリーニングするクリーニング工程とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界を用いたスパッタリングによりチャンバ内でターゲットの成分を被処理体に成膜するスパッタ成膜方法であって、
前記チャンバ内を減圧しつつガスを導入した状態で、前記ターゲットの表面に磁界を印加しつつ前記ターゲットに電圧を印加して、前記ターゲットの前記表面側の放電領域で放電を発生させることにより、所定枚数の前記被処理体に成膜する成膜工程と、
前記成膜工程後に、成膜時よりも導入する前記ガスの量を多くしつつ印加する電圧を高くすることにより前記放電領域を広げて前記ターゲットの表面をクリーニングするクリーニング工程と
を備える、スパッタ成膜方法。
【請求項２】
前記クリーニング工程において、前記ガスを前記ターゲットの前記表面に噴き付ける、請求項１に記載のスパッタ成膜方法。
【請求項３】
前記成膜工程において前記被処理体を搬送しつつ成膜する、請求項１または２に記載のスパッタ成膜方法。
【請求項４】
前記所定枚数を前記ターゲットの寿命の後期に行くにしたがって少なくする、請求項１から３のいずれかに記載のスパッタ成膜方法。
【請求項５】
複数の被処理体の各々に順次成膜して光電変換装置を製造する光電変換装置の製造方法であって、
前記複数の被処理体の各々に光電変換層を形成する工程と、
前記光電変換層が形成された前記複数の被処理体の各々に、磁界を用いたスパッタリングによりチャンバ内でターゲットの成分を前記被処理体に成膜して透明導電膜を形成する透明導電膜形成工程と
を備え、
前記透明導電膜形成工程において、前記チャンバ内を減圧しつつガスを導入した状態で、前記ターゲットの表面に磁界を印加しつつ前記ターゲットに電圧を印加して、前記ターゲットの前記表面側の放電領域で放電を発生させることにより、所定枚数の前記被処理体に成膜し、
前記透明導電膜形成工程の途中において前記所定枚数の前記被処理体に成膜後、成膜時よりも導入する前記ガスの量を多くしつつ印加する電圧を高くすることにより前記放電領域を広げて前記ターゲットの表面をクリーニングする、光電変換装置の製造方法。
【請求項６】
前記透明導電膜形成工程において、前記放電領域を広げて前記ターゲットの表面をクリーニングした後、さらに所定枚数の前記被処理体に成膜する、請求項５に記載の光電変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタ成膜方法および光電変換装置の製造方法に関し、特に、マグネトロンスパッタ装置を用いたスパッタ成膜方法および光電変換装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネトロンスパッタ装置において、ターゲットの非エロージョン領域まで大気開放せずにクリーニング可能なスパッタ成膜方法を開示した先行文献として、特開２００２−３８２６４号公報(特許文献１)がある。
【０００３】
特許文献１に記載されたスパッタ成膜方法においては、所定枚数の被処理体に成膜を行なった後、成膜時よりも磁界をターゲット面方向に沿って広げてターゲット表面をクリーニングしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３８２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されたスパッタ成膜方法においては、成膜時に配設されている磁石体のターゲット面方向に沿った側部に磁性体を付加してクリーニングを行なっている。このようにした場合、クリーニング時には磁石体の両側部に磁性体を取り付け、成膜時には磁性体を取り外す作業が必要となる。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、簡易にターゲットをクリーニングできるスパッタ成膜方法および光電変換装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に基づくスパッタ成膜方法は、磁界を用いたスパッタリングによりチャンバ内でターゲットの成分を被処理体に成膜するスパッタ成膜方法である。スパッタ成膜方法は、チャンバ内を減圧しつつガスを導入した状態で、ターゲットの表面に磁界を印加しつつターゲットに電圧を印加して、ターゲットの表面側の放電領域で放電を発生させることにより、所定枚数の被処理体に成膜する成膜工程と、成膜工程後に、成膜時よりも導入する上記ガスの量を多くしつつ印加する電圧を高くすることにより上記放電領域を広げてターゲットの表面をクリーニングするクリーニング工程とを備える。
