JPS58209114A - 反応性気体充填方法 - Google Patents

反応性気体充填方法

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JPS58209114A
JPS58209114A JP57092612A JP9261282A JPS58209114A JP S58209114 A JPS58209114 A JP S58209114A JP 57092612 A JP57092612 A JP 57092612A JP 9261282 A JP9261282 A JP 9261282A JP S58209114 A JPS58209114 A JP S58209114A
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silane
semiconductor
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明の98−以上の純度を有する半導体装置反応性気
体代表的にはシランまたはゲルマンを液化/気化工程を
少くとも1回行なわしめることによシ、さらに残留酸素
、水、炭化水素が0、 IPPM以下に保持された内面
が鏡面仕上がな貰ル され   に充填したことによシ、精製して高純度の酸
素および炭素不純物の十分除去された反応性気体を容器
に充填することを目的として酸化物不純物特に酸化珪素
超微粉を除去することによシ精製された後の反応性気体
中に残存する酸素または炭素特に酸素濃度を3X10 
am以下好ましくは1×10〜3X10 amとするこ
とを可能にさせることを目的としている。
従来半導体用反応性気体は鉄製のボンベに充填されてお
シ、これを半導体装置製造メーカ、研究所は単純にプラ
ズマ気相法用装置(pcvn装置)、減圧気相法用装置
(L P CV D装置)またはエピタキシアル成長装
置に用いていた。しかしかかる半導体用反応性気体代表
的しζはシランは原材料作製時においては化学的に作製
するもその純度は6N−’7N有し、不純物もIPPM
以下である。それは原料シランを用いたFZ単結晶シリ
コン中の酸素濃度が1〜9X10 am以下であること
よシ明らかである。し力;しかかる原材料を移動用タン
クに移し、さらに3.4ノ、101または41又の一般
的な鉄製の高圧ボンベに小わけする際、その管理が不十
分であるため、油成分の炭化水素の混入、空気のリーク
による酸化珪素超微粉末の生成混入によシ特に酸化物を
含む酸素不純物は0.1〜o、 o1%も混入してしま
っていた0このため不発四人の出願になる特許願セミア
モルファス半導体(55−26388855,3,3出
願)または微結晶を用いたPMまたはP工N接合を有す
る光起電力発生用半導体装置(49−71738849
、6,22出願)を作製しようとする時、すなわちPO
VD法によシアモルファス半導体を含む水素化非単結晶
半導体を作製せんとする時、その酸素または炭素は酸化
珪素絶縁物として珪素半導体中に混入して半導体として
の特性を悪化してしまった。
特にこの混入した酸素が水素化非単結晶半導体中に混入
すると、それが5〜50ケの酸素クラスタを構成した場
合再結合中心として作用してしまい、さらに不対結合手
を有する場合は半導体をN型化するドナーセンタとして
作用してしまい、また75 /、%する場合は局部的な
絶縁性の電流のバリヤとして作用してしまい、あらゆる
面において半導体としての特性を悪化させてしまった0 加えてかかる酸素は200〜300’Oの低温で13.
56MHzの高周波放電を利用するグロー放電法を用い
た非単結晶半導体の作製において、その量子論的な5〜
200ムというショートレンジオーダでの、b4性をh
オし、微結晶性を防げ“る材料であることが判明した。
これらを除去し本来あるべき・半導体としての珪素薄膜
をPOVD法により作ろうとする時、本発明の出発特性
であるシランの精製がきわめて重要であることが判明し
た。
本発明はかかる半導体特に酸素の添加による悪化効果の
著しい低温(室温〜400°C代茨的には200〜30
0°C)での半導体膜の形成用の高純度シランを作製す
るための精製方法に関するものである。
以下に図面に従ってその詳細を説明する0第1図′は本
発明の半導体用反応性気体に特にシランを用いた場合の
精製方法を示すためのブロックダイヤグラムである。こ
れをシランのかわシにゲルマンをまたは水素等によシ希
釈されたジlランまたはフオスヒンを作る場合も後述の
如く同様に作製可能である。
図面においてシランボンベ(1)、液化気化用筒1の容
器(2)、第2の容器(3)、第3の最終容器(4)、
パージ用水素α◆中の残留水分除去用容器(5)、液体
窒素を入れるデューア(6)、())、(8)、容器を
加熱して脱気用ヒータ(9)、α0)、(36)、とれ
らの温度コントローラα心、(2)、(s′Qを有して
いる。この第1図のブロックダイヤグラムは2段精製の
場合であシ、1段または多段精製であっても同様である
図面において第1.2.3の容器およびそれらに連結す
る配管系の清浄化につき略記する。
第1表において第1図のブロックダイヤグラム図に基す
きその工程を示している。
鞘装装置の清浄化 1、丁べてのバルブが閉であること、シランボンベlの
と多つけ。
2、コントローラ1m、 12.3Yにてヒータ9. 
