JPH09310180A

JPH09310180A - 表面処理方法、表面処理装置、これを用いて形成される半導体装置、およびその製造方法

Info

Publication number: JPH09310180A
Application number: JP8123468A
Authority: JP
Inventors: Naoya Tsurumaki; 直哉鶴巻
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1996-05-17
Publication date: 1997-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】膜厚に勾配を持たせるような成膜あるいはエ
ッチングを制御性良くおこなう表面処理方法および表面
処理装置を提供する。【解決手段】本発明の第１の特徴は、被処理基体の表
面にガスプラズマを噴射することにより前記被処理基体
の表面処理を行う表面処理方法において、反応性ガスを
電場内に供給しプラズマ励起することにより、ガスプラ
ズマを生成する工程と、前記ガスプラズマを断熱膨張さ
せて音速よりも大きい流速となるように所望の方向に加
速する工程と、前記加速方向に対して傾斜角θを持たせ
るように傾斜配置した前記被処理基体の表面に向けて前
記加速されたガスプラズマを噴射させる工程とを具備し
たことにある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面処理方法、表
面処理装置、これを用いて形成される半導体装置、およ
びその製造方法に係り、特に、膜厚に勾配を持たせるよ
うな成膜を可能にする方法および装置に関する。

【０００２】

【従来技術】インダクションプラズマ法やＤＣプラズマ
ジェット法により、ガスをプラズマ化して、活性化し反
応性を高めた状態で、このプラズマ化されたガスを被処
理基体表面に向けて高速で噴射させることにより、薄膜
形成あるいはエッチングなどの表面処理を行うという技
術は既に公知であり、半導体薄膜の形成あるいはエッチ
ング等に広く利用されている。

【０００３】ところで、プラズマを用いた薄膜形成を行
う場合には、プラズマ化され反応性が高められたガス
を、処理対象である被処理基体まで、超音速で短時間に
到達するように導く必要がある。これは次のような理由
による。プラズマ化されたガスを短時間で被処理基体ま
で導くことができないと、励起状態（活性状態）を維持
することができず、被処理基体と反応生成物との密着性
が低下し、反応生成物の剥離等の不都合が生じたり、ま
た、成膜速度が低下し、作業効率が低下することになる
からである。また、エッチングの場合にはエッチング速
度が低下するなどの不都合が生じることもある。

【０００４】また、プラズマ化されたガスは、非常に温
度が高いため、ガスが被処理基体上に到達した時点で
は、被処理基体が耐えられる温度まで降温された状態と
なっていなければならない。仮に高温のまま到達する
と、被処理基体表面が損傷を受けるのみならず、成膜不
良が生じることもある。

【０００５】また、プラズマ化された反応性ガス中への
不純物の混入を防ぐことも要求される。不純物の混入
は、膜質低下の原因となるからである。

【０００６】そこで本発明者らは、上記要求を満たし、
作業効率の向上、膜質およびエッチング特性の向上をは
かることを企図した、改良構造の表面処理装置を提案し
ている。

【０００７】この装置は、図１０に示すように、ラバー
ルノズル（末広ノズルともいう）１に高周波誘導コイル
を巻回したものである。このラバールノズル１は、断面
積が徐々に小さくなるように構成されたガス導入部２
と、ガス導入部２に接続され、ノズル全体で最小の断面
積Ａ1（直径ｄ1）となるように構成されたスロート部
（喉部）３と、該スロート部３に接続され、所定の広が
り角をもって断面積が徐々に拡大し、最大断面積Ａ2
（直径ｄ2）となるように構成されたガス噴射部４とか
ら構成されている。そして、ガス導入部２の開口端のガ
ス導入口２ａから反応性ガス６が導入されると、ガス導
入部２内では、ガスの進行に伴い断面積が徐々に小さく
なり、スロート部で安定化された後、ガス噴射部４で断
熱膨張により加速され、音速よりも大きい流速をもって
プラズマ化された反応性ガスが、ノズル出口４ａに対向
するように設けられた被処理基体Ｓに対して噴射される
ようにしたものである。

【０００８】ここで、スロート部３の外周には、誘導コ
イル５が巻き付けられており、該誘導コイル５に高周波
電流が通電され得るようになっている。このため、誘導
コイル５に通電がなされるとスロート部３内に誘導電磁
場が形成され、高密度化されてスロート部３を通過する
ガスが加熱され、プラズマ励起される。そしてプラズマ
励起された高密度ガスは、下流側のガス噴出管４のノズ
ル径の広がりによって膨張して加速され、ガス噴射口４
ａから超音速プラズマジェット７となって噴射される。

