JPH10209059A - 被膜作製方法 - Google Patents
被膜作製方法Info
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- JPH10209059A JPH10209059A JP10050061A JP5006198A JPH10209059A JP H10209059 A JPH10209059 A JP H10209059A JP 10050061 A JP10050061 A JP 10050061A JP 5006198 A JP5006198 A JP 5006198A JP H10209059 A JPH10209059 A JP H10209059A
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Classifications
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＣＶＤ法で良質な珪素を含む半導体被膜を作
製する。 【構成】 ステンレスボンベに充填された珪化物気体を
反応室に導入し、該反応室をターボ分子ポンプを用いて
減圧して、酸素及び炭素がＳＩＭＳ（二次イオン分析
法）による測定で５×１０18ｃｍ-3以下の濃度である珪
素を含むＩ型の半導体被膜を形成する。
製する。 【構成】 ステンレスボンベに充填された珪化物気体を
反応室に導入し、該反応室をターボ分子ポンプを用いて
減圧して、酸素及び炭素がＳＩＭＳ（二次イオン分析
法）による測定で５×１０18ｃｍ-3以下の濃度である珪
素を含むＩ型の半導体被膜を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は気相反応被膜作製装置お
よび作製方法に関する。本発明は反応性気体を用いて被
膜作製を行うに際し、非酸化物の被膜を作製するに関し
て、排気系においてタ−ボ分子ポンプを用いて気相反応
（以下CVD という）を行なわしめることにより、被膜中
の酸素の混入量を1 ×1019cm-3以下の濃度とさせる気相
反応装置およびその作製方法に関する。本発明は非酸素
系被膜の作製において、その排気系よりの大気の逆流を
防ぐため、油回転方式のロ−タリ−ポンプ、メカニカル
ブ−スタ−ポンプ等の不連続回転方式の真空ポンプ（以
下単に真空ポンプまたはVPという）のみを用いるのでは
なく、連続排気方式のタ−ボ分子ポンプ（以下単にタ−
ボ分子ポンプまたはTPという）を反応容器と真空ポンプ
との間に介在させて、排気系からの大気の逆流を防止し
たことを特徴とする。
よび作製方法に関する。本発明は反応性気体を用いて被
膜作製を行うに際し、非酸化物の被膜を作製するに関し
て、排気系においてタ−ボ分子ポンプを用いて気相反応
（以下CVD という）を行なわしめることにより、被膜中
の酸素の混入量を1 ×1019cm-3以下の濃度とさせる気相
反応装置およびその作製方法に関する。本発明は非酸素
系被膜の作製において、その排気系よりの大気の逆流を
防ぐため、油回転方式のロ−タリ−ポンプ、メカニカル
ブ−スタ−ポンプ等の不連続回転方式の真空ポンプ（以
下単に真空ポンプまたはVPという）のみを用いるのでは
なく、連続排気方式のタ−ボ分子ポンプ（以下単にタ−
ボ分子ポンプまたはTPという）を反応容器と真空ポンプ
との間に介在させて、排気系からの大気の逆流を防止し
たことを特徴とする。
【０００２】本発明の非酸化物被膜例えば非単結晶珪素
を、反応性気体であるシラン（SinH2n+2 ｎ≧１）を用
いて形成するに際し、その被膜中の酸素の量を５×1018
cm-3以下好ましくは１×1018cm-3以下とするため、排気
系からの逆流を防ぐことを目的としている。
を、反応性気体であるシラン（SinH2n+2 ｎ≧１）を用
いて形成するに際し、その被膜中の酸素の量を５×1018
cm-3以下好ましくは１×1018cm-3以下とするため、排気
系からの逆流を防ぐことを目的としている。
【０００３】本発明はかかる排気系をTPを反応室とVPと
の間に反応中の圧力調整用のバルブを経て介在させるこ
とにより、反応室内は0.05〜10torrの間の圧力範囲でプ
ラズマ気相反応（PCVDという、光CVD （Photo CVD とい
う）またはこれらを併用した方法（以下単にCVD 法とし
て総称する）を用いて被膜形成を行い、かつ圧力調整バ
ルブ下は１×10-2torr以下（一般には10-4〜10-6torr）
の圧力として保持し、TPを作用させるため、反応系はこ
の排気系よりも高い圧力（１×10-2torr以上即ち0.05〜
10torr）で保持して被膜形成を行うことを目的としてい
る。
の間に反応中の圧力調整用のバルブを経て介在させるこ
とにより、反応室内は0.05〜10torrの間の圧力範囲でプ
ラズマ気相反応（PCVDという、光CVD （Photo CVD とい
う）またはこれらを併用した方法（以下単にCVD 法とし
て総称する）を用いて被膜形成を行い、かつ圧力調整バ
ルブ下は１×10-2torr以下（一般には10-4〜10-6torr）
の圧力として保持し、TPを作用させるため、反応系はこ
の排気系よりも高い圧力（１×10-2torr以上即ち0.05〜
10torr）で保持して被膜形成を行うことを目的としてい
る。
【０００４】さらに本発明はかかるプラズマCVD 装置を
反応室を複数ケ連結し、それぞれの反応室にてＰ型非単
結晶半導体、Ｉ型非単結晶半導体およびＮ型非単結晶半
導体を基板上に積層して、PIN 接合を構成する半導体装
置の作製方法に関する。
反応室を複数ケ連結し、それぞれの反応室にてＰ型非単
結晶半導体、Ｉ型非単結晶半導体およびＮ型非単結晶半
導体を基板上に積層して、PIN 接合を構成する半導体装
置の作製方法に関する。
【０００５】
【従来の技術】従来、CVD 装置例えばPCVD装置において
は、反応系の圧力が0.05〜10torrと高い圧力のため、そ
の排気系等はVPのみが用いられ、それ以上の真空度を発
生させるTP等を設けることが全く不可能とされていた。
しかし本発明人はかかるPCVD装置において、排気系がVP
のみではこのVPが不連続の回転運動をするため、空気と
接触している大気圧の排気系からの大気（特に酸素）が
逆流し、さらにこの大気の一部が油中に混入し、ここか
ら再気化することにより反応容器内に逆流してしまうこ
とが判明した。さらにこのため、この逆流により酸素が
形成する被膜内に混入し、例えば珪素膜を作製する場合
その被膜内に酸素が３×1019〜２×1020cm-3の濃度に混
入してしまった。
は、反応系の圧力が0.05〜10torrと高い圧力のため、そ
の排気系等はVPのみが用いられ、それ以上の真空度を発
生させるTP等を設けることが全く不可能とされていた。
しかし本発明人はかかるPCVD装置において、排気系がVP
のみではこのVPが不連続の回転運動をするため、空気と
接触している大気圧の排気系からの大気（特に酸素）が
逆流し、さらにこの大気の一部が油中に混入し、ここか
ら再気化することにより反応容器内に逆流してしまうこ
とが判明した。さらにこのため、この逆流により酸素が
形成する被膜内に混入し、例えば珪素膜を作製する場合
その被膜内に酸素が３×1019〜２×1020cm-3の濃度に混
入してしまった。
【０００６】このため、かかる被膜に水素または弗素が
添加されて、珪素半導体であるべきものが低級酸化珪素
といってもよいようなものになってしまった。
添加されて、珪素半導体であるべきものが低級酸化珪素
といってもよいようなものになってしまった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる欠点を
防ぐことを目的としている。
防ぐことを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、図１にその装
置の概要を示す。即ち、反応性気体を導入するド−ピン
グ系（50）反応容器（51）排気系（52）を有する。反応
容器は内側に絶縁物で内面が形成された反応空間を有す
る二重反応容器型として半導体層を形成し、さらに加え
てＰ型半導体（図面では系Ａ），Ｉ型半導体（図面では
系Ｃ）およびＮ型半導体と積層して接合を基板上に形成
するに際し、それぞれの反応容器を分離部（図面では系
Ｂ）を介して連結せしめたマルチチャンバ方式のPCVD法
を図１に示すごとくに提案するにある。
置の概要を示す。即ち、反応性気体を導入するド−ピン
グ系（50）反応容器（51）排気系（52）を有する。反応
容器は内側に絶縁物で内面が形成された反応空間を有す
る二重反応容器型として半導体層を形成し、さらに加え
てＰ型半導体（図面では系Ａ），Ｉ型半導体（図面では
系Ｃ）およびＮ型半導体と積層して接合を基板上に形成
するに際し、それぞれの反応容器を分離部（図面では系
Ｂ）を介して連結せしめたマルチチャンバ方式のPCVD法
を図１に示すごとくに提案するにある。
【０００９】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の形成により、再結合中心密度の
小さなP,ＩおよびＮ型の導電型を有する半導体層を形成
し、その積層境界にて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を防ぎ、またそれ
ぞれの半導体層を形成する工程間に、大気特に酸素に触
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う
ためのプラズマ気相反応に関する。
れた非単結晶半導体層の形成により、再結合中心密度の
小さなP,ＩおよびＮ型の導電型を有する半導体層を形成
し、その積層境界にて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を防ぎ、またそれ
ぞれの半導体層を形成する工程間に、大気特に酸素に触
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う
ためのプラズマ気相反応に関する。
【００１０】さらに本発明は、かかる反応容器をそれぞ
れの反応においては独立として多数連結したマルチチャ
ンバ方式のプラズマ反応方法において、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。本発明は10cm×10cmまたは電極方向
に10〜50cm例えば40cmを有するとともに、巾15〜120 cm
例えば60cmの基板（40cm×60cmまたは20cm×60cmを１バ
ッチ20枚配設）を用いた。
れの反応においては独立として多数連結したマルチチャ
ンバ方式のプラズマ反応方法において、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。本発明は10cm×10cmまたは電極方向
に10〜50cm例えば40cmを有するとともに、巾15〜120 cm
例えば60cmの基板（40cm×60cmまたは20cm×60cmを１バ
ッチ20枚配設）を用いた。
【００１１】図１、図２においては、反応性気体の導入
手段、排気手段を有し、これらを供給ノズル、排気ノズ
ルを設け、この絶縁フ−ドよりも内側に相対させて一対
の電極（61),(51)または（62),(52)および反応性気体の
供給ノズル（17),(18)および排気ノズル（17' ),(18')
