JPH0821550B2 - 気相反応装置 - Google Patents
気相反応装置Info
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- JPH0821550B2 JPH0821550B2 JP1233847A JP23384789A JPH0821550B2 JP H0821550 B2 JPH0821550 B2 JP H0821550B2 JP 1233847 A JP1233847 A JP 1233847A JP 23384789 A JP23384789 A JP 23384789A JP H0821550 B2 JPH0821550 B2 JP H0821550B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は気相反応被膜作製装置および作製方法に関す
る。本発明は反応性気体を用いて被膜作製を行うに際
し、非酸化物の被膜を作製するに関して、排気系におい
てターボ分子ポンプを用いて気相反応（以下CVDとい
う）を行なわしめることにより、被膜中の酸素の混入量
を５×1018cm-3以下の濃度とさせる気相反応装置および
その装置を用いて被膜を作製する方法に関する。
る。本発明は反応性気体を用いて被膜作製を行うに際
し、非酸化物の被膜を作製するに関して、排気系におい
てターボ分子ポンプを用いて気相反応（以下CVDとい
う）を行なわしめることにより、被膜中の酸素の混入量
を５×1018cm-3以下の濃度とさせる気相反応装置および
その装置を用いて被膜を作製する方法に関する。
本発明は非酸素または非酸化物系被膜の作製におい
て、その排気系よりの大気の逆流を防ぐため、油回転方
式のロータリーポンプ、メカニカルブースターポンプ等
の不連続回転方式の荒引用真空ポンプ（以下単にロータ
リーポンプまたはRPという）のみを用いるのではなく、
連続排気方式の複合分子ポンプまたはターボ分子ポンプ
（以下単にターボ分子ポンプまたはTPという）を反応容
器と真空ポンプとの間に介在させて、排気系からの大気
の逆流を防止したことを特徴とする。
て、その排気系よりの大気の逆流を防ぐため、油回転方
式のロータリーポンプ、メカニカルブースターポンプ等
の不連続回転方式の荒引用真空ポンプ（以下単にロータ
リーポンプまたはRPという）のみを用いるのではなく、
連続排気方式の複合分子ポンプまたはターボ分子ポンプ
（以下単にターボ分子ポンプまたはTPという）を反応容
器と真空ポンプとの間に介在させて、排気系からの大気
の逆流を防止したことを特徴とする。
本発明の非酸化物被膜例えば非単結晶珪素を、反応性
気体であるシラン（SinH2n+2n＞１）を用いて形成する
に際し、その被膜中の酸素の量を５×1018cm-3以下好ま
しくは１×1018cm-3以下とするため、排気系からの大気
の逆流を防ぐことを目的としている。
気体であるシラン（SinH2n+2n＞１）を用いて形成する
に際し、その被膜中の酸素の量を５×1018cm-3以下好ま
しくは１×1018cm-3以下とするため、排気系からの大気
の逆流を防ぐことを目的としている。
本発明はかかる排気系をTPを反応室とVPとの間に反応
中の圧力調整用のバルブを経て介在させることにより、
反応室内は0.05〜10torrの間の圧力範囲でプラズマ気相
反応（PCVDという）、光CVD（Photo CVDという）または
これらを併用した方法（以下単にCVD法として総称す
る）を用いて被膜形成を行い、圧力調整パルプ（コント
ロールバルブまたはバタフライバルブともいう）により
制御したものである。このためRPからの油成分の逆流お
よびRPが回転時に油に混入した大気の逆流を防ぐことに
より高品質の非酸化物被膜形成を行うことを目的として
いる。
中の圧力調整用のバルブを経て介在させることにより、
反応室内は0.05〜10torrの間の圧力範囲でプラズマ気相
反応（PCVDという）、光CVD（Photo CVDという）または
これらを併用した方法（以下単にCVD法として総称す
る）を用いて被膜形成を行い、圧力調整パルプ（コント
ロールバルブまたはバタフライバルブともいう）により
制御したものである。このためRPからの油成分の逆流お
よびRPが回転時に油に混入した大気の逆流を防ぐことに
より高品質の非酸化物被膜形成を行うことを目的として
いる。
さらに本発明は気相反応を行う前に反応容器を真空引
きをする際はTPと反応容器との間を大口径の配管で連結
でき、さらにTPを反応容器に連結させることができる。
このため、反応容器内を３×10-8torrまたはそれ以下の
圧力（３×10-8〜１×10-10torr）にすることが同じTP
を用いて行い得るのである。即ち、本発明装置により反
応容器内を10-8torr以下とする真空排気とCVD法での被
膜形成に必要な0.01〜10torrの圧力とを同一のTPを用い
て制御が酸素の逆流を防ぐに加えて可能になった。
きをする際はTPと反応容器との間を大口径の配管で連結
でき、さらにTPを反応容器に連結させることができる。
このため、反応容器内を３×10-8torrまたはそれ以下の
圧力（３×10-8〜１×10-10torr）にすることが同じTP
を用いて行い得るのである。即ち、本発明装置により反
