JP2654433B2 - 珪素半導体作製方法 - Google Patents
珪素半導体作製方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 『発明の利用分野』 本発明は、電子サイクロトロン共鳴を利用して、Ｉ型
（真性または実質的に真性のＰまたはＮ型の半導体に比
べ十分低い不純物濃度の半導体の導電型をＩ型という）
の微結晶非単結晶半導体を形成するとともに、この前ま
たは後工程にこの半導体層を形成する前後の被形成面を
大気に触れさせることなく積層して形成し、PINまたはN
IP接合を構成せしめる半導体装置作製方法に関する。
（真性または実質的に真性のＰまたはＮ型の半導体に比
べ十分低い不純物濃度の半導体の導電型をＩ型という）
の微結晶非単結晶半導体を形成するとともに、この前ま
たは後工程にこの半導体層を形成する前後の被形成面を
大気に触れさせることなく積層して形成し、PINまたはN
IP接合を構成せしめる半導体装置作製方法に関する。
『従来技術』 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。
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。
さらに形成され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PIN,PN
等の接合を作り得る。
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PIN,PN
等の接合を作り得る。
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10〜50
0倍にすることが求められていた。
形成速度がきわめて遅く、実用上その成長速度を10〜50
0倍にすることが求められていた。
他方、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、5000Å〜10μもの厚い膜厚の被
膜形成を10〜100Å／秒と高速度で行い得るが、この電
子サイクロトロン共鳴を用いた水素またはハロゲン元素
が添加されたSixC1-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。また、SiでPI
N接合を形成する例、Ｐ（アモルファスSixC1-X）−Ｉ
（アモルファスまたはセミアモルファスSi）−Ｎ（微結
晶）の導電型、化学量論さらにまたは結晶構造（アモル
ファスと結晶）の異なるいわゆる複合化構造の可能性も
まったく論じられていない。いわんやマルチチャンバ方
式の半導体被膜形成としてこのPINまたはNIP接合を作る
試みはまったくない。
れている。この方法は、5000Å〜10μもの厚い膜厚の被
膜形成を10〜100Å／秒と高速度で行い得るが、この電
子サイクロトロン共鳴を用いた水素またはハロゲン元素
が添加されたSixC1-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。また、SiでPI
N接合を形成する例、Ｐ（アモルファスSixC1-X）−Ｉ
（アモルファスまたはセミアモルファスSi）−Ｎ（微結
晶）の導電型、化学量論さらにまたは結晶構造（アモル
ファスと結晶）の異なるいわゆる複合化構造の可能性も
まったく論じられていない。いわんやマルチチャンバ方
式の半導体被膜形成としてこのPINまたはNIP接合を作る
試みはまったくない。
『問題を解決すべき手段』 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。そしてこ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
は反応を行わしめて、その前工程で基板上に形成されて
いるＰまたはＮ型の導電型の半導体層上にＩ型半導体層
をこの表面にグロー放電CVDで生じ得るスパッタ（損
傷）効果を軽減して積層する。さらにこのＩ型半導体上
にＮまたはＰ型の半導体層を積層することによりPINま
たはNIP接合を有する半導体を形成する方法に関する。
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。そしてこ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
は反応を行わしめて、その前工程で基板上に形成されて
いるＰまたはＮ型の導電型の半導体層上にＩ型半導体層
をこの表面にグロー放電CVDで生じ得るスパッタ（損
傷）効果を軽減して積層する。さらにこのＩ型半導体上
にＮまたはＰ型の半導体層を積層することによりPINま
たはNIP接合を有する半導体を形成する方法に関する。
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半導体層を大気に触れ
させることなく実施する。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。
する際、その前工程で形成された半導体層を大気に触れ
させることなく実施する。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。
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、
反応空間に高周波または直流電界を併用し，かつこの電
界に対し基板を概略平行となるべく配設させ、多数の基
板上に高周波または直流電界による損傷を少なくすべく
被膜形成を行わんとするものである。更に本発明は共鳴
エネルギ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。
気相被膜形成方法（以下ECR CVD 法という）に加えて、
反応空間に高周波または直流電界を併用し，かつこの電
界に対し基板を概略平行となるべく配設させ、多数の基
板上に高周波または直流電界による損傷を少なくすべく
被膜形成を行わんとするものである。更に本発明は共鳴
エネルギ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。
『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10-5〜10-2特に10-4〜10-3torr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（0.1〜0.5torr）よ
りも低いため、１つの反応工程より次の反応工程に移す
際、反応空間における残留ガスが少ない。このため従来
の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ＰまたはＮ型の第１の非単結晶半導体被膜の形成後、
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。
は10-5〜10-2特に10-4〜10-3torr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（0.1〜0.5torr）よ
