JPH01102921A - 被膜作製方法 - Google Patents

被膜作製方法

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JPH01102921A JP62260876A JP26087687A JPH01102921A JP H01102921 A JPH01102921 A JP H01102921A JP 62260876 A JP62260876 A JP 62260876A JP 26087687 A JP26087687 A JP 26087687A JP H01102921 A JPH01102921 A JP H01102921A
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resonance space
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舜平 山崎
Kunio Suzuki
邦夫 鈴木
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子サイクロトロン共鳴を利用した被膜作製方
法に関するものである。
〔従来の技術及びその問題点〕
従来、電子サイクロトロン共鳴を用いて被膜を形成させ
る場合、共鳴空間を構成する壁部及び反応室内壁部に被
膜が形成されてしまったり、または粉末が被着してしま
っていた。しかしこの内壁に形成される被膜または粉末
は容易に離脱しやすくそのため離脱した被膜または粉末
は飛翔して基板上にも被着し、スノーフレーク等を作り
、結果として形成さ゛れる被膜にピンホールを作る等の
欠点があった。
そのため上記のような被膜を用いて半導体装置を作製し
た場合非常に特性の悪い半導体装置となってしまってい
た。
本発明は反応室及び共鳴空間内壁部に形成された被膜や
被着した粉末を取り除くことを目的として成されたもの
である。
〔問題を解決するための手段〕
本発明は膜形成すべき基板を設けた反応室と活性化すべ
き気体を活性化させプラズマ状態にさせる共鳴空間とを
有する電子サイクロトロン共鳴を用いた被膜形成装置に
おいて、被膜の形成前後において、被膜形成圧力以上の
圧力状態で電子サイクロトロン共鳴を用いて、反応室及
び共鳴空間の内壁に付着した被膜または粉体をエツチン
グすることを特徴とする半導体装置作製方法により、反
応室およ、び共鳴空間内の壁部に形成された被膜や被着
した粉末を取り除くことのできるものである。
以下実施例により本発明の詳細な説明する。
〔実施例〕
第1図に本発明に用いられるサイクロトロン共鳴型プラ
ズマCVD装置の概要を示す。
図面において、ステンレス反応容器(1“)は前方また
は後方にゲイト弁(図示せず)を介してロード室、アン
ロード室を設けている。そしてこのロード室より第1図
の反応容器内に筒状空間を構成する枠構造(四方をステ
ンレス金属また絶縁体の板で取り囲み活性状態の反応性
気体がこの外側の容器内壁にまで広がってフレークの発
生原因とならないようにする構造) (31) 、 (
31’ )を有する。さらにこの枠構造内に配設されて
いる基板ホルダ(10゛)及びその両面に主面に被膜形
成されるようにして基板(10)を対をなして設けてい
る。図面では10枚の基板を5つのホルダ(10’)に
配設している。
そして容器(1゛)の筒状空間を反応空間(1)として
設けている。この容器(1°)の側部には、ハロゲンラ
ンプヒータ(7)を有する加熱室(7゛)を設けている
。石英窓(19)を通して赤外線を枠構造及び基板(l
O)に照射し加熱する。さらに必要に応じグロー放電を
も併設し得るため、この容器(1”)の内側の上部及び
下部に一対の網状電極(20)、(20’)を有せしめ
ここに高周波または直流電源(6)より13.56M+
12または直流の電界を加える。
またアルゴン等の非生成物気体(分解または反応をして
もそれ自体は気体しか生じない気体)は(18)より共
鳴空間(2)に供給される。この共鳴空間(2)はその
外側に空心コイル(ここではへルムホルツコイルとして
用いた)(5)、(5’)を配し磁場を加える。この内
側に冷却管(12)を配している。
同時にマイクロ波発振器(3)によりアナライザー(4
)を経て例えば2.45GHzのマイクロ波が石英窓(
29)より共鳴空間(2)に供給される。この空間では
共鳴を起こすべく非生成物気体としてアルゴンを(18
)より加える。そしてその質量、周波数により決められ
た磁場(例えば875ガウス)が空心コイル(5) 、
 (5’)により加えられる。
このため、アルゴンガスが励起して磁場によりピンチン
グすると同時に共鳴し、十分励起した後に反応空間(1
)へ電子および励起したアルゴンガスとして放出(21
)される。この共鳴空間(2)の出口には生成物気体が
ドーピング系(13)より(16)を経て複数のノズル
(17)より反応空間内に放出(22)される。その結
果、生成物気体(分解または反応をして固体を生成する
気体) (22)は電子および励起気体(21)により