【０００９】ここでは、誘導電磁場を利用した無電極の
プラズマ装置を用いているため、直流（ＤＣ）プラズマ
装置を用いた場合のように、プラズマガスと電極が直接
接触してしまい、この結果、電極の消耗に伴って電極材
料（タングステン等）がプラズマガス中に混入してしま
うようなことがなくなり、不純物の混入を防止すること
ができる。

【００１０】いま、ガス導入口２ａからラバールノズル
１内部に、被処理基体Ｓに噴射すべき高密度の反応性ガ
ス６が供給されたものとする。すると、上述したように
スロート部３においては、高周波誘導コイル５に高周波
電流が通電されているため、管内に誘導電磁場が発生
し、この場のエネルギーによって高密度のガスが、加熱
され、プラズマ化される。

【００１１】そして、加熱、プラズマ化された高密度ガ
スは、下流側のガス噴出管４によるノズルの広がりのた
めに膨張加速され、ガス噴射口４ａから超音速プラズマ
ジェット７となって被処理基体に向けて噴射される。

【００１２】このような表面処理装置を用いることによ
り、作業効率の向上、膜質およびエッチング特性の向上
をはかることが可能となる。

【００１３】ところで、近年太陽電池の研究が進められ
ており、多結晶シリコン薄膜を用いた太陽電池は、大面
積化が容易であリ、安価であることから、広く用いられ
ているデバイスである。太陽電池は、一例を図８に示す
ように、ガラス基板１０表面に形成された透光性電極１
１と、この上層に順次積層された多結晶シリコンｐ層１
２ｐ多結晶シリコンｉ層１２ｉ、多結晶シリコンｎ層１
２ｎとからなる３層構造の多結晶シリコン薄膜１２と、
さらにこの上層に形成された金属電極１３とから構成さ
れている。ところで、このような、多結晶シリコン薄膜
は可視光に対する吸収効率が低いという問題があった。

【００１４】そこで、図２に示すように多結晶シリコン
薄膜１２の膜厚に勾配を持たせ、多重反射により、吸収
光を増大させる方法が考えられる。

【００１５】通常、多結晶シリコン薄膜の膜厚に勾配を
持たせるのは、容易でないため、図９(a)乃至(c)にその
製造工程の一例を示すように、透光性のガラス基板１０
表面に、酸化インジウム錫層からなる透光性電極１１を
成膜した後、多結晶シリコン層１２を形成し、エッチン
グにより膜厚に勾配を形成しこの後イオン注入により多
結晶シリコンｐ層１２ｐ、多結晶シリコンｉ層１２ｉ，
多結晶シリコンｎ層１２ｎとからなる３層構造の多結晶
シリコン薄膜１２を形成する。そして最後に金属電極１
３を形成することによって形成することは可能である
が、実際の工程では、エッチングにより、制御性よく膜
厚に勾配を形成するのは極めて困難である。また、膜厚
に良好な勾配が形成し得たとしても、イオン注入に際し
ては、表面側の多結晶シリコンｉ層１２ｉ，多結晶シリ
コンｎ層１２ｎは夫々均一な膜厚を有しており多結晶シ
リコンｐ層１２ｐのみが勾配を有していることになり、
十分な多重反射構造を得ることができないという問題が
あった。

【００１６】このように、膜厚に勾配を持たせるような
成膜あるいはエッチングをおこなうことは、太陽電池の
みならず、他のデバイスあるいは、配線密度が大幅に異
なる領域で領域毎に配線層の膜厚を選択するような場合
等において、必要とされている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】このように本発明は、
前記実情に鑑みてなされたもので、膜厚に勾配を持たせ
るような成膜あるいはエッチングを制御性良くおこなう
表面処理方法および表面処理装置を提供することを目的
とする。

【００１８】また、高効率で信頼性の高い太陽電池ある
いは半導体装置を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】そこで本発明の第１の特
徴は、被処理基体の表面にガスプラズマを噴射すること
により前記被処理基体の表面処理を行う表面処理方法に
おいて、反応性ガスを電場内に供給しプラズマ励起する
ことにより、ガスプラズマを生成する工程と、前記ガス
プラズマを断熱膨張させて音速よりも大きい流速となる
ように所望の方向に加速する工程と、前記加速方向に対
して傾斜角θを持たせるように傾斜配置した前記被処理
基体の表面に向けて前記加速されたガスプラズマを噴射
させる工程とを具備したことにある。

