JP2004221427A - 鉄シリサイド膜の製造方法及び装置、光電変換素子の製造方法及び装置、並びに、光電変換装置の製造方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】太陽電池10は、基体11上に、金属電極層12、pin接合100、及び透明電極層16が順に積層されて製造される。pin接合100は、n層13、i層14、及びp層15をこの順に積層して得る。i層14は、本発明による水素含有の非晶質鉄シリサイド膜から成るものであり、シラン系ガス及び水素ガスが混合された原料ガスGのプラズマPs中に鉄蒸気Vを供給することによりn層上13上に形成される。i層14においては、ケイ素原子及び/又は鉄原子のダングリングボンドが水素で終端され、非晶質の鉄シリサイド膜中に生じ得る多数のトラップ準位が解消される。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄シリサイド膜の製造方法及び装置、光電変換素子の製造方法及び装置、並びに、光電変換装置の製造方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、化合物半導体は種々の光デバイス、電子デバイス、素子等に広く用いられており、なかでもシリサイド系半導体は、複雑且つ多様な結合形態に起因する優れた電気的、光学的、磁気的、及び熱電的特性を発現し得る材料として開発が盛んに進められている。シリサイド系半導体としては、鉄シリサイドを代表とする遷移金属シリサイド半導体、カルシウムシリサイドやマグネシウムシリサイドを代表とするアルカリ土類シリサイド半導体等が挙げられ、これらの中でも、鉄シリサイドは、構成元素が鉄とケイ素という環境負荷が低く且つ資源寿命が長い元素であること、一般に用いられるシリコン基板との格子不整合が小さいこと等から、極めて実用性が高く且つ環境への影響が少ない材料として注目されている。
【0003】
一般にFexSiyで表される鉄シリサイドは、その成長条件、及び鉄原子とケイ素原子の組成比(x:y)によって複数の結晶相を発現する。結晶性の鉄シリサイドのうち半導体特性を有するのはβ−FeSi2であることが知られている。β−FeSi2は光通信波長としての1.55μm帯域に直接バンドキャップ(Egが約1.85eV)を有しており、シリコン層とのヘテロ接合によって室温発行可能なLEDやPDが開発されている。また、上述の如く環境への影響が少ない上に、結晶性シリコンやアモルファスシリコンとは異なるバンドキャップを有し比較的長波長光の吸収係数が大きいことから、光電変換素子を構成するpin接合のi層として有用である。
【0004】
このようなβ−FeSi2及びその形成方法としては、種々の技術が提案されており、代表的な手法としては、SPE(Solid Phase Epitaxy)法、RDE法(Reactive Deposition Epitaxy)法、IBS(Ion Beam Synthesis)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法、PLD(Pulsed Laser Deposition)法、MOCVD法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、等が挙げられる。
【0005】
具体的には、SPE法及びRDE法は、シリコン基板上に鉄単体又は鉄シリサイドを堆積させた後、500℃以上の高温処理を施したり、或いは、基板温度400℃以上で鉄を堆積させたりして、鉄とケイ素との固相反応により形成する方法である。より具体的には、シリサイドをPVD法により基板温度200〜600℃で堆積させた後、500〜900℃でアニール処理する方法(特許文献1参照)、鉄をPVD法により基板温度625〜725℃で堆積させた後、625〜725℃で60分間アニールする方法(特許文献2参照)、クリプトンガス又はキセノンガスを用いたスパッタリング法により基板温度400〜700℃(実施例は550〜650℃)でシリサイドを形成する方法(特許文献5参照)が提案されている。
【0006】
また、MOCVD法は、フェロセンや鉄カルボニル等の鉄原子含有有機系ガスと、ケイ素原子含有ガスとの混合ガスを用いた熱CVD法の一種であり、より具体的には、鉄ペンタカルボニルとモノシランとの混合ガスを用い、基板温度500℃で鉄シリサイドを形成する方法が提案されている(特許文献6参照)。
【0007】
さらに、IBS法は、構成材料を構成する元素又は化合物のイオンビームを基板上に照射してシリサイドを堆積させる方法であり、比較的低温での処理によりシリサイドを形成し得る。より具体的には、300℃に加熱したシリコン基板上に鉄イオンビームとケイ素イオンビームとを交互に照射して鉄シリサイドを形成する方法が提案されている(特許文献3参照)。またさらに、PLD法は、高出力が得られるパルスレーザによるレーザアブレーションを用いた成膜方法であり、比較的低温での処理によりシリサイドを形成し得る。より具体的には、ArFエキシマレーザを用い、基板温度100〜400℃の温度条件で鉄シリサイドを形成する方法が提案されている(特許文献4参照)。
【0008】
【特許文献1】
特開平4−210463号公報
【特許文献2】
特開平7−166323号公報
【特許文献3】
特開平10−130826号公報
【特許文献4】
特開2000−178713号公報
【特許文献5】
特開2001−64099号公報
【特許文献6】
特開2002−47569号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のSPE法及びPDE法は固相成長によって鉄シリサイドを形成するため、また、MOCVD法はシラン系ガスの解離を必要とし且つ有機原料に由来する膜中不純物を除去するため、本質的に、鉄シリサイド膜の形成中又は形成後に400〜500℃を超える高温での熱処理が必須となる。しかし、例えば、β−FeSi2を半導体層に用いた光電変換素子等を製造する際にこのような高温処理を施すと、素子が形成される基板への入熱量が増大して形状変化を引き起こすおそれがある。また、それを防止すべく高耐熱性基板を用いれば、材料コストが嵩むほか、それ以外にも、素子を構成する他の層(他の半導体層、電極層、保護層、機能層等)に対するサーマルバジェットが増加してしまい、層(膜)の変質や特性ひいては素子特性への悪影響が懸念されると共に、プロセス上の制約が増大してしまう。
【0010】
さらに、近年、光電変換素子等の電子デバイスに対し、更なる薄型軽量化が熱望されており、シリコン基板等に替えて耐熱性樹脂フィルムのような薄型部材が基体として採用される傾向にあり、開発が進んでいる。しかし、かかる樹脂フィルムは数百度の環境では塑性変形を免れず、上述の如く形成過程において500℃以上の高温処理が必須となるSPE法、PDE法、及びMOCVD法を適用することは至極困難である。
【0011】
一方、これらのSPE法、PDE法、及びMOCVD法における温度条件を緩和して例えば400℃以下の熱処理でβ−FeSi2の形成を試みた場合、シリサイド結晶が十分に成長せず、実質的に非晶質(アモルファス)又は微結晶から成る鉄シリサイドが生じてしまうという問題がある。本発明者らの知見によれば、このような非晶質又は微結晶鉄シリサイド中には、結合欠陥が多く含まれる傾向にあり、これらの結合欠陥の形態に起因して異なるエネルギレベルにある多数のトラップ準位が存在することとなる。
【0012】
このような結合欠陥を多く含むi層に光が吸収され光電子・正孔対が形成されたとしても、層内での担体移動過程において、複数のトラップ準位によってキャリア輸送が妨げられてしまう。こうなると、i層に要求される半導体特性が発現されず、光電変換素子として成立しなくなってしまう。
