JPH0522375B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0522375B2 JPH0522375B2 JP57126049A JP12604982A JPH0522375B2 JP H0522375 B2 JPH0522375 B2 JP H0522375B2 JP 57126049 A JP57126049 A JP 57126049A JP 12604982 A JP12604982 A JP 12604982A JP H0522375 B2 JPH0522375 B2 JP H0522375B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- reaction
- reaction vessel
- semiconductor layer
- plasma
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/517—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using a combination of discharges covered by two or more of groups C23C16/503 - C23C16/515
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
- H10P14/24—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials using chemical vapour deposition [CVD]
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
- H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
- H10P14/3402—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
- H10P14/3404—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being Group IVA materials
- H10P14/3408—Silicon carbide
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
- H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
- H10P14/3402—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
- H10P14/3404—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being Group IVA materials
- H10P14/3411—Silicon, silicon germanium or germanium
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は形成される被膜がスパツタ（損傷）さ
れることなく、さらに非単結晶半導体といえども
基板上より結晶学的に成長（GROWTH）させる
ため、被形成面に平行に反応性気体およびプラズ
マ発生用の電界を供給せしめることを特徴として
いる。さらに本発明は反応容器にマイクロ波
（1GHz以上）を供給し、反応性気体のプラズマ化
率を高周波のみの0.1〜１％より20〜70％に大き
くすることにより、被膜の成長速度を５〜８倍に
することで量産性の向上を計ることを特徴として
いる。
れることなく、さらに非単結晶半導体といえども
基板上より結晶学的に成長（GROWTH）させる
ため、被形成面に平行に反応性気体およびプラズ
マ発生用の電界を供給せしめることを特徴として
いる。さらに本発明は反応容器にマイクロ波
（1GHz以上）を供給し、反応性気体のプラズマ化
率を高周波のみの0.1〜１％より20〜70％に大き
くすることにより、被膜の成長速度を５〜８倍に
することで量産性の向上を計ることを特徴として
いる。
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等の高周波を平行平板型電極に
供給し、その一方の電極上に被形成面を有する基
板を配置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方式においては、
被膜の成長速度が１〜2A／秒と小さい。また基
板を電極間に１まいのみ配置し、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。
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等の高周波を平行平板型電極に
供給し、その一方の電極上に被形成面を有する基
板を配置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方式においては、
被膜の成長速度が１〜2A／秒と小さい。また基
板を電極間に１まいのみ配置し、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。
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。
半導体装置は単に真性の半導体のみではなくＰ
型、Ｎ型の半導体層を重ね合わせて接合を有する
ことがその工業的応用を広げるものである。しか
し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
型用の反応容器を独立分離せしめることが極めて
重要であつた。
型、Ｎ型の半導体層を重ね合わせて接合を有する
ことがその工業的応用を広げるものである。しか
し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
型用の反応容器を独立分離せしめることが極めて
