JPH0463537B2 - - Google Patents
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- JPH0463537B2 JPH0463537B2 JP58151407A JP15140783A JPH0463537B2 JP H0463537 B2 JPH0463537 B2 JP H0463537B2 JP 58151407 A JP58151407 A JP 58151407A JP 15140783 A JP15140783 A JP 15140783A JP H0463537 B2 JPH0463537 B2 JP H0463537B2
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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１つの反応容器内に２つの独立した電
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。
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、基板の基形成面に
概略平行に第１の電界を発生させ、プラズマ反応
をせしめ、さらにこの電界に直交して第２の電界
をアシスト（補助用）電界として供給せしめたこ
とを目的とする。
概略平行に第１の電界を発生させ、プラズマ反応
をせしめ、さらにこの電界に直交して第２の電界
をアシスト（補助用）電界として供給せしめたこ
とを目的とする。
従来、プラズマ気相反応方法においては、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−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。かかる一対の電極のみ用いる方式では、こ
の電極の一方に被形成面を有する基板を配設して
電極と等電位とする場合は、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。
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−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。かかる一対の電極のみ用いる方式では、こ
の電極の一方に被形成面を有する基板を配設して
電極と等電位とする場合は、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。
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、基板を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。
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。
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）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）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、多量の被膜形成を行うことができると
いう特徴を有する。このため従来より高知の平行
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、多量の被膜形成を行うことができると
いう特徴を有する。このため従来より高知の平行
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。
図面Ａにおいて、基板２と電極６２，５２との
相対位置関係を示している。基板２は約5000Åの
厚さに珪素を形成したものであるが、一対の電極
６２，５２間でＢ、Ｃに示すごとく、電極近傍が
厚くなり、また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２上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。
相対位置関係を示している。基板２は約5000Åの
厚さに珪素を形成したものであるが、一対の電極
６２，５２間でＢ、Ｃに示すごとく、電極近傍が
厚くなり、また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２上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法において被形成
面のスパツタを少なくするため、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せしめて
いる。しかし一対の電極による電界のみでは端部
の電界が外方向に放散し、電束密度が小さくなつ
てしまう。その結果、電極端部下の被形成面上で
は被膜はその厚さが薄くなつたものと判断され
る。
面のスパツタを少なくするため、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せしめて
いる。しかし一対の電極による電界のみでは端部
の電界が外方向に放散し、電束密度が小さくなつ
てしまう。その結果、電極端部下の被形成面上で
は被膜はその厚さが薄くなつたものと判断され
る。
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、中央部も所
定の厚さに対しその厚さのばらつき±５％以内と
するため、電極を２対とし、それぞれ対をなす電
極を互いに直交する方向に供給して電気エネルギ
を供給することを特徴としている。
四角形の被形成面のすべての周辺部、中央部も所
定の厚さに対しその厚さのばらつき±５％以内と
するため、電極を２対とし、それぞれ対をなす電
極を互いに直交する方向に供給して電気エネルギ
を供給することを特徴としている。
即ち、前記した第１の電界に直交して第２のア
シスト電界を供給せしめて、端部での電束密度が
小さくなることを防いだ。本発明はこれら２つの
電極から基板の被形成面が電気的に浮いた（フロ
ーテイング）とすることにより、プラズマエネル
ギが被形成面をスパツタする程度を軽減せしめ
た。