’10.36を200〜350°OK加熱。
3、 町13よシV3Bを開は流量計39よシミキテV
24. V25. V21. V46開 谷m ’* 
3* 2* ’:’を真空引。
約1〜5時間 乏ご そも      7971k) 5、  Vft9開にて水素を【ザ4ブ7・ソ精製した
後導入し容器4内の水等の不純物を除去。約1〜3時間
を加熱除去。約1間時間。
7.722閉、v46閉、v25開 容器2.3.4を
真空引。
8、ヒータ9.10.36をコントローラ11.12.
3’7 Kでオス 表   1 論物を除去した。特にこの除ステンレス製であ如かつ内
面が十分乎たんに鏡面仕上がなされた貸し幕グは、圧力
150Kicm”bs−f Itζ耐えるようにし、残
留微粉末が内壁の凹部に1着して除去できなくすること
がないようにした。
さらに容器2.3.4 において吸着酸素、水を除素特
にオイル蒸気が逆流しないよ5にし九〇すなわち本発明
においては従来ボンベ容器内の真空引を単にロータリー
ポンプで10〜10 torrまで真空引をして行なっ
ていたととKよ如、炭化水素が001tlAのオーダま
で混入してしまっていた事実をつきとめ、かかる不純物
の混入を除去なるまで十分真空引をした。
次に容器2を一15^に冷却して、シランの半導体用の
反応性気体をボンベ(1)よシ移した。さらにこの容器
2よシ今一度液体一気化精製をして第2段目の容器に容
器(4)よシ移した。この時気化温度は−100−−e
O’Oとし、15−50時間という長時間をかけて移し
た後、さらにかかる液化−気化精製をして精製されたシ
ランを容器番に充填した。このシランの液化−気化工程
を以下の表2に示す〇 シランガスの液化・気化精製 1、容器2.3.4が真空引されていることを連成計3
0.31. :52 Kて確g6 2、排気系オン、村8. V44.725. V24.
 V23開、v26v2フ、 V46. V22閉の確
認。
3、容器2のデユーアロに液体窒素充填−15叶10′
Oとした6 4、 シランボンベ1のコック開、v21開、流菫針4
1をみながら液体窒素があふれないように供給しつつボ
ンベ中のシランを容器2にて液化 液化作業中は圧力計
30は0.5−5気圧とする。
& シランボンベlよ〕のシランを移し終えたらvgx
閉、コ7りζ 6、  V2!4閉、デユー71に液体輩索を充填 容
器3を−150−L−10’Oとした 7、VB2開 容器2の液化シランを容器3に時間をか
けて移17液化気化精製を行なう(6)40時間)流量
計42は10〜500 c c/9代表的には100c
c15+までとする 連成計は0.5−15気圧とし、
容器2は−90−−100″aにコントーーラによ確認 9、  V24. V25開デューアフを一5ON−7
0”0として液化シランを容器4に移相1項目7.と同
様の注意をする 10、容器4(エンドボンベに対応)をIN気圧に充填
した後725閉にて精製を完了表   2 かかる精製工程において、ボンベ1中のシランの酸化物
は酸化珪素の微粉末Knつているため、年に液化気化の
精製だけでは十分でない。
このためかかる微粉末を除去するため層上ステンレスフ
ィルターを各容器2.3に2 段4q !+コtLをm
化シランに浸し、このフィルターKg粉末を吸着させて
除去する方法をとった0 かくすることによシすでに酸化してしまっている低級酸
化珪素の精muの容器等への混入を排除した。
かくして精製後のシランは酸素濃度を0.01PPM(
No〜xOcm)にまですることができ、加えて炭素成
分を’IPPM以下にすることができるようになった。
これは従来が単に出発材料としてのシランは10〜No
 am の濃度の酸素成分が混入しているにスキないが
、このシランのつめかえに際しその容器が内壁の凹凸の
多いいわゆる 人間の腸の内壁 のようになってしまう
ため、その不純物の除去が十分でない0さらに充填に先
立つ真空引を単にロータリーポンプで行なったのみであ
ったため、本発明の如き容器を加熱しかつ10torr
以下にすることによシ容器内の残留酸素、炭素成分をO
,IPPM以下にしたことはきわめて大きな進歩である
加えてその後のシランをとれまで化学精製のみであった
ものをそれに加えて物理精製をしたことによシ酸素濃度
をさらにそのVlooの0.0IPPM以下にすること
ができたものである。    −最後に第1図に示した
本発明の精製方法により精製された後の不純物を含む容
器2.3に残留するシランの排気につき以下に略記する
0残留シランガス不純物の排気 1、 すべてのパルプが閉であることの確i!。
2、  N、’13をV3Bをあけ流量計39よシミキ
サ1〒を経由して排気18゜ 3、  H214を729.746゜VB2゜VB2開
にて容器3.5に充填。
4、  V22開、流量計49 Kて50015[度よ
〕除々にミキサ1ツに流しΦ□十81M、) 7M設置
00とするり。
6、 ヒータ9.lOを10セ150bに加熱、水素を
0、5−24今流しト字曳プ2.5内の不純物の排気1
〜5時間。
7、  V嶋723.724. V46. Vffi9
閉、連成計3j31を0、5−3.0気圧に水素保持。
表   3 以上の如き反応性気体の精製方法およびそれKよシ超高
純度の半導体用の反応性気体を高圧容協内に充填するこ
とができた0 かかる高純度のシランガスを用いてグロー放電法を用い
たプラズマOVD法によJ) 0.1torr、tfa
’cRF a3カ(13,5ent助、) xoq y
、ooq6 シランを用いる条件下にて卵巣結晶珪素半
