JP2009215651A - 鉄含量の低いスプレーＳｉ−又はＳｉ：Ａｌ−ターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池製造又は半導体装置、特に、太陽電池、ディスプレイ等のような半導体光装置のために使用できるシリコン含有膜をスパッタリングするためのスパッタターゲット、その製造方法及びスパッタリング装置を提供する。
【解決手段】このターゲットは、シリコン含有スパッタ物質層１０４と、上記スパッタ物質層１０４を担持するためのキャリア１０２と、を含み、上記スパッタ物質層１０４は、２００ｐｐｍより少ない鉄を含む。
【選択図】図１

Description

発明の分野

[0001]本発明は、スパッタターゲットに関し、特に、シリコン含有スパッタターゲットに関する。より特定すると、本発明は、シリコン含有膜をスパッタリングするための回転スパッタターゲットに関する。より詳細には、本発明は、スパッタターゲット、スパッタリング装置、スパッタリングターゲットの使用、及びスパッタターゲットを製造する方法に関する。

発明の背景

[0002]現代の太陽電池は、基板上にシリコン含有層の如き種々な層を堆積して製造することができる。太陽電池は、光エネルギーを電気エネルギーへと変換する装置である。太陽電池の経済的コストを評価する１つの方法は、配電されるキロワット時当たりの太陽電池パネルの価格を算出することである。従って、低コストで生産することが望ましい一方、他方では、電力出力を増大させるために太陽電池の変換効率を最適化するべきである。太陽電池製造のための有望な候補として、シリコン層又はシリコン含有層を含む太陽電池がある。

[0003]太陽電池製造のためのシリコン含有層は、化学気相堆積（ＣＶＤ）又はプラズマ増強化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）により、堆積されることが多い。しかしながら、太陽電池製造のためのコストを低減するため、シリコン薄膜、窒化シリコン薄膜又はその他のシリコン含有膜のスパッタリングを使用することができる。

[0004]スパッタリング中に、例えば、高エネルギーイオンで衝撃することにより、ターゲットから原子が放出される。そのターゲット物質の原子が基板上に堆積され、シリコン含有層が生成される。従来の回転シリコンターゲットからのシリコン膜のスパッタリングでは、太陽電池の良好な変換効率を得ることができないことが分かってきている。従って、シリコン薄膜をスパッタリングするための改良されたターゲットが必要とされている。

概要

[0005]前述のことに鑑みて、独立請求項１によるターゲット、請求項１２によるスパッタリング装置、独立請求項１３によるスパッタターゲットの使用、及び独立請求項１４によるシリコン含有ターゲットを製造する方法が提供される。

[0006]更なる態様、効果及び特徴は、従属請求項、明細書の記載及び添付図面から明らかであろう。

[0007]一実施形態によれば、シリコン含有膜をスパッタリングするためのスパッタターゲットが提供される。このスパッタターゲットは、シリコン含有スパッタ物質層と、上記スパッタ物質層を担持するためのキャリアと、を含み、上記スパッタ物質層は、２００ｐｐｍより少ない鉄を含む。

[0008]別の実施形態によれば、スパッタリング装置が提供される。このスパッタリング装置は、シリコン含有膜をスパッタリングするためのスパッタターゲットを含む。上記スパッタターゲットは、シリコン含有スパッタ物質層と、上記スパッタ物質層を担持するためのキャリアと、を含み、上記スパッタ物質層は、２００ｐｐｍより少ない鉄を含む。

[0009]更に別の実施形態によれば、シリコン含有膜を堆積するためのスパッタターゲットの使用が提供される。上記スパッタターゲットは、シリコン含有スパッタ物質層と、上記スパッタ物質層を担持するためのキャリアと、を含み、上記スパッタ物質層は、２００ｐｐｍより少ない鉄を含み、上記スパッタターゲットは、結晶太陽電池を製造するための基板上にシリコン含有層を製造するのに使用される。

[0010]更に別の実施形態によれば、シリコン含有スパッタターゲットを製造する方法が提供される。この方法は、キャリアを準備するステップと、２００ｐｐｍ以下の鉄含量を有するシリコン含有粉末を準備するステップと、上記キャリア上にシリコン含有物質層を堆積するため上記シリコン含有粉末をスプレーするステップと、を含む。

