JPH0536620A - 半導体表面処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ドーパント元素を含む蒸発源を蒸発させ粒子
化し、該粒子を不活性ガスプラズマにさらすことにより
一部または全部をイオン化してドーパントイオン種を形
成し、電界で加速し半導体表面に衝突させると同時に、
該半導体表面に紫外光を照射することにより半導体表面
の表面エネルギーを高め、加速されたドーパントイオン
種による表面打ち込み及び内部への拡散を促進させ不純
物のドーピングを行なう。 【効果】 特性の優れたｐ型またはｎ型の半導体を大面
積にわたり均一性よく、短い処理時間で製造することが
でき、特に高性能な太陽電池や液晶ディスプレーの様な
大面積の半導体デバイスの低コストでの製造を可能とし
た。また、大面積化が容易なため量産性の高いロールト
ゥロール装置にも応用でき、大幅なスループットアップ
及び低コスト化が可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体表面処理方法及び
装置に関し、特に高性能な太陽電池や液晶ディスプレイ
のアクティブマトリクス回路等の大面積半導体デバイス
の量産に好適な半導体のドーピング方法及びドーピング
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の半導体デバイス技術の流れとし
て、半導体メモリやイメージセンサーに代表される微細
化、集積化の方向と共に、太陽電池や液晶ディスプレー
のアクティブマトリクス回路に代表される大面積化の方
向がある。大面積半導体デバイスにおいては、単位面積
あたりの製造コストを極力下げる必要がある。そのため
半導体材料として単結晶シリコンウェハーと共に、ガラ
ス、金属、セラミックス等の廉価な基板上に堆積された
アモルファスや多結晶の半導体薄膜が用いられ始めてい
る。しかしデバイスの製造コストを下げるためには、他
の各製造プロセスについても低コスト化が要求される。
また製造されたデバイスは３０cm角あるいはそれ以上の
大面積にわたって特性が均一でなくてはならない。すな
わち大面積デバイスにはそれにふさわしいプロセス技術
が開発されなくてはならない。

【０００３】各製造プロセスの中でも大面積化の観点か
ら最も重要な技術としてドーピング技術があげられる。

【０００４】半導体のドーピング技術として最も一般的
に用いられてきたのは熱拡散法である。熱拡散法は半導
体表面に塗布または堆積させた膜の中に含まれるドーパ
ント原子を通常１０００℃以上の高温で半導体中に拡散
しドーパントとして活性化する技術である。この方法は
比較的容易に大面積デバイスに適用できるが、高温を用
いるため薄膜半導体に応用するに際し使用可能な基板に
制約を受ける。また処理に長時間を要し製造のスループ
ットが良くない。

【０００５】また他の一般的なドーピング技術としてイ
オンインプランテーション法がある。この方法では真空
中でイオン化したドーパント原子イオンのビームから、
質量分析により不純物を取り除いた後、電界で加速して
半導体中に打ち込み、通常８００℃以上の温度でアニー
ルしてドーパントを活性化する方法である。この方法で
はドーパントの制御がしやすいが、大面積にわたりビー
ムを走査する必要がありやはり製造のスループットが良
くない。また装置が大がかりになりコスト面で不利とな
る。

【０００６】一方、熱ＣＶＤやプラズマＣＶＤ等の方法
で気相から堆積する薄膜半導体の場合には、薄膜の堆積
時に気相中にドーパントを含むガスを混合して薄膜半導
体中にドーパント原子を導入する方法がある。この方法
では比較的大面積化も容易で、スループットも熱拡散法
やイオンインプランテーション法に比べるとよいが、形
成されたｎ型またはｐ型の半導体の特性は必ずしも十分
ではなく半導体デバイスへの応用には不十分な点が多か
った。よく知られた例としては、熱ＣＶＤにより多結晶
Ｓｉを堆積する際、原料のモノシラン（ＳｉＨ₄）にフ
ォスフィン（ＰＨ₃）を混合してｎ型にしようとする
と、特に高濃度ではＳｉ結晶粒が小さくなりｎ型Ｓｉと
しての特性が、熱拡散法やイオンインプランテーション
法でｎ型にする場合に比べて劣ったものとなる。またプ
ラズマＣＶＤ法でアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を
堆積する際、原料のＳｉＨ₄にジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を混
合してｐ型にしようとすると、光学的バンドギャップ
（Ｅｇ）が低下し、局在準位が増加してｐ型半導体とし
ての特性は劣ったものとなる。

【０００７】その理由としては、ドーパントを含むガス
が気相中に混合されると、半導体を構成する主成分の元
素（Ｓｉ等）を含むガスの反応に影響を及ぼし、半導体
の堆積のプリカーサー（堆積反応の前駆体）を変化させ
るためと考えられる。

【０００８】また堆積によりドーピングを行なうと、一
般には基板上の特定の場所に選択的にｎ型やｐ型の半導
体領域を形成する事ができない。このため特に液晶ディ
スプレーへの応用においてはプロセスが複雑化する。こ
の様な観点からいくつかの提案がなされている。

