JPH09310180A - Surface treatment, surface treating device, semiconductor device formed using the same and its production - Google Patents
Surface treatment, surface treating device, semiconductor device formed using the same and its productionInfo
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- JPH09310180A JPH09310180A JP8123468A JP12346896A JPH09310180A JP H09310180 A JPH09310180 A JP H09310180A JP 8123468 A JP8123468 A JP 8123468A JP 12346896 A JP12346896 A JP 12346896A JP H09310180 A JPH09310180 A JP H09310180A
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Abstract
Description
【0001】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface treatment method, a surface treatment apparatus, a semiconductor device formed by using the surface treatment apparatus, and a method for manufacturing the same, and more particularly, to film formation having a gradient in film thickness. A method and apparatus for enabling.
【0002】[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。2. Description of the Related Art In a state in which a gas is converted into a plasma by an induction plasma method or a DC plasma jet method, and the gas is activated and the reactivity is enhanced, the plasma-converted gas is jetted at high speed toward the surface of a substrate to be processed. The technique of performing a surface treatment such as thin film formation or etching is already known, and is widely used for forming or etching a semiconductor thin film.
【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。When a thin film is formed by using plasma, it is necessary to guide the gas, which has been converted into plasma and whose reactivity is enhanced, to reach the substrate to be processed at a supersonic speed in a short time. There is. This is for the following reasons. If the plasma gas cannot be guided to the substrate in a short time, the excited state (active state) cannot be maintained, and the adhesion between the substrate and the reaction product decreases, and This is because inconvenience such as peeling of an object may occur, or the film forming rate may be reduced, and the working efficiency may be reduced. In addition, in the case of etching, inconveniences such as a decrease in etching rate may occur.
【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。[0004] Further, since the temperature of the gasified plasma is extremely high, when the gas reaches the substrate to be processed, the temperature of the gas must be lowered to a temperature that can withstand the substrate to be processed. If the temperature reaches a high temperature, not only the surface of the substrate to be processed is damaged, but also a film formation defect may occur.
【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。[0005] It is also required to prevent impurities from being mixed into the plasma-formed reactive gas. This is because the contamination of the impurities causes deterioration of the film quality.
【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。Accordingly, the present inventors have satisfied the above requirements,
A surface treatment apparatus having an improved structure has been proposed, which is intended to improve work efficiency, film quality and etching characteristics.
【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。In this apparatus, as shown in FIG. 10, a high frequency induction coil is wound around a Laval nozzle (also referred to as a divergent nozzle) 1. This Laval nozzle 1 has a gas introduction portion 2 configured so that its cross-sectional area is gradually reduced.
And a throat portion (throat portion) 3 connected to the gas introduction portion 2 so as to have a minimum cross-sectional area A1 (diameter d1) in the entire nozzle, and a predetermined divergence angle connected to the throat portion 3 The cross-sectional area gradually expands with the maximum cross-sectional area A2
(Diameter d2) and the gas injection part 4 configured. Then, when the reactive gas 6 is introduced from the gas introduction port 2a at the opening end of the gas introduction unit 2, the cross-sectional area in the gas introduction unit 2 gradually becomes smaller as the gas advances, and is stabilized at the throat portion. After that, the reactive gas, which is accelerated by adiabatic expansion in the gas injection unit 4 and turned into plasma at a flow velocity higher than the sonic velocity, is injected to the substrate S to be processed provided so as to face the nozzle outlet 4a. It was done so.
【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。An induction coil 5 is wound around the outer periphery of the throat portion 3 so that a high frequency current can be passed through the induction coil 5. For this reason, when the induction coil 5 is energized, an induction electromagnetic field is formed in the throat portion 3, the gas that has been densified and passes through the throat portion 3 is heated and plasma-excited. Then, the plasma-excited high-density gas is expanded and accelerated by the expansion of the nozzle diameter of the gas ejection pipe 4 on the downstream side.
The supersonic plasma jet 7 is ejected from a.
【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。Since an electrodeless plasma device utilizing an induction electromagnetic field is used here, the plasma gas and the electrode are in direct contact as in the case of using a direct current (DC) plasma device, and as a result, It is possible to prevent the electrode material (tungsten or the like) from being mixed into the plasma gas due to the consumption of the electrode, and to prevent the mixing of impurities.
