(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の面と相互作用する層形成性又は反応性の粒子を含むガスを該面に作用させて行う物体の面の処理又は被覆のための方法において、物体の面を垂直線に対して角度αをなすように設定し、ガスが対流により該物体の面の底部区域から始まって、これに沿って流れるように、ガスを該面に導くとともに該物体の面が、該物体の面と平行又はおおむね平行に延びる縦境界面、底面、頂面及び側面を有する室の境界面であり、ガスがこの室の頂面区域に導入され、縦境界面及び底面に沿って導かれ、これら縦境界面及び底面に沿って流れる間に加熱されることを特徴とする方法。
【請求項２】
該物体は、太陽電池等の半導体部品の基板であり、該物体の面は、該基板の表面である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記室は直方体状の室である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
該物体の面が垂直線となす角度αは０°≦α＜９０°の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ガスを物体の面に沿って層流として、又はおおむね層流として導くことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
該物体の面が垂直線となす角度αは、０°≦α＜６０°の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
物体の面に直接沿って流れるガスの一部を室から排出し、残りの部分を室内で循環させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
物体の処理又は被覆される面の温度Ｔ2より低い温度Ｔ1でガスを室に導入することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
室の縦境界面を冷却することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
物体の面又は物体を赤外線放射器、マイクロ波により、又は誘導的に加熱することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ガスが室内で、物体の処理又は被覆される面に沿って層状に又はおおむね層状に流れる対流循環の形で流れることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
ガスが重力に基づき縦境界面に沿って流れような温度で室の頂部区域に導入され、縦境界面区域で加熱され、次いで対流に基づき物体の面に沿って流れることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
ガスが重力に基づき縦境界面に沿って流れような温度で室の頂部区域に導入され、室の底部区域で加熱され、次いで対流に基づき物体の面に沿って流れることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
炭化ケイ素含有層の析出のために、ガスとしてＣＨ3ＳｉＣｌ3と、Ｈ2及びＮＨ3の群の少なくとも１つとよりなるガス混合物が物体の面に沿って流れることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
窒化ケイ素含有層の析出のために、ガスとしてＳｉＨ2Ｃｌ2、ＳｉＨＣｌ3、ＳｉＣｌ4と、Ｈ2及びＮＨ3の群の少なくとも１つとよりなるガス混合物が物体の面に沿って流れることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
シリコン層の析出のために、ＳｉＨＣｌ3とＨ2のガス混合物が物体の面に沿って層状に流れることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
ジボラン、三塩化ホウ素、三塩化アルミニウム、塩化ガリウム又は塩化インジウムからなるドーピングガスを適当な配合率でガス混合物に添加することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項１８】
ガラス基板の上にＣｕＩｎＧａＳｅ2層を形成するために、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ層を析出し、これに沿ってＨ2Ｓｅ含有ガスを導くことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
ガラス基板の上にＣｕＩｎＧａＳｅ2層を形成するために、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ層を形成し、これに沿ってＨ2Ｓｅ含有ガスを導くことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
酸化スズ層を形成するために、四塩化スズ及びＨ2Ｏを含むガス混合物をガラス基板の上に導くことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
酸化ケイ素層を形成するために、四塩化ケイ素及びＨ2Ｏを含むガス混合物をガラス基板の上に導くことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