[0011]実施形態は、ここに記載の方法を実施するための装置であって、ここに記載の各方法ステップを行うための装置部分を含むような装置にも向けられている。これらの方法ステップは、ハードウエア構成部分、適当なソフトウエアによりプログラミングされたコンピュータ、これら２つの任意の組合せにより、又はその他の任意の仕方により、行うことができる。更に又、本発明による実施形態は、ここに記載の装置を動作させる方法にも向けられている。この方法は、上記装置の各機能を実施するための方法ステップを含む。

最良の態様を含めて本発明の当業者に対する完全且つ実施可能とする説明は、添付図面を参照することを含めて本明細書の以下の記載において、より特定してなされている。
ここに説明する実施形態によるシリコン含有ターゲットの概略図である。 ここに説明する別の実施形態を例示する別のシリコン含有ターゲットの概略図である。 ここに説明する実施形態によるシリコン含有ターゲットを製造するための装置を示している。 ここに説明する実施形態によるシリコン含有ターゲットを製造するための方法を例示するフローチャートを示している。

発明の詳細な説明

[0012]添付図面に１つ以上の実施例が例示されている、本発明の種々な実施形態について、以下、詳細に説明する。各実施例は、本発明を説明するだけのものであり、本発明をそれに限定しようとしているものではない。例えば、１つの実施形態の部分として例示され又は説明された特徴は、他の実施形態に使用され又はそれと関連して使用されて、更に別の実施形態とすることができるものである。本発明は、このような変更及び変形を含むものとしているものである。

[0013]シリコンスパッタターゲットを製造するために考慮しておかなければならないことは、シリコンが処理しにくい物質であり、シリコン物質においては、普通に、シリコン粒子の剥離又はクラックが生じてしまうということである。スパッタリング中に、特に、現在の回転スパッタターゲットからこのような剥離及びクラッキングが生ずると、物質堆積の均質性が低下してしまうことがある。更に又、望ましいターゲット形状とするためのターゲットの整形は、シリコンのような処理しにくい物質では難しいことがある。

[0014]ここに説明する実施形態によれば、スパッタリングターゲットの物質層は、例えば、磁石ハウジング、１つ以上の磁石、１つ以上の磁極片、冷却流体アセンブリ及び／又は回転ターゲットの回転を可能とする手段を含むチューブであるようなキャリア又はコアに与えることができる。異なる実施形態によれば、プラズマスプレー、フレームスプレー、アークスプレー等のような熱スプレー技法が実施される。

[0015]図１は、スパッタターゲット１００の実施形態を例示している。このスパッタターゲット１００は、典型的には、非磁性又は低磁性材料である電気導体のコア又はキャリア１０２を含む。スパッタ物質の層１０４が、このキャリア上に与えられる。それにより、このスパッタターゲットは、その本質的に最終の形状として製造され、処理し難いシリコンの形成又は整形の付加的ステップを省略することができる。

[0016]ここに説明される他の実施形態と組み合わせることのできるような更に別の実施形態によれば、１５重量％より少ないアルミニウム、例えば、５００ｐｐｍより少ない又は１２０ｐｐｍより少ないアルミニウム、又は２重量％と１５重量％との間のアルミニウムを、シリコン含有層１０４に与えることができる。スパッタターゲット１００は、例えば、キャリアチューブの形のキャリア１０２を有しており、そのシリコン含有スパッタ物質層１０４は、例えば、シリコンターゲット又はＳｉ：Ａｌ-ターゲットを与えるためシリコン層又はＳｉ：Ａｌ-層であることができる。

[0017]ここに説明する他の実施形態と組み合わせることのできる異なる実施形態によれば、キャリア１０２は、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、銅又はそれらの混合物のような物質を含むことができる。典型的には、このキャリア物質は、シリコン含有スパッタ物質層１０４の熱膨張係数と同様又は等しい熱膨張係数を有するように適応されている。

[0018]図２は、スパッタターゲットの縁部にリング状物質部分２０４を付加的に含むことのできるような別の実施形態を例示している。更に別の実施形態によれば、保護リング２０６を設けることができる。この保護リング２０６は、スパッタターゲットの一方の端部に、又は典型的には、両方の端部に設けることができる。このリングは、スパッタリングのために実際に使用されるスパッタターゲットの区域から約２０ｍｍ又は１０ｍｍ離して配設することができる。この保護リングは、ターゲットの取扱い中の保護として使用することができ、又、ターゲットの縁部でのアーク発生を防止するのに使用することができる。

