JPH0436449B2

JPH0436449B2 -

Info

Publication number: JPH0436449B2
Application number: JP57163730A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1982-09-20
Filing date: 1982-09-20
Publication date: 1992-06-16
Also published as: JPS5952835A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は基板上にＰ型、Ｉ型およびＮ型の導電
型を有する非単結晶半導体を層状に積層して形成
するに際し、それぞれの半導体層をそれぞれに対
応したプラズマ気相反応用反応容器で形成せし
め、かつそれぞれの反応容器を互いに連結して設
けることにより、外気（大気）にふれさせること
なく半導体層を形成せしめるプラズマ気相反応装
置に関する。

本発明は水素またはハロゲン元素が添加された
非単結晶半導体層、好ましくは珪素、ゲルマニユ
ーム、炭化珪素（SiCのみではなく、本発明にお
いてはSixC_1-x０＜ｘ＜１の総称を意味する）、珪
化ゲルマニユーム（SixGe_1-x０＜ｘ＜１）珪化
スズ（SixSn_1-x０＜ｘ＜１）であつて、この被膜
中に活性状態の水素またはハロゲン元素を充填す
ることにより、再結合中心密度の小さなPIおよ
びＮ型の導電型を有する半導体層を複数層形成
し、その積層境界にて接合例えばPN接合、PI接
合、NI接合またはPIN接合を形成するとともに、
それぞれの半導体層に他の隣接する半導体層から
の不純物が混入して接合特性を劣化させることな
く形成するとともに、またそれぞれに半導体層を
形成する工程間に大気特に酸素にふれさせて、半
導体の一部が酸化されることにより、層間絶縁物
が形成されることのないようにした連続生産を行
なうためのプラズマ気相反応用製造装置に関す
る。

さらに本発明は、かかる多数の反応容器を連結
したマルチチアンパー方式のプラズマ反応装置に
おいて、一度に多数の基板を同時にその被膜成長
速度を大きくしたいわゆる多量生産方式に関す
る。

このため、反応性気体が反応容器内のすべてに
分散してしまうことを防ぎ、基板の被形成面を利
用して、筒状の空間に被形成面を１つの側に有す
る基板を裏面を互いに密接して、一定の距離例え
ば２〜６cm代表的には３〜４cm離して平行に配列
し、この基板が林立した筒状空間においてのみプ
ラズマ放電を行なわしめ、加えて反応性気体を選
択的に導びき、結果として反応性気体の収集効率
を従来の１〜３％よりその20〜60倍の40〜70％に
まで高めたことを特徴としている。

本発明はかくの如くに反応性気体を基板が配置
されている筒状空間に林立した筒状空間に選択的
に導入せしめ、その領域に主として選択的にプラ
ズマ放電させるとともに、反応性気体をその空間
に主として選択的に流入せしめるべきガイドを設
けたことを特徴としている。さらに本発明におい
ては、かかる条件を満しながらも互いに横方向に
連結したマルチアンバー間を基板が移動するに際
し何らの支障にならないように、電極、反応性ガ
スの導入口および排気口を設け、さらに加熱赤外
線を設けたことを特徴としている。

かくの如くにマルチチアンバー方式を基本条件
としているため、それぞれの反応容器内での被膜
の特性の向上に加えて、チアンバー内壁に不要の
反応性成物が付着することを防ぎ、逆に加えて供
給した反応性気体の被膜になる割合即ち集収効率
を高めるため、チムニー（煙突）状に反応性気体
を基板の配置されている筒状空間に設け、基板の
被形成面が実質的にチムニーの内壁を構成せしめ
たことを特徴とするプラズマ気相反応装置に関す
る。

