(57)【要約】     【課題】シリコン表面における発電面積を大きくするとともに、反射率のより低減が可能な技術を提供する。    【解決手段】本発明は、真空処理槽内に処理ガスを導入し、ドライエッチング法によってシリコン系処理対象物の表面をエッチングしてテクスチャーを形成する工程（Ｐ２、Ｐ３）を有するテクスチャー形成方法である。処理ガスとしては、三フッ化窒素ガス、塩素ガス及び酸素ガスを含有する混合ガスを用いる。本発明によれば、シリコン表面により深い微細なテクスチャーを形成することができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理槽内に処理ガスを導入し、ドライエッチング法によってシリコン系処理対象物の表面をエッチングしてテクスチャーを形成する工程を有するテクスチャー形成方法であって、
当該導入される処理ガスが、酸素ガス、三フッ化窒素ガス、塩素ガスを含有する混合ガスであるテクスチャー形成方法。
【請求項２】
前記酸素ガスの分圧ＰO2に対する前記三フッ化窒素ガスの分圧ＰNF3の比（ＰNF3／ＰO2）が５以上８以下であり、前記酸素ガスの分圧ＰO2に対する前記塩素ガスの分圧ＰCl2の比（ＰCl2／ＰO2）が２５以上５０以下である請求項１記載のテクスチャー形成方法。
【請求項３】
前記ドライエッチング法が、反応性イオンエッチングである請求項１又は２のいずれか１項記載のテクスチャー形成方法。
【請求項４】
前記シリコン系処理対象物が、多結晶シリコン材料からなる請求項１乃至３のいずれか１項記載のテクスチャー形成方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば多結晶シリコン基板の表面を処理する技術に関し、特に、太陽電池用の多結晶シリコン基板の表面にテクスチャーを形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、太陽電池においてセルとなるシリコン基板に太陽光が到達した場合、基板内部に進入する光と、基板表面で反射する光とに分離する。これらの光のうち基板内部に進入する光のみが光起電力効果に寄与することから、基板表面における反射率を低減するため、基板表面において多数の凹凸部分が連続するテクスチャー形状に形成するようにしている。
【０００３】
従来、このようなシリコン基板表面のテクスチャー化としては、ウエットエッチングによる方法（例えば、特許文献１、２）や、ドライエッチングである反応性イオンエッチングによる方法（例えば、特許文献３、４）が知られている。
上記反応性イオンエッチングにおいては、真空槽内にフッ素系ガスと塩素系ガスの混合反応ガスを導入してテクスチャーを形成することが行われている。
【０００４】
近年、このようなシリコン基板表面における発電面積を大きくする技術が求められているとともに、反射率のより低減も求められている。
【特許文献１】特開２００６−３４４７６５号公報
【特許文献２】特開２００７−１９４４８５号公報
【特許文献３】特開２００３−１０１０５１号公報
【特許文献４】特開２００３−１９７９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、シリコン表面における発電面積を大きくするとともに、反射率のより低減が可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、真空処理槽内に処理ガスを導入し、ドライエッチング法によってシリコン系処理対象物の表面をエッチングしてテクスチャーを形成する工程を有するテクスチャー形成方法であって、当該導入される処理ガスが、酸素ガス、三フッ化窒素ガス、塩素ガスを含有する混合ガスであるものである。
本発明では、前記酸素ガスの分圧ＰO2に対する前記三フッ化窒素ガスの分圧ＰNF3の比（ＰNF3／ＰO2）が５以上８以下であり、前記酸素ガスの分圧ＰO2に対する前記塩素ガスの分圧ＰCl2の比（ＰCl2／ＰO2）が２５以上５０以下である場合にも効果的である。
本発明では、前記ドライエッチング法が、反応性イオンエッチングである場合にも効果的である。
本発明では、前記シリコン系処理対象物が、多結晶シリコン材料からなる場合にも効果的である。
【０００７】
本発明の作用は詳細には不明な点もあるが、例えば以下のように考察される。  すなわち、ドライエッチングの際に、処理ガスとして、三フッ化窒素ガス、塩素ガス及び酸素ガスを含有する混合ガスを真空処理槽内に導入することにより、例えば図２（ａ）に示すように、シリコン系処理対象物であるシリコン基板１０のテクスチャー１０ａの凸部分表面にＮＦ2Ｏ−ＣＨからなる微細な層１１が形成される。