[0019]図１及び図２に関して説明したように、典型的には、回転スパッタターゲットが提供される。しかしながら、他の実施形態によれば、他のターゲット形状を同様な仕方で製造することができる。コア又はキャリアを準備して、そのコア又はキャリアにスパッタ物質をスプレーすることにより、任意の形状のターゲットを製造することができる。切断等による処理しにくい物質の整形のための付加的なステップは、希望の形状のコア又はキャリアにその物質層をスプレーすることにより、省略することができる。

[0020]ここに説明する他の実施形態と組み合わせることのできる別の実施形態によれば、層１０４は、５ｍｍから２０ｍｍ、例えば、１５ｍｍの厚さを有することができる。更に別の実施形態によれば、回転ターゲットの場合において、そのターゲットの長さ、即ち、ターゲットの回転軸に沿っての長さは、１メートルから５メートルまでの範囲、例えば、４メートルとすることができる。

[0021]前述したように、スパッタ物質は、熱スプレー技法のようなスプレー技法によりコアに与えることができる。それにより、シリコン、及び任意的にアルミニウム及びそれらの混合物を含むスパッタ物質の粉末が、希望の厚さまでキャリア１０２にスプレーされる。

[0022]例えば、プラズマスプレーによれば、プラズマトークにより生成されるプラズマ噴流へ粉末を供給することにより、堆積すべき物質が与えられる。プラズマにおいて、その物質は、溶融され、スパッタターゲットのキャリア又はスパッタターゲットのキャリアに既に存在している物質層の方へと向けられる。その溶融された物質は、急速に固化し、そのターゲットに堆積すべきスパッタ層となる。

[0023]ターゲット１００にスパッタ物質をスプレーするための装置３００の実施例を、図３に示している。この装置は、チャンバの排気を行うためのポート３０３を有する真空チャンバ３０２を含む。製造すべきターゲット１００は、このチャンバ内に準備される。スプレー装置３１０が、物質３０４をターゲットにスプレーできるように配設されている。それに関して、異なる実施形態によれば、ターゲット１００は、回転される。又、ターゲットに物質３０４の均一層が与えられるように、スプレー装置３１０及び／又はターゲットを、ターゲットの回転軸にそって移動させることもできる。

[0024]スプレー装置３１０は、プラズマトーク３１４及び粉末供給入口３１２を含む。プラズマトークは、更に、ターゲット１００の方へ向けられる噴流を形成するキャリアガスのための入口を含む。入口３１２を通してプラズマへ粉末を供給することにより、スパッタターゲットに堆積すべき物質は、プラズマ噴流において溶融され、堆積がなされるべき表面へと導かれる。

[0025]ここに説明するある幾つかの実施形態では、太陽電池製造又は半導体装置、特に、太陽電池、ディスプレイ等のような半導体光装置のために使用できるシリコン-ターゲット又はＳｉ：Ａｌ-ターゲットに言及している。本発明者等は、現在技術によるシリコンスパッタターゲットを用いて製造された太陽電池の光変換効率が十分でないことが、粉末における不純物によることであることを突き止めた。特に、シリコン物質を粉砕するときに導入されてしまうシリコン粉末中の鉄含量により、シリコン含有層を含む（例えば、反射防止層及び／又は不動態化層の形で含む）太陽電池の光変換効率が低下してしまう。ここに説明する実施形態により、又は、ここに説明する実施形態の使用により生成される層は、ＳｉＮ層、ＳｉＯＮ層、ＳｉＣ層、アモルファスシリコン層又はそれらの混合体である。ある実施形態によれば、これらの層は、Ｓｉ：Ａｌ又はＳｉ：Ｈ層、又は相当の層が生成されるように、Ａｌ又はＨを含む。

[0026]従って、図４に例示されるように、鉄含量の低いシリコン含有スパッタターゲットとするような実施形態が提供される。ここに説明する他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、シリコン含有スパッタターゲットの鉄含量は、２００ｐｐｍより低く、例えば、０ｐｐｍと１００ｐｐｍとの間、典型的には、５０ｐｐｍより低く又は３０ｐｐｍより低く、例えば、１０ｐｐｍであり、又は、０．５ｐｐｍと３０ｐｐｍとの間である。

[0027]図４に示されるように、シリコンは、前述したような層を与えるに十分に低い鉄含量とするように、粉砕することができる。一実施形態によれば、シリコン、チタン、それらの混合物又はシリコンベースの太陽電池の光変換効率に悪影響を与えないような他の材料による微粉砕（粉砕）要素を有するミルでシリコンが粉砕される。従って、微粉砕構成部分は、微粉砕ストーン、ボールミルにおけるボール、噴流ミル（マイクロナイザー）における内部チャンバ部分又はシリコンを所望の粉末へと粉砕するのに使用される相当のミルにおける他の個々の構成部分であってよい。