【0013】
一方、イオンビームを用いるIBS法やパルスレーザアブレーションによるPLD法は、先述の如く比較的低温での鉄シリサイド膜の形成が可能であるが、例えば、太陽電池セル等の大面積化が必要な光電変換装置の素子を構成する半導体層の形成に適用する場合、十分な膜厚及び膜質の均一性を得ることが困難であってデバイスとして成立し得ないおそれがある。しかも、他の方法に比して膜製造に必要なエネルギが大きい傾向にあり、特に大面積素子の製造に適用した場合、製造コストが不都合に増大してしまい経済性が悪化して実用的ではない。
【0014】
そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、良好な膜質を有し、半導体特性を発現でき、且つ大面積素子へ適用できる鉄シリサイド膜を低温処理によって簡便に形成することが可能な鉄シリサイド膜の製造方法及び装置を提供することを目的とする。また、このような鉄シリサイド膜を備えることにより、優れた素子特性を有する光電変換素子の製造方法及び装置、並びにその素子を備える光電変換装置の製造方法及び装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明による鉄シリサイド膜の製造方法は、半導体特性を有する鉄シリサイド膜を製造する方法であって、基体の周囲を一定圧力に保持する圧力調整工程と、基体を加熱する基体加熱工程と、基体に対してケイ素原子含有ガス及び水素ガスを含む原料ガスを供給するガス供給工程と、基体に対向する領域に高周波電力を印加して原料ガスに由来する化学種を含むプラズマを形成するプラズマ形成工程と、基体に対して鉄原子を供給する鉄供給工程と、を備える。
【0016】
このような構成を有する鉄シリサイド膜の製造方法においては、一定圧力に保持された雰囲気中で加熱された基体上に、ケイ素原子含有ガス及び水素ガスを含む原料ガスのプラズマで形成されたケイ素原子及び/又は水素原子に由来する活性種、及び鉄原子を含む種々の化学種が供給される。基体の表面では、それらの種々の反応が進行し、その結果、水素原子を含む鉄シリサイド膜が形成される。
【0017】
本発明者らは、基体加熱工程において基体としてのSiウェハの加熱温度を400℃未満の比較的低温として形成した鉄シリサイド膜の光学特性を評価したところ、半導体特性を発現することが確認された。先述したように、このような低温で成膜した鉄シリサイド膜は、主として非晶質のもの(微結晶を含む)となる傾向にあり、主してケイ素原子及び/又は鉄原子の未結合手(ダングリングボンド)による結合欠陥を生じ得る。
【0018】
こうなると、これらの結合欠陥の形態に起因して異なるエネルギレベルにある多数のトラップ準位が存在し、半導体として機能しない傾向にある。それにも拘わらず、本発明の製造方法で得られた鉄シリサイド膜が半導体特性を発現するのは、水素原子が未結合手に結合し、ダングリングボンドが恰も終端(ターミネーション)されることによるものと推定される。すなわち、こうして得られた鉄シリサイド膜は、主として非晶質のものであり且つ水素含有鉄シリサイド(FexSiy:H)から成るものと考えられる。
【0019】
なお、プラズマ形成工程における具体的な放電形式は特に制限されず、例えば、平行平板電極を用いる直流グロー放電、プラズマジェットによる直流アーク放電、平行平板電極を用いる容量結合型の高周波放電、コイルカップリング方式等の外部電極を用いる容量結合型又は誘導結合型の高周波放電、内部又は外部マイクロ波放電、磁場と高周波電場を複合したECR放電等が挙げられる。
【0020】
また、圧力調整工程においては、鉄シリサイド膜が半導体特性を有するものとなるように一定圧力を調節することが好ましい。基体の周囲の圧力は活性種等の化学種の濃度と相関関係を有するが、この周囲圧力及び他の成膜条件によっては、プラズマ空間内での中性ガスとの衝突確立が不都合な程に高まってしまい、基体表面に十分な量の化学種(反応物質)が到達できないおそれがある。特に、鉄原子は、ケイ素含有ガスや水素ガスに由来する化学種に比して質量が大きく移動が妨げられ易いと考えられるため、種々の化学種のなかでは鉄原子が基体上に比較的到達し難くなると想定される。よって、これを避けるため、基体周囲の圧力を調整する制御が有効となる。
【0021】
具体的には、圧力調整工程においては、一定圧力を0.01〜27Paの範囲内の値に保持すると好適である。一定圧力が0.01Pa未満であると、放電が不安定になり易く成膜に必要な活性種が十分に形成され難くなる傾向にある。一方、一定圧力が27Paを超えると、十分な量の鉄原子を基体上へ供給し難いおそれがある。
【0022】
或いは、基体加熱工程においては、鉄シリサイド膜が水素原子を含むものとなるように、且つ鉄シリサイド膜における水素原子の含有量が所定の範囲から選択される任意の値となるように、基体の温度を調節すると好適である。
【0023】
上述の如く、本発明の製造方法によって形成される鉄シリサイド膜は、結合欠陥を解消可能な水素原子を含むものであるが、膜の温度条件によっては水素が膜中から脱離する可能性がある。また、結合欠陥と当量の水素原子でダングリングボンドが終端されているか否かの詳細は不明であり、水素が物理的に膜中に吸蔵されている可能性も否定できない。さらに、基体の温度は、鉄シリサイド構造の安定性及び膜質(つまり結合欠陥の発生量)に多大な影響を与えると推定される。そこで、鉄シリサイド膜中の結合欠陥を十分に解消するため、基体の温度を調節する制御が有効である。
【0024】
具体的には、基体加熱工程においては、基体の温度が好ましくは100℃以上400℃未満、より好ましくは150〜350℃、特に好ましくは200〜350℃の範囲内の値となるように前記基体を加熱すれば更に好適である。基体温度が100℃未満であると、膜中の結合欠陥が過度に増大する傾向にある。一方、基体温度が400℃以上となると、基体への入熱量が過度に増大してしまうと共に、鉄シリサイド膜からの水素の脱離を十分に抑制し難くなる傾向にある。特に、基体温度を350℃以下とすれば、水素脱離の抑制効果が格段に高められる。
【0025】
より具体的には、基体加熱工程においては、鉄シリサイド膜における水素原子の含有量の前記所定の範囲を1〜25原子%とすると一層好ましい。通常、非晶質鉄シリサイドに含まれる結合欠陥は原子換算で1原子%以下、大抵は0.1原子%以下と推定されるが、本発明者らの知見によれば、i層における水素原子の含有割合が1原子%未満であると、i層に生じ得る結合欠陥を十分に解消し難くなる。一方、この含有割合が25原子%を超えると、光電変換素子に適用した場合、光電変換効率の低下が顕著となるおそれがある。
【0026】
またさらに、ガス供給工程及び鉄供給工程においては、鉄シリサイド膜が半導体特性を有するものとなるように、ケイ素原子含有ガスの供給量と鉄原子の供給量との比を調節すると有用である。半導体特性を有する結晶性の鉄シリサイド膜は、β−FeSi2から成る膜であるのに対し、本発明によって得られる鉄シリサイド膜は、主として非晶質のものであり、鉄原子とケイ素原子の組成比に関し、両者のストイキオメトリが同等であるか否かの詳細は不明である。また、本発明者の知見によれば、両者のバンドギャップEgは略同等であるのに対し、本発明によって得られる鉄シリサイド膜(FexSiy:H)のx:yの値は、1:2前後で相当変動することがある。そこで、この組成比の支配要因と考えられるケイ素原子含有ガスの供給量と鉄原子の供給量とを調節する制御が有用である。
【0027】
