JP2564754B2 - 絶縁ゲイト型電界効果半導体装置の作製方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１×１０^-2ｔｏｒｒ以
下に保持された複数の反応容器が互いに連結して設けら
れたマルチチャンバ方式の電子サイクロトロン共鳴を利
用して、被膜を形成する方法に関する。

【０００２】本発明は複数の反応容器間にゲート弁を設
けることなく筒状空間を有せしめ、実質的に複数の被膜
間の不純物等が被膜形成の際、互いに混入することを少
なくまたは除去した被膜作製方法に関する。

【０００３】

【従来の技術】気相反応による薄膜形成技術として、高
周波または直流電界により反応性気体を活性にさせるグ
ロー放電のみを利用したプラズマＣＶＤ法が知られてい
る。この方法は、従来の熱ＣＶＤ法に比べ、低温での被
膜形成が可能である点で優れている。

【０００４】さらに形成されている被膜がアモルファス
シリコン半導体等においては同時に再結合中心中和用の
水素またはハロゲン元素を含有させることができるた
め、良好なＰＩ、ＮＩまたはＰＮ接合を作り得る。

【０００５】しかし、かかるグロー放電ＣＶＤ法におい
ては、被膜の形成速度がきわめて遅く、実用上その成長
速度を１０〜５００倍にすることが求められていた。

【０００６】他方、１０^-2〜１０^-5ｔｏｒｒのいわゆる
１×１０^-2ｔｏｒｒ以下の高真空に保持する圧力で被膜
形成がなされる電子サイクロトロン共鳴を用いたＣＶＤ
法が知られている。この方法は５０００Ａ（オングスト
ローム）〜１０μもの厚い膜厚の被膜形成を１０〜１０
０Ａ（オングストローム）／秒と高速度で行い得る。し
かし複数の被膜を異なった反応空間で形成するに際し、
第１の反応空間で第１の被膜を形成後、この被膜表面を
大気に触れさせることなく第２の反応空間に移設し、第
１の被膜上に第２の被膜を積層するいわゆるマルチチャ
ンバ方式は知られていないばかりか、かかる方式におい
て、被膜形成中第１の反応室間と第２の反応室間の間を
ゲート弁で仕切ることなく実施する試みもない。また、
この電子サイクロトロン共鳴を用いた被膜形成方法にお
いて、水素またはハロゲン元素が添加されたＳｉｘＣ
_1-x （０＜ｘ＜１）の形成例も、微結晶またはセミアモ
ルファス構造のＰまたはＮ型のシリコン半導体を形成し
た例も知られていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこれらの問題
を解決するため、アルゴン等の非生成物気体の活性化を
サイクロトロン共鳴を用いて行う。そしてその結果発生
した電子または活性化気体により生成物気体を構成する
反応性気体の活性化、分解または反応を行なわしめて、
その前工程で基板上に形成されている第１の被膜上に第
２の被膜をこの表面にグロー放電ＣＶＤで生じ得るスパ
ッタ（損傷）効果を軽減または除去して積層する。さら
に必要に応じこの第２の被膜上に第３の被膜を同様にし
て積層する方法に関する。

【０００８】本発明は半導体層をサイクロトロン共鳴を
用いて形成する際、その前工程で形成された被膜の被形
成面を大気に触れさせることなくこの表面を１×１０^-2
以下好ましくは１×１０^-3ｔｏｒｒ以下の真空度で保持
しつつ移設し、この被形成面上に第２の被膜を形成す
る。その結果、複数の半導体層の境界でお互いの材料が
混合することなく、またその境界領域に低級酸化物また
は低級窒化物のバリア層が形成されることを防いでい
る。

