JPS60211823A - 薄膜半導体形成装置 - Google Patents

薄膜半導体形成装置

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JPS60211823A
JPS60211823A JP6749684A JP6749684A JPS60211823A JP S60211823 A JPS60211823 A JP S60211823A JP 6749684 A JP6749684 A JP 6749684A JP 6749684 A JP6749684 A JP 6749684A JP S60211823 A JPS60211823 A JP S60211823A
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JP
Japan
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thin film
envelope
silicon
discharge
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JP6749684A
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Eiichi Maruyama
瑛一 丸山
Hirokazu Matsubara
松原 宏和
Juichi Shimada
嶋田 寿一
Nobuo Nakamura
信夫 中村
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は薄膜半導体形成装置、特に基板上に結晶シリコ
ンを含有する半導体薄膜を形成するための気相反応装置
の改良に関する。
〔発明の背景〕
従来、シリコンを含有する半導体薄膜の形成法としては
CVD(気相反応)法、スパッタ法、イオンブレーティ
ング法、真空蒸着法7分子線エピタキシー法などが知ら
れている。CVD法はシリコンを含有する気体を熱分解
またはプラズマ分解(あるいは光分解)することによっ
て基板上にシリコンを含有する半導体薄膜を形成する方
法であり、スパッタ法はシリコンを含有するターゲット
にアルゴンなどの加速イオンを衝突させてターゲットの
表面から蒸発物を基板に向けて叩き出す方法であり、イ
オンブレーティング法はイオン化した蒸発物を加速して
基板に堆積させる方法であり、真空蒸着法2分子線エピ
タキシー法はそれぞ九真空中あるいは超高真空中で蒸発
物を基板に堆積させる方法である。これらの方法のうち
、半導体装置の能動部分に利用が可能な良質の半導体薄
膜が比較的容易に得られ、かつ多数の基板を同時に処理
することができる方法としてはCVD法がすぐれている
CVD法の中にはシリコンを含有する気体、例えばS 
i H4、S i HCIB などを高温で熱分解する
熱分解法、紫外線によって分解する光分解法、グロー放
電によって発生するプラズマのエネルギーを利用するプ
ラズマ分解法などがある。プラズマ分解法は、熱分解法
に比べて低い基板温度で膜形成が可能であるので、耐熱
性が悪いガラス、プラスチックなどの基板にシリコンを
含有する膜を形成したい場合によく用いられる。プラズ
マ分解を用いたCVD法(以下プラズマCVD法と呼ぶ
)はアモルファスシリコン薄膜の形成や結晶シリコンを
含有する膜の形成によく用いられるが、プラズマが極め
て活性であるために、プラズマを閉じ込めるための外囲
器や、プラズマを発生させるための電極と接触して不純
物元素をプラズマ中に取り込み、基板に堆積させるシリ
コン膜中に望ましからぬ不純物を混入させ易いという欠
点がある。
また、特に結晶シリコンを含有する薄膜を形成する場合
には、シリコン薄膜が放電電極上にも堆積し、高温状態
で低抵抗の導電性薄膜となるため、放電電極間が導通状
態となって放電が停止することがしばしばあった。
〔発明の目的〕
本発明は、上記の欠点をなくし、プラズマCVD法を用
いて、結晶シリコンを含有する高純度の半導体薄膜を再
現性よく形成するための形成装置を提供することを目的
とする。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するため、本発明においては、シリコン
結晶を含有する膜が付着するような領域に存在する放電
電極は、相互の物理的間隔を固定するための治具の形状
を電極面の沿面距離を増大させるような檻のある形にす
ること、また、プラズマに接触する可能性のある外囲器
の内壁、蒸着基板の支持具2グロ一放電発生のための対
向電極群の表面がシリコンを含有する材質でおおわれて
いるようにすることを骨子とする。
第1図は、従来方式の平行平板型プラズマCVD装置で
ある。外囲器1はガラスあるいはステンレス製の真空容
器であり、排気系2によって器内を真空にすることがで
きるゎ基板3は基板ホルダ4の上に設置され、基板ホル
ダ4内に設けられたヒーター5に、加熱電源6がら供給
される電力によって所定の基板温度にまで加熱される。
排気された外囲器1内にはガス導入系7によってS i
 I−14等シリコンを含有するガスが所定の圧力およ
び流量で導入され、高周波電源8がら基板ホルダ4と対
向電極5との間に印加さゎる高周波電力により外囲器1
内に発生させたグロー放電によるプラズマのエネルギー