応容器内を10-8torr以下とする真空排気とCVD法での被
膜形成に必要な0.01〜10torrの圧力とを同一のTPを用い
て制御が酸素の逆流を防ぐに加えて可能になった。
さらに本発明はかかるプラズマCVD装置を反応室を複
数ケ連結し、形成被膜を半導体とし、かつそれぞれの反
応室にてＰ型非単結晶半導体、Ｉ型非単結晶半導体およ
びＮ型非単結晶半導体を基板上に積層して、PIN接合を
構成する半導体装置の作製装置および方法に関する。
数ケ連結し、形成被膜を半導体とし、かつそれぞれの反
応室にてＰ型非単結晶半導体、Ｉ型非単結晶半導体およ
びＮ型非単結晶半導体を基板上に積層して、PIN接合を
構成する半導体装置の作製装置および方法に関する。
従来、CVD装置例えばPCVD装置においては、反応系の
圧力が0.01〜10torrと高い圧力のため、その排気系等は
RPのみが用いられ、それ以上の真空度を発生させるTP等
を設けることが全く不可能とされていた。
圧力が0.01〜10torrと高い圧力のため、その排気系等は
RPのみが用いられ、それ以上の真空度を発生させるTP等
を設けることが全く不可能とされていた。
しかし本発明人はかかるPCVD装置において、排気系が
RPのみではこのRPが不連続の回転運動をするため、空気
と接触している大気圧の排気系からの大気（特に酸素）
が逆流し、さらにこの大気の一部が油中に混入し、ここ
から再気化することにより反応容器内に逆流してしまう
ことを見いだした。さらにこのため、この逆流により酸
素が形成する被膜内に混入し、例えば珪素膜を作製する
場合その被膜内に酸素が３×1019〜2.5×1020cm-3の濃
度に混入してしまった。
RPのみではこのRPが不連続の回転運動をするため、空気
と接触している大気圧の排気系からの大気（特に酸素）
が逆流し、さらにこの大気の一部が油中に混入し、ここ
から再気化することにより反応容器内に逆流してしまう
ことを見いだした。さらにこのため、この逆流により酸
素が形成する被膜内に混入し、例えば珪素膜を作製する
場合その被膜内に酸素が３×1019〜2.5×1020cm-3の濃
度に混入してしまった。
このため、かかる被膜に水素または弗素が添加され
て、珪素半導体であるべきものが低級酸化珪素といって
もよいようなものになってしまった。
て、珪素半導体であるべきものが低級酸化珪素といって
もよいようなものになってしまった。
本発明はかかる欠点を防ぐことを目的としている。
さらに本発明はかかる欠点を防ぐためにTPを設けるに
加えて圧力調整バルブをTPとRPとの間に設けたものであ
る。即ちもし圧力調整バルブを反応容器とTPとの間に設
けるとこのバルブの内径は１〜２インチが一般である。
そのためこのバルブを全開としても、このバルブ部での
コンダクタンスが低く、反応容器内をバックグラウンド
レベル（３×10-8torr以下）にせんとしても、時間が長
時間かかってしまう。またこのバルブを５〜10インチと
大口径とすると、圧力調整を十分な精度で行うことがで
きないという欠点を有する。
加えて圧力調整バルブをTPとRPとの間に設けたものであ
る。即ちもし圧力調整バルブを反応容器とTPとの間に設
けるとこのバルブの内径は１〜２インチが一般である。
そのためこのバルブを全開としても、このバルブ部での
コンダクタンスが低く、反応容器内をバックグラウンド
レベル（３×10-8torr以下）にせんとしても、時間が長
時間かかってしまう。またこのバルブを５〜10インチと
大口径とすると、圧力調整を十分な精度で行うことがで
きないという欠点を有する。
本発明はこれらの欠点を除去するため、0.01〜10torr
でも真空引きが可能な複合分子ポンプをTPとして用い、
加えて圧力調整バルブをTPとRPとの間に設け、圧力制御
をTP内と反応容器の双方に対して行わんとしたものであ
る。
でも真空引きが可能な複合分子ポンプをTPとして用い、
加えて圧力調整バルブをTPとRPとの間に設け、圧力制御
をTP内と反応容器の双方に対して行わんとしたものであ
る。
以下に本発明の気相反応装置をプラズマCVD装置によ
りPIN接合を設ける場合を記して示す。
りPIN接合を設ける場合を記して示す。
実施例１ 本発明は、その装置の概要を第１図に示す。即ち、反
応性気体を導入するドーピング系（50）、反応容器（5
1）、排気系（52）を有する。反応容器は内側に絶縁物
で内面が形成された反応空間を有す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（図面
では系Ｉ）、Ｉ型半導体（図面では系III）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（図面では系II）を介して連結
せしめたマルチチャンバ方式のCVD装置特にPCVD装置を
第１図に示すごとくに提案するにある。
応性気体を導入するドーピング系（50）、反応容器（5
1）、排気系（52）を有する。反応容器は内側に絶縁物
で内面が形成された反応空間を有す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（図面
では系Ｉ）、Ｉ型半導体（図面では系III）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（図面では系II）を介して連結
