JPS60206018A - 半導体の製法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体の製法に関するＯ 〔従来技術〕 シラン（８１Ｈ，）のプラスｉ分解法でえられるアモ／
Ｉ／７アスシリコンに、ホスフィン（１％Ｌ、）やジボ
ラン（Ｂ、Ｈ６）をドープすることにより価電子制御が
できることが、ダブル・イー・スピア−らによって１９
７５年に発見された。１９７６年、ディー・イー拳カー
ルソンらによってアモルファスシリコンを用いた太陽電
池が試作されるにいたり、アモルファスシリコンは一躍
脚光を集め、太陽電池材料としての研究が活発に進めら
れるようになってきている。

これまでの研究成果として、ｐｉｎヘテ四接合型太陽電
池では、エイ・カタラノらが変換効率１０．１％を発表
（１９８２年）して以来、変換効率が１０％をこえるも
のがいくつか報告され、高変換効率薄膜太陽電池として
有望視されるにいたっている。

しかし、これら高変換効率を有する太陽電池を構成する
アモルファスシリコン膜は、例外な＜　１３．５６　Ｍ
Ｈｚ付近、あるいはそれ以上の周波数の電源を用いてグ
四−放電分解することによってえられたものであり、そ
れ以下の周波数電源によるグ四−放電分解で、このよう
な高変換効率の太陽電池が製造されたという報告はなさ
れていない。その原因は、電極が基板およびサセプター
と平行に設置され、グレー放電が主に電極と基板あるい
はサセプターとの間で行なわれる平行平板型電極を用い
て、周波数の低い条件で行なわれると、電界反転に要す
る時間が長くなり、グロー放電分解によって生じた各種
イオンに与えられるエネルギーが増加するため、基板上
に堆積している半導体膜へのイオンの衝突により膜質が
低下し、良好な性能を有する太陽電池かえられないため
と考えられる。とくに電界反転に要する時間の長い約１
３−５６　ＭＨｚ未満の放電においては、イオンのもつ
運動エネルギーが大きくなるため、膜質の低下が著しく
なる。

一方、このような約１３．５６　ＭＨｚ以上の周波数の
電源を用いて半導体膜を製造すると、■インピーダンス
マツチングの必要があり、装置の複雑化がさけられない ■装置の自動化の障害となるメガヘルツ帯でのノイズト
ラブルが発生しやすい ■大面積の半導体膜を形成する際に、電極内での電力分
布が無視できなくなる などの問題を含んでいる。

これらの問題は、電源の周波数を低下させることにより
、防止あるいは著しく低源させることができると考えら
れる。しかし、電源の周波数を低下させると、とくに直
流グロー放電では放電の開始が困難になり、内部電極構
造のばあいにはそれほど障害にならないが、ガラス管や
石英管などの外部に電極がある外部電極構造のばあいに
は、高電圧を印加するか、トリガーなどを設置するなど
の工夫をしなければ、通常の条件での放電は困難である
といわれている。

〔発明の構成〕

本発明者らは前記のごとき実情に鑑み、低周波電源を用
いたばあいにも良好な性′能を有する半導体膜を製造し
うる方法を見出すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を
完成した。

すなわち本発明は、シラン系ガスをグー−放電分解法で
分解させて半導体を製造する際に、基板に対して実質的
に垂直に設置され、しかもアース電位から絶縁された複
数個の対向する電極を用いて、導入されたシラン系ガス
をグ四−放電分解させたのち、導入されたシラン系ガス
と接触するように設置された基板上に分解物を堆積させ
ることを特徴とする半導体の製法に関する。

〔発明の実施態様〕

本発明に用いるシラン系ガスとは、シラン、ジシラン、
その他の高次シランのうちのガス状のものあるいはこれ
らの混合物などがあげられ、これらのみを用いてもよく
、これらを水素またはアルゴン、ヘリウム、チッ素など
の不活性ガスで希釈して用いてもよく、またこれらにＰ
ｌＢＳＮ、　０などの元素を含む化合物を含有させたも
のを用いてもよい。

本発明においては、前記シラン系ガスが装置に導入され
、基板に対して実質的に垂直に設置され、しかもアース
電位から絶縁された複数個の電極の間を通過する間に該
電極によりグレー放電せしめられる。

シラン系ガスの導入量は、装置の大きさ、シラン系ガス
の組成、排気量、電源パワーなどにより異なるため、−
概にはきめられないが、通常、装置内圧が１０　〜１０
Ｔｏｒｒ程度に維持されるように、１〜１０００　ｓｅ
ｃｍ、、程度導入される。

導入されたシラン系ガスは、通常２〜１０個程度の複数
個の、電極間圧！２〜５Ｑｃｍ程度の電極間に印加され
た３００〜２０００　Ｖ程度の電圧下で、１シ〜１０■
、好ましくは１〜５００ｍ程度の周波数で、電極間を通
過する際にグロー放電分解される。

