JPS5893322A - 半導体装置製造装置 - Google Patents

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】 本発明はグローまたはアーク放電を利用したプラズマ気
相法（ＰＯＶＩ）と以下いう）Ｋよシ、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製造装置−関
する０ 本発明はＰＯＶＤ装置に対し、反応系に関してけプラズ
マ気相法における反応性気体が導入される反応筒内には
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ｒ′！のボー　ト）のみを導
入し、反応性気体チ間でバラツキの少ない半導体膜を形
成させるための製造装置に関する。

一般にＰＣＶＤ装置にシいて、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、体と反応して、酸化珪素（
低級酸化珪素）を作シ、半導体としての導電性を悪くし
ていた。

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上に務めた製造装置
に関する。

さらに本発明はプラズマ放電電界が基板表面に平行Ｋ（
そって）籾層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
を眠け、雪の上面に１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１０ＬＩ　Ｏ’ｃ　ｒｉゝの濃度に１層に混入してし
まい、Ｐ工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。

さらに本発明は前記した反応系よシなる第１の反応系と
、これに連結して第１め室を設け、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の反応系を設けた製造装置に関
する。かかる製造装置においては、まず第１の室にて真
空引され、酸素、水分が除去された雰囲気にて第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、こ
の反応炉にて一導電型例えばＰ型の導電型を有する半導
体が形成された０さ同様に酸素、水分の全く表い真空中
にて移動される。さらにこの第２の室よシ第２の反応炉
に基板およびホルダーに導入させ、第１の室とは異なる
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）Ｋて第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。

この際、第１の反応炉の内壁に付着し九不純物が全く第
２の半導体層を形成させる際付着することがないため、
きわめて精度高く、導電率導電性または１ｇｇ　（エネ
ルギバンド巾）等を制御することができるようになつむ
Ｏ さらに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すなわち第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
にてＰ型半導体層を、第２の反応炉にてＩ型半導体層を
、さらに第３の反応炉にてＮ型半導体層を形成して、’
Ｘ’ＸＨ型のダイオード％に光電変換装置を作製せんと
する時、特に有効である。

本発明は積層するその層の数によ）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
シ、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Ｐ工Ｎ１アエＭＸ’Ｘ
Ｍ、　？ＸＭＸＮ’ＩＮ、）ｉｌＰ工■、Ｐ工Ｎ工Ｐ１
・・０等の接合構造に作ることができる。

またこの半導体層の作製の際、■価の元素例えば珪素に
炭素またはゲルマエ瓢−五を添加し、その添加量を制御
することによ〕、添加量に比例、対応し九光学的エネル
ギバンド巾φｇ）を有せしめることができる◎例えば’
Ｘ’ＸＭ接合をＩｇｍｌ。

Ｉｇｉ、　Ｉｇｎ　Ｑｌｇｐ、＞Ｉｇｉ＜１ｇＭとし九
トドｖａｔいＩｇ−せまい］Ｉｆｇ（いｌ１ｇ）として
設けることを可能とした。ま九さらにとのＰＩＭ接合を
２つ積層して設けたＰ工ＮＩ’１Ｍ構造において、Ｉｉ
ｌｇｐ、１ｇ％、ｌ　ｇ　ｎ。

Ｆｆｇ界　”ｇ　’１％　　Ｋｇｎｔ（ｍｇｐ＋＞　Ｉ
ｇｎ、Ｔｈ１ｇ＆？”ｇＲ２１ｇｌｚ＞ＩＣｇｎ、）と
して設け、Ｉｅｇｐ、　（２，０−２，４ｅＶ）　Ｉｇ
＞ノ （２，１７〜２．ｘａｖ）を　８１！ｋ　（Ｑ＜　Ｘ＜
　１）、Ｉｇｉ、、Ｉｇｐ。

（１，６〜１．８ｅＶ）を８１によ）、Ｉｇｉｚｚｌｇ
”ｚ（１−ｏへ１．５ｅＶ）を８　ＬＸＧ＠ｒ−ｘ　（
Ｑ＜ｘ（ｘ）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Ｋは反応系を６系統設ければよい。

