JPS6366922A - 半導体装置作製方法 - 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】 本発明は半導体装置を作製する方法に関し特に、導電型
の異なる半導体薄膜または、半導体材料の組成または組
成比の異なる半導体薄膜を連続して多層積層した、半導
体装置の作製方法に関するものである。

従来の半導体被膜の作製方法は、半導体装置の構造が単
層でも多層でも同一の減圧反応容器内にて形成されてお
り、よって導電型置る半導体薄膜を積層する場合であっ
ても、また半導体材料の組成または組成比の異る半導体
薄膜を積層する場合であっても、一つの減圧反応室にて
形成していた為に、必要とする半導体薄膜とは異なる他
の半導体薄膜の不純物元素または構成成分が混入すると
いう問題が発生していた。

特にプラズマ気相反応法では、反応室内壁に吸着してい
る酸素、水までも、プラズマ放電によりスバ・７タして
半導体被膜中にとり込んでしまうため、従来法のように
異なった導電型の半４体薄膜または異った構成の半導体
薄膜を同一反応容器を用いて、多層に積層して半導体装
置を作製すると、これらが混入して半導体装置の特性を
悪化させていた。

そのため本発明は、導電型の異なる半導体薄膜または半
導体材料の組成または組成比の異なる半導体薄膜毎に、
別々の減圧気相反応室にて形成して、多層の積層構造を
有する半導体装置を作製する方法であり、作製する半導
体装置の構造にあわせて、これら別々の減圧気相反応室
を仕切弁を隔てて複数個連結し、半導体装置作製用基板
上に連続して、外気にふれることなく多層の半傅体薄膜
を積層してゆき半導体装置を作製するものであります。

以下に実施例により本発明を説明する。

第１図に本発明に用いた連続式プラズマ気相反応装置の
概略図を示す。

この図面のプラズマＣＶＤ装置はＰＮ接合、ＰＩＮ接合
、ＰＮＰＮ接合、ＭＩＮ接合等の基板上の半導体に異種
導電型または化学量論比の異なる即ち異種材料の同種導
電型の半導体層を多層に形成した場合、それぞれの半導
体層をそれぞれに対応した反応容器にて独立に形成し基
板上に積層して形成させた複数の半導体層がその境界部
にて互いに混入し合わないようにし、くわえて自動かつ
連続的に多量製造するためのプラズマ気相反応用の装置
である。

この装置は入り口側の第１の予備室（１）より装置中に
基板（２）を挿着し、第１のゲート弁（３）の開閉によ
り第１の反応容器（４）及び第１の予備室（１）を連続
させ基板（２）を移動させるものである。

第１図では、ゲート弁（３）は完全には閉じていないよ
うに表現されているが、実際は独立した反応室となるた
め完全に閉じられている。

第１の反応室（４）へ、基板（２）を移動後第１のゲー
ト弁（３）を完全に閉め１つの独立した反応室とした後
、前記基板（２）を基板加熱ヒーター（図示せず）によ
り成膜温度まで加熱を行なう。

この時、排気系（２１）により、初期真空排気を行なう
。

また、基板移動の際には隣り合った反応室がほぼ同圧力
であれば、その圧力はいくらでもかまわない。

この後、この基板に対し、反応性気体であるシラン等を
バルブ（１７）を開閉して励起室（３８）に導入する。

この励起室（３８）においては、マイクロ波エネルギー
（１３）により反応性気体を化学的に励起、活性化また
は反応せしめその後、ホモジナイザーを経て第１の反応
容器（４）に導入される。

この容器内には基板（２）が挿着されており、必要に応
じてこれが毎分３〜３０回転例えば６回／分で回転して
いる。これは形成される被膜の均一度を高めるためであ
る。さらにこの基板はヒーターにより加熱され、不要の
反応生成物およびキャリアガスは真空排気系（２１）に
より排気される。　以上のようにして系■において所定
の厚さ例えば１０人〜１０μｍ結晶粒径を有するアモル
ファスまたは多結晶の炭化珪素被膜が形成され、かつそ
の場合においてＳｉｎ−ｘ　Ｃｘ　（０≦ｘく１）の化
学量論比でさだめられたエネルギーギャップを有し、且
つＰ型、夏型またはＮ型（この場合はＰ型）の導電型を
示す不純物が被膜形成と同時に基板上にディポジットし
て被膜中に混入される。

系Ｉの処理が終わった後、この系の反応性気体および飛
翔中の反応生成物を排気除去した。

この後、第２のゲート弁（５）を開けて系■に基板、ボ
ートをゲート弁（５）を通して移動した。この移動にお
いての系１１系■の容器の圧力はほぼ同一でなければな
らない。

