JPH0244141B2 - - Google Patents
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- JPH0244141B2 JPH0244141B2 JP58219199A JP21919983A JPH0244141B2 JP H0244141 B2 JPH0244141 B2 JP H0244141B2 JP 58219199 A JP58219199 A JP 58219199A JP 21919983 A JP21919983 A JP 21919983A JP H0244141 B2 JPH0244141 B2 JP H0244141B2
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- H—ELECTRICITY
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はプラズマ気相反応方法およびその製造
装置に関する。
装置に関する。
本発明は反応容器内にプラズマを絶縁物により
閉じ込める空間を設け、その中に一対の電界を平
行平板電極により供給することにより、均一な膜
厚の被膜を作製することを目的とする。
閉じ込める空間を設け、その中に一対の電界を平
行平板電極により供給することにより、均一な膜
厚の被膜を作製することを目的とする。
本発明はかかる目的のため、電界即ち電気力線
は基板の被形成面に概略平行になり、等電位面は
垂直となるように発生させ、プラズマ気相反応を
せしめるとともに、このプラズマ特に陽光柱を周
辺の絶縁物例えばガラスまたはアルミナセラミツ
ク板で取り囲むことによりステンレス等の金属反
応容器から電気的にシールドをさせ、端部（周辺
部）においてもプラズマの中央部と同様の平行電
界を生ぜしめることにより均一な膜厚の被膜形成
をさせることを目的とする。
は基板の被形成面に概略平行になり、等電位面は
垂直となるように発生させ、プラズマ気相反応を
せしめるとともに、このプラズマ特に陽光柱を周
辺の絶縁物例えばガラスまたはアルミナセラミツ
ク板で取り囲むことによりステンレス等の金属反
応容器から電気的にシールドをさせ、端部（周辺
部）においてもプラズマの中央部と同様の平行電
界を生ぜしめることにより均一な膜厚の被膜形成
をさせることを目的とする。
従来、プラズマ気相反応（以下PCVDという）
方法においては、一対のみの電極を平行に配し、
平行平板型電極とし、その電極間にプラズマ放電
をグロー放電法により実施することにより半導体
被膜等の形成を行つていた。かかるPCVD法にお
いては、プラズマで発生した陽光柱は反応容器内
の全空間に広がりやすいため、陽光柱内に基板を
配設させることなく、いずれか一方の電極上に密
接して配設する（電界に垂直となる）構造をさせ
る以外に、被膜の均一性を±５％以内のばらつき
の範囲に有せしめることができる方法がなかつ
た。
方法においては、一対のみの電極を平行に配し、
平行平板型電極とし、その電極間にプラズマ放電
をグロー放電法により実施することにより半導体
被膜等の形成を行つていた。かかるPCVD法にお
いては、プラズマで発生した陽光柱は反応容器内
の全空間に広がりやすいため、陽光柱内に基板を
配設させることなく、いずれか一方の電極上に密
接して配設する（電界に垂直となる）構造をさせ
る以外に、被膜の均一性を±５％以内のばらつき
の範囲に有せしめることができる方法がなかつ
た。
しかしかかる方式では、被形成面を電極面積以
上に大きくすることができない。このため、多量
生産に不向きであるという欠点を有する。
上に大きくすることができない。このため、多量
生産に不向きであるという欠点を有する。
他方、平行平板型電極の間にその電界が被形成
面に概略平行になるように多数の基板を互いに一
定の距離（２〜６cm）を離間して林立せしめて配
設する方法が知られている。
面に概略平行になるように多数の基板を互いに一
定の距離（２〜６cm）を離間して林立せしめて配
設する方法が知られている。
その一例は本発明人の出願になる特許願（プラ
ズマ気相反応装置 昭和57年９月20日出願特願昭
57−163728／163729／163730号〔特開昭59−
52833／52834／52835号公報を参照〕）である。
ズマ気相反応装置 昭和57年９月20日出願特願昭
57−163728／163729／163730号〔特開昭59−
52833／52834／52835号公報を参照〕）である。
即ち、基板を電位的にいずれの電極からも遊離
せしめて気相反応を行ういわゆるフローテイング
プラズマ気相反応方法（以下FPCVD法という）
において、多量の基板に被膜形成を行うことがで
きるという特長を有する。このため従来より公知
の平行平板型電極の一方電極上に基板を配設する
方法に比べて、５〜20倍の生産性をあげることが
できた。しかし、かかるFPCVD法において得ら
れる膜厚の均一性はその一例として第１図に示す
ごときものであつた。
せしめて気相反応を行ういわゆるフローテイング
プラズマ気相反応方法（以下FPCVD法という）
において、多量の基板に被膜形成を行うことがで
きるという特長を有する。このため従来より公知
の平行平板型電極の一方電極上に基板を配設する
方法に比べて、５〜20倍の生産性をあげることが
できた。しかし、かかるFPCVD法において得ら
れる膜厚の均一性はその一例として第１図に示す
ごときものであつた。
第１図Ａにおいて、そのＡ−A′，Ｂ−B′，Ｃ
−C′，Ｄ−D′の縦断面図をＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅに示
す。さらに第１図Ａにおける基板１と電極６２，
５２との相対位置関係を示している。基板１は約
5000Åの厚さに非単結晶珪素半導体を形成したも
のであるが、一対の電極６２，５２間でＣに示す
ごとく、電極近傍が厚くなり、またＢ，Ｄ，Ｅに
示すごとく電極の中央部が厚く、また電極端部が
薄くなつてしまつた。このため基板１上下側の側
端部に形成される膜厚は中央部の上下端部の厚さ