まりＨＸＨま九はＰＩＮ接合とし九ＭＩ８＠ＩＦＩＩ？
、バイポーラトランジスタにおいては反応系を２系統と
し、第１の反応室によシ基板上ＫＮまたはＰ層を、第２
の反応系によシ次の１層を、さらに第１の反応系に基板
ホルダをも【゛（″１．第Ｓ番目の）ｉｔ＊はＰ層を作
製する三層構造を２系統にて作ることが可能である。

これら本発明は、反応炉を互いに連結するのではなく、
それぞれ独立した反ら系を共通する室に連結せしめ、こ
の室を介して基板上に独立した半導体層を形成させると
とを月的としている０ 従来ＰＯＶＩ）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
ード電極上に基板を配置し、下方向よシ加熱する方法が
知られているＯしかしこの方法においては、反応炉は一
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−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ード特性を劣化させ、
さらにその特性が全くばらついてしまった０このため光
電変換装置を作ろうとしても、その開放電圧Ｔｏｅ　０
．２〜０．６ｖしか得られず、短絡電流を数ｍム／Ｃ虻
しか流すととができなかった０ 加えてこの平行平板型の装置においては、電界は基板表
面に垂直芳向であるため、Ｐ型層の後工層を作らんとし
ても、この工層中ＫＰ層の不純物が混入しやすく、ダイ
オード特性が出ない烏合がしばしば見られた。

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）Ｋふれ
させるため、酸素、水分が吸着（７、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Ｌ　１０〜１０　（Ａｃｍ）、Ａｌｌで
の光伝導度も１０〜１０　（−１Ｌａｍ）でしかなかっ
た０しかしこの吸着物が全く存在しない装置を使った本
発明においては、暗伝導度１０〜１０、五Ｍ１での光伝
導度は、１×１６−デＸＩＯ’（ａｃｍ）’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〈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さらに改良したものに、本発明
人の出願になる独立、分離屋の反応装置が知られている
。この装置は　半導体装置作製方法　昭和５３年１２月
１０日（６３−１５２８８９およびその分割出願　半導
体装置作製方法（５６−０５５６０８）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（５←１０４４５２）にもその詳細が述べられている
。

これらの発明は、例えばＰＩＩＩ接合を有するダイオー
ドを作製せんとする場合、Ｐ型半導体要用の第１の反応
系、エヤ半導体用の第２の反応系、さらＫＮ型中導体層
用の第３の反応系をそれぞれの反応炉（ペルジャー）を
ゲイトパルプにて連結したものである。かくすることに
よシＰ層の不純物が１層に混入することがなく、またＮ
層の不純物が１層、Ｐ層に混入することが表い。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なうこ
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、いわゆる外部よシの酸素、水蒸気の混入を防止し
ようとし友ものである。

しかしかかる本発明人の発明になるたて型のペルジャ一
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えない。すなわち３０
０±２０’Ｏ程度を有してしまっていた。このため形成
される被膜のバラツキが大きく、好ましくなかった。加
えてひとつの反応炉に充填できる基板の数量が例えば１
０　ｃ　ｍ’で１〜１ｏまいであった。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。

本発明はかかる本発明人の独立分離型の半導体装置製造
装置をさらに改良し、温度精度も３００±１’Ｏ以下に
おさえ、加えて１回のは−ディング数量を５０〜５ｏｏ
まい忙することを可能とした低価格、高品質の半導体装
置を多量に製造せんとするものである。

以下に図面に従ってその実施例を示す。

第１図は本発明の横型、独立分離式のグツズ、マＯ’Ｖ
Ｄ装置すなわち半導体装置製造装置の概要を示す。

図面において第１の反応系（１）は円筒状の反応管（５
）例えば透明石英（アル叱すその他のセジャックでもよ
い）であシ、その直径は１００〜３００膳とし九〇さら
にこの反応炉（５）の外側にＹ対のプラズマ放電を行な
わしめる電極（２）ｌ　（ｄ）を配置した（この電極は
例えばステンレス杆よシなシ、この電極をおおって抵抗
加熱ヒータ（３）を設け、指示温度５０〜３！ＳＯ°０
例えば３００°ＯＫ対し±１９０の精度にて制御されて
いる０基板および基板ホルダは（荀で噌ぜ（しておシ、
反応性気体は（６）よシホモシナイザ曽をへて咲おされ
る〇一対の電極は供給用電源（至）によシ高周波（ｘｏ
ｘｇｇ〜１００ＭＢｇ代表的には１３．５６Ｍ１１ｇが
５〜ｚｏｏｍの強さＫて供給される。反応後の不要の生
成物およびヘリューム、水素等のキャリアガスは、排気
口（２）よ）反応管内の圧力１４！！用しくルプａ◆を
へてロータリーポンプ（至）ｋて排出される。

