JPH08241867A - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法

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JPH08241867A
JPH08241867A JP7335708A JP33570895A JPH08241867A JP H08241867 A JPH08241867 A JP H08241867A JP 7335708 A JP7335708 A JP 7335708A JP 33570895 A JP33570895 A JP 33570895A JP H08241867 A JPH08241867 A JP H08241867A
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reaction
reaction furnace
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Abstract

(57)【要約】 【課 題】 複数の被膜を基板上に積層形成するため、
異なる反応処理を行なう複数の反応室を連続して設ける
際に、反応室どうしにおける気体の混合、および各反応
室における正確な温度の制御を可能にした。 【解決手段】 複数の被膜を基板上に積層形成するため
の共通室に対し、並列に配置された異なる複数のプラズ
マ反応処理を行なう反応室が配置されている。このよう
な複数の反応室において、基板は、移動機構により、前
記共通室を介して反応室に入るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、グロ−またはア−
ク放電を利用したプラズマ気相法(以下、PCVDという)
により、安定して再現性のよい半導体装置を多量に作製
するためのプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法に
関するものである。本発明は、PCVD装置に対し、反応系
に関して、プラズマ気相法における反応性気体が導入さ
れる反応筒内に、電極その他のジグを設けず、被形成面
を有する基板とその基板ホルダ( 例えば石英製のボ−
ト)を導入し、反応性気体がラミナフロ−(層流)とせ
しめることにより、被膜厚を均一とし、さらに膜質もバ
ッチ内、バッチ間でバラツキの少ない半導体膜を形成さ
せるためのプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に
関するものである。
【0002】本発明は、かかる酸素、水分の反応炉への
導入を防止するため、この反応筒に連結して基板および
基板ホルダを保持または移動する機構を有する室を設
け、その生産性の向上および特性の再現性の向上に務め
たプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関するも
のである。さらに、本発明は、プラズマ放電電界が基板
表面に平行に(そって)印加されるように電極を具備せ
しめ、活性の反応性生成物が被形成表面に垂直方向に衝
突して形成された半導体膜の特性を劣化させてしまうこ
とを防いでいることを他の目的としている。この被形成
面上へのスパッタ(損傷)の防止は、例えば、被形成面
上にP型半導体層を設け、その上面にI型(真性または
実質的に真性)の半導体層を作製しようとする時、P型
を構成する不純物が1017〜1018cm-3の濃度にI層に混入
してしまい、PI接合を劣化させてしまう。本発明は、
かかる欠点を防ぐために示されたものである。
【0003】さらに、本発明は、前記した反応系よりな
る第1の反応系と、これに連結して第1の室を設け、こ
の第1の室に連結して第2の室を設け、さらに、この第
2の室に連結した第1の反応系と同様の第2の反応系を
設けたプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関す
る。かかるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
は、まず、第1の室において、真空引きされ、酸素、水
分が除去された雰囲気で、第1の反応炉に基板およびホ
ルダが移動機構により挿入される。次に、この第1の反
応炉において、一導電型、例えばP型の導電型を有する
半導体が形成された。さらに、この半導体が形成された
基板は、再び第1の室に引き出され、さらに、上記基板
は、第1の室に連結された第2の室へ同様に酸素、水分
の全くない真空中にて移動される。さらに、上記基板
は、この第2の室より第2の反応炉に導入され、第1の
反応炉と異なる導電型、または異なる添加物、またはそ
の異なる濃度(不純物または添加物)で第2の半導体層
を第1の半導体層上に形成させることができる。