を配設した。即ち、電極の外側をフ−ドの絶縁物で包む
構造（39),(39') とした。さらにこのフ−ド間の反応空
間を閉じ込めるため、外側周辺を絶縁物（38),(38') で
取り囲んだ。
手段、排気手段を有し、これらを供給ノズル、排気ノズ
ルを設け、この絶縁フ−ドよりも内側に相対させて一対
の電極（61),(51)または（62),(52)および反応性気体の
供給ノズル（17),(18)および排気ノズル（17' ),(18')
を配設した。即ち、電極の外側をフ−ドの絶縁物で包む
構造（39),(39') とした。さらにこのフ−ド間の反応空
間を閉じ込めるため、外側周辺を絶縁物（38),(38') で
取り囲んだ。
【００１２】また、図２に図１の断面を示す図面を示す
が、反応容器の前（図面左側) 後（図面右側）に開閉扉
を設け、この扉の内面にハロゲンランプ等による加熱手
段（13),(13'）を設けた。以下に本発明の実施例を図面
に従って説明する。
が、反応容器の前（図面左側) 後（図面右側）に開閉扉
を設け、この扉の内面にハロゲンランプ等による加熱手
段（13),(13'）を設けた。以下に本発明の実施例を図面
に従って説明する。
【００１３】
〔実施例１〕図１、図２に従っ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、PIN 接
合、PIP 接合、NIN 接合またはPINPIN・・・PIN 接合等
の基板上の半導体に、異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工程において形成され
た半導体層の影響（混入）を受けずに積層させるための
多層に自動かつ連続的に形成するための装置である。
反応装置の実施例を説明する。 この図面は、PIN 接
合、PIP 接合、NIN 接合またはPINPIN・・・PIN 接合等
の基板上の半導体に、異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工程において形成され
た半導体層の影響（混入）を受けずに積層させるための
多層に自動かつ連続的に形成するための装置である。
【００１４】図面においてはPIN 接合を構成する複数の
反応系の一部を示している。即ち、P,ＩおよびＮ型の半
導体層を積層して形成する３つの反応系の２つ（Ａ、
Ｃ）とさらに第１の予備室および移設用のバッファ室
（Ｂ）を有するマルチチャンバ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Ａ、Ｂ、Ｃは、２
つの各反応容器（101 ),(103）およびバッファ室（102
）を有し、それぞれの反応容器間に分離部（44),(45),
(46),(47)を有している。またそれぞれ独立して、反応
性気体の供給ノズル（17),(18 ）と排気ノズル（17'),
(18')とを有し、反応性気体が供給系から排気系に層流
になるべく設けている。
反応系の一部を示している。即ち、P,ＩおよびＮ型の半
導体層を積層して形成する３つの反応系の２つ（Ａ、
Ｃ）とさらに第１の予備室および移設用のバッファ室
（Ｂ）を有するマルチチャンバ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Ａ、Ｂ、Ｃは、２
つの各反応容器（101 ),(103）およびバッファ室（102
）を有し、それぞれの反応容器間に分離部（44),(45),
(46),(47)を有している。またそれぞれ独立して、反応
性気体の供給ノズル（17),(18 ）と排気ノズル（17'),
(18')とを有し、反応性気体が供給系から排気系に層流
になるべく設けている。
【００１５】この装置は入り口側には第１の予備室（10
0 ）が設けられ、まず扉（42）より基板ホルダ（２）の
２つの面に２つの被形成面を有する２枚の基板（１）を
挿着した。さらにこのホルダ（３）を外枠冶具（外周辺
のみ（38),(38') として示す）により互いに所定の等距
離を離間して配設した。即ちこの被形成面を有する基板
は被膜形成を行わない裏面を基板ホルダ（２）に接し、
基板２枚および基板ホルダとを一つのホルダ（３）とし
て６cm±0.5cm の間隙を有して絶縁物の外枠冶具内に林
立させた。その結果、40cm×60cmの基板を20枚同時に被
膜形成させることができた。かくして高さ55cm、奥行80
cm、巾80cmの反応空間（６),（８）は上方、下方を絶縁
物（39),(39') で囲まれ、また側周辺は絶縁外枠冶具
（38),(38') で取り囲んだ。
0 ）が設けられ、まず扉（42）より基板ホルダ（２）の
２つの面に２つの被形成面を有する２枚の基板（１）を
挿着した。さらにこのホルダ（３）を外枠冶具（外周辺
のみ（38),(38') として示す）により互いに所定の等距
離を離間して配設した。即ちこの被形成面を有する基板
は被膜形成を行わない裏面を基板ホルダ（２）に接し、
基板２枚および基板ホルダとを一つのホルダ（３）とし
て６cm±0.5cm の間隙を有して絶縁物の外枠冶具内に林
立させた。その結果、40cm×60cmの基板を20枚同時に被
膜形成させることができた。かくして高さ55cm、奥行80
cm、巾80cmの反応空間（６),（８）は上方、下方を絶縁
物（39),(39') で囲まれ、また側周辺は絶縁外枠冶具
（38),(38') で取り囲んだ。
【００１６】第１の予備室（100 ）を圧力調整バルブ
（71）を全開とし、TP（86）を経て真空ポンプ（35）に
より真空引きをした。この後、圧力調整バルブ （72）
を全開とし、TPにより３×10-8torr以下にまで予め真空
引きがされている反応容器（101 ）との分離用のゲ─ト
弁（44）を開けて、外枠冶具（38）に保持された基板を
移した。例えば、予備室（100 ）より第１の反応容器
（101 ）に移し、さらにゲ─ト弁（44）を閉じることに
より基板を第１の反応容器（101 ）に移動させたもので
ある。この時、第１の反応容器（101 ）に保持されてい
た基板（１）等は、予めまたは同時にバッファ室（102
）に、またバッファ室（102 ）に保持されていた冶具
および基板（２）は第２の反応容器（103 ）に、また第
２の反応容器（103 ）に保持されていた基板は第２のバ
ッファ室（104 ）に、さらに図示が省略されているが、
第３の反応室の基板および冶具は出口側の第２の予備室
にゲ─ト弁（45),(46),(47）を開けて移動させることが
可能である。この後ゲ─ト弁（44),(45),(46),(47 ）を
閉めた。
（71）を全開とし、TP（86）を経て真空ポンプ（35）に
より真空引きをした。この後、圧力調整バルブ （72）
を全開とし、TPにより３×10-8torr以下にまで予め真空
引きがされている反応容器（101 ）との分離用のゲ─ト
弁（44）を開けて、外枠冶具（38）に保持された基板を
移した。例えば、予備室（100 ）より第１の反応容器
（101 ）に移し、さらにゲ─ト弁（44）を閉じることに
より基板を第１の反応容器（101 ）に移動させたもので
ある。この時、第１の反応容器（101 ）に保持されてい
た基板（１）等は、予めまたは同時にバッファ室（102
）に、またバッファ室（102 ）に保持されていた冶具
および基板（２）は第２の反応容器（103 ）に、また第
２の反応容器（103 ）に保持されていた基板は第２のバ
ッファ室（104 ）に、さらに図示が省略されているが、
第３の反応室の基板および冶具は出口側の第２の予備室
にゲ─ト弁（45),(46),(47）を開けて移動させることが
可能である。この後ゲ─ト弁（44),(45),(46),(47 ）を
閉めた。
【００１７】即ちゲ─ト弁の動きは、扉（42）が大気圧
で開けられた時は分離部のゲ─ト弁（44),(45),(46),(4
7 ）は閉じられ、各チャンバにおいてはプラズマ気相反
応が行われている。また逆に、扉（42）が閉じられてい
て予備室（100 ）が十分真空引きされた時は、ゲ─ト弁
（44),(45),(46),(47 ）が開けられ、各チャンバの基
板、冶具は隣のチャンバに移動する機構を有し、外気が
反応室（101),(102 ）に混入しないようにしている。
で開けられた時は分離部のゲ─ト弁（44),(45),(46),(4
7 ）は閉じられ、各チャンバにおいてはプラズマ気相反
応が行われている。また逆に、扉（42）が閉じられてい
て予備室（100 ）が十分真空引きされた時は、ゲ─ト弁
（44),(45),(46),(47 ）が開けられ、各チャンバの基
板、冶具は隣のチャンバに移動する機構を有し、外気が
反応室（101),(102 ）に混入しないようにしている。
【００１８】系Ａにおける第１の反応容器（101 ）でＰ
型半導体層をPCVD法により形成する場合を以下に示す。
反応系Ａ（反応容器（101 ）を含む）は0.01〜10torr好
ましくは0.01〜1torr 例えば0.08torrとした。即ち、圧
力調整バルブを閉として、反応容器 （101 ）内の圧力
は0.05〜1torr であり、またこのバルブ下は1 ×10-2to
rr以下一般には１×10-4〜１×10-7torrとなり、この真
空度をTP（87）を回転させて成就させている。またこの
連続排気方式のTPを動作させているため、VP（36）のポ
リマ化した油の逆拡散、また油中に含浸した排気用の大
気特に酸素を逆流させることを初めて防ぐことができ
た。
型半導体層をPCVD法により形成する場合を以下に示す。
反応系Ａ（反応容器（101 ）を含む）は0.01〜10torr好
ましくは0.01〜1torr 例えば0.08torrとした。即ち、圧
力調整バルブを閉として、反応容器 （101 ）内の圧力
は0.05〜1torr であり、またこのバルブ下は1 ×10-2to
rr以下一般には１×10-4〜１×10-7torrとなり、この真
空度をTP（87）を回転させて成就させている。またこの
連続排気方式のTPを動作させているため、VP（36）のポ
リマ化した油の逆拡散、また油中に含浸した排気用の大
気特に酸素を逆流させることを初めて防ぐことができ
た。
【００１９】反応性気体は系Ａのド−ピング系（50）よ
り供給した。即ち珪化物気体（24）としては精製されて
さらにステンレスボンベに充填されたシラン（SinH2n+2
ｎ＞１特にSiH4またはSi2H6 フッ化珪素（SiF2または
SiF4）を用いた。ここでは、取扱いが容易な超高純度シ
ラン（純度99.99 ％、但し水、酸素化物は0.1PPM以下）
を用いた。
り供給した。即ち珪化物気体（24）としては精製されて
さらにステンレスボンベに充填されたシラン（SinH2n+2
ｎ＞１特にSiH4またはSi2H6 フッ化珪素（SiF2または
SiF4）を用いた。ここでは、取扱いが容易な超高純度シ
ラン（純度99.99 ％、但し水、酸素化物は0.1PPM以下）
を用いた。
【００２０】本実施例のSixC1-x (0＜ｘ＜1 ）を形成す
るため、炭化物気体（25）としてDMS （ジメチルシラン
（SiH2（CH3)2 純度99.99 ％）を用いた。炭化珪素（Si
xC1-x ０＜ｘ＜１）に対しては、Ｐ型の不純物としてボ
ロンを前記したモノシラン中に同時に0.5 ％の濃度に混
入させ（24）よりシランとともに供給した。
るため、炭化物気体（25）としてDMS （ジメチルシラン