【００２０】また、本発明の第２の特徴は、被処理基体
の表面にガスプラズマを噴射することにより前記被処理
基体の表面処理を行う表面処理装置において、断面積が
徐々に小さくなるように構成されたガス導入部と、ガス
導入部に接続され、ノズル全体で最小の断面積をもつよ
うに構成されたスロート部と、該スロート部に接続さ
れ、所定の広がり角をもって断面積が徐々に拡大し、最
大断面積をとるように構成されたガス噴射部とからな
り、該ノズル内を通過するガスが断熱膨張せしめられて
ガス噴射部から音速よりも大きい流速で噴射されるよう
に加速するガス流路を構成する超音速ノズルと、前記超
音速ノズルの流路の一部でノズル内を通過するガスをプ
ラズマ励起するプラズマ生成手段と、前記ガスプラズマ
の加速方向に対して傾斜角θを持たせるように前記被処
理基体を支持する基体支持手段とを具備したことにあ
る。

【００２１】さらに、本発明の第３の特徴は、基板表面
に形成された第１の電極と、前記第１の電極上に順次積
層された多結晶シリコン薄膜とさらにこの上層に積層形
成された第２の電極とを具備した太陽電池において、前
記多結晶シリコン薄膜が、全体にわたって互いに一定の
膜厚比をもつｐｉｎ若しくはｐｎ構造をなしていること
を特徴とする。

【００２２】本発明の第４の特徴は、基板表面に第１の
電極と、ｐｉｎ若しくはｐｎ構造をなすシリコン薄膜
と、第２の電極とを順次積層して半導体装置を形成する
方法において、前記シリコン薄膜の形成工程が、反応性
ガスを加熱しながら電場内に供給しプラズマ化すること
により、ガスプラズマを生成する工程と、前記ガスプラ
ズマを断熱膨張させて音速よりも大きい流速となるよう
に所望の方向に加速する工程と、前記加速方向に対して
傾斜角θを持たせるように傾斜配置した前記基板の表面
に向けて前記加速されたガスプラズマを噴射させる工程
とを含み、全体にわたって互いに一定の膜厚比をもつｐ
ｉｎ若しくはｐｎ構造をなすように前記シリコン薄膜を
形成したことを特徴とする。

【００２３】なお、本発明の装置および方法において、
厳密には「断熱」状態は作り得ないが、熱の出入りを極
めて少なくした状態という意味で「断熱」という語を用
いている。

【００２４】プラズマ流は、ノズル出口の下流でもノズ
ル中心軸方向に流れていくが、実際の動作では進行方向
に垂直な方向にも拡散していく。従って、ノズル出口か
ら離れるに従ってプラズマ密度は減少している。本発明
はこの点に着目してなされたもので、ノズル出口に対し
て被処理基体を傾斜させることにより、ノズルの中心か
らの距離ｄが大きくなるに従って形成される膜は薄くな
る。この薄くなっていく率すなわち膜厚の勾配は、ノズ
ル出口から出射される傾斜角θの設定によって任意に変
えることができる。一方、エッチングに用いる場合に
は、ノズル出口に対して被処理基体を傾斜させることに
より、ノズルの中心からの距離ｄが大きくなるに従って
エッチング速度は遅くなリ、エッチング量が小さくな
る。このエッチング量の勾配は、ノズル出口から出射さ
れる傾斜角θの設定によって任意に変えることができ
る。

【００２５】本発明によれば、被処理基体Ｓの表面に噴
射すべき反応性ガスが、プラズマ化され、反応性の高い
状態（励起状態、活性状態）となる。そして、プラズマ
励起されたガスが超音速ノズルによって断熱膨張されて
音速よりも大きい流速をもつように加速され、この加速
されたガスが被処理基体Ｓの表面に向けて噴射される。
こうして、プラズマ励起され高反応性状態となったガス
すなわちプラズマ流が、噴射対象である被処理基体Ｓま
で超音速で短時間で到達する。

【００２６】この結果、反応性の高い状態を維持したま
まの状態で、プラズマ流が被処理基体Ｓの表面と反応
し、例えばこの装置を成膜に用いる場合には、被処理基
体Ｓと反応生成物との密着性が向上するとともに、反応
生成物の剥離等という不都合を回避することが可能とな
る。また、短時間で被処理基体表面にプラズマ流が到達
するため、成膜速度が高まり、作業効率も向上すること
となる。さらに、加熱、プラズマ化されたガスの温度
は、断熱膨張によって被処理基体Ｓが耐えられる温度に
まで低下せしめられるため、被処理基体Ｓの劣化を防止
することができる。

【００２７】また、プラズマ生成手段をノズルの外側に
巻回した高周波誘導コイルで構成するようにすれば、プ
ラズマガスと直接接触する電極を使用することなく、反
応性ガスを加熱、プラズマ化することができ、生成され
るプラズマ流中に、電極の消耗に伴う不純物（電極材
料）が混入されたりすることがなく、成膜に際しては膜
質が向上する。また、エッチングに際しては清浄なエッ
チング表面を得ることができる。