によってガスを分解して基Fi、3上にシリコンを含有
する薄膜を形成する。この方法は150〜350 ℃の
比較的低い基板温度でアモルファスシリコン1換を形成
する場合によく用いられるか、アモルファスシリコンよ
り大なるキャリア移動を有する結晶シリコンを含有する
薄膜形成には必ずしも適していない。すなわち、太陽電
池やS膜トランジスタなど、アモルファスシリコンより
も大なるキャリア移動度がしばしは要求される薄膜デバ
イス用のシリコン膜としては結晶シリコンを含有する膜
が望ましいが、この結晶シリコンを含有する膜形成をプ
ラズマCVD法を用いて行なうためには400 ℃〜7
50 ’Cの基板温度が必要である。第1図の構成の装
置において・このように高い基板温度を得るためには基
板ホルダ4の温度を500℃以上に設定することがしば
しば必要であり、その場合、基板ホルダ4と原料ガスと
の反応が起ったり、基板3の加熱効率が悪くて多大の加
熱電力を必要としたりする不都合が生じる。
したがって、このように高温の基板温度の下でのプラズ
マCvDを行うには第1図の平行平板型装置よりも外熱
型プラズマCVD装置を用いる方が望ましい。
第2図は外熱型プラズマCVD装置である。外囲器9は
排気系10によって少なくともlXl0−’T orr
以上の高真空に排気することが可能であり、その内部に
はガス導入系11によってS iHa +PH3、B2
 H,、H2などのガスを導入することができる。外囲
器の外側には電気炉12が設置されており、電源I3か
らの供給電力によって所望の温度に加熱することができ
る。外囲器9内には一対または二対以上の導電性基板ホ
ルダ14が挿入され、蒸着基板15はこの基板ホルダ上
に固定される。プラズマを発生するための高周波電力は
外部電源J6によって供給され、基板ホルダ14を通し
て外囲器9内に導入され、基板ホルダ14の間でプラズ
マを発生し、そのエネルギーによって基板15上にシリ
コンを含有する膜を形成する。
この方法は第1図の平行平板型と異なり、基板からの熱
放散が少ないので、比較的高い基板温度も容易に設定す
ることができるが、一方外囲器9自体も同時に加熱され
るため、外囲器の内壁は、導入ガスとの反応やガスの汚
染を防ぐために大部分をシリコンを含有する材質でおお
われていることが望ましい。これは1例えばステンレス
製の外囲器内にCVD法によってシリコン1摸あるいは
炭化シリコン膜を被着するというような手段を用いても
よいが、より簡昨には石英製の外囲器9を用いるという
ことによっても実現できる。さらに基板ホルダ14の材
質は導電性でなくてはならないため、グラファイトある
いはアルミニウム、ステンレス等が用いられるが、これ
も品温におけるガス系との反応を避けるため、その表面
の少くとも一部分がシリコンを含有する物質でおおわれ
ていることが望ましい。この基板ホルダ14は高周波電
力を導入する必要があるため、対になっており、その対
の間隔を一定に保つための固定具17によって固定され
ている。しかしながら、この固定具17の存在によって
実用上の問題点が発生する。
すなわち、固定具17は基板ホルダ対間を固定するもの
°であるために高周波の短絡を防ぐため石英、セラミッ
クス等の絶縁物で作らなくてはならない。
しかるにこの固定具17は膜形成にプラズマと接触する
ために、その表面にもシリコンを含有する膜が堆積する
。シリコンは高温で導電性を有するため、固定具17の
表面は導電性となって基板ホルダ14の間を短絡し、そ
の結果、放電が停止するという事故がしばしば起った。
本発明は外熱型プラズマCVDの長所を生かし、しかも
基板ホルダ14間の短絡が起らないようなCVD装置を
得るためになされたものであって、膜形成時に高温にな
る領域での固定治具に1でのある特殊な形状をもたせる
ものである。
第3図(a)、 (b)および(c)は本発明にょる固
定治具の断面図の例を示したものである。対向電極群1
4.14’の物理的間隔を一定に保つための治具17,
17’は、いずれもその沿面距離が対向電極群14.1
4’の間の直線距離よりも長くなるようなり虻のある構
造となっている。本発明者らによれば、図中にdで示し
た襞の間の最小間隙は本発明の有効性のために極めて重
要な距離となっており、通常のプラズマCVDにおいて
、本発明が効力を発揮して電極間の短絡を起さないため
には、dの値は1mmを越えてはならないことがわかっ
た。なお、第3図(b)および(c)における19は固
定軸、18は放電防止用の絶縁物である。更にこの固定
治具にシリコンを含有する薄膜が付着して短絡を起さに
いためには、この固定冶具を薄膜堆積時に400℃を越
える領域に存在せしめないことも極めて有効であること
がわかった。これは付着する半導体薄膜の電圧抵抗は温
度上昇にともなって指数関数的に急激に減少するため、
固定治具部分は極力低温にすることが望ましい。また4
00℃を越えない領域で形成されるシリコンを含有する
薄膜の主体が高抵抗のアモルファス状態であり、400
’C程度に温度が上昇しても結晶の場合のように電圧抵
抗が低下しないためである。
以下に本発明を実施例を用いて説明する。
〔発明の実施例〕
第4図に示すように石英管から成る外囲器9中にグラフ
ァイト製の一対の基板ホルダJ4をおき、この両端をア
ルミナ製の最小間隙0 、5 mmの襞のある固定具1
7を用いて基板ホルダの間隔が一定に保たれるように固