【０００９】さらに本発明はこの電子サイクロトロン共
鳴を用いた気相被膜形成方法（以下ＥＣＲ ＣＶＤ法と
いう）に加えて、反応室間を筒状空間とし、この活性反
応性気体がこの筒状空間よりもれて隣の反応室空間に混
入することを防いでいる。このため本発明は高周波また
は直流電界を併用し、共鳴エネルギーの共鳴がなくなっ
た後も反応性気体の活性状態を筒状空間内で十分持続す
るようにプラズマ放電エネルギを反応性気体に与える。
さらに被膜形成中または被膜形成前後の基板の移設を広
域ターボ分子ポンプによる排気と同時に実施する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる方法は、
第１の態様によれば、大気から遮断された複数の反応室
を有する多室型ＣＶＤ装置を設け、第１の反応室におい
て、第１の反応性ガスを供給して、酸素または窒素を含
む絶縁層を形成し、第１の反応室において形成された絶
縁層を第２の反応室へ移動し、第２の反応室において、
第２の反応性ガスを供給して、前記絶縁層に隣接してチ
ャネル形成用の非単結晶半導体層を形成することによ
り、半導体チャネルおよび該半導体チャネルに隣接した
絶縁層を有する薄膜型絶縁ゲイトＦＥＴを作製する方法
において、各反応室に互いに独立した排気装置を設け、
反応室毎に独立して１０^−３〜１０^−４ｔｏｒｒに排気
しつつ、電子サイクロトロン共鳴を用いたプラズマＣＶ
Ｄ法で前記絶縁層および非単結晶半導体層を形成し、第
１の反応室から第２の反応室へ絶縁層を移送するとき、
反応性ガスの供給を止め、第１の反応室では前記絶縁層
のみが形成され、且つ第２の反応室では前記非単結晶半
導体層のみが形成されるようにしたことを特徴とする。
本発明にかかる方法は、第２の態様によれば、大気から
遮断された複数の反応室を有する多室型ＣＶＤ装置を設
け、第１の反応室において、第１の反応性ガスを供給し
て、チャネル形成用の非単結晶半導体を形成し、第１の
反応室において形成された非単結晶半導体を第２の反応
室へ移動し、第２の反応室において、第２の反応性ガス
を供給して、酸素または窒素を含む絶縁体層を前記非単
結晶半導体に隣接して形成することにより、半導体チャ
ネルおよび該半導体チャネルに隣接した非単結晶半導体
を有する薄膜型絶縁ゲイトＦＥＴを作製する方法におい
て、各反応室に互いに独立した排気装置を設け、反応室
毎に独立して１０^−３〜１０^−４ｔｏｒｒに排気しつ
つ、電子サイクロトロン共鳴を用いたプラズマＣＶＤ法
で前記非単結晶半導体および絶縁体層を形成し、第１の
反応室から第２の反応室へ非単結晶半導体を移送すると
き、反応性ガスの供給を止め、第１の反応室では前記非
単結晶半導体のみが形成され、且つ第２の反応室では前
記絶縁体層のみが形成されるようにしたことを特徴とす
る。本発明にかかる方法は、第３の態様によれば、大気
から遮断された複数の反応室を有する多室型ＣＶＤ装置
を設け、第１の反応室において、第１の反応性ガスを供
給して、酸素または窒素を含む絶縁層を形成し、第１の
反応室において形成された絶縁層を第２の反応室へ移動
し、第２の反応室において、第２の反応性ガスを供給し
て、前記絶縁層に隣接してチャネル形成用の非単結晶半
導体層を形成し、前記絶縁層および非単結晶半導体層を
第３の反応室へ移動し、第３の反応室において、第３の
反応性ガスを供給することにより、前記絶縁層または非
単結晶半導体層に隣接して第３の層を形成することによ
り薄膜型絶縁ゲイトＦＥＴを作製する方法において、各
反応室に互いに独立した排気装置を設け、反応室毎に独
立して１０^−３〜１０^−４ｔｏｒｒに排気しつつ、電子
サイクロトロン共鳴を用いたプラズマＣＶＤ法で前記絶
縁層および非単結晶半導体層を形成し、第１の反応室か
ら第２の反応室への移送および第２の反応室から第３の
反応室への移送の間は、反応性ガスの供給を止め、第１
の反応室では前記絶縁層のみが形成され、第２の反応室
では前記非単結晶半導体層のみが形成され、第３の反応
室では第３の層のみが形成されるようにしたことを特徴
とする。本発明にかかる方法では、前記サイクロトロン
共鳴を用いたプラズマＤＶＤ法において光ＣＶＤを併用
することが好ましい。また、絶縁層が窒化珪素または酸
化珪素からなることが好ましい。さらに、絶縁層がＳｉ
_３Ｎ_４またはＳｉＯ_２からなることが好ましい。また、
第３の層が絶縁層であることが好ましい。

【００１１】

【作用】するとこのＥＣＲ技術により形成される反応空
間の圧力は１×１０^-2〜５×１０^-5特に好ましくは１×
１０^-3〜１×１０^-4ｔｏｒｒとこれまで作られてきたプ
ラズマグロー放電法による圧力（０．１〜０．５ｔｏｒ
ｒ）よりも１桁以上も低い反応をするため、１つの反応
工程より次の反応工程に移す際、反応容器内における残
留不純物ガスが少ない。このため従来グロー放電プラズ
マＣＶＤ法で知られる如く、ＰまたはＮ型の半導体層を
形成した後、次の半導体層を形成する前工程として、そ
れぞれの被膜が互いに混入してしまうことを防ぐために
被膜形成後それぞれの反応空間を十分真空引きをし、そ
の後それぞれの反応空間を仕切っているゲート弁を開く
という工程を必要としない。そのため第１の被膜が例え
ばＰまたはＮ型の第１の非単結晶半導体被膜であった場
合、この被膜の形成後、単に反応性気体導入を中止する
のみで、その隣に位置する第２の反応空間へ被形成面を
有する基板を移設させることができ、工業的なスループ
ットを著しく向上させることができる。