【0004】この際、第1の反応炉の内壁に付着した不
純物が第2の半導体層を形成させる際、全く付着するこ
とがないため、きわめて精度が高く、導電率導電性、ま
たはEg( エネルギバンド巾) 等を制御することができる
ようになった。本発明は、さらに、この独立した反応炉
を三系統設け、これらを共通した室、即ち第1、第2、
および第3の室で互いに連結した製造装置において、特
に第1の反応炉でP型半導体層を、第2の反応炉でI型
半導体層を、さらに、第3の反応炉でN型半導体層を形
成して、PIN 型のダイオ−ド、特に光電変換装置を作製
せんとする時、特に有効である。
【0005】本発明は、積層するその層の数により共通
した室を介して反応炉をその積層する膜の順序に従って
設けることにより、その段数を2段または3段のみでは
なく、4〜10段にすることができる。かくして、PIN 、
PINPIN、PINIPIN 、NIPIN 、PINIP 、・・・・等の接合
構造を作ることができる。また、この半導体層の作製の
際、4価の元素、例えば珪素に炭素またはゲルマニウム
を添加し、その添加量を制御することにより、添加量に
比例、対応した光学的エネルギバンド巾(Eg)を有せしめ
ることができる。例えば、PIN 接合をEgp 、Egi 、Egn
(Egp>Egi ≧Egn)としたW-N-W(広いEg−狭いEg−広いEg)
として設けることを可能とした。またさらに、このPIN
接合を2つ積層して設けたPINPIN構造において、Eg
p1、Egi1、Egn1、Egp2、Egi2、Egn2( Egp1>Egn1 ≒Egi1
≧Egp2≧Egi2≧Egn2) として設け、Egp1(2.0〜2.4eV),E
gn1(1.7 〜2.1eV)をSixC1-X (0<X<1),Egi1,Egp1(1.6 〜
1.8eV)をSiにより、Egi2,Egn2(1.0 〜1.5eV)をSixGe1-x
(0<X<1) として設けることが可能である。かかるタンデ
ム構造とするには反応系を6系統設ければよい。
【0006】また、NIN またはPIN 接合としてMIS・FET
、バイポ−ラトランジスタにおいては、反応系を2系
統とし、第1の反応室で基板上にN層またはP層を、第
2の反応室で次のI層を、さらに、第1の反応室に基板
ホルダを戻して第3番目のN層またはP層を作製する3
層構造を2系統にて作ることが可能である。本発明は、
反応炉を互いに連結せずに、それぞれ独立した反応炉を
共通する室に連結せしめ、この共通室を介して基板上に
異なる処理によって作製されたプラズマ処理装置および
プラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【0007】
【従来の技術】一般に、PCVD装置において、特に反応力
の強い珪素を主成分とする反応性気体であるシランまた
は珪素のハロゲン化物気体を用いる場合、反応筒、例え
ば石英ガラス管の内壁およびホルダに吸着した酸素(空
気)および水分が珪化物気体と反応して、酸化珪素(低
級酸化珪素)を作り、半導体としての導電性を悪くして
いた。従来、PCVD装置に関しては、上下に平行平板状に
容量結合の電極を設け、その一方の電極、例えば下側の
カソ−ド電極上に基板を配置し、下方向より加熱する方
法が知られている。しかし、この方法において、反応炉
は、ー室であるため、P型、I型、およびN型半導体層
とを積層せんとすると、その1回目の製造の後のN型半
導体層の不純物が2回目の次の工程のP型半導体層中に
混入してしまい、再結合中心となってダイオ−ド特性を
劣化させ、さらに、その特性が全くばらついてしまっ
た。このため、光電変換装置を作ろうとしても、その開
放電圧Voc0.2 〜0.6Vしか得られず、短絡電流を数mA/cm
2しか流すことができなかった。加えて、この平行平板
型の装置において、電界は、基板表面に垂直方向である
ため、P型層の後I層を作らんとしても、このI層中に
P層の不純物が混入しやすく、ダイオ−ド特性が出ない
場合がしばしば見られた。
【0008】さらに、この反応装置は特に予備室を有し
ていないため、1回製造するごとに反応炉の内壁を大気
(空気)にふれさせるため、酸素、水分が吸着し、その
吸着酸化物が反応中バックグラウンドレベルに存在する
ため、電気伝導度が暗伝導度も10-11 〜10-8( Ωcm)
-1、AM1 での光伝導度も10-6〜10-4( Ωcm) -1でしか
なかった。しかし、この吸着物が全く存在しない装置を
使った本発明において、暗伝導度10-6〜10-4、AM1 での
光伝導度は、1×10-3〜9×10-2( Ωcm) -1と約100 倍
も高く、半導体的性質を有せしめることができた。本発
明は、かくの如く従来多数用いられている平行平板型の
一室反応炉のPCVD装置のあらゆる欠点を除去せんとした
ものである。さらに、この従来の方式を更に改良したも
