[发明专利]圆筒型溅射靶及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于化合物半导体的光吸收层的成膜的Cu-Ga合金溅射靶，且涉及一种通过实现减少破裂的Cu-Ga合金而做成的圆筒型溅射靶及其制造方法。

本申请基于2013年3月29日于日本申请的专利申请2013-071195号、及2013年11月20日于日本申请的专利申请2013-240056号主张优先权，并将其内容援用于此。

背景技术

近年来，通过化合物半导体而做成的薄膜太阳能电池逐渐实用化。该薄膜太阳能电池中，一般来说是在钠钙玻璃基板上形成作为正极的Mo电极层，且在该Mo电极层上形成由Cu-In-Ga-Se薄膜所构成的光吸收层，且在该光吸收层上形成由ZnS、CdS等所构成的缓冲层，且在该缓冲层上形成作为负极的透明电极层。

由Cu-In-Ga-Se薄膜所构成的光吸收层的形成方法中，采用通过溅射法来形成Cu-In-Ga-Se薄膜的方法，以替代成膜速度慢且耗费成本的蒸镀法。

作为通过溅射法来形成该Cu-In-Ga-Se薄膜的方法，采用下述方法，即，通过使用Cu-Ga溅射靶的溅射来形成Cu-Ga合金膜，且在该Cu-Ga合金膜上使用In溅射靶来溅射，从而形成叠层膜，然后对该叠层膜在Se气氛中进行热处理，以形成Cu-In-Ga-Se薄膜。作为Cu-Ga合金溅射靶，已知由Cu-Ga合金所构成的靶，该Cu-Ga合金含有1～40重量％的Ga且剩余部分由Cu所构成。

作为该Cu-Ga合金溅射靶的制造方法，使用热压等粉末烧结法及真空熔解法等铸造法。作为通过粉末烧结法来制造出的Cu-Ga合金溅射靶，例如可举出以热压法制造出的Cu-Ga合金溅射靶，但是其虽具有微细的组织，但却有氧浓度高、溅射速率慢的缺点。

相对于此，通过铸造法来制造出的Cu-Ga合金溅射靶，有氧浓度低、溅射速率快的优点。但是，另外一方面，由通过铸造法来制造出的Cu-Ga合金所构成的铸块，不会成为微细的组织，而容易偏析，发生破裂。若Cu-Ga合金的Ga浓度为25质量％以上，则脆性大，发生破裂的可能性明显较大，因此尤其难以施加轧制等塑性加工。

以上说明的Cu-Ga合金溅射靶，主要为平板型形状的情况，其装配于平板型磁控管溅射装置，用于形成Cu-Ga合金膜。另外一方面，装配于旋转阴极型磁控管溅射装置的圆筒型溅射靶正在开发当中，因为其相较于平板型磁控管溅射装置有较高的成膜速度、及特别较高的靶使用效率(例如参考专利文献1～3)。

旋转阴极型磁控管溅射装置中，圆筒型溅射靶装配于装置以作为阴极。而且，在该溅射靶的内侧设置磁场产生装置，一边使溅射靶旋转一边进行溅射。旋转阴极型磁控管溅射装置中，圆筒型溅射靶材的整个面受到溅射而均一地削减，因此相较于以往的平板型磁控管溅射装置的溅射靶使用效率，能够获得特别较高的溅射靶使用效率。而且，旋转阴极型磁控管溅射装置中，冷却效率提升，因此相较于以往的平板型磁控管溅射装置，能够对每单位面积投入较大的功率，具有能获得高成膜速度的优点。这种旋转阴极型溅射装置中所使用的溅射靶具有圆筒形状，因此需要与以往的平板型溅射靶完全不同的制造技术。

专利文献1：日本专利公开昭55-50958号公报

专利文献2：欧洲专利第1097766号说明书

专利文献3：美国专利第6793784号说明书

发明内容

近年来，随着以化合物半导体做成的太阳能电池的实用化，正要求其大面积化。应对该大面积化，圆筒型溅射靶的轴向长度也变大，针对圆筒型溅射靶的长度方向的热膨胀量变得非常大。因此，在接合时等，因加热而容易发生破裂一事逐渐成为问题。

因此，本发明中的目的在于提供一种以简便的形成方式来形成且实现防止破裂的Cu-Ga合金圆筒型溅射靶。

一般来说，已知当使合金的熔融金属在固定不动的铸模内凝固的情况下，其凝固组织不会相同。即，在与铸模壁相接的部分，熔融金属易被急速冷却，凝固速率较大，因此会产生晶体粒度微细的凝固组织即激冷晶。其后，沿着铸壁附近与内部的温度梯度而产生柱状结晶。当整体温度下降，固液界面的温度梯度变少，则形成柱状结晶的驱动力即温度梯度会变小，因此会产生粒状结晶带。并已知该粒状结晶不仅会因为在过冷却区域产生结晶核而形成，还会通过下述方式形成，即，激冷晶形成时、或柱状结晶形成时所产生的树枝状晶的一部分因液流动等原因而被折断、熔断，导致在液相中浮游，而随着温度降低再次成长。如上所述，若仅是使合金的熔融金属在铸模内凝固，则其凝固组织中会包含激冷晶带、柱状结晶带及粒状结晶带，并不相同。