【００１２】例えばアモルファスシリコン半導体を直接
励起型のグロー放電プラズマＣＶＤ法のみで形成せんと
する場合は、その成長速度は１Ａ（オングストローム）
／秒であり、かつマルチチャンバ方式における１つの反
応室より隣の反応室に移すに際し、それぞれの反応室間
を１０^-5〜１０^-6ｔｏｒｒの高真空引きをする。しか
し、本発明のＥＣＲを用いたマルチチャンバ方式におい
ては、１つの反応室間より他の反応室間に基板を連続的
にまたは実質的に連続的に移設することが可能となる。

【００１３】さらに、本発明において、ＰまたはＮ型の
半導体層が形成された面上にＥＣＲ法にてＩ型半導体層
（真性または実質的に真性またはＰまたはＮ型の半導体
層よりも十分不純物濃度の低い半導体層）を形成する
と、このＩ型半導体層の形成に際しスパッタ作用がない
ため、きわめて急峻なＰＩまたはＮＩ接合界面を形成す
ることができる。その結果、本発明方法で作られたＰＩ
Ｎ接合を用いて光電変換装置を作製すると、きわめて高
変換効率を期待できる。実験的にも１．０５ｃｍ² にて
１２．９％の変換効率を得ることができた。

【００１４】さらにサイクロトロン共鳴は不活性気体ま
たは非生成物気体（分解または反応をしてもそれ自体は
気体しか生じない気体）を用いる。不活性気体としては
アルゴンが代表的なものである。しかしヘリューム、ネ
オン、クリプトンを用い、さらにまた添加物としてＳｉ
ｘＯ_2-x （０≦ｘ＜２）、Ｓｉ₃ Ｎ_4-x （０≦ｘ＜４）
を形成するために不活性気体を加えてＯ、Ｎを添加して
用いてもよい。

【００１５】また反応性気体としては生成物気体（分解
または反応をして固体を生成する気体）を用いる。この
生成物気体としては、珪化物気体はＳｉｎＨ_2n+2（ｎ≧
１）、ＳｉＦｎ（ｎ≧２）、ＳｉＨｎＦ_4-n （１＜ｎ＜
４）、ゲルマニウム化物はＧｅＨ₄ 、ＧｅＦ₄ 、ＧｅＨ
ｎＦ_4-n （ｎ＝１，２，３）、Ｓｉ（ＣＨ₃ ）ｎＨ_{4- n}
（ｎ＝１，２，３，４）、ＳｎＣｌ₄ ，ＳｎＦ₂ 、Ｓｎ
Ｆ₄ がその代表的なものである。更に添加物として生成
物気体に他の生成物気体であるＢ₂ Ｈ₆ 、ＢＦ₃ 又はＰ
Ｈ₃ 、ＡｓＨ₃ 等のドーピング用気体を加えることによ
りＰ型の半導体およびＮ型の半導体を形成した。

【００１６】これらの非生成物気体をサイクロトロン共
鳴をさせて活性化せしめ、この共鳴領域より外部の反応
空間で生成物気体と混合し、励起エネルギを生成物気体
に移す。すると生成物気体はきわめて大きい電磁エネル
ギを受け取るため、生成物気体をほぼ１００％活性化さ
せることができ、かつ自らがそのエネルギを運動エネル
ギではなく内在する活性化エネルギとして保持できる。
さらに室温〜７００℃の温度で基板を加熱することによ
り、この基板上の被形成面上に被膜を形成させることが
できる。

【００１７】以下に実施例に従い本発明を示す。

【００１８】

【実施例１】図１は本発明のサイクロトロン共鳴型プラ
ズマＣＶＤ装置の概要を示す。

【００１９】図面において、ステンレス反応容器
（１’）は前方または後方にゲート弁（図示せず）を介
してロード室、アンロード室を設けている。そしてこの
ロード室より図１の反応容器内に筒状空間を構成すると
構造（四方をステンレス金属または絶縁体の板で取り囲
み活性状態の反応性気体がこの外側の容器内壁にまで広
がってフレークの発生原因とならないようにする構造）
（３１）、（３１’）を有する。さらにこの枠構造内に
配設されている基板ホルダ（１０’）及びこの両面に主
面に被膜形成されるようにして基板（１０）を対をなし
て設けている。図面では１０枚の基板を５つのホルダ
（１０’）に配設している。そして容器（１’）の筒状
空間を反応空間（１）として設けている。この容器
（１’）の側部には、ハロゲンランプヒータ（７）を有
する加熱室（７’）を設けている。石英窓（１９）を通
して赤外線を枠構造及び基板（１０）に照射し加熱す
る。さらに必要に応じグロー放電をも併設し得るため、
この容器（１’）の内側の上部及び下部に一対の網状電
極（２０）、（２０’）を有せしめ、ここに高周波また
は直流電源（６）より１３．５６ＭＨｚまたは直流の電
界を加える。