シリコン層に沿ってＰＯＣｌ3含有ガスを導き、こうして形成された燐ガラス層を燐の拡散のために熱処理することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
物体の面又はその上に被着された層をこれに沿って流れるＨＣｌ含有ガスにより除去することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
物体の面又はその上に被着された層をこれに沿って流れるＨＦ又はＨＣｌ含有ガスにより除去することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
酸化ケイ素層をこれに沿って流れるＨＦ含有ガスにより除去することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
基板上にまずＳｉＣ又は窒化ケイ素含有層を基板温度９００℃から２０００℃の範囲の温度でＣＶＤ（化学蒸着法）により析出し、こうして形成された層の上に周期律表ＩＩＩ族の元素をドープしたシリコン層（ｐ＋）を被着し、続いてこれを融解して結晶させ、次に結晶領域を有する層に感光性シリコン層をエピタキシャル成長により被着することを特徴とする、半導体積層システムの製造のための請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記含有層は、ＳｉＣ及び窒化ケイ素を含有してなる請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記結晶領域は、０．１mmから１０mmの範囲の領域である請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
該基板は、シリコン、セラミックスの群からなる請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記ＳｉＣ又は窒化ケイ素含有層は、１２００℃から１６００℃の範囲の基板温度でＣＶＤにより析出されてなる請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
周期律表ＩＩＩ族の元素をドープしたシリコン層の融解の前に、その上に厚さ０．１μｍから５μｍの範囲の酸化ケイ素層を被着し、融解の後に帯域溶融法で再結晶したこのドープ処理シリコン層を、多結晶構造の結晶核層の形成のために、ＨＦ又はＨ2含有ガスでエッチングして除去することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記酸化ケイ素層の厚さは、１μｍから２μｍの範囲にある請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
０．１−１０mmの大きさの粒を有する多結晶構造の結晶核層の形成のために、該シリコン層を除去してなる請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
該シリコン層は、ＨＦ及びＨ2含有ガスでエッチングして除去してなる請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
被覆又は処理のために必要な粒子を含むガスを作用させて物体の面（２８）を被覆又は処理するために、頂面（２６）、底面（２４）、側面、被覆又は処理される該面及びこれと平行又はほぼ平行に延びる縦境界面（３０）により画定された室（１２）と、ガス入口及び出口（３２、３４）と、物体の面を加熱する少なくとも１個の熱源（５２、５４）とを具備する装置において、物体の面（２８）が、室（１２）の境界面であるとともに垂直線に対して角度αをなし、該角度αは、０°≦α＜９０°の範囲にあり、ガス入口及び出口（３２、３４）が室（１２）の頂部区域に配設され、ガスが室を貫流するときに対流により該面（２８）に沿って導かれることを特徴とする装置。
【請求項３６】
前記物体は基板（４４）である請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
ガスが室（１２）の中で重力と対流によって導かれることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項３８】
面（２８）に対して垂直なガス出口（３４）の寸法が、面と相互作用するガス粒子がある拡散帯の幅の３倍以下であることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項３９】
前記ガス出口（３４）の寸法が、面と相互作用するガス粒子がある拡散帯の幅の１倍以下である請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
ガス出口（３４）が面（２８）のほぼ全幅にわたり、これと平行に延びていることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項４１】
物体（２０）の面（２８）が室（１２）の開口部を密閉することを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項４２】
入口（３２）が、物体の面（２８）に対して間隔をおいて延びる偏向部材（５６）によって、室（１２）から仕切られていることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項４３】