りも低いため、１つの反応工程より次の反応工程に移す
際、反応空間における残留ガスが少ない。このため従来
の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ＰまたはＮ型の第１の非単結晶半導体被膜の形成後、
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。
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１Å／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、
それぞれの反応空間を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つの反応空間より他の反応空間に基板を
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。
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１Å／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、
それぞれの反応空間を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つの反応空間より他の反応空間に基板を
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。
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PIN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。
成された面上にECR法にてＩ型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PIN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。
さらに本発明においてこのECR CVD 法の採用に加えて
同時に13.56MHzの高周波電源も用い、この放電により発
生する反応性気体を反応空間に十分広げ、被形成面上の
半導体層の形成をより均一に作製できるようにした。
同時に13.56MHzの高周波電源も用い、この放電により発
生する反応性気体を反応空間に十分広げ、被形成面上の
半導体層の形成をより均一に作製できるようにした。
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SixO2-X（０＜
Ｘ＜２）,Si3N4-X（０＜Ｘ＜４）を形成するために不活
性気体を加えて微量のO,Nを添加して用いてもよい。
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SixO2-X（０＜
Ｘ＜２）,Si3N4-X（０＜Ｘ＜４）を形成するために不活
性気体を加えて微量のO,Nを添加して用いてもよい。
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SinH2n+2（ｎ≧１）,SiFn（ｎ
≧２）,SiHnF4-n（１＜ｎ＜４），ゲルマニューム化物
はGeH4,GeF4,GeHnF4-n（ｎ＝1,2,3）,Si（CH3）nH
4-n（ｎ＝1,2,3,4）,SnCl4,SnF2,SnF4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B2H6,BF3又はPH3,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。
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SinH2n+2（ｎ≧１）,SiFn（ｎ
≧２）,SiHnF4-n（１＜ｎ＜４），ゲルマニューム化物
はGeH4,GeF4,GeHnF4-n（ｎ＝1,2,3）,Si（CH3）nH
4-n（ｎ＝1,2,3,4）,SnCl4,SnF2,SnF4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B2H6,BF3又はPH3,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。
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〜
500℃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。
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〜
500℃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。
以下に実施例に従い本発明を示す。
実施例１ 第１図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。
装置の概要を示す。
図面において、ステンレス反応容器（１′）は前方ま
たは後方にゲイト弁（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第１
図の容器内に筒状空間を構成する枠構造（四方をステン
レス金属また絶縁体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′）及びそ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（23），（23′）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。
たは後方にゲイト弁（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第１
図の容器内に筒状空間を構成する枠構造（四方をステン
レス金属また絶縁体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′）及びそ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（23），（23′）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。
また非生成物気体を（18）より石英で作られた共鳴空
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2.45GHz
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を
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875ガウス）が空心コ
イル（５），（５′）により加えられる。
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2.45GHz