重要であつた。
さらに例えば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おきる。これら反応
容器の内壁からの再放出、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
形成に際し離脱し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るこ
とが重要であつた。
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おきる。これら反応
容器の内壁からの再放出、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
形成に際し離脱し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るこ
とが重要であつた。
しかしさらにその不純物の混合の詳細検討をす
すめた結果、これだけでは不十分であり、さらに
形成された第１の半導体層それ自体も不純物の混
入源となり得ることが明らかになつた。そのため
その上面に第２の半導体層を形成させようとする
時、この下地に対し第２の半導体層を成長させ、
下地半導体層を反応性気体が衝突するような被形
成面上に供給されてスパツタ効果を極力さけるこ
とがきわめて重要であることが判明した。
すめた結果、これだけでは不十分であり、さらに
形成された第１の半導体層それ自体も不純物の混
入源となり得ることが明らかになつた。そのため
その上面に第２の半導体層を形成させようとする
時、この下地に対し第２の半導体層を成長させ、
下地半導体層を反応性気体が衝突するような被形
成面上に供給されてスパツタ効果を極力さけるこ
とがきわめて重要であることが判明した。
即ち被形成面に対し高周波電界が垂直に加えら
れた場合、この電界によりプラズマ化された反応
性気体が下地に強く衝突する。このため第２の半
導体層を積層している時同時にその界面ではお互
いが混合し合つてしまつた。その結果従来より知
られた平行平板型電極の一方の電極面に平行に被
形成面を配向させる（すなわち電界は基板表面に
垂直）と、たとえ不純物の混合を独立反応容器方
式にて排除しても十分でなくそのお互いの混合部
は約1000〜2000Aもあることが判明した。
れた場合、この電界によりプラズマ化された反応
性気体が下地に強く衝突する。このため第２の半
導体層を積層している時同時にその界面ではお互
いが混合し合つてしまつた。その結果従来より知
られた平行平板型電極の一方の電極面に平行に被
形成面を配向させる（すなわち電界は基板表面に
垂直）と、たとえ不純物の混合を独立反応容器方
式にて排除しても十分でなくそのお互いの混合部
は約1000〜2000Aもあることが判明した。
本発明はかかる欠点を防ぐためプラズマ反応に
用いられる直流または高周波電界は被形成面に平
行にしたこと、さらに反応性気体を被形成面にそ
つて流れるように供給させ、これらの電流を加え
ることにより、不純物の混合を排除したものであ
り、その混合部を200〜300A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）が成長し得た。
用いられる直流または高周波電界は被形成面に平
行にしたこと、さらに反応性気体を被形成面にそ
つて流れるように供給させ、これらの電流を加え
ることにより、不純物の混合を排除したものであ
り、その混合部を200〜300A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）が成長し得た。
かくすることにより、その接合またはその近傍
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Ｖ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（再決合
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より約１／100の1016〜1017cm-3にすること
ができた。
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Ｖ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（再決合
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より約１／100の1016〜1017cm-3にすること
ができた。
また従来はさらに反応性気体が層流であつても
高周波（100KHz〜50MHz例えば13.56MHz）にお
いて、、そのイオン化率が１％以下であり、大部
分の反応性気体は十分プラズマ化されない。それ
は例えばSi−Ｈ、Si−Ｆ、Ｃ−Ｈ、Ｎ−Ｈ、Ge
−Ｈの結合を有する反応性気体（SiH4、SiF4、
CH4、NH3、GeH4）等において水素の結合を切
断するのに必要な周波数を供給しないことが原因
であることが判明した。即ち直流または高周波電
流は重い原子量の元素に対し運動エネルギを供給
するが、水素等の軽い元素に対し運動エネルギを
十分供給していない。このため本発明において
は、供給周波数をSi−Ｈ等の共振周波数またはそ
れに近い1GHz以上のマイクロ波を供給し、プラ
ズマイオン化率を40〜70％にまで高めることを特
徴としている。この結果、重い元素には共振周波
数より十分低いため運動エネルギを与えないた
め、被形成面上のスパツタ効果もなく、またプラ
ズマ化率が高いため、半導体被膜の成長速度が３
〜５倍にまで高めることができるという大きな効
果を有していた。
高周波（100KHz〜50MHz例えば13.56MHz）にお
いて、、そのイオン化率が１％以下であり、大部
分の反応性気体は十分プラズマ化されない。それ
は例えばSi−Ｈ、Si−Ｆ、Ｃ−Ｈ、Ｎ−Ｈ、Ge
−Ｈの結合を有する反応性気体（SiH4、SiF4、
CH4、NH3、GeH4）等において水素の結合を切
断するのに必要な周波数を供給しないことが原因
であることが判明した。即ち直流または高周波電