（SiH2（CH3)2 純度99.99 ％）を用いた。炭化珪素（Si
xC1-x ０＜ｘ＜１）に対しては、Ｐ型の不純物としてボ
ロンを前記したモノシラン中に同時に0.5 ％の濃度に混
入させ（24）よりシランとともに供給した。
【００２１】必要に応じ、水素（純度7N以上）または窒
素 （純度7N以上）を反応室を大気圧とする時（23）よ
り供給した。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）を経、反応性気体の供給ノズ
ル（17）より高周波電源（14）の負電極（61）を経て反
応空間（６）に供給された。反応性気体はホルダ（38）
に囲まれた筒状空間（６）内に供給され、この空間を構
成する基板（１）に被膜形成を行った。さらに負電極
（61）と正電極（51）間に電気エネルギ例えば13.56MHz
の高周波エネルギ（14）を加えてプラズマ反応せしめ、
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 ℃に図２に示す反応容器（103 ）の容
器の前後に配設された赤外線ヒ─タと同じ手段により加
熱した。
素 （純度7N以上）を反応室を大気圧とする時（23）よ
り供給した。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）を経、反応性気体の供給ノズ
ル（17）より高周波電源（14）の負電極（61）を経て反
応空間（６）に供給された。反応性気体はホルダ（38）
に囲まれた筒状空間（６）内に供給され、この空間を構
成する基板（１）に被膜形成を行った。さらに負電極
（61）と正電極（51）間に電気エネルギ例えば13.56MHz
の高周波エネルギ（14）を加えてプラズマ反応せしめ、
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 ℃に図２に示す反応容器（103 ）の容
器の前後に配設された赤外線ヒ─タと同じ手段により加
熱した。
【００２２】この赤外線ヒ─タは、近赤外用ハロゲンラ
ンプ（発光波長１〜３μ）ヒ─タまたは遠赤外用セラミ
ックヒ─タ（発光波長８〜25μ）を用い、この反応容器
内におけるホルダにより取り囲まれた筒状空間を200 ±
10℃好ましくは±５℃以内に設置した。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
10〜500W例えば100Wに高周波エネルギ（14）を供給して
プラズマ反応を起こさせた。かくしてＰ型半導体層はB2
H6／SiH4＝0.5 ％, DMS ／（SiH4+DMS）＝10％の条件に
て、この反応系Ａで平均膜厚30〜300 Å例えば約100 Å
の厚さを有する薄膜として形成させた。Eg＝2.05eVσ＝
１×10-6〜３×10-5( Ωcm) -1であった。基板は導体基
板（ステンレス、チタン、アルミニュ─ム、その他の金
属),半導体（珪素、ゲルマニュ─ム),絶縁体（ガラス、
有機薄膜）または複合基板（ガラスまたは透光性有機樹
脂上に透光性導電膜である弗素が添加された酸化スズ、
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）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。勿論この基板は可曲性であってもまた固い板であっ
てもよい。
ンプ（発光波長１〜３μ）ヒ─タまたは遠赤外用セラミ
ックヒ─タ（発光波長８〜25μ）を用い、この反応容器
内におけるホルダにより取り囲まれた筒状空間を200 ±
10℃好ましくは±５℃以内に設置した。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
10〜500W例えば100Wに高周波エネルギ（14）を供給して
プラズマ反応を起こさせた。かくしてＰ型半導体層はB2
H6／SiH4＝0.5 ％, DMS ／（SiH4+DMS）＝10％の条件に
て、この反応系Ａで平均膜厚30〜300 Å例えば約100 Å
の厚さを有する薄膜として形成させた。Eg＝2.05eVσ＝
１×10-6〜３×10-5( Ωcm) -1であった。基板は導体基
板（ステンレス、チタン、アルミニュ─ム、その他の金
属),半導体（珪素、ゲルマニュ─ム),絶縁体（ガラス、
有機薄膜）または複合基板（ガラスまたは透光性有機樹
脂上に透光性導電膜である弗素が添加された酸化スズ、
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）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。勿論この基板は可曲性であってもまた固い板であっ
てもよい。
【００２３】かくして１〜５分間プラズマ気相反応をさ
せて、Ｐ型不純物としてホウ素が添加された炭化珪素膜
を約100 Åの厚さに作製した。さらにこの第１の半導体
層が形成された基板をゲ−ト（45）を開け前記した操作
順序に従ってバッファ室（102 ）に移動し、ゲ−ト（4
5）を閉じた。このバッファ室（102 ）は予め10-8torr
以下例えば４×10-1 torr にクライオポンプ（88）にて
真空引きがされている。
せて、Ｐ型不純物としてホウ素が添加された炭化珪素膜
を約100 Åの厚さに作製した。さらにこの第１の半導体
層が形成された基板をゲ−ト（45）を開け前記した操作
順序に従ってバッファ室（102 ）に移動し、ゲ−ト（4
5）を閉じた。このバッファ室（102 ）は予め10-8torr
以下例えば４×10-1 torr にクライオポンプ（88）にて
真空引きがされている。
【００２４】またこの基板は系Ｃに同様にTP（89）によ
り、１×10-7torr以下に保持された反応容器にゲ−ト
（46）の開閉を経て移設された。即ち図１における反応
系Ｃにおいて、半導体の反応性気体として超高純度モノ
シランまたはジシランを（水または酸化珪素、酸化物気
体の濃度は0.1PPM以下)(28)yより、また、1017cm-3以下
のホウ素を添加するため、水素、シラン等によって0.5
〜30PPM に希釈したB2H6を（27）より、またキャリアガ
スを必要に応じて（26）より供給した。反応性気体は基
板（１）の被形成面にそって上方より下方に流れ、TP
（88）に至る。系Ｃにおいて出口側よりみた縦断面図を
図２に示す。
り、１×10-7torr以下に保持された反応容器にゲ−ト
（46）の開閉を経て移設された。即ち図１における反応
系Ｃにおいて、半導体の反応性気体として超高純度モノ
シランまたはジシランを（水または酸化珪素、酸化物気
体の濃度は0.1PPM以下)(28)yより、また、1017cm-3以下
のホウ素を添加するため、水素、シラン等によって0.5
〜30PPM に希釈したB2H6を（27）より、またキャリアガ
スを必要に応じて（26）より供給した。反応性気体は基
板（１）の被形成面にそって上方より下方に流れ、TP
（88）に至る。系Ｃにおいて出口側よりみた縦断面図を
図２に示す。
【００２５】図２を概説する。図２は図１の反応系 の
縦断面図を示したものである。図面において、ランプヒ
─タ（13),(13') は棒状のハロゲンランプを用いた。反
応空間はヒ─タにより100 〜400 ℃例えば250 ℃とし
た。基板（１）が基板ホルダ（２）に保持され、外枠冶
具（38),(38') で閉じ込め空間（８）を構成している。
5000Åの厚さにSiH460cc／分、被膜形成速度2.5 Å／
秒、基板（20cm×60cmを20枚、延べ面積24000 ｃｍ2 ）
で圧力0.1 torrとした。Si2H6 を用いた場合、被膜形成
速度28Å／秒を有していた。
縦断面図を示したものである。図面において、ランプヒ
─タ（13),(13') は棒状のハロゲンランプを用いた。反
応空間はヒ─タにより100 〜400 ℃例えば250 ℃とし
た。基板（１）が基板ホルダ（２）に保持され、外枠冶
具（38),(38') で閉じ込め空間（８）を構成している。
5000Åの厚さにSiH460cc／分、被膜形成速度2.5 Å／
秒、基板（20cm×60cmを20枚、延べ面積24000 ｃｍ2 ）
で圧力0.1 torrとした。Si2H6 を用いた場合、被膜形成
速度28Å／秒を有していた。
【００２６】かくして第１の反応室にてプラズマ気相法
によりＰ型半導体層を形成した上にPCVD法によりＩ型半
導体層を形成させてPI接合を構成させた。また系Ｃにて
約7000Åの厚さに形成させた後、基板は前記した操作に
従って、隣のバッファ室（102 ）に移され、さらにその
隣の反応室に移設して同様のPCVD工程によりＮ型半導体
層を形成させた。このＮ型半導体層は、PCVD法によりフ
ォスヒンをPH3 ／SiH4＝1.0 ％としたシランとキャリア
ガスの水素をSiH4／H2＝20％として供給して、系Ａと同
様にして約200 Å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て、さらにその
上面に、炭化珪素をDMS ／（SiH4+DMS）＝0.1 としてSi
xC1-x (0＜ｘ＜1 ）で示されるＮ型半導体層を10〜200
Åの厚さ例えば50Åの厚さに積層して形成させたもので
ある。その他反応装置については系Ａと同様である。
によりＰ型半導体層を形成した上にPCVD法によりＩ型半
導体層を形成させてPI接合を構成させた。また系Ｃにて
約7000Åの厚さに形成させた後、基板は前記した操作に
従って、隣のバッファ室（102 ）に移され、さらにその
隣の反応室に移設して同様のPCVD工程によりＮ型半導体
層を形成させた。このＮ型半導体層は、PCVD法によりフ
ォスヒンをPH3 ／SiH4＝1.0 ％としたシランとキャリア
ガスの水素をSiH4／H2＝20％として供給して、系Ａと同
様にして約200 Å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て、さらにその
上面に、炭化珪素をDMS ／（SiH4+DMS）＝0.1 としてSi
xC1-x (0＜ｘ＜1 ）で示されるＮ型半導体層を10〜200
Åの厚さ例えば50Åの厚さに積層して形成させたもので
ある。その他反応装置については系Ａと同様である。
【００２７】かかる工程の後、第２の予備室より外にPI
N 接合を構成して出された基板上に100 〜1500Åの厚さ
のITO をさらにその上に反射性または昇華性金属電極例
えばアルミニュ─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+SnO2）表面電極─（PI
N 半導体）─（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×10cmの基
板でAM1（100mW ／ｃｍ2 ）の条件下にて真性効率特性
として有し、集積化してハイブリッド型にした40cm×60
cmのガラス基板においても、5.5 ％を実効効率で得るこ
とができた。その結果、１つの素子で開放電圧は0.85〜
0.9V（0.87±0.02V ）であったが、短絡電流は18±2 mA
／ｃｍ2 と大きく、またFFも0.60〜0.70と大きく、かつ
そのばらつきもパネル内、バッチ内で小さく、工業的に
本発明方法はきわめて有効であることが判明した。
N 接合を構成して出された基板上に100 〜1500Åの厚さ