のに、本出願人に係る出願である独立分離型の反応装置
が知られている。この装置は、たとえば、「半導体装置
作製方法」昭和53年12月10日( 特願昭53-152887 号) 、
およびその分割出願「半導体装置作製方法」( 特願昭56
-055608 号) に詳しく述べられている。さらに、「被膜
作製方法」昭和54年8月16日( 特願昭54-104452 号) に
もその詳細が述べられている。
【0009】これらの発明は、例えばPIN 接合を有する
ダイオ−ドを作製せんとする場合、P型半導体層用の第
1の反応系、I型半導体層用の第2の反応系、さらにN
型半導体層用の第3の反応系をそれぞれの反応炉(ベル
ジャ−)をゲートバルブにて連結したものである。かく
することにより、P層の不純物がI層に混入することが
なく、またN層の不純物がI層、P層に混入することが
ない。いわゆる各半導体層での不純物制御を完全に精度
よく行うことができるという特徴を有する。さらに、こ
のP層用の反応炉の前またはN層用反応炉のあとに連結
して予備室を設け、いわゆる外部よりの酸素、水蒸気の
混入を防止しようとしたものである。しかし、本出願人
に係る出願で、縦型のベルジャ−式、またはその変形の
反応炉を互いに連結した方式においては、基板の温度制
御が十分に行なえない。即ち、互いに連結された反応炉
の設定温度は、300 ±20℃程度を有してしまっていた。
このため、形成される被膜のばらつきが大きく、好まし
くなかった。加えて、一つの反応炉に充填できる基板の
数量が、例えば10cm2 で1〜10枚であった。このため、
生産性がきわめて低く、いわゆる低価格、多量生産とは
いえなかった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】異なる反応処理を行な
う複数の反応室を備えた半導体装置作製方法において、
被膜を形成するための基板は、被膜形成処理を行なう毎
に、次の反応室に移動させる必要があるため、反応室と
次の反応室との間にゲート弁を備えているのが普通であ
る。しかし、上記のように反応室どうしをゲート弁によ
って連結させておくと、基板の移動は、非常に都合がよ
いが、異なる反応処理を行なっているため、反応に使用
される反応性気体がゲート弁を介して、互いに混じり合
うという問題を有する。また、異なる反応処理は、反応
室の反応温度が異なるため、ゲート弁を介して基板を移
動すると、隣どうしの反応室が一方の温度になる傾向に
あり、各反応に必要な正確な温度を得ることが困難であ
る。さらに、反応室の大きさを大きくすると、前記反応
性気体の混合、あるいは温度正確な制御が困難になると
いう問題を有する。
【0011】本発明は、以上のような課題を解決するた
めのもので、異なる反応処理を行なう複数の反応室を連
続して基板上に被膜を形成する際に、反応室どうしにお
ける気体の混合、および各反応室における正確な温度の
制御を可能にしたプラズマ処理装置およびプラズマ処理
方法を提供することを目的とする。また、本発明は、反
応室を大きくしても、各バッチ間による被膜作製精度に
変化のない均質なプラズマ処理装置およびプラズマ処理
方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
(第1発明)前記目的を達成するために、本発明のプラ
ズマ処理装置は、独立した加熱手段、独立した減圧手
段、および独立したプラズマ発生手段をそれぞれに有す
る第1の反応炉および第2の反応炉と、前記反応炉に対
してそれぞれ独立した一つの出入口を介して接続される
と共に、前記各反応炉に対して基板を出入させるための
基板移動機構と排気手段とを有する一つの共通室とを備
えたことを特徴とする。
【0013】(第2発明)本発明のプラズマ処理装置
は、独立した加熱手段、独立した減圧手段、および独立
したプラズマ発生手段をそれぞれに有する第1の反応
炉、第2の反応炉、および第3の反応炉と、これらの反
応炉に対してそれぞれ独立した一つの出入口を介して接
続されると共に、前記各反応炉に対して基板を出入させ
るための基板移動機構と排気手段とを有する一つの共通
室とを備えたことを特徴とする。
【0014】(第3発明)本発明のプラズマ処理方法
は、独立した加熱手段および独立した減圧手段をそれぞ
れに有する第1の反応炉および第2の反応炉と、これら
の反応炉に対してそれぞれ独立した一つの出入口を介し
て接続されると共に、前記各反応炉に対して基板を出入
させるための基板移動機構と排気手段とを有する一つの
共通室とを備えており、前記共通室から前記第1の反応
炉へ基板を移動する第1工程と、当該第1工程の後、前
記第1の反応炉で基板上に第1の被膜を形成させる第2
工程と、当該第2工程の後、前記基板を前記共通室に戻
す第3工程と、当該第3工程の後、第2の反応炉に再び
前記基板を移動させる第4工程と、当該第4工程の後、
前記複数の基板上の第1の被膜上に第2の被膜を形成さ