[0028]他の実施形態によれば、シリコン粉末は、ステップ４０４において粉砕される。ステップ４０４の粉砕処理に基づいてシリコン粉末に導入される鉄含量は、ステップ４０６及びステップ４０８の一方又は両方において減ずることができる。これによれば、一方では、磁力を加えることにより、鉄が粉末から抽出される。他方では、鉄が溶解される。鉄は、例えば、塩酸又は希釈硫酸において溶解することができる。そのシリコン粉末は、その溶液から分離されて、鉄含量の低いシリコン含有粉末とすることができる。ステップ４１０において、この鉄含量の低いシリコン含有粉末は、スパッタ物質の層を与えるため、スパッタターゲットにスプレーされる。

[0029]ここに説明する異なる実施形態によれば、シリコン含有膜をスパッタリングするためのスパッタターゲットが提供される。このスパッタターゲットは、シリコン含有スパッタ物質層と、このスパッタ物質層を担持するためのキャリアと、を含み、そのスパッタ物質層は、２００ｐｐｍより少ない鉄を含む。例えば、そのスパッタ物質層は、５０ｐｐｍより少ない鉄、又は０．５ｐｐｍと３０ｐｐｍとの間の鉄の如き０ｐｐｍと３０ｐｐｍとの間の鉄、例えば、１０ｐｐｍの鉄を含むことがある。更に別の実施形態によれば、スパッタ物質層は、任意的に、１５重量％より少ないアルミニウムを含む。これは、典型的には、２重量％と１５重量％との間のアルミニウムであり、又は、例えば、５００ｐｐｍより少ない又は１２０ｐｐｍより少ないアルミニウムであることができる。

[0030]ここに説明する他の実施形態と組み合わせることのできるある実施形態によれば、スパッタ物質層は、スプレーされたシリコン含有層である。典型的には、スパッタ物質層は、熱的にスプレーされた、例えば、プラズマスプレーシリコン含有層である。付加的に又は代替的に与えられるようなある実施によれば、スパッタ物質層は、５ｍｍから３０ｍｍまでの、典型的には、１５ｍｍの厚さを有する。

[0031]ここに説明する他の実施形態と組み合わせることのできる更に別の実施形態によれば、スパッタターゲットは、回転スパッタターゲットである。従って、更に別の任意的な変形態様として、そのキャリアは、チタン、ステンレス鋼、アルミニウム、銅又はそれらの混合物からなる群の物質を含むことができる。例えば、キャリア又はコア、例えば、チューブは、導電性物質、特に、導電性且つ非磁性の物質からなる。

[0032]別の実施形態によれば、ここに説明する実施形態のうちのいずれかによるスパッタターゲットが、基板上にシリコン含有層をスパッタリングするためのスパッタリング装置に含まされる。更に別の実施形態によれば、ここに説明する実施形態のうちのいずれかによるスパッタターゲットが、結晶太陽電池の製造のための基板上にシリコン含有層を製造するのに使用される。

[0033]更に別の実施形態によれば、シリコン含有スパッタターゲットを製造するための方法が提供される。この方法は、キャリアを準備し、鉄含量が２００ｐｐｍ以下であるようなシリコン含有粉末を準備し、キャリアにシリコン含有物質層を堆積させるようにそのシリコン含有粉末をスプレーすることを含む。

[0034]実施形態の変形例によれば、シリコン含有粉末は、３０ｐｐｍより少ない鉄、例えば、０ｐｐｍと３０ｐｐｍとの間の鉄を含む。更に又、シリコン含有粉末が、１５重量％より少ないアルミニウム、例えば、５００ｐｐｍより少ない又は１２０ｐｐｍより少ないアルミニウム、又別の仕方として、２重量％と１５重量％との間のアルミニウムを含むようにすることは、任意的なものとして可能である。

[0035]スパッタターゲットを製造するための方法の異なる実施形態によれば、そのスプレーは、熱スプレー、例えば、プラズマスプレーであってよい。これら及び他の実施形態は、ある実施例として、回転スパッタターゲットであるスパッタターゲットにも適用できる。