のITO をさらにその上に反射性または昇華性金属電極例
えばアルミニュ─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+SnO2）表面電極─（PI
N 半導体）─（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×10cmの基
板でAM1（100mW ／ｃｍ2 ）の条件下にて真性効率特性
として有し、集積化してハイブリッド型にした40cm×60
cmのガラス基板においても、5.5 ％を実効効率で得るこ
とができた。その結果、１つの素子で開放電圧は0.85〜
0.9V（0.87±0.02V ）であったが、短絡電流は18±2 mA
／ｃｍ2 と大きく、またFFも0.60〜0.70と大きく、かつ
そのばらつきもパネル内、バッチ内で小さく、工業的に
本発明方法はきわめて有効であることが判明した。
【００２８】図３は本発明および従来方法により作られ
たPIN 型光電変換装置における半導体内の酸素および炭
素の不純物の濃度分布を示す。図面はアルミニュ−ム裏
面電極（94),Ｎ型半導体（93),Ｉ型半導体（92),Ｐ型半
導体（91),基板上の酸化スズ透光性導電膜（90）をそれ
ぞれ示す。従来方法の排気系を回転ポンプまたはメカニ
カルブ−スタ−ポンプのみによる排気方法においては、
連続排気方式のTPを用いないため、炭素は曲線（95),酸
素は曲線（96）に示される高い濃度の不純物を含有して
いた。
たPIN 型光電変換装置における半導体内の酸素および炭
素の不純物の濃度分布を示す。図面はアルミニュ−ム裏
面電極（94),Ｎ型半導体（93),Ｉ型半導体（92),Ｐ型半
導体（91),基板上の酸化スズ透光性導電膜（90）をそれ
ぞれ示す。従来方法の排気系を回転ポンプまたはメカニ
カルブ−スタ−ポンプのみによる排気方法においては、
連続排気方式のTPを用いないため、炭素は曲線（95),酸
素は曲線（96）に示される高い濃度の不純物を含有して
いた。
【００２９】特に酸素は、５×1019〜２×1020cm-3をＩ
型半導体（92）において有していた。図面は５×1019cm
-3の酸素を含んだ場合である。加えて油回転ポ４×1020
cm-3を有していた。図面は１×1020cm-3を有する場合で
ある。他方、本発明に示すごとき排気系においては炭素
濃度は１×1017〜５×1018cm-3を有し、一般には１×10
18cm-3以下しか含まれない。加えて酸素も５×1018cm-3
以下好ましくは１×1018cm-3以下であり、図面２では２
×1018cm-3の場合を示す。
型半導体（92）において有していた。図面は５×1019cm
-3の酸素を含んだ場合である。加えて油回転ポ４×1020
cm-3を有していた。図面は１×1020cm-3を有する場合で
ある。他方、本発明に示すごとき排気系においては炭素
濃度は１×1017〜５×1018cm-3を有し、一般には１×10
18cm-3以下しか含まれない。加えて酸素も５×1018cm-3
以下好ましくは１×1018cm-3以下であり、図面２では２
×1018cm-3の場合を示す。
【００３０】図３において、裏面電極（94）のアルミニ
ュ−ムには３〜６×1020cm-3の酸素を有している。この
ため、この酸素がSIMS（二次イオン分析法）（カメカ社
3F型を使用）の測定において、バックグラウンドの酸素
となり、Ｎ型半導体（93）中の酸素は1018〜1020cm-3と
なってしまったものと考えられる。さらにＰ型半導体中
の酸素、DMS 中に含まれる水の成分があるため不純物が
あり、この出発材料をシランを精製して0.1PPM以下の酸
素または酸化物とすることによりさらに酸素濃度を下げ
ることの可能性が推定できる。形成させる半導体の種類
に関しては、Siのみならず他は４族のGe,SixC 1-x （０
＜ｘ＜１, SixG1-x （０＜ｘ＜１) SixSn 1-x ( ０＜ｘ
＜１）単層または多層であっても、またこれら以外にGa
As,GaAlAs,BP,CdS等の化合物半導体等の非酸素化物であ
ってもよいことはいうまでもない。
ュ−ムには３〜６×1020cm-3の酸素を有している。この
ため、この酸素がSIMS（二次イオン分析法）（カメカ社
3F型を使用）の測定において、バックグラウンドの酸素
となり、Ｎ型半導体（93）中の酸素は1018〜1020cm-3と
なってしまったものと考えられる。さらにＰ型半導体中
の酸素、DMS 中に含まれる水の成分があるため不純物が
あり、この出発材料をシランを精製して0.1PPM以下の酸
素または酸化物とすることによりさらに酸素濃度を下げ
ることの可能性が推定できる。形成させる半導体の種類
に関しては、Siのみならず他は４族のGe,SixC 1-x （０
＜ｘ＜１, SixG1-x （０＜ｘ＜１) SixSn 1-x ( ０＜ｘ
＜１）単層または多層であっても、またこれら以外にGa
As,GaAlAs,BP,CdS等の化合物半導体等の非酸素化物であ
ってもよいことはいうまでもない。
【００３１】本発明は３つの反応容器を用いてマルチチ
ャンバ方式でのPCVD法を示した。しかしこれを１つの反
応容器とし、そこでPCVD法により窒化珪素をシラン（Si
H4またはSi2H6 ）とアンモニア（NH3 ）とのPCVD反応に
より形成させることは有効である。本発明で形成された
非単結晶半導体被膜は、絶縁ゲイト型電界効果半導体装
置におけるＮ（ソ─ス）Ｉ（チャネル形成領域）Ｎ（ド
レイン）接合またはPIP 接合に対しても有効である。さ
らに、PIN ダイオ─ドであってエネルギバンド巾がＷ─
Ｎ─Ｗ（WIDE-NALLOW-WIDE）またはSixC1-x ─Si─SixC
1-x （０＜ｘ＜１）構造のPIN 接合型の可視光レ─ザ、
発光素子または光電変換装置を作ってもよい。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（ＰまたはＮ型）─Ｎ（Ｉ型)(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に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。
ャンバ方式でのPCVD法を示した。しかしこれを１つの反
応容器とし、そこでPCVD法により窒化珪素をシラン（Si
H4またはSi2H6 ）とアンモニア（NH3 ）とのPCVD反応に
より形成させることは有効である。本発明で形成された
非単結晶半導体被膜は、絶縁ゲイト型電界効果半導体装
置におけるＮ（ソ─ス）Ｉ（チャネル形成領域）Ｎ（ド
レイン）接合またはPIP 接合に対しても有効である。さ
らに、PIN ダイオ─ドであってエネルギバンド巾がＷ─
Ｎ─Ｗ（WIDE-NALLOW-WIDE）またはSixC1-x ─Si─SixC
1-x （０＜ｘ＜１）構造のPIN 接合型の可視光レ─ザ、
発光素子または光電変換装置を作ってもよい。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（ＰまたはＮ型）─Ｎ（Ｉ型)(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に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。
【００３２】
【発明の効果】本発明において、分離部は単にゲイト弁
のみではなく、２つのゲ─ト弁と１つのバッファ室とを
系２として設けてＰ型半導体の不純物のＩ型半導体層中
への混入をさらに防ぎ、特性を向上せしめることは有効
であった。
のみではなく、２つのゲ─ト弁と１つのバッファ室とを
系２として設けてＰ型半導体の不純物のＩ型半導体層中
への混入をさらに防ぎ、特性を向上せしめることは有効
であった。
【００３３】この本発明のプラズマCVD 装置を他の構造
のシングルチャンバまたはマルチチャンバ方式に応用で
きることはいうまでもない。
のシングルチャンバまたはマルチチャンバ方式に応用で
きることはいうまでもない。
【００３４】また本発明の実施例は図１に示すマルチチ
ャンバ方式であり、そのすべての反応容器にてPCVD法を
供給した。しかし必要に応じ、この一部または全部をを
プラズマを用いない光CVD 法、LT CVD法（HOMO CVD法と
もいう) 、減圧CVD 法を採用して複合被膜を形成しても
よい。
ャンバ方式であり、そのすべての反応容器にてPCVD法を
供給した。しかし必要に応じ、この一部または全部をを
プラズマを用いない光CVD 法、LT CVD法（HOMO CVD法と
もいう) 、減圧CVD 法を採用して複合被膜を形成しても
よい。
【図１】本発明を実施するためのプラズマ気相反応用被
膜製造装置の概略を示す。
膜製造装置の概略を示す。
【図２】本発明を実施するためのプラズマ気相反応用被
膜製造装置の概略を示す。
膜製造装置の概略を示す。
【図３】本発明および従来方法によって作られた半導体
装置中の不純物の分布を示す。
装置中の不純物の分布を示す。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１０年３月１８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 被膜作製方法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は気相反応被膜作製装置お
よび作製方法に関する。本発明は反応性気体を用いて被
膜作製を行うに際し、非酸化物の被膜を作製するに関し
て、排気系においてターボ分子ポンプを用いて気相反応
（以下ＣＶＤという）を行なわしめることにより、被膜
中の酸素の混入量を１×１０１９ｃｍ−３以下の濃度と
させる気相反応装置およびその作製方法に関する。本発
明は非酸素系被膜の作製において、その排気系よりの大
気の逆流を防ぐため、油回転方式のロータリーポンプ、
メカニカルブースターポンプ等の不連続回転方式の真空
ポンプ（以下単に真空ポンプまたはＶＰという）のみを
用いるのではなく、連続排気方式のターボ分子ポンプ
（以下単にターボ分子ポンプまたはＴＰという）を反応
容器と真空ポンプとの間に介在させて、排気系からの大
気の逆流を防止したことに関する。
よび作製方法に関する。本発明は反応性気体を用いて被
膜作製を行うに際し、非酸化物の被膜を作製するに関し
て、排気系においてターボ分子ポンプを用いて気相反応
（以下ＣＶＤという）を行なわしめることにより、被膜
中の酸素の混入量を１×１０１９ｃｍ−３以下の濃度と
させる気相反応装置およびその作製方法に関する。本発
明は非酸素系被膜の作製において、その排気系よりの大
気の逆流を防ぐため、油回転方式のロータリーポンプ、
メカニカルブースターポンプ等の不連続回転方式の真空
ポンプ（以下単に真空ポンプまたはＶＰという）のみを
用いるのではなく、連続排気方式のターボ分子ポンプ
（以下単にターボ分子ポンプまたはＴＰという）を反応
容器と真空ポンプとの間に介在させて、排気系からの大
気の逆流を防止したことに関する。
【０００２】本発明の非酸化物被膜例えば非単結晶珪素
を、反応性気体であるシラン（ＳｉｎＨ２ｎ＋２ ｎ≧
１）を用いて形成するに際し、その被膜中の酸素の量を
５×１０１８ｃｍ−３以下好ましくは１×１０１８ｃｍ
−３以下とするため、排気系からの逆流を防ぐことを目
的としている。