【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。Now, it is assumed that the high-density reactive gas 6 to be injected onto the substrate S to be processed is supplied from the gas inlet 2a into the Laval nozzle 1. Then, as described above, in the throat portion 3, since the high frequency current is applied to the high frequency induction coil 5, an induction electromagnetic field is generated in the tube, and the energy of this field heats the high density gas to generate plasma. To be done.
【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。The heated and plasmated high-density gas is expanded and accelerated due to the expansion of the nozzle by the gas jet pipe 4 on the downstream side, and becomes a supersonic plasma jet 7 from the gas jet port 4a to be treated substrate. Is jetted toward.
【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。By using such a surface treatment apparatus, it is possible to improve work efficiency, film quality and etching characteristics.
【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。By the way, research on solar cells has been advanced in recent years, and a solar cell using a polycrystalline silicon thin film is a widely used device because it is easy to increase the area and is inexpensive. . As shown in FIG. 8, an example of a solar cell is a transparent electrode 1 formed on the surface of a glass substrate 10.
1 and a polycrystalline silicon p-layer 1 sequentially stacked on top of this
2p polycrystalline silicon i layer 12i, polycrystalline silicon n layer 1
A polycrystalline silicon thin film 12 having a three-layer structure composed of 2n,
Further, it is composed of a metal electrode 13 formed on this upper layer. By the way, there is a problem that such a polycrystalline silicon thin film has a low absorption efficiency for visible light.
【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。Therefore, as shown in FIG. 2, a method is considered in which the polycrystalline silicon thin film 12 is made to have a film thickness gradient and the absorption light is increased by multiple reflection.
【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。Generally, it is not easy to give a gradient to the thickness of the polycrystalline silicon thin film. Therefore, as shown in an example of the manufacturing process in FIGS. 9A to 9C, a transparent glass substrate is used. 10
A transparent electrode 11 made of an indium tin oxide layer is formed on the surface, a polycrystalline silicon layer 12 is formed, a film thickness gradient is formed by etching, and then a polycrystalline silicon p layer 12p is formed by ion implantation. Polycrystalline silicon i-layer 12i,
A polycrystalline silicon thin film 12 having a three-layer structure including a polycrystalline silicon n layer 12n is formed. And finally the metal electrode 1
Although it can be formed by forming No. 3, it is extremely difficult to form a film thickness gradient with good controllability by etching in the actual process. Further, even if a good gradient can be formed in the film thickness, the polycrystalline silicon i layer 12i and the polycrystalline silicon n layer 12n on the surface side have uniform film thicknesses at the time of ion implantation. Only the silicon p-layer 12p has a gradient,
There is a problem that a sufficient multiple reflection structure cannot be obtained.
【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。As described above, performing film formation or etching with a gradient in film thickness is effective not only for the solar cell but also for other devices or in the region where the wiring density is significantly different in each region. It is required when selecting the film thickness.
【0017】[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。As described above, the present invention is
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a surface treatment method and a surface treatment apparatus that perform controllable film formation or etching with a gradient in film thickness.
【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。Another object of the present invention is to provide a highly efficient and highly reliable solar cell or semiconductor device.
【0019】[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。Therefore, a first feature of the present invention is that in a surface treatment method for treating the surface of a substrate to be treated by injecting a gas plasma onto the surface of the substrate to be treated, a reactive gas is added. By supplying into the electric field and exciting the plasma, a step of generating a gas plasma, a step of adiabatically expanding the gas plasma and accelerating in a desired direction so as to have a flow velocity higher than the sonic velocity, and with respect to the acceleration direction And injecting the accelerated gas plasma toward the surface of the substrate to be processed that is inclined so as to have an inclination angle θ.
【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。A second feature of the present invention is that a cross-sectional area is gradually reduced in a surface treatment apparatus that performs a surface treatment on a substrate to be treated by injecting a gas plasma onto the surface of the substrate to be treated. A configured gas introduction part, a throat part connected to the gas introduction part and configured to have a minimum cross-sectional area of the entire nozzle, and a throat part connected to the throat part, and the cross-sectional area gradually increases with a predetermined spread angle. And a gas injection unit configured to have a maximum cross-sectional area, and the gas passing through the nozzle is adiabatically expanded and accelerated so as to be injected from the gas injection unit at a flow velocity higher than the sonic velocity. A supersonic nozzle forming a gas flow path, a plasma generating means for plasma-exciting a gas passing through the nozzle in a part of the flow path of the supersonic nozzle, and an inclination with respect to an acceleration direction of the gas plasma. The so as to have an angular θ lies in the and a substrate supporting means for supporting a substrate to be processed.