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を
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875ガウス）が空心コ
イル（５），（５′）により加えられる。
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）は電子および励起気体（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。
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）は電子および励起気体（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。
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。
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。
即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。） 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、反応空間（１），共鳴
空間（２）の圧力を10-3〜10-4torr例えば３×10-4torr
とした。この圧力はターボポンプ（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）の排気量を調節して行った。
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。） 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、反応空間（１），共鳴
空間（２）の圧力を10-3〜10-4torr例えば３×10-4torr
とした。この圧力はターボポンプ（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）の排気量を調節して行った。
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。
膜を形成させたものである。
即ち反応空間、高さ30cm、巾・奥行き各35cmを有し、
反応容器の内寸法は高さ40cm、巾・奥行き各50cm、基板
（20cm×30cm、10枚）を１バッチとする。さらにこの反
応空間の圧力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B2H6/SiH4を0.1〜10PPM同時に添加してもよ
い。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、2
00〜800Wの出力例えば400Wで供給した。磁場（５），
（５′）の共鳴強度は875±100ガウスの範囲で共鳴する
ように調整した。
反応容器の内寸法は高さ40cm、巾・奥行き各50cm、基板
（20cm×30cm、10枚）を１バッチとする。さらにこの反
応空間の圧力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B2H6/SiH4を0.1〜10PPM同時に添加してもよ
い。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、2
00〜800Wの出力例えば400Wで供給した。磁場（５），
（５′）の共鳴強度は875±100ガウスの範囲で共鳴する
ように調整した。
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45Å／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1.5Å／秒
に比べ30倍の速さである。
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45Å／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1.5Å／秒
に比べ30倍の速さである。
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（S
cm-1），光伝導度（AM1（100mW/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。
ァスシリコン膜の電気特性として暗伝導度４×10-10（S
cm-1），光伝導度（AM1（100mW/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。
実験例２ 第１図のECR装置において、Ｐ型SixC1-X（０＜Ｘ＜
１）の微結晶非単結晶半導体を形成することを試みた。
１）の微結晶非単結晶半導体を形成することを試みた。
即ち、アルゴンを共鳴空間に励起し生成物全体である
反応性気体として炭化物気体と珪化物気体を使用し、H2
Si（CH3）2/SiH4＝1/7とし、B2H6/SiH4＝5/1000とし
た。するとECRのマイクロ波出力が300W、圧力３×10-4t
orr、基板温度180℃にし、光学的Eg＝2.4eV,電気伝導度
３×10-6（Scm-1）を得ることができた。
反応性気体として炭化物気体と珪化物気体を使用し、H2
Si（CH3）2/SiH4＝1/7とし、B2H6/SiH4＝5/1000とし
た。するとECRのマイクロ波出力が300W、圧力３×10-4t
orr、基板温度180℃にし、光学的Eg＝2.4eV,電気伝導度
３×10-6（Scm-1）を得ることができた。
その他は実験例１と同様である。
実験例３ 第１図の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。即ちSiH4/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（Scm-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100〜300Å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/H2＝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。
体を形成することを試みた。即ちSiH4/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（Scm-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100〜300Å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/H2＝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。
実施例２ この実施例は第１図を用いて試みられた実施例１（実
