積層構造体及びその製造方法
【課題】インジウムターゲットとバッキングプレートとが良好に密着し、インジウムターゲット内における不要な不純物の含有が良好に抑制された積層構造体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】積層構造体は、バッキングプレート、バッキングプレート上に形成された、ガリウム濃度が１．０〜３０ａｔ％であるインジウムとガリウムとの合金薄膜、及び、合金薄膜上に形成されたインジウムターゲットを備える。
【解決手段】積層構造体は、バッキングプレート、バッキングプレート上に形成された、ガリウム濃度が１．０〜３０ａｔ％であるインジウムとガリウムとの合金薄膜、及び、合金薄膜上に形成されたインジウムターゲットを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は積層構造体及びその製造方法に関し、より詳細にはバッキングプレート及びインジウムターゲットを備えた積層構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インジウムは、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ系（ＣＩＧＳ系）薄膜太陽電池の光吸収層形成用のスパッタリングターゲットとして使用されている。
【０００３】
従来、インジウムターゲットは、特許文献１に開示されているように、バッキングプレート上にインジウム合金等を付着させた後、金型にインジウムを流し込み鋳造することで作製されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭６３−４４８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、バッキングプレート上に直接インジウムを溶解鋳造すると、銅等を用いて形成されているバッキングプレートとインジウムとの密着性不良のために隙間が生じてしまい、スパッタ時のターゲット割れが発生するという問題がある。
また、一方で、バッキングプレート上にインジウムと錫との合金ロウ材として使用すると、インジウムの溶解鋳造の際に、錫がインジウムへ拡散してしまう。インジウムターゲットをスパッタして得られるインジウム膜は、その上にＣｕ−Ｇａ膜を成膜後、セレン化工程を経て、最終的にはＣＩＧＳ（Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ）膜となるが、錫はＧＩＣＳ膜の構成元素ではないため、不純物として太陽電池の変換効率に悪影響を及ぼす。
【０００６】
そこで、本発明は、インジウムターゲットとバッキングプレートとが良好に密着し、インジウムターゲット内における不要な不純物の含有が良好に抑制された積層構造体及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討したところ、バッキングプレートとインジウムターゲットとの間にインジウムとガリウムとの合金薄膜を形成することで、バッキングプレートとインジウムとを良好に密着することができ、それによってスパッタ中にターゲットが割れるのを良好に抑制することができることを見出した。また、インジウムの溶解鋳造の際のインジウムターゲット内への不純物の拡散を防止することができ、それによって太陽電池の変換効率の低下を良好に抑制することができることを見出した。
【０００８】
以上の知見を基礎として完成した本発明は一側面において、バッキングプレート、バッキングプレート上に形成された、ガリウム濃度が１．０〜３０aｔ％であるインジウムとガリウムとの合金薄膜、及び、合金薄膜上に形成されたインジウムターゲットを備えた積層構造体である。
【０００９】
本発明に係る積層構造体は一実施形態において、合金薄膜中のガリウムの濃度が１０〜２０aｔ％である。
【００１０】
本発明に係る積層構造体は更に別の一実施形態において、合金薄膜の厚さが０．１〜２．０ｍｍである。
【００１１】
本発明は別の一側面において、バッキングプレートとインジウムターゲットとを、ガリウム濃度が１．０〜３０aｔ％であり、膜厚が０．１〜２．０ｍｍであるインジウムとガリウムとの合金薄膜で接合する本発明の積層構造体の製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、インジウムターゲットとバッキングプレートとが良好に密着し、インジウムターゲット内における不要な不純物の含有が良好に抑制された積層構造体及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る積層構造体は、バッキングプレート、バッキングプレート上に形成されたインジウムとガリウムとの合金薄膜、及び、インジウムとガリウムとの合金薄膜上に形成されたインジウムターゲットを備えている。バッキングプレートの形状は特に限定されないが、所定の厚さ及び直径を有する円盤状に形成することができる。