【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。Further, a third feature of the present invention is that a first electrode formed on the surface of a substrate, a polycrystalline silicon thin film sequentially laminated on the first electrode, and a polycrystalline silicon thin film further laminated thereon are formed. A solar cell including a second electrode is characterized in that the polycrystalline silicon thin film has a pin or pn structure having a constant film thickness ratio throughout.
【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。A fourth feature of the present invention is a method for forming a semiconductor device by sequentially laminating a first electrode, a silicon thin film having a pin or pn structure, and a second electrode on a surface of a substrate. In the step of forming the silicon thin film, the reactive gas is heated and supplied into the electric field to be turned into plasma to generate gas plasma, and the gas plasma is adiabatically expanded to have a flow velocity higher than the sonic velocity. Including a step of accelerating in a desired direction and a step of injecting the accelerated gas plasma toward the surface of the substrate that is inclined to have an inclination angle θ with respect to the acceleration direction, P with a constant film thickness ratio
It is characterized in that the silicon thin film is formed so as to form an in or pn structure.
【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。In the apparatus and method of the present invention,
Strictly speaking, "adiabatic" state cannot be created, but the term "adiabatic" is used to mean a state where heat flow is extremely low.
【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。The plasma flow flows in the direction of the central axis of the nozzle even downstream of the nozzle outlet, but in actual operation, it also diffuses in the direction perpendicular to the traveling direction. Therefore, the plasma density decreases with increasing distance from the nozzle outlet. The present invention has been made paying attention to this point, and by inclining the substrate to be processed with respect to the nozzle outlet, the film formed becomes thinner as the distance d from the center of the nozzle increases. The rate of thinning, that is, the gradient of the film thickness can be arbitrarily changed by setting the inclination angle θ emitted from the nozzle outlet. On the other hand, when used for etching, by tilting the substrate to be processed with respect to the nozzle outlet, the etching rate becomes slower and the etching amount becomes smaller as the distance d from the center of the nozzle increases. The gradient of the etching amount can be arbitrarily changed by setting the inclination angle θ emitted from the nozzle outlet.
【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。According to the present invention, the reactive gas to be jetted onto the surface of the substrate S to be processed is turned into plasma and becomes highly reactive (excited state, active state). Then, the plasma-excited gas is adiabatically expanded by the supersonic nozzle and accelerated so as to have a flow velocity higher than the sonic velocity, and this accelerated gas is jetted toward the surface of the substrate S to be processed.
In this way, the plasma-excited gas in a highly reactive state, that is, the plasma flow, reaches the substrate S to be processed, which is an injection target, at supersonic speed in a short time.
【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。As a result, the plasma flow reacts with the surface of the substrate S to be processed while maintaining a high reactivity, and when the apparatus is used for film formation, it reacts with the substrate S to be processed. The adhesion with the product is improved, and the inconvenience of peeling off the reaction product can be avoided. Further, since the plasma flow reaches the surface of the substrate to be processed in a short time, the film forming speed is increased and the working efficiency is also improved. Further, the temperature of the gas that has been heated and turned into plasma is lowered to a temperature at which the substrate S to be processed can withstand due to adiabatic expansion, so that deterioration of the substrate S to be processed can be prevented.
【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。Further, when the plasma generating means is constituted by a high frequency induction coil wound outside the nozzle, the reactive gas can be heated and turned into plasma without using an electrode which is in direct contact with the plasma gas. Therefore, impurities (electrode material) that accompany consumption of the electrode are not mixed in the generated plasma flow, and the film quality is improved during film formation. In addition, a clean etching surface can be obtained during etching.
【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。Furthermore, according to the solar cell of the present invention,
Incident light can be taken in favorably, and high efficiency can be achieved by intra-film multiple reflection.
【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。Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is possible to obtain a pin structure in which the film thickness is controlled with high accuracy without causing surface contamination by merely inclining the substrate with respect to the plasma flow.
【0030】[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。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.