励起され、活性化する。そしてこの活性化した気体が共
鳴空間(2)に逆流しないように絶縁物のホモジナイザ
(20)を設けて注意をした。加えて一対の電極(23
) 、 (23”)により生じた高周波電界が同時にこ
れら反応性気体に加えられる。
その結果、共鳴空間(2)と反応空間上の間には実質的
にバッファ空間(30)を有し、反応空間全体に電子お
よび励起気体(21)が降り注ぐようにして放出させて
いる。
即ち共鳴空間と被形成面とが十分離れていても(一般的
には20〜80cm)反応性気体の励起状態を持続させ
ることができるように努めた。(サイクロトロン共鳴の
みを用いる場合は基板と共鳴空間端部との距離が5〜1
5cmと短く、被膜の厚さの不均一性を誘発する。) また反応性気体を十分反応空間(1)で広げ、かつサイ
クロトロンをさせるため、反応空間(1)。
共鳴空間(2)の圧力を1 xto−”〜I Xl0−
’torr例えば3 X 10− ’ torrとした
。この圧力はターボ分子ポンプ(14)を併用して排気
系(11)のコントロールパルプ(15)により真空ポ
ンプ(9)の排気量を調整して行った。
以上のような構成を有する電子サイクロトロン共鳴型プ
ラズマCVD装置により成膜を行った後、本発明の圧力
条件でエツチングを行なう。エツチングに用いたガスは
弗化窒素(NF、NF2、NF3等のエツチング用ガス
、代表的にはNF3)である。まず反応空間の圧力を被
膜形成時の圧力以上の圧力lXl0−”〜l torr
、本実施例ではO、1torrとした。そして第1図0
8)よりNF、を100〜400cc/分、例えば20
0cc/分で供給しマイクロ波は2.45GH2の周波
数のものを200〜800W例えば400Wの出力で供
給した。磁場(5)、(5°)の共鳴強度は875±1
00ガウスの範囲で共鳴するように調整した。反応室内
および共鳴空間内壁に被着あるいは形成する被膜は、被
膜の種類、成膜速度、成膜温度等によって厚さ、被膜の
程度が異なっており、また反応室内と共鳴空間内とにお
いても差があるため本発明のエツチングは、そのような
被膜の種類や被着の程度に応じて、共鳴空間内に被着し
た被膜に重点を置いて行ったり、反応室内に被着した被
膜に重点を置く等適宜行うのが良い。また共鳴空間内の
みをエツチングすることも可能である。
以上のようなエツチングを被膜形成の前後に行えばよい
〔実施例2〕 本実施例は、第1図に示した電子サイクロトロン共鳴型
プラズマCvD装置を複数個接続して一体化し、マルチ
チャンバ方式としたものである。
このマルチチャンバ方式に関しては、本発明人の出願に
よる特許(ll5P 4.505.950  (198
5,3,19) 。
USP 4,492.716 (19B5.1.8 )
 ’)にすでに明らかである。しかしこの実施例は特に
このマルチチャンバ方式とECR法とを一体化せしめ、
従来以上に優れたマルチチャンバ方式を得ることができ
た。
第2図に従い本発明を記す。
第2図は系I、■、■、■、■を示す。ここではロード
室(系■、ビ)、第1の被膜例えばP型半導体形成用反
応系(系■)、第2の被膜例えばI型半導体形成用反応
室(系III)、第3の被膜例えばN型半導体形成用反
応系(系■)、アンロード系(系v、v’ >を有し、
複数の被膜の積層構造を有せしめるための被膜の作製例
である。そして例えばPIN接合を積層体として得るこ
とができる。
各県の室は(1’−1’)、(1”−1)、(1“−2
)、・・・(lo−5)、(1’−5”)をそれぞれ有
し、特に(1−2) 、 (1−3) 、 (1−4)
は反応空間を構成している。またロード側の空間として
(1−1’L (1−1)を有し、またアンロード側の
空間として(1−5) 、 (1−5’ ”)を有する
。ドーピング系(13−2) 、 (13−3) 、 
(13−4)を存する。さらに排気系(11)としてタ
ーボ分子ポンプ(14−1) 、 (14−2) 、・
・・(14−5)、真空ポンプ(9−1) 、 (9−
2) 、・・・(9−5)を有する。系(ビ)、(V’
)はロード、アンロード室であり、これらの図示は省略
している。
ECR用マイクロ波は系■、■、■の少なくとも1つこ
こではすべてに対しく8−2) 、 (8−3) 、 
(8−4) として設けられ、ヘルムボルツコイル(5
−2) 、 (5′−2)。
・・とじて加えられている。そして共鳴空間(2−2)
 。
(2−3) 、 (2−4)を有し、アルゴンガスまた
はこれと非生成物気体との混合ガス(18−2) 、 
(18−3) 、 (1B−4)として加えられている
それぞれのチャンバ(1−1)と(1−2)の間にはバ
ッファ空間(25−2)が設けられ、また(1−2)と
(1−3)との間にはバッファ空間(25−3)が、ま
た(1−3)と<1−4)との間にはバッファ空間(2
5−4)、さらに(1−4)と(1−5)との間にバッ
ファ空間(25−5)を有する。これらのバッファ空間
は基板(10)および基板ホルダ(筒状空間を構成する
枠構造体) (31)が所定のチャンバ(反応容器)に