せる第5工程と、当該第5工程の後、再び前記基板を前
記共通室に戻す第6工程と、からなる被膜作製工程を複
数回繰り返す工程と、前記第1の反応炉および/または
第2の反応炉における内壁に被膜形成の際に付着した反
応生成物をフッ素系気体のプラズマエッチングにより除
去する工程とを有することを特徴とする。また、上記プ
ラズマ処理方法は、被膜がプラズマ気相法によって形成
されることを特徴とする。
【0015】(第4発明)本発明のプラズマ処理方法
は、独立した加熱手段および独立した減圧手段をそれぞ
れに有する第1の反応炉、第2の反応炉、および第3の
反応炉と、これらの反応炉に対してそれぞれ独立した一
つの出入口を介して接続されると共に、前記各反応炉に
対して基板を出入させるための基板移動機構と排気手段
とを有する一つの共通室とを備えており、前記共通室か
ら前記第1の反応炉へ基板を移動する第1工程と、当該
第1工程の後、前記第1の反応炉で基板上に第1の被膜
を形成させる第2工程と、当該第2工程の後、前記基板
を前記共通室に戻す第3工程と、当該第3工程の後、第
2の反応炉に再び前記基板を移動させる第4工程と、当
該第4工程の後、前記基板上の第1の被膜上に第2の被
膜を形成させる第5工程と、当該第5工程の後、再び前
記基板を前記共通室に戻す第6工程と、当該第6工程の
後、再び前記基板を前記第1または第3の反応炉へ移動
する第7工程と、当該第7工程の後、前記第2の被膜の
上に被膜を形成する第8工程と、第8工程の後、再び前
記基板を前記共通室に戻す第9工程と、からなる被膜作
製工程を複数回繰り返す工程と、前記第1の反応炉、第
2の反応炉、および/または第3の反応炉における内壁
に被膜形成の際に付着した反応生成物をフッ素系気体の
プラズマエッチングにより除去する工程とを有すること
を特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明は、第1の反応炉および第
2の反応炉、または第3の反応炉には、独立した加熱手
段、独立した減圧手段、および独立したプラズマ発生手
段が設けられている。上記各反応炉に対してそれぞれ独
立した一つの出入口を介して接続される共通室は、基板
を出入させるための基板移動機構と排気手段とを備えて
いる。たとえば、第1の反応炉において、基板上に上記
プラズマ発生手段によって、一つの被膜が形成された
後、第1の反応炉を排気すると共に、所定の温度に低下
させる。その後、被膜が形成された基板は、共通室に基
板移動機構によって移動される。共通室は、第1反応炉
と同じ減圧状態にある。
【0017】次に、被膜が形成された基板は、たとえ
ば、共通室と同じ減圧状態および温度に設定された第2
の反応炉に基板移動機構によって移動される。そして、
上記第2の反応炉は、上記基板に被膜を形成するための
温度および減圧状態にされる。その後、上記基板は、プ
ラズマ発生手段によって前記と異なる被膜が形成され
る。このような工程を繰り返すことによって、基板の上
には、同じ被膜、あるいは異なる被膜が所望の層に形成
される。本発明は、それぞれ独立した加熱手段、独立し
た減圧手段、および独立したプラズマ発生手段を備えた
第1の反応炉、第2の反応炉、第3の反応炉とがそれぞ
れ独立した一つの出入口を介して接続されているため、
それぞれの反応炉内の温度および減圧状態を正確に制御
することができる。また、本願発明は、基板が基板移動
機構によって移動されるため、基板ホルダと基板の接触
する部分における不良個所を無くすことができる。さら
に、本発明は、被膜を形成する際に、各反応炉の内壁に
付着した反応生成物をフッ素系気体のプラズマエッチン
グによって除去しているため、被膜形成中に内壁からフ
レークが落下して被膜中に混入されない。
【0018】
【実 施 例】図1は本発明の横型、独立分離式のプラ
ズマCVD 装置、即ち半導体装置製造装置の概要を示す。
図1において、第1の反応系(1) は、円筒状の反応炉
(5) 、例えば透明石英(アルミナその他のセラミックで
もよい)であり、その直径を100 〜300mm とした。さら
に、この反応炉(5) の外側に一対のプラズマ放電を行な
わしめる電極(2)、(2')を配置した。この電極(2) 、
(2')は、例えばステンレス綱よりなり、この電極(2) 、
(2')を覆って抵抗加熱ヒ−タ(3) を設け、指示温度50〜
350 ℃、例えば300 ℃に対し±1 ℃の精度にて制御され
ている。基板および基板ホルダは、符号(4) で略記して
いる。反応性気体(6) は、よりホモシナイザ(26)をへて
供給される。一対の電極(2) 、(2')は、供給用電源(13)
により高周波(10KHz〜100MHz、代表的には13.56MHz)が
5〜200Wの強さにて供給される。反応後の不要の生成物
およびヘリウム、水素等のキャリアガスは、排気口(13)