せしめたマルチチャンバ方式のCVD装置特にPCVD装置を
第１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を防ぎ、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。
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を防ぎ、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ャンバ方式の
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。
おいては独立として多数連結したマルチチャンバ方式の
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。
本発明は電極方向にその距離10〜50cm例えば20cmを有
するとともに、巾15〜120cm例えば30cmの基板（15cm×3
0cmを１バッチ10枚配設）を用いた。
するとともに、巾15〜120cm例えば30cmの基板（15cm×3
0cmを１バッチ10枚配設）を用いた。
第１図において、反応性気体の導入手段（50）、排気
手段（52）を有し、これらを供給ノズル、排気ノズルを
設け、この絶縁フードよりも内側に相対させて一対の電
極（61），（51）または（62），（52）および反応性気
体の供給ノズル（17），（18）および排気ノズル（1
7′），（18′）を配設した。即ち、電極の外側をフー
ドの絶縁物で包む構造（38），（39′）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′）取り囲んだ。
手段（52）を有し、これらを供給ノズル、排気ノズルを
設け、この絶縁フードよりも内側に相対させて一対の電
極（61），（51）または（62），（52）および反応性気
体の供給ノズル（17），（18）および排気ノズル（1
7′），（18′）を配設した。即ち、電極の外側をフー
ドの絶縁物で包む構造（38），（39′）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′）取り囲んだ。
また、図示を省略したが、反応容器の前後に開閉扉を
設け、この扉の内面にハロゲンランプ等による基板の加
熱手段を設けた。
設け、この扉の内面にハロゲンランプ等による基板の加
熱手段を設けた。
この図面は、PIN接合、PIP接合、NIN接合またはPINPI
N・・・PIN接合等を基板上の半導体に、異種導電型また
は異種材料でありながらも、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
層が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。
N・・・PIN接合等を基板上の半導体に、異種導電型また
は異種材料でありながらも、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
層が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（Ｉ、II）とさらに
第１の予備室および移設用のバッファ室（II）を有する
マルチチャンバ方式のプラズマ気相反応装置の装置例を
示す。
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（Ｉ、II）とさらに
第１の予備室および移設用のバッファ室（II）を有する
マルチチャ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Ｉ、II、IIIは、２つの各反応容器（1
01），（103）およびバッファ室（102）を有し、それぞ
れの反応容器間に分離部（44），（45），（46），（4
7）を有している。
01），（103）およびバッファ室（102）を有し、それぞ
れの反応容器間に分離部（44），（45），（46），（4
7）を有している。
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（3
8），（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に
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に林立さ
せた。その結果、15cm×30cmの基板を10枚同時に被膜形
成させることができた。かくして高さ55cm、奥行40cm、
巾40cm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′）で電気的に絶縁物で閉じ込め囲んだ。
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（3
8），（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に
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に林立さ