入口（３２）が、物体の面（２８）と平行又はほぼ平行な縦境界壁（３０）に対して間隔をおいて延びる偏向部材（５６）によって、室（１２）から仕切られていることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項４４】
出口（３４）が、物体の面（２８）に対して間隔をおいて延びる偏向部材（５６）によって、室（１２）から仕切られていることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項４５】
出口（３４）が、物体の面（２８）と平行又はほぼ平行な縦境界壁（３０）に対して間隔をおいて延びる偏向部材（５６）によって、室（１２）から仕切られていることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面と相互作用する小部分ないし粒子を含むガスを面に作用させて、物体の面、特に物体として半導体部品、例えば太陽電池の基板表面の処理ないしは被覆を行なうための方法に関する。また本発明は頂面、底面、側面、被覆又は処理される面及びこれと平行又はほぼ平行な縦境界面により画定された室と、ガス入口及び出口と、面を加熱する少なくとも１個の熱源とを具備し、被覆又は処理のために必要な小部分ないし粒子を含むガスを作用させて物体、例えば基板の面を被覆ないしは処理するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
処理すべき物体としての基板又はその面をＣＶＤ法（化学蒸着法）で被覆するために、種々の原理を適用することができる。例えばガス流を基板表面と平行に導くことが可能である。その場合基板は固定され又は移動される。基板表面に沿ってガスを導くことによりキャリアガスが急速に劣化する傾向がある。しかも固定された基板の場合は不均質な析出率、不均質な層厚並びに層厚及び層面の方向に不均一なドーピングが認められる。
【０００３】
基板を移動する場合は均質な層厚が得られるが、析出率は不均質である。また層厚の方向に不均一なドーピングが認められる。
【０００４】
オーバフロー形反応器では基板表面へ送られるガスが上から被覆面へ垂直に流れる。その場合基板表面が小さければ、均質な析出率を得ることができる。層厚及び層厚方向のドーピングに関し、又、層面にも均質性が認められる。ところが大きな面を被覆するときは、反応済みのガスの返送が問題であるから、オーバフロー形反応器で好成績が得られるのは比較的小さな基板面の場合だけである。
【０００５】
大きな面の均質な析出を得るために、オーバフロー形反応器の原理に似たパンケーキ形反応器が利用される。このことは、被覆される面に対して流れが垂直であることを意味する。基板自体は熱いサセプタの上に配置されるから、これによってガス雰囲気に生じる対流によりガスの十分な混合と均質化が得られる。その結果、均質な析出率、均質な層厚並びに層厚及び層面方向に均質なドーピングが生じる。さらに被覆の際にサセプタを回転することによって、均質性を高めることができる。このような被覆方法が大きな面の処理に適し、再現性のある高品位なエピタキシャル層を生じるにしても、円板形のサセプタの穴を通して当該システムの中心部からガス供給が行われ、従ってウエハの被覆への応用に限られていることは欠点とみなさねばならない。
【０００６】
上述の方法ならびに使用される反応器が文献、米国雑誌：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉ−ｃｓ，  Ａｒｔｈｕｒ  Ｓｈｅｒｍａｎ，  Ｎｏｙｃｓ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉ−ｏｎｓ，  ＵＳＡ、３１−３９頁１５０−１７４に見られる。
【０００７】
良好な層厚均質性を得るために、被覆される基板を回転することによって不均質が方位方向に平均化されることが知られている。従って半導体分野のＣＶＤ法では基板が回転され、又は少なくとも移動される。その場合、回転は回転対称な基板と、正確に確定された形状及び適当な質量分布を有する基板支持体又はサセプタが前提である。
【０００８】
水平ＣＶＤ反応器、オーバフロー形反応器又はパンケーキ形反応器を使用する上記の技術では、基板は誘導的に又はランプで加熱されるサセプタの上にあるのが普通である。基板と相互作用する、しばしば栄養ガスと呼ばれるガスが基板の上にあれば、層の析出及びそれとともに層の品質は温度上昇によるガスの対流に影響される。その場合、対流は乱れが大きく、不規則になる可能性がある。しかも熱いガスが、流入する冷たいガスと接触すると、気相に凝縮又は核形成が起こり、それがミストやダストを生じる。ところが層の上のダスト状の沈着物は成長するＣＶＤ層に欠陥をもたらす。また粒子は半導体技術及びソーラー技術で回避しなければならない欠陥をもたらす。
【０００９】