より具体的には、ガス供給工程及び鉄供給工程においては、鉄シリサイド(FexSiy)膜における鉄原子とケイ素原子との比(x:y)が1:1.7〜1:3.5の範囲内の値となるように、前記ケイ素原子含有ガスの供給流量と前記鉄原子の供給量との比を調節すると好ましい。これにより、鉄シリサイド膜の半導体特性を発現させ易くなる。
【0028】
さらに、ガス供給工程においては、鉄シリサイド膜が水素原子を含むものとなるように、且つ鉄シリサイド膜における水素原子の含有量が所定の範囲から選択される任意の値となるように、水素ガスの供給量を調節すると好適である。鉄シリサイド膜中の水素含有割合は、上述したように基体の温度に影響を受けると共に、原料として供給する水素量に依存すると考えられ、もって水素ガスの供給量を調節する制御も有効なものとなる。この場合も、ガス供給工程においては、当該鉄シリサイド膜における水素原子含有量の前記所定の範囲を1〜25原子%とすることが望ましい。
【0029】
また、本発明による鉄シリサイド膜の製造装置は、本発明による鉄シリサイド膜の製造方法を有効に実施するためのものであり、半導体特性を有する鉄シリサイド膜を製造する装置であって、基体が収容されるチャンバと、チャンバ内に設置されており基体を支持する基体支持部と、チャンバに接続されており且つチャンバ内を一定圧力に保持する圧力調整部と、基体を加熱する基体加熱部と、チャンバに接続されており且つケイ素原子含有ガス及び水素ガスを含む原料ガスをチャンバ内に供給するガス供給部と、チャンバ内における基体に対向する領域に高周波電力を印加して原料ガスに由来する化学種を含むプラズマを形成するプラズマ形成部と、基体に対して鉄原子を供給する鉄供給部とを備える。なお、プラズマ形成部において用いる具体的な放電形式は特に制限されず、前述した各種の放電形態を用いることができる。
【0030】
さらに、圧力調整部に接続されており、鉄シリサイド膜が半導体特性を有するものとなるように一定圧力を調節する圧力制御部を備えると好ましい。
【0031】
またさらに、基体加熱部に接続されており、鉄シリサイド膜が水素原子を含むものとなるように、且つ鉄シリサイド膜における水素原子の含有量が所定の範囲から選択される任意の値となるように、基体の温度を調節する基体温度制御部を備えるとより好ましい。
【0032】
またさらに、ガス供給部及び鉄供給部に接続されており、鉄シリサイド膜が半導体特性を有するものとなるように、ケイ素原子含有ガスの供給量と鉄原子の供給量との比を調節する第1の供給量制御部を備えると有用である。
【0033】
さらにまた、ガス供給部に接続されており、鉄シリサイド膜が水素原子を含むものとなるように、且つ鉄シリサイド膜における水素原子の含有量が所定の範囲から選択される任意の値となるように、水素ガスの供給量を調節する第2の供給量制御部を備えても好適である。
【0034】
また、本発明による光電変換素子の製造方法は、本発明の鉄シリサイド膜の製造方法を用いて有効に実施される方法であり、基体上にp層を形成するp層形成工程と、p層に対向するようにn層を形成するn層形成工程と、基体の周囲を一定圧力に保持する圧力調整工程、基体を加熱する基体加熱工程、基体に対してケイ素原子含有ガス及び水素ガスを含む原料ガスを供給するガス供給工程、基体に対向する領域に高周波電力を印加して原料ガスに由来する化学種を含むプラズマを形成するプラズマ形成工程、及び基体に対して鉄原子を供給する鉄供給工程を備えており、p層と前記n層との間に鉄シリサイド膜を含んで成るi層を形成するi層形成工程とを備える。
【0035】
また、本発明による光電変換素子の製造装置は、本発明の光電変換素子の製造方法を有効に実施するためのものであり、基体上にp層が形成されるp層形成部と、p層に対向するようにn層が形成されるn層形成部と、基体が収容されるチャンバ、チャンバ内に設置されており基体を支持する基体支持部、チャンバに接続されており且つチャンバ内を一定圧力に保持する圧力調整部、基体を加熱する基体加熱部、チャンバに接続されており且つケイ素原子含有ガス及び水素ガスを含む原料ガスを該チャンバ内に供給するガス供給部、チャンバ内における基体に対向する領域に高周波電力を印加して原料ガスに由来する化学種を含むプラズマを形成するプラズマ形成部、及び基体に対して鉄原子を供給する鉄供給部を備えており、p層とn層との間に鉄シリサイド膜を含んで成るi層が形成されるi層形成部とを備える。
【0036】
また、本発明による光電変換装置の製造方法は、本発明の鉄シリサイド膜の製造方法を用いて有効に実施される方法であり、基体の一側に第1の電極層を形成する第1の電極層形成工程と、第1の電極層に対向するように第2の電極層を形成する第2の電極層形成工程と、第1の電極層上にn層を形成するn層形成工程と、n層に対向するように第2の電極層の一側にp層を形成するp層形成工程と、基体の周囲を一定圧力に保持する圧力調整工程、基体を加熱する基体加熱工程、基体に対してケイ素原子含有ガス及び水素ガスを含む原料ガスを供給するガス供給工程、基体に対向する領域に高周波電力を印加して原料ガスに由来する化学種を含むプラズマを形成するプラズマ形成工程、及び基体に対して鉄原子を供給する鉄供給工程を備えており、p層とn層との間に鉄シリサイド膜を含んで成るi層を形成するi層形成工程とを備える。
【0037】
また、本発明による光電変換装置の製造装置は、本発明の光電変換装置の製造方法を有効に実施するためのものであり、基体の一側に第1の電極層が形成される第1の電極層形成部と、第1の電極層に対向するように第2の電極層が形成される第2の電極層形成部と、第1の電極層上にn層が形成されるn層形成部と、n層に対向するように第2の電極層の一側にp層が形成されるp層形成部と、基体が収容されるチャンバ、チャンバ内に設置されており基体を支持する基体支持部、チャンバに接続されており且つチャンバ内を一定圧力に保持する圧力調整部、基体を加熱する基体加熱部、チャンバに接続されており且つケイ素原子含有ガス及び水素ガスを含む原料ガスをチャンバ内に供給するガス供給部、チャンバ内における基体に対向する領域に高周波電力を印加して原料ガスに由来する化学種を含むプラズマを形成するプラズマ形成部、及び基体に対して鉄原子を供給する鉄供給部を備えており、p層と前記n層との間に鉄シリサイド膜を含んで成るi層が形成されるi層形成部とを備える。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、図面の位置関係に基づくものとする。
【0039】
図1は、本発明による光電変換装置の製造装置の好適な一実施形態を模式的に示す構成図である。太陽電池製造システム500(光電変換装置の製造装置)は、Siウェハ等の基体1が収容され、基体1上に金属電極層がPVD法により形成されるチャンバ51(第1の電極形成部)の後段に、n層がCVD法により形成されるチャンバ52(n層形成部)、i層が形成されるチャンバ53(i層形成部、光電変換素子の製造装置)、p層がCVD法により形成されるチャンバ54(p層形成部)、及び透明電極層がPVD法により形成されるチャンバ55(第2の電極形成部)が順に連設されたものである。基体1は、チャンバ51から順に後段の各チャンバ52〜55に移送され、各チャンバ52〜55において所定の各層の成膜が行われ、後述する太陽電池10〜30が得られる。
【0040】
図2は、太陽電池製造システム500を構成するチャンバ53の要部の構成を示す模式断面図である。チャンバ53は、上部チャンバ61及び下部チャンバ62構成されるチャンバ本体60を備えている。下部チャンバ62の上端内部つまり上部チャンバ61の下端内部には、メッシュ電極69が設置されており、上部チャンバ61及びメッシュ電極69によってプラズマ形成室61aが画成され、また、下部チャンバ62及びメッシュ電極69によって鉄蒸発室62aが画成されている。これらのプラズマ形成室61aと鉄蒸発室62aとは互いに連通している。