流は重い原子量の元素に対し運動エネルギを供給
するが、水素等の軽い元素に対し運動エネルギを
十分供給していない。このため本発明において
は、供給周波数をSi−Ｈ等の共振周波数またはそ
れに近い1GHz以上のマイクロ波を供給し、プラ
ズマイオン化率を40〜70％にまで高めることを特
徴としている。この結果、重い元素には共振周波
数より十分低いため運動エネルギを与えないた
め、被形成面上のスパツタ効果もなく、またプラ
ズマ化率が高いため、半導体被膜の成長速度が３
〜５倍にまで高めることができるという大きな効
果を有していた。
またマイクロ波エネルギの供給に関しては、本
発明人の出願になる特許願（特願昭53−152887
s53.12.10出願）が知られている。しかしかかる方
法においてはマイクロ波を反応容器の前方に配置
しているため、この前方において反応容器の内壁
に反応生成物が付着してしまう量が大きかつた。
エツチングにマイクロ波を用いる場合、反応性気
体を分解して気体にするのみであるため、マイク
ロ波を反応容器への気体の導入する側に配設して
も可である。しかし被膜形成の場合はそこの反応
性気体の分解、反応による反応生成物が固体であ
るためマイクロ波を反応容器の前方（ガス導入
側）に配設することができない。このため本発明
においては、反応容器内にランダムにマイクロ波
の電波が供給されるように、容器自体に石英また
はアルミナの窓を介し導波管を連結して設けたも
のである。かくすることにより反応性気体が分
解、反応して基板上に被膜形成する空間である反
応容器内に全体にマイクロ波が供給され、そこで
の反応性気体の活性化、イオン化を促し、そのす
ぐ近くに配置された被膜の基板上に被膜形成をさ
せることができた。そのため供給反応性気体の被
形成面上に形成される半導体層に有効利用される
半導体元素の量は従来１〜３％であつたものを、
本発明においては20〜40％にまで高めることがで
きた。
発明人の出願になる特許願（特願昭53−152887
s53.12.10出願）が知られている。しかしかかる方
法においてはマイクロ波を反応容器の前方に配置
しているため、この前方において反応容器の内壁
に反応生成物が付着してしまう量が大きかつた。
エツチングにマイクロ波を用いる場合、反応性気
体を分解して気体にするのみであるため、マイク
ロ波を反応容器への気体の導入する側に配設して
も可である。しかし被膜形成の場合はそこの反応
性気体の分解、反応による反応生成物が固体であ
るためマイクロ波を反応容器の前方（ガス導入
側）に配設することができない。このため本発明
においては、反応容器内にランダムにマイクロ波
の電波が供給されるように、容器自体に石英また
はアルミナの窓を介し導波管を連結して設けたも
のである。かくすることにより反応性気体が分
解、反応して基板上に被膜形成する空間である反
応容器内に全体にマイクロ波が供給され、そこで
の反応性気体の活性化、イオン化を促し、そのす
ぐ近くに配置された被膜の基板上に被膜形成をさ
せることができた。そのため供給反応性気体の被
形成面上に形成される半導体層に有効利用される
半導体元素の量は従来１〜３％であつたものを、
本発明においては20〜40％にまで高めることがで
きた。
以下に本発明の実施例を図面に従つて説明す
る。
る。
実施例 １
第１図に従つて本発明のプラズマ気相反応方法
の実施例を説明する。
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
は同種導電型の半導体層をそれぞれの半導体層を
その前に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。
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
は同種導電型の半導体層をそれぞれの半導体層を
その前に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３つの半導体層
を積層して形成するプラズマ気相反応装置の装置
例を示す。
を積層して形成するプラズマ気相反応装置の装置
例を示す。
図面における３つの各反応容器６，７，８はそ
れぞれ独立して反応性気体の導入手段１７，１
８，１９と排気手段２０，２１，２２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
混入することをも防いでいる。
れぞれ独立して反応性気体の導入手段１７，１
８，１９と排気手段２０，２１，２２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
混入することをも防いでいる。
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よりボート（図示せず）上に基板
４，４′を挿着し、この予備室に配置させた。さ
らにこの予備室５を真空ポンプ３５にて真空引を
した。この被形成面を有する基板は裏面を互いに
接し、３〜５cmの間隙を有して林立させている。
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、ボートをプラズ
マ反応容器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の基板１は反応容器７に、また反応容器７
の基板１は反応容器８に、また反応容器８の基板
は第２の出口側の予備室９に同時にゲート弁４
５，４６，４７を開けて移動される。第２の予備
室に移された基板はゲート弁４７が閉られた後４
１より窒素が導入されて大気圧にされ、４３のと
びらより外に出される。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、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４４，４５，４
６，４７が開く機構を有している。
れ、とびら４２よりボート（図示せず）上に基板
４，４′を挿着し、この予備室に配置させた。さ
らにこの予備室５を真空ポンプ３５にて真空引を
した。この被形成面を有する基板は裏面を互いに
接し、３〜５cmの間隙を有して林立させている。