本発明の目的は、処理される面の区域の、又は面に被着される被覆に関して、十分な平面的又は立体的均質性が得られるように、冒頭に挙げた種類の方法及び装置を改良することにある。また面を被覆するときに良好な効率、即ち十分な被覆率対ガス流量比が与えられなければならない。さらに簡単な処置によって的確なガスの案内と流れが与えられなければならない。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明によればこの問題は冒頭に挙げた種類の方法において、おおむね物体の面が垂直線に対して角度αをなすように設定され、該角度αは、０°≦α＜９０°の範囲にあり、ガスが物体の面の底部区域から始まって、対流によりこの面に沿って流れるようにガスを導くことによって解決される。特に物体の面が垂直線に対してなす角度αが、３０°≦α＜６０°の関係をもって傾斜するように構成されるのが望ましい。さらに層状の又はおおむね層状の流れが形成されるように、ガスを加熱し、かつ物体の面に沿って導くように構成される。
【００１１】
特に、本発明においては、物体の面が、この面と平行に延びる縦境界面、底面、頂面及び側面を境界として備えた、特に直方体状の室の境界面であり、ガスが頂面の区域で室に導入され、縦境界面と底面に沿って導かれ、その際加熱されるように構成される。こうして室内に到達するガスは、まず重力に基づき縦境界面に沿って流れ、次に底面に沿って導かれ、少なくとも処理又は被覆される面によって加熱され、その結果ガスは対流により面に沿って流れる。その場合、物体の面に直接沿って流れるガスの一部が室から排出され、残りの部分は室内で循環されるように構成される。この処置によって、面と相互作用する小部分ないし粒子に関して劣化したガスの一部が、反応室とも呼ばれる室から排出される。その場合、特に反応室から排出されるガスの一部は、ガス粒子が物体の面と相互作用する拡散帯の厚さの３倍未満の層厚を有することを提案する。物体の面に沿って層状に流れるガスのうち、粒子がまだ面と相互作用していない別の部分は、無秩序な濃度変化が起こらないように、室内で循環させることができる。排出された使用済みのガスは新しい冷ガスで補充される。冷ガスはスロットを経て循環ガスに補給することが好ましい。その場合循環する部分ガス流が同じく重力に基づき物体の面に平行に又はほぼ平行に延びる室の縦境界面に沿って「落下」することを保証するために、循環されるガスを冷たい新鮮なガスと混合し、ないしは縦境界面を冷却する。
【００１２】
本発明によって先行技術に見られる欠点が回避されるとともに、大きな利点が得られる。これは使用済みのガスを反応の直後に反応室から排出すること、ガス循環による未使用ガスの利用の改善、さらには回転しない基板での析出率の均質性である。
【００１３】
無回転の基板表面にガス流を水平に導く方法と比較して、より均質な析出率、それとともにより均質な層厚とドーピングが析出層に生じる。基板を回転させる公知の方法に比して析出層のより均質なドーピングが与えられる。また基板の回転をしないでよいから製造費が割安である。オーバフロー形反応器と比較して、大きな基板面で析出率、層厚及びドーピングに関して析出がより均質であるという利点が生じる。
【００１４】
本発明においては、対流循環の利用に基づき、反応器の長方形の幾何学的形状、従って薄膜技術、光電池で、又は大型ＴＦＴ（薄膜電界トランジスタ）画面の製造で必要な長方形の基板面を使用することができる。
【００１５】
パンケーキ形反応器の場合は、熱い基板面が下側にあるため、重力に基づき小さなダスト粒子が沈着し、層に成長欠陥が生じるとすれば、本発明に基づきガスの上側に物体を配置することによりこうした欠陥をなくすことができる。
【００１６】
物体自体の面を、例えば赤外線放射装置、マイクロ波により、ないしは誘導的にある範囲内で加熱することができるから、対流循環の形成のために物体から面に沿って流れるガスへ十分な熱を放出することができる。
【００１７】
また室内に対流循環を形成することによって、処理又は被覆される面にほぼ相当する幅の低流速帯が生じ、処理面又はその上に形成される被覆の均質性に寄与する。
【００１８】
また通過法で面を処理又は被覆することができるように、処理又は被覆される面に沿って層状に流れるガスと平行に物体を移動することが可能である。ガスに直接さらされる面より大きな面積の物体でも可能である。
【００１９】
本発明をさらに発展させて、物体の上に炭化ケイ素ないしは窒化ケイ素含有層を析出するために、面と反応するＣＨ3ＳｉＣｌ3とＨ2ないしはＮＨ3又はＳｉＨ2Ｃｌ2、ＳｉＨＣｌ3、ＳｉＣｌ4とＨ2ないしはＮＨ3のガス混合物を使用することも提案される。
【００２０】
シリコン層の析出のために、ＳｉＨＣｌ3とＨ2のガス混合物を使用する。この使用するガス混合物に、例えばジボラン又は三塩化ホウ素又は三塩化アルミニウム又は塩化ガリウム又は塩化インジウムからなるドーピングガスを添加することも可能である。
【００２１】
ガラス基板上にＣｕＩｎＧａＳｅ2層を形成するために、ガラス基板上に析出したＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ層にＨ2Ｓｅ含有ガスを作用させる。
【００２２】
酸化スズ層の析出のために、本発明は温度４００℃ないし５５０℃でガラス基板に四塩化スズ及びＨ2Ｏ蒸気からなるガス混合物を作用させる。酸化ケイ素層の析出のために、本発明は４００℃から６００℃までの温度においてシリコン基板又はＳｉ被覆基板又はｐ＋−Ｓｉ結晶核層にＳｉＣｌ4及びＨ2Ｏからなるガス混合物を作用させる。
【００２３】
本発明の別の提案は、シリコン層にＰＯＣｌ3含有ガスを作用させて燐ガラス層を形成し、次にこうして得た燐ガラス層を燐の拡散のために熱処理するものである。その結果燐が均質にドープされたシリコン層が得られる。
【００２４】