【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。As shown in FIG. 1, the surface treatment apparatus according to the embodiment of the present invention is designed so that when the film is formed by using the Laval nozzle 1, the surface treatment apparatus has an inclination angle θ with respect to the acceleration direction of the plasma flow 7. It is characterized in that a glass substrate as the processing substrate S is arranged in an inclined manner, gas plasma is jetted, and a polycrystalline silicon film having an inclined film thickness structure is formed by a plasma CVD method. In this example, a multi-reflection solar cell as shown in FIG. 2 is formed, and the p-layer, the i-layer, and the n-layer of the polycrystalline silicon layer 12, which is the photoelectric conversion layer, have different thicknesses at the same ratio. Provide structure. The detailed structure of the polycrystalline silicon layer 12 of this solar cell is shown in FIG. In manufacturing, as shown in the manufacturing process diagrams in FIGS. 4A to 4C, first, the first electrode 1 is formed on the surface of the glass substrate 10.
1, an indium tin oxide layer is formed by a sputtering method or the like, and then the polycrystalline silicon p-layer 1 is sequentially formed on the first electrode 11 by using the surface treatment apparatus shown in FIG.
2p, a polycrystalline silicon i layer 12i, and a polycrystalline silicon n layer 12n are sequentially laminated. In this apparatus, by arranging the glass substrates in an inclined manner, it is possible to obtain a polycrystalline silicon thin film having a pin structure having a constant film thickness ratio throughout. Finally, the second electrode 13 made of chromium is formed again by the sputtering method or the like to complete the solar cell.
【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。Next, the surface treatment apparatus will be described.
In this device, the reactive gas passing through the nozzle is adiabatically expanded and injected from the nozzle outlet 4a at a flow velocity u higher than the sonic velocity a under the conditions described later, which is a supersonic nozzle Laval nozzle ( Also called Suehiro nozzle)
1 is configured.
【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。The Laval nozzle 1 is a medium-thin nozzle, and the reactive gas 6 (for example, a mixed gas of SiH 4 and H 2 ) to be sprayed on the surface of the glass substrate 10 as the substrate s to be processed.
Is introduced from the gas introduction port 2a (50 mmΦ), and the minimum cross-sectional area A1 (diameter d1:
16mmΦ) Throat (throat) 3 and the cross-sectional area gradually expands with a constant spread angle, and the maximum cross-sectional area A2
It is composed of a gas injection pipe 4 from which a plasma flow 7 is injected from a gas injection port 4a (diameter d2: 40 mmΦ). The glass substrate 10 as the substrate S to be processed is
It is arranged by a supporting means (not shown) so that the plasma flow 7 ejected from the ejection port 4a of the Laval nozzle 1 has an inclination angle θ.
【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。An induction coil 5 (coil diameter: 16 mm, number of coil windings: 5) is wound around the outer periphery of the throat portion 3 as a plasma generating means. When a high frequency current is applied to the induction coil 5, the throat portion 3 is energized. An inductive electromagnetic field is formed in 3 and the gas passing through the throat portion 3 is heated and turned into plasma. Since an electrodeless plasma generating means utilizing an induction electromagnetic field is used here, D
Unlike the C plasma device, the plasma gas and the electrode are in direct contact with each other, and the electrode material (tungsten etc.) is not mixed into the plasma gas due to the consumption of the electrode, and the mixing of impurities is prevented. can do.
【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。First, the glass substrate 10 on the surface of which the first electrode 11 is formed has an inclination angle θ: 20 with respect to the central axis of the nozzle.
The temperature of the substrate is 400 ℃
And Then, from the gas inlet 2a to the Laval nozzle 1
Inside, a mixed gas of SiH 4 and H 2 (SiH 4 : 5 scc
m, H 2: 500sccm) the B 2 H as an impurity gas
6 (500 sccm in H 2 dilution). In the throat section 3, when a high-frequency current (500 W, 13.56 MHz) flows through the high-frequency induction coil 5,
An induced electromagnetic field is generated in the tube, and the energy of this field heats the high-density gas into plasma.
【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。The heated and plasmated high-density gas is expanded and accelerated due to the expansion of the nozzle by the gas jet pipe 4 on the downstream side, and is jetted as a supersonic plasma stream 7 from the gas jet port 4a. It By guiding this plasma flow 7 onto the glass substrate 10 installed with an inclination angle θ, a polycrystalline silicon p layer 12p is formed with a film thickness gradient structure. When the glass substrate is installed at an inclination angle θ, the film formed has a thickness of 1 μm at one end and about 5 μm at the other end. Here, the inclination angle θ is from 5 degrees
It is desirable to set it to about degree.