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、ボートをプラズ
マ反応容器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の基板１は反応容器７に、また反応容器７
の基板１は反応容器８に、また反応容器８の基板
は第２の出口側の予備室９に同時にゲート弁４
５，４６，４７を開けて移動される。第２の予備
室に移された基板はゲート弁４７が閉られた後４
１より窒素が導入されて大気圧にされ、４３のと
びらより外に出される。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、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４４，４５，４
６，４７が開く機構を有している。
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。
層を形成する場合を以下に記す。
反応系（容器６を含む）は10-3〜10torr好ま
しくは0.01〜ltorrとした。
しくは0.01〜ltorrとした。
反応性気体は珪化物気体２４に対してはシラン
（SinH2o+2特にSiH）、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。
（SinH2o+2特にSiH）、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SiXC1-〓（０＜ｘ＜１）を形成する
ため炭化物気体１３に対してはメタン（CH4）、
エタン（C2H6）、プロパン（C3H8）のような炭
化水素であつても、また四塩化炭素（CCl4）の
ような塩化炭素であつてもよい。
ため炭化物気体１３に対してはメタン（CH4）、
エタン（C2H6）、プロパン（C3H8）のような炭
化水素であつても、また四塩化炭素（CCl4）の
ような塩化炭素であつてもよい。
炭化珪素に対しては、Ｐ型の不純物としてボロ
ンをジボランにより、またガリユームをTMG
（Ga（CH3）3）により1016〜９×1020cm-3の濃度に
なるように加えた。本実施例ではTMGを用い、
GaをＰ型用不純物として、またCH4をSixC1-〓
（０＜ｘ＜１）用に２５より供給した。
ンをジボランにより、またガリユームをTMG
（Ga（CH3）3）により1016〜９×1020cm-3の濃度に
なるように加えた。本実施例ではTMGを用い、
GaをＰ型用不純物として、またCH4をSixC1-〓
（０＜ｘ＜１）用に２５より供給した。
キヤリアガス２３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をへて反応容器６
に供給させた。反応系は最初容器の内壁表面に付
着した酸素等を300〜500℃に加熱して除去した。
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をへて反応容器６
に供給させた。反応系は最初容器の内壁表面に付
着した酸素等を300〜500℃に加熱して除去した。
基板を100〜400℃例えば200℃にヒータ１１に
より加熱した。この後この容器に前記した反応性
気体を導入し、所定の圧力例えば0.1torrとし、
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。
より加熱した。この後この容器に前記した反応性
気体を導入し、所定の圧力例えば0.1torrとし、
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。
このＰ型半導体層はこの反応系で形成される
が、約100Aの厚さを有する薄膜であるが、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。しかしこの場合その被形成面
である透明導電膜はきわめてスパツタされやす
く、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。
が、約100Aの厚さを有する薄膜であるが、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。しかしこの場合その被形成面
である透明導電膜はきわめてスパツタされやす
く、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。
しかしこの実施例に示される示く、プラズマ電
界を被形成面に平行にすると、この電界により反
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
べて製造歩留りを向上させた。
界を被形成面に平行にすると、この電界により反
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、
ゲルマニユーム）、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。
タン、その他の金属）、半導体（珪素、炭化珪素、
ゲルマニユーム）、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。
以下の実施例においてはガラス基板上に透明導
電膜が形成された基板上にＰ型半導体層（約
100A）、Ｉ型半導体層（約5000A）Ｎ型半導体層
（約200A）を形成する場合を詳述する。
電膜が形成された基板上にＰ型半導体層（約
100A）、Ｉ型半導体層（約5000A）Ｎ型半導体層
（約200A）を形成する場合を詳述する。
第１図に示した反応系において、プラズマグロ
ー放電法を用いた特にＰ型半導体層は広いEgと
するため、炭化珪素半導体を形成し、その他に珪
素膜を形成したものである。基板１はボート（例
えば石英）２に対して林立させた。
ー放電法を用いた特にＰ型半導体層は広いEgと
するため、炭化珪素半導体を形成し、その他に珪
素膜を形成したものである。基板１はボート（例
えば石英）２に対して林立させた。
基板は200μ〜２mmの厚さの10cmを本実施例に