しかし層の形成だけでなく、面の処理及び面からの層の除去も本発明によって実現される。例えばＨＦ含有ガスの沿層流によって物体の表面側の層を除去することができる。薄膜太陽電池の製造の際に発生し、再び除去しなければならない酸化ケイ素層は、例えばＨＦ含有ガスの沿層流によって均一に除去することができる。また層と平行に流れてこれと反応するＨＦないしはＨ2Ｏ蒸気含有空気によって、酸化ケイ素層を均一に除去することができる。最後に、特に酸化ケイ素層を温度Ｔ3（Ｔ3≧０００℃）でＨ2含有ガスの沿層流で還元し、それによって除去するようにした。
【００２５】
被覆又は処理に必要な小部分ないし粒子を含むガスを、物体としての例えば基板に作用させてその面を被覆ないしは処理するための冒頭に挙げた種類の本発明の装置は、処理ないしは被覆される物体の面が室の境界面であり、垂直線に対して角度αをなし、その角度αが０°≦α＜９０°の範囲にあり、ガス入口及びガス出口が室の頂部区域に配設され、ガスが室を貫流するときに対流によって物体の面に沿って導かれることを特徴とする。その場合、特にガスが室内で重力と対流により、物体の面に沿って層状に又はおおむね層状に流れる構成が提案される。
【００２６】
ガス出口自体は面の全幅又はほぼ全幅にわたって面と平行に延び、こうしてスロット状に形成されるようにした。本発明はとりわけガス出口の寸法の寸法がスロット幅ｄ（ｄ≦３Ｄ）を有するものとする。ここにＤは面と相互作用するガスの元素の拡散帯の幅である。特にスロット幅ｄはｄ≒Ｄとなるように構成した。すなわち、ガス出口の寸法が拡散帯の幅の３倍以下とされ、特に拡散帯の幅とおおむね等しいか、又はその１倍以下が望ましい。
【００２７】
ガス入口を物体の面と平行又はほぼ平行な縦境界壁の区域に配設し、同じくスロット状の構造を選定することが好ましい。
【００２８】
室内で流れるガスが対流循環を形成するように、物体の面、即ち縦境界面及び好ましくはこれに垂直な頂面及び底面を互いに整列し、ないしはこれらの面を加熱することが好ましい。
【００２９】
また処理又は被覆される物体の面が室の開口部を特に密封するように構成されている。また気体の侵入を排除するために、室自体が外界に対して僅かな過圧を有することができる。
【００３０】
本発明に係る装置を使用して半導体系を製造するために、本発明は次の工程段階を特徴とする。即ち
−室内で基板温度Ｔ（９００°≦Ｔ＜２０００°、特に１２００°≦Ｔ＜１６００°）でＣＶＤによる、ＳｉＣないしは窒化ケイ素含有層の例えばシリコン、セラミックス又は黒鉛からなる基板への析出、
−周期律表ＩＩＩ族の元素をドープしたシリコン層（ｐ＋）の室内での形成、
−ドープしたシリコン層の融解及び結晶化（場合によっては室外で）及び
−ＩＩＩ族元素をドープし、粒度０．１ないし１０ｍｍの粒を有する多結晶シリコン層（ｐ）と感光性シリコン層（ｐ層）のエピタキシャル成長。
【００３１】
また適当に製造された積層システムないし積層系にｎドープ層、導電性正面接点ないしは反射防止層を被着し、その際末端の層も反射防止層も室内で形成することができる。
【００３２】
またｐ＋層の結晶化の前にその上に厚さ０．１ないし５μｍ、好ましくは１ないし２μｍの酸化ケイ素層を形成し、次いでｐ＋層を融解し、特に帯域溶融法で再結晶することができる。その場合粒度０．１ないし１０ｍｍの粒の多結晶構造の結晶核層を露出して、その上にｐ層をエピタキシャルに析出するために、結晶化の後に酸化物層をＨＦないしはＨ2含有ガスで除去する。
【００３３】
本発明のその他の詳細、利点及び特徴は、特許請求の範囲の記載ならびに上述の説明に加えて下記の図面を参照しての本発明の好適な実施例でも明らかである。
【００３４】
【発明の実施の形態】
物体の面、特に基板表面の被覆又は処理のために、図面に見られる各図の説明に基づいて本発明の実施形態が説明される。ここにおいて、シリコンの析出のために、とりわけＣＶＤ法が取り上げられる。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。物質を析出する代わりに、例えば乾燥処理に関連して行われるように、既存の層の化学変化又は物理的変化を行うこともできる。既存の層の化学的変態も本発明方法で実現することができる。
【００３５】
本発明の重要な特徴は、処理又は被覆される面と相互作用する元素を含むガスが室（以下、反応室と呼ぶ）へ導かれ、キャリアガス又は栄養ガスとも呼ばれるガスが対流により面に沿って導かれ、その際層流が形成されることに見られる。
【００３６】
図１に反応器の形態をなす装置１０のごく概要が示されている。その内室１２に矢印１４に沿って流れるガスが導かれる。反応器１０は図示しない側壁のほかに底壁１６、頂壁１８、支壁２０及びこれと平行又はほぼ平行に延びる縦側壁２２によって画定される。支壁２０が基板であって、その室内側がガス又はガス中にある元素と相互作用、例えば反応することも可能である。支壁２０自体を基板として形成することもできる。当該の隔壁１６、１８、２２が図示されている限り、反応器１０の内室１２は底面２４、頂面２６、基板面２８及び縦境界面３０によって画定される。
【００３７】
頂壁１８にガス入口又は進入口３２とガス出口又は退出口３４が設けられている。ここにおいて、入口３２は縦側壁２２の区域に、出口３４は基板面２８の区域にある。
【００３８】
本発明によれば、基板面２８が垂直線に対して、好ましくは、０°と、殆ど約９０°の範囲内の角度αを描くように設定され、反応器１０は垂直線又は水平に対して傾斜している。換言すれば、反応器１０は水平に対する角度βが０°＜β≦９０°の関係にある。