【００２０】また非生成物気体を（１８）より共鳴空間
（２）に供給する。この共鳴空間（２）はその外側に空
心コイル（ここではヘルムホルツコイルとして用いた）
（５）、（５’）を配し磁場を加える。この内側に冷却
管（１２）を配している。同時にマイクロ波発振器
（３）によりアナライザー（４）を経て例えば２、４５
ＧＨｚのマイクロ波が石英窓（２９）より共鳴空間
（２）に供給される。この空間では共鳴を起こすべく非
生成物気体としてアルゴンを（１８）より加える。そし
てその質量、周波数により決められた磁場（例えば８７
５ガウス）が空心コイル（５）、（５’）により加えら
れる。

【００２１】このため、アルゴンガスが励起して磁場に
よりピンチングすると同時に共鳴し、十分励起した後に
反応空間（１）へ電子および励起したアルゴンガスとし
て放出（２１）される。この共鳴空間（２）の出口には
生成物気体がドーピング系（１３）より（１６）を経て
複数のノズル（１７）より反応空間内に放出（２２）さ
れる。その結果、生成物気体（２２）は電子及び励起気
体（２１）により励起され、活性化する。そしてこの活
性化した気体が共鳴空間（２）に逆流しないように絶縁
物のホモジナイザ（２０）を設けて注意をした。加えて
一対の電極（２３）、（２３’）により生じた高周波電
界が同時にこれら反応性気体に加えられる。

【００２２】その結果、共鳴空間（２）と反応空間との
間には実質的にバッファ空間（３０）を有し、反応空間
全体に電子および励起気体（２１）が降り注ぐようにし
て放出させている。

【００２３】すなわち共鳴空間と被形成面とが十分離れ
ていても（一般的には２０〜８０ｃｍ）反応性気体の励
起状態を持続させることができるように努めた。（サイ
クロトロン共鳴のみを用いる場合は基板と共鳴空間端部
との距離が５〜１５ｃｍと短く、被膜の厚さの不均一性
を誘発する。）

【００２４】また反応性気体を十分反応空間（１）で広
げ、かつサイクロトロン共鳴をさせるため、反応室間
（１）、共鳴空間（２）の圧力を１×１０^-3〜１×１０
^-4ｔｏｒｒ例えば３×１０^-4ｔｏｒｒとした。この圧力
はターボ分子ポンプ（１４）を併用して排気系（１１）
のコントロールバルブ（１５）により真空ポンプ（９）
の排気量を調整して行った。

【００２５】

【実験例１】この実験例は実施例１を用い、アモルファ
スシリコン膜を形成させたものである。

【００２６】すなわち反応空間、高さ３０ｃｍ、巾・奥
行き各３５ｃｍを有し、反応容器の内寸法は高さ４０ｃ
ｍ、巾・奥行き各５０ｃｍ、基板（２０ｃｍ×３０ｃ
ｍ、１０枚）を１バッチとする。さらにこの反応空間の
圧力を３×１０^-4ｔｏｒｒとし、非生成物気体として
（１８）よりアルゴンを２００ｃｃ／分で供給した。加
えてモノシランを（１６）より８０ｃｃ／分で供給し
た。真性の半導体とするため、Ｂ₂ Ｈ₆ ／ＳｉＨ₄ を
０．１〜１０ＰＰＭ同時に添加してもよい。

【００２７】初動の高周波エネルギは（６）より４０Ｗ
の出力を用いて供給した。マイクロ波は２．４５ＧＨｚ
の周波数を有し、２００〜８００Ｗの出力例えば３００
Ｗで供給した。磁場（５）、（５’）の共鳴強度は８７
５±１００ガウスの範囲で共鳴するように調整した。

【００２８】基板（１０）はガラス基板またはこの基板
上に透明導電膜が形成されたものを用いた。この被形成
面上に非単結晶半導体例えばアモルファスシリコン半導
体を形成し、不要気体を排気系（１１）より放出した。
すると基板温度が２５０℃において被膜形成速度４５Ａ
（オングストローム）／秒を得ることができた。この速
度はプラズマＣＶＤのみで得られる１．５Ａ（オングス
トローム）／秒に比べ３０倍の速さである。