【０００９】M.B.SpitzerとS.N.Bunkerはｐ型単結晶Ｓ
ｉに、質量分析を行なわずにリンをイオンインプランテ
ーションによりｐｎ接合を持つ変換効率１５％の太陽電
池を作った（16th IEEE Photovoltaic Conf. SanDiego,
1982, p711-）。H.Itoh等も同様な方法で反射防止層無
しで変換効率１０％の太陽電池を作った（Proc. 3rdPVS
EC in Japan ('82) p.7- ）。質量分析を行なわないイ
オンインプランテーション法では、装置は比較的簡単と
なり製造のスループットも向上する。しかし太陽電池へ
の応用上、十分なほどの大面積の処理は困難である。ま
た彼らの実験ではイオンを打ち込んだ後、５５０℃また
は６００℃以上でアニーリングを行なっており、製造の
スループットが低いばかりでなく、薄膜半導体への応用
に対して制約が多い。

【００１０】またS.D.Westbrook等は、硼素を含むガス
をグロー放電で分解しさらに電界を印加する事により硼
素イオンを加速し、ｎ型単結晶Ｓｉに打ち込んだ後、５
５０℃以上でアニールを行なって、変換効率１９％もの
太陽電池を作っている（Appl. Phys. Lett. Vol.50 ('8
7) p.469- ）。一方、吉田、瀬恒、平尾は同様の装置を
用いてリンのａ−Ｓｉへのドーピングを行ない薄膜トラ
ンジスター（ＴＦＴ）を作っている（IEEE Elec. Devic
e Lett. Vol.9(1988) p.90- 。これらの方法では大面積
化がしやすく、製造のスループットも比較的良い。また
後者において示されているように、半導体面の特定の場
所に選択的にｐ型またはｎ型の領域を形成する事が出来
る。しかし質量分析を行なわないためドーパントイオン
以外に各種の不必要なイオンも高速で打ち込まれる事と
なる。従って十分な温度でアニールする事が困難なａ−
Ｓｉの場合には、特にイオンによるダメージが取り除き
にくく、ａ−Ｓｉ太陽電池への応用に当たっての障害に
なっていた。またイオン以外の中性のドーパント原子に
ついては制御ができず、これらのドーパント原子が装置
の各部に拡散し易い。特にａ−Ｓｉ太陽電池では通常ｐ
ｉｎ接合を用いており、少なくともｎ型、ｉ型、ｐ型の
３層から、さらに複数のｐｉｎ接合を積層したタンデム
型ａ−Ｓｉセルでは６層、９層からなる。これらのドー
パントは隣接する導電型の異なる半導体層（特にｉ層）
に混入すると、デバイスの特性に悪影響を与え易い。中
でもａ−Ｓｉ太陽電池の量産を目的として長尺の帯状基
板に連続堆積を行なうロールトゥロール装置では、隣接
する成膜室へのドーパントの拡散が起こり易い。

【００１１】このように高性能なａ−Ｓｉ太陽電池を量
産するためには、大面積へのドーピング技術をさらに改
善する必要があった。また結晶半導体太陽電池や、液晶
ディスプレーの場合にも製造のスループットの良いドー
ピング技術の開発が望まれていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような現
状に鑑みなされたものであって、半導体デバイスの製造
において、ドーパントの不要な拡散の少ない簡単な装置
で、特性の優れたｐ型またはｎ型の半導体を、大面積に
亘り均一性良く、短い処理時間で製造する方法及びこの
方法を実施するための装置を提供し、特に高性能な太陽
電池や液晶ディスプレイのような大面積の半導体デバイ
スの低コストでの製造を可能とし、これらのデバイスの
普及に寄与することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来の半
導体表面処理方法及び装置における前述の諸問題を克服
して、上述の本発明の目的を達成すべく鋭意研究を重ね
たところ、真空蒸着法を応用すれば大面積処理が容易に
可能であり、且つ処理装置及び原材料費が廉価になる知
見を得た。

【００１４】更に本発明者らは、前記真空蒸着法により
蒸発したドーパント粒子をイオン化し、電界により加速
して半導体表面に衝突させると同時に、紫外光を照射す
ることにより表面エネルギーを高めて、加速されたドー
パントイオン種による表面打ち込み及び内部への拡散を
促進でき半導体表面の効果的なドーピングが出来る知見
を得た。

【００１５】然るに本発明は、上述の本発明者らが得た
知見及び本発明者が確認した事実に基づいて完成するに
至ったものであり、半導体表面処理方法及び装置に関す
るものである。