また本発明は、反応容器を積層する半導体層の
数だけ連設したプラズマ反応用製造装置に関す
る。

従来非単結晶半導体例えばアモルフアス珪素の
プラズマ気相反応において、その製造装置の放電
方式は13.56MHz等の高周波を一対の面状の平板
電極を平行平板型電極方式として設け、その一方
の電極上に被形成面を有する基板を配置させ、基
板の一主面側のみ選択的に被膜成長をさせたもの
であつた。さらにかかる方法においては、反応性
気体の導入に関しても、電極の他方より被形成面
に垂直方向にふき出す方式、また反応容器内に単
に反応性気体のガスを導入し、反応容器全体に反
応性気体を充満させ、特に反応性気体に一方方向
へのガス流を構成させることなく供給する方式が
知られている。しかしこの従来より知られている
これらの方式においては、被膜の成長速度が0.1
〜２Å／秒と小さい。特に反応性気体を反応容器
内全体に充満させる方式においては、0.1〜0.4
Å／秒ときわめて小さく、加えて反応生成物がフ
レーク状にチアンバー内壁に付着し、それらが基
板上に落下してピンホールの発生を誘発してしま
つた。

また基板を電極間に１まいのみ電極と平行に配
置し、その一主面上のみに半導体層を形成する。
このため量産性が全く十分でなく、その代表的な
応用例である太陽電池を作製した時、その製造原
価は10cm□の基板の大きさにて5000円をこえ、さ
らにその内の4000円以上は設備償却費という全く
非常識な現状であつた。

このため10cm□の基板の大きさでその10〜30倍
の生産性を同じ大きさの反応容器にて作製するた
めの製造装置が強く求められていた。

本発明はかかる目的を満たすためなされたもの
である。

半導体装置は単に真性の半導体のみではなくＰ
型、Ｎ型の半導体層をその設計事項に従つて自由
に重ね合わせて接合を有せしめ得ることがその工
学的応用を広げるものである。

このため、かかる異種導電型の半導体層を同一
反応容器で作ることは、その生産性が向上して
も、それぞれの導電型用の不純物が互いに半導体
層内でスパツタ効果により混合してしまう。その
ためPN、PI、NIまたはPIN接合を少なくとも１
つ有する半導体層を複数層積層するに際し、その
界面で接合を十分構成させようとした時、それぞ
れの導電型用の反応容器を前記したように独立分
離せしめることがきわめて重要である。

本発明はかかる分離独立方式に加えて、さらに
その不純物の混合を排除させ、接合特性の向上を
計つたものである。すなわち例えば１つのPIN接
合を積層して形成させようとする時、第１の半導
体層としてのＰ型半導体層を形成させた場合、そ
の半導体層の形成の際同時にこの不純物の吸着が
反応容器の内壁また基板ホルダー表面におきる。
本発明においてはこれら基板上の被形成面以外の
壁面、表面からの不純物の再放出を防ぎ、また供
給系、排気系からの一度吸着した反応性気体の第
２の半導体層の形成に際し、離脱混入することを
防ぐため、反応容器のみではなく、反応性気体の
供給系、排気系もそれぞれ独立に各反応容器に対
応して設けられている。また基板ホルダーに関し
ても、基板のみが実質的に反応生成物の付着被膜
化がおきるように、基板の被形成面側のみプラズ
マ化された反応性気体が導びかれるように設けて
いる。

本発明にかかる欠点を防ぐため、反応性気体の
導入口、排気口においてガイドを設け、この間の
基板の被形成面により実質的に作られた筒状空間
のみに選択的にプラズマ反応を発生せしめること
によりチアンバー（反応容器）内の全空間に反応
生成物が拡散し広がることを防いだものである。
かかる本発明の構造のプラズマ気相反応装置とす
ることにより、形成された不純物のそれぞれの半
導体層から他の半導体層への混合を排除し、その
混合部を200〜300Åと約1/10〜1/5にするととも
に、結晶学的にＰ型の半導体層上に連続してシヨ
ートレンジオーダの結晶性（秩序性）を有する真
性または実質的に真性の半導体層をも成長し得た
ことを特徴としている。またＰ、Ｎ型半導体層を
形成してPN接合を設けても、単なるオーム抵抗
特性ではなく、逆方向リークが5Vにて1μA以下
のダイオード特性を有せしめた効果を有した。