【０００８】
そして、このＮＦ2Ｏ−ＣＨからなる層１１が、プラズマによるエッチングを阻止する所謂セルフマスクとして働き、これにより、例えば図２（ｂ）に示すように、シリコン基板１０表面により深い微細なテクスチャー１０ａをエッチングにより形成することができる。その結果、本発明によれば、従来技術に比べてシリコン材料表面の面積を大きくすることができ、またシリコン材料表面の反射率をより小さくすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来技術に比べシリコン系処理対象物により深いテクスチャーを形成することができるので、シリコン材料表面の面積を大きくするとともに、表面反射率をより低減することができる。
さらに、本発明によれば、低反射率のシリコン材料を提供できるので、ディスプレイ装置の下地層形成技術としても有効となるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明を実施するためのエッチング装置（ＲＩＥ装置）の一例の内部構成を示す概略構成図である。
図１に示すように、本実施の形態のエッチング装置１は、シリコン基板（シリコン系処理対象物）１０を収容可能な真空処理槽２を有している。この真空処理槽２は、真空排気系３に接続され、所定の圧力となるように真空排気される。
【００１１】
なお、真空処理槽２は、接地電位となるようにその電位が設定されている。
一方、真空処理槽２内には、シリコン基板１０を載置するためのサセプタ４が設けられている。サセプタ４の上部には印加電極４０が設けられ、この印加電極４０は、例えば真空処理槽２の外部に設けられた交流電源４１に接続されている。
【００１２】
一方、本実施の形態のシリコン基板１０は、多結晶シリコンからなる。本発明では、この多結晶シリコンは、太陽電池用のものを好適に用いることができる。
真空処理槽２は、それぞれ真空処理槽２の外部に設けられた三フッ化窒素ガス導入部５、塩素ガス導入部６及び酸素ガス導入部７が接続されている。
【００１３】
三フッ化窒素ガス導入部５は、三フッ化窒素（ＮＦ3）ガスを供給するＮＦ3ガス供給源５０を有している。このＮＦ3ガス供給源５０は、流量調整弁５１を介して導入管５２が真空処理槽２に接続され、この導入管５２を介して所定量のＮＦ3ガスを真空処理槽２内に導入するように構成されている。
【００１４】
塩素ガス導入部６は、塩素（Ｃｌ2）ガスを供給するＣｌ2ガス供給源６０を有している。このＣｌ2ガス供給源６０は、流量調整弁６１を介して導入管６２が真空処理槽２に接続され、この導入管６２を介して所定量のＣｌ2ガスを真空処理槽２内に導入するように構成されている。
【００１５】
酸素ガス導入部７は、酸素（Ｏ2）ガスを供給するＯ2ガス供給源７０を有している。このＯ2ガス供給源７０は、流量調整弁７１を介して導入管７２が真空処理槽２に接続され、この導入管７２を介して所定量のＯ2ガスを真空処理槽２内に導入するように構成されている。
【００１６】
図３は、本発明に係るテクスチャー形成方法の要部の一例を示す流れ図である。
本例においては、図１に示す成膜装置１を用い、シリコン基板１０上にテクスチャー１０ａを形成する場合を説明する。
【００１７】
まず、プロセスＰ１において、シリコン基板１０を配置した真空処理槽２内を真空排気して所定の圧力にする（例えば、４×１０-4Ｐａ）。
次いで、三フッ化窒素ガス導入部５、塩素ガス導入部６、酸素ガス導入部７の流量調整弁５１、６１、７１をそれぞれ制御し、真空処理槽２内にＮＦ3ガス、Ｃｌ2ガス及びＯ2ガスをそれぞれ所定量導入する（プロセスＰ２）。
【００１８】
本発明の場合、特に限定されることはないが、上述したセルフマスクの形成を確保し、シリコン基板１０上に形成されるテクスチャー１０ａの大きさを０．１〜０．８μｍ程度に制御し、さらにテクスチャー形状を均一にする観点からは、真空処理槽２内の圧力を２０Ｐａ〜５０Ｐａに設定することが好ましい。
【００１９】
この場合、真空処理槽２内の圧力を大きくすると、シリコン基板１０上に形成されるテクスチャー１０ａの大きさが小さくなることが本発明者の実験によって確認されている。
【００２０】
一方、セルフマスクを確実に形成する観点からは、前記酸素ガスの分圧ＰO2に対するＮＦ3ガスの分圧ＰNF3の比（ＰNF3／ＰO2）が５以上８以下であり、Ｏ2ガスの分圧ＰO2に対するＣｌ2ガスの分圧の比（ＰCl2／ＰO2）が２５以上５０以下とすることが好ましい。
【００２１】
そして、交流電源４１を動作させ、上述した混合ガスのプラズマを生成することによってシリコン基板表面の反応性イオンエッチングを行う（プロセスＰ３）。
