[发明专利]等离子体处理装置、等离子体处理方法及光电转换元件

说明书

本申请是申请号为200780023692.X(国际申请号：PCT/JP2007/061855)、发明名称为“等离子体处理装置、等离子体处理方法及光电转换元件”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及等离子体处理装置、等离子体处理方法及光电转换元件。具体地，本发明涉及设置有将CW(连续波形)交流电源和脉冲调制交流电源提供至公共等离子体反应腔室的供应单元的等离子体处理装置、采用该等离子体处理装置进行至少两个等离子体处理步骤的等离子体处理方法以及通过上述方法制造的光电转换元件。更具体地，本发明涉及通过等离子体化学气相沉积(CVD)方法至少形成i型非晶硅基光电转换层和i型晶体硅基光电转换层的等离子体处理装置和方法，还涉及硅基薄膜光电转换元件。

背景技术

近年来，已经发展了采用含有晶体硅(例如多晶硅或微晶硅)的薄膜的硅基薄膜光电转换元件，并且其制造数量在一直增大。

硅基薄膜光电转换元件具有如下特征：利用沉积装置例如等离子体CVD装置或溅射装置，将半导体膜或金属电极膜层叠在大面积的廉价衬底上，然后形成在同一衬底上的光电转换单元通过例如激光图案化的方法隔离或连接，从而元件具有实现光电转换元件的低成本和高性能的可能性。

作为该光电转换元件的示例，存在具有如下结构的多层硅基薄膜光电转换元件，其中具有非晶硅基薄膜作为光电转换层的光电转换元件层和具有不同带隙的晶体硅基薄膜作为光电转换层的光电转换元件层为层叠的方式。作为具有高转换效率的光电转换元件，此多层硅基薄膜光电转换元件已经受到关注。

然而，为了制造这样的硅基薄膜光电转换元件，需要进一步减少制造装置例如CVD装置的成本，CVD装置是器件制造的主要装置，这是为了大规模扩展光电转换元件将要解决的问题。具体地，等离子体CVD装置需要形成多个半导体层。在通常的方法中，形成需要不同的沉积条件或不同的沉积气体的半导体层的步骤分别在不同的等离子体CVD反应室(沉积室)中进行，从而需要许多反应室。

与上述用于由非晶硅基光电转换层和晶体硅基光电转换层形成的多层硅基薄膜光电转换元件的等离子体CVD沉积步骤相关，日本专利申请公开No.S59-139682(专利文件1)已经如下描述。为了形成晶体硅基半导体层，优选地，在非晶硅基半导体层的形成条件中增大衬底温度、提供的电功率和气体流速并进一步增大原料气体的氢浓度。更具体地，形成这些硅基半导体膜的步骤分别在不同的条件下进行。为了形成晶体硅基半导体层，需要提供比用于形成非晶硅基半导体层的更大的电功率。

用于薄膜太阳能电池的等离子体CVD装置已经采用串列系统(inline system)或多室系统(multi-chamber system)，该串列系统具有线性形式的多个反应室(其还可以在下文中被简称为“室”)，该多室系统具有处于中心的中间腔室和布置在它的周围的多个反应室。

在串列系统中，衬底沿线性的路径转移，从而即使只需要进行局部维护时整个装置必须停止。例如，采用串列系统的用于薄膜太阳能电池的等离子体CVD装置包括用于形成i型硅光电转换层的多个反应室。这些反应室需要比装置中其它的部分更多地维护。这导致了这样的问题：即使当只需要维护形成i型硅光电转换层的一个反应室时，整个生产线被停止。

相反地，多室系统构造为将沉积靶的衬底通过中间腔室转移到每个反应室。能够保持气密性的可移动部分布置在每个反应室与中间腔室之间。因此，即使当某个反应室出问题时，其它的反应室是可用的，从而不会发生整个制造的停止。然而，在多室系统的制造装置中，存在通过中间腔室转移衬底的多个路径。因此，中间腔室不可避免地具有复杂的机械结构。例如，需要复杂的机械装置用于转移衬底同时保持中间腔室与每个反应室之间的气密性。这增大了装置成本。此外，产生如下问题：布置在中间腔室周围的反应室的数目由于空间条件而受到限制。

考虑到上述问题，日本专利申请公开No.2000-252495(专利文件2)已经提出了硅基薄膜光电转换装置的制造方法，其特征在于，p型半导体层、i型晶体硅基光电转换层和n型半导体层在公共的等离子体CVD反应室中依此沉积，p型半导体层在等离子体反应室中维持5Torr(667Pa)或更高的压力沉积。应该指出，上述方法可以通过简单装置以低成本和高效率制造具有良好性能和质量的光电转换装置。