かくすることにより、その接合またその近傍に
集中している再結合中心の密度を十分小さくさせ
ることができた。即ち再結合中心は不純物の混合
によりアクセプタ、ドナーにならない価の不純
物と価の不純物が相互作用して深いトラツプレ
ベルを作るが、かかるトラツプセンタ（再結合中
心）を混合部の厚さをうすくすることにより少な
くし、また結晶学的に成長させることにより真性
半導体の不対結合手の存在濃度を従来の10¹⁸〜
10¹⁹cm^-3より約1/100の10¹⁶〜10¹⁷cm^-3にしたこと
を特徴としている。

以下に本発明の実施例を図面に従つて説明す
る。

実施例１第１図に従つて本発明のプラズマ気相反応装置
の実施例を説明する。

この図面はPI接合、NI接合、PN接合、PIN接
合、PINIP接合、NIPIN接合またはPINPIN…
…PIN接合等の基板上の半導体に異種導電型また
は同種導電型でありながらも形成される半導体の
主成分または化学量論比の異なる半導体層をそれ
ぞれの半導体層をその前の工程において形成され
た半導体層の影響を受けることを防ぐため、前の
半導体層を形成した反応容器に連設した他の独立
した反応容器で第２の半導体層を形成して、前の
半導体層上に積層して接合を作るとともに、さら
に多層に自動かつ連続的に形成するための装置で
ある。

図面においては特にPIN接合を構成する３つの
Ｐ、ＩおよびＮ型の半導体層を積層して形成する
第１および第２の予備室を有するマルチチアンパ
ー（ここでは３つの反応容器）方式のプラズマ気
相反応装置の装置例を示す。

図面における系、、は３つの各反応容器
６，７，８を有し、それぞれ独立して反応性気体
の導入手段１７，１８，１９と排気手段２０，２
１，２２とを有し、反応性気体が供給系または排
気系から逆流または他の系からの反応性気体の混
入を防いでいる。

この装置は入口側には第１の予備室５が設けら
れ、とびら４２より基板ホルダ（ホルダともい
う）７４に基板４，４′を挿着し、この予備室に
配置させた。この被形成面を有する基板は被膜形
成を行なわない裏面を互いに接し、２〜10cm好ま
しくは３〜５cmの間隙を有して林立させている。
この間隙は基板の反応性気体の流れ方向の長さが
10cm、15cm、20cmと長くなるにつれて、３〜４
cm、４〜５cm、５〜６cmと広げた。さらにこの第
１の予備室５を真空ポンプ３５にてバルブ３４を
開けて真空引をした。この後予め真空引がされて
いる反応容器６，７，８にゲート弁４４を開けて
基板およびホルダを移した。例えば予備室５より
容器６に移し、さらにゲート弁４４を閉じること
により移動させたものである。この時反応容器６
に保持されていた基板１は反応容器７に、また反
応容器７に保持されていた基板２は反応容器８
に、また反応容器８に保持されていた基板は第２
の出口側の予備室９に同時にゲート弁４５，４
６，４７を開けて移動させた。基板及びホルダを
移動させる手段は、種々ある公知のもののなかか
ら適宜採用できる。第２の予備室に移された基板
はゲート弁４７が閉じられた後４１より窒素が導
入されて大気圧にされ、４３のとびらより外に出
した。

即ちゲート弁の動きはとびら４２，４３が大気
圧で開けられた時はゲート弁４４，４５，４６，
４７は閉じられ、各チアンバーにおいてはプラズ
マ気相反応が行なわれる。また逆にとびら４２，
４３が閉じられていて予備室５，９が十分真空引
された時は、ゲート弁４４，４５，４６，４７が
開き、各チアンバーの基板、、ホルダは隣りのチ
アンバーに移動する機構を有している。