【０００８】
本発明の一形態においては、クリーニング工程において、上記ガスをターゲットの表面に噴き付ける。
【０００９】
本発明の一形態においては、成膜工程において被処理体を搬送しつつ成膜する。
本発明の一形態においては、上記所定枚数をターゲットの寿命の後期に行くにしたがって少なくする。
【００１０】
本発明に基づく光電変換装置の製造方法は、複数の被処理体の各々に順次成膜して光電変換装置を製造する光電変換装置の製造方法である。光電変換装置の製造方法は、複数の被処理体の各々に光電変換層を形成する工程と、光電変換層が形成された複数の被処理体の各々に、磁界を用いたスパッタリングによりチャンバ内でターゲットの成分を被処理体に成膜して透明導電膜を形成する透明導電膜形成工程とを備える。透明導電膜形成工程において、チャンバ内を減圧しつつガスを導入した状態で、ターゲットの表面に磁界を印加しつつターゲットに電圧を印加して、ターゲットの表面側の放電領域で放電を発生させることにより、所定枚数の被処理体に成膜する。透明導電膜形成工程の途中において所定枚数の被処理体に成膜後、成膜時よりも導入するガスの量を多くしつつ印加する電圧を高くすることにより放電領域を広げてターゲットの表面をクリーニングする。
【００１１】
本発明の一形態においては、透明導電膜形成工程において、放電領域を広げてターゲットの表面をクリーニングした後、さらに所定枚数の被処理体に成膜する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡易にターゲットをクリーニングできる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るスパッタ成膜方法を行なうスパッタ装置の構成を示す側面図である。
【図２】図１のスパッタ装置を矢印ＩＩ方向から見た平面図である。
【図３】成膜工程における放電領域を模式的に示す断面図である。
【図４】クリーニング工程における放電領域を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る光電変換装置の製造方法で製造した光電変換装置の構成を示す断面図である。
【図６】真空成膜装置の構成を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態に係るスパッタ成膜方法について図を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００１５】
なお、本実施形態においては、太陽電池の裏面電極となる膜を形成する場合を例示して説明するが、スパッタ装置により形成される膜はこれに限られず、種々の材料からなる膜を形成可能である。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係るスパッタ成膜方法を行なうスパッタ装置の構成を示す側面図である。図２は、図１のスパッタ装置を矢印ＩＩ方向から見た平面図である。
【００１７】
図１，２に示すように、本実施形態に係るスパッタ装置１００は、被処理体である複数の基板１０を順次搬送しつつ成膜するインライン方式のスパッタ装置である。基板１０としては、絶縁性および透光性を有する、たとえば、ガラス、石英またはプラスチックなどからなる基板を用いることができる。
【００１８】
スパッタ装置１００は、内部を真空状態に減圧可能なチャンバ１１０を備える。また、スパッタ装置１００は、チャンバ１１０内に配置された、基板搬送機構、ターゲット１４０およびガス供給部１５０を備える。さらに、スパッタ装置１００は、チャンバ１１０の側方に配置されてチャンバ１１０内を減圧する排気ポンプ１６０を備える。
【００１９】
本実施形態においては、基板搬送機構をローラコンベア１３０で構成している。ただし、基板搬送機構はローラコンベアに限られず、たとえば、ベルトコンベア、エアー浮上式の基板搬送装置、または、ロボットアームなどでもよい。基板１０は、ローラコンベア１３０により、図中の矢印方向に搬送される。
【００２０】