を、反応性気体であるシラン（ＳｉｎＨ２ｎ＋２ ｎ≧
１）を用いて形成するに際し、その被膜中の酸素の量を
５×１０１８ｃｍ−３以下好ましくは１×１０１８ｃｍ
−３以下とするため、排気系からの逆流を防ぐことを目
的としている。
【０００３】本発明はかかる排気系をＴＰを反応室とＶ
Ｐとの間に反応中の圧力調整用のバルブを経て介在させ
ることにより、反応室内は０．０５〜１０ｔｏｒｒの間
の圧力範囲でプラズマ気相反応（ＰＣＶＤという、光Ｃ
ＶＤ（Ｐｈｏｔｏ ＣＶＤという）またはこれらを併用
した方法（以下単にＣＶＤ法として総称する）を用いて
被膜形成を行い、かつ圧力調整バルブ下は１×１０−２
ｔｏｒｒ以下（一般には１０−４〜１０−６ｔｏｒｒ）
の圧力として保持し、ＴＰを作用させるため、反応系は
この排気系よりも高い圧力（１×１０−２ｔｏｒｒ以上
即ち０．０５〜１０ｔｏｒｒ）で保持して被膜形成を行
うことを目的としている。
Ｐとの間に反応中の圧力調整用のバルブを経て介在させ
ることにより、反応室内は０．０５〜１０ｔｏｒｒの間
の圧力範囲でプラズマ気相反応（ＰＣＶＤという、光Ｃ
ＶＤ（Ｐｈｏｔｏ ＣＶＤという）またはこれらを併用
した方法（以下単にＣＶＤ法として総称する）を用いて
被膜形成を行い、かつ圧力調整バルブ下は１×１０−２
ｔｏｒｒ以下（一般には１０−４〜１０−６ｔｏｒｒ）
の圧力として保持し、ＴＰを作用させるため、反応系は
この排気系よりも高い圧力（１×１０−２ｔｏｒｒ以上
即ち０．０５〜１０ｔｏｒｒ）で保持して被膜形成を行
うことを目的としている。
【０００４】さらに本実施例はかかるプラズマＣＶＤ装
置を反応室を複数ケ連結し、それぞれの反応室にてＰ型
非単結晶半導体、Ｉ型非単結晶半導体およびＮ型非単結
晶半導体を基板上に積層して、ＰＩＮ接合を構成する半
導体装置の作製方法に関する。
置を反応室を複数ケ連結し、それぞれの反応室にてＰ型
非単結晶半導体、Ｉ型非単結晶半導体およびＮ型非単結
晶半導体を基板上に積層して、ＰＩＮ接合を構成する半
導体装置の作製方法に関する。
【０００５】
【従来の技術】従来、ＣＶＤ装置例えばＰＣＶＤ装置に
おいては、反応系の圧力が０．０５〜１０ｔｏｒｒと高
い圧力のため、その排気系等はＶＰのみが用いられ、そ
れ以上の真空度を発生させるＴＰ等を設けることが全く
不可能とされていた。しかし本発明人はかかるＰＣＶＤ
装置において、排気系がＶＰのみではこのＶＰが不連続
の回転運動をするため、空気と接触している大気圧の排
気系からの大気（特に酸素）が逆流し、さらにこの大気
の一部が油中に混入し、ここから再気化することにより
反応容器内に逆流してしまうことが判明した。さらにこ
のため、この逆流により酸素が形成する被膜内に混入
し、例えば珪素膜を作製する場合その被膜内に酸素が３
×１０１９〜２×１０２０ｃｍ−３の濃度に混入してし
まった。
おいては、反応系の圧力が０．０５〜１０ｔｏｒｒと高
い圧力のため、その排気系等はＶＰのみが用いられ、そ
れ以上の真空度を発生させるＴＰ等を設けることが全く
不可能とされていた。しかし本発明人はかかるＰＣＶＤ
装置において、排気系がＶＰのみではこのＶＰが不連続
の回転運動をするため、空気と接触している大気圧の排
気系からの大気（特に酸素）が逆流し、さらにこの大気
の一部が油中に混入し、ここから再気化することにより
反応容器内に逆流してしまうことが判明した。さらにこ
のため、この逆流により酸素が形成する被膜内に混入
し、例えば珪素膜を作製する場合その被膜内に酸素が３
×１０１９〜２×１０２０ｃｍ−３の濃度に混入してし
まった。
【０００６】このため、かかる被膜に水素または弗素が
添加されて、珪素半導体であるべきものが低級酸化珪素
といってもよいようなものになってしまった。
添加されて、珪素半導体であるべきものが低級酸化珪素
といってもよいようなものになってしまった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる欠点を
防ぐことを目的としている。
防ぐことを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＣＶＤ法によ
り半導体被膜を作製するに際し、ステンレスボンベに充
填された珪化物気体を反応室に導入し、該反応室をター
ボ分子ポンプを用いて減圧して、酸素及び炭素がＳＩＭ
Ｓ（二次イオン分析法）による測定で５×１０１８ｃｍ
−３以下の濃度である珪素を含むＩ型の半導体被膜を形
成することを特徴とする被膜作製方法である。
り半導体被膜を作製するに際し、ステンレスボンベに充
填された珪化物気体を反応室に導入し、該反応室をター
ボ分子ポンプを用いて減圧して、酸素及び炭素がＳＩＭ
Ｓ（二次イオン分析法）による測定で５×１０１８ｃｍ
−３以下の濃度である珪素を含むＩ型の半導体被膜を形
成することを特徴とする被膜作製方法である。
【０００９】以下に本発明の実施例を図面に従って説明
する。
する。
【００１０】
【実施例】 〔実施例１〕 本実施例は、図１にその装置の概要を示
す。即ち、反応性気体を導入するドーピング系（５０）
反応容器（５１）排気系（５２）を有する。反応容器は
内側に絶縁物で内面が形成された反応空間を有する二重
反応容器型として半導体層を形成し、さらに加えてＰ型
半導体（図面では系Ａ），Ｉ型半導体（図面では系Ｃ）
およびＮ型半導体と積層して接合を基板上に形成するに
際し、それぞれの反応容器を分離部（図面では系Ｂ）を
介して連結せしめたマルチチャンバ方式のＰＣＶＤ法を
図１に示すごとくに提案するにある。
す。即ち、反応性気体を導入するドーピング系（５０）
反応容器（５１）排気系（５２）を有する。反応容器は
内側に絶縁物で内面が形成された反応空間を有する二重
反応容器型として半導体層を形成し、さらに加えてＰ型
半導体（図面では系Ａ），Ｉ型半導体（図面では系Ｃ）
およびＮ型半導体と積層して接合を基板上に形成するに
際し、それぞれの反応容器を分離部（図面では系Ｂ）を
介して連結せしめたマルチチャンバ方式のＰＣＶＤ法を
図１に示すごとくに提案するにある。
【００１１】本実施例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の形成により、再結合中心密度
の小さなＰ，ＩおよびＮ型の導電型を有する半導体層を
形成し、その積層境界にて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を防ぎ、ま
たそれぞれの半導体層を形成する工程間に、大気特に酸
素に触れさせて、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
を行うためのプラズマ気相反応に関する。
された非単結晶半導体層の形成により、再結合中心密度
の小さなＰ，ＩおよびＮ型の導電型を有する半導体層を
形成し、その積層境界にて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を防ぎ、ま
たそれぞれの半導体層を形成する工程間に、大気特に酸
素に触れさせて、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
を行うためのプラズマ気相反応に関する。
【００１２】さらに本実施例は、かかる反応容器をそれ
ぞれの反応においては独立として多数連結したマルチチ
ャンバ方式のプラズマ反応方法において、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。本実施例は１０ｃｍ×１０ｃｍま
たは電極方向に１０〜５０ｃｍ例えば４０ｃｍを有する
とともに、巾１５〜１２０ｃｍ例えば６０ｃｍの基板
（４０ｃｍ×６０ｃｍまたは２０ｃｍ×６０ｃｍを１バ
ッチ２０枚配設）を用いた。
ぞれの反応においては独立として多数連結したマルチチ
ャンバ方式のプラズマ反応方法において、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。本実施例は１０ｃｍ×１０ｃｍま
たは電極方向に１０〜５０ｃｍ例えば４０ｃｍを有する
とともに、巾１５〜１２０ｃｍ例えば６０ｃｍの基板
（４０ｃｍ×６０ｃｍまたは２０ｃｍ×６０ｃｍを１バ
ッチ２０枚配設）を用いた。
【００１３】図１、図２においては、反応性気体の導入
手段、排気手段を有し、これらを供給ノズル、排気ノズ
ルを設け、この絶縁フードよりも内側に相対させて一対
の電極（６１），（６１’）または（６２），（６
２’）および反応性気体の供給ノズル（１７），（１
８）および排気ノズル（１７’），（１８’）を配設し
た。即ち、電極の外側をフードの絶縁物で包む構造（３
９），（３９’）とした。さらにこのフード間の反応空
間を閉じ込めるため、外側周辺を絶縁物（３８），（３
８’）で取り囲んだ。
手段、排気手段を有し、これらを供給ノズル、排気ノズ
ルを設け、この絶縁フードよりも内側に相対させて一対
の電極（６１），（６１’）または（６２），（６
２’）および反応性気体の供給ノズル（１７），（１
８）および排気ノズル（１７’），（１８’）を配設し
た。即ち、電極の外側をフードの絶縁物で包む構造（３
９），（３９’）とした。さらにこのフード間の反応空
間を閉じ込めるため、外側周辺を絶縁物（３８），（３
８’）で取り囲んだ。
【００１４】また、図２に図１の断面を示す図面を示す
が、反応容器の前（図面左側）後（図面右側）に開閉扉
を設け、この扉の内面にハロゲンランプ等による加熱手
段（１３），（１３’）を設けた。
が、反応容器の前（図面左側）後（図面右側）に開閉扉
を設け、この扉の内面にハロゲンランプ等による加熱手
段（１３），（１３’）を設けた。
【００１５】図１、図２に従って本実施例のプラズマ気
相反応装置の実施例を説明する。この図面は、ＰＩＮ接
合、ＰＩＰ接合、ＮＩＮ接合またはＰＩＮＰＩＮ・・・
ＰＩＮ接合等の基板上の半導体に、異種導電型でありな
からも、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工程にお
いて形成された半導体層の影響（混入）を受けずに積層
させるための多層に自動かつ連続的に形成するための装
置である。
相反応装置の実施例を説明する。この図面は、ＰＩＮ接
合、ＰＩＰ接合、ＮＩＮ接合またはＰＩＮＰＩＮ・・・
ＰＩＮ接合等の基板上の半導体に、異種導電型でありな
からも、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工程にお
いて形成された半導体層の影響（混入）を受けずに積層
させるための多層に自動かつ連続的に形成するための装
置である。
【００１６】図面においてはＰＩＮ接合を構成する複数
の反応系の一部を示している。即ち、Ｐ，ＩおよびＮ型
の半導体層を積層して形成する３つの反応系の２つ
（Ａ、Ｃ）とさらに第１の予備室および移設用のバッフ
ァ室（Ｂ）を有するマルチチャンバ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Ａ、Ｂ、Ｃ
は、２つの各反応容器（１０１），（１０３）およびバ
ッファ室（１０２）を有し、それぞれの反応容器間に分
離部（４４），（４５），（４６），（４７）を有して
いる。またそれぞれ独立して、反応性気体の供給ノズル
（１７），（１８）と排気ノズル（１７’），（１
８’）とを有し、反応性気体が供給系から排気系に層流
になるべく設けている。
