JPS5952835A - プラズマ気相反応装置 - 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】 本発明は基板上ＫＰ型、１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シ、外気（大気）Ｋ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、ゲルマニューム、炭化珪素
（８１０のみではなく、本発明においてはＢＩＸＯｔ−
ＡＯ＜Ｘζ１の総称を意味する）、珪化ゲルマニューム
（８１ｘＧｅ、−、０＜ｘ＜１）珪化スズ（８１Ｘ８ｎ
Ｉ−２、Ｏ＜ｘ＜１）であって、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シ、再結
合中心置数の小さなＰ工および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Ｐ
Ｎ接合、Ｐ工接合、Ｎ工接合またはＰ工Ｎ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シ、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。

本発明は形成される半導体被膜がスパッタ（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
ジ結晶学的に成長（ＧＲＯＷＴＦＯ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、かかる多数の反応容器を連結したマル
チチアンバ一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、一定の鹸離例えば２−ｙ６
ａｍ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ジズマ放電を行な
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％よシその２０
〜６０倍の４０〜）０チに゛まで高めたことを特徴とし
ている。

さらにその際多数回くシかえして被膜形成を行なうと、
その時反応容器上部に付着形成されたフレーク（微少せ
つ片）（微粉末）が基板の被形成面上に拓ｆ；１ピンホ
ールの発生を訪発してしまうことを防ぐため、基板の被
形成面を重力にそって配向せしめたことを％徴としてい
る。

本発明は、このフレークが反応性気体の導入口側で多数
発生してしまうことを防ぐため、反応性気体の導入口側
に網目状または多穴状に設けられた電極を負電極とし、
排気口側に正電極を設けたことを特徴としている。即ち
、本発明は実験的にフレークが正電極近傍に多く発生し
やすいことを見出し、このため負電極側を反応炉の上部
または反応性気体の導入口側に配したことを特徴として
いる。

本発明け２〜１０ｃｍ好ましくは３〜５ｃｍの一定１７
、’［１をへて被形成面を概略平行に配置、とされた基
板の上部、下部および中央部；周辺部での膜厚の均一性
、また膜質の均質性を促すため、赤外線ランプを被形成
面方向に設け、さらに少なくとも一ヒ方向および下方向
よシ棒状赤外線ランプを互いに９０曲げて配置し、均熱
化をはかった。即ち１０　ｃ　ｍ’または電極方向Ｋ　
１０−２０　ｃ　ｍを有する巾１０〜１１００ａの基板
の多くが、その温　′度分布において、１００〜４００
°Ｃ例えば２００±１０°Ｃ以内好ましくは±５’０以
内としたことを特徴としている。

゛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。さらに不発Ｉ
ＪＡ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一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生成物が付着する
ことを防ぎ、逆に加えて供給した反応性気体の被膜にな
る割合即ち集取効率を高めるため、チムニ−（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−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ァス珪素のプラズマ
気相反応において、その製造装置の放電方式は１３．５
６ＭＨｚ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、基板の一生面側のみ選択的に被
膜成長をさせたものであった。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、電極の他方よシ被
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、特忙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
かしこの従来よシ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０．１−２に秒と小さい０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、
０．１−０．４５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った。

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−主面上のみに半導体層を形成する。仁のため量産性
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１００：ｆｆ＋”の基板
の大きさにて５０００円をこえ、さらにその内の４００
０円以上は設備償却費という全く非常識な現状であった
〇このため１０ｃｍ０（７）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Ｑ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１．Ｎ
Ｗの半導体層をその設計事項に従っ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ッタ効果によ
シ混合してしまう。

そのためＰ乳Ｐ工、Ｎｌ’ｉたはＰ工Ｎ接合を少なくと
も１つ有する半導体層を複数ｆｆ４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ったものであ
る。すなわち例えば１つのＰ工Ｎ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、基板の核形成面も１１
１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０しかしさらにその不純物の混合の詳細検討
をずずめた結果、これだけでは不十分であシ、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った。