バッキングプレートの構成材料は特に限定されないが、例えば銅等の金属材料で形成することができる。インジウムとガリウムとの合金薄膜は、バッキングプレート上に形成され、インジウムターゲットとバッキングプレートとを接合するロウ材としての機能を有している。インジウムとガリウムとの合金は、低融点のガリウムを含有しているため、インジウム単体よりも融点が低く、薄膜の形成が容易である。つまり、ターゲットであるインジウムを融解させることなく、バッキングプレートとインジウムターゲットとの接合が容易となる利点がある。また、銅等のバッキングプレートの構成材料との優れた密着性も有しており、インジウムターゲットとバッキングプレートとを接合するロウ材として適している。
【００１４】
合金薄膜中のガリウムは、少量でも添加すればインジウムとガリウムとの合金の融点を下げることができる。そのため、ガリウム濃度は、ガリウムとインジウムとの合計原子数に対するガリウムの原子数の割合で、１ａｔ％以上であれば効果を有する。一方、あまりに添加し過ぎると合金の融点が下がり過ぎて、スパッタ時にターゲットの温度が上昇する際、ターゲットの冷却との関係でインジウムとガリウムとの合金であるロウ材が溶け出してしまい、ターゲットがバッキングプレートから剥がれ易くなってしまう。このため、ガリウム濃度は、３０ａｔ％以下であることが好ましい。また、ガリウムは高価であるため、ある程度の添加濃度にして所定のレベルの密着性等の効果を確保しながらも、それ以上の効果を狙うよりは、コスト的に有利であることが望ましい。このような観点から、ガリウム濃度は、１０〜２０ａｔ％とするのが好ましい。また、ガリウムは最終的に形成されるＣＩＧＳ膜の構成元素であるため、ロウ材に含まれていても不要な不純物とならない。このため、太陽電池の変換効率に悪影響を及ぼさない。
【００１５】
インジウムとガリウムとの合金薄膜の厚さは、０．１〜２．０ｍｍであるのが好ましい。インジウムとガリウムとの合金薄膜の厚さが０．１ｍｍ未満であると、十分な密着性を提供できない。インジウムとガリウムとの合金薄膜の厚さが２．０ｍｍ超であっても、密着性等の効果は低減する一方で、高価なガリウムをより含むこととなるために、コスト的に不利となる。インジウムとガリウムとの合金薄膜の厚さは、好ましくは０．５〜１．０μｍである。
【００１６】
本発明において、インジウムターゲットとバッキングプレートとの間には、インジウムとガリウムとの合金薄膜がロウ材として設けられているが、必要であれば、この合金薄膜の他に、バッキングプレートとインジウムターゲットとの間に不純物の拡散防止機能を有する薄膜等を形成してもよい。
【００１７】
次に、本発明に係る積層構造体の製造方法の好適な例を順を追って説明する。
まず、溶解鋳造法等でインジウムインゴットを作製する。続いて、このインジウムインゴットを所定の形状に加工してインジウムターゲットを作製する。この際、使用する原料インジウムは、作製する太陽電池の変換効率を高くするために、より高い純度を有していることが望ましく、例えば、純度９９．９９質量％（４Ｎ）以上のインジウムを使用することが望ましい。
次に、所定の材料及び形状のバッキングプレートを用意して、バッキングプレート上にインジウムとガリウムとの合金であって、所定のガリウム濃度のロウ材を溶解させて、その上にインジウムターゲットを設置して、積層構造体を作製する。
【００１８】
このようにして得られた積層構造体は、ＣＩＧＳ系薄膜太陽電池用光吸収層のスパッタリングターゲットとして好適に使用することができる。
【実施例】
【００１９】
以下に本発明の実施例を比較例と共に示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をより良く理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。
【００２０】
（実施例１）
まず、純度４Ｎのインジウムを原料として使用し、このインジウム原料を１６０℃で溶解させ、この溶体を周囲が直径２０５ｍｍ、高さ７ｍｍの円柱状の鋳型に流し込み、自然冷却により、凝固して得られたインジウムインゴットを直径２０４ｍｍ、厚さ６ｍｍの円板状に加工して、スパッタリングターゲットとした。
次に、直径２５０ｍｍ、厚さ５ｍｍの銅製のバッキングプレートを準備した。次に、インジウムとガリウムとの合金であって、ガリウム濃度が１０ａｔ％のロウ材を１５０℃で溶解させたものをバッキングプレート上に設けて合金薄膜を形成した。続いて、ロウ材である合金薄膜の上に上記インジウムのスパッタリングターゲットを設置して、バッキングプレートとインジウムターゲットとを接合することにより積層構造体を作製した。
【００２１】
（実施例２）
ロウ材のガリウム濃度を２５ａｔ％とした以外は、実施例１と同様の条件で積層構造体を作製した。
【００２２】
（実施例３）
ロウ材のガリウム濃度を３ａｔ％とした以外は、実施例１と同様の条件で積層構造体を作製した。