【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。According to the theory of gas dynamics, in the case of diatomic gas, for example, the ratio P1 / P0 of the stagnation pressure P0 of the introduced reactive gas 6 and the pressure P1 downstream of the injection port 4a is about 0. 0.52 or less, the cross-sectional area A1 of the throat portion 3 and the injection port 4a
When the ratio of the cross-sectional area A2 (the divergent ratio) A2 / A1 exceeds 1, the gas is adiabatically expanded, and the injection velocity becomes a supersonic velocity, that is, the velocity u larger than the sonic velocity a.
【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。The divergence angle α before and after the throat portion 3
Is too large, separation of the boundary layer occurs on the wall surface, so it is necessary to set it to an appropriate size, for example, about 15 °.
【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。The high-density reactive gas heated and plasmatized in the throat portion 3 is excited by the heat into a highly reactive state, that is, a state in which it easily reacts on the glass substrate 10. However, since this highly reactive gas has a very high temperature, and reaches as high as 10,000 degrees Celsius in some cases, when it is jetted onto the glass substrate 10, the glass substrate 10 can withstand this temperature. Sometimes there is not.
【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。However, the Laval nozzle 1 is designed so that the reactive gas passing through the inside thereof is adiabatically expanded as described above, so that the Laval nozzle 1 is rapidly cooled in this adiabatic expansion process until it reaches the surface of the glass substrate 10. The temperature is appropriate so that the glass substrate is not deteriorated.
Since the temperature at this time is determined by the divergence ratio A2 / A1 (0.4 in this example), an arbitrary temperature can be obtained depending on the design conditions of the nozzle 1.
【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。Furthermore, since the plasma flow 7 has a supersonic velocity, the time required to reach the glass substrate 10 is extremely short, and the state excited by heating and plasma generation before reaching the glass substrate 10 is the original. It never returns to the state. Thus, the temperature can be lowered to an appropriate temperature while maintaining the so-called excited state. Therefore, the adhesion between the indium tin oxide electrode 11 on the surface of the glass substrate 10 and the polycrystalline silicon p-layer 12p, which is a reaction product, is improved, and there is no inconvenience such as peeling of the reaction product. Therefore, the film quality can be improved. Further, since the injection is completed in a short time, the film forming speed is increased, and the working efficiency is also improved.
【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。The phenomenon described above is explained as follows by the theory of one-dimensional fluid dynamics.
【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。That is, the relationship between the fluid temperature and the flow velocity in the adiabatic flow of perfect gas is expressed by the following equation.
【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。T0 = T + (1/2) · {(γ−1) / (γ · R)} · (u) 2 (1) Alternatively, T0 / T = 1 + {(γ−1) / 2} (M) 2 (2) where T 0: total temperature of flow (approximately equal to temperature of throat section 3 which is a heating section) T: static temperature of flow (so-called temperature) γ: specific heat ratio of gas R: Gas constant u: Flow velocity M: Mach number.
【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。The above equation (2) is obtained by rewriting the above equation (1) using the Mach number (u / a, a: speed of sound).
Further, the Mach number M is uniquely determined as a function of the Suehiro ratio A2 / A1.
【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。From the above equation (1), it can be seen that in the adiabatic expansion process, the value of the total temperature T0 is kept constant, so that the static temperature T decreases as the flow velocity u increases. That is,
The higher the flow rate, the more rapid the temperature drop.
【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。From the equation (2), the temperature ratio T0 / T
Increases in proportion to the square of the Mach number M. For example, in the case of a diatomic gas (γ = 1.4), the Mach number M = 5
At this time, the temperature ratio T0 / T = 6. That is, it can be seen that the plasma temperature T can be lowered to a temperature suitable for the substrate S to be processed by adiabatically accelerating the reactive plasma heated to a high temperature to a high Mach number using the Laval nozzle 1. At this time, since the plasma particles are accelerated at a very high speed (for example, T = 1500
(K), γ = 1.4, R = 500 (J / kgK), M =
In the case of 5, u = 5123 (m / s)), the time to reach the substrate S to be treated (glass substrate 10) is very short, and the plasma is treated at a low temperature while maintaining the initial activation state. The substrate S can be reached.
【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。Since the low-temperature / high-speed plasma stream 7 having high activity is supplied to the glass substrate 10 as the substrate to be treated as a particle bundle having a good directivity, the use efficiency of the raw material gas is extremely high. It also has Furthermore, as described above, the plasma does not cause contamination due to the electrode material.