シスト電界を供給せしめて、端部での電束密度が
小さくなることを防いだ。本発明はこれら２つの
電極から基板の被形成面が電気的に浮いた（フロ
ーテイング）とすることにより、プラズマエネル
ギが被形成面をスパツタする程度を軽減せしめ
た。
即ち、本発明は一対の上下方向に配設された
（電極間距離の短い）主電極による主電界を発生
せしめ、さらにそれに直交してアシスト電界を発
生させている。そしてこれら２つの電界は互いに
直交または概略直交（膜圧の薄い方向に電界を加
える）し、かつ被形成面に概略平行に配設される
ように位置関係を有せしめている。本発明はこの
２対の電極を１つの反応容器内に配設し、かかる
反応容器にて被膜例えば非単結晶半導体の形成を
行うことを特徴としている。
（電極間距離の短い）主電極による主電界を発生
せしめ、さらにそれに直交してアシスト電界を発
生させている。そしてこれら２つの電界は互いに
直交または概略直交（膜圧の薄い方向に電界を加
える）し、かつ被形成面に概略平行に配設される
ように位置関係を有せしめている。本発明はこの
２対の電極を１つの反応容器内に配設し、かかる
反応容器にて被膜例えば非単結晶半導体の形成を
行うことを特徴としている。
さらに本発明はかかる半導体層をＰ型半導体、
Ｉ型半導体およびＮ型半導体と積層してPIN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法に適用可能である。
Ｉ型半導体およびＮ型半導体と積層してPIN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法に適用可能である。
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、好ましくは珪素、ゲルマニユ
ーム、炭化珪素（SiCのみではなく、SixC1-x０
＜ｘ＜１の総称を意味する）、珪化ゲルマニユー
ム（SixGe1-x０＜ｘ＜１）、珪素スズ（SixSn1-x
０＜ｘ＜１）であつて、この被膜中に活性状態の
水素またはハロゲン元素を充填することにより、
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複数形成し、その積層境界
にてPI接合、NI接合またはこれらを組み合わせ
てPIP接合、NIN接合、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、またそれぞれに半導
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適用可能であ
る。
非単結晶半導体層、好ましくは珪素、ゲルマニユ
ーム、炭化珪素（SiCのみではなく、SixC1-x０
＜ｘ＜１の総称を意味する）、珪化ゲルマニユー
ム（SixGe1-x０＜ｘ＜１）、珪素スズ（SixSn1-x
０＜ｘ＜１）であつて、この被膜中に活性状態の
水素またはハロゲン元素を充填することにより、
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複数形成し、その積層境界
にてPI接合、NI接合またはこれらを組み合わせ
てPIP接合、NIN接合、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、またそれぞれに半導
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適用可能であ
る。
さらに本発明はかかる多数の反応容器を連結し
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。
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。
本発明では２〜10cm好ましくは３〜５cmの一定
の間隙を経て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、周辺で膜厚の均一
性、また膜質の均質性を促すため、一対をなす電
極を２対互いに直交するように設けた。さらに、
基板の加熱を少なくとも上方向および下方向によ
り棒状赤外線ランプを互いに90°曲げて配向し、
均熱化を図る手段を付加すると好ましい。即ち10
cm×10cmまたは電極方向に10〜40cm例えば20cmを
有するとともに巾15〜120cm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±
10℃以内のばらつきとする。
の間隙を経て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、周辺で膜厚の均一
性、また膜質の均質性を促すため、一対をなす電
極を２対互いに直交するように設けた。さらに、
基板の加熱を少なくとも上方向および下方向によ
り棒状赤外線ランプを互いに90°曲げて配向し、
均熱化を図る手段を付加すると好ましい。即ち10
cm×10cmまたは電極方向に10〜40cm例えば20cmを
有するとともに巾15〜120cm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±
10℃以内のばらつきとする。
かくのごとくにマルチチヤンバ方式への適用を
も考慮しているため、それぞれの反応容器内での
被膜の特性の向上に加えて、チヤンバ内壁に不要
の反応生成物が付着することを防ぎ、逆に加えて
供給した反応性気体の被膜になる割合、即ち収集
効率を高めている。このため絶縁性（石英）ホル
ダにより囲み、チムニー（煙突）状に基板の配置
されている筒状空間に反応性気体を供給フードに
選択的に導入させ、排気フード排気させるのが好
ましい。さらに基板の被形成面が実質的にチムニ
ーの内壁を構成せしめることが好ましい。
も考慮しているため、それぞれの反応容器内での
被膜の特性の向上に加えて、チヤンバ内壁に不要
の反応生成物が付着することを防ぎ、逆に加えて
供給した反応性気体の被膜になる割合、即ち収集
効率を高めている。このため絶縁性（石英）ホル
ダにより囲み、チムニー（煙突）状に基板の配置
されている筒状空間に反応性気体を供給フードに
選択的に導入させ、排気フード排気させるのが好
ましい。さらに基板の被形成面が実質的にチムニ
ーの内壁を構成せしめることが好ましい。
図面においては、反応性気体の導入口、排気口
において供給フード、排気フードを設け、この間
の絶縁物ホルダで囲んだ基板の被形成面により実
質的に作られた筒状空間のみに選択的にプラズマ
反応による活性気体を導入せしめることによりチ
ヤンバ（反応容器）内の全空間に反応生成物が拡
散し広がることを防いだものである。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混合を排除し、ま
た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200〜300Åと従来よりも約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5000
Åの厚さとすると、そのばらつき±250Å以内）
とし得たこと特徴としている。
において供給フード、排気フードを設け、この間
の絶縁物ホルダで囲んだ基板の被形成面により実
質的に作られた筒状空間のみに選択的にプラズマ
反応による活性気体を導入せしめることによりチ
ヤンバ（反応容器）内の全空間に反応生成物が拡
散し広がることを防いだものである。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混合を排除し、ま
た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200〜300Åと従来よりも約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5000
Åの厚さとすると、そのばらつき±250Å以内）
とし得たこと特徴としている。
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PI接合、IN接合をさらに複合
化してPIN接合を構成する３つの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
（、、）とさらに第１および第２の予備室
を有するマルチチヤンバ（ここでは３つの反応容
器）方式のプラズマ気相反応装置の装置例を示
す。
化してPIN接合を構成する３つの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
（、、）とさらに第１および第２の予備室
を有するマルチチヤンバ（ここでは３つの反応容
器）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３つの各反応容器
６，７，８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導入フード１７，１
８，１９と排気フード１７′，１８′，１９′と側
面フード（図示せず）とを有し、反応性気体が供
給系または排気系から逆流、または他の系からの
反応性気体の混入を防いでいる。
６，７，８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導入フード１７，１
８，１９と排気フード１７′，１８′，１９′と側
面フード（図示せず）とを有し、反応性気体が供
給系または排気系から逆流、または他の系からの
反応性気体の混入を防いでいる。
この装置は入り口側には第１の予備室５が設け
られ、まず扉４２より基板ホルダ（ホルダともい
う）７４に基板４を挿着し、この予備室に配置さ
せた。この被形成面を有する基板は被膜形成を行
わない裏面を互いに接し、２枚を一対として２〜
10cm好ましくは３〜５cmの間隙を有して林立させ
ている。この間隙は基板の反応性気体の流れ方向
の長さが10cm、15cm、20cmと長くなるにつれて、
３〜４cm、４〜５cm、５〜６cmと広げた。
られ、まず扉４２より基板ホルダ（ホルダともい
う）７４に基板４を挿着し、この予備室に配置さ
せた。この被形成面を有する基板は被膜形成を行
わない裏面を互いに接し、２枚を一対として２〜
10cm好ましくは３〜５cmの間隙を有して林立させ
ている。この間隙は基板の反応性気体の流れ方向
の長さが10cm、15cm、20cmと長くなるにつれて、
３〜４cm、４〜５cm、５〜６cmと広げた。
例えば20cm×60cmの基板を20枚同時に形成させ
る場合、その間隙は６cmとした。さらにこの第１
の予備室５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６，７，８との分離用のゲート弁４
４，４５，４６，４７を開けて基板およびホルダ
を移した。例えば、予備室５より第１の反応容器
６に移し、さらにゲート弁４４を閉じることによ
り基板およびホルダを第１の反応容器６に移動さ
せたものである。この時、第１の反応容器６に保
持されていた基板１は第２の反応容器７に、また
第２の反応容器７に保持されていた基板２は第３
の反応容器８に、また第３の反応容器８に保持さ
れていた基板は出口側の第２の予備室９に同時に
ゲート弁４５，４６，４７を開けて移動させた。
この後ゲート弁４４，４５，４６，４７を閉め
た。
る場合、その間隙は６cmとした。さらにこの第１
の予備室５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６，７，８との分離用のゲート弁４
４，４５，４６，４７を開けて基板およびホルダ
を移した。例えば、予備室５より第１の反応容器
６に移し、さらにゲート弁４４を閉じることによ
り基板およびホルダを第１の反応容器６に移動さ
せたものである。この時、第１の反応容器６に保
持されていた基板１は第２の反応容器７に、また
第２の反応容器７に保持されていた基板２は第３
の反応容器８に、また第３の反応容器８に保持さ
れていた基板は出口側の第２の予備室９に同時に
ゲート弁４５，４６，４７を開けて移動させた。
この後ゲート弁４４，４５，４６，４７を閉め
た。
第２の予備室に移された基板はゲート弁４７が
閉じられた後４１より窒素が導入されて大気圧に
され、４３の扉より外へ出した。
閉じられた後４１より窒素が導入されて大気圧に
され、４３の扉より外へ出した。
即ちゲート弁の動きは扉４２，４３が大気圧で
開けられた得は分離部のゲート弁４４，４５，４
６，４７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，
４３が閉じられていて予備室５，９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、ホルダは隣のチ
ヤンバに移動する機構を有している。
開けられた得は分離部のゲート弁４４，４５，４
６，４７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，
４３が閉じられていて予備室５，９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、ホルダは隣のチ
ヤンバに移動する機構を有している。
系における第１の反応容器６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。
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６を含む）は10-3〜10torr
好ましくは0.01〜1torr例えば0.08torrとした。
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に対してシラン
（SinH2o+2ｎ＞１特にSiH4）、ジクロールシラン
（SiH2Cl2）、トリクロールシラン（SiHCl3）、四
フツ化珪素（SiF4）等があるが、取扱が容易なシ
ランを用いた。
（SinH2o+2ｎ＞１特にSiH4）、ジクロールシラン
（SiH2Cl2）、トリクロールシラン（SiHCl3）、四
フツ化珪素（SiF4）等があるが、取扱が容易なシ
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２３に対してはメタン（CH4）を
用いた。
め、炭化物気体２３に対してはメタン（CH4）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水素にて2000PPM
に希釈されたジボランより２５より供給した。ま
たガリユームをTMG（Ga（CH3）3）により1019〜
９×1021cm-3の濃度になるように加えてもよい。
Ｐ型の不純物としてボロンを水素にて2000PPM
に希釈されたジボランより２５より供給した。ま
たガリユームをTMG（Ga（CH3）3）により1019〜
９×1021cm-3の濃度になるように加えてもよい。
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用いた。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を経て反応容器６に供給され
た。反応性気体は７０のホルダ７４に囲まれた筒
状空間内に供給され、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１４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。
体窒素より気化して用いた。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を経て反応容器６に供給され
た。反応性気体は７０のホルダ７４に囲まれた筒
状空間内に供給され、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１４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。
さらに上下の電極（網状のステンレス製電極65
cm×65cm）６１，５１に直交して他の一対の電極
（網状のステンレス製電極25cm×65cm）７１，８
１（図示されず）にも同様に電気エネルギを加え
た。
cm×65cm）６１，５１に直交して他の一対の電極
（網状のステンレス製電極25cm×65cm）７１，８
１（図示されず）にも同様に電気エネルギを加え
た。
ここでは13.56MHzを50Wの出力で加えた。即
ちアシスト電界（補助電界）により第１の電界の
端部での電界が弱くなる部分を中央部とほぼ同じ
ようにすることが可能になつた。
ちアシスト電界（補助電界）により第１の電界の
端部での電界が弱くなる部分を中央部とほぼ同じ
ようにすることが可能になつた。
かくしてＰ型半導体層はB2H6／SiH4＝0.5％、
CH4／（SiH4＋CH4）＝0.5％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。Bg＝
2.0OeV、σ＝１×10-6〜３×10-6（Ωcm）-1であつ
た。
CH4／（SiH4＋CH4）＝0.5％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。Bg＝
2.0OeV、σ＝１×10-6〜３×10-6（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（アルミナ、ガラス、有機
物質）または複合基板（アルミニユーム、ステン
レス上に絶縁薄を形成させた絶縁性表面を有する
可曲性基板またはガラス絶縁基板の上面に弗素が
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、さらにまたは絶縁基板上にＰまたはＮ型
の半導体が形成されたもの）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（アルミナ、ガラス、有機
物質）または複合基板（アルミニユーム、ステン
レス上に絶縁薄を形成させた絶縁性表面を有する
可曲性基板またはガラス絶縁基板の上面に弗素が
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、さらにまたは絶縁基板上にＰまたはＮ型
の半導体が形成されたもの）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またはガリユームが
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の半導体層上に基板を前記し
た操作順序に従つて第２の反応容器７に移動し、
ここで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またはガリユームが
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の半導体層上に基板を前記し
た操作順序に従つて第２の反応容器７に移動し、
ここで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２の被形成面にそつて上方よ
り下方に流れ、真空ポンプ３７に至る。系にお
いて４３の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３７に至る。系にお
いて４３の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の反応容器７を基板の移動方向
に見た図であり、アシスト電界を用いて被膜を形
成せしめている。
に見た図であり、アシスト電界を用いて被膜を形
成せしめている。
図面において、ヒータ１２，１２′はジルコン
（ZrSiO4）発熱体を用い、8μ以上の光が十分に放
射できる遠赤外線ヒータとした。反応空間はヒー
タにより100〜400℃例えば250℃とした。反応性
気体は例えばシランを分解した。
（ZrSiO4）発熱体を用い、8μ以上の光が十分に放
射できる遠赤外線ヒータとした。反応空間はヒー
タにより100〜400℃例えば250℃とした。反応性
気体は例えばシランを分解した。
さらに基板２に対し、その被形成面に概略平行
に第１の電界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。
に第１の電界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。
さらに同時にアシスト電界９１を第２の一対を
なす電極７２，８２により供給して、それぞれが
高周波発振器１５および他の高周波発振器８５に
より連結している。反応性気体を２６，２７，２
８より供給フード１８、側面フード１８″、排気
フード１８′により真空ポンプ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SiH460cc／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0.08torrとした。する
と中央部が5000Åとばらつき、縦方向の周辺部が
アシスト電界がない従来方法の場合は3000Å（ば
らつき±20％）であつたのが、本発明方法では
4500Å（±５％）ときわめて均一性を向上させる
ことができた。
なす電極７２，８２により供給して、それぞれが
高周波発振器１５および他の高周波発振器８５に
より連結している。反応性気体を２６，２７，２
８より供給フード１８、側面フード１８″、排気
フード１８′により真空ポンプ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SiH460cc／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0.08torrとした。する
と中央部が5000Åとばらつき、縦方向の周辺部が
アシスト電界がない従来方法の場合は3000Å（ば
らつき±20％）であつたのが、本発明方法では
4500Å（±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LT CVD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LT CVD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第２図の系
の反応容器８に移され、Ｎ型半導体層が形成さ
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３１よりまたシ
ランを３０より、またキヤリアガスの水素を３８
よりSiH4／H2＝50％として供給し、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
らにその上面にメタンCH4／（SiH4＋CH4）＝0.1
として２９より供給して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第２図の系
の反応容器８に移され、Ｎ型半導体層が形成さ
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３１よりまたシ
ランを３０より、またキヤリアガスの水素を３８
よりSiH4／H2＝50％として供給し、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
らにその上面にメタンCH4／（SiH4＋CH4）＝0.1
として２９より供給して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９により外に
PIN接合を構成して出された基板上に100〜1500
Åの厚さのITOをさらにその上に反射性電極とし
ての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。
PIN接合を構成して出された基板上に100〜1500
Åの厚さのITOをさらにその上に反射性電極とし
ての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、３〜５％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3000ÅよりＩ層としての最適
の膜厚の5000Å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り、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20〜22mA／cm2と大きく、また
FFも0.70〜0.78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。
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、３〜５％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3000ÅよりＩ層としての最適
の膜厚の5000Å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り、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20〜22mA／cm2と大きく、また
FFも0.70〜0.78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。
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。
図面より明らかなように、基板２、主電極６
２，５２、アシスト電極７２，８２を配し、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、アシスト電極７２，８２を配し、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。
さらにこの珪素または炭素の不対結合手を水素
によりSi−Ｈ、Ｃ−Ｈにて中和するのではなく、
Si−Ｆ、Ｃ−Ｆとハロゲン化物特に弗化物気体を
用いて実施してもよいことはいうまでもなく、こ
の濃度は10原子％以下、例えば２〜５原子％が好
ましかつた。
によりSi−Ｈ、Ｃ−Ｈにて中和するのではなく、
Si−Ｆ、Ｃ−Ｆとハロゲン化物特に弗化物気体を
用いて実施してもよいことはいうまでもなく、こ
の濃度は10原子％以下、例えば２〜５原子％が好
ましかつた。
形成させる半導体の種類に関しては、前記した
ごとく、複数層ではなく族のSi、Ge、、
SixC1-x（０＜ｘ＜１）、SixGe1-x（０＜ｘ＜１）、
SixSn1-x（０＜ｘ＜１）単層であつても、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。
ごとく、複数層ではなく族のSi、Ge、、
SixC1-x（０＜ｘ＜１）、SixGe1-x（０＜ｘ＜１）、
SixSn1-x（０＜ｘ＜１）単層であつても、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
をシランとアンモニアとの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
をシランとアンモニアとの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と窒素とのPCVD反応に
より、ITOをInCl3、SnCl4と窒素とのプラズマ気
相方法により形成することも有効である。
より、ITOをInCl3、SnCl4と窒素とのプラズマ気
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。
前記実施例において、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
を系１と系２との間に設けて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。
みではなく、２つのゲート弁と１つのバツフア室
を系１と系２との間に設けて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。
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アシ
スト電界を供給した。しかし必要に応じ、この一
部を従来の一対の電極のみとするPCVD法または
プラズマを用いない光CVD法、LT CVD法を採
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アシ
スト電界を供給した。しかし必要に応じ、この一
部を従来の一対の電極のみとするPCVD法または
プラズマを用いない光CVD法、LT CVD法を採
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
するための半導体膜形成用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
するための半導体膜形成用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 互いに直交する第１の電界と第２の電界を設
け、導体、半導体または絶縁体の被膜を形成する
基板の被形成面に対し概略垂直な方向に基板を移
動させて、前記第１の電界と第２の電界の直交領
域内で、被形成面が第１の電界と第２の電界に対
し概略平行になるように基板を設置し、さらに、
反応性気体が被形成面に沿う方向に流れるように
したことを特徴とするプラズマ気相反応方法。 ２ 複数の基板を互いに離間して概略平行に配置
する手段と、互いに直交する第１の電界と第２の
電界を設ける電極手段と、被膜が形成される基板
の被形成面に対し概略垂直方向に前記複数の基板
を移動させる手段と、反応性気体を第１の電界に
沿つて導入排気する手段とを有し、第１の電界と
第２の電界の直交領域内で、被形成面が第１の電
界と第２の電界に対し概略平行になるように基板
を設置することを特徴とするプラズマ気相反応用
製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58151407A JPS6043820A (ja) | 1983-08-19 | 1983-08-19 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP58151407A JPS6043820A (ja) | 1983-08-19 | 1983-08-19 | 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 |
|---|---|
| JPS6043820A JPS6043820A (ja) | 1985-03-08 |
| JPH0463537B2 true JPH0463537B2 (ja) | 1992-10-12 |
Family
ID=15517916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58151407A Granted JPS6043820A (ja) | 1983-08-19 | 1983-08-19 | 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) | JPS6043820A (ja) |
-
1983
- 1983-08-19 JP JP58151407A patent/JPS6043820A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6043820A (ja) | 1985-03-08 |
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