さらに反応容器内に筒状空間を構成させ、その
筒状空間内に基板を設置してプラズマ反応により
基板上に被膜を形成するものであり、第１の反応
容器で被膜形成後は基板を配設しているホルダが
第２の反応容器に移動する構造となつている。第
２の反応容器では第１の反応容器と同様ホルダの
上下をガイドによりとり囲み筒状空間を構成させ
た。そのため反応が筒状空間内で行われると、第
１の反応室内で基板上に形成した第１の膜と同様
の膜がホルダにも付着することになり、そのまま
第２の反応室にホルダを移動させてさらに第２の
膜形成を行うとホルダにも同様に第２の膜が形成
されることになる。

従つてホルダには基板上に膜形成を行う時と同
じ様な雰囲気で膜形成が行われることになる。

よつて本願発明の装置においてはホルダの内壁
には基板と同じように膜が形成されているため、
ホルダ内が膜形成面と同じような雰囲気となり例
えホルダの内壁から第１の膜が離脱したとしても
膜形成面でも同様なことが生じており、膜自体の
特性に影響を与える程度ではないため良質の膜を
形成することができる。その結果良質の半導体装
置を作成することができます。さらにプラズマが
筒状空間より外部にもれないため反応容器内壁に
膜形成がありません。そのため反応容器内の掃除
が不要となる。

系における第１の反応容器６でのＰ型半導体
層を形成する場合を以下に記す。

反応系（反応容器６を含む）は10^-3〜10torr
好ましくは0.01〜1torr例えば0.1torrとした。

反応性気体は珪化物気体２４に対してはシラン
（SinH_2o+2ｎ１特にSiH₄）、ジクロールシラン
（SiH₂Cl₂）、トリクロールシラン（SiHCl₂）、四
フツ化珪素（SiF₄）等があるが、取扱いが容易な
シランを用いた。価格的にはジクロールシランの
方が安価であり、これを用いてもよい。

本実施例のSixC_-x（０＜ｘ＜１）を形成するた
め炭化物気体２３に対してはメタン（CH₄）を用
いた。CF₄のような炭化物気体であつても、また
四塩化炭素（CCl₄）のような塩化炭素であつて
もよい。

炭化珪素（SixC_1-x０＜ｘ＜１）に対しては、
Ｐ型の不純物としてボロンを水素にて2000PPM
に希釈されたジボランより２５より供給した。ま
たガリユームをTMG（Ga（CH₃）₃）により10¹⁹〜
９×10²¹cm^-3の濃度になるように加えてもよい。

キヤリアガス３９は反応中は水素（H₂）を用
いたが、反応開始の前後は窒素（N₂）を液体窒
素により利用した。これらの反応性気体はそれぞ
れの流量計３３およびバルブ３２をヘて、反応性
気体の導入口１７より高周波電源の負電極６１を
へて反応容器６に供給された。反応性気体は７０
のガイドをへて筒状空間を構成する基板１および
ホルダ７４内に導入され、負電極６１と正電極５
１間を電気エネルギ例えば13.56MHzの高周波エ
ネルギを加えて反応せしめ、基板上に反応生成物
を被膜形成せしめた。

基板は100〜400℃例えば200℃に赤外線ヒータ
１１，１１′により加熱した。

この赤外線ヒータは赤外線イメージ炉ともい
い、棒状を有するため上方のヒータと下方のヒー
タとが互いに直交する方向に配置して、この反応
容器内における特に筒状空間を200±10℃好まし
くは±5C以内に設置した。このヒータは上側ま
たは下側のみでは反応性気体の流れ方向に200〜
120℃と80℃をも不均一を生じ、全く実用になら
なかつた。また互いに直交させることにより、基
板間の温度分布も±10℃以内とすることができ
た。この後、前記したが、この容器に前記した反
応性気体を導入し、さらに10〜50Wに高周波エネ
ルギ１４を供給してプラズマ反応をおこさせた。