[0036]互いに対して代替的に又は付加的に与えられる異なる実施形態によれば、シリコン含有粉末は、鉄を含まない構成部分、例えば、噴流ミル又はボールミルで製造され、そのシリコン含有粉末は、鉄含量を２００ｐｐｍ以下までに減ずるため鉄溶解剤で処理され、及び／又はそのシリコン含有粉末は、鉄含量を２００ｐｐｍ以下にまで減ずるため磁気的に処理される。

[0037]本発明の種々な実施形態について前述してきたのであるが、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに、本発明の他の更なる実施形態が考えられるものであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって決定されるものである。

１００…スパッタターゲット、１０２…キャリア、１０４…スパッタ物質層、２０４…リング状物質部分、２０６…保護リング、３００…ターゲットにスパッタ物質をスプレーするための装置、３０２…真空チャンバ、３０３…ポート、３０４…物質、３１０…スプレー装置、３１２…粉末供給入口、３１４…プラズマトーク

Claims (18)

1. シリコン含有膜をスパッタリングするための回転スパッタターゲットにおいて、
   シリコン含有スパッタ物質層（１０４）と、
   上記スパッタ物質層を担持するためのキャリア（１０２）と、
   を含み、上記スパッタ物質層は、２００ｐｐｍより少ない鉄を含む、
   回転スパッタターゲット。
2. 上記スパッタ物質層は、３０ｐｐｍより少ない鉄を含む、請求項１に記載のスパッタターゲット。
3. 上記スパッタ物質層は、０ｐｐｍと２０ｐｐｍとの間の鉄を含む、請求項１に記載のスパッタターゲット。
4. 上記スパッタ物質層は、１５重量％より少ないアルミニウムを含む、請求項１から３のいずれかに記載のスパッタターゲット。
5. 上記スパッタ物質層は、スプレーされたシリコン含有層、特に、プラズマスプレーシリコン含有層のような、熱スプレーされたシリコン含有層である、請求項１から４のいずれかに記載のスパッタターゲット。
6. 上記スパッタ物質層は、５ｍｍから３０ｍｍまでの厚さを有する、請求項１から５のいずれかに記載のスパッタターゲット。
7. 上記キャリア（１０２）は、チタン、ステンレス鋼、銅、アルミニウム又はそれらの混合物からなる群の物質を含む、請求項１から６のいずれかに記載のスパッタターゲット。
8. 上記キャリア（１０２）は、導電性物質、特に、導電性且つ非磁性の物質からなる、請求項１から７のいずれかに記載のスパッタターゲット。
9. 上記キャリア（１０２）は、円筒形状を有する、請求項１から８のいずれかに記載のスパッタターゲット。
10. 基板上にシリコン含有層をスパッタリングするためのシリコンスパッタリング装置において、
    請求項１から９のいずれかに記載のスパッタターゲット、
    を備えるスパッタリング装置。
11. シリコン含有膜を堆積するための請求項１から９のいずれかに記載のスパッタターゲットの使用において、上記スパッタターゲットは、結晶太陽電池を製造するための基板上にシリコン含有層を製造するのに使用されるような使用。
12. シリコン含有回転スパッタターゲットを製造する方法において、
    キャリア（１０２）を準備するステップと、
    ２００ｐｐｍ以下の鉄含量を有するシリコン含有粉末を準備するステップと、
    上記キャリア上にシリコン含有物質層を堆積するため上記シリコン含有粉末をスプレーするステップと、
    を含む方法。
13. 上記シリコン含有粉末は、３０ｐｐｍより少ない鉄、特に、０．５ｐｐｍと２０ｐｐｍとの間の鉄を含む、請求項１２に記載の方法。
14. 上記スプレーは、熱スプレー、特に、プラズマスプレーである、請求項１２又は１３に記載の方法。
15. 上記シリコン含有粉末は、鉄を含まない構成部分で製造される、請求項１２から１４のいずれかに記載の方法。
16. 上記シリコン含有粉末は、上記鉄含量を２００ｐｐｍ以下まで減少するため鉄溶解剤で処理される、請求項１２から１５のいずれかに記載の方法。
17. 上記シリコン含有粉末は、上記鉄含量を２００ｐｐｍ以下まで減少するため磁気的に処理される、請求項１２から１６のいずれかに記載の方法。
18. 上記キャリアは、上記シリコン含有粉末のスプレー後に上記ターゲットの最終形状を与えるように適応された形状を有する、請求項１２から１７のいずれかに記載の方法。

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