【００２８】さらにまた，本発明の太陽電池によれば、
入射光を良好に取り込むことができ、膜内多重反射によ
り高効率化をはかることが可能となる。

【００２９】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、基板をプラズマ流に対して傾斜させるのみで、表
面の汚染もなく高精度に膜厚制御のｐｉｎ構造を得るこ
とができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
面を参照しつつ詳細に説明する。

【００３１】本発明実施例の表面処理装置は、図１に示
すように、ラバールノズル１を用いて成膜をおこなうに
際し、プラズマ流７の加速方向に対して傾斜角θを持た
せるように、被処理基体Ｓとしてのガラス基板を傾斜配
置し、ガスプラズマを噴射させ、プラズマＣＶＤ法によ
り傾斜膜厚構造の多結晶シリコン膜を形成するように構
成したことを特徴とする。この例では図２に示すような
多重反射型太陽電池を形成するもので、光電変換層であ
る多結晶シリコン層１２のｐ層ｉ層ｎ層がそれぞれ同じ
比率で膜厚が変化する傾斜膜厚構造を提供する。この太
陽電池の多結晶シリコン層１２の詳細構造を、図３に示
す。製造に際しては、図４(a)乃至((c) に製造工程図を
示すように、まず、ガラス基板１０表面に第１の電極１
１としてスパッタリング法などにより、酸化インジウム
錫層を形成した後、前記第１の電極１１上に、図１に示
した表面処理装置を用いて順次、多結晶シリコンｐ層１
２ｐ、多結晶シリコンｉ層１２ｉ、多結晶シリコンｎ層
１２nとを順次積層形成する。この装置ではガラス基板
を傾斜配置することにより、全体にわたって互いに一定
の膜厚比をもつｐｉｎ構造をなす多結晶シリコン薄膜を
得ることができる。最後に再びスパッタリング法等によ
りクロムからなる第２電極１３を形成して太陽電池が完
成する。

【００３２】次にこの表面処理装置について説明する。
この装置では、ノズル内を通過する反応性ガスが断熱膨
張せしめられてノズル出口４ａから音速 aよりも大きい
流速ｕで噴射されるように、後述する条件の下で、超音
速ノズルであるラバールノズル（末広ノズルともいう）
１が構成されている。

【００３３】ラバールノズル１は、中細のノズルであ
り、被処理基体ｓとしてのガラス基板１０の表面に噴射
すべき反応性ガス６（例えばＳｉＨ₄とＨ₂の混合ガス）
がガス導入口２ａ（５０ｍｍΦ）から導入され、ガス進
行に伴い断面積が徐々に小さくなるよう構成されたガス
導入管２と、ノズル全体で最小の断面積Ａ1（直径ｄ1：
１６ｍｍΦ）をなすスロート部（喉部）３と定の広が
り角をもって断面積が徐々に拡大し、最大断面積Ａ2
（直径ｄ2 ：４０ｍｍΦ）のガス噴射口４ａからプラズ
マ流７が噴射されるガス噴射管４とから構成されてい
る。そして、被処理基体Ｓとしてのガラス基板１０は、
ラバールノズル１の噴射口４ａから噴射されるプラズマ
流７に対して傾斜角θを持たせるように支持手段（図示
せず）によって配置されている。

【００３４】スロート部３の外周には、プラズマ生成手
段として誘導コイル５（コイル径：１６ｍｍ、コイル巻
き数：５）が巻き付けられており、該誘導コイル５に高
周波電流が通電されるとスロート部３内に誘導電磁場が
形成され、スロート部３を通過するガスが加熱されると
ともに、プラズマ化される。ここでは、誘導電磁場を利
用した無電極のプラズマ生成手段を用いているため、Ｄ
Ｃプラズマ装置のように、プラズマガスと電極が直接接
触してしまい、電極の消耗に伴って電極材料（タングス
テン等）がプラズマガス中に混入してしまうようなこと
がなく、不純物の混入を防止することができる。

【００３５】まず、表面に第１の電極１１を形成したガ
ラス基板１０をノズルの中心軸に対して傾斜角θ：２０
度をもつように支持手段に設置し、基板温度を４００℃
とする。そして、ガス導入口２ａからラバールノズル１
内部に、ＳｉＨ₄とＨ₂の混合ガス（ＳｉＨ₄:５ｓｃｃ
ｍ、Ｈ₂:５００ｓｃｃｍ）を不純物ガスとしてのＢ₂Ｈ
₆（Ｈ₂希釈で５００ｓｃｃｍ）とともに供給する。そし
て、スロート部３においては、高周波誘導コイル５に高
周波電流（５００Ｗ、１３．５６ＭＨｚ）が流れると、
管内に誘導電磁場が発生し、この場のエネルギーによっ
て高密度のガスが、加熱され、プラズマ化される。

