JPH01102922A - 被膜作製装置 - 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】 〔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装
置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を活性化されプラズマ状
態にある気体がスパッタしてしまうため、この壁より放
出される金属等の不純物が被膜形成の際被膜中に混入し
てしまい、被膜の特性の低下即ち電気伝導度の低下等か
ら半導体装置としての特性の低下を引き起こしていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記装置の共鳴空間を構成する壁面からの活
性化されプラズマ状態にある気体のスパッタによる金属
等の不純物の形成被膜中への混入を防止することを目的
としたものである。

〔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、共鳴空間の内壁を石英で覆ったことを特徴と
する半導体装置作製装置、即ち共鳴空間を構成している
壁面を石英で覆ってしまうことにより、壁面を活性化さ
れプラズマ状態にある気体がスパッタすることを防げる
と共に、壁面を覆うものが石英であるために例えスパッ
タされても被膜の形成に影響の少ない珪素が生じるだけ
であり問題はない。

以下に本発明を実施例により詳細に説明する。

〔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。

図において共鳴空間（２）を構成する壁部は石英（５０
）によって覆われている。この石英は取り付け、取り外
し可能なものでも良い。また壁そのものを石英で作製し
ても良い。

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（工０”）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（１
０）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（ｌ゛）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１３．５６
Ｍ１１ｚ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２．４５Ｇｆｌｚ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（１
８）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）と反応空間との間には実質的
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（−船釣
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Ｉ　Ｘｌ０−’〜ｌ　Ｘｌ０−
’ｔｏｒｒ例えば３　Ｘｌ０−’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（１
１）のコントロールバルブ（１５）により真空ポンプ（
９）の排気量を調整して行った。

〔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（ＵＳＰ　４，５０５，９５０　　（１９Ｂ５
．３．１９）　、ＵＳＰ　４．４９２．７１６　（１９
８５，１，８）　）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Ｌ　ＩＩ、■、■、■を示す。ここではロー
ド室（系１．Ｉ’　）、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ｌ１ｌ）、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■、■”）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
ることがてきる。

各県の室は（１’−１’）、（１’−１）、（１’−２
）、・・・（１゛−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’　）　、　（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）を有する。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（１’）、（
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
こてはすべてに対しく８−２）　、　（８−３）　、　
（８−４）として設けられ、ヘルムホルツコイル（５−
２）　、　（５’　−２）　。

・・として加えられている。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）、　（１８−４）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易にし、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（１−２）・・・（１−４）に混入しないようにさ
せた。

以上の装置によりＰＩＮ型光電変換装置を作製した。

系■においてＰ型Ｓ　ＩＸ　Ｃ１−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３０ｃｍ、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（
２０ｃｍＸ３０ｃｍＳ１０枚）を１バツチとする。さら
にこの反応空間の圧力を３×１０”’ｔｏｒｒとし、非
生成物気体としてＯａよりアルゴンを２００　ｃ　ｃ／
分で供給した。加えてＨ，Ｓｉ　　（Ｃ）（ｓ）ｔ　／
Ｓ　１Ｈ４−１／７とし、ＢｚＨｉ／ＳｉＨ，−５／１
０００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
〜ｓｏｏｗ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０（Ｄ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℃にし、光学的Ｅｇ＝２．４ｅ■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３Ｘ１０−’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ＳｉＨｍ／Ｉｈ−１１５〜ｌ／４０例えば１／
３０、ＰＨ１／５ｉＪ（４＝１／１００とした。ＥＣＲ
出力４００Ｗ、圧力３　Ｘｌ０−’ｔｏｒｒＳ基板温度
２５０℃とした。すると光学的なＥｇ　＝　１　、６５
ｅＶ、電気伝導度５０（Ｓｃｍ−’）を得ることかでき
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
径が太きく１００〜３００人を有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量を比較する
と、グロー放電法とプラズマＣＶＤ法においては５ｉＨ
ｎ／Ｈｚ　＝１／８０〜１／３００と大きく水素で希釈
したが、ＥＣＲ法においては５ｉＨｎ／ｌｌｚ　＝１１
５〜ｌ／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％（１，０５ｃｆｆｌ）　　
（開放電圧０．９２Ｖ短絡電流密度１８．　４　ｍＡ／
ｃ＋ｆ１曲線因子０．７６）を有していた。

〔本発明の効果〕

以上の如く本発明の被膜作製装置は、電子サイクロトロ
ン共鳴型プラズマＣＶＤ装置の共鳴空間を構成する壁部
を石英で覆うという構造としたために、共鳴空間内にあ
る活性化されプラズマ状態にある気体が上記壁部に衝突
しても、直接上記壁部をスパッタするのではないため、
壁部に被着している金属等の不純物を共鳴空間に析出さ
せることにはならず、その結果形成中の被膜の中にも不
純物が混入口ないため、所期の特性を持った被膜を作る
ことができた。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の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. 　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、共鳴空間の内壁を石英で覆ったことを特徴とする被
   膜作製装置。