前記周波数が１ＫＨ！Ｉ＋未満になると、分解時にイオ
ン種が急激に増加したり、放電開始が困難となり、良好
な半導体膜かえられにくくなる傾向が生じ、１０跪をこ
えると、インピーダンスマツチングの必要が生じたり、
メガヘルツ帯でのノイズトラブルが発生したり、製膜面
積を大きくしたときに膜質が低下するなどの傾向が生ず
る。

本発明においては、用いる複数個の電極はすべてアース
電位から絶縁されている。このことにより、従来の電極
のようにアースされているばあいと異なり、基板あるい
はサセプターと電極との間の放電がおこりに＜＜、電極
間の電界による放電が主となるため、イオンの基板への
衝突が著しく低減されることになる。

グルー放電分解されたシラン系ガスは、導入されたシラ
ン系ガスと接触するように、また前記電極と実質的に垂
直になるようへ設置された基板に向って進み、該基板上
に分解物を堆積する。

本明細書において実質的に垂直になるとは、装置の都合
上イオンのダメージが問題とならない程度に、基板に対
して電極の向きを垂直からずらすばあいをも含むことを
意味する概念である。

本発明に用いる基板にはとくに限定はなく、一般に半導
体の製造に用いられるものが使用されうるが、半導体層
の堆積が１８０〜６００°Ｏ程度の基板上に行なわれる
ため、耐熱性な有することが好ましい。

グロー放電分解物が基板上に堆積されたシラン系ガスは
、そののち装置外に排気される。

つぎに本発明の方法を図面にもとづき説明する。

第１図は、本発明に用いる反応装置の一例である容量結
合高周波グロー放電分解装置α０）を説明するための説
明図である。

第１図において、（１）は、たとえばステンレス製のご
とき反応炉であり、反応炉（１）にはシラン系ガスを導
入するための導入口（８）が設けられている。

導入口（８）から供給されたシラン系ガスは、ガス流路
を規定するための、たとえばガラス製または石英製など
の反応管（２）にそって、反応管（２）のきれだ位置に
設置されているサセプター（６）によりシラン系ガスの
流れと接触するように載置された基板（７）に向って流
れる。

反応管（２）には、シラン系ガスの流れ方向と平行にな
るように、すなわちサセプター（６）により設置された
基板（γ）と実質的に垂直になるように、ＲＦ電極（８
）、（４）が設置されている。Ｒ１！’電極（３）、（
４）はアース電位から絶縁されており、該電極間をシラ
ン系ガスが通過するとき、該シラン系ガスがグロー放電
分解せしめられる。

第１図には反応管（２）の内側、すなわち内部電極構造
になるように電極（ＩＬ　（４）が設けられているが、
反応管（２）の外側、すなわち外部電極構造になるよう
に設けてもよい。

グルー放電分解せしめられたシラン系ガスは基板（７）
と接触し、分解物が基板（７）上に堆積される。分解物
の堆積にあたり、基板（７）は、基板（７）をはさんで
反応管（２）と反対側に設置されたヒーター（５）によ
り加熱され、適正な温度で牛導体膜が堆積される。

前記分解物の基板（７）との接触は、基板全体にわたっ
て均一であり、かつ堆積効率がよくなるようにすること
が好ましい。この目的を達成するため、基板（７）を載
置するためのサセプター（６）は、反応管（２）とヒー
ター（５）とが対面する部分、すなわち基板（７）が載
置される付近にシラン系ガスを通過させうるように孔が
設けられていたり、電極とサセプターとの距離をイオン
の衝突が問題とならない程度に適当に近づけることによ
り、基板（７）付近をシラン系ガスが通過するようにし
、その他の部分は、反応炉（１）の反応管（２）側とヒ
ーター（５）側とを隔離するようにすることが好ましい
。もちろんす七ブタ−（６）は単に基板（γ）を設置す
るだけの働きをするものであってもよい。

基板（７）と接触せしめられ、分解物が堆積せしめられ
たシラン系ガスは、反応炉（１）のヒーター側に設けら
れた排気口（９）から排気される。

このようにして太陽電池などに用いられるアモルファス
タイプ、マイク四スタリンタイプなどの半導体が製造さ
れる。

第１Ｎに示したような装置を用いて本発明の方法により
半導体を製造すると、グロー放電分解は２枚の電極の間
でおこり、発生したイオンは主として電極間を往後運動
し、基板との望ましくない衝突はほとんどなくなり、良
質な半導体膜の製造が可能になる。

つぎに本発明の方法を実施例にもとづき説明する。

実施例１ 第１図に示すようなグルー放電分解装置であって、電極
（８）、（４）の面積がそれぞれ２０．０ａｍ２、電極
間距離７．５ａｍ、電極のサセプターに近い端部とサセ
プター間距離が２０ｍである装置を用い、所定の電源周
波数で対向電極に電圧６００Ｖを印加し、シランのグロ
ー放電を行なった。