せた。その結果、15cm×30cmの基板を10枚同時に被膜形
成させることができた。かくして高さ55cm、奥行40cm、
巾40cm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′）で電気的に絶縁物で閉じ込め囲んだ。
第１の予備室（100）をTP（86）を経、ストップバル
ブ（71）を経てRP（35）により真空引きをした。このTP
は大阪真空製複合分子ポンプTG550を用いた。この複合
分子ポンプは定速度は400rps（毎秒の回転数）であり、
N2,SiH4は500/sの排気速度を有する。さらに0.01〜10
torrでの排気も可能でり、10torrでも10/secの排気が
可能である。特に一般に気相反応に用いる0.1〜1torrに
おいては、450/sec〜440/secの排気が可能である。
本発明はかかるTPの回転数を可変とした。そのため反応
容器が大気圧であっても、TPの回転数を100〜200rpsと
定量値より下げ、連続回転とさせた。そしてTPが破損し
ないようにした。そのため反応容器が大気圧においてRP
をバルブ（71）を開としてTPにより真空引きを駆動しな
がら真空引きができた。その結果、RPからの油成分の逆
流をTPが防ぎ、基板表面が油成分で汚染されることがな
いという特長を有する。
ブ（71）を経てRP（35）により真空引きをした。このTP
は大阪真空製複合分子ポンプTG550を用いた。この複合
分子ポンプは定速度は400rps（毎秒の回転数）であり、
N2,SiH4は500/sの排気速度を有する。さらに0.01〜10
torrでの排気も可能でり、10torrでも10/secの排気が
可能である。特に一般に気相反応に用いる0.1〜1torrに
おいては、450/sec〜440/secの排気が可能である。
本発明はかかるTPの回転数を可変とした。そのため反応
容器が大気圧であっても、TPの回転数を100〜200rpsと
定量値より下げ、連続回転とさせた。そしてTPが破損し
ないようにした。そのため反応容器が大気圧においてRP
をバルブ（71）を開としてTPにより真空引きを駆動しな
がら真空引きができた。その結果、RPからの油成分の逆
流をTPが防ぎ、基板表面が油成分で汚染されることがな
いという特長を有する。
この後、圧力調整バルブ（72）およびゲートバルブ
（85）はその内径がTPの内径（VG150即ちJISB2290真空
ランジを使用）と同じとせしめ、このゲートバルブ（8
5）を全開とし、TP（同様にTG550使用）により３×10-8
torr以下にまで予め真空引きがされている反応容器（10
1）との分離用のゲート弁（44）（開口35cm×30cm）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。
（85）はその内径がTPの内径（VG150即ちJISB2290真空
ランジを使用）と同じとせしめ、このゲートバルブ（8
5）を全開とし、TP（同様にTG550使用）により３×10-8
torr以下にまで予め真空引きがされている反応容器（10
1）との分離用のゲート弁（44）（開口35cm×30cm）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ッファ室（102）
に、またバッファ室（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（103）に保持されていた基板は第２のバッフ
ァ室（104）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
の後ゲート弁（44），（45），（46），（47）を閉め
た。
板（１）等は、予めまたは同時にバッファ室（102）
に、またバッファ室（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（103）に保持されていた基板は第２のバッフ
ァ室（104）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
の後ゲート弁（44），（45），（46），（47）を閉め
た。
系Ｉ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。反応系Ｉ
（反応容器（101）を含む）は0.01〜10torr好ましくは
0.01〜1torr例えば0.1torrとした。
をPCVD法により形成する場合を以下に示す。反応系Ｉ
（反応容器（101）を含む）は0.01〜10torr好ましくは
0.01〜1torr例えば0.1torrとした。
即ち、圧力調整バルブ（72）を閉として、反応容器お
よびTP（87），（101）内の圧力は0.01〜10torrのうち
特に0.05〜1torrであり、この真空度をTP（87）下の圧
力調整バルブ（72）の開閉を制御して、かつTPの回転数
を100rpsとして成就させている。このTPの回転数を下げ
たのは、このTPの圧縮比を定数の107〜108から102〜103
に下げることにより圧力調整バルブの圧力制御を容易に
行わしめた。本発明はこの連続排気方式のTPを動作させ