本実施形態においては、基板１０の搬送方向において並ぶように２つのターゲット１４０が配置されている。２つのターゲット１４０の各々は、平板状の外形を有しており、ローラコンベア１３０により搬送される基板１０の主面と対向するように配置されている。なお、配置されるターゲット１４０の数は２つに限られず、１つ以上であればよい。
【００２１】
ローラコンベア１３０とターゲット１４０との間の空間が放電空間となる。ターゲット１４０は、その上面がチャンバ１１０内に固定された図示しないバッキングプレートにボンディング材により接着されて固定されている。バッキングプレートから見てターゲット１４０側とは反対側に図示しないマグネットが配置されている。
【００２２】
このマグネットは、上記放電空間に磁界を形成し、放電空間内でグロー放電されるアルゴンのプラズマを集束させる。具体的には、マグネットは外側磁極と内側磁極との間で磁場が閉じるように設計されており、これにより、発生したプラズマをターゲット１４０の近傍のみに存在させることが可能とされている。
【００２３】
ターゲット１４０は、酸化錫、酸化亜鉛またはＩＴＯ(Indium Tin Oxide)などからなる。ここで、酸化錫には、ＳｎＯ2だけでなく、ＳｎmＯn(ｍおよびｎは自然数)で表される各種組成の酸化錫が含まれる。酸化亜鉛には、ＺｎＯだけでなく、ＺｎxＯy(ｘおよびｙは自然数)で表される各種組成の酸化亜鉛が含まれる。
【００２４】
ガス供給部１５０は、基板１０の搬送方向において、ターゲット１４０を互いの間に挟むように間隔を置いて３つ平行に配置されている。ガス供給部１５０は、基板１０の幅方向の全体に均一にガスを噴き付け可能なように、基板１０の幅方向において基板１０の幅より長く延在している。ガス供給部１５０は、下方に向いた噴出口を有する。
【００２５】
ガス供給部１５０は、アルゴンガスおよびプロセスガスとしての酸素ガスを噴出口から噴き出してチャンバ１１０内に導入する。ガス供給部１５０は、導入するガスの流量を調整するマスフローコントローラを介してガス供給源に接続されている。
【００２６】
以下、本発明の一実施形態に係るスパッタ成膜方法について説明する。本実施形態に係るスパッタ成膜方法は、磁界を用いたスパッタリングによりチャンバ１１０内でターゲット１４０の成分を被処理体である基板１０に成膜するスパッタ成膜方法である。
【００２７】
図３は、成膜工程における放電領域を模式的に示す断面図である。まず、チャンバ１１０内を排気ポンプ１６０により減圧しつつ図３に示すようにガス供給部１５０からアルゴンガス１５１および酸素ガスを導入する。たとえば、アルゴンガス１５１を１５０ｓｃｃｍ、酸素ガスを５ｓｃｃｍの流量で導入する。その状態で、スパッタ装置１００におけるチャンバ１１０内のローラコンベア１３０上に基板１０を投入する。投入した基板１０をローラコンベア１３０により図１，２中の矢印で示す方向に搬送する。
【００２８】
基板１０がターゲット１４０の下方の位置を通過している間、ターゲット１４０に電圧を印加して上記放電空間でグロー放電させる。たとえば、ターゲット１４０に直流電圧を１３３００Ｗ印加する。図３に示すように、成膜工程において、ターゲット１４０の表面側の放電領域１４３で放電が発生する。このグロー放電によりアルゴンのプラズマが発生する。アルゴンのプラズマは、上記マグネットによりターゲット１４０の表面に印加されている磁界により集束されてターゲット１４０に衝突する。
【００２９】
これにより、ターゲット１４０を構成する原子が放電空間へ弾き飛ばされる。この原子が搬送されている基板１０の主面上に堆積することにより、基板１０の主面上に裏面電極となる膜が形成される。たとえば、上流側のターゲット１４０により裏面透明電極となるＺｎＯからなる膜を５０ｎｍの厚さで形成し、下流側のターゲット１４０により裏面金属電極となるＡｇからなる膜を２００ｎｍの厚さで形成する。
【００３０】
図３に示すように、ターゲット１４０には、スパッタに大きく寄与して侵食される部分であるエロージョン領域１４１と、それ以外の非エロージョン領域１４２が現れる。エロージョン領域１４１の大きさは、放電領域１４３の大きさにより決定される。
【００３１】
放電空間を漂うターゲット１４０を構成する原子は、非エロージョン領域１４２のうちのエロージョン領域１４１に接する部分に特に多く集中して付着する。この付着物を取り除くべく、所定枚数の基板１０への成膜処理を終えたところでクリーニング工程を行なう。