【００３６】そして、加熱、プラズマ化された高密度ガ
スは、下流側のガス噴出管４によるノズルの広がりのた
めに膨張加速され、ガス噴射口４ａから超音速のプラズ
マ流７となって噴射される。このプラズマ流７を傾斜角
θををもって設置されたガラス基板１０上に導くことに
より多結晶シリコンｐ層１２ｐが膜厚傾斜構造をもって
形成される。ガラス基板を傾斜角θで設置した時、形成
される膜は一端で１μｍ、他端で５μｍ程度の膜厚を有
するように形成される。ここで傾斜角θは５度から
度程度とするのが望ましい。

【００３７】さて、気体力学の理論によれば、たとえば
２原子気体の場合、導入された反応性ガス６のよどみ圧
Ｐ0と噴射口４ａの下流の圧力Ｐ1との比Ｐ1／Ｐ0が、約
０．５２以下、スロート部３の断面積Ａ1と噴射口４ａ
の断面積Ａ2の比（末広比）Ａ2／Ａ1が１を越える場合
に、ガスが断熱膨張されて、噴射流速が超音速、つまり
音速ａよりも大きい流速ｕとなる。

【００３８】また、スロート部３の前後の広がり角α
は、あまり大きいと壁面で境界層の剥離が発生するの
で、適切な大きさ、たとえば１５°程度とする必要があ
る。

【００３９】スロート部３において加熱、プラズマ化さ
れた高密度の反応性ガスは、その熱によって反応性の高
い、つまりガラス基板１０上において反応し易い状態に
励起される。ただし、この高反応性ガスは、温度が非常
に高く、場合によっては１万数千度にも達するため、こ
れをガラス基板１０上に噴射した場合には、ガラス基板
１０がこの温度に耐えられないことがある。

【００４０】しかしながら、ラバールノズル１は、上述
するように内部を通過する反応性ガスが断熱膨張せしめ
られるように設計されているため、この断熱膨張過程に
おいて急冷され、ガラス基板１０表面に達するまでには
ガラス基板の劣化を生じない程度の適切な温度になる。
このときの温度は、上記末広比Ａ2／Ａ1（この例では
０．４）によって決まるので、ノズル１の設計条件によ
って任意の温度を得ることができる。

【００４１】さらに、プラズマ流７は、超音速をもつた
め、ガラス基板１０に到達するまでの時間が極めて短
く、ガラス基板１０に到達するまでに、加熱、プラズマ
化によって励起された状態が元の状態に戻ってしまうこ
とがない。このように、いわゆる励起状態を維持したま
ま温度を適温まで下げることができる。したがって、ガ
ラス基板１０表面の酸化インジウム錫電極１１と、反応
生成物である多結晶シリコンｐ層１２ｐとの密着性が向
上し、反応生成物の剥離等の不都合を生じることもな
い。よって、膜質を向上させることができる。また、短
時間で噴射が終了するため、成膜速度が高まり、作業効
率も向上することとなる。

【００４２】以上説明した現象は、一次元流体力学の理
論により次のように説明される。

【００４３】すなわち、完全気体の断熱流れにおける流
体温度と流速の関係は次式により表される。

【００４４】Ｔ0＝Ｔ＋（１／２）・｛（γ―１）／（γ・Ｒ）｝・（ｕ）² …（１）あるいは、Ｔ0／Ｔ＝１＋｛（γ―１）／２｝・（Ｍ）² …（２）ここに、Ｔ0：流れの全温度（加熱部であるスロート部３の温度
にほぼ等しい）Ｔ：流れの静温度（いわゆる温度） γ：ガスの比熱比Ｒ：ガス定数ｕ：流れの流速Ｍ：マッハ数である。

【００４５】上記（２）式は、上記（１）式をマッハ数
（ｕ／ａ、ａ：音速）を用いて書き換えたものである。
また、マッハ数Ｍは、末広比Ａ2／Ａ1の関数として一
義的に決定される。

【００４６】上記（１)式より断熱膨張過程では、全温
度Ｔ0の値が一定に保たれるため、流速ｕの増加ととと
もに、静温度Ｔの低下が起こることがわかる。つまり、
流れの速度が大きいほど、急速な温度低下が起こる。