ているため、RP（36）のポリマ化した油の逆拡散、また
油中に含浸した排気用の大気特に酸素を逆流させること
を初めて防ぐことができた。
よびTP（87），（101）内の圧力は0.01〜10torrのうち
特に0.05〜1torrであり、この真空度をTP（87）下の圧
力調整バルブ（72）の開閉を制御して、かつTPの回転数
を100rpsとして成就させている。このTPの回転数を下げ
たのは、このTPの圧縮比を定数の107〜108から102〜103
に下げることにより圧力調整バルブの圧力制御を容易に
行わしめた。本発明はこの連続排気方式のTPを動作させ
ているため、RP（36）のポリマ化した油の逆拡散、また
油中に含浸した排気用の大気特に酸素を逆流させること
を初めて防ぐことができた。
反応性気体は系Ｉのドーピング系（50）より供給し
た。即ち珪化物気体（24）としては精製されてさらにス
テンレスボンベに充填されたシラン（SinH2n+2n≧１特
にSiH4またはSi2H6）フッ化珪素（SiF4またはSiF2）を
用いた。ここでは、取扱いが容易な超高純度シラン（純
度99.99％、但し水、酸素化物は0.1PPM以下）を用い
た。
た。即ち珪化物気体（24）としては精製されてさらにス
テンレスボンベに充填されたシラン（SinH2n+2n≧１特
にSiH4またはSi2H6）フッ化珪素（SiF4またはSiF2）を
用いた。ここでは、取扱いが容易な超高純度シラン（純
度99.99％、但し水、酸素化物は0.1PPM以下）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）として予めSi−Ｃ結合を有するメチル
シラン（56）即ちMMS（HSi（CH3）３）またはDMS（ジメ
チルシラン（SiH2（CH3）２純度99.99％）を用いた。
炭化物気体（25）として予めSi−Ｃ結合を有するメチル
シラン（56）即ちMMS（HSi（CH3）３）またはDMS（ジメ
チルシラン（SiH2（CH3）２純度99.99％）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0.5％の濃
度に混入させたボンベ（24）よりシランとともに供給し
た。
純物としてボロンを前記したモノシラン中に0.5％の濃
度に混入させたボンベ（24）よりシランとともに供給し
た。
必要に応じ、水素（純度7N以上）または窒素（純度7N
以上）を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、反応性気体の供給ノズル（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）に被膜形成を行った。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。
以上）を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、反応性気体の供給ノズル（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）に被膜形成を行った。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℃に第２図に示す反応容
器（103）の容器の前後に配設された赤外線ヒータと同
じ手段により加熱した。
器（103）の容器の前後に配設された赤外線ヒータと同
じ手段により加熱した。
この赤外線ヒータは、近赤外用ハロゲンランプ（定発
光波長１〜３μ）ヒータまたは遠赤外用セラミックヒー
タ（発光波長８〜25μ）を用い、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210±10℃好ま
しくは±５℃以内に設置した。
光波長１〜３μ）ヒータまたは遠赤外用セラミックヒー
タ（発光波長８〜25μ）を用い、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210±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５〜100W例えば20W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。
を導入し、さらに５〜100W例えば20W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。
かくしてＰ型半導体層はB2H6/SiH4＝0.5％,MS/（SiH4
＋MS）＝20％の条件にて、この反応系Ｉで平均膜厚30〜
300Å例えば約200Åの厚さを有する薄膜として形成させ
た。Eg＝2.15eVσ＝１×10-6〜３×10-5（Ωcm）-1であ
った。
＋MS）＝20％の条件にて、この反応系Ｉで平均膜厚30〜
300Å例えば約200Åの厚さを有する薄膜として形成させ
た。Eg＝2.15eVσ＝１×10-6〜３×10-5（Ωcm）-1であ
った。
基板は導体基板（ステンレス、チタン、アルミニュー
ム、その他の金属）、半導体（珪素、ゲルマニュー
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。本実施例は複合基板を用いた。