【００３２】
図４は、クリーニング工程における放電領域を模式的に示す断面図である。図４に示すように、クリーニング工程においては、成膜時よりも導入するアルゴンガス１５２の量を多くしつつターゲット１４０に印加する電圧を高くする。たとえば、アルゴンガス１５２の流量を３００ｓｃｃｍにする。たとえば、ターゲット１４０に印加する直流電圧を１５０００Ｗにする。
【００３３】
すると、ターゲット１４０の表面側の放電領域１４４が、非エロージョン領域１４２のうちのエロージョン領域１４１に接する部分を含む領域まで拡張する。その結果、付着物が多く付着していた非エロージョン領域１４２のうちのエロージョン領域１４１に接する部分においても放電を発生させて、この付着物をターゲット１４０から除去することができる。
【００３４】
この結果、チャンバ１１０を大気に開放することなくターゲット１４０の表面を簡易にクリーニングすることができる。
【００３５】
なお、図４に示すように、ガス供給部１５０の噴出口から噴き出すアルゴンガス１５２の量を多くすることにより、噴き出されたアルゴンガスの一部１５３は、ターゲット１４０の表面に回り込んで直接噴き付けられる。このアルゴンガスの一部１５３による物理的ショックによっても付着物をターゲット１４０から除去することができる。
【００３６】
ターゲット１４０への付着物の量は、ターゲット１４０の寿命の後半で多くなる傾向がある。そのため、本実施形態においては、クリーニング工程を行なうまでの間に基板１０を成膜する所定枚数をターゲット１４０の寿命の後期に行くにしたがって少なくする。
【００３７】
たとえば、ターゲット１４０の寿命の前半に成膜可能な４０００枚の基板１０を成膜する間はクリーニングを行なわず、ターゲット１４０の寿命の後半に成膜可能な４０００枚の基板１０を成膜するときは、クリーニングするまでに成膜する所定枚数を６００枚から５００枚程度の間で徐々に少なくすると効果的に付着物を除去することができる。
【００３８】
なお、クリーニング工程においてターゲット１４０に印加する電圧は、印加電圧による発熱によりスパッタ装置１００の構成部品に影響がでず、かつ、安定して放電可能な範囲で、最大の電圧であることが好ましい。
【００３９】
また、クリーニング工程において導入するアルゴンガス１５２の流量は、マスフローコントローラの容量制限内で、かつ、安定して放電可能な範囲で、最大の流量であることが好ましい。
【００４０】
本実施形態に係るスパッタ成膜方法によるクリーニング工程を行なうことにより、ターゲット１４０の寿命期間中、ターゲット１４０の付着物による成膜品質の低下を抑制できるとともに、大気に開放せずにクリーニングできるため高稼働率でスパッタ成膜装置を稼働させることができる。
【００４１】
以下、上記のスパッタ成膜方法を採用した本発明の一実施形態に係る光電変換装置の製造方法について説明する。まず、光電変換装置の構成について説明する。
【００４２】
図５は、本発明の一実施形態に係る光電変換装置の製造方法で製造した光電変換装置の構成を示す断面図である。図５に示すように、本実施形態に係る光電変換装置の製造方法で製造した光電変換装置２００は、被処理体である基板２１０と、基板２１０上に設けられたセル構造体２２０とを有している。
【００４３】
セル構造体２２０は、基板２１０上に設けられた透明導電膜２３０と、透明導電膜２３０上に設けられた第１のｐｉｎ型光電変換層２４０と、第１のｐｉｎ型光電変換層２４０上に設けられた第２のｐｉｎ型光電変換層２５０と、第２のｐｉｎ型光電変換層２５０上に設けられた透明導電膜２６０と、透明導電膜２６０上に設けられた反射電極２７０とを備えている。
【００４４】
第１のｐｉｎ型光電変換層２４０は、非晶質シリコンからなる光電変換層であり、透明導電膜２３０上に設けられた第１のｐ型半導体層２４１と、第１のｐ型半導体層２４１上に設けられた第１のｉ型半導体層２４２と、第１のｉ型半導体層２４２上に設けられた第１のｎ型半導体層２４３とを備えている。
【００４５】
第２のｐｉｎ型光電変換層２５０は、微結晶シリコンからなる光電変換層であり、第１のｎ型半導体層２４３上に設けられた第２のｐ型半導体層２５１と、第２のｐ型半導体層２５１上に設けられた第２のｉ型半導体層２５２と、第２のｉ型半導体層２５２上に設けられた第２のｎ型半導体層２５３とを備えている。
【００４６】
