JPS5952834A - 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Ｋｍ’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）に
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／Ｘ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５ｉｚＯ，
，０（ｘ＜１の総称を意味する）、珪化ゲ／Ｌ／　ｉ二
：Ｌ−−ム（日１ＸＧｅ＋−ｙ（０＜ｘ（１）珪化スズ
（８１ＸＥ１ｎＩ−４０＜Ｘ（１）であって、この被膜
中に活性状態の水素またはノ・ロゲン元素を充填するこ
とにより、再結合中心密度の小さな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ＰＮ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、眉間絶縁物が形
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
多結晶学的に成長（ＧＲＯＷＴＥ；１させる次め、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、一定の距離例えば２〜６ｃ
ｍ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ラズマ放電を行なわ
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４０〜７０％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（微少ぜ
つ片）（微粉末）が基板の被形成面上Ｋｌｔｔ−ｘピン
ホールの発生を銹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特徴として
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シて配したことを特徴とし
ている。

本発明は２〜１０ｃｍ好ましくは３〜５ｃｍの一定の間
隙をへて被形成面を概略平行に配置された基板の上部、
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、さらに少なくとも上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ｔ？はか
った。即ち１０　ｃ　ｍ’または電極方向に１０〜２０
ｃｍを有する中１０〜１００ｃｍの基板の多くが、その
温成分布において、１００〜４００″Ｃ例えば２００±
１０°Ｃ以内好ましくは±５’Ｏ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。さらに本発明
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
る割合即ち果状効率を高めるため、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、基板の一主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、特に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。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、’
　Ｏ，１−（）、　４Ｘ、／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
しまった〇 ま７ｃ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。このため量産
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１０　ｃ　ｍ’の基板
の大きさにて５０００円をこえ、さらにその内の４００
０円以上ケよ設備償却費という全く非常識な現状であっ
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。

本発明はかかる目的を満たすためなされ次ものである。

半導体装置は単に真性の半導体のみではなくＰ型、Ｎ型
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ＰＮ％ＰＩ、ＮｘまたはＦＩＮ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、基板の皺形成面側のみプ
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。

しかしさらにその不純物の混合の鮮紅１検討をすすめた
結果、これだけでは不十分でお沙、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シ得ること
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
半導体層を反応性気体が衝突するように被形成面上に供
給されてスパッ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カロえられた場
合、この電界しくよシプラズブ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ってし゛ま
った。その結果従来よシ知られた平行平板型電極の一方
の電（ａ面に平行に被形成面を配向させる（すなわち１
１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１０００−２０００λもおることが判明した。

本発明はかかる欠点を防ぐため、独立分離のマルチチア
ンバー反応方式であって、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に概略平行にし
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バー
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輛 Ｘ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り、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２００−６００＾と約
１／１い−１１５Ｋ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ＰＮ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５■にて１μ八以下のダイ
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ととができた
。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
により少なりＬ７、また結晶学的に成長させることによ
υ真性半導体の不対結合手の存在源７を　　　、７１ 度を従来の１０〜１０ｃｍ−よシ約コ、／］、ＯＯの１
０〜″ノづ １０　ａｍ　Ｋ　したことを特徴としている。

以下に本発明の実施例を図面に従って説明するＯ 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
を説明する。

この図面けＰ工接合、Ｎ工接合、ＰＮ接合、Ｐ工Ｎ接合
、Ｐ工Ｎ工Ｐ接合、Ｎ工Ｐ工Ｎ接合またはＰ工ＮＰ工Ｎ
０拳・ＰＩＮ接合等（〕基板上の半導体に異種導電型ま
たは同種導電型であシ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２の半導体層
全形成して、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（（形成するための
装置である。

図面においては特ＫＰ工Ｎ接合を構成する３つのＰ、　
■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、ｎ、Ｉ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αカ、ａ樟、α傍と排気手段（イ）、
ｅ心。

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。

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）よシ基板ホルダ（ホルダともいう）（’
１４）Ｋ基板（４）　、　（４：）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、２〜１００ｍ好ましく
はト５　ｃｍ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’ｌｏＣｍ、　
１５ｃｍ、　２０ｃｍと長くなるにつれて、３−４　ｃ
　ｍ１〜５ｃｍ５トロｃｎｎと広げた。さらにこの第１
の予備室（５）を真空ポンプ０５）Ｋでバルブ（３すを
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）にゲート弁←
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
閉じることによシ移動させたものである。この時反応容
器（６）ニ保持されていた基板（Ｓりは反応容器（８）
　Ｋ　、また反応容器（ツ）に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）Ｋ同時に
ゲート弁（４５）　（４６）　（４７）を開けて移動さ
せた。

２ 第２の予備室に移された基板はゲート弁０″Ｑが閉じら
れた後（４１）より窒素が導入されて大気圧にされ、０
３）のとびらよシ外に出した。

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）　（４５）　
（４６）　（４’７）２２フ は閉じられ、各チアンバ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（４つ（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（４の、　（４５）　、　（４６）　、
　（４’７）が開き、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ＩＫ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Ｉ　（反応容器（６）を含む）は］−０〜１ｏｔ
ｏｒｒ好ましくは０．０ト１ｔｏｒｒ例えば０．１ｔＯ
ｒｒとした。