【００２９】この不純物をまったく添加していない場合
のアモルファスシリコン膜の電気特性として暗伝導度４
×１０^-10 （Ｓｃｍ^-1）、光伝導度（ＡＭ１（１００ｍ
Ｗ／ｃｍ² ）の条件下）６×１０^-5（Ｓｃｍ^-1）を得る
ことができた。この値は、これまで知られているプラズ
マＣＶＤ法におけるアモルファスシリコン膜と同様の特
性であり、ＰＩＮ接合を有する光電変換装置のＩ型半導
体層としても用い得、光電変換装置とした場合も同様の
高い変換効率を期待することができ得る。

【００３０】

【実験例２】図１のＥＣＲ装置において、Ｐ型ＳｉｘＣ
_1-x （０＜ｘ＜１）の非単結晶半導体を形成することを
試みた。

【００３１】すなわち、アルゴンを共鳴空間に励起し生
成物全体である反応性気体としてＨ₂ Ｓｉ（ＣＨ₃ ）₂
／ＳｉＨ₄ ＝１／７とし、Ｂ₂ Ｈ₆ ／ＳｉＨ₄ ＝５／１
０００とした。するとＥＣＲのマイクロ波出力が３００
Ｗ、圧力３×１０^-4ｔｏｒｒ、基板温度１８０℃にし、
光学的Ｅｇ＝２．４ｅＶ、電気伝導度３×１０^-6（Ｓｃ
ｍ^-1）を得ることができた。

【００３２】その他は実験例１と同様である。

【００３３】

【実験例３】図１のＥＣＲ装置を用いてＳｉｘＯ_2-x
（０≦ｘ＜２）またはＳｉ₃ Ｎ_4-x （０≦ｘ＜４）を形
成した。

【００３４】共鳴空間に酸素または窒素をアルゴンガス
とともに導入した。更に（１０）よりＳｉＨ₄ を導入し
た。すると、シランと酸素または窒素との比に従って、
ＳｉｘＯ_2-x （０≦ｘ＜２）またはＳｉ₃ Ｎ_4-x （０≦
ｘ＜４）のｘの値を決定することができる。ｘ＝０と
し、ＳｉＯ₂ 、Ｓｉ₃ Ｎ₄ を形成する場合は、酸素また
は窒素はアルゴンと等量導入すればよかった。その他は
実験例１と同じである。

【００３５】

【実験例４】図１のＥＣＲ装置を用いてＮ型微結晶化非
単結晶半導体を形成することを試みた。すなわちＳｉＨ
₄ ／Ｈ₂ ＝１／５〜１／４０例えば１／３０、ＰＨ₃ ／
ＳｉＨ₄ ＝１／１００とした。ＥＣＲ出力４００Ｗ、圧
力３×１０^-4ｔｏｒｒ、基板温度２５０℃とした。する
と光学的なＥｇ＝１．６５ｅＶ、電気伝導度５０（Ｓｃ
ｍ^-1）を得ることができた。特にＥＣＲ方式において
は、マイクロ波出力を大きくしても基板に対するスパッ
タ効果がないため、平均粒径が大きく１００〜３００Ａ
（オングストローム）を有するより多結晶化しやすく、
結果として結晶化度もグロー放電プラズマＣＶＤ法にお
いて約５０％であるものを７０％にまで高めることが可
能となった。さらに希釈する水素の量を比較すると、グ
ロー放電法とプラズマＣＶＤ法においてはＳｉＨ₄ ／Ｈ
₂ ＝１／８０〜１／３００と大きく水素で希釈したが、
ＥＣＲ法においてはＳｉＨ₄ ／Ｈ₂ ＝１／５〜１／４０
においても十分な微結晶構造を有する半導体を作ること
ができた。その他は実験例１と同様である。

【００３６】

【実施例２】この実施例は、図１を用いて試みられた実
施例１（実験例１）〜４を一体化し、マルチチャンバ方
式としたものである。

【００３７】このマルチチャンバ方式に関しては、本発
明人の出願による特許（ＵＳＰ４，５０５，９５０［１
９８５．３．１９］、ＵＳＰ４，４９２，７１６［１９
８５．１．８］）にすでに明らかである。しかしこの実
施例は特にこのマルチチャンバ方式とＥＣＲ法とを一体
化せしめ、従来以上に優れたマルチチャンバ方式を得る
ことができた。第２図に従い本発明を記す。