なお、本実施形態においては、基板２１０側から光を入射させるスーパーストレート型の光電変換装置について説明するが、基板２１０とは反対側から光を入射させるサブストレート型の光電変換装置であってもよい。
【００４７】
基板２１０としては、たとえば、ガラス基板、ポリイミド樹脂などの透明樹脂を含む樹脂基板、またはこれらの基板の複数を積層した基板などの光を透過させることができる透光性基板を用いることができる。
【００４８】
なお、光電変換装置をサブストレート型の光電変換装置とする場合には、基板２１０としては、たとえばステンレス基板などの光を透過させない不透光性基板を用いてもよい。
【００４９】
透明導電膜２３０としては、たとえば酸化錫膜、ＩＴＯ膜、酸化亜鉛膜、もしくはこれらの膜に微量の不純物を添加した膜の単層またはこれらを複数重ね合わせた複数層などを用いることができる。透明導電膜２３０は、光を多く透過させることができるとともに良好な導電性を有することが望ましい。透明導電膜２３０が複数層から構成される場合には、すべての層が同一の材料から形成されていてもよく、少なくとも１層が他と異なる材料から形成されていてもよい。
【００５０】
また、透明導電膜２３０の表面にはたとえば図５に示すような凹凸が形成されていることが好ましい。透明導電膜２３０の表面に凹凸が形成されていることによって、基板２１０側から入射した入射光を、散乱および屈折の少なくともいずれかをさせて光路長を伸ばすことができる。その結果、第１のｐｉｎ型光電変換層２４０における光閉じ込め効果を高めることができるため、光電変換装置２００の短絡電流密度を増大させることができる。透明導電膜２３０の表面に凹凸を形成する方法としては、たとえば、エッチング法、サンドブラストのような機械加工による方法、または透明導電膜２３０の結晶成長を利用する方法などを用いることができる。
【００５１】
第１のｐｉｎ型光電変換層２４０は、第１のｐ型半導体層２４１と、第１のｉ型半導体層２４２と、第１のｎ型半導体層２４３との積層体で構成される非晶質シリコンからなる光電変換層である。
【００５２】
第１のｐ型半導体層２４１としては、たとえば、ｐ型非晶質シリコン層、ｐ型微結晶シリコン層、ｐ型非晶質炭化シリコン層、またはｐ型非晶質窒化シリコン層などのｐ型層の単層またはこれらを複数重ね合わせた複数層を用いることができる。第１のｐ型半導体層２４１が複数層から構成される場合には、すべての層が同一の半導体材料から形成されていてもよく、少なくとも１層が他と異なる半導体材料から形成されていてもよい。第１のｐ型半導体層２４１にドープされるｐ型不純物元素としては、たとえばボロンなどを用いることができる。
【００５３】
第１のｉ型半導体層２４２としては、たとえば、非晶質シリコン層の単層または複数層などを用いることができる。第１のｉ型半導体層２４２は、ｐ型不純物元素およびｎ型不純物元素のいずれもドープされない真性半導体であるが、第１のｐ型半導体層２４１との界面近傍および第１のｎ型半導体層２４３との界面近傍ではそれぞれｐ型不純物元素およびｎ型不純物元素が第１のｉ型半導体層２４２中に微量に含まれる場合がある。また、第１のｉ型半導体層２４２のバンドギャップを制御するために、炭素、ゲルマニウムなどの元素を積極的に添加した非晶質炭化シリコン、非晶質シリコンゲルマニウムなどを用いることもできる。
【００５４】
第１のｎ型半導体層２４３としては、たとえば、ｎ型非晶質シリコン層、またはｎ型微結晶シリコン層などのｎ型層の単層またはこれらを複数重ね合わせた複数層などを用いることができる。第１のｎ型半導体層２４３が複数層から構成される場合には、すべての層が同一の半導体材料から形成されていてもよく、少なくとも１層が他と異なる半導体材料から形成されていてもよい。第１のｎ型半導体層２４３にドープされるｎ型不純物元素としては、たとえばリンなどを用いることができる。
【００５５】
第１のｐ型半導体層２４１および第１のｎ型半導体層２４３としては、第１のｉ型半導体層２４２と同一の半導体材料を用いてもよく、異なる半導体材料を用いてもよい。たとえば、第１のｐ型半導体層２４１および第１のｉ型半導体層２４２にそれぞれｐ型非晶質シリコン層およびｉ型非晶質シリコン層を用いるとともに、第１のｎ型半導体層２４３にｎ型微結晶シリコン層を用いてもよい。また、たとえば、第１のｐ型半導体層２４１にｐ型非晶質炭化シリコン層を用い、第１のｉ型半導体層２４２に非晶質シリコン層を用い、第１のｎ型半導体層２４３にｎ型微結晶シリコン層を用いてもよい。