かくしてＰ型半導体層はB₂H₆／SiH₄＝0.5％、
CH₄／（SiH₄＋CH₄）＝0.5の条件にて、この反応
系で約100Åの厚さを有する薄膜として形成さ
せた。Eg＝2.0eV，σ＝１×10^-4〜３×10^-3（Ω
cm）^-1であつた。

従来炭化珪素は一般に珪素のみに比べて大きな
高周波エネルギを必要とする。そのため、電界が
被形成面に垂直方向の場合、被形成面に設けられ
た透明導電膜（ITOまたは酸化スズの600〜800Å
の電極用被膜）はスパツタされて、酸化スズが金
属スズに変わつて透明でなく白濁しやすい。

そのためにはプラズマ電界を被形成面に概略平
行にすると良く、この電界による反応生成物は表
面にそつて移動するため、スパツタ効果による白
濁化は30〜50W加えても見られず、垂直電界の場
合が２〜5Wが限界だつたことに比べて、特性歩
留りおよび製造歩留りを向上させた。

基板は導体基板（ステンレス、チタン、窒化チ
タン、その他の金属）、半導体（珪素、炭化珪素、
グルマニユーム）、絶縁体（アルミナ、ガラス、
有機物質）または複合基板（ガラス絶縁基板上に
酸化スズ、ITO等の導電膜が単層またはITO上に
SnO₂が形成された２層膜が形成されたもの、絶
縁基板上に選択的に導体電極が形成されたもの、
絶縁基板上にＰまたはＮ型の半導体が形成された
もの）を用いた。本実施例のみならず本発明のす
べてにおいてこれらを総称して基板という。もち
ろんこの基板は可曲性であつてもまた固い板であ
つてもよい。

かくして１〜５分間プラズマ反応をさせて、Ｐ
型不純物としてホウ等またはガリユームが添加さ
れた炭化珪素膜を作成した。さらにこの第１の半
導体層上に基板を前記した操作順序に従つて第２
の反応容器７に移動し、ここで真性の半導体層を
約5000Åの厚さに形成させた。

すなわち第１図における反応系において、半
導体の反応性気体としてシランを２８より、また
水素等のキヤリアガスを必要に応じて２７，２６
より供給して、一対を構成する電極１８，２１に
て系と同様に高周波電源１５より13.56MHzの
高周波エネルギを供給した。基板は250℃にヒー
タ１２，１２により加熱した。反応性気体は基板
２の被形成面にそつて上方より下方に流れ、真空
ポンプ３７に至る。系において４３の出口側よ
りみたたて断面図を第２図に示す。

第２図を概説する。

第２図において反応容器７はのぞき窓４８電波
漏えい防止用銅網４９、裏側にマイクロ波供給用
の石英窓５５導波管５４、さらにマイクロ波また
はミリ波用電源５６を具備している。基板２の被
形成面にそつて平行に反応性気体２６，２７，２
８および高周波１５の電界が配されるように設け
てある。

さらに高周波に加えて1GHz以上の周波数例え
ば2.45GHzのマイクロ波が供給されている。

第２図において、反応性気体は６６より導入さ
れ、石英管導入口より網状または多孔状の電極６
７をへて導出させた。反応性気体の導出口１８、
基板２、ホルダ７４、排気口２１、一対の電極６
７，６８の相関関係については、第３図にさらに
その斜視図（前半分を切断してある）で示してい
る。

さらに好ましい例を示すと、第３図において基
板２は裏面を互いに合せてさしこみ式になつたホ
ルダ７４に垂直方向（鉛直方向）を互いに一定の
間隙例えば３cmにて平行に配置されていると良
い。ホルダは石英よりなり、上側に円板状のデイ
スクとこれに連結した基板用みぞ９５を有してい
る。デイスクは４つのサポータ８０，８０′によ
り空間に保持され、サポータ８０，８０′は軸７
９，７９′の回転に従つて回転し、その結果デイ
スクを３〜10回／分の速度で回転し、反応性気体
の均質化を促進させている。