に比べて20〜30％も厚さが薄くなつてしまつた。
−C′，Ｄ−D′の縦断面図をＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅに示
す。さらに第１図Ａにおける基板１と電極６２，
５２との相対位置関係を示している。基板１は約
5000Åの厚さに非単結晶珪素半導体を形成したも
のであるが、一対の電極６２，５２間でＣに示す
ごとく、電極近傍が厚くなり、またＢ，Ｄ，Ｅに
示すごとく電極の中央部が厚く、また電極端部が
薄くなつてしまつた。このため基板１上下側の側
端部に形成される膜厚は中央部の上下端部の厚さ
に比べて20〜30％も厚さが薄くなつてしまつた。
即ち、従来より公知のPCVD法に比べて、その
プラズマ反応に用いられる高周波の電界は被形成
面に添つて流れるように層流を構成して供給さ
れ、即ち電界は被形成面に概略平行になるように
配設させているため、被形成面のスパツタが少な
いという特長を有する。
プラズマ反応に用いられる高周波の電界は被形成
面に添つて流れるように層流を構成して供給さ
れ、即ち電界は被形成面に概略平行になるように
配設させているため、被形成面のスパツタが少な
いという特長を有する。
しかしこの本発明人のFPCVD法の発明をさら
に検討を加えた結果、周辺部３８，３８′の絶縁
物（石英）で囲まれている筒上空間の上部および
下部に１〜３cmの巾の隙間７３，７３′があり、
さらにその外側に導体のステンレス容器が接地レ
ベルで配置されていることにより、ここよりプラ
ズマが外部にもれてしまう。このもれにより反応
空間の電界、電気力線が乱れてしまつたため、か
かる不均一性被膜が形成されてしまつたためであ
ることが判明した。さらに反応性気体の流れもこ
の隙間のため層流とならず、これも隙間近傍の被
形成面上での被膜厚が薄くなつたことが判明し
た。
に検討を加えた結果、周辺部３８，３８′の絶縁
物（石英）で囲まれている筒上空間の上部および
下部に１〜３cmの巾の隙間７３，７３′があり、
さらにその外側に導体のステンレス容器が接地レ
ベルで配置されていることにより、ここよりプラ
ズマが外部にもれてしまう。このもれにより反応
空間の電界、電気力線が乱れてしまつたため、か
かる不均一性被膜が形成されてしまつたためであ
ることが判明した。さらに反応性気体の流れもこ
の隙間のため層流とならず、これも隙間近傍の被
形成面上での被膜厚が薄くなつたことが判明し
た。
このため、本発明はかかる膜厚の不均一性を防
ぎ、四角形の被形成面のすべての周辺部、中央部
が所定の厚さに対しその厚さのばらつきを±５％
以内にするため、一対の電極間の外側および基板
が配設された空間の周辺を完全に絶縁物で覆い、
プラズマがこの筒状空間の外にもれることがない
よう（プラズマ閉じ込め型）にしたもので、本発
明人による発明（特願昭57−163728等）をさらに
完成させたことを特長としている。
ぎ、四角形の被形成面のすべての周辺部、中央部
が所定の厚さに対しその厚さのばらつきを±５％
以内にするため、一対の電極間の外側および基板
が配設された空間の周辺を完全に絶縁物で覆い、
プラズマがこの筒状空間の外にもれることがない
よう（プラズマ閉じ込め型）にしたもので、本発
明人による発明（特願昭57−163728等）をさらに
完成させたことを特長としている。
かくのごとくプラズマおよび反応性気体を閉じ
込め、かつ反応性気体を層流として被形成表面を
なめるように供給することにより多量生産を可能
とし、かつ均一性を±５％以内とせしめたことを
特長としている。
込め、かつ反応性気体を層流として被形成表面を
なめるように供給することにより多量生産を可能
とし、かつ均一性を±５％以内とせしめたことを
特長としている。
さらに本発明は、かかる反応容器内に絶縁物で
内面が形成された反応空間を有せしめる二重反応
容器型として半導体層を形成し、さらに加えてＰ
型半導体、Ｉ型半導体およびＮ型半導体と積層し
て接合を基板上に形成するに際し、それぞれの反
応容器を分離部を介して連結せしめたマルチチヤ
ンバ方式のPCVD法を第２図に示すごとくに提案
するにある。
内面が形成された反応空間を有せしめる二重反応
容器型として半導体層を形成し、さらに加えてＰ
型半導体、Ｉ型半導体およびＮ型半導体と積層し
て接合を基板上に形成するに際し、それぞれの反
応容器を分離部を介して連結せしめたマルチチヤ
ンバ方式のPCVD法を第２図に示すごとくに提案
するにある。
本発明は水素またはハロゲン元素が添加された
非単結晶半導体層の形成により、再結合中心密度
の小さなＰ、ＩおよびＮ型の導電型を有する半導
体層を形成し、その積層境界にてPIN接合を形成
するとともに、それぞれの半導体層に他の隣接す
る半導体層からの不純物が混入して接合特性を劣
化させることなく形成するとともに、またそれぞ
れの半導体層を形成する工程間に、大気特に酸素
に触れさせて、半導体の一部が酸化されることに
より層間絶縁物が形成されることのないようにし
た連続生産を行うためのプラズマ気相反応に関す
る。
非単結晶半導体層の形成により、再結合中心密度
の小さなＰ、ＩおよびＮ型の導電型を有する半導
体層を形成し、その積層境界にてPIN接合を形成
するとともに、それぞれの半導体層に他の隣接す
る半導体層からの不純物が混入して接合特性を劣
化させることなく形成するとともに、またそれぞ
れの半導体層を形成する工程間に、大気特に酸素
に触れさせて、半導体の一部が酸化されることに
より層間絶縁物が形成されることのないようにし
た連続生産を行うためのプラズマ気相反応に関す
る。
さらに本発明はかかる反応容器をそれぞれの反
応においては独立として多数連結したマルチチヤ
ンバ方式のプラズマ反応方法において、一度に多
数の基板を同時にその被膜成長速度を大きくした
いわゆる多量生産方式に関する。
応においては独立として多数連結したマルチチヤ
ンバ方式のプラズマ反応方法において、一度に多
数の基板を同時にその被膜成長速度を大きくした
いわゆる多量生産方式に関する。
本発明は２〜10cmの一定の間隙を経て基板を互