ム、その他の金属）、半導体（珪素、ゲルマニュー
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。本実施例は複合基板を用いた。
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200Å
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っ
てバッファ室（102）に移動し、ゲート（45）を閉じ
た。このバッファ室（102）は予め10-8torr以下例えば
４×10-10torrにクライオポンプ（88）にて真空引きが
されている。
不純物としてホウ素が添加された炭化珪素膜を約200Å
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っ
てバッファ室（102）に移動し、ゲート（45）を閉じ
た。このバッファ室（102）は予め10-8torr以下例えば
４×10-10torrにクライオポンプ（88）にて真空引きが
されている。
またこの基板は系IIIに同様にTP（89）により、３×1
0-8torr以下に保持された反応容器にゲート（46）の開
閉を経て移設された。
0-8torr以下に保持された反応容器にゲート（46）の開
閉を経て移設された。
即ち第１図における反応系IIIにおいて、半導体の反
応性気体として超高純度モノシランまたはジシランを
（水または酸化珪素、酸化物気体の濃度は0.1PPM以下）
（28）より、また、1017cm-3以下のホウ素を添加するた
め、水素、シラン等によって0.5〜30PPMに希釈したB2H6
を（27）より、またキャリアガスを必要に応じて（26）
より供給した。
応性気体として超高純度モノシランまたはジシランを
（水または酸化珪素、酸化物気体の濃度は0.1PPM以下）
（28）より、また、1017cm-3以下のホウ素を添加するた
め、水素、シラン等によって0.5〜30PPMに希釈したB2H6
を（27）より、またキャリアガスを必要に応じて（26）
より供給した。
反応性気体は反応容器で反応の後、ゲイトバルブ（8
4）を経てTP（89）にさらにコントロールバルブ（7
4）、RP（34）に至る。
4）を経てTP（89）にさらにコントロールバルブ（7
4）、RP（34）に至る。
7000Åの厚さにSiH4 60cc/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28
Å／秒を有していた。
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28
Å／秒を有していた。
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。
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。
また系IIIにて約7000Åの厚さに形成させた後、基板
は前記した操作に従って、隣のバッファ室（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法によりフォスヒンをPH3/SiH4＝1.0％とした
シランとキャリアガスの水素をSiH4/H2＝20％として供
給して、系Ｉと同様にして約500Å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MS/（SiH4＋MS）＝0.2
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Ｉと同様
である。
は前記した操作に従って、隣のバッファ室（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法によりフォスヒンをPH3/SiH4＝1.0％とした
シランとキャリアガスの水素をSiH4/H2＝20％として供
給して、系Ｉと同様にして約500Å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MS/（SiH4＋MS）＝0.2
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Ｉ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
ュ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。
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
ュ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８〜10％平均8.5％
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ッド型にし
た40cm×60cmのガラス基板のNEDOパネルにおいても、5.
7％を実効効率で得ることができた。
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ッド型にし
た40cm×60cmのガラス基板のNEDOパネルにおいても、5.