【００１６】即ち本発明により提供される半導体表面処
理方法は、減圧にされた半導体表面処理室内に於いて、
ドーパント元素を含む蒸発源を熱エネルギーにより蒸発
させることにより粒子化し、該粒子を不活性ガスプラズ
マにさらすことにより一部または全部をイオン化してド
ーパントイオン種を形成し、電界で加速し半導体表面に
衝突させると同時に、該半導体表面に紫外光を照射する
ことにより半導体表面の表面エネルギーを高め、加速さ
れたドーパントイオン種による表面打ち込み及び内部へ
の拡散を促進させ不純物のドーピングを行なうことを特
徴としている。また本発明により提供される半導体表面
処理装置は、半導体表面処理室、該処理室内に設けられ
た半導体表面を有する被処理基体、前記処理室を減圧状
態に保持するための排気手段、前記処理室内に設置され
たドーパント元素を含む蒸発源、該蒸発源を加熱蒸発す
るための蒸発源加熱手段、前記処理室内に不活性ガスを
導入するためのガス導入手段、被処理基体表面に紫外光
を照射するための光源、蒸発源から蒸発した粒子をイオ
ン化してドーパントイオン種を形成するためのプラズマ
誘起手段およびドーパントイオン種を加速し半導体表面
に衝突させるためのイオン種加速手段とを有し、照射さ
れた紫外光により被処理基体の表面エネルギーを高め、
加速されたドーパントイオン種による表面打ち込み及び
内部への拡散を促進することを特徴としている。

【００１７】なお、本発明により提供される上記方法及
び装置においては、半導体表面を有する被処理基体は、
その表面に半導体を有する基体であれば何でも良い。例
えばシリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素等の単結晶
半導体基板や多結晶半導体基板等の結晶半導体系基板、
またはシリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウ
ム、炭化シリコン、窒化シリコン等の非結晶系半導体層
を形成させた絶縁性基板、半導体性基板、導電性基板等
が挙げられる。被処理基体の形状は、限定されるもので
はないが例えばウェハー状、角型、帯状、長尺状等が挙
げられる。

【００１８】本発明により提供される前記ドーパント元
素を含む蒸発源としては、被処理基体の半導体表面の導
電率を変更できるドーパント元素を含むものであればな
んでもよく、例えばシリコン系半導体やゲルマニウム系
半導体に対しては硼素、リン、アルミニウム、アンチモ
ン等が挙げられる。

【００１９】本発明により提供される前記蒸発源に熱エ
ネルギーを与え加熱蒸発するための蒸発源加熱手段とし
ては、蒸発源を減圧雰囲気中で加熱できるものであれば
何でも良く、例えばフィラメント、ボート等による抵抗
加熱、電子ビームによる加熱やレーザービーム等の光に
よる加熱等が挙げられる。

【００２０】本発明に使用可能な紫外光源としては、３
００ｎｍ以下の光を照射するものであり、例えば、低圧
水銀灯、キセノンランプ、重水素ランプ、エキシマレー
ザー等を挙げることができる。

【００２１】本発明に使用可能な前記ドーパントイオン
種を形成するプラズマ誘起手段としては、直流電圧、交
流電圧、容量結合型または誘導結合型ＲＦ、マイクロ波
等を印加する手段が挙げられる。

【００２２】本発明に使用可能なイオン種加速手段とし
ては、プラズマ誘起手段により形成されたイオン種を電
界により加速し、半導体表面に衝突させることができる
ものであればいずれでも良く、例えば、グリッド電極に
より被処理基体との間に電位差を形成するもの、単に被
処理基体にマイナスの電位を与えてプラズマとの間に電
位差を形成するもの、放電電極に形成される自己バイア
スを利用するもの等が挙げられる。

【００２３】以下本発明を、図面により更に詳しく説明
するが、本発明はこれにより何等限定されるものではな
い。

【００２４】図１は、本発明の方法を実施するのに好適
な本発明の装置の概略図である。同図に於いて、１０１
は半導体表面処理装置、１０２は処理室である。被処理
基板１０６は陰極１０５に固定され、陰極１０５は絶縁
物１０４にて処理室１０２と電気的に絶縁され、またシ
ールド電極１１４にて遮蔽されている。陰極１０５は、
高周波電源１０３に接続され、高周波電力が投入され
る。処理室１０２内には、陰極１０５と対向して陽極１
０９が設けられている。陽極１０９の中心には穴が設け
られており、この穴に蒸発源を仕込むためのアルミナ製
坩堝１１０が設置されている。坩堝１１０には加熱用フ
ィラメント１１１が巻かれており、フィラメント１１１
は、フィラメント加熱用電源１１３に接続されている。
また、処理室１０２内へ不活性ガスを導入するために、
ガス導入管１０７が設けられており、バルブ１０８によ
り流量調整される。処理室１０２は、排気口１１２より
不図示の排気ポンプによって真空排気する事ができる。
紫外光は処理室１０２外に設けられた紫外光源１１６か
ら紫外光導入窓１１５を介して被処理基板１０６に照射
される。

【００２５】同図に示される装置に於いては、坩堝１１
０内に仕込まれたドーパント源は、フィラメント１１１
によって加熱され蒸発する。これと同時に高周波電力の
投入により、陽極−陰極間に不活性ガスプラズマが生起
される。蒸発したドーパント源は、イオン化されプラズ
マ内にはドーパントイオン種が生成する。イオン種は陰
極１０５に生成する自己バイアスにより陰極１０５方向
へ加速され、被処理基板１０６の半導体表面に衝突す
る。これと同時に、紫外光源１１６より紫外光が被処理
基板１０６表面に照射される。この紫外光照射により半
導体表面は常に活性な状態とされるために、イオン種の
打ち込み及び半導体内部へのイオン種の拡散が促進され
る。