【００５６】
また、本明細書において、「非晶質シリコン」は「水素化非晶質シリコン」を含む概念であり、「微結晶シリコン」は「水素化微結晶シリコン」を含む概念である。
【００５７】
第２のｐｉｎ型光電変換層２５０は、第２のｐ型半導体層２５１と、第２のｉ型半導体層２５２と、第２のｎ型半導体層２５３との積層体で構成される微結晶シリコンからなる光電変換層である。
【００５８】
第２のｐ型半導体層２５１としては、たとえば、ｐ型微結晶シリコン層、ｐ型微結晶炭化シリコン層、またはｐ型微結晶窒化シリコン層などのｐ型層の単層またはこれらを複数重ね合わせた複数層を用いることができる。第２のｐ型半導体層２５１が複数層から構成される場合には、すべての層が同一の半導体材料から形成されていてもよく、少なくとも１層が他と異なる半導体材料から形成されていてもよい。第２のｐ型半導体層２５１にドープされるｐ型不純物元素としては、たとえばボロンなどを用いることができる。
【００５９】
第２のｉ型半導体層２５２としては、たとえば、微結晶シリコン層の単層または複数層などを用いることができる。第２のｉ型半導体層２５２は、ｐ型不純物元素およびｎ型不純物元素のいずれもドープされない真性半導体層であるが、第２のｐ型半導体層２５１との界面近傍および第２のｎ型半導体層２５３との界面近傍では、それぞれｐ型不純物元素およびｎ型不純物元素が第２のｉ型半導体層２５２中に微量に含まれる場合がある。
【００６０】
第２のｎ型半導体層２５３としては、たとえば、ｎ型非晶質シリコン層、またはｎ型微結晶シリコン層などのｎ型層の単層またはこれらを複数重ね合わせた複数層などを用いることができる。第２のｎ型半導体層２５３が複数層から構成される場合には、すべての層が同一の半導体材料から形成されていてもよく、少なくとも１層が他と異なる半導体材料から形成されていてもよい。第２のｎ型半導体層２５３にドープされるｎ型不純物元素としては、たとえばリンなどを用いることができる。
【００６１】
なお、第２のｐ型半導体層２５１および第２のｎ型半導体層２５３としては、第２のｉ型半導体層２５２と同一の半導体材料を用いてもよく、異なる半導体材料を用いてもよい。また、第２のｐ型半導体層２５１および第２のｎ型半導体層２５３についてもそれぞれ、互いに同一の半導体材料を用いてもよく、異なる半導体材料を用いてもよい。
【００６２】
透明導電膜２６０としては、たとえば酸化錫膜、ＩＴＯ膜、酸化亜鉛膜、若しくはこれらの膜に微量の不純物を添加した膜の単層またはこれらを複数重ね合わせた複数層などの光を透過させることができるとともに導電性である膜を用いることができる。透明導電膜２６０が複数層から構成される場合には、すべての層が同一の材料から形成されていてもよく、少なくとも１層が他と異なる材料から形成されていてもよい。
【００６３】
反射電極２７０としては、光の反射率の高い材料が用いられる場合が多く、たとえばＡｇ(銀)層、Ａｌ(アルミニウム)層またはこれらの層の積層体などの導電性を有する層を用いることができる。
【００６４】
なお、反射電極２７０は、第１のｐｉｎ型光電変換層２４０および第２のｐｉｎ型光電変換層２５０で吸収されなかった光を反射して第１のｐｉｎ型光電変換層２４０および第２のｐｉｎ型光電変換層２５０に戻すことができるため、光電変換効率の向上に寄与する。
【００６５】
なお、光電変換装置をサブストレート型の光電変換装置とする場合には、光を入射させる観点から、反射電極２７０は、たとえば櫛形などの光電変換装置の表面全体を覆わないような形状とされることが好ましい。
【００６６】
以下、本実施形態に係る光電変換装置の製造方法について説明する。
まず、基板２１０上に透明導電膜２３０を形成する。ここで、透明導電膜２３０は、たとえば、スパッタリング法、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法、電子ビーム蒸着法、ゾルゲル法、スプレー法または電析法などの方法によって形成される。
【００６７】
次に、たとえば、リークレートが大きい大型の真空成膜装置であるプラズマＣＶＤ装置を用いて、基板２１０上に形成された透明導電膜２３０上にプラズマＣＶＤ法により第１のｐｉｎ型光電変換層２４０および第２のｐｉｎ型光電変換層２５０をこの順序で形成する。