反応筒（６）は反応中は反応圧力ａｏ、ｏ５〜（Ｌ６ｔ
ｏｒｒ代表的には０．５ｔＯｒｒに保持され、反応性気
体の実効ミ九建を針ｍ／＄Ｋｔではやめた。

この第１の反応炉に加えてこの一方、図面では入口側に
基板およびホルダ（荀を反応炉内に挿入または内よシ炉
外に引出す移動機構（ロ）を有する第１の室（））が設
けられている。この室は大気圧にする場合はａ◆より高
純度空気が供給され、通気はパルプ０９）をへてロータ
リーポンプＣηにて０．　ＯＯ’ｌ〜Ｏ，Ｏ’１ｔｏｒ
ｒ　Ｋ真空引がされている。

またこね基板およびホルダ（ロ）は予備室（８）よシ移
動され、この第１の予備室（８）は（２）よシ空気が導
入され大気圧となシ、真空引がパルプαＯ）、ポンプ（
３８）Ｋより表され、室１（））と概略等圧の十分低真
空となった。そして基板およびホルダ（１０）が０力に
移される。さらにこのθカは第１の反応炉（４）Ｋ移さ
れ、所定の半導体膜を基板上に形成させた。

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（Ｉｔｌに到夛、外部にと）出す亀のは予備室
（８）よシ外部にとシ出すことができる◇またさらにこ
の上に半導体層を作ろうとする場合、α１）Ｋシャッタ
（３ｇ）を開け、第３０室００）に移動させる０この（
３つおよびソ吸のシャッタ０３）は必ずしも必要ではな
く、その場合は共通の室を反応炉に連続して複数ケ設け
ることｋなる。

またさらに基板およびホルダは第２の反応系α２）Ｋ移
され、第２の半導体層（例えば三層）を第１の半導体層
（例えばＰ層）を形成する履歴に無関係に独立して作る
ことができた。

この第２の反応炉も反応性気体の導入口■よシ反応性気
体が入シ、キャリアガス、不純物は排気口、パルプ（１
４真空引ポンプ翰をへ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、第２の予備
室（３５）をへて外部にと９出されてもよいが、この図
面ではさらに今一度の第３の反応系（４１をへて第３の
半導体層例えばＮ層半導体層を形成し、さらにこの三層
が形成され九基板およびホルダ（３４）は真空引をされ
た第２０予備’４（３５）をへて（２）よシ空気の導入
によって大気圧ＶＣさせた後、ゲートパルプ（３）をあ
けて外部にとシ出される。

以上の概要よシ明らかな如く、本発明は第１の反応系に
は第１の室があシ、この室に設けられた移動機構０辱に
より基板およびホルダ（４）は反応炉（１）と第１の室
（））との間を往復する・さらに同様に第２、第３の反
応炉、基板およびホルダの／ｚ　ｔ４および移動機構に
）、◇ηを有している。この第１、第２、第３の室は共
通させて設けておシ、この共通の室の前後の入口側およ
び出口側Ｋ　’ｔＭ　１　、第２の予備室を空気中の酸
素、水分が反応系に混入しといように設けである。この
製造装［においては、各反応ごとに反応炉より　一度成
空引された室（ηに引出されるため、各反応系の反応性
気体が全くそれぞれの反応炉に混入基板およびホルダＯ
１）が０…と移動の際は、このしきシパルプが完全に閉
の状態であるため、従来の説明にて本発明人によシ示さ
れた各反応系が互いに１つのゲイトパルプで連結されて
いる場合に比べてさらに不純物のオートドーピングが少
なくなった。