の反応系の一部を示している。即ち、Ｐ，ＩおよびＮ型
の半導体層を積層して形成する３つの反応系の２つ
（Ａ、Ｃ）とさらに第１の予備室および移設用のバッフ
ァ室（Ｂ）を有するマルチチャンバ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Ａ、Ｂ、Ｃ
は、２つの各反応容器（１０１），（１０３）およびバ
ッファ室（１０２）を有し、それぞれの反応容器間に分
離部（４４），（４５），（４６），（４７）を有して
いる。またそれぞれ独立して、反応性気体の供給ノズル
（１７），（１８）と排気ノズル（１７’），（１
８’）とを有し、反応性気体が供給系から排気系に層流
になるべく設けている。
【００１７】この装置は入り口側には第１の予備室（１
００）が設けられ、まず扉（４２）より基板ホルダ
（２）の２つの面に２つの被形成面を有する２枚の基板
（１）を挿着した。さらにこのホルダ（３）を外枠冶具
（外周辺のみ（３８），（３８’）として示す）により
互いに所定の等距離を離間して配設した。即ちこの被形
成面を有する基板は被膜形成を行わない裏面を基板ホル
ダ（２）に接し、基板２枚および基板ホルダとを一つの
ホルダ（３）として６ｃｍ±０．５ｃｍの間隙を有して
絶縁物の外枠冶具内に林立させた。その結果、４０ｃｍ
×６０ｃｍの基板を２０枚同時に被膜形成させることが
できた。かくして高さ５５ｃｍ、奥行８０ｃｍ、巾８０
ｃｍの反応空間（６），（８）は上方、下方を絶縁物
（３９），（３９’）で囲まれ、また側周辺は絶縁外枠
冶具（３８），（３８’）で取り囲んだ。
００）が設けられ、まず扉（４２）より基板ホルダ
（２）の２つの面に２つの被形成面を有する２枚の基板
（１）を挿着した。さらにこのホルダ（３）を外枠冶具
（外周辺のみ（３８），（３８’）として示す）により
互いに所定の等距離を離間して配設した。即ちこの被形
成面を有する基板は被膜形成を行わない裏面を基板ホル
ダ（２）に接し、基板２枚および基板ホルダとを一つの
ホルダ（３）として６ｃｍ±０．５ｃｍの間隙を有して
絶縁物の外枠冶具内に林立させた。その結果、４０ｃｍ
×６０ｃｍの基板を２０枚同時に被膜形成させることが
できた。かくして高さ５５ｃｍ、奥行８０ｃｍ、巾８０
ｃｍの反応空間（６），（８）は上方、下方を絶縁物
（３９），（３９’）で囲まれ、また側周辺は絶縁外枠
冶具（３８），（３８’）で取り囲んだ。
【００１８】第１の予備室（１００）を圧力調整バルブ
（７１）を全開とし、ＴＰ（８６）を経て真空ポンプ
（３５）により真空引きをした。この後、圧力調整バル
ブ（７２）を全開とし、ＴＰにより３×１０−８ｔｏｒ
ｒ以下にまで予め真空引きがされている反応容器（１０
１）との分離用のゲート弁（４４）を開けて、外枠冶具
（３８）に保持された基板を移した。例えば、予備室
（１００）より第１の反応容器（１０１）に移し、さら
にゲート弁（４４）を閉じることにより基板を第１の反
応容器（１０１）に移動させたものである。この時、第
１の反応容器（１０１）に保持されていた基板（１）等
は、予めまたは同時にバッファ室（１０２）に、またバ
ッファ室（１０２）に保持されていた冶具および基板
（２）は第２の反応容器（１０３）に、また第２の反応
容器（１０３）に保持されていた基板は第２のバッファ
室（１０４）に、さらに図示が省略されているが、第３
の反応室の基板および冶具は出口側の第２の予備室にゲ
ート弁（４５），（４６），（４７）を開けて移動させ
ることが可能である。この後ゲート弁（４４），（４
５），（４６），（４７）を閉めた。
（７１）を全開とし、ＴＰ（８６）を経て真空ポンプ
（３５）により真空引きをした。この後、圧力調整バル
ブ（７２）を全開とし、ＴＰにより３×１０−８ｔｏｒ
ｒ以下にまで予め真空引きがされている反応容器（１０
１）との分離用のゲート弁（４４）を開けて、外枠冶具
（３８）に保持された基板を移した。例えば、予備室
（１００）より第１の反応容器（１０１）に移し、さら
にゲート弁（４４）を閉じることにより基板を第１の反
応容器（１０１）に移動させたものである。この時、第
１の反応容器（１０１）に保持されていた基板（１）等
は、予めまたは同時にバッファ室（１０２）に、またバ
ッファ室（１０２）に保持されていた冶具および基板
（２）は第２の反応容器（１０３）に、また第２の反応
容器（１０３）に保持されていた基板は第２のバッファ
室（１０４）に、さらに図示が省略されているが、第３
の反応室の基板および冶具は出口側の第２の予備室にゲ
ート弁（４５），（４６），（４７）を開けて移動させ
ることが可能である。この後ゲート弁（４４），（４
５），（４６），（４７）を閉めた。
【００１９】即ちゲート弁の動きは、扉（４２）が大気
圧で開けられた時は分離部のゲート弁（４４），（４
５），（４６），（４７）は閉じられ、各チャンバにお
いてはプラズマ気相反応が行われている。また逆に、扉
（４２）が閉じられていて予備室（１００）が十分真空
引きされた時は、ゲート弁（４４），（４５），（４
６），（４７）が開けられ、各チャンバの基板、冶具は
隣のチャンバに移動する機構を有し、外気が反応室（１
０１），（１０２）に混入しないようにしている。
圧で開けられた時は分離部のゲート弁（４４），（４
５），（４６），（４７）は閉じられ、各チャンバにお
いてはプラズマ気相反応が行われている。また逆に、扉
（４２）が閉じられていて予備室（１００）が十分真空
引きされた時は、ゲート弁（４４），（４５），（４
６），（４７）が開けられ、各チャンバの基板、冶具は
隣のチャンバに移動する機構を有し、外気が反応室（１
０１），（１０２）に混入しないようにしている。
【００２０】系Ａにおける第１の反応容器（１０１）で
Ｐ型半導体層をＰＣＶＤ法により形成する場合を以下に
示す。反応系Ａ（反応容器（１０１）を含む）は０．０
１〜１０ｔｏｒｒ好ましくは０．０１〜１ｔｏｒｒ例え
ば０．０８ｔｏｒｒとした。即ち、圧力調整バルブを閉
として、反応容器（１０１）内の圧力は０．０５〜１ｔ
ｏｒｒであり、またこのバルブ下は１×１０−２ｔｏｒ
ｒ以下一般には１×１０−４〜１×１０−７ｔｏｒｒと
なり、この真空度をＴＰ（８７）を回転させて成就させ
ている。またこの連続排気方式のＴＰを動作させている
ため、ＶＰ（３６）のポリマ化した油の逆拡散、また油
中に含浸した排気用の大気特に酸素を逆流させることを
初めて防ぐことができた。
Ｐ型半導体層をＰＣＶＤ法により形成する場合を以下に
示す。反応系Ａ（反応容器（１０１）を含む）は０．０
１〜１０ｔｏｒｒ好ましくは０．０１〜１ｔｏｒｒ例え
ば０．０８ｔｏｒｒとした。即ち、圧力調整バルブを閉
として、反応容器（１０１）内の圧力は０．０５〜１ｔ
ｏｒｒであり、またこのバルブ下は１×１０−２ｔｏｒ
ｒ以下一般には１×１０−４〜１×１０−７ｔｏｒｒと
なり、この真空度をＴＰ（８７）を回転させて成就させ
ている。またこの連続排気方式のＴＰを動作させている
ため、ＶＰ（３６）のポリマ化した油の逆拡散、また油
中に含浸した排気用の大気特に酸素を逆流させることを
初めて防ぐことができた。
【００２１】反応性気体は系Ａのドーピング系（５０）
より供給した。即ち珪化物気体（２４）としては精製さ
れてさらにステンレスボンベに充填されたシラン（Ｓｉ
ｎＨ２ｎ＋２ ｎ＞１特にＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６フ
ッ化珪素（ＳｉＦ２またはＳｉＦ４）を用いた。ここで
は、取扱いが容易な超高純度シラン（純度９９．９９
％、但し水、酸素化物は０．１ＰＰＭ以下）を用いた。
より供給した。即ち珪化物気体（２４）としては精製さ
れてさらにステンレスボンベに充填されたシラン（Ｓｉ
ｎＨ２ｎ＋２ ｎ＞１特にＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６フ
ッ化珪素（ＳｉＦ２またはＳｉＦ４）を用いた。ここで
は、取扱いが容易な超高純度シラン（純度９９．９９
％、但し水、酸素化物は０．１ＰＰＭ以下）を用いた。
【００２２】本実施例のＳｉｘＣ１−ｘ（０＜ｘ＜１）
を形成するため、炭化物気体（２５）としてＤＭＳ（ジ
メチルシラン（ＳｉＨ２（ＣＨ３）２純度９９．９９
％）を用いた。炭化珪素（ＳｉｘＣ１−ｘ ０＜ｘ＜
１）に対しては、Ｐ型の不純物としてボロンを前記した
モノシラン中に同時に０．５％の濃度に混入させ（２
４）よりシランとともに供給した。
を形成するため、炭化物気体（２５）としてＤＭＳ（ジ
メチルシラン（ＳｉＨ２（ＣＨ３）２純度９９．９９
％）を用いた。炭化珪素（ＳｉｘＣ１−ｘ ０＜ｘ＜
１）に対しては、Ｐ型の不純物としてボロンを前記した
モノシラン中に同時に０．５％の濃度に混入させ（２
４）よりシランとともに供給した。
【００２３】必要に応じ、水素（純度７Ｎ以上）または
窒素（純度７Ｎ以上）を反応室を大気圧とする時（２
３）より供給した。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）を経、反応性気体の
供給ノズル（１７）より高周波電源（１４）の負電極
（６１）を経て反応空間（６）に供給された。反応性気
体はホルダ（３８）に囲まれた筒状空間（６）内に供給
され、この空間を構成する基板（１）に被膜形成を行っ
た。さらに負電極（６１）と正電極（６１’）間に電気
エネルギ例えば１３．５６ＭＨｚの高周波エネルギ（１
４）を加えてプラズマ反応せしめ、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２
００℃に図２に示す反応容器（１０３）の容器の前後に
配設された赤外線ヒータと同じ手段により加熱した。
窒素（純度７Ｎ以上）を反応室を大気圧とする時（２
３）より供給した。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）を経、反応性気体の
供給ノズル（１７）より高周波電源（１４）の負電極
（６１）を経て反応空間（６）に供給された。反応性気
体はホルダ（３８）に囲まれた筒状空間（６）内に供給
され、この空間を構成する基板（１）に被膜形成を行っ
た。さらに負電極（６１）と正電極（６１’）間に電気
エネルギ例えば１３．５６ＭＨｚの高周波エネルギ（１
４）を加えてプラズマ反応せしめ、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２
００℃に図２に示す反応容器（１０３）の容器の前後に
配設された赤外線ヒータと同じ手段により加熱した。
【００２４】この赤外線ヒータは、近赤外用ハロゲンラ
ンプ（発光波長１〜３μ）ヒータまたは遠赤外用セラミ
ックヒータ（発光波長８〜２５μ）を用い、この反応容
器内におけるホルダにより取り囲まれた筒状空間を２０
０±１０℃好ましくは±５℃以内に設置した。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１０〜５００Ｗ例えば１００Ｗに高周波エネルギ
（１４）を供給してプラズマ反応を起こさせた。かくし
てＰ型半導体層はＢ２Ｈ６／ＳｉＨ４＝０．５％，ＤＭ
Ｓ／（ＳｉＨ４＋ＤＭＳ）＝１０％の条件にて、この反
応系Ａで平均膜厚３０〜３００Å例えば約１００Åの厚
さを有する薄膜として形成させた。Ｅｇ＝２．０５ｅＶ
σ＝１×１０−６〜３×１０−５（Ωｃｍ）−１であっ
た。基板は導体基板（ステンレス、チタン、アルミニュ