【００２６】

【実施例】以下に、本発明の半導体表面処理方法及び装
置の実施例を述べて本発明を更に説明するが、本発明は
これにより何等限定されるものではない。

【００２７】実施例１ 本実施例においては、図３の断面模式図に示す層構成の
ｐｉｎ型ａ−Ｓｉ光起電力素子３０８を図１に示す装置
を用いて作製した。

【００２８】該光起電力素子は、基板３０１上に下部電
極３０２、ｎ型半導体層３０３、ｉ型半導体層３０４、
ｐ型半導体層３０５、透明電極３０６及び集電電極３０
７をこの順に堆積形成した光起電力素子３０８である。
なお、本光起電力素子では透明電極３０６の側より光の
入射が行なわれることを前提としている。

【００２９】まず、ステンレス製角型基板（５cm×５c
m）を市販のスパッタ装置（アルバック社製、ＳＢＨ−
２２０６ＤＥ）にセットし、Ａｇ（99.99％）をターゲ
ットとして用いて０．３μｍのＡｇ薄膜を、また連続し
てＺｎＯ（99.999％）をターゲットとして用いて１．５
μｍのＺｎＯ薄膜をスパッタ蒸着し、下部電極３０２を
形成した。

【００３０】ひき続き、該下部電極の形成された基板を
市販のプラズマＣＶＤ装置（アルバック社製、ＣＨＪ−
３０３０）にセットした。排気ポンプにて、反応容器の
排気管を介して、荒引き、高真空引き操作を行なった。
この時、基板の表面温度は２５０℃となるよう、温度制
御機構により制御した。

【００３１】十分に排気が行なわれた時点で、ガス導入
管より、ＳｉＨ₄３００sccm、ＳｉＦ₄ ４sccm、ＰＨ₃／
Ｈ₂（１％Ｈ₂希釈） ５５sccm、Ｈ₂ ４０sccmを導入
し、スロットルバルブの開度を調整して、反応容器の内
圧を１Torrに保持し、圧力が安定したところで、直ちに
高周波電源より２００Ｗの電力を投入した。プラズマは
５分間持続させた。これにより、ｎ⁺半導体層３０３と
してのｎ⁺ａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｆ膜が下部電極３０２上に形
成された。

【００３２】再び排気をした後に、今度はガス導入管よ
りＳｉＨ₄ ３００sccm、ＳｉＦ₄ ４sccm、Ｈ₂ ４０sccm
を導入し、スロットルバルブの開度を調整して、反応容
器の内圧を１Torrに保持し、圧力が安定したところで、
直ちに高周波電源より１５０Ｗの電力を投入した。プラ
ズマは４０分間持続させた。これにより、ｉ型半導体層
３０４としてのａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｆ膜がｎ型半導体層３０
３上に形成された。

【００３３】次に基板３０１をプラズマＣＶＤ装置より
取り出し、図１に示す半導体表面処理装置１０１にセッ
トした。また坩堝１１０には粒状ほう素（９９％）を仕
込んだ。

【００３４】まず排気口１１２より１０^-5Torr以下に真
空排気した後に、不活性ガス導入管１０７からバルブ１
０８にて流量調整しながらＡｒガスを導入し、圧力を約
５mTorrとした。フィラメント１１１に電流を流してほ
う素の蒸発を開始し、高周波電源１０３より高周波電力
を３００Ｗ投入し放電を生起させると同時に紫外光源１
１６を点灯し、基板３０１（１０６）表面に紫外光を照
射した。３分後に放電を止め処理室１０２を大気リーク
した後に基板を取り出した。

【００３５】次に通常の真空蒸着により透明電極３０６
（ＩＴＯ）を形成し、更に集電電極３０７（Ａｌ）をマ
スク蒸着して光起電力素子３０８を完成させた。

【００３６】作製した光起電力素子３０８について、Ａ
Ｍ１．５（１００mW/cm²）光照射下にて特性評価を行な
ったところ、光電変換効率で９．４％が得られた。ま
た、ＡＭ１．５（１００mW/cm²）光の５００時間連続照
射後の光電変換効率の初期値に対する変化率を測定した
ところ２０％以内であった。

【００３７】実施例２ 本実施例においては、図４の断面模式図に示す層構成の
ａ−Ｓｉ／ａ−Ｓｉタンデム型光起電力素子４１３を図
２に示すロールトゥロール装置２４２を用いて作製し
た。

【００３８】該光起電力素子４１３は、基板４０１上に
下部電極４０２、第１のセル４１１を構成するｎ型半導
体層４０３、ｉ型半導体層４０４、ｐ型半導体層４０
５、更に第２のセル４１２を構成するｎ型半導体層４０
６、ｉ型半導体層４０７、ｐ型半導体層４０８、更に透
明電極４０９及び集電電極４１０をこの順に堆積形成し
た光起電力素子である。なお、本光起電力素子では透明
電極４０９の側より光の入射が行なわれることを前提と
している。