験例１）〜３を一体化し、PIN接合またはNIP接合を作る
ことを目的とするマルチチャンバ方式としたものであ
る。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、そこに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。
験例１）〜３を一体化し、PIN接合またはNIP接合を作る
ことを目的とするマルチチャンバ方式としたものであ
る。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、そこに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。
第２図は系Ｉ、II、III、IV、Ｖを示す。ここではロ
ード室（系Ｉ）、Ｐ型半導体形成用反応系（系II）、Ｉ
型半導体形成用反応室（系III）、Ｎ型半導体形成用反
応系（系IV）、アンロード系（系Ｖ）を有し、PIN接合
を有する半導体被膜の作製例である。系III、系IVを逆
にし、NIP接合を有する半導体を形成してもよい。
ード室（系Ｉ）、Ｐ型半導体形成用反応系（系II）、Ｉ
型半導体形成用反応室（系III）、Ｎ型半導体形成用反
応系（系IV）、アンロード系（系Ｖ）を有し、PIN接合
を有する半導体被膜の作製例である。系III、系IVを逆
にし、NIP接合を有する半導体を形成してもよい。
各系の室は（１′−１），（１′−２），・・・
（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。ドーピン
グ系（13−１），（13−２），・・・（13−５）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。
（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。ドーピン
グ系（13−１），（13−２），・・・（13−５）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。
ECR用マイクロ波は系II、III、IVに対し、（８−
２），（８−３），（８−４）として設けられ、ヘルム
ホルクコイル（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、アルゴンガスが（18−２），
（18−３），（18−４）として加えられている。このア
ルゴンガスを水素とする場合はマグネットの強度をその
質量の逆数として強く加える必要がある。
２），（８−３），（８−４）として設けられ、ヘルム
ホルクコイル（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、アルゴンガスが（18−２），
（18−３），（18−４）として加えられている。このア
ルゴンガスを水素とする場合はマグネットの強度をその
質量の逆数として強く加える必要がある。
それぞれのチャンバ（１−１）と（１−２）の間には
ゲート弁（25−２）が設けられ、また（１−２）と（１
−３）との間にはゲート弁（25−３）が、また（１−
３）と（１−４）との間にはゲート弁（25−４）を有す
る。これらのゲート弁は基板（10）および基板ホルダ
（31）が所定のチャンバにて被膜形成後隣のチャンバに
移設させる場合には開となる。その他の場合は閉とな
る。さらにロード室のゲート弁（25−１）、アンロード
室のゲート弁（25−６）は逆に基板、基板ホルダの移設
の際は閉となり、被膜形成中はロード室に基板および基
板ホルダをロードするため開となる。また同時に被膜が
形成されてしまった基板をアンロード室（１−５）より
取り出すため、ゲート弁（25−６）も開とする。
ゲート弁（25−２）が設けられ、また（１−２）と（１
−３）との間にはゲート弁（25−３）が、また（１−
３）と（１−４）との間にはゲート弁（25−４）を有す
る。これらのゲート弁は基板（10）および基板ホルダ
（31）が所定のチャンバにて被膜形成後隣のチャンバに
移設させる場合には開となる。その他の場合は閉とな
る。さらにロード室のゲート弁（25−１）、アンロード
室のゲート弁（25−６）は逆に基板、基板ホルダの移設
の際は閉となり、被膜形成中はロード室に基板および基
板ホルダをロードするため開となる。また同時に被膜が
形成されてしまった基板をアンロード室（１−５）より
取り出すため、ゲート弁（25−６）も開とする。
さらにこの系II、III、IVの被膜形成はそれぞれ実験
例２、実験例１および実験例３に対応する。
例２、実験例１および実験例３に対応する。
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ECL 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
アルゴンを供給しつづけ、または一時的に停止した後そ
れまでの系を十分真空引きすることなく、すみやかにそ
れぞれゲート弁（25−２），（25−３），（25−４）
（25−５）を開とし、更に連結して基板（10）、基板ホ
ルダ（31）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。
３），（１−４）で形成してしまった後、このECL 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
アルゴンを供給しつづけ、または一時的に停止した後そ
れまでの系を十分真空引きすることなく、すみやかにそ
れぞれゲート弁（25−２），（25−３），（25−４）
（25−５）を開とし、更に連結して基板（10）、基板ホ
ルダ（31）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。
この移動が完了した後、それぞれのゲート弁を閉とす
る。
る。
かかる工程のみによっても、PI接合界面また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わかる。
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わかる。
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0.76）を得ることができた。
05cm2）（開放電圧0.92V,短絡電流密度18.4mA/cm2 曲
線因子0.76）を得ることができた。
かかる高効率を得ることができた理由として、ECR CV
D法においては被膜形成に関し被形成面を反応性気体が
スパッタを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。
D法においては被膜形成に関し被形成面を反応性気体が
スパッタを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。
実施例５ この実施例は実施例４においてゲート弁（25−３），
（25−４）を常時開に保持したものである。その他は実
施例４と同様である。
（25−４）を常時開に保持したものである。その他は実