いに裏面を密接させ、かつその２枚の基板ブロツ
クを一定の間隔（例えば６cm＜±６mm）で互いに
離間させることにより、被膜形成面に概略平行に
配置された基板の上部、下部および中央、周辺で
の膜厚の均一性、また膜質の均質性を促すととも
に、反応性気体の収率の向上を行うものである。
いに裏面を密接させ、かつその２枚の基板ブロツ
クを一定の間隔（例えば６cm＜±６mm）で互いに
離間させることにより、被膜形成面に概略平行に
配置された基板の上部、下部および中央、周辺で
の膜厚の均一性、また膜質の均質性を促すととも
に、反応性気体の収率の向上を行うものである。
さらに本発明装置においては、基板の加熱を少
なくとも上方向および下方向より棒状赤外線また
はハロゲンランプを互いに90°曲げて配向し、均
熱化を図つた。即ち10cm×10cmまたは電極方向に
10〜50cm例えば20cmを有するとともに巾15〜120
cm例えば60cmの基板（20cm×60cmを１バツチ20枚
配設）が、その温度分布において、100〜650℃の
温度設定において±３℃以内のばらつきとした。
なくとも上方向および下方向より棒状赤外線また
はハロゲンランプを互いに90°曲げて配向し、均
熱化を図つた。即ち10cm×10cmまたは電極方向に
10〜50cm例えば20cmを有するとともに巾15〜120
cm例えば60cmの基板（20cm×60cmを１バツチ20枚
配設）が、その温度分布において、100〜650℃の
温度設定において±３℃以内のばらつきとした。
第２図、第３図においては、反応性気体の導入
手段、排気手段を有し、これらを供給フード３
９、排気フード３９′として絶縁物により設け、
このフードよりも内側に相対させて一対の電極６
１，５１または６２，５２を配設した。即ち、電
極の外側を絶縁物で包む構造とした。さらにこの
フード間の反応空間を閉じ込めるため、外側周辺
を絶縁物３８，３８′で取り囲んだ。即ち、絶縁
物ホルダで囲んだ空間即ち閉じ込められた反応空
間の筒状空間６，８のみにプラズマ反応を生ぜし
める活性気体を供給せしめることにより、チヤン
バ（反応容器）１０１，１０２内の全空間にプラ
ズマ化した反応生成物が拡散し広がることを防い
だものである。さらにこの反応空間において、電
気力線が一方の電極より他方の電極に平行に至る
ようにするため、この立方体または直方体の空間
の対をなす面全体に電極を作り、電極周辺部での
電気力線が乱れることを防いだ。加えて反応性気
体が層流をなすように一方の面（ここでは上方）
より他方（ここでは下方）に周辺部でも全面の流
れとした。さらにかかる気相反応装置により形成
された不純物のそれぞれの半導体層から他の半導
体層への反応容器内に付着した不純物の再放出に
よる混合を排除した。その結果、本発明方法およ
び装置において、初めてそれぞれの反応容器内に
形成されるフレークを少なくさせて、さらに複数
の半導体層の積層界面での混合の厚さを200〜300
Åと従来の約1/10〜1/5にするとともに、基板内、
同一バツチの基板間での膜厚のばらつきを±５％
以内（例えば5000Åの厚さとすると、そのばらつ
きが±250Å以内）とし得た。
手段、排気手段を有し、これらを供給フード３
９、排気フード３９′として絶縁物により設け、
このフードよりも内側に相対させて一対の電極６
１，５１または６２，５２を配設した。即ち、電
極の外側を絶縁物で包む構造とした。さらにこの
フード間の反応空間を閉じ込めるため、外側周辺
を絶縁物３８，３８′で取り囲んだ。即ち、絶縁
物ホルダで囲んだ空間即ち閉じ込められた反応空
間の筒状空間６，８のみにプラズマ反応を生ぜし
める活性気体を供給せしめることにより、チヤン
バ（反応容器）１０１，１０２内の全空間にプラ
ズマ化した反応生成物が拡散し広がることを防い
だものである。さらにこの反応空間において、電
気力線が一方の電極より他方の電極に平行に至る
ようにするため、この立方体または直方体の空間
の対をなす面全体に電極を作り、電極周辺部での
電気力線が乱れることを防いだ。加えて反応性気
体が層流をなすように一方の面（ここでは上方）
より他方（ここでは下方）に周辺部でも全面の流
れとした。さらにかかる気相反応装置により形成
された不純物のそれぞれの半導体層から他の半導
体層への反応容器内に付着した不純物の再放出に
よる混合を排除した。その結果、本発明方法およ
び装置において、初めてそれぞれの反応容器内に
形成されるフレークを少なくさせて、さらに複数
の半導体層の積層界面での混合の厚さを200〜300
Åと従来の約1/10〜1/5にするとともに、基板内、
同一バツチの基板間での膜厚のばらつきを±５％
以内（例えば5000Åの厚さとすると、そのばらつ
きが±250Å以内）とし得た。
以下に本発明の実施例を図面に従つて説明す
る。
る。
実施例 １
第２図に従つて本発明のプラズマ気相反応装置
の実施例を説明する。
の実施例を説明する。
この図面は、PIN接合、PIP接合、NIN接合ま
たはPINPIN……PIN接合等の基板上の半導体
に、異種導電型でありながらも、形成される半導
体の主成分または化学量論比の異なる半導体層を
それぞれの半導体層をその前工程において形成さ
れた半導体層の影響（混入）を受けずに積層させ
るための多層に自動かつ連続的に形成するための
装置である。
たはPINPIN……PIN接合等の基板上の半導体
に、異種導電型でありながらも、形成される半導
体の主成分または化学量論比の異なる半導体層を
それぞれの半導体層をその前工程において形成さ
れた半導体層の影響（混入）を受けずに積層させ
るための多層に自動かつ連続的に形成するための
装置である。
図面においてはPIN接合を構成する複数の反応
系の一部を示している。即ち、Ｐ、ＩおよびＮ型
の半導体層を積層して形成する３つの反応系の２
つ，とさらに第１の予備室および移設用のバ
ツフア室を有するマルチチヤンバ方式のプラズ
マ気相反応装置の装置例を示す。
系の一部を示している。即ち、Ｐ、ＩおよびＮ型
の半導体層を積層して形成する３つの反応系の２
つ，とさらに第１の予備室および移設用のバ