ーム、その他の金属），半導体（珪素、ゲルマニュー
ム），絶縁体（ガラス、有機薄膜）または複合基板（ガ
ラスまたは透光性有機樹脂上に透光性導電膜である弗素
が添加された酸化スズ、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）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。勿論この基板は可曲
性であってもまた固い板であってもよい。
ンプ（発光波長１〜３μ）ヒータまたは遠赤外用セラミ
ックヒータ（発光波長８〜２５μ）を用い、この反応容
器内におけるホルダにより取り囲まれた筒状空間を２０
０±１０℃好ましくは±５℃以内に設置した。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１０〜５００Ｗ例えば１００Ｗに高周波エネルギ
（１４）を供給してプラズマ反応を起こさせた。かくし
てＰ型半導体層はＢ２Ｈ６／ＳｉＨ４＝０．５％，ＤＭ
Ｓ／（ＳｉＨ４＋ＤＭＳ）＝１０％の条件にて、この反
応系Ａで平均膜厚３０〜３００Å例えば約１００Åの厚
さを有する薄膜として形成させた。Ｅｇ＝２．０５ｅＶ
σ＝１×１０−６〜３×１０−５（Ωｃｍ）−１であっ
た。基板は導体基板（ステンレス、チタン、アルミニュ
ーム、その他の金属），半導体（珪素、ゲルマニュー
ム），絶縁体（ガラス、有機薄膜）または複合基板（ガ
ラスまたは透光性有機樹脂上に透光性導電膜である弗素
が添加された酸化スズ、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）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。勿論この基板は可曲
性であってもまた固い板であってもよい。
【００２５】かくして１〜５分間プラズマ気相反応をさ
せて、Ｐ型不純物としてホウ素が添加された炭化珪素膜
を約１００Åの厚さに作製した。さらにこの第１の半導
体層が形成された基板をゲート（４５）を開け前記した
操作順序に従ってバッファ室（１０２）に移動し、ゲー
ト（４５）を閉じた。このバッファ室（１０２）は予め
１０−８ｔｏｒｒ以下例えば４×１０−１ｔｏｒｒにク
ライオポンプ（８８）にて真空引きがされている。
せて、Ｐ型不純物としてホウ素が添加された炭化珪素膜
を約１００Åの厚さに作製した。さらにこの第１の半導
体層が形成された基板をゲート（４５）を開け前記した
操作順序に従ってバッファ室（１０２）に移動し、ゲー
ト（４５）を閉じた。このバッファ室（１０２）は予め
１０−８ｔｏｒｒ以下例えば４×１０−１ｔｏｒｒにク
ライオポンプ（８８）にて真空引きがされている。
【００２６】またこの基板は系Ｃに同様にＴＰ（８９）
により、１×１０−７ｔｏｒｒ以下に保持された反応容
器にゲート（４６）の開閉を経て移設された。即ち図１
における反応系Ｃにおいて、半導体の反応性気体として
超高純度モノシランまたはジシランを（水または酸化珪
素、酸化物気体の濃度は０．１ＰＰＭ以下）（２８）ｙ
より、また、１０１７ｃｍ−３以下のホウ素を添加する
ため、水素、シラン等によって０．５〜３０ＰＰＭに希
釈したＢ２Ｈ６を（２７）より、またキャリアガスを必
要に応じて（２６）より供給した。反応性気体は基板
（１）の被形成面にそって上方より下方に流れ、ＴＰ
（８９）に至る。系Ｃにおいて出口側よりみた縦断面図
を図２に示す。
により、１×１０−７ｔｏｒｒ以下に保持された反応容
器にゲート（４６）の開閉を経て移設された。即ち図１
における反応系Ｃにおいて、半導体の反応性気体として
超高純度モノシランまたはジシランを（水または酸化珪
素、酸化物気体の濃度は０．１ＰＰＭ以下）（２８）ｙ
より、また、１０１７ｃｍ−３以下のホウ素を添加する
ため、水素、シラン等によって０．５〜３０ＰＰＭに希
釈したＢ２Ｈ６を（２７）より、またキャリアガスを必
要に応じて（２６）より供給した。反応性気体は基板
（１）の被形成面にそって上方より下方に流れ、ＴＰ
（８９）に至る。系Ｃにおいて出口側よりみた縦断面図
を図２に示す。
【００２７】図２を概説する。図２は図１の反応系Ｃの
縦断面図を示したものである。図面において、ランプヒ
ータ（１３），（１３’）は棒状のハロゲンランプを用
いた。反応空間はヒータにより１００〜４００℃例えば
２５０℃とした。基板（１）が基板ホルダ（２）に保持
され、外枠冶具（３８），（３８’）で閉じ込め空間
（８）を構成している。５０００Åの厚さにＳｉＨ４６
０ｃｃ／分、被膜形成速度２．５Å／秒、基板（２０ｃ
ｍ×６０ｃｍを２０枚、延べ面積２４０００ｃｍ２）で
圧力０．１ｔｏｒｒとした。Ｓｉ２Ｈ６を用いた場合、
被膜形成速度２８Å／秒を有していた。
縦断面図を示したものである。図面において、ランプヒ
ータ（１３），（１３’）は棒状のハロゲンランプを用
いた。反応空間はヒータにより１００〜４００℃例えば
２５０℃とした。基板（１）が基板ホルダ（２）に保持
され、外枠冶具（３８），（３８’）で閉じ込め空間
（８）を構成している。５０００Åの厚さにＳｉＨ４６
０ｃｃ／分、被膜形成速度２．５Å／秒、基板（２０ｃ
ｍ×６０ｃｍを２０枚、延べ面積２４０００ｃｍ２）で
圧力０．１ｔｏｒｒとした。Ｓｉ２Ｈ６を用いた場合、
被膜形成速度２８Å／秒を有していた。
【００２８】かくして第１の反応室にてプラズマ気相法
によりＰ型半導体層を形成した上にＰＣＶＤ法によりＩ
型半導体層を形成させてＰＩ接合を構成させた。また系
Ｃにて約５０００Åの厚さに形成させた後、基板は前記
した操作に従って、隣のバッファ室（１０４）に移さ
れ、さらにその隣の反応室に移設して同様のＰＣＶＤ工
程によりＮ型半導体層を形成させた。このＮ型半導体層
は、ＰＣＶＤ法によりフォスヒンをＰＨ３／ＳｉＨ４＝
１．０％としたシランとキャリアガスの水素をＳｉＨ４
／Ｈ２＝２０％として供給して、系Ａと同様にして約２
００Å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て、さらにその上面に、炭
化珪素をＤＭＳ／（ＳｉＨ４＋ＤＭＳ）＝０．１として
ＳｉｘＣ１−ｘ（０＜ｘ＜１）で示されるＮ型半導体層
を１０〜２００Åの厚さ例えば５０Åの厚さに積層して
形成させたものである。その他反応装置については系Ａ
と同様である。
によりＰ型半導体層を形成した上にＰＣＶＤ法によりＩ
型半導体層を形成させてＰＩ接合を構成させた。また系
Ｃにて約５０００Åの厚さに形成させた後、基板は前記
した操作に従って、隣のバッファ室（１０４）に移さ
れ、さらにその隣の反応室に移設して同様のＰＣＶＤ工
程によりＮ型半導体層を形成させた。このＮ型半導体層
は、ＰＣＶＤ法によりフォスヒンをＰＨ３／ＳｉＨ４＝
１．０％としたシランとキャリアガスの水素をＳｉＨ４
／Ｈ２＝２０％として供給して、系Ａと同様にして約２
００Å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て、さらにその上面に、炭
化珪素をＤＭＳ／（ＳｉＨ４＋ＤＭＳ）＝０．１として
ＳｉｘＣ１−ｘ（０＜ｘ＜１）で示されるＮ型半導体層
を１０〜２００Åの厚さ例えば５０Åの厚さに積層して
形成させたものである。その他反応装置については系Ａ
と同様である。
【００２９】かかる工程の後、第２の予備室より外にＰ
ＩＮ接合を構成して出された基板上に１００〜１５００
Åの厚さのＩＴＯをさらにその上に反射性または昇華性
金属電極例えばアルミニュ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
２）表面電極−（ＰＩＮ半導体）−（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×１０ｃｍの基板でＡＭ１（１００ｍＷ
／ｃｍ２）の条件下にて真性効率特性として有し、集積
化してハイブリッド型にした４０ｃｍ×６０ｃｍのガラ
ス基板においても、５．５％を実効効率で得ることがで
きた。その結果、１つの素子で開放電圧は０．８５〜
０．９Ｖ（０．８７±０．０２Ｖ）であったが、短絡電
流は１８±２ｍＡ／ｃｍ２と大きく、またＦＦも０．６
０〜０．７０と大きく、かつそのばらつきもパネル内、
バッチ内で小さく、工業的に本発明方法はきわめて有効
であることが判明した。
ＩＮ接合を構成して出された基板上に１００〜１５００
Åの厚さのＩＴＯをさらにその上に反射性または昇華性
金属電極例えばアルミニュ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
２）表面電極−（ＰＩＮ半導体）−（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×１０ｃｍの基板でＡＭ１（１００ｍＷ
／ｃｍ２）の条件下にて真性効率特性として有し、集積
化してハイブリッド型にした４０ｃｍ×６０ｃｍのガラ
ス基板においても、５．５％を実効効率で得ることがで
きた。その結果、１つの素子で開放電圧は０．８５〜
０．９Ｖ（０．８７±０．０２Ｖ）であったが、短絡電
流は１８±２ｍＡ／ｃｍ２と大きく、またＦＦも０．６
０〜０．７０と大きく、かつそのばらつきもパネル内、
バッチ内で小さく、工業的に本発明方法はきわめて有効
であることが判明した。
【００３０】図３は本発明および従来方法により作られ
たＰＩＮ型光電変換装置における半導体内の酸素および
炭素の不純物の濃度分布を示す。図面はアルミニューム
裏面電極（９４），Ｎ型半導体（９３），Ｉ型半導体
（９２），Ｐ型半導体（９１），基板上の酸化スズ透光
性導電膜（９０）をそれぞれ示す。従来方法の排気系を
回転ポンプまたはメカニカルブースターポンプのみによ
る排気方法においては、連続排気方式のＴＰを用いない
ため、炭素は曲線（９５），酸素は曲線（９６）に示さ
れる高い濃度の不純物を含有していた。
たＰＩＮ型光電変換装置における半導体内の酸素および
炭素の不純物の濃度分布を示す。図面はアルミニューム
裏面電極（９４），Ｎ型半導体（９３），Ｉ型半導体
（９２），Ｐ型半導体（９１），基板上の酸化スズ透光
性導電膜（９０）をそれぞれ示す。従来方法の排気系を
回転ポンプまたはメカニカルブースターポンプのみによ
る排気方法においては、連続排気方式のＴＰを用いない
ため、炭素は曲線（９５），酸素は曲線（９６）に示さ
れる高い濃度の不純物を含有していた。
【００３１】特に酸素は、５×１０１９〜２×１０２０
ｃｍ−３をＩ型半導体（９２）において有していた。図
面は５×１０１９ｃｍ−３の酸素を含んだ場合である。
加えて、図面は１×１０２０ｃｍ −３の炭素を有する場
合である。他方、本発明に示すごとき排気系においては
炭素濃度は曲線（９８）で示されるように１×１０１７
〜５×１０１８ｃｍ−３を有し、一般には１×１０１８
ｃｍ−３以下しか含まれない。加えて酸素濃度も曲線
（９７）で示されるように５×１０１８ｃｍ−３以下好
ましくは１×１０１８ｃｍ−３以下であり、図３では２
×１０１８ｃｍ−３の場合を示す。
ｃｍ−３をＩ型半導体（９２）において有していた。図
面は５×１０１９ｃｍ−３の酸素を含んだ場合である。
加えて、図面は１×１０２０ｃｍ −３の炭素を有する場
合である。他方、本発明に示すごとき排気系においては
炭素濃度は曲線（９８）で示されるように１×１０１７
〜５×１０１８ｃｍ−３を有し、一般には１×１０１８
ｃｍ−３以下しか含まれない。加えて酸素濃度も曲線