【００６８】
図６は、真空成膜装置の構成を示す系統図である。図６に示すように、真空成膜装置は、成膜室４１と、成膜室４１の内部に設置されたカソード３１と、成膜室４１の内部においてカソード３１と向かい合うようにして設置されたアノード３２とを備えている。また、真空成膜装置は、カソード３１の内部にガスを導入するためのガス導入管３３と、成膜室４１の外部にガスを排出するためのガス排出管３７と、ガス排出管３７から排出されるガスの量を調節するためのゲートバルブ３９と、成膜室４１の外部に排出されるガスを吸引するためのポンプ４０とを備えている。カソード３１は、インピーダンス整合回路３５を介して高周波電源３６に接続されている。アノード３２は、アースに接続されている。
【００６９】
真空成膜装置において、成膜室４１の内部のガスを排気して成膜室４１の内部の圧力をたとえば１０-4Ｐａ以上１Ｐａ以下の範囲内の圧力とした後に、ゲートバルブ３９を閉じることなどによって成膜室４１を密閉した場合に、時間の経過とともに成膜室４１の内部に成膜室４１の外部からガスが侵入して成膜室４１の内部の圧力が上昇するときの圧力上昇率(リークレート)はたとえば３×１０-3Ｐａ・Ｌ／ｓ程度である。
【００７０】
第１のｐｉｎ型光電変換層２４０および第２のｐｉｎ型光電変換層２５０の形成時には、真空成膜装置のアノード３２上に透明導電膜２３０を備えた基板２１０を設置する。基板２１０は、透明導電膜２３０がカソード３１と向かい合うようにアノード３２上に設置される。
【００７１】
次に、ゲートバルブ３９を開き、ポンプ４０で吸引することによって、成膜室４１の内部のガスを矢印３８の方向にガス排出管３７を通して成膜室４１の外部に排出し、成膜室４１の内部の圧力をたとえば１０-4Ｐａ以上１Ｐａ以下の範囲内の圧力とする。
【００７２】
その後、たとえば、ＳｉＨ4、Ｈ2、Ｂ2Ｈ6、ＰＨ3およびＣＨ4からなる群から選択された少なくとも１種のガスを矢印３４の方向にガス導入管３３からカソード３１の内部に導入し、カソード３１のアノード３２側に設けられた図示しない孔からカソード３１とアノード３２との間に当該ガスを導入する。
【００７３】
次に、高周波電源３６によってカソード３１とアノード３２との間に交流電圧を印加することによって、上記で導入されたガスのプラズマを発生させ、基板２１０上に設置された透明導電膜２３０上に第１のｐ型半導体層２４１を形成する。
【００７４】
その後、成膜室４１の内部へのガスの導入を停止した後に、成膜室４１の内部のガスを矢印３８の方向にガス排出管３７を通して成膜室４１の外部に排出し、成膜室４１の内部の圧力をたとえば１０-4Ｐａ以上１Ｐａ以下の範囲内の圧力とする。
【００７５】
以上の工程を繰り返すことによって、基板２１０上に備えられた透明導電膜２３０上に、第１のｐ型半導体層２４１、第１のｉ型半導体層２４２、第１のｎ型半導体層２４３、第２のｐ型半導体層２５１、第２のｉ型半導体層２５２および第２のｎ型半導体層２５３をこの順序で形成する。それにより、第１のｐｉｎ型光電変換層２４０および第２のｐｉｎ型光電変換層２５０が形成される。
【００７６】
なお、第１のｐｉｎ型光電変換層２４０の第１のｐ型半導体層２４１、第１のｉ型半導体層２４２および第１のｎ型半導体層２４３はそれぞれ別々の成膜室で成膜してもよいが、成膜装置の低コスト化の観点からは、第１のｐ型半導体層２４１、第１のｉ型半導体層２４２および第１のｎ型半導体層２４３を１つの成膜室で形成することが好ましい。
【００７７】
また、第２のｐｉｎ型光電変換層２５０の第２のｐ型半導体層２５１、第２のｉ型半導体層２５２および第２のｎ型半導体層２５３もそれぞれ別々の成膜室で成膜してもよいが、成膜装置の低コスト化の観点からは、第２のｐ型半導体層２５１、第２のｉ型半導体層２５２および第２のｎ型半導体層２５３をを１つの成膜室で形成することが好ましい。
【００７８】
また、第１のｐｉｎ型光電変換層２４０と第２のｐｉｎ型光電変換層２５０とを１つの成膜室で形成することもできるが、本実施形態においては、第１のｐｉｎ型光電変換層２４０の形成に１つの成膜室を用い、第２のｐｉｎ型光電変換層２５０の形成に他の１つの成膜室を用いている。
【００７９】
また、上記の第１のｐ型半導体層２４１、第１のｉ型半導体層２４２、第１のｎ型半導体層２４３、第２のｐ型半導体層２５１、第２のｉ型半導体層２５２および第２のｎ型半導体層２５３の形成時における成膜室４１の内部の圧力は、それぞれたとえば５×１０2Ｐａ以上１．７×１０3Ｐａ以下の範囲内である。