おいては用いた。この基板を反応容器６に封じ
た。この反応容器は１〜20MHz、特に13.56MHz
の高周発生源１４の高周波エネルギを１対を成す
電極１７，２０により反応性気体を励起、反応ま
たは加熱できるようにしている。この電極１７は
反応性気体２３，２４，２５の導入口を、また電
極２０は排出口を兼ねている。さらにその外側に
抵抗加熱または赤外線イメージ炉によるヒータ１
１を設置している。排気はバルブ３４を経て、真
空ポンプ３０を経てなされる。反応性気体は電極
１７の下方の１ｍｎの開穴が多数あけられて電極
の穴より噴出し基板１の被形成面と平行方向の電
界を有する高周波誘導エネルギによりプラズマ化
される。
おいては用いた。この基板を反応容器６に封じ
た。この反応容器は１〜20MHz、特に13.56MHz
の高周発生源１４の高周波エネルギを１対を成す
電極１７，２０により反応性気体を励起、反応ま
たは加熱できるようにしている。この電極１７は
反応性気体２３，２４，２５の導入口を、また電
極２０は排出口を兼ねている。さらにその外側に
抵抗加熱または赤外線イメージ炉によるヒータ１
１を設置している。排気はバルブ３４を経て、真
空ポンプ３０を経てなされる。反応性気体は電極
１７の下方の１ｍｎの開穴が多数あけられて電極
の穴より噴出し基板１の被形成面と平行方向の電
界を有する高周波誘導エネルギによりプラズマ化
される。
かくして１〜５分間プラズマ反応をさせて、Ｐ
型不純物としてガリユームが添加された炭化珪素
膜を作製した。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5000Aの厚
さに形成させた。
型不純物としてガリユームが添加された炭化珪素
膜を作製した。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5000A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。
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マイクロ波電源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２６，２７，２８および高周波１５の電界
が配されるように設けてある。
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マイクロ波電源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２６，２７，２８および高周波１５の電界
が配されるように設けてある。
マイクロ波供給用の導波管が反応容器の側面に
取り付けられ、マイクロ波の進行方向に反応空
間、つまり基板を配設させている。このため基板
または基板近傍でプラズマが生じることになる。
取り付けられ、マイクロ波の進行方向に反応空
間、つまり基板を配設させている。このため基板
または基板近傍でプラズマが生じることになる。
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。
ば2.45GHzのマイクロ波が供給されている。
被膜の成長速度は第３図に示してあるが、やは
りマイクロ波の供給方向を基板の被形成面と平行
に配置させ、マイクロ波が基板により遮蔽される
ことがなく、反応空間全体に広がるようにした。
さらにマイクロ波エネルギと高周波エネルギとを
加えた場合は６１、マイクロ波エネルギのみでは
６２、または高周波エネルギのみの場合には６３
が得られた。すなわちマイクロ波エネルギの供給
は被膜形成速度を極めて大きくすることが判明し
た。また基板に単に抵抗加熱のみしたのでは珪素
半導体被膜は成長しないことがわかつた。加えて
図面より明らかな如く、マイクロ波エネルギによ
る励起はその成長速度を増加させるのに効果がき
わめてあることがわかつた。
りマイクロ波の供給方向を基板の被形成面と平行
に配置させ、マイクロ波が基板により遮蔽される
ことがなく、反応空間全体に広がるようにした。
さらにマイクロ波エネルギと高周波エネルギとを
加えた場合は６１、マイクロ波エネルギのみでは
６２、または高周波エネルギのみの場合には６３
が得られた。すなわちマイクロ波エネルギの供給
は被膜形成速度を極めて大きくすることが判明し
た。また基板に単に抵抗加熱のみしたのでは珪素
半導体被膜は成長しないことがわかつた。加えて
図面より明らかな如く、マイクロ波エネルギによ
る励起はその成長速度を増加させるのに効果がき
わめてあることがわかつた。
図面で250℃において1.0A／秒を６６で得た
が、マイクロ波のみ200W加えた場合６５が、ま
たそれに高周波電界を10W加えると６４が得られ
その成長速度は７倍になつていることがわかつ
た。このため従来に比べてマイクロ波を併用する
と多量生産性がきわめてすぐれ、またマイクロ波
は500W以上加えても被膜のスパツタ効果がみら
れず、例えばガラス表面部に層のみを作つてお
くと２〜10×10-3（Ωcm）-1の光伝導度（AMIに
て）また10-8〜10-9（Ωcm）-1の暗伝導度を得、き
わめて理想的な層を作ることができた。
が、マイクロ波のみ200W加えた場合６５が、ま
たそれに高周波電界を10W加えると６４が得られ
その成長速度は７倍になつていることがわかつ
た。このため従来に比べてマイクロ波を併用する
と多量生産性がきわめてすぐれ、またマイクロ波
は500W以上加えても被膜のスパツタ効果がみら
れず、例えばガラス表面部に層のみを作つてお
くと２〜10×10-3（Ωcm）-1の光伝導度（AMIに
て）また10-8〜10-9（Ωcm）-1の暗伝導度を得、き
わめて理想的な層を作ることができた。
すなわち周波数が高いため、反応性気体が運動
エネルギを得て被形成面を損傷してしまうことが
なく、きれいな下地との接合を作ることができ
た。
エネルギを得て被形成面を損傷してしまうことが
なく、きれいな下地との接合を作ることができ
た。
またこの実施例においては、Ｐ型用不純物を多
く再放出しにくいガリユームを用いたこと、また
特に本発明が基板表面をスパツタさせないため、
その界面は従来の1000〜2000Aの厚さではなく、