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ｒｔ＝層を反応性気体が衝突するように被形成前上
に供給され１スパツタ効果を極力さけることがきわめて
京猥であることが判明した０ 即ち核形成面に対し高周波電昇が垂直にカロえられア゛
こ場合、この電界によシプラズマ化された反応性気体が
下地に強く衝突する０このため第２１／；半導【ト層を
積層している時同時にその界面ではお互いが混合し合っ
てしまった。その結果従来よシ知られた平行平板型′「
ｕ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１０００−２００　ＯＡもあることが判
明した。

本発明はかかる欠点を防ぐため、独立分離の４ルチチア
ンバ一反応方式であって、かつその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ｔζ概略平行に
したこと、さらに反応性気体を被形成面にそって流れる
ように層流を構成して供給させ、反応性気体がチアンツ
ク−内を乱流を作って混合することを防いだ。これらの
処理に加えて、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シ実質的に作
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
めることによシ］％ チアンバー（反応容器）内の全空間に反応す伝り） 背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シ、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２００−３００＾と約
１／１ｏ−１１５にするとともに、結晶学的ＫＰ型の半
導体層上に連続してショ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Ｐ１Ｎ型半導体
層を形成してＰＭ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５ＶＫてＩＦＡ以下のダイ
オード特性を有せしめた効果を有した。

かくすることによシ、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Ｖ価の不純物が相互作用
して深いトラップレベルを作るが、かかるトラップセン
タ（再結合中心）を混合部の厚さをうずくすることによ
シ少なりシ、また結晶学的忙成長させることにより、′
に性半導体の不対結合手の存在濃度を従来の１０〜ＴＬ
Ｏｃｍより約Ｖ１００の１０〜′クーノ ’Ｎｏ　ｃｍにしたことを特徴と１７でいる。

以下に本発明の実施例を図面に従って説明する。

実施例１ 第１図に従って本発明のプラズマ気相反応装置の実施例
をＮ’Ｑ’＋明する。

この図面けＰ工接合、Ｎ工接合、ＰＮ接合、Ｐ工ＩＴ接
合、Ｐ工Ｎ工Ｐ接合、Ｎ工ＰＩＮ接合またけＰ工ＨＰ工
Ｎ■・・ＰＩＮ接合等の基板上の半導体に異種導電型ま
たは同梱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９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Ｋ　ＰＩＮ接合を構成する３つのＰｌ
　工および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Ｉ、　ＩＩ、Ｍ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０＊、０→、α呻と排気手段（
、’Ｊ　Ｉ　Ｈ。

に）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。

仁の装置は入口側には第１の予備室（５）が設けられ、
とびら０りよシ基板ホルダ（ホルダともいうＸ７４）Ｋ
基板（４）、（ｊ）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、２ｘｌＯＣ！ｍ好ましくは３−５　ｃ
　ｍ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、３−４０　Ｔｎ、　４
−５６　ｍ、　□　Ｑｍと広げた。さらにこの第１の予
備室（５）を真空ポンプ（３５）Ｋ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）　Ｋゲート弁（４
４）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）Ｋ移し、さらにゲート弁０４）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）Ｋ保持されていた基板（メは反応容器筒に、ま
た反応容器（〕）Ｋ保持されていた基板（２）は反応容
器（８）　Ｋ％また反応容器（８）Ｋ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（４
５）α６）０りを開けて移動させた。

）　　　２ 第２の予備室に移された基板Ｖよゲート弁（４’ｉ’ｌ
が閉じられた後０１）より窒素が導入されて大気圧にさ
れ、（４，３）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）　７　（４５）
、　（４６）　、　（４７）は閉じられ、各チアンパー
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）　（４つが１Ｈ１７２２ き、各チアンバーの基板、ホルダは隣シのチアンバーに
移動する機構を有している。