あらかじめ、２０ｍ　Ｘ　２ｃｍのコーニング７０５９
ガラスをサセプターに固定し、反応炉内の内部圧力をタ
ーボ分子ポンプで１０””Ｔｏｒｒまで減圧したのち、
ヒーターで２２５００に加熱した。そののち気体導入口
から、あらかじめ水素で希釈した１０モル％のシラン（
ＳｉＨ４）ガスを６０ａｃｃｍの流量で反応炉内に導入
するとともに、反応炉内の圧力を１、　ＱＴｏｒｒに調
整しながら排気口から排気した。反応炉内のガスが定常
状態になった時点で、電極間に所定の周波数で正弦電圧
を印加し、グｏ　−放電分解を行なった。形成されるア
モルファスシリコン膜厚を５０００〜７０００Ｈになる
ように放電時間を調整し、放電終了後室温まで降温した
のち、ＡＩを蒸着させて、幅１．５ｃｍのコブラナ型電
極を形成した。このときのアモルファスシリコン膜成長
速度は０．６〜１．１ｊＬ／秒であった。

このようにしてえられたアモルファスシリコン膜の暗時
および光（１００ｍＷ／ａｍ２のＡＭ−１光線）照射時
の導電率を測定した。その結果を第２図に示す。

なお本実施例で用いた電源では周波数可変出力計が入手
できなかったため、正確な電源出力は不明であった。

比較例１ 実施例１で用いた反応炉内の２枚の電極をとりのぞき、
かわりに直径７．Ｑｏｍの円形の電極を基板に対して平
行になるように設置、した。サセプターと電極との距離
は５．０ａｍで電極は電源の端子に接続した。電源の一
方の端子とサセプターは接地し、電極とす七ブタ−の間
で放電がおこるようにした。

このようにして設置した平行基板型の電極を用いて、前
述と同じ条件で、所定の周波数でグリ−放電分解を行な
い、アモルファスシリコン膜をえた。アモルファスシリ
コン膜成長速度は１．８〜６．１Ｖ秒であった。

第３図に実施例１と同様にして測定した暗所導電率およ
び光照射時の導電率を示す。

比較例２ 比較例１と同一の装置を用いて同様にして１３−５６Ｍ
Ｈ２高周波電源によるグロー放電分解を行なった。高周
波出力を１０Ｗから４０Ｗまで変化させた。

えられたアモルファスシリコン膜を用いて、実施例１と
同様にして測定した光照射時の導電率を第４図に示す◇ 第２図〜第４図に示す光照射時における導電率の結果か
ら、つぎのことがわかる。

すなわち、最も一般的に行なわれている１３．５６ＭＨ
ｚの周波数で平行平板電極を用いる方法では、第４図に
示すように、１０〜４０Ｗ　（０、２６〜１．０’Ｗ／
ａｍ”）で９．８　Ｘ　１０””　〜６．ＯＸ　１０−
’　（Ｑｏｍ）−１の光照射時導電率を示すアモルファ
スシリコン膜かえられたのに対して、低周波でえられた
アモルファスシリコン膜の光導電率は、第３図に示すよ
うに、！、ＯＸＩＯ〜１．７Ｘ１０　（Ｑｏｍ）　にし
かすぎない。

一方、本発明の方法では、第２図に示すように、！、Ｏ
Ｘ１０””（Ｑｏｍ）−１以上の光導電率を有するアモ
ルファスシリコン膜かえられていることがわかる。

このように本発明によると、１５．５６−の高周波電源
を用いて作製したのと同程度あるいはそれ以上の性能を
有する半導体膜を、低周波電源を用いても製造すること
ができる。

なお上記実施例においては、１０モル％の水素希釈シラ
ンガスのみを用いたが、ドーピング膜を堆積させるため
、ボ四ンなどの周期表皇族の元素を含むジボランなどの
ガスや、リンなどの周期表Ｖ族の元素を含むホスフィン
などのガスを混合す、るばあいに対しても、本発明の方
法が適用可能であることはいうまでもない。また炭化水
紫、アンモニアなどのガスを併用して、シリコンカーバ
イドなどの他元素を含むシリコン化合物牛導体を製造す
ることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に用いる装置の一例を示す概略側
面図、第２図は第１図に示した装置を用い、低周波電源
によりグルー放電を行なってえた半導体膜の暗時および
光照射時の導電率と周波数との関係を示すグラフ、第３
図は平行平板型電極を用い、低周波グルー放電を行なっ
てえた半導体膜の暗時および光照射時の導電率と周波数
との関係を示すグラフ、第４図は第６図に用いた装置と
同じ装置を用いて１３．５６ＭＨｚの高周波グ田−放電
を行なってえた半導体膜の光照射時の導電率と高周波出
力（Ｒ？パワー）との関係を示すグラフである。 （図面の主要符号） （８）、（４）ｌｅｔ極 （７）：基　板 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　シラン系ガスをグロー放電分解法で分解させて半導
   体を製造する際に、基板に対して実質的に垂直に設置さ
   れ、しかもアース電位から絶縁された複数個の対向する
   電極を用いて、導入されたシラン系ガスをグロー放電分
   解させたのち、導入されたシラン系ガスと接触するよう
   に設置された基板上に分解物を堆積させることを特徴と
   する半導体の製法。 ２　前記グロー放電分解における電源の周波数が１ｍ〜
   １０馳である特許請求の範囲第１項記載の製法。