ツフア室を有するマルチチヤンバ方式のプラズ
マ気相反応装置の装置例を示す。
図面における系，，は、２つの各反応容
器１０１，１０３およびバツフア室１０２を有
し、それぞれの反応容器間に分離部４４，４５，
４６，４７を有している。またそれぞれ独立し
て、反応性気体の供給フード１７，１８と排気フ
ード１７′，１８′とを有し、反応性気体が供給系
から排気系に層流すべく設けている。
器１０１，１０３およびバツフア室１０２を有
し、それぞれの反応容器間に分離部４４，４５，
４６，４７を有している。またそれぞれ独立し
て、反応性気体の供給フード１７，１８と排気フ
ード１７′，１８′とを有し、反応性気体が供給系
から排気系に層流すべく設けている。
この装置は入り口側には第１の予備室１００が
設けられ、まず扉４２より基板ホルダ２の２つの
面に２つの被形成面を有する２枚の基板１を挿着
した。さらに、このホルダ３を外枠冶具（外周辺
のみ３８，３８′として示す）により互いに所定
の等距離を離間して配設した。即ち、この被形成
面を有する基板は被膜形成を行わない裏面を基板
ホルダ２に接し、基板２枚および基板ホルダとを
一つのホルダ３として６cm±0.5cmの間隙を有し
て絶縁物の外枠冶具内に林立させた。その結果、
20cm×60cmの基板を20枚同時に被膜形成させるこ
とができた。かくして高さ35cm、奥行80cm、巾80
cmの反応空間６，８は上方、下方を絶縁物３９，
３９′で囲まれ、また側周辺は絶縁外枠冶具３８，
３８′で取り囲み、隙間７３は５mmまたはそれ以
下とした。かくてこの外側のステンレス容器ゲー
トの内面７４は絶縁物化し、石英、アルミナ等を
はりつけプラズマが外にそれないようにした。即
ち電気的に完全にプラズマを絶縁物で取り囲ん
だ。さらにこの第１の予備室１００を真空ポンプ
３５にてバルブを開けて真空引きをした。この
後、予め真空引きがされている反応容器１０１と
の分離用のゲート弁４４を開けて外枠冶具３８に
保持された基板を移した。例えば、予備室１００
より第１の反応容器１０１に移し、さらにゲート
弁４４を閉じることにより基板を第１の反応容器
１０１に移動させたものである。この時、第１の
反応容器１０１に保持されていた基板１等は、予
めまたは同時にバツフア室１０２に、またバツフ
ア室１０２に保持されていた冶具および基板２は
第２の反応容器１０３に、また第２の反応容器１
０３に保持されていた基板は第２のバツフア室１
０４に、さらに図示が省略されているが第３の反
応室の基板および冶具は出口側の第２の予備室に
ゲート弁４５，４６，４７を開けて移動させるこ
とが可能である。この後、ゲート弁４４，４５，
４６，４７を閉めた。
設けられ、まず扉４２より基板ホルダ２の２つの
面に２つの被形成面を有する２枚の基板１を挿着
した。さらに、このホルダ３を外枠冶具（外周辺
のみ３８，３８′として示す）により互いに所定
の等距離を離間して配設した。即ち、この被形成
面を有する基板は被膜形成を行わない裏面を基板
ホルダ２に接し、基板２枚および基板ホルダとを
一つのホルダ３として６cm±0.5cmの間隙を有し
て絶縁物の外枠冶具内に林立させた。その結果、
20cm×60cmの基板を20枚同時に被膜形成させるこ
とができた。かくして高さ35cm、奥行80cm、巾80
cmの反応空間６，８は上方、下方を絶縁物３９，
３９′で囲まれ、また側周辺は絶縁外枠冶具３８，
３８′で取り囲み、隙間７３は５mmまたはそれ以
下とした。かくてこの外側のステンレス容器ゲー
トの内面７４は絶縁物化し、石英、アルミナ等を
はりつけプラズマが外にそれないようにした。即
ち電気的に完全にプラズマを絶縁物で取り囲ん
だ。さらにこの第１の予備室１００を真空ポンプ
３５にてバルブを開けて真空引きをした。この
後、予め真空引きがされている反応容器１０１と
の分離用のゲート弁４４を開けて外枠冶具３８に
保持された基板を移した。例えば、予備室１００
より第１の反応容器１０１に移し、さらにゲート
弁４４を閉じることにより基板を第１の反応容器
１０１に移動させたものである。この時、第１の
反応容器１０１に保持されていた基板１等は、予
めまたは同時にバツフア室１０２に、またバツフ
ア室１０２に保持されていた冶具および基板２は
第２の反応容器１０３に、また第２の反応容器１
０３に保持されていた基板は第２のバツフア室１
０４に、さらに図示が省略されているが第３の反
応室の基板および冶具は出口側の第２の予備室に
ゲート弁４５，４６，４７を開けて移動させるこ
とが可能である。この後、ゲート弁４４，４５，
４６，４７を閉めた。
即ちゲート弁の動きは、扉４２が大気圧で開け
られた時は分離部のゲート弁４４，４５，４６，
４７は閉じられ、各チヤンバにおいてはプラズマ
気相反応が行われている。また逆に、扉４２が閉
じられていて予備室１００が十分真空引きされた
時は、ゲート弁４４，４５，４６，４７が開けら
れ、各チヤンバの基板、冶具は隣のチヤンバに移
動する機構を有し、外気が反応室１０１，１０２
に混入しないようにしている。
られた時は分離部のゲート弁４４，４５，４６，
４７は閉じられ、各チヤンバにおいてはプラズマ
気相反応が行われている。また逆に、扉４２が閉
じられていて予備室１００が十分真空引きされた
時は、ゲート弁４４，４５，４６，４７が開けら
れ、各チヤンバの基板、冶具は隣のチヤンバに移
動する機構を有し、外気が反応室１０１，１０２
に混入しないようにしている。
系における第１の反応容器１０１でＰ型半導
体層をPCVD法により形成する場合を以下に示
す。
体層をPCVD法により形成する場合を以下に示
す。
反応系（反応容器１０１を含む）は10-3〜
10torr好ましくは0.01〜1torr例えば0.08torrとし
た。
10torr好ましくは0.01〜1torr例えば0.08torrとし
た。
反応性気体は珪化物気体２４に対してはシラン
（SinH2o+2ｎ１特にSiH4またはSi2H6）、フツ化
珪素（SiF4またはSiF2）等があるが、取扱いが容
易なシランを用いた。
（SinH2o+2ｎ１特にSiH4またはSi2H6）、フツ化