て被膜形成後隣のチャンバへの移設を容品にし、また被
膜形成中において1つの空間の不純物、反応生成物が隣
の反応空間に混入しないよう気体の平均自由工程より巾
広とし、実質的にそれぞれの反応空間(1−1)、・・
・(1−5)を互いに離間させている。さらにロード室
(1−1”)とロードバッファ室<1−1)間のゲート
弁(25−1)、アンロードバッファ室(1−5)とア
ンロード室(1−5’)間のゲート弁(25−6)は基
板、基板ホルダのロード、アンロードの際、大気が反応
空間(l−2)・・・(1−4)に混入しないようにさ
せた。
以上の装置の各チャンバに対して実施例1と同様にエツ
チングを行った後PIN型光電変換装置を作成した。
系■においてP型Si、CI−X  (0<X<1)の
非単結晶半導体を形成した。即ち反応空間、高さ30c
m、巾・奥行き各35cmを有し、反応容器の内寸法は
高さ40cm、巾・奥行き各50cm、基板(20cm
X30cm、10枚)を1バッチとする。さらにこの反
応空間の圧力を3×10−’torrとし、非生生物気
体として0ωよりアルゴンを200cc/分で供給した
。加えてHisi  (CH3)z /S i Ha 
= 1/ 7とし、B、)1./SiH,=5/100
0とし、(13−2)より80cc/分で供給した。
初動の高周波エネルギは40Wの出力を用いて供給した
。マイクロ波は2.45GHzの周波数を有し、200
〜800Wの出力例えば300Wで供給した。
磁場(5−2)、 (5’−2)の共鳴強度は875±
100ガウスの範囲で共鳴するように調整した。
基板0ωはガラス基板またはこの基板上に透明導電膜が
形成されたものを用いた。
基板温度180°Cにし、光学的Eg=2.4eV電気
伝導度3 X 10−” (S c m−’)を得るこ
とができた。
系■において、■型の非単結晶半導体を形成した。即ち
アルゴンを共鳴空間に励起しく13−3)よりモノシラ
ンを80cc/分で供給した。マイクロ波出力が400
W、圧力3XIO−’torrの条件で実施した。
系■において、N型の微結晶化非単結晶半導体を形成し
た。即ちSiH4/Hz = 115〜1/40例えば
1/30、P11+/5i114=1/100とした。
ECR出力400W、圧力3 X 10− ’ tor
r、、基板温度250℃とした。すると光学的なEg=
1.65eV、電気伝導度50(Scm−’)を得るこ
とができた。特にECR方式においては、マイクロ波出
力を大きくしても基板に対するスパッタ効果がないため
、平均粒径が大きく100〜300人を存するより多結
晶化しやすく、結果として結晶化度もグロー放電プラズ
マCVD法において約50%であるものを70%にまで
高めることが可能となった。さらに希釈する水素の輩を
比較すると、グロー放電法とプラズマCvD法において
は5il14/H2=1ノ80〜1/300と大きく水
素で希釈したが、ECR法においてはSign/Hz 
=115〜1/40においても十分な微結晶構造を有す
る半導体を作ることができた。
以上のようにして得られた光電変換装置は被膜にピンホ
ール等がない均一な被膜を有しており。
そのため変換効率12.9%(1,05cJ)  (開
放電圧0.92V短絡電流密度18.4mA/cd曲線
因子0.76)を存していた。
本実施例においては、エツチングを光電変換装置作製前
に行ったが作製後に行っても良い。また被膜作製の都度
行っても良いしある程度反応室内及び共鳴空間内に被膜
が形成されてから行っても良い。
〔本発明の効果〕
以上の如く本発明の被膜作製方法によれば、電子サイク
ロトロン共鳴型プラズマCVD装置における反応室内及
び共鳴空間内壁に被着した被着物を被膜作製前に取り除
くことができるため、その被着物が粉体の如く大きな表
面積を有し、かつその粒界に界面単位が多数存在する塊
として被膜中に混在することを防ぎ、半導体の如き被膜
をミクロな面においても均質なアモルファス、セミアモ
ルファスまたはセミクリスタル構造を有する被膜とする
ことに有効であった。
また本発明に用いた弗化窒素は、エツチング終了後も化
学的に安定な気体となるため、外部に放出させても実質
的に無公害である等の利点も有している。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は本発明に用いたサイクロトロン共鳴型
プラズマCVD装置を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、膜形成すべき基板を設けた反応室と活性化すべき気
    体を活性化させプラズマ状態にさせる共鳴空間とを有す
    る電子サイクロトロン共鳴を用いた被膜形成装置におい
    て、被膜の形成前後において、被膜形成圧力以上の圧力
    状態で電子サイクロトロン共鳴を用いて、反応室及び共
    鳴空間の内壁に付着した被膜または粉体をエッチングす
    ることを特徴とする被膜作製方法。
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