施例４と同様である。
この場合、第２図においてロード室（１−１），アン
ロード室（１−５）と反応用チャンバ（１−２），（１
−４）との間にバッファ室（１−３）を設けたことにな
り、生産性の向上を図ることは重要である。
ロード室（１−５）と反応用チャンバ（１−２），（１
−４）との間にバッファ室（１−３）を設けたことにな
り、生産性の向上を図ることは重要である。
かかる装置構造において、Ｐ型半導体層を反応空間
（１−２）,I型半導体層を反応空間（１−３）,N型半導
体層を反応空間（１−４）で形成した。
（１−２）,I型半導体層を反応空間（１−３）,N型半導
体層を反応空間（１−４）で形成した。
この時、これらの反応空間は基板ホルダ（31）とガイ
ド（31′）とにより実質的に隣の反応空間とは独立して
おり、活性化した反応性気体はこの反応空間より外側の
チャンバ内に活性状態のままもれて隣の反応空間に混入
することがない。そのため、例えばＰ型用反応空間（１
−２）とＩ型用反応空間（１−３）とは実質的にアイソ
レイトされている。
ド（31′）とにより実質的に隣の反応空間とは独立して
おり、活性化した反応性気体はこの反応空間より外側の
チャンバ内に活性状態のままもれて隣の反応空間に混入
することがない。そのため、例えばＰ型用反応空間（１
−２）とＩ型用反応空間（１−３）とは実質的にアイソ
レイトされている。
かかる方式において、１つの光電変換装置を作製し
た。すると、これまでグロー放電プラズマCVD法ではみ
られなかった12.6％/1.05cm2の変換効率（開放電圧0.93
V、短絡電流密度18.3mA/cm2,曲線因子0.81）を得ること
ができた。
た。すると、これまでグロー放電プラズマCVD法ではみ
られなかった12.6％/1.05cm2の変換効率（開放電圧0.93
V、短絡電流密度18.3mA/cm2,曲線因子0.81）を得ること
ができた。
さらにゲート弁を２ケ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することができる。１つ
のチャンバより隣のチャンバへの移設も５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。
製造装置として低価格化を期待することができる。１つ
のチャンバより隣のチャンバへの移設も５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型の半導
体をECR CVD法により形成することも可能である。
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型の半導
体をECR CVD法により形成することも可能である。
「効果」 一般にグロー放電法では0.1〜0.01μ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ケ／視
野）させることができた。
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ケ／視
野）させることができた。
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
SIMS（二次イオン質量分析法）によって調べたところ、
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。
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
SIMS（二次イオン質量分析法）によって調べたところ、
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。
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。
長速度を得ることができる。
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または光集積回路に対
しても本発明は有効である。
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または光集積回路に対
しても本発明は有効である。
また本発明のサイクロトロン共鳴を用いたプラズマCV
D法に加えて、光源として低圧水銀灯（185nm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、窒素レーザ等の光を用いて光CVD作用を
も併用してもよいことはいうまでもない。
D法に加えて、光源として低圧水銀灯（185nm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、窒素レーザ等の光を用いて光CVD作用を
も併用してもよいことはいうまでもない。
生成物気体をモノシランでなくジシランまたはモノシ
ランと弗化シラン（Si2F6）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。
ランと弗化シラン（Si2F6）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。
本発明において、基板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。
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。
又形成されるアモルファス半導体もSiのみならず、Si
Ge1-X（０＜Ｘ＜１）,SiO2-X（０＜Ｘ＜２）,SixC
1-X（０＜Ｘ＜１）,Si3N4-x（０＜Ｘ＜４）またはそれ
らのＰまたはＮ型の半導体であってもよい。
Ge1-X（０＜Ｘ＜１）,SiO2-X（０＜Ｘ＜２）,SixC
1-X（０＜Ｘ＜１）,Si3N4-x（０＜Ｘ＜４）またはそれ
らのＰまたはＮ型の半導体であってもよい。
第１図、第２図は本発明のサイクロトロン共鳴型プラズ
マCVD装置を示す。
マCVD装置を示す。
Claims (2)
- 【請求項１】電子サイクロトロン共鳴を利用して活性化
した気体と、SiH4/H2＝1/5〜1/40の範囲の反応性気体と
Ｎ型ドーピング用気体とを反応室間に導入し、前記反応
性気体を電子サイクロトロン共鳴エネルギにより反応、
分解せしめ、微結晶のＮ型非単結晶半導体を被形成面上
に形成することを特徴とする珪素半導体装置作製方法。 - 【請求項２】電子サイクロトロン共鳴を利用して活性化
した気体と、炭化物気体と珪化物気体の反応性気体と、
Ｐ型ドーピング用気体とを反応室間に導入し、前記反応
性気体を電子サイクロトロン共鳴エネルギにより反応、
分解せしめ、微結晶のＰ型SixC1-x（０＜ｘ＜１）の非
単結晶半導体を被形成面上に形成することを特徴とする
珪素半導体装置作製方法。
Priority Applications (16)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60253299A JP2654433B2 (ja) | 1985-11-12 | 1985-11-12 | 珪素半導体作製方法 |