（９７）で示されるように５×１０１８ｃｍ−３以下好
ましくは１×１０１８ｃｍ−３以下であり、図３では２
×１０１８ｃｍ−３の場合を示す。
【００３２】図３において、裏面電極（９４）のアルミ
ニュームには３〜６×１０２０ｃｍ−３の酸素を有して
いる。このため、この酸素がＳＩＭＳ（二次イオン分析
法）（カメカ社３Ｆ型を使用）の測定において、バック
グラウンドの酸素となり、Ｎ型半導体（９３）中の酸素
は１０１８〜１０２０ｃｍ−３となってしまったものと
考えられる。さらにＰ型半導体中の酸素、ＤＭＳ中に含
まれる水の成分があるため不純物があり、この出発材料
をシランを精製して０．１ＰＰＭ以下の酸素または酸化
物とすることによりさらに酸素濃度を下げることの可能
性が推定できる。形成させる半導体の種類に関しては、
Ｓｉのみならず他は４族のＧｅ，ＳｉｘＣ１−ｘ（０＜
ｘ＜１，ＳｉｘＧ１−ｘ（０＜ｘ＜１）ＳｉｘＳｎ
１−ｘ（０＜ｘ＜１）単層または多層であっても、また
これら以外にＧａＡｓ，ＧａＡｌＡｓ，ＢＰ，ＣｄＳ等
の化合物半導体等の非酸素化物であってもよいことはい
うまでもない。
ニュームには３〜６×１０２０ｃｍ−３の酸素を有して
いる。このため、この酸素がＳＩＭＳ（二次イオン分析
法）（カメカ社３Ｆ型を使用）の測定において、バック
グラウンドの酸素となり、Ｎ型半導体（９３）中の酸素
は１０１８〜１０２０ｃｍ−３となってしまったものと
考えられる。さらにＰ型半導体中の酸素、ＤＭＳ中に含
まれる水の成分があるため不純物があり、この出発材料
をシランを精製して０．１ＰＰＭ以下の酸素または酸化
物とすることによりさらに酸素濃度を下げることの可能
性が推定できる。形成させる半導体の種類に関しては、
Ｓｉのみならず他は４族のＧｅ，ＳｉｘＣ１−ｘ（０＜
ｘ＜１，ＳｉｘＧ１−ｘ（０＜ｘ＜１）ＳｉｘＳｎ
１−ｘ（０＜ｘ＜１）単層または多層であっても、また
これら以外にＧａＡｓ，ＧａＡｌＡｓ，ＢＰ，ＣｄＳ等
の化合物半導体等の非酸素化物であってもよいことはい
うまでもない。
【００３３】本実施例は３つの反応容器を用いてマルチ
チャンバ方式でのＰＣＶＤ法を示した。しかしこれを１
つの反応容器とし、そこでＰＣＶＤ法により窒化珪素を
シラン（ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６）とアンモニア（Ｎ
Ｈ３）とのＰＣＶＤ反応により形成させることは有効で
ある。本実施例で形成された非単結晶半導体被膜は、絶
縁ゲイト型電界効果半導体装置におけるＮ（ソース）Ｉ
（チャネル形成領域）Ｎ（ドレイン）接合またはＰＩＰ
接合に対しても有効である。さらに、ＰＩＮダイオード
であってエネルギバンド巾がＷ−Ｎ−Ｗ（ＷＩＤＥ−Ｎ
ＡＬＬ０Ｗ−ＷＩＤＥ）またはＳｉｘＣ１−ｘ−Ｓｉ−
ＳｉｘＣ１−ｘ（０＜ｘ＜１）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装置を作ってもよ
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（ＰまたはＮ型）−Ｎ
（Ｉ型）（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に
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。
チャンバ方式でのＰＣＶＤ法を示した。しかしこれを１
つの反応容器とし、そこでＰＣＶＤ法により窒化珪素を
シラン（ＳｉＨ４またはＳｉ２Ｈ６）とアンモニア（Ｎ
Ｈ３）とのＰＣＶＤ反応により形成させることは有効で
ある。本実施例で形成された非単結晶半導体被膜は、絶
縁ゲイト型電界効果半導体装置におけるＮ（ソース）Ｉ
（チャネル形成領域）Ｎ（ドレイン）接合またはＰＩＰ
接合に対しても有効である。さらに、ＰＩＮダイオード
であってエネルギバンド巾がＷ−Ｎ−Ｗ（ＷＩＤＥ−Ｎ
ＡＬＬ０Ｗ−ＷＩＤＥ）またはＳｉｘＣ１−ｘ−Ｓｉ−
ＳｉｘＣ１−ｘ（０＜ｘ＜１）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装置を作ってもよ
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（ＰまたはＮ型）−Ｎ
（Ｉ型）（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に
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。
【００３４】本実施例において、分離部は単にゲイト弁
のみではなく、２つのゲート弁と１つのバッファ室とを
系２として設けてＰ型半導体の不純物のＩ型半導体層中
への混入をさらに防ぎ、特性を向上せしめることは有効
であった。
のみではなく、２つのゲート弁と１つのバッファ室とを
系２として設けてＰ型半導体の不純物のＩ型半導体層中
への混入をさらに防ぎ、特性を向上せしめることは有効
であった。
【００３５】この本実施例のブラズマＣＶＤ装置を他の
構造のシングルチャンバまたはマルチチャンバ方式に応
用できることはいうまでもない。
構造のシングルチャンバまたはマルチチャンバ方式に応
用できることはいうまでもない。
【００３６】また本発明の実施例は図１に示すマルチチ
ャンバ方式であり、そのすべての反応容器にてＰＣＶＤ
法を供給した。しかし必要に応じ、この一部または全部
ををプラズマを用いない光ＣＶＤ法、ＬＴ ＣＶＤ法
（ＨＯＭＯ ＣＶＤ法ともいう）、減圧ＣＶＤ法を採用
して複合被膜を形成してもよい。
ャンバ方式であり、そのすべての反応容器にてＰＣＶＤ
法を供給した。しかし必要に応じ、この一部または全部
ををプラズマを用いない光ＣＶＤ法、ＬＴ ＣＶＤ法
（ＨＯＭＯ ＣＶＤ法ともいう）、減圧ＣＶＤ法を採用
して複合被膜を形成してもよい。
【００３７】
【発明の効果】本発明により、酸素及び炭素がＳＩＭＳ
（二次イオン分析法）による測定で５×１０１８ｃｍ
−３以下の濃度である珪素を含むＩ型の半導体被膜を形
成することができた。
（二次イオン分析法）による測定で５×１０１８ｃｍ
−３以下の濃度である珪素を含むＩ型の半導体被膜を形
成することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するためのプラズマ気相反応用被
膜製造装置の概略を示す。
膜製造装置の概略を示す。
【図２】本発明を実施するためのプラズマ気相反応用被
膜製造装置の概略を示す。
膜製造装置の概略を示す。
【図３】本発明および従来方法によって作られた半導体
装置中の不純物の分布を示す。
装置中の不純物の分布を示す。
【符号の説明】（５０） 反応性気体を導入するドーピング系 （５１） 反応容器 （５２） 排気系 （６１）（６１’）（６２）（６２’） 電極 （１７）（１８） 反応性気体の供給ノズル （１７’）（１８’） 反応性気体の排気ノズル （１４）（１５） 高周波エネルギー源 （３８）（３８’）（３９）（３９’） 絶縁物 （１３）（１３’） ハロゲンランプ等の加熱手段 （１０１）（１０３） 反応容器 （１０２）（１０４） バッファ室容器 （４４）（４５）（４６）（４７） ゲート弁 （１００） 予備室 （４２） 予備室扉 （５） 予備室空間 （２） 基板ホルダー （１） 基板 （６） 第１の反応室の反応空間 （８） 第２の反応室の反応空間 （７）（９） バッファ室空間 （７１）（７２）（７３）（７４） 圧力調整バルブ （８６）（８７）（８８）（８９） ターボ分子ポンプ （３４）（３５）（３６）（３７） 真空ポンプ
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
Claims (1)
- 【請求項１】 ＣＶＤ法により半導体被膜を作製するに
際し、ステンレスボンベに充填された珪化物気体を反応
室に導入し、該反応室をターボ分子ポンプを用いて減圧
して、酸素及び炭素がＳＩＭＳ（二次イオン分析法）に
よる測定で５×１０18ｃｍ-3以下の濃度である珪素を含
むＩ型の半導体被膜を形成することを特徴とする被膜作
製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10050061A JP3062470B2 (ja) | 1998-02-16 | 1998-02-16 | 被膜作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10050061A JP3062470B2 (ja) | 1998-02-16 | 1998-02-16 | 被膜作製方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8032876A Division JP2923748B2 (ja) | 1996-01-26 | 1996-01-26 | 被膜作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10209059A true JPH10209059A (ja) | 1998-08-07 |
| JP3062470B2 JP3062470B2 (ja) | 2000-07-10 |
Family
ID=12848497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10050061A Expired - Lifetime JP3062470B2 (ja) | 1998-02-16 | 1998-02-16 | 被膜作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3062470B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004036634A1 (ja) * | 2002-10-18 | 2004-04-29 | Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. | 薄膜形成装置及び薄膜形成方法並びに薄膜形成システム |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2923748B2 (ja) | 1996-01-26 | 1999-07-26 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 被膜作製方法 |
-
1998
- 1998-02-16 JP JP10050061A patent/JP3062470B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004036634A1 (ja) * | 2002-10-18 | 2004-04-29 | Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. | 薄膜形成装置及び薄膜形成方法並びに薄膜形成システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3062470B2 (ja) | 2000-07-10 |
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|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |