JPH0532473B2

JPH0532473B2 -

Info

Publication number: JPH0532473B2
Application number: JP62229329A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1987-09-12
Filing date: 1987-09-12
Publication date: 1993-05-17
Also published as: JPS63171882A

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

本発明は、異なる材料または特性を有する複数
の被膜を積層して形成する被膜形成装置に関す
る。

【従来の技術】

従来、材料や特性の異なる複数の被膜を積層し
て形成する場合、それら複数の被膜を、それらに
共通の反応室を用いて形成するようにしていた。例えば、非単結晶半導体被膜を３層積層させて
非単結晶半導体装置を作成する場合、 (1) 基板を単一の反応室内に配し、その反応室内
のガスを排出し、そして、反応室内に第１の半
導体材料ガスと第１の不純物ガスとを含む第１
のガスを導入させ、その第１のガスを第１のガ
スプラズマにイオン化させ、よつて、基板上に
第１の半導体材料を堆積させて第１の非単結晶
半導体層を形成し、 (2) 次に、反応室内を排気し、そして、同じ反応
室内に第２の半導体材料ガスと第２の不純物ガ
スとを含む第２のガスを導入させ、その第２の
ガスを第２のガスプラズマにイオン化させ、よ
つて、第１の非単結晶半導体層上に第２の半導
体材料を堆積させて第２の非単結晶半導体層を
形成し、 (3) 次に、反応室内を排気し、そして、同じ反応
室内に、第３の半導体材料ガスと第３の不純物
ガスとを含む第３のガスを導入させ、その第３
のガスを第３のガスプラズマにイオン化させ、
よつて、第２の非単結晶半導体層上に第３の半
導体材料を堆積させて第３の非単結晶半導体層
を形成する。

【発明が解決しようとする課題】

このため、従来の非単結晶半導体の積層形成の
場合、例えば前述の３層積層の場合、(1)第２の非
単結晶半導体層を形成するとき、反応室内に、そ
れを排気しても、第１のガスが残留するのが予儀
なくされるため、第２の非単結晶半導体層を、第
１のガスによつて影響されない所期の特性を有す
るものとして形成することができず、また、(2)第
３の非単結晶半導体層を形成するとき、反応室内
に、それを排気しても、第２のガスが残留するの
が予儀なくされるため、第３の非単結晶半導体層
を、第２のガスによつて影響されない所期の特性
を有するものとして形成することができない、と
いう欠点を有していた。このように、従来技術による被膜形成の場合、
基板上に異なる材料または特性を有する複数の被
膜を積層して形成させる場合であつても、反応室
を、それら複数の被膜に対して、共通に使用する
ようにしていたため、前の被膜形成工程で被膜形
成に使用した材料が反応室内に残留したまま次の
被膜形成工程に移つてしまい、よつて、次の被膜
形成の工程において、被膜を、前の工程で使用し
た材料の影響のため、所期の特性を有するものと
して形成することができない、という欠点を有し
ていた。

【課題を解決するための手段】

本発明では、異なる材料または特性を有する複
数の被膜を、それら複数の被膜に対応している複
数の反応室を用いて各別に独立して形成する。本発明による被膜形成装置は、互いに遮断でき
るようになつている複数の反応室と、該反応室と
反応室の間において、大気から遮断された状態で
基板を移動する搬送手段とを有し、各反応室が、
該反応室内に反応用気体を導入する気体導入手段
と、該反応室内の気体を排気する排気手段と、該
反応室内に導入された反応用気体を分解・活性化
する誘導エネルギーを供給する手段とを有し、前
記反応室は、個別的に反応性気体の反応を生じさ
せるようになつており、前記搬送手段は、複数の
基板の被形成面を鉛直方向に配向する構造の保持
手段を有し、該保持手段を一の反応室から他の反
応室へ順次移動するようになつている。

【作用】

本発明による被膜形成装置によれば、複数の被
膜を積層して形成するのに、それに対応した複数
の反応室を有し、複数の基板の被形成面を鉛直方
向に配向する構造の保持手段を一の反応室から他
の反応室へ順次移動し、気体導入手段と排気手段
の間に配置する。そして、反応性気体が気体導入
手段から基板に沿って排気手段の方に流れ、活性
化された反応性気体により基板上に反応生成物が
堆積する。これにより、良質で均質な被膜を多量に作製で
きる。又、複数の反応室が互いに遮断できるようにな
つているので、基板上に複数の被膜を、それらに
共通の単一の反応室を用いて形成する従来の場合
に比し、優れた所期の特性を有するものとして容
易に形成することができる。

【実施例】

次に、図面に従つて本発明による被膜形成装置
の実施例を説明する。図は、本発明に用いる非単結晶半導体層形成用
装置の実施例を示し、次に述べる構成を有する。すなわち第１、第２、第３及び第４の系，
，及びを有する。第１の系は、仕切り弁４４を介して予備室３
０に連結し且つホモジナイザ３４を介して励起室
３２に連結している反応室４５を有し、仕切り弁
４４を一時的に開いて、基板３１，３１′…が予
備室３０から反応室４５内に搬入されるように構
成されている。系において、２枚の大型の基板３１，３１′
がそれらの裏面に重ね合せている状態で配置され
る。一般に、基板３１，３１′…の一方の面にの
み半導体層を積層するので裏面には被膜を形成し
ないからである。半導体層を積層する面を被形成
面と称する。基板３１，３１′…は、その被形成面を鉛直方
向に配向して保持手段、本実施例ではボート６０
に保持され、搬送手段で搬送される。励起室３２には、バルブ３８を介して反応性気
体導入装置が接続され、また、反応室４５には、
真空排気装置３６が接続されている。系、系
、系も同様に構成されている。図は、PN接合、PIN接合、PNPN接合、
PNPN…PN接合またはMIS構造のシヨツトキ接
合等の基板上の半導体に異種導電型または同種導
電型の半導体層を多層に、自動的かつ連続的に形
成するための装置を示している。基板上に、均一に被膜を形成させるために、基
板から離れた位置で反応性気体を反応または活性
化させる。そして、その反応または活性状態の反
応生成物または反応性気体は、その状態に持続さ
れつつ、被形成体面上にヘリユームまたネオンの
ごとき電離電圧の高い（24.19eV，21.59eV）キ
ヤリアガスで搬送される。本実施例においては、
基板として、導体基板（ステンレス、チタン、窒
化チタン、その他の金属）、半導体（珪素、炭化
珪素、ゲルマニユーム）基板、絶縁体（アルミ
ナ、ガラス、エポキシ、ポリイミド樹脂等の有機
物）基板または複合基板（絶縁基板上に酸化錫、
ITO等の透明導電膜等が形成されたもので、絶縁
基板上に選択的に導体電極が形成されたもの、基
板上にＰまたはＮ型の半導体が単層または多層に
形成されたもの）を用いた。この基板は、可曲性
であつても、また固い坂であつてもよい。本実施例においては、２枚の基板がそれらの裏
面を重ね合せている状態にあるので、実効的な被
膜形成面を２倍に拡大し、反応性気体の実質的な
使用量を1/2にすることができる。反応室４５，４５′，４５″，４５は、１〜
100MHz、例えば13.6MHzの高周波加熱源３５，
３５′，３５″，３５により、反応性気体及び基
板を励起、反応または加熱できるようにしてい
る。また反応室内真空度は、10^-3〜10²Torr、特
に0.01〜5Torrとした。化学的活性を基板より離れて行なうことに関し
ては、本発明者が提案した触媒を用いた気相法が
ある。例えば、特公昭49−12033号、特公昭53−
14518号、特公昭53−23667号、特公昭51−1389号
を参照されたい。さらに、排気装置３７，３７′，３７″，３７
の出口側に不純物及び反応生成物の残余を除去す
るフイルタ手段やトラツプ手段などの浄化装置が
設けてもよい。本発明では、このような触媒気相法における触
媒における活性化を積極的に高周波誘導エネルギ
を利用し、それによつて、化学的活性化または物
理的な励起をより良く行わせる。系に関し、前記被膜形成装置の作動を説明す
る。励起室３２は、周りに高周波誘導エネルギー源
３３を備え、ここでは１〜10GHz、例えば2.46G
Hzのマイクロ波エネルギーを出力する。反応室４
５の上方部に設けられている励起室３２に導入さ
れた反応性気体を励気室３２内で、前記マイクロ
波エネルギーによりガスプラズマにイオン化させ
る。この場合、励起室３２において、反応性気体
である珪素の化合物、例えばシラン（SiH₄）、ジ
クロールシラン（SiH₂Ｃ₂）に、必要に応じて
ＰまたはＮ型不純物、またはゲルマニユーム、
錫、鉛、もしくは窒素または酸素を混合させた。
また、ヘリユームまたはネオンを、５〜99％特に
40〜90％混入させた。このような反応性気体を、高周波誘導エネルギ
源３３により、化学的に活性化させ、さらに反応
性気体の一部を互いに反応させた。珪化物反応性気体１４としては、シラン
（SiH₄）、ジクロールシラン（SiH₂Ｃ₂）、トリ
クロールシラン（SiHC₃）、四塩化珪素（SiC
_４）等があるが、取扱いが容易なシランを用いた。
ジクロールシランが安価であるので、これを用い
てもよい。Ｐ型の不純物を導入するときは、ボロンをジボ
ランを用いて10¹⁷cm^-3〜10モル％の濃度になるよ
うに加え、またＮ型の不純物を導入するときは、
フオスヒン（PH₃）を10¹⁷cm^-3〜20モル％の濃度
になるように調整して用いた。不純物導入に、ア
ルシン（AsH₃）を用いてもよい。キヤリアガスは、反応中はヘリユーム（He）
またはネオン（Ne）またはこれらの不活性気体
に水素を５〜30％混入させて用いたが、反応開始
の前後は低価格の窒素（N₂）を、液体窒素の形
で利用した。さらに添加物を導入する場合は、錫（Sn）、ゲ
ルマニユーム（Ge）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、鉛
（Pb）を、それらの水素化物または塩化物の気体
を用いて導入した。これらの反応物が室温付近で
液体の場合は、ヘリユームによりこの液体をバブ
ルして気化し、それをヘリユームに搬送させて、
反応室４５にその上部から導入させた。反応室４５を800〜1200℃に加熱し、最初、反
応室４５の内壁に附着していた酸素等を除去し、
その後、予備室３０側より、基板３１を挿着した
ボート６０を反応室４５に入れた。この後、この
反応室４５を、その下部側から、真空ポンプ３６
により真空引きし、10^-3Torrの圧力にした。さ
らに、しばらくの間、ヘリユームまたはネオンを
流し、反応室４５をパージした。また高周波エネ
ルギを反応室４５に印加し、さらに反応性気体を
必要量、励起室３２に導入して良く混合し、反応
室４５にその上部から導いた。この時、10〜
300Wの高周波エネルギ源３５により、励起また
は活性化を助長させてもよい。その後、反応性気体４０，４１，４２をバルブ
３８を開閉して、励起室３２に導入する。この励
起室３２においては、高周波誘導エネルギ源３３
により、反応性気体およびキヤリアガスを化学的
に励起、活性化または反応せしめ、その後、ホモ
ジナイザ３４を経て反応室４５内に上部から導入
させる。この反応室４５内には、基板３１、３
１′が挿着されており、必要に応じてこれが毎分
３〜30回転例えば６回／分で図の矢印５０のごと
き方法に回転させ、反応室４５内への反応性気体
の導入部側である反応室４５の上部の励起室３２
側と、排気部側である反応室４５の下部の真空ポ
ンプ３６側とでの被膜成長速度のバラツキを実効
的に除去して均一化をしている。これは形成され
る被膜の均一度を高めるためである。さらに、この基板３１，３１′は、高周波誘導
エネルギ源３５により、反応、励起され、反応室
４５内の不要の反応生成物およびキヤリアガス
は、真空ポンプ３６より下部から排気ガス３７と
して排出される。排気ガス３７は、真空ポンプ３６を通過した
後、不純物および反応生成物の残余がフイルタ、
トラツプ等の浄化装置により排除される。以上のようにして、系において、所定の厚さ
の被膜、例えば10Å〜10μの珪素を主成分とする
被膜が形成され、かつその場合において、Ｉ型、
Ｐ型またはＮ型の導電性を示す不純物が被膜生成
と同時に基板上にデイポジツトして被膜中に混入
される。系の処理が終つた後、この系の反応性気体お
よび飛翔中の反応生成物を排気・除去した。この
後、系に、基板を鉛直方向に配向しているボー
ト６０を移動させる。この移動時における系、
系の反応室内の圧力は同一でなければならな
い。この系においても、系と同様に珪素を主
成分とする被膜が設計に従つて形成される。この
時、系の基板は系に、系の基板は系に、
系の基板は予備室５９に移動する。かくして、系、系、系でも、系と同様
の処理が反応室４５′，４５″，４５内で行わ
れ、排気される気体３７′，３７″，３７から不
純物や反応生成物の残余が除去される。系，，及びは、Ｐ型被膜形成用、型
被膜形成用（不純物が人為的に混入されていない
状態）、Ｎ型被膜形成用及び誘導アニール用の系
をそれぞれ示している。しかし、接合を、PINで
はなく、PN，PI₁I₂Ｎ，PNPN等の接合に、それ
等の面を基板表面に概略平行として作る場合は、
その場合に従つて系の数を増加または減少させ
る。本発明によれば、基板の被形成面に平行に同一
の化学量論に従つた被膜が形成され、不純物の量
もその種類如何にかかわらず、またGe，Sn，
Pb，Ｎ，Ｏ，Ｃ等の添加物の量も、両方向に均
一である。しかし被膜の形成される方向に、Eg
（エネルギバンドギヤツプ）をIn，Ge，Ｃ，Ｎ，
Ｏの量、種類を変えることにより制御することが
可能である。また、この場合、添加物の量をバル
ブ３８，３８′によつて変えることにより、エネ
ルギバンドギヤツプを連続して変化させることが
できる。上述したように、本発明によれば、複数の反応
室を用いることによつて、異なる材料による複数
の被膜の作製を、各別に独立して行えるため、前
の工程で使用した材料による影響が、次の工程で
の被膜作製に及ばない。また、被膜形成処理が反
応室ごとに独立して行われるため、複数の被膜形
成処理を同時に行うことが可能となる。また、基
板を、一の反応室から、他の反応室への移動させ
るため、連続的に被膜形成を行わせることができ
る。さらに、本発明による被膜形成装置によれば、
複数の被膜を形成するのに、それに対応した複数
の反応室を有し、そして、各反応室が特定の反応
性気体やキヤリアガスのみを受け入れ、排出す
る。排出に際しては、キヤリアガスから不純物や
反応生成物の残余を除去する。上述した本発明の実施例においては、珪素を主
体として述べた。しかし、この珪素に対し、窒素を添加してSi₃
N_4-x（０＜ｘ＜４）、ゲルマニユームを添加して
Si_xGe_1-x（０＜ｘ＜１）、錫を添加してSi_xSN_1-x
（０＜ｘ＜１）、鉛を添加してSi_xPb_1-x（０＜ｘ＜
１）、酸素を添加してSiO_2-x（０＜ｘ＜２）、炭素
を添加してSi_xC_1-x（０＜ｘ＜１）のような混合物
を作製してもよいことはいうまでもない。また、それら混合物のｘの値によつては、Siの
みではなく、Ge，Sn等が形成されることもあり
うる。また、それらの半導体に対し、ＰまたはＮ
型の不純物を同時に混入させることも、その目的
によつて行つてもよく、特にＰ型の不純物として
のＢに加えて、導電性不純物であるIn，Znを添
加し、またＮ型の不純物としてのＰに加えて、
Sb，Te、またはSeを添加し、不純物の活性度を
向上させてもよい。さらに、上述においては、キヤリアガスとして
の不活性ガスが、ヘリユームまたはネオンである
とした。それは、ヘリユームの電離電圧が
24.57eV、ネオンのそれが21.59eVであり、その
他の不活性気体であるAr，Kr，N₂が10〜15eV
と前二者に比べて小さく、その結果、このHeま
たはNeが、電離状態を長く持続し、かつその所
有する活性エネルギが大きく、よつて、Heまた
はNeが被形成面上での反応生成物の被膜化に際
し、均一な被膜化をさせ、かつ反応性気体の実質
的な平均自由工程を大きくさせると推定されるか
らである。このことは、実験結果より得られたも
ので、特にヘリユームは、大型の10〜30cm角の基
板上に半導体被膜を均一に作製せんとした時、そ
の導体被膜を、反応性気体を離れた位置で活性に
必要な反応室を実用上許容できる程度に小さく作
つておいても、高い均一度で作製することができ
る。また、本発明の実施例においては、被膜が、半
導体であることを主として述べた。しかし、被膜
は、導体特に透明電極を構成する錫、インジユー
ムまたはアンチモンの酸化物または窒化物を一重
または多重に形成させるための被膜でもよい。こ
の場合は、それらのハロゲン化物、例えば塩化錫
（SnC₄）、塩化インジユーム（In₂Ｃ₃×H₂Ｏ）
の液体をヘリユームにてバルブし、気化、霧化し
た反応性気体を高周波誘導炉で化学的に活性化
し、それにより離れた位置にある被膜表面上に、
上述した被膜を作製してもよい。特に、太陽電池等の光を利用する半導体装置の
一方または双方の電極を作製する場合には、本発
明によつて半導体層を形成する前または半導体層
を本発明により形成した後に、透明の導電性被膜
を連続的に形成することによつて、その電極を作
製することが可能であり、このようにすれば、電
極を、工業的に一貫した流れ作業で作製すること
が可能になる。また透明な導電性被膜としては、酸化物ではな
く、窒化物例えば窒化チタン、窒化タンタル、窒
化スズ等を用いたものでもよい。この場合、反応
性気体として、塩化物チタン、タンタル、錫等と
アンモニアのごとき窒化物気体とを反応させれば
よい。さらに、基板としては、前述した以外のGa，
As，GaAAs，BP，CdS等の化合物半導体でな
るものとしてもよいことはいうまでもない。また、本発明によれば、形成される半導体また
は導体被膜特に珪素を主成分とする半導体被膜に
対し、フオトエツチ技術を用いて選択的にＰまた
はＮ型の不純物を注入または拡散してPN接合を
部分的に作り、さらに必要に応じて部分的にレー
ザアニールを施して、この接合を利用したトラン
ジスタ、ダイオード、可視光レーザ、発光素子ま
たは光電変換素子を作つてもよい。特にエネルギ
バンドギヤツプをＷ−Ｎ（広−狭）構成（広い側
を２〜3eV、狭い側を１〜1.5eV）とした、PIN，
MINPN接合、PNPN接合、MIPN接合型構成と
し、その上面に、本発明によつて透明の導電性電
極を形成し、これに反射防止膜の効果もかねさせ
てもよい。このようにすれば、光電変換効率を15
〜30％にまで向上させることができ、工業的に有
用である。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明による被膜形成用装置の実施例を
示す略線図である。

Claims

【特許請求の範囲】１互いに遮断できるようになつている複数の反
応室と、該反応室と反応室の間において、大気か
ら遮断された状態で基板を移動する搬送手段とを
有し、各反応室が、該反応室内に反応性気体を導
入する気体導入手段と、該反応室内の気体を排気
する排気手段と、該反応室内に導入された反応性
気体を分解・活性化する誘導エネルギーを供給す
る手段とを有し、前記反応室毎に個別的に反応性
気体の反応を生じさせるようになつている被膜形
成装置において、前記搬送手段は、複数の基板の
被形成面を鉛直方向に配向する構造の保持手段を
有し、該保持手段を一の反応室から他の反応室へ
順次移動するようになつていることを特徴とする
被膜形成装置。２前記反応室の中で前記基板を回転する手段を
搬送手段に設けたことを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載の被膜形成装置。