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。

反応系■　（反応容器（６）を含む）は１０〜１０ｔｏ
ｒｒ好ましくはＯ，０１ｘｌｔｏｒｒ例えば０．１ｔＯ
ｒｒとした。

反応性気体は珪化物気体０９に対してはシラン（Ｓｉｎ
Ｈｚ−ｕｚ　ｎ２１４９Ｋ　８１１Ｑ、ジクロールシラ
ン・（Ｅｆｉ邸υ、トリクロールシラン（ＥＴｉＨ［１
，）、四フッ化珪素（８１Ｆ、）等があるが、取扱いが
容易なシランヲ用いた。価格的にはジクロールシランの
方が安価であシ、これを用いてもよい。

本実施例のＢ　ｉ　Ｘ　Ｏ／−Ｘ　（０＜　Ｘ＜　１）
を形成するため炭化物気体ｆ２）に対してはメタン（ｃ
９を用いたＯＣへのような炭化物気体であっても、また
四塩化炭素（００１，、）のような塩化炭素であっても
よい。

炭化珪素（ｓｉｚＣｄ、　０＜　ｘ＜１）に対しては、
Ｐ型の不純物としてボロンを水素にて２０００Ｉ’ＦＭ
　Ｋ希釈されたジボランよシ（ハ）よシ供給した。また
ガリュームをＴＭＧ　（（）ａ　ＣＯＨ；）、）によＦ
）　１０　Ａ−９Ｘ１０　ａｍの濃度になるように加え
てもよい。

キャリアガス（３９）は反応中ｔよ水素（Ｈ，）を用い
たが、反応開始の前後は窒素（Ｎｊ）を液体窒素によシ
利用した。これらの反応性気体はそれぞれの流量計（３
段およびパルプ（３つをへて、反応性気体の導入口０７
）Ｊニジ高周波電源の負電極（６ツをへて反応容器（６
）に供給された。反応性気体は（１０）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（１４〕内
に導入され、負電極（６１）と正電極（５１）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。

基板け１００−４００６０例えば２００°ａ　ＶＣ赤外
線ヒータ（１ηθ４によシ加熱した。

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±ＸＯａ好ましくは±６０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’Ｏとｓｏ’ａをも不均一を生
じ、全く実用にならなかった。また互いに直交させるこ
とによシ、基板間の温度分布も±ｘｏｂ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Ｋ　１Ｏ−５０Ｗに高周波エネ
ルギα◆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Ｂ、Ｆ１ａ　ｉ　ＨＱ＝　０．
５％。

ＯＨ〆（１３ｉ　Ｈ４＋Ｃ鴨・０．５の条件にて、この
反応系■て約１００大の厚さを有する薄膜として形成さ
せた□　Ｆ！ｇ　＝２−０ｅＶｅ−：ｌＸｌ０　間Ｘ１
０　（’Ｌ６Ｑ’テあツタ〇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（工Ｔｏまたは酸化スズの６００
−８００＾の電極用桧膜）はスパッタされて、酸化２　
スズが金属スズに変わって透明でなく白濁しゃすい。

しかし本発明の実施例に示される如く、プラズマ電界を
被形成面に概略平行にすると、この電界による反応生成
物は表面にそって移動するため、スパッタ効果による白
濁化は３Ｏ−５ｆｆＷ加えても見られず、垂直電界の場
合がト５Ｗが限界だったことに比べて、特性歩留シおよ
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、ゲルマニュー
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、工Ｔｏ等の導電
膜が単層またはＩＴＯ上Ｋ　ＥｌｎＯＬ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ＫＰ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ってもま次固い板であっても
よい。

かくして１−ｆ５分間グ２ズマ反応をさせて、Ｐ型不純
物としゝ７ヲｒ「ボ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
作順序に従って第２の反応容器（））Ｋ移動し、ここで
真性の半導体層を約６０００＾の厚さに形成させた。