100〜200Aの厚さしかなかつた。これはＰ層の不
純物が1020cm-3とし、層中のドーピングが１×
1016cm-3になるまでの巾としてIMA（イオン マ
イクロ プロープ アナライザ）によつて調べた
結果である。
く再放出しにくいガリユームを用いたこと、また
特に本発明が基板表面をスパツタさせないため、
その界面は従来の1000〜2000Aの厚さではなく、
100〜200Aの厚さしかなかつた。これはＰ層の不
純物が1020cm-3とし、層中のドーピングが１×
1016cm-3になるまでの巾としてIMA（イオン マ
イクロ プロープ アナライザ）によつて調べた
結果である。
またかくして型半導体層を系にて約5000A
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／SiH41.0％とし３１より
またシランを３０より、またキヤリアガスを２９
より供給し、係と同様にして200Aの厚さにＮ
型半導体層を形成させたものである。
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／SiH41.0％とし３１より
またシランを３０より、またキヤリアガスを２９
より供給し、係と同様にして200Aの厚さにＮ
型半導体層を形成させたものである。
かくして第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、ガラス基板
上に（ITO＋SnO）裏面電極（PIN半導体）（Al
裏面電極）を構成させた。
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、ガラス基板
上に（ITO＋SnO）裏面電極（PIN半導体）（Al
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10〜12％平均
11％をAMI（100ｍＷ／cm2）にて有し、ハイプリ
ツド型にした10cmにおいても８〜９％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接合がきわめて平面的に構成され、
また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。
11％をAMI（100ｍＷ／cm2）にて有し、ハイプリ
ツド型にした10cmにおいても８〜９％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接合がきわめて平面的に構成され、
また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10〜30倍も向上さ
せ、また特性も従来の５〜８％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。
れる半導体において生産性を10〜30倍も向上さ
せ、また特性も従来の５〜８％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。
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本発明においては可能であ
る。
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本発明においては可能であ
る。
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場合に極めて有効であ
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
混合させないことが大きな効果である。
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場合に極めて有効であ
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
混合させないことが大きな効果である。
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
−Cl、Ｃ−Clとハロゲン化物特に塩化性気体を用
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モル％以下、例えば２〜５モル％が好まし
かつた。
によりSi−Ｈ、Ｃ−Ｈにて中和するのではなくSi
−Cl、Ｃ−Clとハロゲン化物特に塩化性気体を用
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モル％以下、例えば２〜５モル％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、Sixc1-X（０＜Ｘ＜
１）、SixGe1-X（０＜Ｘ＜１）、SixSn1-X（０＜Ｘ
＜１）のみではなく、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。
に示したが、族のSi、Ge、Sixc1-X（０＜Ｘ＜
１）、SixGe1-X（０＜Ｘ＜１）、SixSn1-X（０＜Ｘ
＜１）のみではなく、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
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。
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
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。
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１
図の製造装置によつて得られた珪素半導体被膜の
特性である。
体膜形成用製造装置の概略を示す。第３図は第１
図の製造装置によつて得られた珪素半導体被膜の
特性である。
Claims (1)
- １ 減圧下に保持され複数の基板が配設された反
応容器内に導入された反応性気体をプラズマ反応
せしめるプラズマ気相反応方法であつて、前記反