【0041】
上部チャンバ61の上壁には支持棒63が貫通設置されており、上部チャンバ61の内部上方に位置する支持棒63の端部には、基体1をその成膜面を下方に向けて保持する(つまりフェイスダウン方式)ための基体支持台64(基体支持部)が設置されている。基体支持台64には電源P1に接続されたヒータ64a(基体加熱部)が内設されている。また、基体支持台64に保持された基体1に対向する位置にシャッター65が回動可能に設けられている。
【0042】
さらに、上部チャンバ61の上壁には、ターボポンプ等を有する排気系67(圧力調整部)が接続されている。またさらに、上部チャンバ61の側壁の一部は、ガラス等のセラミックで形成された筒状を成す導波壁61bで構成されている。この導波壁61bの周囲には、銅等の金属で成り、後述する高周波電源RFとLカップリングを形成するコイル71が設けられている。コイル71には、インピーダンス整合器72及び高周波電源RFが接続されている。このように、コイル71、インピーダンス整合器72及び高周波電源RFからプラズマ形成部が構成されている。
【0043】
一方、下部チャンバ62の底壁には、電源P2に接続されたヒータ74が内部に設けられた鉄原料支持台73が設置されている。そのヒータ74上にはタングステンから成り鉄インゴット76が載置されたボート75が設置されている。このように、鉄原料支持台73、ヒータ74、ボート75、及び鉄インゴット76から鉄供給部が構成されている。また、下部チャンバ62の底壁には、鉄原料支持台73の周囲を覆うように付着防止カバー77が設置されている。付着防止カバー77におけるボート75に対向する部位には開口部77aが設けられている。
【0044】
さらに、下部チャンバ62の底壁には、モノシランガス等のシラン系ガスを貯留するガス源S1及び水素ガスを貯留するガス源S2を有する原料ガス供給系S(ガス供給部)が接続されている。また、ガス源S1,S2と下部チャンバ62とを接続する配管にはそれぞれ質量流量調整器(マスフローコントローラ;MFC)M1,M2が設けられている。また、電源P1,P2、質量流量調整器M1,M2、及び高周波電源RFには、これらの出力を調節可能な制御装置78が接続されている。
【0045】
このように、排気系67及び制御装置78から圧力制御部が構成されており、電源P1及び制御装置78から基体温度制御部が構成されており、質量流量調整器M1、電源P2及び制御装置78から第1の供給量制御部が構成されており、質量流量調整器M2及び制御装置78から第2の供給流量制御部が構成されている。
【0046】
このように構成された太陽電池製造システム500を用いて得られる太陽電池の例について説明する。図3は、本発明による光電変換装置の第1実施形態の構造を示す模式断面図である。太陽電池10(光電変換装置)は、本発明の光電変換素子を備えるものであり、Siウェハ1や、ポリアミド樹脂又はポリイミド樹脂から成るフィルムといった基体11上に、金属電極層12、pin接合100(第1のpin接合部、光電変換素子)、及び透明電極層16が順に積層されたものである。
【0047】
金属電極層12の材料は特に制限されないが、所定の高導電性が発現され、且つ400℃程度の高温雰囲気によって損傷を受け難く、さらに、pin接合100を構成する各層(後述)との反応性が極力低い材料で構成されることが好ましい。かかる材料としては、例えば、Au、Pt、Pd、Ir、Ag等の貴金属、Au−Pd、Au−Pt、Ag−Pd、Ag−Pt等の貴金属合金、Ag−Pd−Cu等の貴金属を主成分とし卑金属元素が添加された合金が好ましい例として挙げられる。また、金属電極層12は、通常、例えば0.1〜1μm程度の厚さとされる。
【0048】
透明電極層16は太陽電池10の受光面側に位置し、透明導電材料から構成されている。かかる透明導電材料としては、例えば、In2O3、SnO2、ITO、又はZnO−Alといった酸化物導電性材料等を用いることができる。また、透明電極層16は、通常、例えば0.05〜1μm程度の厚さとされる。
【0049】
pin接合100は、金属電極層12上に、n層13、i層14(鉄シリサイド膜)、及びp層15が順に積層されて成るものである。n層13としては、例えばn型シリコン層が挙げられ、n型シリコン層としては、一般に太陽電池用途のpin接合に用いられるものであれば特に制限されず、結晶相を含む層でもよく、非晶質(アモルファス)層でもよい。シリコン層を用いる場合、n型を付与する不純物(ドーパント)としては、V族元素(リン、ヒ素、アンチモン等)の原子が挙げられる。また、n層13は、通常、例えば10〜100nm程度の厚さとされる。
【0050】
i層14は、水素原子を含む鉄シリサイド(FexSiy:H)から成り、主として非晶質(先述の通り、微結晶相で構成されていても微結晶相を含んでいてもよい)のもの、すなわち単結晶及び多結晶成分を実質的に含まないものである。また、i層14における水素原子の含有割合は、好ましくは1〜25原子%、より好ましくは5〜20原子%とされる。i層14の厚さは、通常、例えば0.1〜10μm程度であると好ましい。
【0051】
なお、本発明においてi層14における「水素原子の含有割合」は、昇温脱離法(TDS;Thermal Desorption Spectroscopy)によって測定される膜中から脱ガスした水素(H2:M/S=2)量の値から求めることができる。i層14は、Eg(opt)≒0.85eVの光学的バンドギャップを有しており、半導体特有のI−V特性を示すと共に、そのEgに相当する光波長(1500nm程度)より長波長側の光に対する透過特性を有することが確認された。また、i層14における鉄原子とケイ素原子との組成比は、上記Egがβ−FeSi2のEgと略同等であることから、x:y≒1:2近傍の値であると類推される。
【0052】
しかし、原料供給量の比、すなわち上述したケイ素含有ガスの供給量及び鉄蒸気の供給量を種々変化させ、i層14が半導体特性を発現し得る原料組成比を求め、その結果から推定したi層14における鉄原子とケイ素原子との組成比はx:y≒1:2の前後にかなり変動すること(場合によっては、1:1.7〜1:3.5程度)が確認された。これより、i層14が結晶性のβ−FeSi2と同等のストイキオメトリを有するものであるか詳細は今のところ不明であり、従来のβ−FeSi2とは異なる機構により半導体特性を発現することも否定できない。
【0053】
p層15としては、例えばp型シリコン層が挙げられ、p型シリコン層としては、一般に太陽電池用途のpin接合に用いられるものであれば特に制限されず、結晶相を含む層でもよく、非晶質(アモルファス)層でもよい。シリコン層を用いる場合、p型を付与する不純物(ドーパント)としては、III族元素(ホウ素、アルミニウム、ガリウム等)の原子が挙げられる。また、p層15は、通常、例えば10〜100nm程度の厚さとされる。
【0054】
図4は、本発明による光電変換装置の第2実施形態の構造を示す模式断面図である。太陽電池20(光電変換装置)は、本発明の光電変換素子を備えるものであり、pin接合100の代わりにpin接合200(第1のpin接合部)を備えること以外は、図3に示す太陽電池10と同様の構成を有するものである。また、pin接合200は、i層14の代わりに複合化i層24を備えること以外は、太陽電池10のpin接合100と同様に構成されたものである。