【００３９】
反応器１０の種々の傾斜位置のごく概要が図２及び３で明らかである。
【００４０】
入口３２を経て好ましくは冷たいガスが反応室１２に流入し、重力に基づき縦側面又は境界面３０に沿って底面２４に到達し、ここでガスが方向を転じ、次に基板面２８へ導かれ、これに沿って流れる。ところがガス又はその元素がすでに基板面２８と相互作用したガス部分、即ち被覆の場合は元素が基板面２８にすでに析出されたガス部分だけが排出されるように、出口３４は基板面２８から間隔をおいて配設され、又は基板面２８からある範囲まで伸張する。基板面２８又は基板はガスの入口温度Ｔiより高い温度Ｔsに熱せれているから、縦境界面３０及び底面２４に沿って流れる間にガスの加熱が起こり、その結果ガスは対流に基づき基板面２８に沿って流れ、層流が形成される。従って基板面２８の被覆の場合は、基板面２８に析出される元素に関して劣化したガス層３８が基板面の近傍、即ち成層区域ないしゾーン４０に形成される。この成層区域４０は出口３４を経て排出され、一方、成層区域４０の外部に残るガス部分は、基板面８に析出し得る元素の濃度及び組成が入口３２から流入するガスにほぼ相当する。
【００４１】
特に図１および２に記載した矢印で明示するように、反応室１２を貫流するガスは対流循環を形成し、その際基板面２８に沿って層流が生じる。
【００４２】
基板又は基板面２８は流れるガスの上側に配置されているから、より大きな粒子が被覆される基板面２８に到達することが防止される。基板の温度がその他の隔壁１６、１８、２０の温度及び入口３２から供給されるガスの温度に少なくとも等しく、特にそれより高いことから別の利点が生じる。その場合基板を反応ガスの上側に配置したことは、安定したガス流、即ち基板面２８に沿った所望の層状の経過を保証する温度分布をもたらす。
【００４３】
換言すれば、均質な析出率を得るために、対流の性質を被覆方法のために計画的に利用するのである。同じことが処理、例えば基板からの層の除去にも当てはまる。
【００４４】
入口３２から供給されるガスは冷たく、とりわけ重力に基づき縦境界壁３０に沿って底部ヘ流れる。このために、縦側壁２２及び反応器１０は傾斜していなければならない。この場合、垂直線に対する傾斜角度αは０°ないし８０°の範囲であり、ここにおける傾斜角度は０°をも含むものであり、又、水平に対する傾斜角度βは９０°ないし１０°の範囲であることが好ましい。
【００４５】
縦境界面３０に沿って流れる間にガスが徐々に加熱される。次に底面２４に沿って方向転換が行われ、最後にガスは基板面２８に沿って対流に基づき頂面２６の方向へ上向きに流れる。こうしてガスは予め加熱された上で、基板面２８に沿って導かれる。ガスは熱い基板に接して流れることにより、幅数センチメートルないし１０センチメートルのゾーンの内部で加熱されるから、こうして対流循環の形成ための浮揚力と駆動力が与えられる。これに基づき基板面８に密接した熱ガスの通過流が生じる。その結果基板面２８の近傍で化学反応が起こる。このことから被覆率と歩留に関して利点が生まれる。基板の傾斜は流れを促進し、傾斜角度の増大につれて速度が増加する。
【００４６】
ガスが基板に沿ってますます熱くなり、それとともに流速がますます増加することにも触れておかねばならない。これによって劣化効果が補償される。
【００４７】
前述のようにガス出口３４は基板面２８の直近に通っており、基板面２８と平行なスロット状の幾何学形状が選定されている。こうして使用済みのガスは基板面２８に沿って通過した直後に排出することができる。その場合出口３４又は出口スロットの幅又は基板面２８との間隔は、栄養成分に関して劣化したガスだけが排出されるように選定されている。そこで基板又は基板面２８から大きな間隔で基板面に沿って流れ、従って未使用の熱せられたガスは頂面２６に沿って入口３２へ流れ、そこで新たに供給されたガスと混合される。これによって歩留が高められる。同時に基板面２８に沿った濃度勾配が減少する。
【００４８】
基板面２８に沿って流れ、基板面２８と相互作用する元素の拡散帯に相当する幅を有するガス層を排出することができるように、出口３４のギャップ幅を選定しなければならない。
【００４９】
このことを図１で基本的に明らかにする。成層区域４０又は反応室１２に通されたガスが栄養成分に関して劣化している層は、出口３４から排出される。残りの部分は循環して流れ、こうして対流循環に従う。
【００５０】
循環して流れる未使用のガスによって、反応室１２の成層区域４０又は拡散帯の前方に極めて均質な組成のガス混合物が生じる。こうして未使用の材料が絶えず補給される。このことは析出率の均質化をもたらす。同時に「反応速度低下」帯が発生しないように、少なくとも底面１６又は基板面２８の区域でガスを十分に加熱することが保証される。拡散層又は成層区域４０に層流が得られることを保証する均一な温度分布を生じるために、場合によっては基板面２８の区域でガスをさらに加熱しなければならない。
【００５１】
基板４４上にシリコン層を析出する本発明の第２の実施形態としての装置４２が図３に示されている。ここにおいて、装置４２は基本的に図１の装置に相当するから、同じ部材には同じ参照符号を使用する。
【００５２】