【００２３】
（比較例１）
インジウムとガリウムとの合金薄膜を形成しなかった以外は、実施例１と同様の条件で積層構造体を作製した。
【００２４】
（比較例２）
ロウ材のガリウム濃度を３５ａｔ％とした以外は、実施例１と同様の条件で積層構造体を作製した。
【００２５】
（比較例３）
ロウ材のガリウム濃度を４０ａｔ％とした以外は、実施例１と同様の条件で積層構造体を作製した。
【００２６】
（評価）
実施例及び比較例で得られた積層構造体のインジウムターゲットについて、ガリウム濃度及び銅濃度をそれぞれＩＣＰ分析法で測定した。
また、これら実施例及び比較例で得られた積層構造体のインジウムターゲットを、ＡＮＥＬＶＡ製ＳＰＦ−３１３Ｈスパッタ装置で、スパッタ開始前のチャンバー内の到達真空度圧力を１×１０-4Ｐａ、スパッタ時の圧力を０．５Ｐａ、アルゴンスパッタガス流量を５ＳＣＣＭ、スパッタパワーを６５０Ｗで３０分間スパッタし、スパッタ中のターゲットの割れや移動について、目視により観察した。
各測定結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】
実施例１〜３は、ロウ材のガリウム濃度が１．０〜３０ａｔ％であるため、インジウムターゲットとバッキングプレートとが良好に密着し、インジウムターゲット内における不要な不純物の含有が良好に抑制されている。
比較例１は、インジウムとガリウムとの合金薄膜を形成していないため、インジウムターゲット内に不要な不純物を多く含んでしまった。
比較例２及び３は、それぞれロウ材のガリウム濃度が３０ａｔ％を超えているため、インジウムターゲットとバッキングプレートとの密着性が不良であり、ターゲット移動が生じた。
【技術分野】
【０００１】
本発明は積層構造体及びその製造方法に関し、より詳細にはバッキングプレート及びインジウムターゲットを備えた積層構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インジウムは、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ系（ＣＩＧＳ系）薄膜太陽電池の光吸収層形成用のスパッタリングターゲットとして使用されている。
【０００３】
従来、インジウムターゲットは、特許文献１に開示されているように、バッキングプレート上にインジウム合金等を付着させた後、金型にインジウムを流し込み鋳造することで作製されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭６３−４４８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、バッキングプレート上に直接インジウムを溶解鋳造すると、銅等を用いて形成されているバッキングプレートとインジウムとの密着性不良のために隙間が生じてしまい、スパッタ時のターゲット割れが発生するという問題がある。
また、一方で、バッキングプレート上にインジウムと錫との合金ロウ材として使用すると、インジウムの溶解鋳造の際に、錫がインジウムへ拡散してしまう。インジウムターゲットをスパッタして得られるインジウム膜は、その上にＣｕ−Ｇａ膜を成膜後、セレン化工程を経て、最終的にはＣＩＧＳ（Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ）膜となるが、錫はＧＩＣＳ膜の構成元素ではないため、不純物として太陽電池の変換効率に悪影響を及ぼす。
【０００６】
そこで、本発明は、インジウムターゲットとバッキングプレートとが良好に密着し、インジウムターゲット内における不要な不純物の含有が良好に抑制された積層構造体及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討したところ、バッキングプレートとインジウムターゲットとの間にインジウムとガリウムとの合金薄膜を形成することで、バッキングプレートとインジウムとを良好に密着することができ、それによってスパッタ中にターゲットが割れるのを良好に抑制することができることを見出した。また、インジウムの溶解鋳造の際のインジウムターゲット内への不純物の拡散を防止することができ、それによって太陽電池の変換効率の低下を良好に抑制することができることを見出した。
【０００８】
以上の知見を基礎として完成した本発明は一側面において、バッキングプレート、バッキングプレート上に形成された、ガリウム濃度が１．０〜３０aｔ％であるインジウムとガリウムとの合金薄膜、及び、合金薄膜上に形成されたインジウムターゲットを備えた積層構造体である。
【０００９】
本発明に係る積層構造体は一実施形態において、合金薄膜中のガリウムの濃度が１０〜２０aｔ％である。
【００１０】
本発明に係る積層構造体は更に別の一実施形態において、合金薄膜の厚さが０．１〜２．０ｍｍである。
【００１１】