【0055】
複合化i層24は、p層13上に形成された非晶質FexSiy:Hから成るi層241(第1のi層、鉄シリサイド膜)上にアモルファスシリコンから成るi層242(第2のi層)が積層されて成るものである。つまり、太陽電池20は異なる種類のi層が複数積層されたハイブリッド型の光電変換装置である。i層241は、前述したi層14と同様の構造を有しており、i層14と同様に形成することができる。また、i層242は、通常、例えば100〜500nm程度の厚さとされる。
【0056】
このように構成された太陽電池20では、i層241が、i層242に比して低エネルギ光子(長波長光子)の吸収係数が高いので、i層242に入射した光子のうち比較的短波長のものが高い効率で光電変換され、比較的長波長のものはi層242を透過してi層241へ入射する。i層241では、その比較的長波長の光子が光電変換され吸収される。このように太陽電池20全体としての吸収波長領域を拡大することができるので、太陽電池10と同等電圧でより大きな電流を得ることができる。
【0057】
図5は、本発明による光電変換装置の第3実施形態の構造を示す模式断面図である。太陽電池30(光電変換装置)は、本発明の光電変換素子を備えるものであり、pin接合100と透明電極層16との間にpin接合300(第2のpin接合部)を更に備えること以外は、図3に示す太陽電池10と同様の構成を有するものである。pin接合300は、n層13と同様に形成されたn層33(第2のn層)と、p層15と同様に構成されたp層35(第2のp層)との間に、i層242と同様にアモルファスシリコンから成るi層34(第3のi層)が設けられたものである。
【0058】
このように構成された太陽電池30は、pin接合100,300が直列に連設されたタンデム型の光電変換装置である。透明電極層16を通してpin接合300のi層34に入射した光子のうち比較的短波長のものは高い効率で光電変換され、比較的長波長のものはi層34を透過してpin接合100のi層14へ入射する。i層14では、その比較的長波長の光子が光電変換され吸収される。よって、太陽電池10に比して出力電圧を増大できる利点がある。
【0059】
さらに、太陽電池製造システム500及び本発明による光電変換装置の製造方法を用いて太陽電池10を製造する方法の例について説明する。図6は、太陽電池10を製造する方法を実施する手順の一例を示すフロー図である。まず、処理を開始し、基体11(ここではSiウェハ1とする。)をチャンバ51(図1参照)へ収容する。チャンバ51では、スパッタリング等のPVD法によってSiウェハ1の一側に金属電極層12を形成する(ステップS1;第1の電極層形成工程)。次いで、このSiウェハ1をチャンバ52内へ移送し、プラズマCVD法、熱CVD法等のCVD法により金属電極層12上にn層13を形成する(ステップS2;n層形成工程)。
【0060】
次いで、このSiウェハ1をチャンバ53(図2参照)へ移送し、n層13上にi層14を形成する(ステップS3;i層形成工程)。なお、以下に示すチャンバ53を構成する各部材の運転制御は、制御装置78からの制御信号に基づいて実施するものとする。ここでは、まず、Siウェハ1を基体支持台64に保持させる。それから、必要に応じて不活性ガス等(図示せず)をチャンバ本体60内に流通させながら、排気系67を運転してチャンバ本体60内を排気・減圧する(圧力調整工程)。また、同時にヒータ64aに通電してSiウェハ1を所定温度に加熱する(基体加熱工程)。
【0061】
チャンバ本体60内が一定の圧力となった状態で、質量流量調整器M1,M2を運転して所定の供給流量でシラン系ガス及び水素ガスをチャンバ本体60内へ供給する(ガス供給工程)。なお、以下の処理操作においては排気系67の運転を継続し、チャンバ本体60内を一定圧力に保持する(圧力調整工程)。シラン系ガス及び水素ガスはチャンバ本体60に流入する前に混合されて原料ガスGとなり、この原料ガスGは、排気の流れに沿って鉄蒸発室62aからプラズマ形成室61aへ流通する。
【0062】
また、原料ガスGの供給と共に、ヒータ74に通電してボート75上の鉄インゴット76を加熱して溶融し、鉄を気化させて鉄蒸気Vを発生させる(鉄供給工程)。鉄蒸気Vは、付着防止カバー77の開口部77aを通り、排気の流れに沿って鉄蒸発室62aからプラズマ形成室61aへ流通する。このとき、付着防止カバー77により、鉄蒸気がチャンバ本体60の内壁に不都合に付着することが防止される。更に同時に、高周波電源RF及びインピーダンス整合器72を運転し、コイル71に所定周波数及び所定出力の高周波電力を印加する。これにより、プラズマ形成室61a内に誘導結合型高周波放電によるプラズマ(シース)Psを形成せしめる(プラズマ形成工程)。なお、プラズマPsは、メッシュ電極69によって鉄蒸発室62a側への混入が防止される。プラズマPsが安定した後にシャッター65を回動させて、Siウェハ1の成膜面をプラズマPsに対して開放する。
【0063】
プラズマPs中には、シラン系ガス及び水素ガスに由来する原子及び活性種(種々の化学種のイオン、非中性ラジカル、中性ラジカル等)及び、鉄蒸気に由来する鉄原子、鉄活性種(イオン、非中性ラジカル、中性ラジカル等)が存在する。チャンバ本体60内は、上部チャンバ61の上壁、つまりSiウェハ1の裏面側から排気されており、プラズマ中の上記活性種がSiウェハ1上に引き込まれるように到達し、化学反応により水素原子を含む鉄シリサイドが堆積成長して主として非晶質の水素原子含有鉄シリサイド膜から成るi層14が形成される。
【0064】
ここで、チャンバ本体60内の一定圧力(すなわちSiウェハ1の周囲の圧力)は、好ましくは0.01〜27Paとされる。この一定圧力が0.01Pa未満であると、成膜に必要なプラズマ(シース)Psが形成され難くなる傾向にある。一方、この一定圧力が27Paを超えると、十分な量の鉄原子をSiウェハ1上へ供給し難くなる傾向にある。
【0065】
また、Siウェハ1の加熱温度(基板温度)を100℃以上400℃未満とすると好ましく、150〜350℃とするとより好ましく、200〜350℃とすると特に好ましい。Siウェハ1の基体温度が100℃未満であると、i層14中の結合欠陥が過度に増大する傾向にある。これは、Siウェハ1の表面での活性種の拡散が十分に行われないことによると推定される。一方、この基体温度が400℃以上となると、Siウェハ1への入熱量が過度に増大してしまうと共に、i層14からの水素の脱離を十分に抑制し難くなる傾向にある。特に、Siウェハ1の基体温度を350℃以下とすれば、i層14からの水素の脱離を一層十分に抑制できる。
【0066】
さらに、i層14が形成されたSiウェハ1をチャンバ54内へ移送し、プラズマCVD法、熱CVD法等のCVD法によりi層14上にp層15を形成する(ステップS4;p層形成工程)。こうして金属電極層12上にpin接合部100が形成される。それから、このSiウェハ1をチャンバ55内へ移送し、スパッタリング等のPVD法によって透明電極層16を形成し(ステップS5;第2の電極層形成工程)、太陽電池10を得る。
【0067】
このような本発明による鉄シリサイド膜、光電変換素子、及び光電変換装置の製造方法及び装置によれば、i層14が水素原子を含む主として非晶質である鉄シリサイド(FexSiy:H)で形成されており半導体特性が発現されるので、pin接合100が優れた光電変換素子として機能する。すなわち、透明電極層16を通ってpin接合100に入射した光子のうち、i層14のバンドギャップエネルギEgより大きなエネルギ波長を有する光がi層14内で光電変換されて光電子・正孔対を形成し、電池として高効率の光電変換効率が得られる。