エッチング中は、ＮＦ3ガス、Ｃｌ2ガス及びＯ2ガスを導入しつつ排気を行いながら、真空処理槽２内の圧力を維持する。
【００２２】
本発明の場合、特に限定されることはないが、セルフマスク形成及びイオンエネルギーの観点からは、印加電極４０に対して印加する電力の周波数を数１００ｋＨｚ以上３０ＭＨｚ以下とすることがより好ましい。
この場合、印加電力のパワーは、１．５ｋＷ〜２．５ｋＷである。
【００２３】
また、本発明の場合、特に限定されることはないが、テクスチャーの大きさとＳｉ格子に与えるダメージ低減の観点からは、印加電極４０に対して印加する時間（エッチング時間）を３〜６分に設定することがより好ましい。
なお、本発明によるエッチングは、シリコン基板１０を加熱せず常温で行う。
【００２４】
以上述べた本実施の形態によれば、従来技術に比べシリコン基板１０により深いテクスチャー１０ａを形成することができるので、シリコン基板１０表面の面積を大きくするとともに、表面反射率をより低減することができる。
さらに、低反射率のシリコン材料を提供できるので、ディスプレイ装置の下地層形成技術としても有効となる。
【００２５】
なお、本発明は多結晶シリコンのみならず、単結晶シリコンを用いる場合にも適用することができる。
ただし、シリコン材料のテクスチャーの形状制御の困難さを鑑みれば、多結晶シリコンに適用する場合に最も有効となるものである。
また、本発明は、太陽電池用シリコン材料のみならず、例えばディスプレイ装置等の下地層にも適用することができる。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の実施例について、比較例とともに詳細に説明する。
＜実施例＞
図１に示すエッチング装置を使用し、真空処理槽内に、ＮＦ3ガス、Ｃｌ2ガス、Ｏ2ガスを導入し、反応性イオンエッチングにより、１５０ｍｍ×１５０ｍｍの多結晶シリコン基板上にテクスチャーを形成した。
【００２７】
この場合、各処理ガスの導入量は、ＮＦ3ガス１２０ｓｃｃｍ、Ｃｌ2ガス７５０ｓｃｃｍ、Ｏ2ガス１５ｓｃｃｍとし、真空処理槽内の圧力を３５Ｐａに保持した。
また、印加電極に印加する電力は、１．５ｋＷ（周波数：１３．５６ＭＨｚ）とし、３分間エッチングを行った。
【００２８】
＜比較例＞
図１に示すエッチング装置を使用し、真空処理槽内に、ＳＦ6ガス５０ｓｃｃｍ、Ｃｌ2ガス２５０ｓｃｃｍ、Ｏ2ガス１０ｓｃｃｍを導入し、反応性イオンエッチングにより、実施例と同一のシリコン基板上にテクスチャーを形成した。
この場合、真空処理槽内の圧力を３５Ｐａに保持した。
また、印加電極に印加する電力は、１．５ｋＷ（周波数：１３．５６ＭＨｚ）とし、４分間エッチングを行った。
【００２９】
図４（ａ）〜（ｄ）は、実施例によって形成されたテクスチャーの電子顕微鏡写真であり、図４（ａ）は基板中心部、図４（ｂ）は基板中心部を５倍拡大して示すもの、図４（ｃ）は基板端部、図４（ｄ）は基板端部を５倍拡大して示すものである。
図５（ａ）〜（ｄ）は、比較例によって形成されたテクスチャーの電子顕微鏡写真であり、図５（ａ）は基板中心部、図５（ｂ）は基板中心部を５倍拡大して示すもの、図５（ｃ）は基板端部、図５（ｄ）は基板端部を５倍拡大して示すものである。
【００３０】
図４（ａ）〜（ｄ）及び図５（ａ）〜（ｄ）から明らかなように、実施例によるテクスチャーは、比較例によるテクスチャーに比べて微細で深い凹凸構造となっており、また、基板の中心部と端部間においてテクスチャーサイズが均一であることが観察される。
以上の結果より、本発明の効果を確認することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明を実施するためのエッチング装置（ＲＩＥ装置）の一例の内部構成を示す概略構成図
【図２】本発明に係るテクスチャー形成方法の原理を模式的に示す説明図
【図３】本発明に係るテクスチャー形成方法の要部の一例を示す流れ図
【図４】（ａ）〜（ｄ）：実施例によって形成されたテクスチャーの電子顕微鏡写真
【図５】（ａ）〜（ｄ）：比較例によって形成されたテクスチャーの電子顕微鏡写真
【符号の説明】
【００３２】
１…エッチング装置、２…真空処理槽、５…三フッ化窒素ガス導入部、６…塩素ガス導入部、７…酸素ガス導入部、１０…シリコン基板（シリコン系処理対象物）、１０ａ…テクスチャー、４１…交流電源、２０…プラズマ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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