より反応管内の圧力調整用バルブ(14)をへてロ−タリ−
ポンプ(15)にて排出される。反応炉(5) は、反応中、反
応圧力を0.05〜0.6torr 、代表的には0.3torr に保持さ
れ、反応性気体の実効流速を数十m/秒にまで早めた。
【0019】この第1の反応炉に加えて、この一方、図
面では入口側に基板および基板ホルダ(4) を反応炉(5)
内に挿入、または内より炉外に引き出す移動機構(12)を
有する第1の室(7) が設けられている。この室(7) は、
大気圧にする場合、圧力調整用バルブ(14)より高純度空
気が供給される。通気は、バルブ(39)をへてロ−タリ−
ポンプ(37)にて、0.001 〜0.01torrに真空引きがされて
いる。また、この基板および基板ホルダ(11)は、予備室
(8) より第1の室(7) に移動される。この第1の予備室
(8) は、排気口(13)より空気が導入され大気圧となり、
バルブ(40)、ポンプ(38)により真空引きがなされ、第1
の室1(7) と概略等圧十分低真空となった。そして、基
板および基板ホルダ(10)、(11)が第1の室(7)移され
る。さらに、この基板ホルダ(11)は、第1の室(7) から
第1の反応炉(5)に移され、所定の半導体膜を基板上に
形成させた。
【0020】さらに、この被膜を形成させた後、基板お
よびホルダ(4) は、電極(2) 、(2')に到り、外部に取り
出すものは、予備室(8) より外部に取り出すことができ
る。またさらに、この上に半導体層を作ろうとする場
合、ホルダ(11)にシャッタ(32)を開け、第2の室(30)に
移動させる。この(32)および次段のシャッタ(33)は、必
ずしも必要ではなく、その場合、共通の室を反応炉(5)
に連続して複数個設けることになる。またさらに、基板
および基板ホルダ(4) は、第2の反応系(42)に移され、
第2の半導体層(例えばI層)を第1の半導体層(例え
ばP層)上に形成する。このような基板および基板ホル
ダ(4) の移動は、前工程の履歴に無関係に独立して被膜
を作ることができた。
【0021】この第2の反応炉も反応性気体の導入口(2
4)より反応性気体が入り、キャリアガス、不純物は、排
気口、バルブ(14)、真空引ポンプ(20)を経て外部に放出
される。さらに、この第2の半導体膜が形成された後、
基板は、第2の予備室(35)をへて外部にとり出されても
よいが、図1において、さらに、今一度の第3の反応系
(43)をへて第3の半導体層、例えばN層半導体層が形成
される。さらに、この第3層が形成された基板および基
板ホルダ(34)は、真空引きをされた第2の予備室(35)を
へて排気口(13)より空気の導入によって、大気圧にさせ
た後、ゲ−トバルブ(36)をあけて外部に取り出される。
【0022】以上の概要より明らかな如く、本発明は、
第1の反応系に、第1の室があり、この室に設けられた
移動機構(12)により、基板および基板ホルダ(4) が反応
炉(1) と第1の室(7) との間を往復する。さらに、同様
に第2、第3の反応炉、基板および基板ホルダ(4) の保
持、および移動機構(29)、(41)を有している。この第
1、第2、第3の室は、共通させて設けており、この共
通の室の前後の入口側及び出口側に第1、第2の予備室
を空気中の酸素、水分が反応系に混入しないように設け
てある。この製造装置においては、各反応ごとに反応炉
より一度真空引きされた第1の室(7) に引き出されるた
め、各反応系の反応性気体がそれぞれの反応炉に全く混
入されることがない。特に、各反応炉と室との管のしき
りバルブ(52)、(53)、(54)を出し入れの際、開閉し、基
板および基板ホルダ(11)(11')(11'') が移動の際、この
しきりバルブが完全に閉の状態であるため、従来の説明
にて本出願人により示された各反応系が互いに1つのゲ
ートバルブで連結されている場合に比べ、さらに不純物
のオ−トド−ピングが少なくなった。
【0023】加えてさらに、以上の説明において、基板
ホルダ(4) は、各反応室を基板と共に移動させた。しか
し、この移動は、基板のみとし、ホルダは、第1の反応
炉用のホルダ(11)、第2の反応炉用ホルダ(11') 、第3
の反応炉用ホルダ(11'')をそれぞれ専用に配置せしめる
ことが本発明の製造装置において可能である。かくする
ことにより、各反応室間の不純物の混入、特にホルダ表
面に付着しているPN型またはEg可変用不純物、添加物の
混入を完全に除去することができ、多量生産用として全
く画期的なものである。
【0024】図2は図1を補完する反応性気体のガス系
の実施例を説明するための図である。図2において、即
ち、第1、第2、第3の反応炉に対して、反応性気体
は、符号(6)(27)(28) の導入管よりそれぞれ供給され
る。その反応性気体は、図2(A)、(B) および(C) に対
応して示されている。図2(A) において、水素で希釈し