【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。Subsequently, the supply of B 2 H 6 as an impurity gas is stopped, a mixed gas of SiH 4 and H 2 is flown, and similarly, a polycrystalline silicon i layer 12i is formed with a film thickness gradient structure. The film formed here is 0.5 μm at one end,
The other end has a film thickness of about 2.5 μm.
【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。Finally, PH 3 as an impurity gas
(500 sccm diluted with H 2 ) was caused to flow together with a mixed gas of SiH 4 and H 2 , and the polycrystalline silicon n layer 12n was similarly formed.
Are formed with a film thickness gradient structure. After that, the second electrode 13 made of chromium is formed by a sputtering method or the like to complete the solar cell. The solar cell thus formed was able to obtain a power generation efficiency of 4.2% due to the light confining effect due to the multiple reflection in the film. On the other hand, in the conventional solar cell formed with the inclination angle of 0, the power generation efficiency is 2.
8%.
【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。As described above, according to this embodiment, a solar cell having a highly accurate film thickness gradient structure can be formed with good reproducibility. Further, the film thickness ratio can be made constant with good controllability only by switching the gas, an optimum film thickness gradient structure can be obtained, and the inclination angle of the joint surface can be well controlled. Becomes As compared with the case where a polycrystalline silicon film is formed as in the conventional method shown in FIG. 9 and then a graded film thickness structure is formed by etching, and the bonding surface is formed by performing ion implantation or the like, the position of the bonding surface and The controllability of the film thickness is also good and the reliability is high.
【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。Although the glass substrate is used in the above embodiments, a stainless steel substrate may be used as the first electrode on the substrate side and the translucent electrode on the second electrode side.
【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。Furthermore, according to the surface treatment apparatus of the present invention, the high-density and highly reactive gas can be lowered to an arbitrary temperature and introduced onto the substrate S to be treated. As a result, only the working efficiency can be improved. The quality of the film can be improved significantly.
In this embodiment, the coil 5 is provided on the throat portion 3, but the present invention is not limited to this, and the coil 5 can be provided at any location of the nozzle 1.
【0054】次に、本発明の第2の実施例について説明
する。Next, a second embodiment of the present invention will be described.
【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。FIG. 5 shows that at least the outlet of the nozzle 1 has a desired pressure P1 so that the outlet pressure P1 of the nozzle 1 can be adjusted to an arbitrary pressure and the pressure ratio P1 / P0 can be set to an arbitrary value. 2 shows an embodiment arranged in the chamber 18 controlled by the above. In addition, the same components as those in FIG. As shown in FIG. 5, the throat portion 3 and the gas injection pipe 4 are provided in the vacuum chamber 18, and the support 14 that supports the substrate S to be processed in an inclined state is provided in the chamber 18. Has been done. The air in the vacuum chamber 18 is the exhaust pump 2
Exhausted by 3. The amount of gas supplied to the gas introduction pipe 2 is adjusted by the first adjusting valve 21 for adjusting the amount of gas supply arranged in the gas supply pipe 16, and the outlet pressure P1 of the jet plasma flow 7 is adjusted by P1. Second regulating valve 22 for
Will be adjusted by The pressure P0 in the gas introduction pipe 2 is P0
The outlet pressure P1 of the gas injection pipe 4 is detected by the measuring gauge 19 and the outlet pressure P1 of the gas injection pipe 4 is detected by the P1 measuring gauge 20, and the detection results are used as feedback signals to adjust the first and second adjusting valves 21 and 22. Then, the pressure ratio P1 / P0 is set to a predetermined value. In addition, 1
Reference numeral 7 is a high frequency power source for supplying a current to the high frequency induction coil 5.
【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。In this example, an optical position detecting device as shown in FIG. 6 and a method for manufacturing the same will be described. Here, a mixed gas of SiH 4 and H 2 is used as the reactive gas 6 to be supplied, and the amorphous silicon i layer 32 is formed so as to have a film thickness gradient structure. Here, as the substrate S, the one in which the first electrode 31 made of a metal thin film was formed on the surface of the alumina ceramic substrate 30 was used as the ejection target. Then, the divergence ratio A2 / A1 is set to about 6, the second adjusting valve 22 and the first adjusting valve are set so that the inside of the chamber 18 is about 10 mTorr and the pressure ratio P1 / P0 is about 1.4 / 1000. Valve 21 was adjusted. Under this condition, the Mach number M of the supersonic plasma jet 7 is about 5.