珪素（SiF4またはSiF2）等があるが、取扱いが容
易なシランを用いた。
本実施例のSixC1-x（０＜ｘ＜１）を形成するた
め、炭化物気体２５としてDMS（ジメチルシラン
（SiH2（CH3）2）を用いた。
め、炭化物気体２５としてDMS（ジメチルシラン
（SiH2（CH3）2）を用いた。
炭化珪素（SixC1-x０＜ｘ＜１）に対しては、
Ｐ型の不純物としてボロンを前記したモノシラン
中に同時に0.5％の濃度に混入させ２４よりシラ
ンとともに供給した。
Ｐ型の不純物としてボロンを前記したモノシラン
中に同時に0.5％の濃度に混入させ２４よりシラ
ンとともに供給した。
必要に応じ、水素（H2）または窒素（N2）を
液体窒素より気化して、反応室を大気圧とする
時、２３より供給した。これらの反応性気体はそ
れぞれの流量計３３およびバルブ３２を経て、反
応性気体の供給フード１７より高周波電源１４の
負電極６１を経て反応空間６に供給された。反応
性気体はホルダ３８に囲まれた筒状空間６内に供
給され、この空間を構成する基板１に被膜形成を
行つた。さらに、負電極６１と正電極５１間に電
気エネルギ例えば13.56MHzの高周波エネルギ１
４を加えてプラズマ反応せしめ、基板上に反応生
成物を被膜形成せしめた。
液体窒素より気化して、反応室を大気圧とする
時、２３より供給した。これらの反応性気体はそ
れぞれの流量計３３およびバルブ３２を経て、反
応性気体の供給フード１７より高周波電源１４の
負電極６１を経て反応空間６に供給された。反応
性気体はホルダ３８に囲まれた筒状空間６内に供
給され、この空間を構成する基板１に被膜形成を
行つた。さらに、負電極６１と正電極５１間に電
気エネルギ例えば13.56MHzの高周波エネルギ１
４を加えてプラズマ反応せしめ、基板上に反応生
成物を被膜形成せしめた。
基板は100〜400℃例えば200℃に赤外線ヒータ
１１，１１′により加熱した。
１１，１１′により加熱した。
この赤外線ヒータは、近赤外用ハロゲンランプ
（発光波長１〜3μ）ヒータまたは遠赤外用セラミ
ツクヒータ（発光波長８〜25μ）を用い、棒状を
有するため上方のヒータと下方のヒータとが互い
に直交する方向に配置して、この反応容器内にお
けるホルダにより取り囲まれた筒状空間を200±
10℃好ましくは±５℃以内に設置した。
（発光波長１〜3μ）ヒータまたは遠赤外用セラミ
ツクヒータ（発光波長８〜25μ）を用い、棒状を
有するため上方のヒータと下方のヒータとが互い
に直交する方向に配置して、この反応容器内にお
けるホルダにより取り囲まれた筒状空間を200±
10℃好ましくは±５℃以内に設置した。
この後、前記したが、この容器に前記した反応
性気体を導入し、さらに10〜500W例えば100Wに
高周波エネルギ１４を供給してプラズマ反応を起
こさせた。
性気体を導入し、さらに10〜500W例えば100Wに
高周波エネルギ１４を供給してプラズマ反応を起
こさせた。
上下の電極６１，５１（網状のステンレス製電
極80cm×80cm）６１，５１はフード１７，１７′
の内側全面にわたり配設して、等電界が基板表面
に平行となつて反応空間全体に起きるようにし
た。また反応性気体も基板１の表面に平行になる
ように上側フードから外枠冶具３８の閉じ込め空
間を経て下側フード１７′にラミナーフローとさ
せた。
極80cm×80cm）６１，５１はフード１７，１７′
の内側全面にわたり配設して、等電界が基板表面
に平行となつて反応空間全体に起きるようにし
た。また反応性気体も基板１の表面に平行になる
ように上側フードから外枠冶具３８の閉じ込め空
間を経て下側フード１７′にラミナーフローとさ
せた。
かくしてＰ型半導体層はB2H6／SiH4＝0.5％、
DMS／（SiH4＋DMS）＝10％の条件にて、この
反応系で約100Åの厚さを有する薄膜（膜厚の
ばらつき95〜103Å）として形成させた。Eg＝
2.05eVσ＝１×10-6〜３×10-5（Ωcm）-1であつた。
DMS／（SiH4＋DMS）＝10％の条件にて、この
反応系で約100Åの厚さを有する薄膜（膜厚の
ばらつき95〜103Å）として形成させた。Eg＝
2.05eVσ＝１×10-6〜３×10-5（Ωcm）-1であつた。
基板は導体基板（ステンレス、チタン、アルミ
ニユーム、その他の金属）、半導体（珪素、ゲル
マニユーム）、絶縁体（ガラス、有機薄膜）また
は複合基板（ガラスまたは透光性有機樹脂上に透
光性導電膜である弗素が添加された酸化スズ、
ITO等の導電膜が単層またはITO上にSnO2が形
成された２層膜が形成されたもの）を用いた。本
実施例のみならず本発明のすべてにおいてこれら
を総称して基板という。勿論この基板は可曲性で
あつてもまた固い板であつてもよい。
ニユーム、その他の金属）、半導体（珪素、ゲル
マニユーム）、絶縁体（ガラス、有機薄膜）また
は複合基板（ガラスまたは透光性有機樹脂上に透
光性導電膜である弗素が添加された酸化スズ、
ITO等の導電膜が単層またはITO上にSnO2が形
成された２層膜が形成されたもの）を用いた。本
実施例のみならず本発明のすべてにおいてこれら
を総称して基板という。勿論この基板は可曲性で
あつてもまた固い板であつてもよい。
かくして１〜５分間プラズマ気相反応をさせ
て、Ｐ型不純物としてホウ素が添加された炭化珪
素膜を約100Åの厚さに作製した。さらにこの第
１の半導体層が形成された基板をゲート４５を開
け前記した操作順序に従つてバツフア室１０２に
移動し、ゲート４５を閉じた。さらに、ここで
10-7torr以下にクライオポンプ３４にて真空引き
をした後、ゲート４６を開け、真性の半導体層を
約5000Åの厚さに形成させた。
て、Ｐ型不純物としてホウ素が添加された炭化珪
素膜を約100Åの厚さに作製した。さらにこの第
１の半導体層が形成された基板をゲート４５を開
け前記した操作順序に従つてバツフア室１０２に
移動し、ゲート４５を閉じた。さらに、ここで
10-7torr以下にクライオポンプ３４にて真空引き
をした後、ゲート４６を開け、真性の半導体層を
約5000Åの厚さに形成させた。