たジボラン(43)、シラン(44)、反応炉内壁のエッチング
用ガス、例えばCF4(O2=0〜5%) 、またはNF3 、炭化物
の添加物である珪素と炭素とが化合した反応性気体、例
えばTMS(テトラメチルシラン Si(CH3)4)(46)、およびキ
ャリアガスである水素、またはヘリウム(47)が配置され
ている。
【0025】これらの気体は、流量計( マスフロメ−
タ)(50) 、電磁バルブ(51)を経て、導入管(6) より第1
の反応炉に供給される。この場合、SixC1-X (0.2≦X≦
1)で作られ導電型は、P型としている。かくすることに
より、1.7 〜2.5eV のEg(エネルギギャップ)を有する
P型のアモルファス、またはセミアモルファス構造を含
む非単結晶半導体を基板上に100 〜300 Åの厚さに形成
させた。被膜の作製は、本出願人の出願に係る特許願
「プラズマ気相法」昭和56.10.14特願昭 56-103627号)
に詳しく述べられているが、例えば、250 〜330 ℃、特
に300 ℃0.1 〜0.3torr 、プラズマ発生用電流の周波数
13.56MHz、出力 5〜100W、被膜形成時間10秒〜10分とし
た。
【0026】反応炉内壁は、5〜30回作製するとフレイ
ク( 薄片) が発生するので、かかる場合、CF4 またはNF
3 によりプラズマエッチングして除去すればよい。図2
(B) はI層のアモルファス、または5〜100 Åの大きさ
の微結晶性を含有するセミアモルファス、またはマイク
ロポリクリスタルによりなる非単結晶半導体膜を作製す
る場合を示している。即ち、シラン(45)CF4(O2=0〜5
%) 、キャリアガスであるヘリウム(47)よりなり、5〜2
0%にヘリウムにて希釈されたシランにより光伝導度1
×10-3〜9×10-2( Ωcm) -1、特に、5〜20×10-3( Ω
cm) -3の値を有する珪素の非単結晶半導体を0.4 〜1μ
mの厚さに作製した。また、図2(C) は図2(A) と逆に
N型不純物であるフォスヒン(48)、シラン(43)、エッチ
ング用ガス(45)、TMS(46) キャリアガス(40)を提供し、
100 〜500 ÅのN型半導体層を作製した。
【0027】かくして、図3に示す如き基板上にPIN 型
のダイオ−ドまたは光電変換装置を作り、その特性を調
べた。図3(A) において、ステンレスの如き金属基板、
またはカプトンの如くフレキシブルフィルム上にステン
レス膜が形成された基板(70)上にP型半導体層(71)、I
型半導体層(72)、N型半導体層(74)よりなる半導体層(7
3)を作製し、この上面にITO の如く透光性透明導電膜を
600 〜800 Å ρs =10〜25Ω/□を作製した。従来の
ー室式の平行平板型では、AM1(100mW/cm2)にて6〜7.5%
/3mm2 しか得られなかったが、本出願人の出願に係る縦
型の独立分離式において、7.5 〜9.5%/3mm2 が得られ
た。しかし、本発明では、基板ホルダ(4) を各反応炉独
立式にした場合、最高16%/3mm2、一般に12〜15% の高い
変換効率の太陽電池を作ることができた。
【0028】また、ホルダを各反応炉共通にした場合、
9.0 〜12.5% の高い効率であった。これは酸素、水分等
の酸化物気体の外部からの混入防止、各半導体表面等へ
の不純物混入を防止したことにある。さらに、1回のバ
ッチにおいて、10cm2 の基板を50〜500 枚もロ−ディン
グ可能であり、10cm2 1枚に対する設備償却費は、従来
の50〜500 円であったものを、0.2 〜2円と約1/100 に
下げることが可能となった点で光電変換装置の流布のた
めきわめて重要である。
【0029】図3(B) は、ガラスの如き透光性基板(76)
上にITO(500 〜800 Å)(78) 、および酸化スズ、または
酸化アンチモン(79)(100〜300 Å) よりなる低シ−ト抵
抗(ρs =5〜20Ω/□ 高耐熱性)の透明導電膜(77)
上にP型半導体層(71)、I型半導体層(72)、N型半導体
層(74)、およびアルミニウム、またはITO よりなる裏面
電極(75)を設けたものである。かかる構造においても、
変換効率10〜13%を得ることができた。このため、この
構造をガラス基板上に集積化し、また同時にPIN 型の逆
流防止ダイオ−ドを設けることにより民生用の太陽電池
を従来と同一出力で得る場合、従来より1/2 の面積で、
かつ価格は200 〜250 円を20〜30円にまで下げ、10cm2
の面積にて100 〜130 円で作ることが可能になった。
【0030】図4は本発明のプラズマCVD 法で、特にグ
ロ−放電法を用いる反応炉に配置される基板、電極およ
び基板のロ−ディングの関係を説明するための図であ
る。図面において、図4(A) は電極(2) 、(2')を水平方
向に平行に、また基板(61)を裏面を互いに密接して表面