【００４７】また、上記（２）式より、温度比Ｔ0／Ｔ
の値は、マッハ数Ｍの２乗に比例して増加する。たとえ
ば、２原子気体（γ＝１．４）の場合、マッハ数Ｍ＝５
のとき、温度比Ｔ0／Ｔ＝６となる。すなわち、高温に
加熱された反応性プラズマをラバールノズル１を用いて
高マッハ数まで断熱膨張加速させることにより、プラズ
マ温度Ｔを被処理基体Ｓに適する温度まで下げることが
できるのがわかる。また、このときプラズマ粒子は極め
て高速に加速されるため（たとえば、Ｔ＝１５００
（Ｋ）、γ＝１．４、Ｒ＝５００（Ｊ／ｋｇＫ）、Ｍ＝
５の場合、ｕ＝５１２３（ｍ／ｓ）となる）、被処理基
体Ｓ（ガラス基板１０）に到達するまでの時間が非常に
短く、プラズマは初期活性状態をほぼ維持したまま低温
で被処理基体Ｓに到達することができる。

【００４８】そして、この高活性度を持つ低温・高速プ
ラズマ流７は、指向性の良い粒子束として被処理基体で
あるガラス基板１０に供給されるため、原料ガスの使用
効率が極めて高いという特徴も具備している。さらにま
た、前述したようにプラズマ中に電極材料に起因する汚
染が生じることがない。

【００４９】続いて、不純物ガスとしてのＢ₂Ｈ₆ の供
給を停止し、ＳｉＨ₄とＨ₂の混合ガスを流し、同様に
して多結晶シリコンｉ層１２ｉが膜厚傾斜構造をもって
形成される。ここで形成される膜は一端で０.５μｍ、
他端で２.５μｍ程度の膜厚を有する。

【００５０】そして最後に、不純物ガスとしてのＰＨ₃
（Ｈ₂希釈で５００ｓｃｃｍ）をＳｉＨ₄とＨ₂の混合ガ
スと共に流し、同様にして、多結晶シリコンｎ層１２ｎ
が膜厚傾斜構造をもって形成される。この後、スパッ
タリング法等によりクロムからなる第２の電極１３を形
成し、太陽電池が完成する。このようにして形成された
太陽電池は、膜内多重反射による光閉じこめ効果により
４．２％の発電効率を得ることができた。これに対し傾
斜角０で形成した従来例の太陽電池では発電効率は２．
８％であった。

【００５１】このように、この実施例によれば、高精度
の膜厚傾斜構造をもつ太陽電池が再現性良く形成され
る。また、ガスの切り替えのみで制御性良く膜厚比が一
定となる様にすることができ、最適の膜厚傾斜構造を得
ることができる上、接合面の傾斜角も良好に制御するこ
とが可能となる。図９に示した従来の方法のように多結
晶シリコン膜を成膜した後、エッチングにより傾斜膜厚
構造とし、イオン注入等をおこなうことによって接合面
を形成する場合に比べ、接合面の位置および膜厚の制御
性も良好で信頼性の高いものとなる。

【００５２】なお、前記実施例ではガラス基板を用いて
形成したが、ステンレス基板を用いて基板側を第１電極
とし、第２電極側を透光性電極とする様にしてもよい。

【００５３】さらにまた、本発明の表面処理装置によれ
ば、高密度で反応性の高いガスを、任意の温度にまで低
下させて、被処理基体Ｓ上に導くことでき、この結果作
業効率のみならず膜質を大幅に向上することができる。
なお、この実施例では、コイル５をスロート部３に配
設しているが、これに限定されることなくノズル１の任
意の場所に設けることができる。

【００５４】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。

【００５５】図５は、ノズル１の出口圧Ｐ1を任意の圧
力に調整して圧力比Ｐ1／Ｐ0を任意の値に設定するこ
とができるように、少なくともノズル１の出口を、所望
の圧力Ｐ1 に制御されたチャンバー１８内に配設した実
施例を示している。なお、図１と同一構成要素には同一
符号を付けて重複した説明は省略する。この図５に示す
ように、真空チャンバ１８内に、スロート部３およびガ
ス噴射管４が配設されており、さらにチャンバ１８内に
被処理基体Ｓを傾斜状態で支持した支持体１４が配設さ
れている。真空チャンバ１８内のエアは、排気ポンプ２
３によって排気される。そして、ガス導入管２への供給
ガス量は、ガス供給管１６に配設されたガス供給量調整
用の第１の調整弁２１によって調整され、噴射プラズマ
流７の出口圧Ｐ1 は、Ｐ1調整用の第２の調整弁２２
によって調整される。ガス導入管２内の圧力Ｐ0はＰ0
測定ゲージ1９によって検出されるとともに、ガス噴射
管４の出口圧Ｐ1はＰ1測定ゲージ２０によって検出さ
れ、これら検出結果をフィードバック信号として、上記
各第１および第２の調整弁２１、２２の調整がなされ
て、圧力比Ｐ1／Ｐ0が所定の値に設定される。なお、１
７は、高周波誘導コイル５に電流を通電する高周波電源
である。