図１の実施形態と異なり、図３では反応室１２の密封のために石英ガラス板４１、４３の二重壁構造が設けられている。縦側壁２２の石英ガラス板４１と外側の石英ガラス壁４８の間の間隙は通路４５をなし、ここを不活性ガス例えばＮ2ガスが貫流することができる。間隙の掃気によって、反応室１２の反応産物に原因する壁面付着物が石英ガラス板４３から取り除かれる。さらに背面側では基板４４に沿って冷却路４６が通っており、ここでも例えばＮ2ガスが貫流することができる。冷却路４６の外側は石英ガラス板４３によって画定される。赤外線又は熱線が透過することができる石英ガラス壁４８、５０が縦側壁２２又は基板４０に沿って延びている。さらに石英ガラスからなる隔壁４８、５０に沿って例えば電灯の形の熱源５２、５４を配設することができる。底壁１６と頂壁１８は特殊鋼からなる。
【００５３】
加熱装置５２、５４によって基板４４を９００℃ないし１６００℃に加熱することができる。放射が石英ガラス壁４８、５０を通って反応室１２に到達する。その場合窓とも呼ばれる石英ガラス壁４８、５０は、冷却路４４、４６を流れる冷ガスによって約９００℃以下に冷却される。反応室１２自体は石英ガラスで内張りされており、上側−図では左側−の面は基板面２８からなる。このために基板４４を反応室１２の適当な保持具に配置することができる。その場合いわば通過法でシリコン層を基板上に被着するために、基板４４を図平面の中へ又は図平面から外へ移動することができる。
【００５４】
被覆のために水素（約２０ないし２０００ｓｌｍ）とトリクロルシラン（約１ないし２００ｓｌｍ）の混合物のガスが大気圧で入口３２から導入される。
【００５５】
図３の原理図で明らかなように、入口３２又は出口３４の配置は見掛け上、図１の配置と異なる。即ち入口３２及び出口３４は頂壁１８に沿って延びる偏向板５６の下に配設されている。その場合偏向板５６は、基板側又は縦境界面側でそれぞれギャップ５８、６０が生じる所まで、頂壁１８に沿って延びている。ギャップ５８、６０は図１の寸法及び配列１０の入口３２又は出口３４に相当する。こうして同じく基板面２８に直接沿って流れ、栄養成分に関して劣化したガス分だけが反応室１２から排出される。
【００５６】
なお反応室１２は大気に対して過圧を有することができることに触れておかねばならない。
【００５７】
次に本発明を別の実施例で明らかにする。
【００５８】
大型基板の上のＳｉ層のＣＶＤ析出
好ましくは黒鉛又は場合によっては黒鉛含有セラミックスからなり、もしくは黒鉛を含む基板４４をまず図３に従って反応室１２に通す。その際温度約１０００℃ないし１２００℃に加熱される。トリクロルシランとＨ2からなる冷たい反応ガスがガス入口３２及びギャップ６０を通り、縦境界面３０に沿って反応室１２へ導かれる。縦境界面３０と底面１６に沿って流れる間にガスが加熱され、こうして浮揚させられることにより、反応室１２の中に対流が起こり、その結果ガスが基板面２８に沿って流れるから、基板４４の上にシリコン層が析出される。
【００５９】
本例では反応室１２の高さＨは約４００ｍｍ、反応室１２の幅は約２００ｍｍである。
【００６０】
ガスは成層区域４０に相当する狭いゾーンの中で反応によって消尽される。標準圧下で幅約１ないし２ｃｍのこのゾーンは基板の頂部区域の出口ギャップ５６から排出され、その際反応ガスゾーンの幅に合せてギャップ幅を設定することができる。基板４４を傾けて配置したことにより、乱流及び未使用ガスと使用済みガスの混合が抑制され、不要の生成物は簡単に逃失することができる。
【００６１】
ゾーン（成層区域４０）の下側の区域には、偏向板５６により縦境界壁３０側へ転向される未使用ガスがある。同時に偏向板５６に沿って冷却が起こり、さらに入口３２又はギャップ６０から反応室１２へ導入される冷たい新気の混入によって、重力に基づき縦境界面３０に沿ってガスの「落下」が起こる。続いて同様な循環が始まる。即ち反応室１２の中に形成される対流循環によって未使用ガスが基板面２８に沿って導かれ、基板面２８の上に所望のシリコン層を形成する。
【００６２】
ガスの不断の更新により成層区域４０の前方の室内に極めて均質な濃度の区域が発生するから、全基板面２８にわたって均質な析出率が保証される。なお実験が明らかにしたところでは、析出率は安定しており、広い範囲で傾斜角度βに左右されない。角度βは１０°ないし９０°の範囲にあることが好ましく、図４が明示するように特に６０°≦β≦９０°の範囲で、すこぶる均質となる。従ってこの角度範囲で安定な、即ち角度に比較的依存しない被覆率が得られる。
【００６３】
そこで水平に対する傾斜角度βに関連して、析出率（毎分μｍ）と基板４４の底部側縁端部からの間隔との関係を作図した。基板４４として、底壁１６と頂壁１８の間隔に相当する４００ｍｍの長さの基板を利用した。底壁１６からの僅かな間隔の後は析出率がほぼ一定であることが分かる。ただ傾斜角度βが０°のときだけは対流循環が発生しない。このため不安定が生じる。
【００６４】
前述の例に従って被覆した基板４４は、例えば長さ１００ｍｍの底部側縁端区域（ＣＶＤ析出の始端）を除き、均質な被覆を有する。
【００６５】
Ｓｉ薄膜太陽電池のための半導体系のＣＶＤ析出
本発明に係る方法又は当該の装置によって、基本的に図５で明らかな結晶質シリコン薄膜太陽電池のための半導体積層システムないし積層系を製造することができる。積層システムは、好ましくは黒鉛又は黒鉛含有セラミックスからなり、もしくは黒鉛を含む基板６２からなる。積層システムのベースは基板６２、導電性ＳｉＣ背面接点領域６４又は代案と集積形配線の薄膜ソーラーモジュールの場合は電気絶縁性中間層、粗大結晶粒構造を有する高ドープシリコン結晶核層及びその上にエピタキシャル析出した感光性シリコン層６８で構成される。当該の積層システムによって結晶シリコン技術で周知の種類の太陽電池を製造することができる。その場合ＭＩＳ（金属−絶縁体半導体）逆転層太陽電池も、テスト構造としてｐｎ接合を有する太陽電池も使用することができる。ｐｎ接合即ち拡散エミッタ７０、金属正面グリル７２及び反射防止層７４の別の積層構造を有する太陽電池を図５に例示する。