7％を実効効率で得ることができた。
その結果、１つの素子で開放電圧は0.85〜0.9V（0.87
±0.02V）であったが、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、バッチ内で小さく、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。
±0.02V）であったが、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、バッチ内で小さく、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２図は本発明および従来方法により作られたPIN型
光電変換装置における半導体内の酸素および炭素の不純
物の濃度分布をSIMS（Cameca 3Fを使用）にて測定した
結果を示す。
光電変換装置における半導体内の酸素および炭素の不純
物の濃度分布をSIMS（Cameca 3Fを使用）にて測定した
結果を示す。
図面はアルミニューム−ITO−裏面電極（94）、Ｎ型
半導体（93）、Ｉ型半導体（92）、Ｐ型半導体（91）、
基板上の酸化スズ透光性導電膜（90）をそれぞれ示す。
半導体（93）、Ｉ型半導体（92）、Ｐ型半導体（91）、
基板上の酸化スズ透光性導電膜（90）をそれぞれ示す。
従来方法の排気系をRPポンプのみによる排気方法にお
いては、連続排気方式のTPを用いないため炭素は曲線
（95）、酸素は曲線（96）に示される高い濃度の不純物
を含有していた。
いては、連続排気方式のTPを用いないため炭素は曲線
（95）、酸素は曲線（96）に示される高い濃度の不純物
を含有していた。
特に酸素は、５×1019〜２×1020cm-3をＩ型半導体
（92）において有していた。図面は５×1019cm-3の酸素
を含んだ場合である。加えて油回転ポンプからの油成分
の逆流により炭素が５×1019〜４×1020cm-3を有してい
た。図面は１×1020cm-3を有する場合である。
（92）において有していた。図面は５×1019cm-3の酸素
を含んだ場合である。加えて油回転ポンプからの油成分
の逆流により炭素が５×1019〜４×1020cm-3を有してい
た。図面は１×1020cm-3を有する場合である。
他方、本発明に示すごとき排気系においては炭素濃度
は１×1017〜５×1018cm-3を有し、一般には１×1018cm
-3以下しか含まれない。加えて酸素も５×1018cm-3以下
一般には１×1018cm-3以下であり、図面２では２×1018
cm-3の場合を示す。
は１×1017〜５×1018cm-3を有し、一般には１×1018cm
-3以下しか含まれない。加えて酸素も５×1018cm-3以下
一般には１×1018cm-3以下であり、図面２では２×1018
cm-3の場合を示す。
第３図において、裏面電極（94）のアルミニュームは
３〜６×1020cm-3の酸素を有している。このため、この
酸素がSIMS（二次イオン分析法）（カメカ社3F型を使
用）の測定において、バックグラウンドの酸素となり、
Ｎ型半導体（93）中の酸素は1018〜1020cm-3となってし
まったものと考えられる。
３〜６×1020cm-3の酸素を有している。このため、この
酸素がSIMS（二次イオン分析法）（カメカ社3F型を使
用）の測定において、バックグラウンドの酸素となり、
Ｎ型半導体（93）中の酸素は1018〜1020cm-3となってし
まったものと考えられる。
さらにＰ型半導体中の酸素、MS中には水の成分等の酸
化物不純物があり、この出発材料をシランと同様に精製
して0.1PPM以下の酸素または酸化物とすることによりさ
らに酸素濃度を下げることの可能性が推定できる。
化物不純物があり、この出発材料をシランと同様に精製
して0.1PPM以下の酸素または酸化物とすることによりさ
らに酸素濃度を下げることの可能性が推定できる。
形成させる半導体の種類に関しては、Siのみならず他
はIV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っ
ても、またこれら以外にGaAs,GaAlAs,BP,CdS等の化合物
半導体等の非酸素化物であってもよいことはいうまでも
ない。
はIV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っ
ても、またこれら以外にGaAs,GaAlAs,BP,CdS等の化合物
半導体等の非酸素化物であっ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ャンバ方式
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。
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。
また本発明の１つの反応例えば系Ｉの反応を光CVD法
によりMSとSi2H6をB2H6を混入して行うことにも同時に
本発明のTPと圧力調整バルブを排気系に用いることは有
効である。
によりMSとSi2H6をB2H6を混入して行うことにも同時に
本発明のTPと圧力調整バルブを排気系に用いることは有
効である。
さらに本発明は、反応容器を１つとしTiCl4とSiH4と
のPCVD反応、MoCl5,WF5またはこれらと珪化物との反応
によるTi,TiSi2,Mo,MoSi2,W,WSi2等の非酸素化物被膜の
作製に同様に有効である。
のPCVD反応、MoCl5,WF5またはこれらと珪化物との反応
によるTi,TiSi2,Mo,MoSi2,W,WSi2等の非酸素化物被膜の
作製に同様に有効である。
本発明において、分離部は系IIを省略して単にゲイト
弁のみとしてもよい。
弁のみとしてもよい。
この本発明のプラズマCVD装置を他の構造のシングル
チャンバまたはマルチチャンバ方式に応用できることは
いうまでもない。
チャンバまたはマルチチャンバ方式に応用できることは
いうまでもない。
また本発明の実施例は第１図に示すマルチチャンバ方
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、この一部または全部をプラズマ
を用いない光CVD法、LT CVD法（HOMO CVD法ともい
う）、減圧CVD法を採用して複合被膜を形成してもよ
い。