反応性気体は導出口１８より１〜３mmの穴７３
をへて網状電極（穴約５〜10mm）６７をへて、下
方向にふき出させている。ホルダのガイド７０に
より反応性気体の８２方向への放出を防ぐため、
８１の間隙は１cm以下好ましくは２〜５mmとし
た。そして反応性気体は基板２，２の被形成面お
よび基板２をたてるためのみぞ９５を保持するた
めの壁９６とによつて、筒状に構成し、即ち煙突
状に設けられた中空を８３，８５の方向に層状に
流させると良い。石英の側壁９６はみぞ９５より
外側に10〜20mm離れて設け、反応性気体の側壁９
６でのみだれの発生を防ぎ、そのことにより基体
２の端部での被膜の膜厚の均一性をより促進させ
た。

また排気系に関しても、８４からの反応性気体
の流入を少なくし、８５を選択的に優先させるた
め、ガイド７１と基板下端との間隙を１cm以下に
合せて設けた。即ち８２，８４のガス流のコンダ
クタンスを８３，８５の約1/5以下好ましくは1/3
０〜1/100にすることにより、筒状空間に選択的に
反応性気体を導き入れた。正電極６８と基板下端
との距離はガイドの高さを調節して設けた。

さらに負電極６７と基板上端即ちデイスク７４
との距離も同様にガイド７０により調節した。

第３図より明らかな如く、電極はその外周辺側
を石英のガイド７０、上ぶた９３、ガイド７１、
下ぶた９４によつて囲まれており、電極とチアン
バー（特にステンレスチアンバー）の内壁との寄
生放電の防止に務めた。さらに反応性気体の導入
口１８の内径と負電極が概略同一の大きさを有
し、また排気口２１の内径と正電極とが概略同一
の大きさを有するため、高周波放電を行なうと、
この筒状空間即ち反応性気体の被形成面にそつて
流れて空間を優先的にプラズマ放電させている。
その結果、反応性気体のプラズマ化率がきわめて
大きくなり、ひいては反応容器（ベルジヤー）の
内壁に過剰の反応生成物がピンホール発生の原因
となるフレーク状に付着してしまうことを防ぐこ
とができた。

以上の如き第３図の構成に加えて、その番号が
対応した第２図においては、赤外線ランプ１２，
１２′が上方向、下方向に設け、基板の均質化を
促進させると良い。

第３図の構成は第１図における系，におけ
る反応容器６，８での電極、基板、ホルダ、反応
性気体導出口、排気口においても同様の構成を有
せしめた。かくして第３図において基板および基
板ホルダは何らの支障なく７７の系の方向より
到り、また７８の方向の系の方向に移動させる
ことができた。

図面では250℃において３Å／秒の成長速度を
高周波電界を20Wとしシランを30c.c.／分加えると
得ることができた。結果として従来の平行平板型
の電極方式において0.1〜１Å／秒に比べて、同
一反応容器において、例えば前者が10cm□１まい
であるのに対し、10cm□８まいを被膜の成長速度
が従来を0.5Å／秒とすると６倍になり、合計48
倍の多量生産が可能となつた。また従来50cmを作
製する空間においては、20cm×50cmの基板を間隙
５cmとし、20配列同時に可能となり、被形成面積
は実質的に20×50×20＝２×10⁴cm²と同様に８倍
にすることができ、電極間距離は従来の４cmより
25〜27cmになつたため、反応性気体のイオン化率
も向上し、被膜成長速度も４Å／秒を得ることが
できるため、結果として64倍の成長速度を実質的
に有するきわめて理想的な多量生産方式であるこ
とがわかつた。

かくして形成された半導体層は、プラズマ状態
の距離が長いため、光伝導度も２×10^-4〜７×
10^-3（Ωcm）^-1、暗伝導度３×10^-7〜１×10^-9（Ω
cm）^-1を有していた。