即ち第１図における反応系において、半導体
の反応性気体としてモノシランまたはジシランを
２８より、また、1017cm-3以下のホウ素を添加す
るため、水素、シラン等により0.5〜30PPMに希
釈したB2H6を２７より、また、キヤリアガスを
必要に応じて２６より供給した。
の反応性気体としてモノシランまたはジシランを
２８より、また、1017cm-3以下のホウ素を添加す
るため、水素、シラン等により0.5〜30PPMに希
釈したB2H6を２７より、また、キヤリアガスを
必要に応じて２６より供給した。
反応性気体は基板１の被形成面にそつて上方よ
り下方に流れ、真空ポンプ８８に至る。系にお
いて出口側よりみた縦断面図を第３図に示す。
り下方に流れ、真空ポンプ８８に至る。系にお
いて出口側よりみた縦断面図を第３図に示す。
第３図を概説する。
第３図は第２図の反応系の縦断面図を示した
ものである。
ものである。
図面において、ヒータ１３，１３′はハロゲン
ランプを用いた。反応空間はヒータにより100〜
400℃例えば250℃とした。反応性気体は例えばモ
ノシランまたはジシランを分解した。
ランプを用いた。反応空間はヒータにより100〜
400℃例えば250℃とした。反応性気体は例えばモ
ノシランまたはジシランを分解した。
基板１が基板ホルダ２に保持され、外枠冶具３
８，３８′で閉じ込め空間８を構成している。こ
の基板の被形成面に、概略平行に電界９０を一対
の主の電極６２，５２により供給し、プラズマ気
相反応を行つた。
８，３８′で閉じ込め空間８を構成している。こ
の基板の被形成面に、概略平行に電界９０を一対
の主の電極６２，５２により供給し、プラズマ気
相反応を行つた。
さらに反応性気体９１も同時に被形成面に平行
にした。反応性気体を２６，２７，２８より供給
フード１８、外枠冶具３８，３８′、排気フード
１８を経て真空ポンプ３７へ排気させた。被膜と
してシランによりアモルフアス珪素を作製した場
合、5000Åの厚さにSiH460c.c.／分、被膜形成速
度2.5Å／秒、基板（20cm×60cmを20枚、延べ面
積24000cm2）で圧力0.1torrとした。Si2H6を用い
た場合、被膜形成速度28Å／秒を有し、他は同様
とした。すると中央部が5000Åとばらつき、縦方
向の周辺部が従来方法の場合は±3000Å（ばらつ
き±20％）であつたのが、本発明方法では±250
Å（±５％）ときわめて均一性を向上させること
ができた。
にした。反応性気体を２６，２７，２８より供給
フード１８、外枠冶具３８，３８′、排気フード
１８を経て真空ポンプ３７へ排気させた。被膜と
してシランによりアモルフアス珪素を作製した場
合、5000Åの厚さにSiH460c.c.／分、被膜形成速
度2.5Å／秒、基板（20cm×60cmを20枚、延べ面
積24000cm2）で圧力0.1torrとした。Si2H6を用い
た場合、被膜形成速度28Å／秒を有し、他は同様
とした。すると中央部が5000Åとばらつき、縦方
向の周辺部が従来方法の場合は±3000Å（ばらつ
き±20％）であつたのが、本発明方法では±250
Å（±５％）ときわめて均一性を向上させること
ができた。
かくして第１の反応室にてプラズマ気相法によ
りＰ型半導体層を形成した上にPCVD法によりＩ
型半導体層を形成させてPI接合を構成させた。
りＰ型半導体層を形成した上にPCVD法によりＩ
型半導体層を形成させてPI接合を構成させた。
またかくして系にて約5000Åの厚さに形成さ
せた後、基板は前記した操作に従つて隣のバツフ
ア室１０２に移され、さらにその隣の反応室に移
設して同様のPCVD工程によりＮ型半導体層を形
成させた。このＮ型半導体層は、PCVD法により
フオスヒンをPH3／SiH4＝1.0％としたシランと
キヤリアガスの水素をSiH4／H2＝20％として供
給して、系と同様にして約200Åの厚さにＮ型
の微結晶性または繊維構造を有する多結晶の半導
体層を形成させ、さらにその上面に炭化珪素を
DMS／（SiH＋DMS）＝0.1としてSixC1-x（０＜
ｘ＜１）で示されるＮ型半導体層を10〜200Åの
厚さ例えば50Åの厚さに積層して形成させたもの
である。その他反応装置については系と同様で
ある。
せた後、基板は前記した操作に従つて隣のバツフ
ア室１０２に移され、さらにその隣の反応室に移
設して同様のPCVD工程によりＮ型半導体層を形
成させた。このＮ型半導体層は、PCVD法により
フオスヒンをPH3／SiH4＝1.0％としたシランと
キヤリアガスの水素をSiH4／H2＝20％として供
給して、系と同様にして約200Åの厚さにＮ型
の微結晶性または繊維構造を有する多結晶の半導
体層を形成させ、さらにその上面に炭化珪素を
DMS／（SiH＋DMS）＝0.1としてSixC1-x（０＜
ｘ＜１）で示されるＮ型半導体層を10〜200Åの
厚さ例えば50Åの厚さに積層して形成させたもの
である。その他反応装置については系と同様で
ある。
かかる工程の後、第２の予備室より外にPIN接
合を構成して出された基板上に100〜1500Åの厚
さのITOをさらにその上に反射性または昇華性金
属電極例えばアルミニユーム電極を真空蒸着法に
より約1μの厚さに作り、ガラス基板上に（ITO
＋SnO2）表面電極−（PIN半導体）−（裏面電極）
を構成させた。
合を構成して出された基板上に100〜1500Åの厚
さのITOをさらにその上に反射性または昇華性金
属電極例えばアルミニユーム電極を真空蒸着法に
より約1μの厚さに作り、ガラス基板上に（ITO
＋SnO2）表面電極−（PIN半導体）−（裏面電極）
を構成させた。
その光電変換装置としての特性は７〜９％平均
８％を10cm×10cmの基板でAM1（100ｍＷ／cm2）
の条件下にて真性効率特性として有し、集積化し
てハイブリツド型にした20cm×60cmのガラス基板
においても、4.5％を実効効率で得ることができ
た。
８％を10cm×10cmの基板でAM1（100ｍＷ／cm2）
の条件下にて真性効率特性として有し、集積化し
てハイブリツド型にした20cm×60cmのガラス基板