加えてさらに以上の説明においては、基板のホルダは各
反応室を基板と共に移動させたｏ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Ｏ壇、第２
の反応炉用ホルダＱｂ第３の反応炉用ホルダ＾をそれぞ
れ（１１に配置せしめることが本発明の製造装置におい
ては可能である。かくすることによ）、各反応室間の不
純物の混入特にホルダ表面に付着して込るＰＮ型または
Ｍｇ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。

第２図は第１図の一造装置を１・かんするものである◇
すなわち第１．第２、第３の反応炉に対して供給される
反応性気体は（６）（２）■よシそれぞれ供給される。

その反応性気体は第２図鴨（６）および（０）　Ｋ対応
して示されている。

第２図体）においては水素で希釈したジボランと炭素と
が化合し九反応性気体例えば〒Ｍ８（テトラメチルシラ
ン　８１（ＯＩＱ）◇６）およびキャリアガスである水
素またはヘリニーム（４’／）が配置されている。

これらは流量計（マス７０メータ）　（５０）電磁パル
プ（５１）をへて（６）よシ第１の反応炉に供給される
。この場合は８１ｘＯｐ、　（０，２／、ｘイ１）で作
られ導電型はＰ型としている。かくすることにょシ１、
γ〜２．５・ｖｏｘｇ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ムの厚さに形成させた。

被−の作製は本発明人の出願になる特許願（プラズマ気
相法　８５６．１０．１４５６−１０３６１７）ｋ詳し
く述べられているが、例えば２５０〜３３０°０特に３
００°ＯＯ，１〜０．３ｔｏｒｒプラズマ発生用電流１
３．５６ＭＨｇ　２５〜１００Ｗ　　被膜形成時間１０
秒〜１０分とした０ によりプラズマエツチングして除去すればよい。

第２図（６）は１層のアモルファスまたは！Ｓ〜１００
ム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！イクｐポリクリスタルよシなる非単結晶半導体膜を
作製する場合を示している。

すなわちシラン（４６）　ＯＩＦ、韓０−５吟、キャリ
アガスであ゛るヘリニーム◇９）よ染なシロ〜５ｏｔｓ
にヘリエ・リ ームにて希釈され九シランによシ光伝導度１×１０〜９
　Ｘ　１０’　（ＪＬａ　ｍ）’４９に！Ｓ〜ａ　ＯＸ
　１０’　（ｊＬａ　ｍｌ）’　（Ｆ）値を有する珪素
の非単結晶半導体を０．４〜ｚｐの厚さに作製し九〇 また第２図（０）は（４）とは逆にＭ型不純物であるフ
オスヒン（４８）、シラン（４１，エツチング用ガス（
４！Ｓ）ＴＭ日０６）キャリアガス（４０）を提供し１
００〜５００ムのＮ型半導体層を作製した。

かくして第３図に示す如き基板上にｐｘｗ型のダイオー
ドまたは光電変換装置を作り、その特性を調べた。

（’１０）上にＰ型半導体層ｃｙ１）Ｎ型半導体層（’
Ｆ２）ｌｉ型半導体層（’／４）よりなる半導体層Ｑり
を作製し、この上面Ｋ　ＩＴＯの如き透光性透明導電膜
を６００〜８００ム＾：１０〜２５Ａ／　を作製し九〇
従来の一永式の平行平板型ではムＭｌ　（ｘｏｏｍｖ／
ａｄ）　Ｋて６〜７．５％／３ｍｍ’ｌ、か得られなか
ったが、本発明式の出願になるたて型の独立分離式にお
いては、１．５〜９．５％７３ｍｍ’が得られた。しか
し本発明では、ホルダを各反応炉独立式にした場合、最
高ｘａ％／３ｍｍ”一般ｙｃｉ２〜ｘｓｌＧの高い変換
効率の太陽電池を作ることができた。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
。

さらに重要なことは、１回のバッチにおいて１ｏｅｍ’
の基板を６０〜５００ｔいも四−テ゛イング可能であシ
、１０ｃｍ”１まいに対する設備消却費は従来の５０〜
５００円であったものが、０．２〜２円と約ｘ／１ｏｏ
Ｋ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った。