は基板間を20〜40mmの間隔で設けた。また、その配置
は、やはり水平に設けたものである。反応炉(1) の反応
筒(5) は、直径100 〜300mm 、代表的には180mm を有
し、その長さは、200 〜400mm を有するため、10cmの基
板に図面の如き8枚ではなく各段20枚を10〜30列配置さ
せることができた。このため、1回の製造バッチで50〜
600 枚を作ることができ、従来の平行平板式では、まっ
たく考えられない量の半導体装置を一度に作ることがで
きた。
【0031】図4(B) は電極(2) 、(2')を垂直方向に、
また基板(61)の表面( 被形成面) を垂直方向に、裏面を
互いに密接させて設けたものである。その他は(A) と同
様である。ホルダへの基板のロ−ディングは、図4に示
す(A) 、(B) を互いに交互に行ってもよい。図4(C) は
ア−ク放電法またはグロ−放電法を用いたプラズマCVD
法である。図面では図1(A) の1つの反応炉を示したも
のである。即ち、放電電極(2) 、(2')を反応筒方向に有
し、基板(61)は、ホルダ(60)にロ−ディングされ、反応
管(5) の外側には加熱用ヒ−タ(3) が設けられている。
【0032】ア−ク放電とするには、一方の電極より熱
電子放出をさせた。反応性気体は、導入管(6) より導入
され、不要の反応生成物、およびキャリアガスを排気管
(63)より外部に放出される。この不要の反応生成物は、
低温になる領域で粉末状になるため、反応炉(5) の中(
内壁) にこれらが発生することを防ぐため、ヒ−タ(3)
が図4(c)に示す符号(65)の如く反応管のすべてを覆
うようにした。かくすることにより、粉末状の反応生成
物を反応筒内に残留させることはなくなり、歩留まりの
向上になった。図1また図4(A) 、(B) においても同様
にするとさらに生産性の向上に役立った。
【0033】以上の説明より明らかな如く、本発明は、
プラズマ気相法に対し多量生産を可能にする横型反応方
式を採用し、さらにそれらに共通室を設け連続的に製造
する構造とすることによりバッチ方式と連続方式とを結
合させることが可能となった。このため、この思想を基
礎とし、2 つの反応系、4〜8の反応系等を作ることが
でき、初めてPCVD装置で大量生産可能な方式を開発する
ことができた。さらに、この半導体製造装置において、
単にPIN の光電変換装置のみではなく、N(0.1 〜1 μ
m) −I(0.2 〜2μm) −I(0.5 〜1μm) の伝導型のI
GFET (縦チャネル型の絶縁ゲート型電界効果半導体装
置) を、またはそれを集積化した構造を作ることが可能
である。さらに、この反応炉に横方向に巾2〜20cmの50
〜100cm の長い半導体基板を配置し、その上面全面にフ
ォトセンサアレ−その他の半導体装置を作ることも可能
である。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、独立して減圧手段を設
けると共に、異なる反応処理を行なう反応室が直接連結
されておらず、必ず一つの反応処理が終了した後、一旦
共通室を介してから次の異なる反応処理を行なう反応室
に入れるため、反応室に残された僅かな反応性気体等が
互いに混じり合わないので、品質の高い被膜を作製する
ことができる。本発明によれば、加熱手段を独立して設
けると共に、異なる反応処理を行なう複数の反応室どう
しを直接接続していないため、温度が一方の反応室から
他方の反応室に移ることがなく、反応室の温度を正確に
制御することができる。
【0035】本発明によれば、各反応室で生成される不
要反応生成物をそれぞれ独立した除去装置によって除去
できると共に、前記反応性気体の混合がないため、従来
より反応室を大型にしても、品質の高い被膜を同時に大
量に作製することができる。本発明によれば、共通室を
減圧手段によって減圧すると共に、基板を移動する移動
機構を設けたため、異なる反応処理を行なう反応室どう
しにおける反応性気体等の混合がなく、大量の基板を一
度に素早く作製することができる。本発明によれば、第
1の反応炉ないし第3の反応炉における内壁に付着した
反応生成物をフッ素系気体によってプラズマエッチング
により除去しているため、基板上に形成される被膜の品
質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置製造装置の実施例を示す。
【図2】(A)ないし(C)は図1を補完する反応性気
体のガス系の実施例を説明するための図である。
【図3】(A)および(B)は本発明により作られた光
電変換装置の縦断面図を示す。
【図4】(A)ないし(C)は本発明のプラズマCVD 法
で、特にグロ−放電法を用いる反応炉に配置される基
板、電極および基板のロ−ディングの関係を説明するた
めの図である。
【符号の説明】