【0068】
これは、含まれる水素原子の少なくとも一部がケイ素原子及び/又は鉄原子の未結合手に結合し、換言すれば、非晶質の鉄シリサイドに生じ得るダングリングボンドが水素原子で終端され、i層14中の結合欠陥が解消することによると推定される。そして、かかる結合欠陥に起因してi層14内に複数のトラップ準位が出現することが防止され、i層14内での担体移動過程におけるキャリア輸送が円滑に行われるものと考えられる。
【0069】
また、i層14がこのような主として非晶質であるFexSiy:Hで形成されているので、その形成過程において、従来の結晶性β−FeSi2を形成する際に必要であった400〜800℃程度の高温処理が不要となる。これにより、基体11への入熱量を顕著に低減して基体11の変成・変形を抑止できる。また、入熱量の低減によりサーマルバジェットが減少するので、金属電極層12及びn層13への熱的影響を排除できる。
【0070】
さらに、基体11として比較的高価な高耐熱性のものを用いる必要がなく、太陽電池10の経済性を低減できる。またさらに、低温処理(プロセス)を適用できるので、基体11として、耐熱性樹脂フィルムを用いることができ、太陽電池10の更なる薄層化及び軽量化を実現できる。
【0071】
さらにまた、i層14における水素原子の含有割合が1原子%以上であれば、ダングリングボンドの終端(概念的には、結合欠陥の‘埋め込み’)を十分に促進できる。一方、i層14における水素原子の含有割合が20原子%以下であれば、太陽電池10における光電変換効率を十分に抑制できる。しかも、鉄インゴット76を気化させて鉄を原子化すると共に、プラズマPs内でケイ素及び水素活性種と混合されてSiウェハ1(基体11)に到達し、CVD法に近い状態の気相反応によって成膜が実施されるので、大面積の素子形成に好適である。
【0072】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。例えば、i層14を形成するためのチャンバ53は、Siウェハ1の成膜面を上方に向けて保持するフェイスアップ方式のチャンバであってもよい。この場合、例えば、原料ガスをシャワーヘッドから供給し、シャワーヘッドに高周波電力を印加してプラズマを形成してもよい。また、Siウェハ1の処理方式は、枚葉式に限られず、バッチ式でもよい。さらに、上述したように本発明は低温処理により耐熱性樹脂フィルム等の基体に適用できる。
【0073】
図7は、本発明による光電変換装置の製造装置の好適な他の実施形態を模式的に示す構成図である。太陽電池製造システム800(光電変換装置の製造装置)は、ロール3に巻回されたシート状の樹脂フィルム等の基体2が収容され、基体2上に金属電極層がPVD法により形成されるチャンバ81(第1の電極形成部)の後段に、n層がCVD法により形成されるチャンバ82(n層形成部)、i層が形成されるチャンバ83(i層形成部、光電変換素子の製造装置)、p層がCVD法により形成されるチャンバ84(p層形成部)、及び透明電極層がPVD法により形成されるチャンバ85(第2の電極形成部)が順に連設されたものである。シート状の基体2は、チャンバ81から順に後段の各チャンバ82〜85に向かう方向に送り出されれ、各チャンバ82〜85において所定の各層の成膜が行われ、前述した太陽電池10〜30が得られる。
【0074】
さらに、pin接合100,200,300における各p層と各n層を互いに置換してもよい。また、金属電極層12及び透明電極層16を互いに置換してもよいが、太陽電池20におけるi層242は、光の入射方向に対してi層241よりも上流側に配置することが望ましく、太陽電池30におけるpin接合300は、光の入射方向に対してpin接合100よりも上流側に配置することが望ましい。さらにまた、鉄インゴット76をヒータで加熱する代わりに、他の加熱手段、例えば、電子ビームによる気化等によって鉄原子蒸気を発生させてもよい。
【0075】
以下、実施例により本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。
【0076】
〈実施例1〉
基体として主面の面方位が(100)であるSiウェハをチャンバ内の上部に収容し、フェイスダウン方式で支持台に固定し、チャンバ内の圧力が1.33Paとなるように、チャンバの上部(Siウェハの裏側に対向するチャンバ上壁)から減圧排気を行った。この圧力を維持した状態で、チャンバの下部からモノシラン(SiH4)ガスを50sccm、水素(H2)ガスを50sccmの流量でチャンバ内に供給すると共に、チャンバの周囲に設置したLカップリングの銅コイルに50Wの高周波電力を印加し、チャンバ内にモノシランガス及び水素ガスの混合ガスのプラズマを形成した。
【0077】
また、プラズマの形成と同時にSiウェハの下方に設置した鉄インゴットを抵抗加熱で約1900℃に加熱して溶融させ、鉄が気化して発生した鉄蒸気をチャンバ内の排気流に沿ってプラズマ内に供給した。さらに、支持台に設置されたヒータに通電し、Siウェハを基板温度が250℃となるように加熱した。これにより、Siウェハ上に非晶質のFexSiy:Hを堆積させて厚さ300nmの本発明による鉄シリサイド膜を形成せしめた。この鉄シリサイド膜に含まれる水素原子の含有割合を、上述したTDSによって得られた水素ガスの脱離量から求めたところ、12.5原子%であった。
【0078】
〈比較例1〉
基体として主面の面方位が(100)であるSiウェハをPVDチャンバに収容して支持台に固定し、チャンバ内の圧力が1.33Paとなるように、チャンバ内を減圧排気した。また、支持台に設置されたヒータに通電し、Siウェハを基板温度が250℃となるように加熱した。さらに、その圧力を維持した状態で、Arガスを40sccmの流量でPVDチャンバ内に供給し、100Wの高周波電力を印加してArイオンを発生させ、Siウェハに対向してチャンバ内に設置された鉄シリサイドターゲットへ入射させた。これにより、鉄シリサイドのスパッタ粒子をSiウェハ上に堆積させて厚さ300nmの鉄シリサイド膜を形成せしめた。
【0079】
〈鉄シリサイド膜の物性評価〉
(1)日立製作所社製のu−4000(製品名)を用い、実施例1及び比較例1で得た鉄シリサイド膜の透過率及び反射率を測定した。図8及び図9は、それぞれ実施例1及び比較例で得た鉄シリサイド膜の透過率及び反射率の分光スペクトルを示すグラフである。これらの図中、曲線L1,L3が透過率分光スペクトルを示し、曲線L2,L4が反射率分光スペクトルを示す。これらの結果より、実施例1及び比較例1のいずれの鉄シリサイド膜も、少なくとも900〜2400nmの波長光に対する反射特性を有することが確認された。また、実施例1の鉄シリサイド膜は約1500nm以上の波長を有する光に対して透過特性を有するのに対し、比較例1の鉄シリサイド膜は、図示波長域の光に対して透過特性を有しないことが確認された。
【0080】
(2)上記(1)で得られた実施例1の鉄シリサイド膜の透過率及び反射率分光スペクトルを用い、光子エネルギhν(h:プランク定数、ν:振動数)毎の吸収係数αを算出した。図10は、実施例1で得た鉄シリサイド膜の光子エネルギhνに対する吸収係数αの変化を示すグラフである。図中の曲線L5は、プロットデータを平滑化して結んだ目安線である。また、得られた吸収係数αと光子エネルギhνを用いて(αhν)2値を算出した。図11は、実施例1で得た鉄シリサイド膜の光子エネルギhνに対する(αhν)2値の変化を示すグラフである。図中の直線L6は、光子エネルギhν≒0.9〜1.1eVのプロットデータ(×印)を結んで外挿した目安線である。