応容器内に石英またはアルミナの窓を介して導波
管より前記複数の基板の面と平行にマイクロ波エ
ネルギを供給し、かつ高周波エネルギをその電界
方向を前記複数の基板の面と平行にして供給する
ことを特徴とするプラズマ気相反応方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57126049A JPS5916329A (ja) | 1982-07-19 | 1982-07-19 | プラズマ気相反応装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57126049A JPS5916329A (ja) | 1982-07-19 | 1982-07-19 | プラズマ気相反応装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5916329A JPS5916329A (ja) | 1984-01-27 |
| JPH0522375B2 true JPH0522375B2 (ja) | 1993-03-29 |
Family
ID=14925378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57126049A Granted JPS5916329A (ja) | 1982-07-19 | 1982-07-19 | プラズマ気相反応装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5916329A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3221025B2 (ja) * | 1991-12-19 | 2001-10-22 | ソニー株式会社 | プラズマプロセス装置 |
| JP3073327B2 (ja) * | 1992-06-30 | 2000-08-07 | キヤノン株式会社 | 堆積膜形成方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5578524A (en) * | 1978-12-10 | 1980-06-13 | Shunpei Yamazaki | Manufacture of semiconductor device |
| JPS6029295B2 (ja) * | 1979-08-16 | 1985-07-10 | 舜平 山崎 | 非単結晶被膜形成法 |
| JPS5772317A (en) * | 1980-10-24 | 1982-05-06 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Manufacture of covering film |
-
1982
- 1982-07-19 JP JP57126049A patent/JPS5916329A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5916329A (ja) | 1984-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7741144B2 (en) | Plasma treatment between deposition processes | |
| US4543267A (en) | Method of making a non-single-crystalline semi-conductor layer on a substrate | |
| US7464663B2 (en) | Roll-vortex plasma chemical vapor deposition system | |
| US7919398B2 (en) | Microcrystalline silicon deposition for thin film solar applications | |
| US20080173350A1 (en) | Multi-junction solar cells and methods and apparatuses for forming the same | |
| US20080264480A1 (en) | Multi-junction solar cells and methods and apparatuses for forming the same | |
| US20090130827A1 (en) | Intrinsic amorphous silicon layer | |
| JPS6043819A (ja) | 気相反応方法 | |
| JPH0522375B2 (ja) | ||
| JP3262899B2 (ja) | マイクロ波プラズマｃｖｄ法により大面積の機能性堆積膜を連続的に形成する方法及び装置 | |
| JPS5916328A (ja) | プラズマ気相反応装置 | |
| JPH08195348A (ja) | 半導体装置製造装置 | |
| JPH0562919A (ja) | セミアモルフアス半導体材料 | |
| JPH0458173B2 (ja) | ||
| JPH03183125A (ja) | プラズマ気相反応方法 | |
| Takagi et al. | Large area multi-zone type VHF-PCVD system for a-Si and/spl mu/c-Si deposition | |
| JPH0436448B2 (ja) | ||
| JPH06267870A (ja) | 堆積膜形成方法および装置 | |
| JPH0732141B2 (ja) | 炭素膜作製方法 | |
| JPH0522376B2 (ja) | ||
| JPS60111414A (ja) | プラズマ気相反応方法およびその製造装置 | |
| JPH08321471A (ja) | 被膜作製方法 | |
| JPH03146673A (ja) | 薄膜堆積法及び薄膜堆積装置 | |
| JPH0436449B2 (ja) | ||
| JPH0344148B2 (ja) |