【００５６】この例では、図６に示すような光位置検出
装置およびこれを製造する方法について説明する。ここ
では、供給ッする反応性ガス６としてＳｉＨ₄とＨ₂の混
合気体を用い、アモルファスシリコンｉ層３２を膜厚傾
斜構造をなすように形成するものである。ここでは、基
板Ｓとしてアルミナセラミック基板３０表面に金属薄膜
からなる第１の電極３１を形成したものを噴射対象とし
た。そして、末広比Ａ2／Ａ1を約６に設定し、チャンバ
１８内が約１０ｍＴｏｒｒ、圧力比がＰ1／Ｐ0 が約
１．４／１０００になるように、第２の調整弁２２、第
１の調整弁２１を調整した。この条件で、超音速プラズ
マジェット７のマッハ数Ｍは、約５となる。

【００５７】なお、高周波誘導コイル５には、冷却を行
いつつ、１ｋＷで１３．５６ＭＨzの電流を通電した。

【００５８】この結果、高密度で反応性の高い混合ガス
が、超音速で噴射され、基板Ｓ上に供給された。これに
よって、基板Ｓ上に、該基板Ｓと密着性の高いアモルフ
ァスシリコン薄膜が形成された。ここでは、２０分間の
噴射（成膜）を行った結果、膜厚は一端で１μｍ他端で
５μｍとなった。またこのアモルファスシリコン薄膜を
ＳＥＭ観察、Ｘ線回折で評価したところ、緻密なアモル
ファス膜であることがわかった。

【００５９】そしてこの上層に透光性の第２電極３３と
して酸化錫などの透明導電性酸化膜（ＴＣＯ）を形成
し、光位置検出器が完成する。

【００６０】さらにまた、図７に示すように基板３０上
に第１の電極３１および傾斜膜厚構造のアモルファスシ
リコン層３２、透光性の第２電極３３を形成し、端子３
４の移動位置を検出するポジションセンサ等にも適用可
能である。

【００６１】なお、前記実施例では何れもシリコン薄膜
の形成例について説明したが、同様にして、例えば、Ｃ
Ｈ₄とＨ₂の混合気体を用いれば、グラファイト薄膜、ま
た、ＮＨ₄ガスとＢ₂Ｈ₆ガス等を反応性ガス６として用
いれば、ｃ-ＢＮを成膜することができる。

【００６２】また、反応性ガス６を変えることにより、
この装置で、エッチング、酸化、窒化等の各種表面処理
を行うこともできる。

【００６３】なお、実施例では、高周波誘導コイル５に
よってガスを加熱、プラズマ化しているが、ＥＣＲプラ
ズマ、ヘリコンプラズマ等、他の無電極のプラズマ装置
を使用してもよい。

【００６４】また、実施例では、被処理基体Ｓに噴射す
べきすべてのガス６を、第１の実施例では、ノズル１の
入口である導入口２ａから、そして第２の実施例では、
供給管１６を介して導入口２ａから供給しているが、ガ
ス６の供給位置としては、ガス６が加熱、プラズマ化さ
れる位置であるコイル５の配設位置よりもガス流路の上
流側であれば任意の位置に設けることができる。

【００６５】また、半導体膜を成長させる場合、不純物
を添加する際には、ドナーあるいはアクセプタとなるド
ーピング材料を、ＳiＨ₄等のガスと混合させ、かかる混
合ガス６を、加熱、プラズマ化される位置であるコイル
５よりも上流の位置から供給するようにすればよい。た
だし、ドーピング材料のみを上記コイル５すなわちプラ
ズマ生成手段の配設位置よりも下流の位置から供給して
もよい。これはドーピング材料は微量であるため、他の
ＳiＨ₄等のガスが断熱膨張することを阻害することはな
い。

【００６６】以上説明したように本発明によれば、不純
物の少ない高反応性のガスが生成され、このガスの温度
が被処理基体に到達するまでに、処理に適合する温度ま
で低下せしめられ、かつ、高反応性ガスを被処理基体ま
で超音速で短時間内に到達させることができるため、十
分な反応性を維持したまま短時間に処理を終了させるこ
とが可能となる。この結果、膜質が大幅に向上するとと
もに、作業効率が飛躍的に向上する。