この後、系■においても系■と同様に半導体被膜が設計
に従って形成される。この時系■に置かれていた基板は
系■に系■に置かれていた基板は系■・に、系■の基板
は出口側の第２の予備室（１２）に移動する。

このそれぞれの系Ｉ〜■は、Ｐ型、夏型（不純物が混入
していない状ａ）　、Ｎ型および誘導アニールの各工程
を示している。しかし半導体装置の接合をＰＩＮではな
く　、ＰＮ、ＰＮＩ、ＰＮＰＮ等々をそれぞれの半導体
をそれぞれに対応した反応容器内で作ろうとした時はそ
の場合形成する半導体層の数に従って系の数は増加また
は減少させた。

また形成させる被膜のエネルギーギャップは係数Ｘに従
って定められ、被形成面に平行に異なったエネルギーギ
ャップを持った炭化珪素（Ｓｉｎ−ＸＣｘＯ≦ｘく１）
または珪素（Ｓｉｌ−、Ｃｘ　　ｘ　＝０　）が形成さ
れる。またこの場合エネルギーギャップは連続して変化
する。

以上のごとく、本発明において示されたように半導体被
膜を基板の被形成面上に形成するにあたり基板より離れ
た位置で反応性気体を化学的に活性化、励起または反応
せしめ、化学量論的に十分混合した均一のクラスタが存
在しないような炭化珪素被膜（Ｓｔ＋−ｘ　ＣｘＯ≦ｘ
く１）を形成したのが本発明の特徴である。

実施例は炭化珪素のみとしたが、炭化物気体を導入する
ことなく、珪化物気体のみまたはそれにＰまたはＮ型の
不純物を混入しても同様でＦる。

本発明において形成される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
。本発明においては、形成された被膜がＰ型、Ｉ型また
はＮ型を有する半導体であることが重要である。このた
め形成された被膜中に残存するＣｓＳｉの不対結合手を
中和するための再結合中心中和用の水素を１０〜１００
モル％特に２０〜４０モル％混入させることが大きな特
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５
ｉ−Ｈ，Ｃ−Ｈとして中和するのみならず５ｉ−ＣＩ、
Ｃ−Ｃｌとハロゲン化物、例えば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い。

この中和用の水素またはハロゲン元素の濃度は１０モル
％以下、例えば２〜５モル％が好ましかった。加えて窒
素、酸素もその効果が濃度が１０′４〜１０”ｃｌ’に
おいては中和作用があった。

しかしこの濃度が１０２°ｃｍ−”以上になると、これ
らと反応した窒化珪素および酸化珪素が絶縁性を呈し、
形成された半導体層の半導体としての特性を悪化させて
しまった。このため本発明においては、実施例に示され
たごとく、反応容器の内壁の酸素等の吸着物を加熱ベー
タして除去し、加えて反応系に水素が混入した窒素を流
し、十分パージすることがきわめて重要であった。

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、可視光レーザー、発光素子
または光電変換素子を作ってもよい。特にエネルギーバ
ンド巾をＷ−Ｎ（ＷＩＤＥ　Ｔｏ　ＮＡＬＬＯＷ）とし
た即ちＳｉＣ−ＳｉとしたＰＩＮ接合、旧ＮＰＮ接合、
ＰＮＰＮ接合、ＭＩＰＮ接合は光電変換効率を７．５〜
１５％にまで向上させることができ、工業的に重要であ
る。

また、導電型の異なる半導体薄膜または半導体材料の組
成または組成比の異なる半導体薄膜を各々独立した反応
室にて形成するため、各半導体層の構成成分、不純物等
が互いに混入することなく、良好な特性を持つ半導体装
置を作製することが可能であった。

さらに連続して、半導体薄膜を形成することが可能なた
め、被膜形成の処理速度を向上させることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する製造装置の概要を示す。 １．１２・・・・・・・・・予備室 ３、　５．　７．　９．１１・・・ゲート弁第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 反応性半導体供給手段と、排気手段とを有する減圧反応
   室が仕切弁を隔てて複数個連結された気相反応装置を用
   いて、導電型の異なる半導体薄膜、または半導体材料の
   組成または組成比の異なる半導体薄膜を連続して積層構
   造の半導体装置を作製する際に、前記導電型の異なる半
   導体薄膜または半導体材料の組成または組成比の異なる
   半導体薄膜毎に、別々の減圧気相反応室にて形成され、
   他の半導体薄膜の不純物元素または構成成分が混入しな
   いように、形成することを特徴とする半導体装置作製方
   法。