定する。基板ホルタ14の表面にはあらかじめCVD法
シリコン1模を形成しておきグラファイトの素地が露出
しないようにしておく。コーニング7059ガラス基板
15を基板ホルダに固定し、外囲器内を排気してIXl
、0−5Torrの圧力で電気炉12の温度を」二げ、
基板15の温度が550℃に保持されるようにする。こ
の時、固定具17の温度は350°Cである。外囲器9
パ中に水素90%、5iH410%の混合ガスを50c
c/分の流量で導入し、排気速度を調節して0 、5 
Torrの圧力とした。基カホルタ14の相対する極に
13.56Mtlzの高周波を印加したグロー放電を発
生せしめる。この放電によってS i Haは分解し、
基板15上にはシリコンの微結晶を含有する薄膜が堆積
する。固定具17のある部分は低温のため、微結晶を含
有する薄膜は形成されず、高抵抗のアモルファス・シリ
コン膜がMl、積する。
また襞の奥の部分への膜の堆積は極めてり?ないアモル
ファス・シリコン1模は350°C程度の高温において
も電気抵抗か高く、基板ホルタl /lの両電極間で短
絡がおこることはない。したがって膜形成の最後まで、
基板ホルタ14間の短絡によって放電が停止することな
く、安定な放電によって基板15上に微結晶を含有する
シリコン薄膜を形成することかできる。なお、第4図中
の12は電気炉である。
以上の実施例によって明らかなように本発明によるシリ
コン薄膜の形成方法は、容易に微結晶を含有する膜を形
成することができ、太陽電池や薄膜トランジスタ用の薄
膜シリコンの形成にきわめて有効である。
【図面の簡単な説明】
分を示す図である。 ■、9;外囲器、2’、10;排気系、3,15;基板
、4;基板水ルダ、5;加熱ヒータ、6;ヒータ電源、
7,11;ガス源、8,16;高周波電源、12;電気
炉、13;電気炉電源、14;基板ホルダ兼対向電極、
17;固定治具、18;放電防止絶縁膜。 特許出願人工業技術院長用田裕部 簾 1 目 ρ 築 、2 図 (a)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ゛ 1.少なくとも1 、a、真空に排気することが可能な外囲器、b、外囲器
    の外側から蒸着基板を加熱するための炉体、 C0外囲器の内部でグロー放電によりプラズマを発生さ
    せるための対向電極群、 d、シリコンを含有する気体を外囲器中に導入するため
    のガス導入系 を具備し、蒸着基板上に結晶シリコンを含有する薄膜を
    堆積する目的で用いられる気相反応装置において、上記
    対向電極群相互の物理的間隔を一定に保つための固定冶
    具の表面の形状が、対向電極間の直線距離に比べて大な
    る沿面距離を持つ様な襞を有することを特徴とする薄膜
    半導体形成装置。 2、前記固体治具の敗の部分の対向する表面の最小間隙
    が1mmを越えないことを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の薄膜半導体形成装置。 3、少なくとも外囲器の内壁の大部分がシリコンを含有
    する月質でおおわれていることを特徴とする特許請求範
    囲第1項記載の半導体形成装置。 4、蒸着基板の支持具および外囲器内に存在するタロー
    放電のための対向電極群の少なくとも一部分がシリコン
    を含有する月質でおおわれていることを特徴とする特許
    請求範囲第1項記載の薄膜半導体形成装置。 5、対向電極群の物理的間隔を一定に保つための固定冶
    具が、外囲器内で薄膜堆積時の)1v度が/I00°C
    を越えない場所に存在していることを特徴とする特許請
    求範囲第1項記伐の、W膜半導体形成装置。
JP6749684A 1984-04-06 1984-04-06 薄膜半導体形成装置 Pending JPS60211823A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02224221A (ja) * 1989-02-27 1990-09-06 Hitachi Ltd 半導体装置製造方法、基板処理装置および半導体装置製造装置
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US5960159A (en) * 1997-10-14 1999-09-28 Kokusai Electric Co., Ltd. Heat treatment of semiconductor wafers where upper heater directly heats upper wafer in its entirety and lower heater directly heats lower wafer in its entirety

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JPS5884037A (ja) * 1981-11-12 1983-05-20 アドヴアンスト・セミコンダクタ−・マテイリアルズ・アメリカ・インコ−ポレ−テツド Rfプラズマ析出系における導電板間の短絡を防ぐためのスペ−サ−

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