すなわち第１図における反応系Ｈにおいて、半導体の反
応性気体としてシランを（ハ）よυ、また水素等のキャ
リアガスを必要に応じてψ）ｆ？４よシ供給して、一対
を構成する電極（Ｉ卯］）Ｋて系■と同様に高周波１：
Ｌ澱（トンより１３．５６ＭＨｚの高周波エネルギを供
給した。基板は２５０″Ｏにヒータ０多（１埠によシ加
熱した。反応性気体Ｑま基＆（２）の被形成面にそって
上方より下方に流れ、真空ポンプ（３’７）Ｋ至る０系
ｌｌにおいて◇りの出口側よシみたたて断面図を第２図
シζ示す。

第２図を概説する。

第２図において反応容器（１）はのぞき窓←８）電波漏
えい防止用銅網０９）、裏ｆ旧でマイクロ波供給用の石
英窓（５５）導波管ω９．さらにマ・ｔクロ波またはミ
リ波用電源Ｑつを具備して（へる。Ｔｉ、板（２）の被
形成面にそって平行に反応性気体い）、東の、（ハ）お
よび高周波θりの電界が配されるように設けである。

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０第２図にお
いて、反応性気体は（６６）よシ導入され、石英管導入
口より網状または多孔状の電極（６″Ｑをへて導出させ
た０反応性銀体の導出口（Ｉ１１基板（２）、ホルダ（
’７４）、排気口Ｑ９、一対の電極（６７）　（６８）
の相関関係については、第３図にさらにその斜視図（前
手分を切断しである）で示している。

即ち、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（（なったホルダ（’７４）Ｋ垂直方向（鉛
直方向）に互いに一定の間隙例えば３ｃｍにて平行に配
置されている。ホルダは石英よシなシ、上側に円板状の
ディスクとこれに連結した基板用みぞ（９４）を有して
いる。ディスクは４つのサポータ（ｓｏ）　（ａｄ）に
よシ空間に保持され、サポータ（ｓｏ）　（ｓｄ）は軸
（’７９）　（’７ゐの回転に従って２　　　　　　　
　　　２ 回転し、その結果ディスクを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０１よシ１〜３ｍｍの穴ｃ７３）を
へて網状Ｍｌ極（穴約ト１０ｍｍ　）　（６りをへて、
下方向にふき出させている。ホルダのガイドｅ１０）に
よシ反応性気体の（８０）方向への放出を防ぐため、（
８１）の間隙は１ｃｍ以下好ましくはＳｉｈ−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
Ｋ　１ｒ４状に流さぜた０石英の側壁（９６）はみぞ（
９５）よシ外側Ｋ　１０−２０ｍｍ　離れて設け、反応
性気体の側壁（９６）でのみだれの発生を防ぎ、そのこ
とによシ基板（２）の端部での被膜の膜厚の均一性をよ
シ促進させた。

また排気系に関しても、（８荀からの反応性気体の流入
を少なく　Ｌ、（８５）を選択的Ｋ　ｕ、ｌ−させるた
め、ガイド（’７ｍ）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（８り碑５）の約１１５以下好ましくは
の０−１７１００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（６’／ｌと基板上端即ちディスク（／４
）との距離も同様にガイド（’１０）Ｋよシ調節した。

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（’ｙＯ）、上ぶた（９３）、ガイド（７υ、下
ぶた（９４）によって囲まれておシ、電極とチアンバー
（ｑ芋にステンレスチアンバーンの内！糸と梃・ｔ の寄生溶イを防止に務めた。さらに反応性気体の導入口
（６８）の内径と負電極が概略同一の大きさを有し、ま
た排気口００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って流れて空間を冷え的にプラ
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シ、ひいては反応容器（ペルジ
ャー）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、赤外線ランプ吟ｄが上方向、下方向
に設けられ、基板の均質化を促進させている。

第３図の構成は泥１図における系１．ＵＫおける反応容
器（６）　（８）での電極、基板、ホルダ、反応性似体
層出口、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（’７’７）の系Ｉの方向よシＬ・Ｉ　′）、　
’ｔ　’ｌ　（’７Ｅ］）の方向の系夏の方向に移動さ
せることができた。