【0081】
図11より、実施例1で得た鉄シリサイド膜は、約0.85eV(図7における直線L6の横軸切片)の光学的バンドギャップEg(opt)を有する半導体的な光学特性を有することが判明した。このEg値は、図8中の曲線L1で示す透過率分光スペクトルの傾向と整合する。このように、基板温度250℃で成膜された実施例1の鉄シリサイド膜が半導体特性を有することより、本発明による光電変換素子及び装置のpin接合におけるi層を極めて低温の熱処理で形成できることが理解される。
【0082】
〈実施例2〉
まず、主面の面方位が(100)であるガラス基板(基体11)上にTiから成る厚さ0.3μmの金属電極層12をスパッタリング法により形成した。次に、その上にプラズマCVD法によりn型シリコンから成る厚さ30nmのn層13を形成し、更にその上に、実施例1と同様にして厚さ400nmの鉄シリサイド膜から成るi層14を形成した。次いで、その上にプラズマCVD法によりp型シリコンから成る厚さ20nmのp層を形成してpin接合100を構成した。さらに、ITOから成る厚さ80nmの透明電極層16を形成し、図3に示す太陽電池10と同様の構成を有する本発明による光電変換装置を製造した。
【0083】
〈実施例3〉
i層14を形成した後に、i層14(i層241に相当)プラズマCVD法(成膜条件;SiH4流量:20sccm、H2流量:200sccm、チャンバ内圧力:133Pa、高周波電力60W、基板温度200℃)により厚さ200nmのアモルファスシリコンから成るi層242を形成し、このi層242上にp層15を形成してpin接合200を構成したこと以外は、実施例2と同様にして図4に示すハイブリッド型の太陽電池20と同様の構成を有する本発明による光電変換装置を製造した。
【0084】
〈実施例4〉
pin接合100を構成した後に、n層13と同様のn層33をp層15上に形成し、その上にi層242と同様のi層34を形成し、更にその上にp層15と同様のp層35を形成してpin接合300を構成したこと以外は、実施例2と同様にして図5に示すタンデム型の太陽電池30と同様の構成を有する本発明による光電変換装置を製造した。
【0085】
〈比較例2〉
i層14の代わりに比較例1と同様にして厚さ400nmの鉄シリサイド膜から成るi層を形成したこと以外は、実施例2と同様にして光電変換装置を製造した。
【0086】
〈光電変換装置の物性評価〉
実施例2〜4及び比較例2で得た各光電変換装置(1cm×1cmのモニターセル)に(株)ワコム電創社製のソーラーシミュレータ(製品名:WXS−110−S)を用いてAM1.5、100mW/cm2の強度条件で光を照射した時のI−V特性を測定した。結果を以下に示す。
【0087】
(1)実施例2の光電変換装置
半導体特有のI−V特性(ダイオード特性)を示す曲線が得られた。
・Jsc:13.4(mA/cm2)、
・Voc:0.45(V)、
・F.F.:0.60(−)、
・変換効率:3.6(%)
【0088】
(2)実施例3の光電変換装置
半導体特有のI−V特性(ダイオード特性)を示す曲線が得られた。
・Jsc:18.0(mA/cm2)、
・Voc:0.51(V)、
・F.F.:0.56(−)、
・変換効率:5.1(%)
【0089】
(3)実施例4の光電変換装置
半導体特有のI−V特性(ダイオード特性)を示す曲線が得られた。
・Jsc:16.2(mA/cm2)、
・Voc:1.27(V)、
・F.F.:0.50(−)、
・変換効率:10.3(%)
【0090】
(4)比較例2の光電変換装置
半導体特有のI−V特性(ダイオード特性)を示す曲線は得られなかった。すなわち、I−V平面において略直線で表されるようなI−V特性が得られた。よって、Jsc、Voc、F.F.、及び変換効率の評価は不可能であったが、I−V平面座標における上記直線の切片値から、擬似的な特性値の評価を試みた。以下、参照値としてそれらの結果を示す。
・Jsc(参考値):9.22(mA/cm2)、
・Voc(参考値):0.31(V)、
・F.F.(参考値):0.37(−)、
・変換効率(参考値):1.1(%)
【0091】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による鉄シリサイド膜の製造方法及び装置によれば、良好な膜質を有し、半導体特性を発現でき、且つ大面積素子へ適用できる鉄シリサイド膜を低温処理によって簡便に形成することが可能となる。また、本発明による光電変換素子及び光電変換装置の製造方法及び装置によれば、本発明の鉄シリサイド膜を備えることにより優れた素子特性を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光電変換装置の製造装置の好適な一実施形態を模式的に示す構成図である。
【図2】太陽電池製造システム500を構成するチャンバ53の要部の構成を示す模式断面図である。
【図3】本発明による光電変換素子を備える本発明の光電変換装置に係る第1実施形態の構造を示す模式断面図である。
【図4】本発明による光電変換素子を備える本発明の光電変換装置に係る第2実施形態の構造を示す模式断面図である。
【図5】本発明による光電変換素子を備える本発明の光電変換装置に係る第3実施形態の構造を示す模式断面図である。
【図6】太陽電池10を製造する方法を実施する手順の一例を示すフロー図である。
【図7】本発明による光電変換装置の製造装置の好適な他の実施形態を模式的に示す構成図である。
【図8】実施例1で得た鉄シリサイド膜の透過率及び反射率の分光スペクトルを示すグラフである。
【図9】比較例で得た鉄シリサイド膜の透過率及び反射率の分光スペクトルを示すグラフである。
【図10】実施例1で得た鉄シリサイド膜の光子エネルギhνに対する吸収係数αの変化を示すグラフである。
【図11】実施例1で得た鉄シリサイド膜の光子エネルギhνに対する(αhν)2値の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
10,20,30…太陽電池(光電変換装置)、11…基体、12…金属電極層(第1の電極層)、13…n層(第1のn層)、14,241…i層(第1のi層、鉄シリサイド膜)、15…p層(第1のp層)、16…透明電極層(第2の電極層)、24…複合化i層、33…n層(第2のn層)、34…i層(第3のi層)、35…p層(第2のp層)、51,81…チャンバ(第1の電極形成部)、52,82…チャンバ(n層形成部)、53,83…チャンバ(i層形成部、光電変換素子の製造装置)、54,84…チャンバ(p層形成部)、55,85…チャンバ(第2の電極形成部)、60…チャンバ本体、61a…プラズマ形成室、61…上部チャンバ、61b…導波壁、62…下部チャンバ、62a…鉄蒸発室、63…支持棒、64a…ヒータ(基体加熱部)、64…基体支持台(基体支持部)、65…シャッター、67…排気系(圧力調整部)、69…メッシュ電極、71…コイル、72…インピーダンス整合器、73…鉄原料支持台、74…ヒータ、75…ボート、76…鉄インゴット、77…付着防止カバー、77a…開口部、78…制御装置(圧力制御部、基体温度制御部、第1の供給量制御部、第2の供給流量制御部)、100,200…pin接合(第1のpin接合)、300…pin接合(第2のpin接合)、242…i層(第2のi層)、500,600…太陽電池製造システム(光電変換装置の製造装置)、G…原料ガス、M1,M2…質量流量調整器、P1,P2…電源、RF…高周波電源、S…原料ガス供給系、S1,S2…ガス源、V…鉄蒸気。
Claims (19)
- 半導体特性を有する鉄シリサイド膜を製造する方法であって、