【００３８】図２は系Ｉ、II、III 、IV、Ｖを示す。こ
こではロード室（系Ｉ、Ｉ’）、第１の被膜例えばＰ型
半導体形成用反応系（系II）、第２の被膜例えばＩ型半
導体形成用反応室（系III ）、第３の被膜例えばＮ型半
導体形成用反応系（系IV）、アンロード系（系Ｖ、
Ｖ’）を有し、複数の被膜の積層構造を有せしめるため
の被膜の作製例である。そして例えばＰＩＮ接合を積層
体として得ることができる。

【００３９】各系の室は（１’−１’）、（１’−
１）、（１’−２）、・・・（１’−５）、（１’−
５）をそれぞれ有し、特に（１−２）、（１−３）、
（１−４）は反応空間を構成している。またロード側の
空間として（１−１’）、（１−１）を有し、またアン
ロード側の空間として（１−５）、（１−５’）を有す
る。ドーピング系（１３−２）、（１３−３）、（１３
−４）を有する。さらに排気系（１１）としてターボ分
子ポンプ（１４−１）、（１４−２）、・・・（１４−
５）、真空ポンプ（９−１）、（９−２）、・・・（９
−５）を有する。系（Ｉ’）、（Ｖ’）はロード、アン
ロード室であり、これらの図示は省略している。

【００４０】ＥＣＲ用マイクロ波は系II、III 、IVの少
なくとも１つここではすべてに対し（８−２）、（８−
３）、（８−４）として設けられ、ヘルムホルツコイル
（５−２）、（５’−２）、・・・として加えられてい
る。そして共鳴空間（２−２）、（２−３）、（２−
４）を有し、アルゴンガスまたはこれと非生成物気体と
の混合ガス（１８−２）、（１８−３）、（１８−４）
として加えられている。

【００４１】それぞれのチャンバ（１−１）と（１−
２）の間にはバッファ空間（２５−２）が設けられ、ま
た（１−２）と（１−３）との間にはバッファ空間（２
５−３）が、また（１−３）と（１−４）との間にはバ
ッファ空間（２５−４）、さらに（１−４）と（１−
５）との間にバッファ空間（２５−５）を有する。これ
らのバッファ空間は基板（１０）および基板ホルダ（筒
状空間を構成する枠構造体（３１）が所定のチャンバ
（反応容器）にて被膜形成後隣のチャンバへの移設を容
易にし、また被膜形成中において１つの空間の不純物、
反応生成物が隣の反応空間に混入しないよう気体の平均
自由工程より巾広とし、実質的にそれぞれの反応空間
（１−１）、・・・（１−５）を互いに離間させてい
る。さらにロード室（１−１’）とロードバッファ室
（１−１）間のゲート弁（２５−１）、アンロードバッ
ファ室（１−５）とアンロード室（１−５’）間のゲー
ト弁（２５−６）は基板、基板ホルダーのロード、アン
ロードの際、大気が反応室間（１−２）・・・（１−
４）に混入しないようにさせた。

【００４２】さらにこの系II、III 、IVの被膜形成はＰ
ＩＮ接合を有する光電変換装置を作らんとする場合は、
それぞれ実験例２、実験例１および実験例４に対応す
る。

【００４３】さらにこの各被膜を各チャンバ（１−
２）、（１−３）、（１−４）で形成してしまった後、
このＥＣＲ ＣＶＤ法においては生成物気体の供給を止
める。そしてマイクロ波エネルギの供給を停止する。さ
らに非生成物気体のアルゴンを供給し続け、または一時
的に停止した後それまでの系を被膜形成時と同様に十分
に連続真空引きせしめ続け、基板（１０）および膜構造
を有する基板ホルダ（３１）とを移動機構（図面では省
略）により隣の反応室に移動している。

【００４４】かかる工程のみによっても、ＰＩ接合界面
またはＮＩ接合界面における不純物の混合はこれまでの
グロー放電プラズマＣＶＤ法に比べきわめて少ないこと
が判明した。

【００４５】そのため、光電変換装置としての変換効率
１２．９％（１．０５ｃｍ² ）（開放電圧０．９２Ｖ、
短絡電流密度１８．４ｍＡ／ｃｍ² 曲線因子０．７
６）を得ることができた。

【００４６】かかる高効率を得ることができた理由とし
て、ＥＣＲ ＣＶＤ法においては被膜形成に関し被形成
面を反応性気体がスパッタしないためであると推定され
る。さらに被膜形成時の圧力がグロー放電プラズマで知
られる如く、０．１〜０．５ｔｏｒｒの１／１００また
はそれ以下の１×１０^-3〜１×１０^-5ｔｏｒｒ例えば３
×１０^-4ｔｏｒｒであることである。その結果、反応性
気体の導入を止めると、これまでのグロー放電プラズマ
ＣＶＤ法に比べ１／１００以下の時間で不純物、活性反
応性気体のターボポンプによるチャンバ等よりの脱ガス
化が可能となったことである。