1・・・反応系 2、2′・・・電極 3・・・ヒータ 4、11、11′・・・基板ホルーダ 5・・・反応炉 6・・・反応性気体 7・・・第1室 8・・・第1の予備室 12・・・移動機構 13・・・排気口 14・・・圧力調整バルブ 15・・・ロータリポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/68 H01L 21/68 A 31/04 31/04 T 31/10 31/10 A

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 独立した加熱手段、独立した減圧手段、
    および独立したプラズマ発生手段をそれぞれに有する第
    1の反応炉および第2の反応炉と、 前記反応炉に対してそれぞれ独立した一つの出入口を介
    して接続されると共に、前記各反応炉に対して基板を出
    入させるための基板移動機構と排気手段とを有する一つ
    の共通室と、 を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 【請求項2】 独立した加熱手段、独立した減圧手段、
    および独立したプラズマ発生手段をそれぞれに有する第
    1の反応炉、第2の反応炉、および第3の反応炉と、 これらの反応炉に対してそれぞれ独立した一つの出入口
    を介して接続されると共に、前記各反応炉に対して基板
    を出入させるための基板移動機構と排気手段とを有する
    一つの共通室と、 を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
  3. 【請求項3】 独立した加熱手段および独立した減圧手
    段をそれぞれに有する第1の反応炉および第2の反応炉
    と、これらの反応炉に対してそれぞれ独立した一つの出
    入口を介して接続されると共に、前記各反応炉に対して
    基板を出入させるための基板移動機構と排気手段とを有
    する一つの共通室とを備えたプラズマ処理方法におい
    て、 前記共通室から前記第1の反応炉へ基板を移動する第1
    工程と、 当該第1工程の後、前記第1の反応炉で基板上に第1の
    被膜を形成させる第2工程と、 当該第2工程の後、前記基板を前記共通室に戻す第3工
    程と、 当該第3工程の後、第2の反応炉に再び前記基板を移動
    させる第4工程と、 当該第4工程の後、前記複数の基板上の第1の被膜上に
    第2の被膜を形成させる第5工程と、 当該第5工程の後、再び前記基板を前記共通室に戻す第
    6工程と、からなる被膜作製工程を複数回繰り返す工程
    と、 前記第1の反応炉および/または第2の反応炉における
    内壁に被膜形成の際に付着した反応生成物をフッ素系気
    体のプラズマエッチングにより除去する工程と、 を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の被膜がプラズマ気相法に
    よって形成されることを特徴とするプラズマ処理方法。
  5. 【請求項5】 独立した加熱手段および独立した減圧手
    段をそれぞれに有する第1の反応炉、第2の反応炉、お
    よび第3の反応炉と、これらの反応炉に対してそれぞれ
    独立した一つの出入口を介して接続されると共に、前記
    各反応炉に対して基板を出入させるための基板移動機構
    と排気手段とを有する一つの共通室とを備えたプラズマ
    処理方法において、 前記共通室から前記第1の反応炉へ基板を移動する第1
    工程と、 当該第1工程の後、前記第1の反応炉で基板上に第1の
    被膜を形成させる第2工程と、 当該第2工程の後、前記基板を前記共通室に戻す第3工
    程と、 当該第3工程の後、第2の反応炉に再び前記基板を移動
    させる第4工程と、 当該第4工程の後、前記基板上の第1の被膜上に第2の
    被膜を形成させる第5工程と、 当該第5工程の後、再び前記基板を前記共通室に戻す第
    6工程と、 当該第6工程の後、再び前記基板を前記第1または第3
    の反応炉へ移動する第7工程と、 当該第7工程の後、前記第2の被膜の上に被膜を形成す
    る第8工程と、 第8工程の後、再び前記基板を前記共通室に戻す第9工
    程と、 からなる被膜作製工程を複数回繰り返す工程と、 前記第1の反応炉、第2の反応炉、および/または第3
    の反応炉における内壁に被膜形成の際に付着した反応生
    成物をフッ素系気体のプラズマエッチングにより除去す
    る工程と、 を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
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