またかくして型半導体層を系にて約5000Å
の厚さに形成させた後、基板は前記した操作に従
つて系の反応容器８に移され、Ｎ型半導体層が
形成された。このＮ型半導体層には、第１図にお
いてフオスヒンをPH³／SiH₄＝1.0％とし３１よ
りまたシランを３０より、またキヤリアガスの水
素を２９よりSiH₄／H₂＝50として供給し系と
同様にして200Åの厚さにＮ型の微結晶性または
繊維構造を有する多結晶の半導体層を形成させた
ものである。その他反応装置については系と同
様である。

かかる工程の後、第２の予備室９より外にPIN
接合を構成して出された基板上にアルミニユーム
電極を真空蒸着法により約1μの厚さに作り、カ
ラス基板上に（ITO＋SnO₂）表面電極−（PIN半
導体）（A1裏面電極）を構成させた。

その光電変換装置としての特性は７〜９％平均
８％を10cm□の基板でAM1（100mW／cm²）にて
真性効率特性として有し、ハイブリツド型にした
15cm×40cmの基板においても、６〜７％を真性効
率で得ることができた。この効率の向上は光が入
射する側のPI接合がきわめて面的に構成され、
またアモルフアス半導体またはセミアモルフアス
半導体等の非単結晶半導体においても、Ｐ型半導
体層上にＩ型半導体層を成長積層させたことによ
るもので、また開放電圧は0.88〜0.9Vであつた
が、短絡電流は20〜22mA／cm²と大きく、また
FFも0.70〜0.78と大きく、PIN型の半導体層内部
における再結合中心の密度が従来の方法に比べ1/
１０〜1/50になつたことによる電流増加が大きな特
性改良につながつたものと推定される。

かくの如く本発明のプラズマ反応装置は形成さ
れる半導体において生産性を30〜70倍も向上さ
せ、また特性も従来の５〜７％の変換効率に比べ
30％も向上させるきわめて独創的なものである。

実施例２この実施例は実施例１の変形であり、第２図に
対応した図面を第４図に示してある。その他は第
１図〜第３図と同様である。

第４図はＩ型半導体層を形成するプラズマ反応
容器のたて断面図であり、図面において反応性気
体２６，２７，２８は導入口６６をへて導出口１
８より横方向に噴き出されている。また排出口も
２１をへて７６よりロータリーポンプ３７に至つ
ている。基板２は鉛直方向に立てて林立させ、ホ
ルダ７４により空間に保持されている。反応性気
体はガイド７０，７１により横型の筒状空間に選
択的に流れるようにしている。高周波電源１５は
角電極６７正電極７２を有し、赤外線ランプ１
２，１２′と上下に設けられ、均熱化を促進させ
た。

この実施例においては、基板２ホルダ７４の系
〜への移動が容易であるという特性を有す
る。しかし反応性気体が温度の上昇気流により上
方に多く流れ、基板の上側が厚くなりやすい。こ
のため基板を１８〜２１の方向に配置させること
が必要になるが、この作業が構造上困難であると
いう欠点を有していた。また反応性気体の飛翔距
離が基板２の横方向であり、長いため反応性気体
の導入口側と排出口側とで得られた電気特性にバ
ラツキが発生してしまい、多量生産には実施例１
と同様にすぐれたものであつたが、高品質の特性
を大面積に均質に得るという点では欠点を有して
いた。

参考例第５図は参考例を示す。

第５図Ａは実施例１の第３図に対応して図面の
概要を示したものである。第５図Ａにおいて反応
性気体の導入口６６より１８、負電極６７をへて
排気口２１、正電極６８、排気系７４に至るが、
基板２はテーパ状を有し、基板の導入口側より排
気口側に向つてせまくなり、その形成される膜の
均一化をさらに促進させたものである。