| KR1019860009492A KR910003169B1 (ko) | 1985-11-12 | 1986-11-11 | 반도체 장치 제조 방법 및 장치 |
| EP86308829A EP0224360B1 (en) | 1985-11-12 | 1986-11-12 | Semiconductor device manufacturing method |
| EP91202023A EP0457415A1 (en) | 1985-11-12 | 1986-11-12 | Semiconductor device manufacturing method |
| CN86107683A CN1029442C (zh) | 1985-11-12 | 1986-11-12 | 半导体器件的制造方法和系统 |
| DE8686308829T DE3684759D1 (de) | 1985-11-12 | 1986-11-12 | Verfahren zur herstellungeiner halbleitervorrichtung. |
| CN87104657A CN1007565B (zh) | 1985-11-12 | 1987-07-04 | 半导体器件的制造方法和系统 |
| CN87104656.3A CN1005881B (zh) | 1985-11-12 | 1987-07-04 | 半导体器件的制造方法和系统 |
| US07/118,893 US4808554A (en) | 1985-11-12 | 1987-11-10 | Semiconductor device manufacturing method |
| US07/118,894 US4808553A (en) | 1985-11-12 | 1987-11-10 | Semiconductor device manufacturing method |
| KR1019900011462A KR910003171B1 (ko) | 1985-11-12 | 1990-07-27 | 반도체 장치 제조 방법 및 시스템 |
| KR1019900011461A KR910003170B1 (ko) | 1985-11-12 | 1990-07-27 | 반도체 장치 제조 방법 |
| US08/220,491 US5780313A (en) | 1985-02-14 | 1994-03-31 | Method of fabricating semiconductor device |
| US08/220,492 US6113701A (en) | 1985-02-14 | 1994-03-31 | Semiconductor device, manufacturing method, and system |
| US08/556,394 US5976259A (en) | 1985-02-14 | 1995-11-09 | Semiconductor device, manufacturing method, and system |
| US09/096,512 US6204197B1 (en) | 1984-02-15 | 1998-06-12 | Semiconductor device, manufacturing method, and system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60253299A JP2654433B2 (ja) | 1985-11-12 | 1985-11-12 | 珪素半導体作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62112318A JPS62112318A (ja) | 1987-05-23 |
| JP2654433B2 true JP2654433B2 (ja) | 1997-09-17 |
Family
ID=17249355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60253299A Expired - Lifetime JP2654433B2 (ja) | 1984-02-15 | 1985-11-12 | 珪素半導体作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2654433B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6113701A (en) * | 1985-02-14 | 2000-09-05 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device, manufacturing method, and system |
| JPS62131513A (ja) * | 1985-12-04 | 1987-06-13 | Hitachi Ltd | 多室分離型プラズマｃｖｄ装置 |
| JPH05304096A (ja) * | 1991-11-06 | 1993-11-16 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置作製方法 |
| GB201615491D0 (en) | 2016-09-13 | 2016-10-26 | Delta Motorsport Ltd | Improvements in or relating to gas turbine generators |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5578524A (en) * | 1978-12-10 | 1980-06-13 | Shunpei Yamazaki | Manufacture of semiconductor device |
| JPS59100516A (ja) * | 1982-11-12 | 1984-06-09 | エナ−ジ−・コンバ−シヨン・デバイセス・インコ−ポレ−テツド | 光電池素子の製造装置及びアセンブリ |
-
1985
- 1985-11-12 JP JP60253299A patent/JP2654433B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5578524A (en) * | 1978-12-10 | 1980-06-13 | Shunpei Yamazaki | Manufacture of semiconductor device |
| JPS59100516A (ja) * | 1982-11-12 | 1984-06-09 | エナ−ジ−・コンバ−シヨン・デバイセス・インコ−ポレ−テツド | 光電池素子の製造装置及びアセンブリ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62112318A (ja) | 1987-05-23 |
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