【００６６】
図５の積層システムを製造するために、本発明の学説により次の一連のプロセスが実施される。即ち
−基板の製造
−中間層（ＳｉＣ又は窒化ケイ素もしくは両成分の金属混合物）のＣＶＤ析出
−ｐ＋−Ｓｉ結晶核層のＣＶＤ析出
−ＳｉＯx保護層の被着
−ｐ＋−Ｓｉ結晶核層の晶出
−ＳｉＯx保護層の除去
−光電池活性Ｓｉ層のエピタキシャル成長（ＣＶＤ）
−太陽電池構造（例えばＭＩＳ−ＩＬ法、ｐｎ法）
【００６７】
詳細には、プロセスは次のように行われる。
ａ）中間層
一辺の長さ１００ｍｍないし１０００ｍｍ、好ましくは３００ｍｍないし５００ｍｍで好ましくは黒鉛からなり、又は黒鉛を含み、又は黒鉛含有セラミックスからなる基板を基板温度約１３００℃ないし１６００℃に加熱する。その間にメチルトリクロルシランとＨ2からなる反応ガスの一部がガス入口３２、６０から反応室１２に導入される。前述の機構に従って対流循環、及びそれに関連して拡散ゾーン（成層区域４０）と循環する未使用ガスのゾーンが形成される。こうしてＳｉＣ層６４が基板６２の上に析出される。
【００６８】
少量の窒素の添加によって導電性の窒素ドープＳｉＣ中間層を作ることができる。層厚は１μｍないし１００μｍ好ましくは３０μｍないし５０μｍである。
【００６９】
基板を１２００℃に加熱し、さらにクロルシランとＮＨ3からなる反応ガスを大気圧下で４０ないし１００ｍｂａｒの低圧で導入すれば、窒化ケイ素層が析出される。低圧で２つの物質の組合わせから、ＳｉＣと窒化ケイ素を含む層材料混合物を作ることができる。層（ＳｉＣ、窒化ケイ素又は材料混合物）は電気絶縁性中間層及び汚染に対する防壁をなす。窒素ドープＳｉＣで導電性中間層を作ることができる。層厚は１μｍないし１００μｍ、好ましくは３０μないし５０μｍである。
【００７０】
ｂ）結晶核層
前記のＳｉＣ中間層６４の上に、ホウ素を多量にドープしたＳｉ層（ｐ＋−Ｓｉ）を析出する。そのために上記の温度及びガス流量のパラメータを使用する。基板温度は約１０００℃ないし１２００℃、好ましくは１１００℃でなければならない。反応ガスはトリクロルシラン及びＨ2からなり、ＢＣｌ3が添加される。こうして作られた層は１μｍないし１００μｍ、好ましくは３０μｍないし５０μｍの厚さを有する。
【００７１】
反応室１２でＣＶＤ法で析出したｐ＋−Ｓｉ層を厚さ０．１μｍないし５μｍ、好ましくは２μｍの酸化ケイ素又は窒化ケイ素層で覆う。次に高ドープＳｉ層を反応室の外で融解し、帯域溶融法（ＺＭＲ＝ｚｏｎｅ  ｍｅｌｔｉｎｇ  ａｎｄ  ｒｅｃｒｙｓｔａｌｉｚａｔｉｏｎ）で横から晶出する。こうして数百μｍないしｃｍ領域の粒度が得られる。晶出層は結晶核層６６をなす。保護層は、溶融物が収縮して滴になることを防止する。結晶化の後に酸化ケイ素又は窒化ケイ素層をエッチングして除く。これも同じく反応室１２の中で実施することができる。
【００７２】
ｃ）光電池活性Ｓｉ層
こうして作られ晶出した結晶核層６６の上に約１・１０16ないし１・１０１７ｃｍ−3のホウ素をドープしたＳｉ層６８をエピタキシャル析出する。これも反応室１２の中で行うことができる。Ｓｉ層６８は薄膜太陽電池のベースとしての光電池活性層をなす。エピタキシャル層６８の厚さは２μｍないし１００μｍ、好ましくは１５μｍないし３０μｍである。１５μｍ以下の厚さの場合は、高い効率を得るためにエピタキシャル層の背面で良好な光反射が必要である。
【００７３】
ｄ）太陽電池プロセス
太陽電池の製造のために、前述の積層システムないし積層系６２、６４、６６、６８の上に厚さ約０．１μｍないし０．５μｍの燐ドープＳｉ層７０を拡散させる。その上に正面グリル７２又は透明な電極及びＴｉＯ2／ＭｇＦ又はＳｉＮ等からなる厚さ約８０ｎｍの反射防止層７４を被着する。こうして基本的に図５で明らかな薄膜太陽電池が成立する。絶縁性基板６２が利用され、又は少なくとも層６４が電気絶縁性に作られている限り、太陽電池を集積方式で配線することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】物体の面の処理又は被覆のための本発明の第１の実施形態の装置を示す概要図である。
【図２】図１に示す装置を垂直線に対して、（ａ）及び（ｂ）で異なる角度状態を示す説明図である。
【図３】図１に対応する本発明の第２の実施形態の装置の概要図である。
【図４】面の上の析出率と面の傾斜角度との関係を表すグラフである。
【図５】ｃ−Ｓｉ薄膜太陽電池の層構成を示す図である。
【符号の説明】
１２          室、反応室
２４          底面
２６          頂面
２８          物体の面、基板の面
３０          縦境界面
３２          ガス入口
３４          ガス出口
４４          基板
５２          熱源
５４          熱源
【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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