【００３９】図２の装置２４２は、帯状のステンレス鋼
製基板２０４に連続的に光起電力素子を形成するもので
ある。同図の装置は、基板送り出し室２０３、第１のｎ
型チャンバー２１３、第１のｉ型チャンバー２２２、第
１のｐ型チャンバー２２７、第２のｎ型チャンバー（不
図示）、第２のｉ型チャンバー（不図示）、第２のｐ型
チャンバー（不図示）、及び基板巻取り室２３９がこの
順に配置されている。第２のｎ型チャンバー、第２のｉ
型チャンバー、第２のｐ型チャンバーは、それぞれ第１
のｎ型チャンバー２１３、第１のｉ型チャンバー２２
２、第１のｐ型チャンバー２２７と全く同じ構成であ
る。各チャンバー間はガスゲート２０７，２１５，２４
３，２３６（他不図示）により隔離され、チャンバー間
の不純物の混入を防止している。

【００４０】同図に於いてまず基板送り出し室２０３
は、帯状基板２０４がセットされている函体であり、成
膜中はこの基板送り出し室２０３からガイドローラー２
０５を介して反応室へ基板２０４が連続的に搬出され
る。また排気口２０２及びバルブ２０１を介して基板送
り出し室２０３は真空排気される。

【００４１】基板巻取り室２３９は、成膜された帯状基
板の巻き取りを行なう函体であり、成膜中はこの基板巻
取り室２３９へガイドローラー２３７を介して反応室か
ら基板が連続的に搬入される。また排気口２４０及びバ
ルブ２４１を介して基板巻取り室２３９は真空排気され
る。

【００４２】ｎ型チャンバー２１３及びｉ型チャンバー
２２２は、プラズマＣＶＤチャンバーでありそれぞれｎ
型半導体層及びｉ型半導体層を堆積する。チャンバー内
で基板は基板加熱ヒータ２１４，２２３により加熱され
所定の基板温度に制御される。原料ガスは原料ガス供給
管２１０，２１８より供給され、陰極２１１，２２０と
基板間に生起されたプラズマにより分解され基板上に半
導体膜が形成され、更に排気口２０９，２１９より排気
される。

【００４３】ｐ型チャンバー２２７は本発明の方法を用
いた本発明の半導体表面処理装置である。基板は基板加
熱ヒータ２２８により所定の温度に制御される。チャン
バー内は排気口２４４より真空排気される。硼素などの
ｐ型ドーパントは坩堝２３２に仕込まれ、蒸発源加熱電
源２３３よりフィラメントに電流を流すことにより加熱
され蒸発する。紫外光は紫外光源２４６より放射され紫
外光導入窓２４５を介して基板表面に照射される。不活
性ガスはガスゲート２４３、２３６より流入される。蒸
発したｐ型ドーパント粒子は高周波電源２３０に接続さ
れた誘導コイル２３１により誘起された不活性ガスプラ
ズマによりイオン化される。これらのイオン種は基板に
衝突し、ｉ型半導体表面にｐ型ドーパントが打ち込ま
れ、ｐ型層が形成される。

【００４４】ガスゲート２０７，２１５，２４３，２３
６（他不図示）には、チャンバー間のガスを隔離するた
めにＡｒ、水素などの掃引ガスがガス導入口２０６，２
０８，２１６，２１７，２２４，２２５，２３５，２３
４（他不図示）より導入される。

【００４５】このようなロールトゥロール装置を用いて
光起電力素子４１３を作製した。

【００４６】まず、ステンレス鋼製帯状基板２０４を連
続スパッタ装置（不図示）にセットし、Ａｌ−Ｓｉ（５
％Ｓｉ）をターゲットとして用いて０．２μｍのＡｌ−
Ｓｉ薄膜を、また連続してＳｎＯ₂（99.99％）をターゲ
ットとして用いて０．１μｍのＳｎＯ₂薄膜をスパッタ
蒸着し、下部電極４０２を形成した。

【００４７】ひき続き、該下部電極４０２の形成された
帯状基板を図２で示したロールトゥロール装置にセット
した。その後、排気ポンプ（不図示）にて、各チャンバ
ーの排気管を介して真空引き操作を行なった。この時、
基板の表面温度は２５０℃となるよう、温度制御機構に
より制御した。

【００４８】十分に排気が行なわれた時点で、ガス導入
管２１０，２１８より、第１及び第２のｎ型チャンバー
にはＳｉＨ₄／ＰＨ₃／Ｈ₂を、第１及び第２のｉ型チャ
ンバーにはＳｉＨ₄／ＳｉＦ₄／Ｈ₂を、ガスゲートには
Ａｒガスを導入し、ｎ型及びｉ型チャンバーの内圧を１
００mTorrにまたｐ型チャンバーの圧力は５０mTorrに保
持した。

【００４９】圧力が安定したところで、各高周波電源よ
り電力を投入し各々のチャンバー内でプラズマを生起さ
せ、また蒸発源加熱装置、紫外光源の電源も投入して、
放電等が安定したところで帯状基板を搬送スピード２０
cm/minで図中左側から右側方向へ搬送させ、連続して、
ｎ，ｉ，ｐ／ｎ，ｉ，ｐ型半導体層を積層形成した。帯
状基板の全長に亘って半導体層を積層形成し、冷却後取
り出し、更に、連続モジュール化装置（不図示）にて３
５cm×７０cmの太陽電池モジュールを連続作製した。