基体の周囲を一定圧力に保持する圧力調整工程と、
前記基体を加熱する基体加熱工程と、
前記基体に対してケイ素原子含有ガス及び水素ガスを含む原料ガスを供給するガス供給工程と、
前記基体に対向する領域に高周波電力を印加して前記原料ガスに由来する化学種を含むプラズマを形成するプラズマ形成工程と、
前記基体に対して鉄原子を供給する鉄供給工程と、
を備える、鉄シリサイド膜の製造方法。 - 前記圧力調整工程においては、当該鉄シリサイド膜が半導体特性を有するものとなるように前記一定圧力を調節する、
請求項1記載の鉄シリサイド膜の製造方法。 - 前記圧力調整工程においては、前記一定圧力を0.01〜27Paの範囲内の値に保持する、
請求項2記載の鉄シリサイド膜の製造方法。 - 前記基体加熱工程においては、当該鉄シリサイド膜が水素原子を含むものとなるように、且つ当該鉄シリサイド膜における水素原子の含有量が所定の範囲から選択される任意の値となるように、前記基体の温度を調節する、
請求項1記載の鉄シリサイド膜の製造方法。 - 前記基体加熱工程においては、前記基体の温度が100℃以上400℃未満の範囲内の値となるように前記基体を加熱する、
請求項4記載の鉄シリサイド膜の製造方法。 - 前記基体加熱工程においては、当該鉄シリサイド膜における水素原子の含有量の前記所定の範囲を1〜25原子%とする、
請求項4又は5に記載の鉄シリサイド膜の製造方法。 - 前記ガス供給工程及び前記鉄供給工程においては、当該鉄シリサイド膜が半導体特性を有するものとなるように、前記ケイ素原子含有ガスの供給量と前記鉄原子の供給量との比を調節する、
請求項1記載の鉄シリサイド膜の製造方法。 - 前記ガス供給工程及び前記鉄供給工程においては、当該鉄シリサイド膜における鉄原子とケイ素原子との比が1:1.7〜1:3.5の範囲内の値となるように、前記ケイ素原子含有ガスの供給流量と前記鉄原子の供給量との比を調節する、
請求項7記載の鉄シリサイド膜の製造方法。 - 前記ガス供給工程においては、当該鉄シリサイド膜が水素原子を含むものとなるように、且つ当該鉄シリサイド膜における水素原子の含有量が所定の範囲から選択される任意の値となるように、前記水素ガスの供給量を調節する、
請求項1記載の鉄シリサイド膜の製造方法。 - 前記ガス供給工程においては、当該鉄シリサイド膜における水素原子含有量の前記所定の範囲を1〜25原子%とする、
請求項9記載の鉄シリサイド膜の製造方法。 - 半導体特性を有する鉄シリサイド膜を製造する装置であって、
基体が収容されるチャンバと、
前記チャンバ内に設置されており前記基体を支持する基体支持部と、
前記チャンバに接続されており且つ該チャンバ内を一定圧力に保持する圧力調整部と、
前記基体を加熱する基体加熱部と、
前記チャンバに接続されており且つケイ素原子含有ガス及び水素ガスを含む原料ガスを前記チャンバ内に供給するガス供給部と、
前記チャンバ内における前記基体に対向する領域に高周波電力を印加して前記原料ガスに由来する化学種を含むプラズマを形成するプラズマ形成部と、
前記基体に対して鉄原子を供給する鉄供給部と、
を備える、鉄シリサイド膜の製造装置。 - 前記圧力調整部に接続されており、当該鉄シリサイド膜が半導体特性を有するものとなるように前記一定圧力を調節する圧力制御部を備える、
請求項11記載の鉄シリサイド膜の製造装置。 - 前記基体加熱部に接続されており、当該鉄シリサイド膜が水素原子を含むものとなるように、且つ当該鉄シリサイド膜における水素原子の含有量が所定の範囲から選択される任意の値となるように、前記基体の温度を調節する基体温度制御部を備える、
請求項11記載の鉄シリサイド膜の製造装置。 - 前記ガス供給部及び前記鉄供給部に接続されており、当該鉄シリサイド膜が半導体特性を有するものとなるように、前記ケイ素原子含有ガスの供給量と前記鉄原子の供給量との比を調節する第1の供給量制御部を備える、
請求項11記載の鉄シリサイド膜の製造装置。 - 前記ガス供給部に接続されており、当該鉄シリサイド膜が水素原子を含むものとなるように、且つ当該鉄シリサイド膜における水素原子の含有量が所定の範囲から選択される任意の値となるように、前記水素ガスの供給量を調節する第2の供給量制御部を備える、
請求項11記載の鉄シリサイド膜の製造装置。 - 基体上にp層を形成するp層形成工程と、
前記p層に対向するようにn層を形成するn層形成工程と、
前記基体の周囲を一定圧力に保持する圧力調整工程、該基体を加熱する基体加熱工程、該基体に対してケイ素原子含有ガス及び水素ガスを含む原料ガスを供給するガス供給工程、該基体に対向する領域に高周波電力を印加して該原料ガスに由来する化学種を含むプラズマを形成するプラズマ形成工程、及び該基体に対して鉄原子を供給する鉄供給工程を備えており、前記p層と前記n層との間に鉄シリサイド膜を含んで成るi層を形成するi層形成工程と、
を備える、光電変換素子の製造方法。 - 基体上にp層が形成されるp層形成部と、
前記p層に対向するようにn層が形成されるn層形成部と、
前記基体が収容されるチャンバ、該チャンバ内に設置されており該基体を支持する基体支持部、該チャンバに接続されており且つ該チャンバ内を一定圧力に保持する圧力調整部、該基体を加熱する基体加熱部、該チャンバに接続されており且つケイ素原子含有ガス及び水素ガスを含む原料ガスを該チャンバ内に供給するガス供給部、該チャンバ内における該基体に対向する領域に高周波電力を印加して該原料ガスに由来する化学種を含むプラズマを形成するプラズマ形成部、及び該基体に対して鉄原子を供給する鉄供給部を備えており、前記p層と前記n層との間に鉄シリサイド膜を含んで成るi層が形成されるi層形成部と、
を備える、光電変換素子の製造装置。 - 基体の一側に第1の電極層を形成する第1の電極層形成工程と、
前記第1の電極層に対向するように第2の電極層を形成する第2の電極層形成工程と、
前記第1の電極層上にn層を形成するn層形成工程と、
前記n層に対向するように前記第2の電極層の一側にp層を形成するp層形成工程と、
前記基体の周囲を一定圧力に保持する圧力調整工程、該基体を加熱する基体加熱工程、該基体に対してケイ素原子含有ガス及び水素ガスを含む原料ガスを供給するガス供給工程、該基体に対向する領域に高周波電力を印加して該原料ガスに由来する化学種を含むプラズマを形成するプラズマ形成工程、及び該基体に対して鉄原子を供給する鉄供給工程を備えており、前記p層と前記n層との間に鉄シリサイド膜を含んで成るi層を形成するi層形成工程と、
を備える、光電変換装置の製造方法。 - 基体の一側に第1の電極層が形成される第1の電極層形成部と、
前記第1の電極層に対向するように第2の電極層が形成される第2の電極層形成部と、
前記第1の電極層上にn層が形成されるn層形成部と、
前記n層に対向するように前記第2の電極層の一側にp層が形成されるp層形成部と、
前記基体が収容されるチャンバ、該チャンバ内に設置されており該基体を支持する基体支持部、該チャンバに接続されており且つ該チャンバ内を一定圧力に保持する圧力調整部、該基体を加熱する基体加熱部、該チャンバに接続されており且つケイ素原子含有ガス及び水素ガスを含む原料ガスを該チャンバ内に供給するガス供給部、該チャンバ内における該基体に対向する領域に高周波電力を印加して該原料ガスに由来する化学種を含むプラズマを形成するプラズマ形成部、及び該基体に対して鉄原子を供給する鉄供給部を備えており、前記p層と前記n層との間に鉄シリサイド膜を含んで成るi層が形成されるi層形成部と、
を備える、光電変換装置の製造装置。
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