においても、4.5％を実効効率で得ることができ
た。
この効率の向上は、大きい面積の基板の周辺部
での膜厚が従来の5000±3000ÅよりＩ層としての
最適の膜厚の5000±250Åとすることができたこ
と、さらに同様に従来はＰまたはＮ型半導体層で
は膜厚がばらつきすぎて十分な開放電圧がでなか
つたことに比べて、本発明方法はきわめて均一な
膜厚にさせることができたことによつて、その結
果、１つの素子で開放電圧は0.85〜0.9V（0.87±
0.02V）であつたが、短絡電流は18±２ｍＡ／cm2
と大きく、またFFも0.60〜0.70と大きく、かつそ
のばらつきもパネル内、バツチ内で小さく、工業
的に本発明方法はきわめて有効であることが判明
した。
での膜厚が従来の5000±3000ÅよりＩ層としての
最適の膜厚の5000±250Åとすることができたこ
と、さらに同様に従来はＰまたはＮ型半導体層で
は膜厚がばらつきすぎて十分な開放電圧がでなか
つたことに比べて、本発明方法はきわめて均一な
膜厚にさせることができたことによつて、その結
果、１つの素子で開放電圧は0.85〜0.9V（0.87±
0.02V）であつたが、短絡電流は18±２ｍＡ／cm2
と大きく、またFFも0.60〜0.70と大きく、かつそ
のばらつきもパネル内、バツチ内で小さく、工業
的に本発明方法はきわめて有効であることが判明
した。
第４図は第３図における第２の反応系で非単
結晶珪素を0.5μの膜厚に形成した場合の分布を示
す。
結晶珪素を0.5μの膜厚に形成した場合の分布を示
す。
第４図より明らかなように、基板１、電極６
２，５２、を絶縁物により閉じ込めた空間３９，
３９′，３８，３８′に配し、第４図ＡのＡ−A′，
Ｂ−B′，Ｃ−C′，Ｄ−D′のそれぞれの断面での
厚さの分布をＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅに示す。このすべて
の断面図において、第１図に比べてきわめて均一
性を有し、実用上十分±５％以内のばらつきにな
つていることが判明した。
２，５２、を絶縁物により閉じ込めた空間３９，
３９′，３８，３８′に配し、第４図ＡのＡ−A′，
Ｂ−B′，Ｃ−C′，Ｄ−D′のそれぞれの断面での
厚さの分布をＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅに示す。このすべて
の断面図において、第１図に比べてきわめて均一
性を有し、実用上十分±５％以内のばらつきにな
つていることが判明した。
また第４図Ａにおいて電気力線７２、等電位面
８７を電界９０に対応して示している。
８７を電界９０に対応して示している。
そしてこの電界９０および反応性気体の流れ９
１は第２図、第３図に対応して被形成面に平行に
形成させていることがわかる。
１は第２図、第３図に対応して被形成面に平行に
形成させていることがわかる。
形成させる半導体の種類に関しては、Siのみな
らず他は族のGe、SixC1-x（０＜ｘ＜１）、
SixGe1-x（０＜ｘ＜１）、SixSn1-x（０＜ｘ＜１）
単層または多層であつても、またこれら以外に
GaAs、GaAlAs、BP、CdS等の化合物半導体で
あつてもよいことはいうまでもない。
らず他は族のGe、SixC1-x（０＜ｘ＜１）、
SixGe1-x（０＜ｘ＜１）、SixSn1-x（０＜ｘ＜１）
単層または多層であつても、またこれら以外に
GaAs、GaAlAs、BP、CdS等の化合物半導体で
あつてもよいことはいうまでもない。
本発明は３つの反応容器を用いてマルチチヤン
バ方式でのPCVD法を示した。しかしこれを１つ
の反応容器とし、そこでPCVD法により窒化珪素
をシラン（SiH4またはSi2H6）とアンモニア
（NH3）とのPCVD反応により形成させることは
有効である。また酸化珪素をシランをN2Oとの
PCVD反応により形成させることも有効である。
バ方式でのPCVD法を示した。しかしこれを１つ
の反応容器とし、そこでPCVD法により窒化珪素
をシラン（SiH4またはSi2H6）とアンモニア
（NH3）とのPCVD反応により形成させることは
有効である。また酸化珪素をシランをN2Oとの
PCVD反応により形成させることも有効である。
また酸化スズをSnCl4と酸素とのPCVD反応に
より、ITOをInCl3、SnCl4と酸素とのプラズマ気
相方法により形成することも有効である。
より、ITOをInCl3、SnCl4と酸素とのプラズマ気
相方法により形成することも有効である。
本発明で形成された非単結晶半導体被膜は、絶
縁ゲイト型電界効果半導体装置におけるＮ（ソー
ス）Ｉ（チヤネル形成領域）Ｎ（ドレイン）接合ま
たはPIP接合に対しても有効である。さらに、
PINダイオードであつてエネルギバンド巾がＷ−
Ｎ−Ｗ（WIDE−NALLOW−WIDE）または
SixC1-x−Si−SixC1-x（０＜ｘ＜１）構造のPIN
接合型の可視光レーザ、発光素子または光電変換
装置を作つてもよい。特に光入射光側のエネルギ
バンド巾を大きくしたヘテロ接合構造を有するい
わゆるＷ（ＰまたはＮ型）−Ｎ（Ｉ型）（WIDE TO
NALLOW）と各反応室にて導電型のみではなく
生成物を異ならせてそれぞれに独立して作製して
積層させることが可能になり、工業的にきわめて
重要なものであると信ずる。
縁ゲイト型電界効果半導体装置におけるＮ（ソー
ス）Ｉ（チヤネル形成領域）Ｎ（ドレイン）接合ま
たはPIP接合に対しても有効である。さらに、
PINダイオードであつてエネルギバンド巾がＷ−
Ｎ−Ｗ（WIDE−NALLOW−WIDE）または
SixC1-x−Si−SixC1-x（０＜ｘ＜１）構造のPIN
接合型の可視光レーザ、発光素子または光電変換
装置を作つてもよい。特に光入射光側のエネルギ
バンド巾を大きくしたヘテロ接合構造を有するい
わゆるＷ（ＰまたはＮ型）−Ｎ（Ｉ型）（WIDE TO
NALLOW）と各反応室にて導電型のみではなく
生成物を異ならせてそれぞれに独立して作製して
積層させることが可能になり、工業的にきわめて
重要なものであると信ずる。
本発明において、分離部は単にゲイト弁のみで