第２図におけるＩＧＨｚ以上の周波数のマイクロ波の効
果に関しては、不発門人の出願になる特許願５’／−１
２６０４フｅ５１．７．１９出願）に詳細が示されてい
る。

図面では２５００　において３ヤ秒を高周波電界を２０
Ｗとしシランをｓ　ｏ　ｃ　ｃ／９加えると得ることが
できた。イ゛５２−として従来の平行平板型のＮ極方式
において０．１〜１鵡りに比べて、同−反応容器庫とす
ると６倍になジ、合計４８倍の多量生産が可能となった
。また従来５０ｃｍを作つ（′１する空間においては、
２０ｃｍＸ５０ｃｍの基板を間隙５ｃｍとし、２０配列
同時に可能となシ、Ｖ−形成面積は’Ｌ　　Ｌ　　　” 実質的Ｋ　２０Ｘ５０Ｘ２０＝２ＸＩＯａｍと同時に８
倍にすることができ、電極間距離は従来の４ｃｍよ９２
５〜２７ｃｍ［なったため、反応性気体のイオン化率も
向上し、被膜へ−Ｌ娃雇し４彰秒を７４／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った。

かくして形成された半導体層は、プラズマ状態のＸＥｔ
＊が長いため、先広導度も２×１０４７Ｘ１０（何４″
、喧伝導＃：、３Ｘ１０″〜ｌＸｌ０’（ｃｃ＠−′を
有していた。

またかくして工型半導体層を系■にて約５００ＯＡの厚
さに形成させた後、基板は前記した操作に従って系■の
反応容器（８）Ｋ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Ｐ
　Ｈ／ｓ　ｉ　！（，２１，０％としく３１）よシまた
シランを（３０）よシ、またキャリアガスの水累を（→
よｆｉ８１）ｆ、／Ｈ，・５ｏとして供給し系■と同様
にして２００Åの厚さＫＮ型の微結晶性または繊維構造
を有する多結晶の半導体１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Ｃ後、第２の予備室（９）よシ外にＰ工Ｎ接
合を構成して出された基板上にアルミニューム電極を真
空蒸着法によシ約１μの厚さに作シ、ガラス基板上Ｋ　
（ＩＴＯ＋５ｎＯＪ表面電極−（Ｐ工Ｎ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７桐豪平均８％をｌｏ
ｃｍ’の基板でＡＭＰαｏｏｍｗ／ａｍ）　Ｋて真性効
率特性として有し、ハイブリッド型にした１５ｃｍＸ４
０ｃｍの基板においても、６−Ｊ７＄ｉ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（ＩＩＩ
のＰ工接合がきわめて簡約に構成され）またアモルファ
ス半導体またはセミアモルファス半導体等の非単結晶半
導体においても、Ｐ型半導体層上に工型半導体層を成長
積層させたことによるもので、また開放電圧は０．８８
−０．９ｖであったが、短絡電流は２　Ｃ□２２ｍＩｙ
’ｃｍ’と大きく、またＦＦも０．フＨ０７８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］、／１０−１１５０　Ｋなったこと
による電流増加が大きな特性改良につながったものと推
だされる。

かくの如く本発明のプラズマ反応装置は形成される４！
：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５−８９６の変換効率に比べ３０％も向上
させるきわめて独ｆ；ｊＪ的なものである０ 実施例２ この実施例は実施例１の変形であ）、第２図に対応した
図面を第４図に示しである。その他は第１図〜第３図と
同様である。

第４図は工型半導体層を形成する１’５ｐ−２反応容器
のたて断面［ア１であシ、図面において反応性気体やＱ
ｐ′Ｉ）ＰＤは導入口（６６）をへて導出口θ櫓よシ横
方向に噴き出されている。また排出口も？、］）をへて
（／　ａ）よジロータリーポンプ（３’／）に至ってい
る。

基板（２）は鉛直方向に立てて林立させ、ホルダ（’７
４）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４：／湧１ｊＬ：Ｄ筒状空
間に選択的に流れるようにしている。高周波Ｗ、ｖＰ、
（Ｉｉは負電極（６η正電極ｃ７りを有し、赤外糾２ン
プは（］り、θうと上下に設けられ、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（７穀の系■
〜■への移動が容易でちるというＱ、′ｆ注を有する。