本発明は別の一側面において、バッキングプレートとインジウムターゲットとを、ガリウム濃度が１．０〜３０aｔ％であり、膜厚が０．１〜２．０ｍｍであるインジウムとガリウムとの合金薄膜で接合する本発明の積層構造体の製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、インジウムターゲットとバッキングプレートとが良好に密着し、インジウムターゲット内における不要な不純物の含有が良好に抑制された積層構造体及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る積層構造体は、バッキングプレート、バッキングプレート上に形成されたインジウムとガリウムとの合金薄膜、及び、インジウムとガリウムとの合金薄膜上に形成されたインジウムターゲットを備えている。バッキングプレートの形状は特に限定されないが、所定の厚さ及び直径を有する円盤状に形成することができる。バッキングプレートの構成材料は特に限定されないが、例えば銅等の金属材料で形成することができる。インジウムとガリウムとの合金薄膜は、バッキングプレート上に形成され、インジウムターゲットとバッキングプレートとを接合するロウ材としての機能を有している。インジウムとガリウムとの合金は、低融点のガリウムを含有しているため、インジウム単体よりも融点が低く、薄膜の形成が容易である。つまり、ターゲットであるインジウムを融解させることなく、バッキングプレートとインジウムターゲットとの接合が容易となる利点がある。また、銅等のバッキングプレートの構成材料との優れた密着性も有しており、インジウムターゲットとバッキングプレートとを接合するロウ材として適している。
【００１４】
合金薄膜中のガリウムは、少量でも添加すればインジウムとガリウムとの合金の融点を下げることができる。そのため、ガリウム濃度は、ガリウムとインジウムとの合計原子数に対するガリウムの原子数の割合で、１ａｔ％以上であれば効果を有する。一方、あまりに添加し過ぎると合金の融点が下がり過ぎて、スパッタ時にターゲットの温度が上昇する際、ターゲットの冷却との関係でインジウムとガリウムとの合金であるロウ材が溶け出してしまい、ターゲットがバッキングプレートから剥がれ易くなってしまう。このため、ガリウム濃度は、３０ａｔ％以下であることが好ましい。また、ガリウムは高価であるため、ある程度の添加濃度にして所定のレベルの密着性等の効果を確保しながらも、それ以上の効果を狙うよりは、コスト的に有利であることが望ましい。このような観点から、ガリウム濃度は、１０〜２０ａｔ％とするのが好ましい。また、ガリウムは最終的に形成されるＣＩＧＳ膜の構成元素であるため、ロウ材に含まれていても不要な不純物とならない。このため、太陽電池の変換効率に悪影響を及ぼさない。
【００１５】
インジウムとガリウムとの合金薄膜の厚さは、０．１〜２．０ｍｍであるのが好ましい。インジウムとガリウムとの合金薄膜の厚さが０．１ｍｍ未満であると、十分な密着性を提供できない。インジウムとガリウムとの合金薄膜の厚さが２．０ｍｍ超であっても、密着性等の効果は低減する一方で、高価なガリウムをより含むこととなるために、コスト的に不利となる。インジウムとガリウムとの合金薄膜の厚さは、好ましくは０．５〜１．０μｍである。
【００１６】
本発明において、インジウムターゲットとバッキングプレートとの間には、インジウムとガリウムとの合金薄膜がロウ材として設けられているが、必要であれば、この合金薄膜の他に、バッキングプレートとインジウムターゲットとの間に不純物の拡散防止機能を有する薄膜等を形成してもよい。
【００１７】
次に、本発明に係る積層構造体の製造方法の好適な例を順を追って説明する。
まず、溶解鋳造法等でインジウムインゴットを作製する。続いて、このインジウムインゴットを所定の形状に加工してインジウムターゲットを作製する。この際、使用する原料インジウムは、作製する太陽電池の変換効率を高くするために、より高い純度を有していることが望ましく、例えば、純度９９．９９質量％（４Ｎ）以上のインジウムを使用することが望ましい。
次に、所定の材料及び形状のバッキングプレートを用意して、バッキングプレート上にインジウムとガリウムとの合金であって、所定のガリウム濃度のロウ材を溶解させて、その上にインジウムターゲットを設置して、積層構造体を作製する。
【００１８】
このようにして得られた積層構造体は、ＣＩＧＳ系薄膜太陽電池用光吸収層のスパッタリングターゲットとして好適に使用することができる。
【実施例】
【００１９】
以下に本発明の実施例を比較例と共に示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をより良く理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。
【００２０】
（実施例１）