導体を形成させた。
図面において曲線聞は従来よ如知られ入シラる。すなわ
ち容器の内壁は鏡仕上をしてステンレス製の高耐圧、耐
熱性の容器を用いた0加えてシランを充填するL!:j
合はかかる容器を100″C以上好ましくは:50−3
00°C)て力pMtL−て吸着物を十分排Qし六、も
のでを・る。かくの如くに容器それ自体を本発明の如く
工夫しさらにその充填方法を十分性ぷふするのみで混入
させた酸素等は1y’lOO〜の000にまで下げるこ
とができた。
図面シておいて55は残留シランがほとんどなくなった
ため容器内Kldっている酸化珪素が外部に出てしまっ
たと推定される。
また本発明の液化−気化精製を2段行なうとさらにそれ
らをy’xo−1/1ooo Kまで下げることができ
た。特に容器内に残留するガスを全部用いてもその中に
は縁化珪索成分が増加しないことが(57)の測定点が
(55)の1lltl定点の如く増加しないことによシ
判明した。
また本発明方法における半導体用の反応性気体としてシ
ランを用いる時、第1図に示された容器はボンベ1を1
販ボンベとすると、充填シラ:/ $ 483gr、残
留置log、残圧0.5Kiam”とし、さらにこのシ
ランを容器にては内容積1.5℃とし、容器2 M”)
i lOg、容器3” /i Log +7) 残留カ
スオヨび不純物となるように設計し、容器4は10.f
!、ボンベとしてこの容器番へのシランの充填も容器2
.3と同様に一150±10″c3に冷却し、その後図
示する如く大気濃度として使用系15へとパルプ2フを
開けて使用した。このため容器4の使用圧力を15ト1
フKg/crnLとすることができ、従来用いられてい
るシランボンベと全く同様にして用いることができると
いう特徴を有する。
この半導体用の反応性気体盆シ;F/ではなくゲルマン
、またはYリューム、水素にて希釈されたジボラン、フ
オスヒンまたはアルシンとしてもよい。これらの化学的
特性を以下の+4に示すO 81町 ゲルマン 76.62  −90  2.64  3.
43   ’1.5230eH。
ジボラン  2’7.67 −92.8  0.95 
 112  0.41OB、H。
フオスヒy  34.00 −87.1 1.146 
1.380 8.746PI(。
アル7/  17.95 −62.48 2.695 
3.48  1.604ムsH。
表   番 すなわちこれらの反応性気体を用いる場合、それと10
0チの濃度にするにはシランと同様にこれまで記した如
くに行なえばよい。また水素で希釈しようとするならば
、必要系の半導体用の反応性気体を充填した後第1図に
おいて水素を14よシコールドトラップ5をへてバルブ
46ヲへて加圧充填して550−5000PPの所定の
濃度例えば50ト11000PPに希釈すればよい。
また希釈用の気体が水素またはヘリューム等においては
同様K(14より導入すればよい。
以上の説明よシ明らかな如く、本発明は半導体用反応性
気体を酸素、炭素の混入量をIPPM以下好ましくは1
〜1oOPPbKすべくその反応性気体をボンベに小わ
けの際に混入する不純物を排除し、加えてこの小わけの
際反応性気体の液化−気化精製および吸着方式を併用す
ることによシ従来ののoooo以下の酸化物気体の混入
量としたことを特徴としており、その精製された反応性
気体によりプラズマOVD法、LPCVD法への精製に
よる制御が初めて可能になった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の反応性気体精製方法を示すブロックダ
イヤグラムである。 第2図は本発明方法°によシ得られたシランを用いて調
べた珪素中の残留酸素濃度を従来方法と比較し友もので
ある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体用反応性気体を充填するための耐熱性かつ耐
    触性密閉式の高圧容器において、容器内を清浄化するた
    め1つの開閉栓を開として真空引しかかる容器を外部よ
    シ100°C以下Kまた真空引をする工程を有し、さら
    に十分精製された前記反応性気体の充填を行なうことを
    特徴とする半導体用反応性気体充填方法。 2、特許請求の範囲第1項において、1対を構成する2
    つの開閉栓を有し、一方の栓は触よシ高圧容器の低部に
    のびるガイド管を有しておシ、容器内を清浄化する際、
    かかるガイド管より高純度水素を導入し、他方の開閉栓
    より10 torr以下にJ(空引をすることによシ残
    留酸素または酸化物を排除することを特徴とする半導体
    用反応性気体充填方法。
JP57092612A 1982-05-31 1982-05-31 反応性気体充填方法 Granted JPS58209114A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61278172A (ja) * 1985-06-03 1986-12-09 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置作製方法
JPS6247116A (ja) * 1985-08-26 1987-02-28 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置製造装置
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