しかし反応性気体が温度の上昇気流によシ上方に多く流
れ、基板の上側が浮くなシやすい。このため基板を（四
〜ｅ２１）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）の横方向であシ、
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１１・１性にバラツキが発生してしまい、多量生産
には実施例１と同様すぐれたものであったが、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。

実施例３ 第５図は本発明の他の実施例を示す。

第５図（４）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（４）において反応性気体
の導入口（６６）よル０呻、負電極（６′Ｑをへて排気
口Ｑ１）、正電極（６日）、排気系（７４）Ｋ至るが、
基板（２）はテーパ状を有し、基板の導入口側よシー排
気口側に向ってせまくなシ、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剥土付着しやす
いため、（９）においては反応性気体の導出す１１晶 口を下方向よシ璽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シも向上し、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ＲＫ比べてその生産性は約Ｖ２
になってしまった。

以上の本発明の実施例においては、Ｐ工Ｎ接合を１つ有
するものとした。しかしＰ工Ｎ工Ｐ型のフォトトランジ
スタ、Ｐ工ＩＩ’工Ｎ・・・＠Ｐ工Ｎ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って
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手導体被膜中の結晶
構造がアモルファ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１型を少なくともＰＩ、
　ＰＭまたはＮ工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＃）
８１−Ｈ％Ｏ−Ｅ　Ｋて中和するのではなく秒 ５ｉ−０１，（＄−０１とハロゲン化物特に塩化Ｙ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
濃度け１０原子チ以下、例えば２−５原子チが好ましか
った。

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８１、（）ｅ、　８１ＸＯ７−ｘ（０（！（
１）、Ｅｌ　１！　Ｇ　＠　ｒ−ｒ＋　（０’−Ｘ’　
１）　％　８１Ｘ　８　ｎ　７−４　（０（Ｘ　（１）
のみでＫなく、これ以外にＧａＡｓ、　（）ａＡＩＡｇ
、　ＢＰ、　Ｏｄｓ等の化合物半導体であってもよいこ
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ォトエッチ技
術を用いて選択的ＫＰまたはＮ型の不純物を混入または
拡散してＰＭ接合を部分的に作シ、この接合を利用して
トランジスタ、ダＰＸＮ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ってもよい。特に先入射光側
のエネルギバンドｌｊを大きくしたヘテロ接合構造を有
するいわゆるｖ−Ｎ　（ｗよりｍ　Ｔｏ　ＮｈＩＪＩＪ
ｏｖｔ）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
能になシ、工業的にきわめて重要なものであると信する
。

【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図に対応した他の実施例である。 ４５゛許出願人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．１気圧以下の減圧状態に保持された反応系における
   基板上の被形成面上に、Ｐ型、１型およびＮ型の導電型
   の非単結晶半導体層を積層して接合を構成する半導体を
   形成せしめるため、Ｐ型半導体層を形成させるための反
   応容器と、工型半導体層を形成させるための反応容器と
   、Ｎ型半導体層を形成させるための反応容器とを具備し
   、前記それぞれの反応容器には反応性気体の導入系と反
   応生成物を真空排気するための排気系とを有し、前記反
   応容器を互いに連設するとともに、前記反応容器の一方
   の側および他方の側に第１および第２の予備室を連設し
   、前記反応容器よび予備室の連設部には前記それぞれの
   反応容器に導入される反応性気体がプラズマ気相反応中
   に互いに混入することを防ぐゲート弁が設けられたプラ
   ズマ気相反応装置において、被形成面を有する基板が互
   いに概略平行に所定の間隙を有して配設せしめるととも
   に、前記基板の被形成面方向に加熱源を設けたことを特
   徴とするプラズマ気相反応装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、加熱源は反応容器
   の上方および下方向よシ赤外線ランプにより設けられる
   とともに、基板は重力方向に配設せしめたことを特徴と
   するプラズマ気相反応装置。