まず、純度４Ｎのインジウムを原料として使用し、このインジウム原料を１６０℃で溶解させ、この溶体を周囲が直径２０５ｍｍ、高さ７ｍｍの円柱状の鋳型に流し込み、自然冷却により、凝固して得られたインジウムインゴットを直径２０４ｍｍ、厚さ６ｍｍの円板状に加工して、スパッタリングターゲットとした。
次に、直径２５０ｍｍ、厚さ５ｍｍの銅製のバッキングプレートを準備した。次に、インジウムとガリウムとの合金であって、ガリウム濃度が１０ａｔ％のロウ材を１５０℃で溶解させたものをバッキングプレート上に設けて合金薄膜を形成した。続いて、ロウ材である合金薄膜の上に上記インジウムのスパッタリングターゲットを設置して、バッキングプレートとインジウムターゲットとを接合することにより積層構造体を作製した。
【００２１】
（実施例２）
ロウ材のガリウム濃度を２５ａｔ％とした以外は、実施例１と同様の条件で積層構造体を作製した。
【００２２】
（実施例３）
ロウ材のガリウム濃度を３ａｔ％とした以外は、実施例１と同様の条件で積層構造体を作製した。
【００２３】
（比較例１）
インジウムとガリウムとの合金薄膜を形成しなかった以外は、実施例１と同様の条件で積層構造体を作製した。
【００２４】
（比較例２）
ロウ材のガリウム濃度を３５ａｔ％とした以外は、実施例１と同様の条件で積層構造体を作製した。
【００２５】
（比較例３）
ロウ材のガリウム濃度を４０ａｔ％とした以外は、実施例１と同様の条件で積層構造体を作製した。
【００２６】
（評価）
実施例及び比較例で得られた積層構造体のインジウムターゲットについて、ガリウム濃度及び銅濃度をそれぞれＩＣＰ分析法で測定した。
また、これら実施例及び比較例で得られた積層構造体のインジウムターゲットを、ＡＮＥＬＶＡ製ＳＰＦ−３１３Ｈスパッタ装置で、スパッタ開始前のチャンバー内の到達真空度圧力を１×１０-4Ｐａ、スパッタ時の圧力を０．５Ｐａ、アルゴンスパッタガス流量を５ＳＣＣＭ、スパッタパワーを６５０Ｗで３０分間スパッタし、スパッタ中のターゲットの割れや移動について、目視により観察した。
各測定結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】
実施例１〜３は、ロウ材のガリウム濃度が１．０〜３０ａｔ％であるため、インジウムターゲットとバッキングプレートとが良好に密着し、インジウムターゲット内における不要な不純物の含有が良好に抑制されている。
比較例１は、インジウムとガリウムとの合金薄膜を形成していないため、インジウムターゲット内に不要な不純物を多く含んでしまった。
比較例２及び３は、それぞれロウ材のガリウム濃度が３０ａｔ％を超えているため、インジウムターゲットとバッキングプレートとの密着性が不良であり、ターゲット移動が生じた。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッキングプレート、該バッキングプレート上に形成された、ガリウム濃度が１．０〜３０ａｔ％であるインジウムとガリウムとの合金薄膜、及び、該合金薄膜上に形成されたインジウムターゲットを備えた積層構造体。
【請求項２】
前記合金薄膜中のガリウムの濃度が１０〜２０ａｔ％である請求項１に記載の積層構造体。
【請求項３】
前記合金薄膜の厚さが０．１〜２．０ｍｍである請求項１又は２に記載の積層構造体。
【請求項４】
バッキングプレートとインジウムターゲットとを、ガリウム濃度が１．０〜３０ａｔ％であり、膜厚が０．１〜２．０ｍｍであるインジウムとガリウムとの合金薄膜で接合する請求項１〜３の何れかに記載の積層構造体の製造方法。
【請求項１】
バッキングプレート、該バッキングプレート上に形成された、ガリウム濃度が１．０〜３０ａｔ％であるインジウムとガリウムとの合金薄膜、及び、該合金薄膜上に形成されたインジウムターゲットを備えた積層構造体。
【請求項２】
前記合金薄膜中のガリウムの濃度が１０〜２０ａｔ％である請求項１に記載の積層構造体。
【請求項３】
前記合金薄膜の厚さが０．１〜２．０ｍｍである請求項１又は２に記載の積層構造体。
【請求項４】
バッキングプレートとインジウムターゲットとを、ガリウム濃度が１．０〜３０ａｔ％であり、膜厚が０．１〜２．０ｍｍであるインジウムとガリウムとの合金薄膜で接合する請求項１〜３の何れかに記載の積層構造体の製造方法。
【公開番号】特開２０１２−５２１７５（Ｐ２０１２−５２１７５Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９４５７２（Ｐ２０１０−１９４５７２）
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【出願人】（５０２３６２７５８）ＪＸ日鉱日石金属株式会社 (482)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【出願人】（５０２３６２７５８）ＪＸ日鉱日石金属株式会社 (482)
【Ｆターム（参考）】
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