【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。The high frequency induction coil 5 was supplied with a current of 13.56 MHz at 1 kW while being cooled.
【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。As a result, the high-density and highly reactive mixed gas was jetted at supersonic speed and supplied onto the substrate S. As a result, an amorphous silicon thin film having high adhesion to the substrate S was formed on the substrate S. Here, as a result of spraying (film formation) for 20 minutes, the film thickness was 1 μm at one end and 5 μm at the other end. When this amorphous silicon thin film was evaluated by SEM observation and X-ray diffraction, it was found to be a dense amorphous film.
【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。Then, a transparent conductive oxide film (TCO) of tin oxide or the like is formed on the upper layer as the transparent second electrode 33 to complete the optical position detector.
【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。Furthermore, as shown in FIG. 7, a first electrode 31, an amorphous silicon layer 32 having a graded film thickness structure, and a transparent second electrode 33 are formed on a substrate 30, and a terminal 3 is formed.
It is also applicable to a position sensor or the like for detecting the moving position of No. 4.
【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。In each of the above-mentioned embodiments, an example of forming a silicon thin film has been described.
A graphite thin film can be formed by using a mixed gas of H 4 and H 2 , and c-BN can be formed by using an NH 4 gas and a B 2 H 6 gas as the reactive gas 6.
【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。By changing the reactive gas 6,
Various surface treatments such as etching, oxidation and nitriding can be performed with this apparatus.
【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。In the embodiment, the gas is heated and turned into plasma by the high frequency induction coil 5, but other electrodeless plasma devices such as ECR plasma and helicon plasma may be used.
【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。Further, in the embodiment, all the gas 6 to be injected onto the substrate S to be processed is supplied from the inlet 2a which is the inlet of the nozzle 1 in the first embodiment, and in the second embodiment.
The gas is supplied from the inlet 2a via the supply pipe 16, but the gas 6 is supplied at a position upstream of the gas flow path from the position where the coil 6 is heated and turned into plasma. If so, it can be provided at any position.
【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。When a semiconductor film is grown and impurities are added, a doping material serving as a donor or an acceptor is mixed with a gas such as SiH 4 , and the mixed gas 6 is heated and turned into plasma. The coil 5 may be supplied from a position upstream of the position of the coil 5. However, only the doping material may be supplied from a position downstream of the position where the coil 5, that is, the plasma generating means is arranged. Since the amount of the doping material is very small, it does not hinder the adiabatic expansion of other gases such as SiH 4 .
【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。As described above, according to the present invention, a highly reactive gas containing few impurities is generated, and the temperature of this gas is lowered to a temperature suitable for processing by the time it reaches the substrate to be processed. Moreover, since the highly reactive gas can reach the substrate to be treated at a supersonic velocity within a short time, the treatment can be completed in a short time while maintaining sufficient reactivity. As a result, the quality of the film is significantly improved and the work efficiency is dramatically improved.
【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。Although the Laval nozzle has been described in the above embodiment, it goes without saying that a nozzle having a straight pipe structure may be used.
【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。In addition, although the film forming method has been described in the above embodiment, it is needless to say that the present invention is not limited to film forming and can be applied to etching. In etching, it is possible to achieve highly efficient etching without damaging the underlying material.
【0069】[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。As described above, according to the present invention, it is possible to form a film having a graded film thickness structure with extremely good controllability and good film quality, and in the case of etching or the like, the underlying layer is damaged. It is possible to perform the gradient etching with no control and with good controllability.
【図1】本発明の第1の実施例の表面処理装置を示す図FIG. 1 is a diagram showing a surface treatment apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【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FIG. 2 is a schematic view showing a solar cell formed by the surface treatment apparatus of the first embodiment of the present invention.
【図3】同説明図FIG. 3 is an explanatory diagram of the same.
【図4】同太陽電池の製造工程図FIG. 4 is a manufacturing process diagram of the solar cell.
【図5】本発明の第2の実施例の表面処理装置を示す図FIG. 5 is a diagram showing a surface treatment apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【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FIG. 6 is a diagram showing an optical position detection device formed by a surface treatment device according to a second embodiment of the present invention.
【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FIG. 7 is a diagram showing another apparatus formed by the surface treatment apparatus of the present invention.
【図8】従来例の太陽電池を示す図FIG. 8 is a diagram showing a conventional solar cell.
【図9】従来例の太陽電池の製造工程図FIG. 9 is a manufacturing process diagram of a conventional solar cell.