【００４７】

【実施例３】この実施例は薄膜型絶縁ゲイト型電界効果
半導体装置の作製方法に用いるもので、実施例２におい
て系IIの反応区間で半導体膜を形成し、その上に系III
にて窒化珪素膜（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）を形成する。さらに系IV
にて酸化珪素（ＳｉＯ₂ ）を形成したものである。それ
ぞれの被膜の形成は実施例１における実験例１、２およ
び３に従った。

【００４８】かくして基板状に半導体膜、さらにその上
に２層のゲイト絶縁膜を積層して設ける。

【００４９】さらにかかる構造とするとそれぞれの反応
区間に真空ゲート弁を設けるマルチチャンバ方式に比べ
てゲート弁を２ヶも省略することができるため、製造装
置として低価格化を期待できる。１つのチャンバより隣
のチャンバへの移設も３分以内に行うことができ、スル
ープットを向上させることができる等の大きな特徴を有
する。以上の本発明の実施例において、さらにその変形
として、まずＰ型の半導体を光ＣＶＤ法または公知のグ
ロー放電プラズマＣＶＤ法により形成する。さらにＩ型
の半導体膜をＥＣＲ ＣＶＤ法により０．７μ形成し
た。最後にＮ型の微結晶化した半導体をＥＣＲ ＣＶＤ
法により形成することも有効である。

【００５０】

【発明の効果】一般にグロー放電法では０．１〜０．０
１μの大きさのピンホールが被膜中に観察されやすい
が、本発明のサイクロトロン共鳴型プラズマＣＶＤ装置
ではこのピンホール数は約１／１０に減少（×１００の
暗視野にて平均１〜３ヶ／視野）させることができた。

【００５１】本発明はマルチチャンバ方式にてＥＣＲ
ＣＶＤ法をそれぞれのチャンバで行った。そのため従来
公知のグロー放電法やプラズマを用いたマルチチャンバ
方式に比べて多量生産が可能となり、かつ形成された被
膜中のＰＩまたはＮＩ接合界面も急峻となり、また被膜
形成速度が大きいためＩ層中に不本意に混入する酸素、
窒素の量をそれぞれ５×１０¹⁸ｃｍ^-3以下とすることが
できるようになった。

【００５２】サイクロトロン共鳴を用いているため、大
きい被膜成長速度を得ることができる。

【００５３】半導体装置としてＰＩＮまたはＮＩＰ接合
を有する光電変換装置、発光素子ＭＩＳ．ＦＥＴ（電界
効果半導体装置）、ＳＬ発光素子（スーパーラティス素
子）とし得る。さらに、その応用としてその他半導体レ
ーザーまたは光集積回路に対しても本発明は有効であ
る。

【００５４】また本発明のサイクロトロン共鳴を用いた
プラズマＣＶＤ法に加えて、光源として低圧水銀灯（１
８５ｎｍの波長を有する）さらにはエキシマレーザ（波
長１００〜４００ｎｍ）、アルゴンレーザ、窒素レーザ
などの光を用いて光ＣＶＤ作用をも併用してよいことは
いうまでもない。

【００５５】生成物気体をモノシランではなくジシラン
またはモノシランと弗化シラン（Ｓｉ₂ Ｆ₆ ）の混合気
体とすると、さらに被膜成長速度の向上を期待できる。

【００５６】本発明において、基盤としてはシリコン半
導体、ガラス基板、プラスチック基板、ステンレス基板
とし、またはこれらの上に電極が設けられた構造を用い
得る。

【００５７】また形成されるアモルファス半導体もＳｉ
のみならず、ＳｉｘＧｅ_1-x （０＜ｘ＜１）、ＳｉｘＳ
ｎ_1-x （０＜ｘ＜１）、ＣｘＧｅ_1-x （０＜ｘ＜１）ま
たはそれらの真性または実質的に真性、ＰまたはＮ型の
半導体であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサイクロトロン共鳴型プラズマＣＶＤ
装置を示す。