【００６７】なお、前記実施例では、ラバールノズルに
ついて説明したが、直管構造のノズルを用いてもよいこ
とはいうまでもない。

【００６８】加えて、前記実施例では、成膜方法につい
て説明したが、成膜に限定されることなく、エッチング
にも適用可能であることはいうまでもない。エッチング
に際しては、下地材料に損傷を与えることなく、高効率
のエッチングを達成することが可能となる。

【００６９】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば極めて制御性良く膜質の良好な傾斜膜厚構造をもつ成
膜をおこなうことができるとともに、またエッチング等
の場合には下地に損傷を与えることなくかつ制御性良く
傾斜エッチングをおこなうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の表面処理装置を示す図

【図２】本発明の第１の実施例の表面処理装置で形成さ
れる太陽電池を示す概要図

【図３】同説明図

【図４】同太陽電池の製造工程図

【図５】本発明の第２の実施例の表面処理装置を示す図

【図６】本発明の第２の実施例の表面処理装置で形成さ
れる光位置検出装置を示す図

【図７】本発明の表面処理装置で形成される他の装置を
示す図

【図８】従来例の太陽電池を示す図

【図９】従来例の太陽電池の製造工程図

【図１０】従来例の表面処理装置を示す図

【符号の説明】１ラバールノズル２ガス導入管３スロート部（喉部）４ガス噴射管５高周波誘導コイル６反応性ガス７プラズマ流１０ガラス基板１１第１の電極１２多結晶シリコン層１２ｐ多結晶シリコンｐ層１２ｉ多結晶シリコンｉ層１２ｎ多結晶シリコンｎ層１３第２の電極１４支持体１６ガス供給管１７高周波電源１８真空チャンバ１９Ｐ0測定ゲージ２０Ｐ1測定ゲージ２１第１の調整弁２２第２の調整弁２３排気ポンプ３０ガラス基板３１第１の電極３２アモルファスシリコン層３３第２の電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 31/04 Ｘ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理基体の表面にガスプラズマを噴射
することにより前記被処理基体の表面処理を行う表面処
理方法において、反応性ガスを電場内に供給してプラズマ励起することに
より、ガスプラズマを生成する工程と、前記ガスプラズマを断熱膨張させて音速よりも大きい流
速となるように所望の方向に加速する工程と、前記ガスプラズマの加速方向に対して傾斜角θを持たせ
るように傾斜配置した前記被処理基体の表面に向けて前
記加速されたガスプラズマを噴射させる工程とを具備し
たことを特徴とする表面処理方法。
【請求項２】被処理基体の表面にガスプラズマを噴射
することにより前記被処理基体の表面処理を行う表面処
理装置において、断面積が徐々に小さくなるように構成されたガス導入部
と、前記ガス導入部に接続され、ノズル全体で最小の断
面積をもつように構成されたスロート部と、前記スロー
ト部に接続され、所定の広がり角をもって断面積が徐々
に拡大し、最大断面積をとるように構成されたガス噴射
部とからなり、該ノズル内を通過するガスが断熱膨張せ
しめられてガス噴射部から音速よりも大きい流速で噴射
されるように加速するガス流路を構成する超音速ノズル
と、前記超音速ノズルの流路の一部でノズル内を通過するガ
スをプラズマ励起するプラズマ生成手段と、前記ガスプラズマの加速方向に対して傾斜角θを持たせ
るように前記被処理基体を支持する基体支持手段とを具
備したことを特徴とする表面処理装置
【請求項３】基板表面に形成された第１の電極と、前
記第１の電極上に順次積層された多結晶シリコン薄膜と
さらにこの上層に積層形成された第２の電極とを具備し
た太陽電池において、前記多結晶シリコン薄膜が、全体にわたって互いに一定
の膜厚比をもつｐｉｎ若しくはｐｎ構造をなしているこ
とを特徴とする半導体装置。
【請求項４】基板表面に第１の電極と、ｐｉｎ若しく
はｐｎ構造をなすシリコン薄膜と、第２の電極とを順次
積層して半導体装置を形成する方法において、前記シリコン薄膜の形成工程が、反応性ガスを電場内に供給しプラズマ励起することによ
り、ガスプラズマを生成する工程と、前記ガスプラズマを断熱膨張させて音速よりも大きい流
速となるように所望の方向に加速する工程と、前記ガスプラズマの加速方向に対して傾斜角θを持たせ
るように傾斜配置した前記基板の表面に向けて、前記加
速されたガスプラズマを噴射させる工程とを含み、全体にわたって互いに一定の膜厚比をもつｐｉｎ若しく
はｐｎ構造をなすように前記シリコン薄膜を形成したこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。