【図10】従来例の表面処理装置を示す図FIG. 10 is a diagram showing a conventional surface treatment apparatus.
【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 19 P0測定ゲージ 20 P1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[Explanation of Codes] 1 Laval nozzle 2 Gas introduction pipe 3 Throat part (throat) 4 Gas injection pipe 5 High frequency induction coil 6 Reactive gas 7 Plasma flow 10 Glass substrate 11 First electrode 12 Polycrystalline silicon layer 12p Polycrystalline silicon p layer 12i polycrystalline silicon i layer 12n polycrystalline silicon n layer 13 second electrode 14 support 16 gas supply pipe 17 high frequency power supply 18 vacuum chamber 19 P0 measuring gauge 20 P1 measuring gauge 21 first adjusting valve 22 second Regulator valve 23 Exhaust pump 30 Glass substrate 31 First electrode 32 Amorphous silicon layer 33 Second electrode
───────────────────────────────────────────────────── 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display location // H01L 21/205 H01L 31/04 X
Claims (4)
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。1. A surface treatment method for performing a surface treatment of a substrate to be treated by injecting a gas plasma onto the surface of the substrate to be treated, by supplying a reactive gas into an electric field to excite the plasma to form a gas plasma. And a step of accelerating the gas plasma in a desired direction so that the gas plasma is adiabatically expanded to have a flow velocity higher than the sonic velocity, and an inclination angle θ is formed with respect to the acceleration direction of the gas plasma. And a step of injecting the accelerated gas plasma toward the surface of the substrate to be processed arranged.
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2. A surface treatment apparatus for performing a surface treatment on a substrate to be treated by injecting a gas plasma onto the surface of the substrate to be treated; A throat part connected to the gas introduction part and configured to have a minimum cross-sectional area of the entire nozzle, and a throat part connected to the throat part, and the cross-sectional area gradually expands at a predetermined spread angle to take the maximum cross-sectional area. And a gas injection unit configured as described above, and a supersonic velocity that constitutes a gas flow path that accelerates the gas passing through the nozzle to be adiabatically expanded and injected from the gas injection unit at a flow velocity higher than the sonic velocity. A nozzle, plasma generation means for plasma-exciting a gas passing through the nozzle in a part of the flow path of the supersonic nozzle, and an inclination angle θ with respect to the acceleration direction of the gas plasma Surface treatment apparatus is characterized in that comprising a substrate supporting means for supporting the substrate to be processed
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。3. A sun including a first electrode formed on a surface of a substrate, a polycrystalline silicon thin film sequentially laminated on the first electrode, and a second electrode laminated further on the polycrystalline silicon thin film. In the battery, the semiconductor device, wherein the polycrystalline silicon thin film has a pin or pn structure having a constant film thickness ratio throughout.
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。4. A method of forming a semiconductor device by sequentially laminating a first electrode, a silicon thin film having a pin or pn structure, and a second electrode on a substrate surface, wherein the step of forming the silicon thin film comprises: A step of generating a gas plasma by supplying a reactive gas into the electric field to excite the plasma; a step of adiabatically expanding the gas plasma and accelerating the gas plasma in a desired direction so as to have a flow velocity higher than a sonic velocity; A step of injecting the accelerated gas plasma toward the surface of the substrate that is inclined so as to have an inclination angle θ with respect to the acceleration direction of the gas plasma. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the silicon thin film is formed so as to have a pin or pn structure.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8123468A JPH09310180A (en) | 1996-05-17 | 1996-05-17 | Surface treatment, surface treating device, semiconductor device formed using the same and its production |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8123468A JPH09310180A (en) | 1996-05-17 | 1996-05-17 | Surface treatment, surface treating device, semiconductor device formed using the same and its production |
Publications (1)
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JPH09310180A true JPH09310180A (en) | 1997-12-02 |
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ID=14861385
Family Applications (1)
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JP8123468A Pending JPH09310180A (en) | 1996-05-17 | 1996-05-17 | Surface treatment, surface treating device, semiconductor device formed using the same and its production |
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Country | Link |
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JP (1) | JPH09310180A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011181969A (en) * | 2003-10-27 | 2011-09-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Solar cell and method of manufacturing the same |
-
1996
- 1996-05-17 JP JP8123468A patent/JPH09310180A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011181969A (en) * | 2003-10-27 | 2011-09-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Solar cell and method of manufacturing the same |
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