【００５０】作製した太陽電池モジュールについて、Ａ
Ｍ１．５（１００mW/cm²）光照射下にて特性評価を行な
ったところ、光電変換効率で７．６％以上が得られ、更
にモジュール間の特性のバラツキは１０％以内であっ
た。

【００５１】また、ＡＭ１．５（１００mW/cm²）光の５
００時間連続照射後の光電変換効率の初期値に対する変
化率を測定したところ１５％以内に納まった。

【００５２】これらのモジュールを接続して１kWの電力
供給システムを作製することができた。

【００５３】実施例３ 本実施例においては、実施例２と同様に図４の断面模式
図に示す層構成のａ−Ｓｉ／ａ−Ｓｉタンデム型光起電
力素子を図２に示すロールトゥロール装置２４２を一部
改造した装置（不図示）を用いて作製した。図２の装置
と異なるのは第２のｎ型チャンバーに第１または第２の
ｐ型チャンバーと全く同じ本発明の半導体表面処理装置
を用いたことである。第１及び第２のｐ型チャンバーに
は蒸発源として粒状のほう素（９９％）を、また第２の
ｎ型チャンバーには粒状のリン（９９％）を仕込んだ。

【００５４】このようなロールトゥロール装置を用いて
光起電力素子４１３を作製した。

【００５５】まず、実施例２と同様にステンレス鋼製帯
状基板を連続スパッタ装置にセットし、Ａｌ−Ｓｉ（５
％Ｓｉ）をターゲットとして用いて０．５μｍのＡｌ−
Ｓｉ薄膜を、また連続してＺｎＯ（99.99％）をターゲ
ットとして用いて０．５μｍのＺｎＯ薄膜をスパッタ蒸
着し、下部電極４０２を形成した。

【００５６】ひき続き、該下部電極４０２の形成された
帯状基板をロールトゥロール装置にセットした。その
後、排気ポンプにて、各チャンバーの排気管を介して真
空引き操作を行なった。この時、基板の表面温度は２５
０℃となるよう、温度制御機構により制御した。

【００５７】十分に排気が行なわれた時点で、ガス導入
管より、第１のｎ型チャンバーにはＳｉＨ₄／ＰＨ₃／Ｈ
₂を、第１及び第２のｉ型チャンバーにはＳｉＨ₄／Ｓｉ
Ｆ₄／Ｈ₂を、ガスゲートにはＡｒガスを導入し、スロッ
トルバルブの開度を調整して、第１のｎ型及び第１、２
のｉ型チャンバーの内圧を１００mTorrに保持した。ま
た第２のｎ型チャンバー及び第１、第２のｐ型チャンバ
ーの圧力はそれぞれ５０mTorrに保持した。

【００５８】圧力が安定したところで、各高周波電源よ
り電力を投入し各々のチャンバー内でプラズマを生起さ
せ、また蒸発源加熱装置、紫外光源の電源も投入して、
放電等が安定したところで帯状基板を搬送スピード２０
cm/minで搬送させ、連続して、ｎ，ｉ，ｐ／ｎ，ｉ，ｐ
型半導体層を積層形成した。

【００５９】帯状基板の全長に亘って半導体層を積層形
成し、冷却後取り出し、更に、連続モジュール化装置に
て３０cm×１２０cmの太陽電池モジュールを連続作製し
た。作製した太陽電池モジュールについて、ＡＭ１．５
（１００mW/cm²）光照射下にて特性評価を行なったとこ
ろ、光電変換効率で８．０％以上が得られ、更にモジュ
ール間の特性のバラツキは１０％以内に納まっていた。

【００６０】また、ＡＭ１．５（１００mW/cm²）光の５
００時間連続照射後の光電変換効率の初期値に対する変
化率を測定したところ１４％以内に納まった。

【００６１】実施例４ 本実施例においては、図５の断面模式図に示す層構成の
ａ−ＳｉＣ／ａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧｅトリプル型光起電
力素子を図２に示すロールトゥロール装置２４２を一部
改造した装置（不図示）を用いて作製した。本実施例で
用いた装置は、実施例２で用いた装置に更に第３のｎ
型、ｉ型及びｐ型チャンバーを追加したものであり、第
１、第２及び第３のｐ型チャンバーのみが本発明の半導
体表面処理チャンバーであり、他のチャンバーはプラズ
マＣＶＤチャンバーである。

【００６２】図５に示す光起電力素子は、基板５０１上
に下部電極５０２、第１のセル５１４を構成するｎ型半
導体層５０３、ｉ型半導体層５０４、ｐ型半導体層５０
５、更に第２のセル５１５を構成するｎ型半導体層５０
６、ｉ型半導体層５０７、ｐ型半導体層５０８、更に第
３のセル５１６を構成するｎ型半導体層５０９、ｉ型半
導体層５１０、ｐ型半導体層５１１、更に透明電極５１
２及び集電電極５１３をこの順に堆積形成した光起電力
素子５１７である。なお、本光起電力素子では透明電極
５１２の側より光の入射が行なわれることを前提として
いる。