【００８０】
真空成膜装置において、高周波電源３６としては、連続波形(ＣＷ:Continuous Wave)の交流出力またはパルス変調(オンオフ制御)された交流出力のいずれを出力するものであってもよい。また、高周波電源３６から出力される交流電力の周波数は１３．５６ＭＨｚが一般的であるがこれに限定されず、たとえば、数ｋＨｚ〜ＶＨＦ帯、数ｋＨｚ〜ＵＨＦ帯および数ｋＨｚ〜マイクロ波帯の周波数を用いてもよい。
【００８１】
次に、上記のようにして形成された第２のｐｉｎ型光電変換層２５０の第２のｎ型半導体層２５３上に透明導電膜２６０を形成する。ここで、透明導電膜２６０は、上記実施形態に係るスパッタ成膜方法で成膜される。
【００８２】
すなわち、第１のｐｉｎ型光電変換層２４０と第２のｐｉｎ型光電変換層２５０とが形成された複数の基板２１０の各々に、磁界を用いたスパッタリングによりチャンバ１１０内でターゲット１４０の成分を基板２１０に成膜して透明導電膜２６０を形成する。
【００８３】
透明導電膜形成工程において、チャンバ１１０内を減圧しつつアルゴンガス１５１を導入した状態で、ターゲット１４０の表面に磁界を印加しつつターゲット１４０に電圧を印加して、ターゲット１４０の表面側の放電領域１４３で放電を発生させることにより、所定枚数の基板２１０に成膜する。
【００８４】
透明導電膜形成工程の途中において所定枚数の基板２１０に成膜後、成膜時よりも導入するアルゴンガス１５２の量を多くしつつ印加する電圧を高くすることにより放電領域１４４を広げてターゲット１４０の表面をクリーニングする。
【００８５】
透明導電膜形成工程において、放電領域１４４を広げてターゲット１４０の表面をクリーニングした後、さらに所定枚数の基板２１０に透明導電膜２６０を成膜する。この成膜工程とクリーニング工程とを、ターゲット１４０の寿命期間中において繰り返す。
【００８６】
上記のようにして形成した透明導電膜２６０上に反射電極２７０を形成する。ここで、反射電極２７０は、たとえば、ＣＶＤ法、スパッタリング法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、スプレー法、スクリーン印刷法または電析法などの方法によって形成することができる。以上により、本実施形態の光電変換装置を製造することができる。
【００８７】
なお、ターゲット１４０の付着物の落下現象は、金属酸化物からなるターゲットにて起こりやすく、金属からなるターゲットにおいては起こりにくいため、反射電極２７０をスパッタリング法で形成する際には、上記実施形態に係るスパッタ成膜方法を採用しなくてよい。
【００８８】
本実施形態に係る光電変換装置の製造方法により、ターゲット１４０の寿命期間中、ターゲット１４０の付着物による成膜品質の低下を抑制できるとともに、大気に開放せずにターゲット１４０をクリーニングできて高稼働率でスパッタ成膜装置を稼働させられるため、高品質の光電変換装置を効率よく製造することができる。
【００８９】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９０】
１０，２１０  基板、３１  カソード、３２  アノード、３３  ガス導入管、３５  インピーダンス整合回路、３６  高周波電源、３７  ガス排出管、３９  ゲートバルブ、４０  ポンプ、４１  成膜室、１００  スパッタ装置、１１０  チャンバ、１３０  ローラコンベア、１４０  ターゲット、１４１  エロージョン領域、１４２  非エロージョン領域、１４３，１４４  放電領域、１５０  ガス供給部、１５１，１５２  アルゴンガス、１５３  アルゴンガスの一部、１６０  排気ポンプ、２００  光電変換装置、２２０  セル構造体、２３０，２６０  透明導電膜、２４０，２５０  ｎ型光電変換層、２４１  第１のｐ型半導体層、２４２，２５２  型半導体層、２４３  第１のｎ型半導体層、２５１  第２のｐ型半導体層、２５３  第２のｎ型半導体層、２７０  反射電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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