【図２】本発明のサイクロトロン共鳴型プラズマＣＶＤ
装置を示す。

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 大気から遮断された複数の反応室を有す
   る多室型ＣＶＤ装置を設け、第１の反応室において、第
   １の反応性ガスを供給して、酸素または窒素を含む絶縁
   層を形成し、第１の反応室において形成された絶縁層を
   第２の反応室へ移動し、第２の反応室において、第２の
   反応性ガスを供給して、前記絶縁層に隣接してチャネル
   形成用の非単結晶半導体層を形成することにより、半導
   体チャネルおよび該半導体チャネルに隣接した絶縁層を
   有する薄膜型絶縁ゲイトＦＥＴを作製する方法におい
   て、各反応室に互いに独立した排気装置を設け、反応室
   毎に独立して１０^−３〜１０^−４ｔｏｒｒに排気しつ
   つ、電子サイクロトロン共鳴を用いたプラズマＣＶＤ法
   で前記絶縁層および非単結晶半導体層を形成し、第１の
   反応室から第２の反応室へ絶縁層を移送するとき、反応
   性ガスの供給を止め、第１の反応室では前記絶縁層のみ
   が形成され、且つ第２の反応室では前記非単結晶半導体
   層のみが形成されるようにした方法。
2. 【請求項２】 前記サイクロトロン共鳴を用いたプラズ
   マＤＶＤ法において光ＣＶＤを併用することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の方法。
3. 【請求項３】 絶縁層が窒化珪素または酸化珪素からな
   る特許請求の範囲第１項に記載の方法。
4. 【請求項４】 絶縁層がＳｉ_３Ｎ_４またはＳｉＯ_２から
   なる特許請求の範囲第１項に記載の方法。
5. 【請求項５】 大気から遮断された複数の反応室を有す
   る多室型ＣＶＤ装置を設け、第１の反応室において、第
   １の反応性ガスを供給して、チャネル形成用の非単結晶
   半導体を形成し、第１の反応室において形成された非単
   結晶半導体を第２の反応室へ移動し、第２の反応室にお
   いて、第２の反応性ガスを供給して、酸素または窒素を
   含む絶縁体層を前記非単結晶半導体に隣接して形成する
   ことにより、半導体チャネルおよび該半導体チャネルに
   隣接した非単結晶半導体を有する薄膜型絶縁ゲイトＦＥ
   Ｔを作製する方法において、各反応室に互いに独立した
   排気装置を設け、反応室毎に独立して１０^−３〜１０
   ^−４ｔｏｒｒに排気しつつ、電子サイクロトロン共鳴を
   用いたプラズマＣＶＤ法で前記非単結晶半導体および絶
   縁体層を形成し、第１の反応室から第２の反応室へ非単
   結晶半導体を移送するとき、反応性ガスの供給を止め、
   第１の反応室では前記非単結晶半導体のみが形成され、
   且つ第２の反応室では前記絶縁体層のみが形成されるよ
   うにした方法。
6. 【請求項６】 前記サイクロトロン共鳴を用いたプラズ
   マＤＶＤ法において光ＣＶＤを併用することを特徴とす
   る特許請求の範囲第５項に記載の方法。
7. 【請求項７】 絶縁層が窒化珪素または酸化珪素からな
   る特許請求の範囲第５項に記載の方法。
8. 【請求項８】 絶縁層がＳｉ_３Ｎ_４またはＳｉＯ_２から
   なる特許請求の範囲第５項に記載の方法。
9. 【請求項９】 大気から遮断された複数の反応室を有す
   る多室型ＣＶＤ装置を設け、第１の反応室において、第
   １の反応性ガスを供給して、酸素または窒素を含む絶縁
   層を形成し、第１の反応室においで形成された絶縁層を
   第２の反応室へ移動し、第２の反応室において、第２の
   反応性ガスを供給して、前記絶縁層に隣接してチャネル
   形成用の非単結晶半導体層を形成し、前記絶縁層および
   非単結晶半導体層を第３の反応室へ移動し、第３の反応
   室において、第３の反応性ガスを供給することにより、
   前記絶縁層または非単結晶半導体層に隣接して第３の層
   を形成することにより薄膜型絶縁ゲイトＦＥＴを作製す
   る方法において、各反応室に互いに独立した排気装置を
   設け、反応室毎に独立して１０^−３〜１０^−４ｔｏｒｒ
   に排気しつつ、電子サイクロトロン共鳴を用いたプラズ
   マＣＶＤ法で前記絶縁層および非単結晶半導体層を形成
   し、第１の反応室から第２の反応室への移送および第２
   の反応室から第３の反応室への移送の間は、反応性ガス
   の供給を止め、第１の反応室では前記絶縁層のみが形成
   され、第２の反応室では前記非単結晶半導体層のみが形
   成され、第３の反応室では第３の層のみが形成されるよ
   うにした方法。
10. 【請求項１０】 第３の層が絶縁層である特許請求の範
    囲第９項に記載の方法。
11. 【請求項１１】 絶縁層が窒化珪素または酸化珪素から
    なる特許請求の範囲第９項に記載の方法。
12. 【請求項１２】 絶縁層がＳｉ_３Ｎ_４またはＳｉＯ_２か
    らなる特許請求の範囲第９項に記載の方法。