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、この一部または全部をプラズマ
を用いない光CVD法、LT CVD法（HOMO CVD法ともい
う）、減圧CVD法を採用して複合被膜を形成してもよ
い。
第１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２図は本発明および従来方法によって作られた半導体
装置中の不純物の分布を示す。
膜製造装置の概略を示す。 第２図は本発明および従来方法によって作られた半導体
装置中の不純物の分布を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮崎 稔 東京都世田谷区北烏山７丁目21番21号 株 式会社半導体エネルギー研究所内 (56)参考文献 特開 昭54−153740（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−170234（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−138909（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−117558（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭43−29256（ＪＰ，Ｙ２) 「電子通信学会技術研究報告」Ｖｏｌ. 80，Ｎｏ．85（1980−７−22），Ｐ．１− ６［ＥＤ80−58］
Claims (1)
- 【請求項１】反応容器に反応ガス導入手段と不要生成物
を排気する手段とを有するとともに、該排気手段として
反応容器の圧力を制御するための回転数可変の連続排気
方式の複合分子ポンプ又はターボ分子ポンプを設けてな
る気相反応装置において、該反応容器の圧力を、該複合
分子ポンプ又はターボ分子ポンプの回転数を反応容器の
圧力が大気圧又はその近傍の場合は低い回転数とし、反
応圧力に近くなった場合は通常の回転数に戻すことによ
り制御することを特徴とする気相反応方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1233847A JPH0821550B2 (ja) | 1989-09-08 | 1989-09-08 | 気相反応装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1233847A JPH0821550B2 (ja) | 1989-09-08 | 1989-09-08 | 気相反応装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59026594A Division JPS60170234A (ja) | 1984-02-15 | 1984-02-15 | 気相反応装置および気相反応被膜作製方法 |
Related Child Applications (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6147198A Division JP2717240B2 (ja) | 1994-06-06 | 1994-06-06 | 被膜形成装置 |
| JP6147197A Division JP2717239B2 (ja) | 1994-06-06 | 1994-06-06 | 被膜形成方法 |
| JP8354802A Division JP3022369B2 (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | 気相反応装置及びその動作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02138731A JPH02138731A (ja) | 1990-05-28 |
| JPH0821550B2 true JPH0821550B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=16961502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1233847A Expired - Lifetime JPH0821550B2 (ja) | 1989-09-08 | 1989-09-08 | 気相反応装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0821550B2 (ja) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4329256Y1 (ja) * | 1965-08-20 | 1968-12-02 | ||
| JPS53117558U (ja) * | 1977-02-03 | 1978-09-19 | ||
| JPS54153740A (en) * | 1978-05-25 | 1979-12-04 | Ulvac Corp | Continuous vacuum treatment apparatus |
| JPS60138909A (ja) * | 1983-12-27 | 1985-07-23 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 気相反応被膜作製装置および作製方法 |
| JPS60170234A (ja) * | 1984-02-15 | 1985-09-03 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 気相反応装置および気相反応被膜作製方法 |
-
1989
- 1989-09-08 JP JP1233847A patent/JPH0821550B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 「電子通信学会技術研究報告」Ｖｏｌ．８０，Ｎｏ．８５（１９８０−７−２２），Ｐ．１−６［ＥＤ８０−５８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02138731A (ja) | 1990-05-28 |
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