【００６３】このようなロールトゥロール装置を用いて
光起電力素子５１７を作製した。

【００６４】まず、実施例２と同様にステンレス鋼製帯
状基板を連続スパッタ装置にセットし、Ａｌ（99.9％）
をターゲットとして用いて０．３μｍのＡｌ薄膜を、ま
た連続してＺｎＯ（99.99％）をターゲットとして用い
て０．３μｍのＺｎＯ薄膜をスパッタ蒸着し、下部電極
５０２を形成した。

【００６５】ひき続き、該下部電極５０２の形成された
帯状基板をロールトゥロール装置にセットした。その
後、排気ポンプにて、各チャンバーの排気管を介して真
空引き操作を行なった。この時、基板の表面温度は２５
０℃となるよう、温度制御機構により制御した。

【００６６】十分に排気が行なわれた時点で、ガス導入
管より、各ｎ型チャンバーにはＳｉＨ₄／ＰＨ₃／Ｈ
₂を、第１のｉ型チャンバーにはＳｉＨ₄／ＧｅＨ₄／Ｈ₂
を、第２のｉ型チャンバーにはＳｉＨ₄／ＳｉＦ₄／Ｈ₂
を、第３のｉ型チャンバーにはＳｉＨ₄／ＣＨ₄／Ｈ
₂を、またガスゲートにはＡｒガスを導入し、スロット
ルバルブの開度を調整して、各ｎ型及びｉ型チャンバー
の圧力を１００mTorrに保持した。また各ｐ型チャンバ
ーの圧力は５０mTorrに保持した。

【００６７】圧力が安定したところで、各高周波電源よ
り電力を投入し各々のチャンバー内でプラズマを生起さ
せ、また蒸発源加熱装置、紫外光源の電源も投入して、
放電等が安定したところで帯状基板を搬送スピード３０
cm/minで搬送させ、連続して、ｎ，ｉ，ｐ／ｎ，ｉ，ｐ
／ｎ，ｉ，ｐ型半導体層を積層形成した。

【００６８】帯状基板の全長に亘って半導体層を積層形
成し、冷却後取り出し、更に、連続モジュール化装置に
て３０cm×１２０cmの太陽電池モジュールを連続作製し
た。作製した太陽電池モジュールについて、ＡＭ１．５
（１００mW/cm²）光照射下にて特性評価を行なったとこ
ろ、光電変換効率で９．３％以上が得られ、更にモジュ
ール間の特性のバラツキは８％以内に納まっていた。

【００６９】また、ＡＭ１．５（１００mW/cm²）光の５
００時間連続照射後の光電変換効率の初期値に対する変
化率を測定したところ８％以内に納まった。

【００７０】これらのモジュールを接続して５kWの電力
供給システムを作製することができた。

【００７１】実施例５ 本実施例においては図６に示すような構成の多結晶Ｓｉ
太陽電池について説明する。Wacker社製の表面が研磨さ
れた直径６インチのｎ型多結晶Ｓｉウェハー（比抵抗２
ohm-cm）を基板として用意した。フッ酸にて自然酸化膜
を除去した後、この基板を図１の装置に研磨面が表向き
となるようセットした。蒸発源として純度99.9％の粒状
のＧａを坩堝１１０に仕込んだ。ドーピング条件として
は、アルゴンガス流量２０sccm、圧力５mTorr、基板温
度１００℃、放電の電力は５００Ｗとし、放電および紫
外光源からの紫外光の照射を１５０秒継続してｐ型領域
６０２を形成した。ついで蒸発源を純度99.9％の粒状の
Ｓｂに交換し、基板を裏返しにセットしなおした以外は
同様のドーピング条件で、ｎ⁺型領域６０３を形成し
た。このｎ⁺領域６０３はいわゆるバックサーフェスフ
ィールドを形成し、キャリアの電極近傍での再結合を防
ぎ、更にオーミック性を向上させる為のものである。つ
いで両面にＴｉ、Ｐｄ、Ａｇの積層からなる電極６０
４，６０５を電子ビーム蒸着法で形成した。表面の電極
は光の入射をあまり妨げないようマスクをかけてグリッ
ド状とした。電極を形成した後４００℃にて２分間シン
タリングを行なった。ついで表面にＺｎＳとＭｇＦ₂を
積層し反射防止層６０６とした。