(A)においてはフレークが被形成面に弱干付着し
やすいため、(B)においては反応性気体の導出口を
下方向より排気口を上方向に設けることも可能で
ある。

かくすると、フレークが被形成面に付くことが
なく、即ちピンホールによる製造歩留りも向上
し、加えて被膜の膜質も反応性気体の流れ方向に
おいて均質な結果を得た。しかし第１図の製造装
置に比べてその生産性は約1/2になつてしまつた。

以上の本発明の実施例においては、PIN接合を
１つ有するものとした。しかしPINIP型のフオト
トランジスタ、PINPIN……PINのタンデム構造
の光電変換装置等多くの応用もその半導体層の数
に従つて反応容器をさらに連結すればよく、本発
明の技術思想において、これらも含まれることは
いうまでもない。

本発明において形成される非単結晶半導体被膜
中の結晶構造がアモルフアスであれ多結晶であ
れ、その構造には制限を受けない。本発明は形成
された複数の積層された半導体被膜がＰ型、Ｎ型
またはＩ型を少なくともPI、PNまたはNI接合を
ひとつ有する半導体であることが重要である。ま
たこの半導体としての導電特性のリーク特性の軽
減のため、その接合面においてそれぞれを混合さ
せない高品質な被膜を多量生産することが大きな
特徴である。

さらにこの珪素または炭素の不対結合手を水素
によりSi−Ｈ、Ｃ−Ｈにて中和するのではなくSi
−C1、Ｃ−C1とハロゲン化物特に塩化物気体を
用いて実施してもよいことはいうまでもなく、こ
の濃度は10原子％以下、例えば２〜５原子％が好
ましかつた。

形成させる半導体の種類に関しては、実施例１
に示したが、族のSi、Ge、SixC_1-x（０＜ｘ＜
１）、SixGe_1-x（０＜ｘ＜１）、SixSn_1-x（０＜ｘ
＜１）のみでになく、これ以外にGaAs，
GaAlAs，BP，Cds等の化合物半導体であつても
よいことはいうまでもない。

本発明で形成された炭化珪素被膜に対しフオト
エツチ技術を用いて選択的にＰまたはＮ型の不純
物を混入または拡散してPN接合を部分的に作
り、この接合を利用してトランジスタ、ダイオー
ド、Ｗ−Ｎ−Ｗ（WIDE−NALLOW−WIDE）構
造のPIN接合型の可視光レーザ、発光素子または
光電変換素子を作つてもよい。特に光入射光側の
エネルギバンド巾を大きくしたヘテロ接合構造を
有するいわゆるＷ−Ｎ（WIDE TO NALLOW）
とを各反応室にて導電型のみではなく生成物を異
ならせてそれぞれ独立して作製して積層させるこ
とが可能になり、工業的にきわめて重要なもので
あると信ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明を実施するための半導
体膜形成用製造装置の概略を示す。第３図は第２
図の装置の一部の斜視図を示す。第４図は第２図
に対応した本発明の他の実施例である。第５図は
本発明の第３図に対応した参考例である。

Claims

【特許請求の範囲】

１第１のプラズマ反応を行うための第１の反応
室と、第２のプラズマ反応を行うための第２の反
応室とがゲート弁を介して連設されており、基板
を内部に配置するためのホルダーと、該ホルダー
が反応室間を移動するための手段とを有し、各反
応室内にはそれぞれ反応室に固定された一対のガ
イドが対向して備えられていて、前記ホルダーは
ホルダー内に配設された基板の２方向を除いて完
全に周囲を取り囲んでおり、かつ各反応室内にお
いてプラズマ反応を行わしめる際に、前記一対の
ガイドが基板の前記２方向から基板を囲むことに
よりホルダーとガイドによつて得られるプラズマ
が漏れない程度の閉じた空間に基板が配置され、
該閉じた空間内においてプラズマ反応が発生する
ことを特徴とするプラズマ気相反応装置。