はなく、２つのゲート弁と１つのバツフア室とを
系２として設けてＰ型半導体の不純物のＩ型半導
体層中への混入をさらに防ぎ、特性を向上せしめ
ることは有効であつた。
はなく、２つのゲート弁と１つのバツフア室とを
系２として設けてＰ型半導体の不純物のＩ型半導
体層中への混入をさらに防ぎ、特性を向上せしめ
ることは有効であつた。
この発明のプラズマCVD装置を他の構造のマ
ルチチヤンバ方式に応用できることはいうまでも
ない。
ルチチヤンバ方式に応用できることはいうまでも
ない。
電界は上下方向に一対として示した。しかしこ
の上下の電界に直交して他の一対の電界を設けて
もよい。
の上下の電界に直交して他の一対の電界を設けて
もよい。
また本発明の実施例は第２図に示すマルチチヤ
ンバ方式であり、そのすべての反応容器にて
PCVD法を供給した。しかし必要に応じ、この一
部をプラズマを用いない光CVD法、LT CVD法
（HOMO CVD法ともいう）を採用して複合被膜
を形成してもよい。
ンバ方式であり、そのすべての反応容器にて
PCVD法を供給した。しかし必要に応じ、この一
部をプラズマを用いない光CVD法、LT CVD法
（HOMO CVD法ともいう）を採用して複合被膜
を形成してもよい。
第１図は従来の方法で得られた基板上の膜厚の
不均一性を示す。第２図、第３図は本発明を実施
するためのプラズマ気相反応用被膜製造装置の概
略を示す。第４図は本発明方法によつて得られた
基板の膜厚の均一性を示す。
不均一性を示す。第２図、第３図は本発明を実施
するためのプラズマ気相反応用被膜製造装置の概
略を示す。第４図は本発明方法によつて得られた
基板の膜厚の均一性を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 反応容器内に反応性気体供給手段を備えた電
極と、反応性気体排気手段を備えた電極とを対向
させて、該電極による電界に概略平行に複数の基
板を電気的にいずれの電極からも遊離させて配設
させて被膜を形成する方法であつて、前記電極の
外側および前記複数の基板をとり囲むように外周
辺を絶縁物でシールドして基板の置かれた空間が
絶縁物で閉じられるようにするとともに前記基板
の被形成表面にそつて反応性気体を供給して、前
記基板表面上に導体、半導体または絶縁体の被膜
を形成することを特徴とするプラズマ気相反応方
法。 ２ 反応容器内に一対の平行平板型電極による電
界に概略平行に複数の基板を電気的にいずれの電
極からも遊離させて配設させた構造のプラズマ気
相反応製造装置であつて、前記電極の外側および
前記複数の基板を取り囲む外周辺が絶縁物でシー
ルドされており、基板の置かれた空間が前記絶縁
物で閉じられるような構造を有し、前記絶縁物で
閉じられた空間内で反応性気体を前記複数の基板
表面にそつて供給し、そして排気することを可能
にしたプラズマ気相反応製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58219199A JPS60111414A (ja) | 1983-11-22 | 1983-11-22 | プラズマ気相反応方法およびその製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58219199A JPS60111414A (ja) | 1983-11-22 | 1983-11-22 | プラズマ気相反応方法およびその製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60111414A JPS60111414A (ja) | 1985-06-17 |
| JPH0244141B2 true JPH0244141B2 (ja) | 1990-10-02 |
Family
ID=16731754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58219199A Granted JPS60111414A (ja) | 1983-11-22 | 1983-11-22 | プラズマ気相反応方法およびその製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60111414A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2522987B2 (ja) * | 1988-05-24 | 1996-08-07 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 薄膜形成装置 |
| JP2772643B2 (ja) * | 1988-08-26 | 1998-07-02 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 被膜作製方法 |
| TWI470106B (zh) * | 2011-03-29 | 2015-01-21 | Pinecone En Inc | 多腔體薄膜沈積裝置及其抽氣模組 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5896729A (ja) * | 1981-12-03 | 1983-06-08 | Seiko Epson Corp | グロ−放電装置 |
-
1983
- 1983-11-22 JP JP58219199A patent/JPS60111414A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5896729A (ja) * | 1981-12-03 | 1983-06-08 | Seiko Epson Corp | グロ−放電装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60111414A (ja) | 1985-06-17 |
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