【００７２】この試料を２ｃｍ角に切って太陽電池特性
を評価したところ、ηが１７．０±０．５％と極めて優
れた特性及び均一性が示された。

【００７３】実施例６ 本実施例は図７にその断面構造を示すａ−Ｓｉ ＴＦＴ
の例である。コーニング＃７０５９ガラスを基板７０１
としてこの上にＣｒを蒸着し、さらにフォトリソグラフ
ィー工程にてゲート電極７０２を形成した。ついで市販
の容量結合型高周波グロー放電装置にてＳｉＨ₄とアン
モニア（ＮＨ₃）を原料ガスとして厚さ３０００Åのア
モルファス窒化シリコン（ａ−ＳｉＮ）膜７０３を堆積
した。この上に同じ装置を用いて厚さ２０００Åのｉ型
ａ−Ｓｉ層７０４を堆積した。この上に同じ装置で再び
厚さ３０００Åのａ−ＳｉＮ層を堆積しチャネル部７０
５を残してフォトリソグラフィー工程にてエッチングし
た。この後試料を図１に示す本発明の半導体表面処理装
置にセットし蒸発源として純度９９％の粒状のリンを用
い、ドーピング条件として、アルゴンガス３０sccm、圧
力２mTorr、基板温度８０℃、放電電力８００Ｗとし
て、放電及び紫外光源より紫外光の照射を２００秒間継
続しｎ⁺型の領域７０６を形成した。ここでチャネル部
のａ−ＳｉＮ７０５は絶縁体であるため表面にドーピン
グによる低抵抗領域ができる事はない。ついでこの上に
Ａｌを厚さ２０００Å蒸着し、さらにチャネル部をフォ
トリソグラフィー工程にてエッチングしソース部７０
７、ドレイン部７０８としてＴＦＴを形成した。尚ここ
でチャネル長は１０μｍである。

【００７４】このようにして製造されたＴＦＴのゲー
ト、ソース、ドレインに各々導線を固着しトランジスタ
特性を２０cm角の範囲に渡って評価した。ドレイン電圧
１５Ｖの時、ゲート電圧１５Ｖと０ＶとのＯＮ／ＯＦＦ
比は２．３×１０⁵倍±１０％と優れたものであった。
本発明の方法ではチャネル部がａ−ＳｉＮで保護されエ
ッチング等の処理を受けないためＯＮ／ＯＦＦ比が大き
く且つ均一性も優れていると考えられる。従って本発明
の方法によるＴＦＴは大型の液晶ディスプレーのアクテ
ィブマトリックス回路に用いるのに最適なものである。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による方法
及び装置は真空蒸着を応用したものであるため、半導体
デバイスの製造において、特性の優れたｐ型またはｎ型
の半導体を大面積に渡り均一性よく、短い処理時間で製
造することができ、特に高性能な太陽電池や液晶ディス
プレーの様な大面積の半導体デバイスの低コストでの製
造を可能とした。

【００７６】また、大面積化が容易なため量産性の高い
ロールトゥロール装置にも応用でき、大幅なスループッ
トアップ及び低コスト化が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を用いた本発明の半導体表面処理
装置を示す。

【図２】本発明の装置をロールトゥロール装置に組み込
んだ例を示す。

【図３】本発明を用いて作製したｐｉｎ型ａ−Ｓｉ光起
電力素子の断面模式図である。

【図４】本発明を用いて作製したａ−Ｓｉ／ａ−Ｓｉタ
ンデム型光起電力素子の断面模式図である。

【図５】本発明を用いて作製したａ−ＳｉＣ／ａ−Ｓｉ
／ａ−ＳｉＧｅトリプル型光起電力素子の断面模式図で
ある。

【図６】本発明を用いて作製した多結晶シリコン光起電
力素子の断面模式図である。

【図７】本発明を用いて作製したａ−ＳｉＴＦＴの断面
模式図である。

【符号の説明】

１０１ 半導体表面処理装置 １０２ 処理室 １０３ 高周波電源 １０４ 絶縁物 １０５ 陰極 １０６ 被処理基板 １０７ 不活性ガス導入管 １０８ バルブ １０９ 陽極 １１０ 坩堝 １１１ フィラメント １１２ 排気口 １１３ 蒸発源加熱用電源 １１４ シールド １１５ 紫外光導入窓 １１６ 紫外光源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 減圧にされた半導体表面処理室内に於い
   て、ドーパント元素を含む蒸発源を熱エネルギーにより
   蒸発させることにより粒子化し、該粒子を不活性ガスプ
   ラズマにさらすことにより一部または全部をイオン化し
   てドーパントイオン種を形成し、電界で加速し半導体表
   面に衝突させると同時に、該半導体表面に紫外光を照射
   することにより半導体表面の表面エネルギーを高め、加
   速されたドーパントイオン種による表面打ち込み及び内
   部への拡散を促進させ不純物のドーピングを行なうこと
   を特徴とする半導体表面処理方法。
2. 【請求項２】 半導体表面処理室、該処理室内に設けら
   れた半導体表面を有する被処理基体、前記処理室を減圧
   状態に保持するための排気手段、前記処理室内に設置さ
   れたドーパント元素を含む蒸発源、該蒸発源を加熱蒸発
   するための蒸発源加熱手段、前記処理室内に不活性ガス
   を導入するためのガス導入手段、被処理基体表面に紫外
   光を照射するための光源、蒸発源から蒸発した粒子をイ
   オン化してドーパントイオン種を形成するためのプラズ
   マ誘起手段およびドーパントイオン種を加速し半導体表
   面に衝突させるためのイオン種加速手段とを有し、照射
   された紫外光により被処理基体の表面エネルギーを高
   め、加速されたドーパントイオン種による表面打ち込み
   及び内部への拡散を促進することを特徴とする半導体表
   面処理装置。