第３図（９）はガラスの如き透光性基板Ｑ＠上にＩＴＯ
（財）（５００〜８００ム）Ｑ＠および酸化スズまたは
酸化アンチモン（’Ｆ９）　ｃＬｏｏ−４００ム）よシ
なる低シート抵抗＜ｅｓ・５〜２０　ｆＬ１０高耐熱性
）の透明導電膜０η上ＫＩ”型半導体層兜工型層（ｔ　
ａ）、Ｗ型層Ｑ荀およびアルミニニームまたは工！Ｏよ
シなる裏面１１ 電極（１＠を設けたものである０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よに集積化しの面積でか
つ価格は２００−４５０円を２０〜３０円Ｋまで下げ、
１０Ｃ♂の面積にて１００〜１３０円で作ることが可能
になった。

第４図は本発明のプラズマＣｖＤ法で特にグリ−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
ーテ゛イングのｒＬｌ　（４を示す０図面において第番
図■は電極（→、楠を水平方向に平行に、また基板（６
１）を裏面を互いに密接して表面は基板間を２０ｘ４０
ｍｍの間かくで設けたＯまたその配置はやはシ水平に設
けた゛ものである。

反応炉（１）の反応筒（６）は直径１００〜３００ｍｍ
代表的にはｘｅｏｍ！を有し、その長さはｇｏｏ〜４ｏ
ｄｅ鳳を有するため、ｘｏＣｍ’の基板に図面の如＊ｓ
ｔいではなく各段２０まいを１０〜ＳＯ列配置させるこ
とができた０このため１回の製造／くツチで５０〜ａＯ
Ｏまいを作ることができ、従来の平行平板式では全く考
えられ表い量の半導体装置を一度に作ることができた０ 第４図（功は電極（２λ（２）を垂直方向に、また基板
（６］）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。その他は鉛と同様である
。

ホルダへの基板の°ローテ”インクは（Ａ）、ＣＢ）を
互い法である。

反応性気体は（６）よシ導入され、不要の反応性成物お
よびキャリアガスは（６ｍよシ外部に放出される。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）Ｋこれらが発生することを
防ぐため、ヒーター）は（８！９に示す如く反応管のす
べてをおおうようｋし九〇 かくすることによ〕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、歩留の向上になった。第１図
また第４図（Ａ、＠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。

以上の説明よシ明らかな如く、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は連続的に製造する構造とする
ことによ〉バッチ応系、４〜８のＡ４４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Ｋ　ＰＩＮの光
電変換装置のみではな（、ａ（Ｏ，Ｘ〜ｌＰ）　−Ｘ　
（０，２〜２％）　−１（０，５〜１ｐ）　ＩＺ）伝導
型ＯＩＧＩＦ１１ｆ’ｌ’（たてチャネル型の絶縁ゲイ
ト型電界効果半導体装Ｉｔ）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０さらにこの反応炉に横
方向に巾２〜２０ａｍの６０〜１００ｃｍの長い半導体
基板を配置し、その上面全面に７オトセンナアレーその
他の半導体装置を作ることも可能である。

以上本発明の半導体製造装置の工学的効果はきわめて著
しｂものであると信じる■

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体装置製造装置の実施例を示す。 第２図は第１図を補かんする反応性気体のガス系の実施
例を示す。 第３図は本発明によシ作られ九九電変換装置のたて断面
図を示す。 第４図は第１図の反応炉の部分を示す実施例である。 特、１１−川碩人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　筒状を有するプラズマ気相用反応炉と該反応炉の外
   側の加熱装置と該加熱装置の内側または前記反応炉の部
   方向に配されたプラズマ放電用の一対の放電エネルギー
   供給用策極と該電極に放電エネルギーを供給する電源と
   を具備する反応系と、該反応系の一方に連結された減圧
   下にて基板および基板ホルダーを保持または移動する機
   構とを有する室とを有することを特徴とする半導体装置
   製造装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、反応性気体は部方
   向に流れ、該気体の流れにそって基板表面が配置され、
   さらにプラズマ放電用４電界が前記基板表面にそって印
   加される電極を具備したことを特徴とする半導体装置製
   造装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、プラズマ放電はグ
   ロー放電またはアーク放電が用いられたことを特徴とす
   る半導体装置製造装置。