反応性気体は珪化物気体（財）に対してはシラン（Ｓ　
ｉ　ｎ　Ｈｔｌｌ、ｎ≧１特ＫＳｉＨ）、ジクロールシ
ラン（Ｓ　ｉ　Ｈ，９］？）、トリクロールシラン（Ｓ
ｉＨＯ］、）、四７ノ化珪素（ＳｉＦ、）等があるが、
取扱いが容易なシランを用いた。価格的にはジクロルル
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ＢＬｘＯ（−Ａ（０＜ｘｃｌ）を形成するた
め炭化物気体（ハ）に対してはメタン＜ａｎを用いたＯ
Ｃ４のような炭化物気体であっても、また四塩化炭素（
ＣＩＯηのような塩化炭素であってもよい。

炭化珪素（８１ＸＯｚ−ａ　０（Ｘ（１）　Ｋ対しては
、Ｐｆｆｌの不純物としてボロンを水素にて２０００Ｐ
ＰＭ　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Ｔ　Ｍ　Ｇ　（Ｇ　ａ　（ＯＨｌｌ）
Ｊ　）　Ｋよ＃）１０　補ＸＩＯａｍの濃度になるよう
に加えてもよい。

キャリアガス（３９）は反応中は水素（Ｈ，）を用いた
が、反応開始の前後は窒素（Ｎ）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）
およびパルプ（３２）をへて、反応性気体の導入口ａ−
ｈよシ高周波電源の負電極（６υをへて反応容器（６）
Ｋ供給された。反応性気体は（７０）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（’／４）内
に導入され、負電極（６］）と正電極（５１）間を電気
エネルギ例えば’１３．５６ＭＨ２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。

基板は１０Ｇ−４００°Ｃ例えば２０Ｑ’ＯＫ赤外線ヒ
ータへ）都によυ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＋７）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±１０″ａ好ましくは±５’ａ以内に
設置した。と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″０と８０’Ｏをも不
均一を生じ、全く実用にならなかった◇を九互いに直交
させることによシ、基板間の温度分布も±１０′Ｏ１０
″０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α４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Ｐ」メ８１ＥＬ、二〇。５チ。

ｏ　Ｖ（ｓ　ＩＢ、−＋Ｏ糧二０．５の条件にて、この
反応系■で約１００λの厚さを有する薄膜として形成さ
せた（、　Ｆｉｇ”２．　ＯｅＶ、”　ｌＸｌ０〜３Ｘ
１０　（ｎｃｎ９であった。

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６００−４０　ＯＡの電極用被膜）は
スパッタされて、酸化スズが金属スズに変わって透明で
なく白濁しゃすい０ 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３０−５０’！加えても見られず、垂直電界の場
合が２−５Ｗが限界だったことに比べて、特性歩留シお
よび製造歩留シを向上させた。

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ｓ、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、■Ｔｏ等の導電
膜が単層またはＩＴｏ上に８ｎＯｚ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０もちろん
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
。

かくしてす４分間プラズマ反応をさせて、Ｐ型不純物と
−リｆ■１−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（７）Ｋ移動し、ここで真性の半
導体層を約５０００大の厚さに形成させた０ すなわち第１図における反応系Ｈにおいて、半導体の反
応性気体としてシジンを（ハ）よシ、また水素等のキャ
リアガスな必要に応じて＠（ハ）よシ供給して、一対を
構成する電極（１Ｈ心にて系Ｉ］ と同様に高周波電源αＩ）よ−）　１３．５６ＭＨ２の
高周波エネルギを供給した。基板は２ａｏ”ｃ［ヒータ
θａ（ｌよシ加熱した。反応性気体は基板（２）の被形
成面にそって上方よυ下方に流れ、真空ポンプ（３ηに
ζ至る。系１目でおいて（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１でおいて反応容器（１）はのぞき窓α８）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）、さらにマイクロ波また
はミリ波用電源（５６）を具備している。基板（２）の
被形成面にそって平行に反応性気体（ロ）、に）、（ハ
）および高周波００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．
４５ＧＨ２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）より導入され、石英管導入
口よシ網状または多孔状の電極（６′Ｑをへて導出させ
た。反応性気体の導出口０→、基板（２）、ホルダ０荀
、排気口Ｑ■、一対の電極（６’７）、　（６Ｂ）の相
関関係については、第３図にさらにその斜視図（前半分
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
さしこみ式になったホルダ（７４）に垂直方向（鉛直方
向）Ｋ互いに一定の間隙例えば３ｃｍにて平行に配置さ
れている０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）　（ｓｏ）によシ
空間に保持され、サポータ（ｓｏ）　（ｓφは軸（’１
９）　（’７９）の回転に従って２ 回転し、その結果ディスクを３−’ｌ　Ｏ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０→よりｌ−３ｍｍの穴０３）をヘ
テ網状電極（穴約５−１０ｍｍ　）　（６’７：ｌをへ
て、下方向にふき出させている。ホルダのガイドｅ７０
）により反応性気体の（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２−５ｍｍ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
に層状に流させた０石英の側壁（９つはみぞ（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すからの反応性気体の流入
を少なく　Ｌ、（８５）を選択的ｆｌｕさせるため、ガ
イドＣ／１）と基板下端との間隙をＩＣｍ以下に合せて
設けた。即ち（８す、（８優のガス流のコンダクタンス
を（８す（８５）の約１ｈ以下好ましくは１／３ｏ−Ｊ
ｘｏ　ｏにすることによシ、筒状空間に選択的に反応性
気体を導き入れた。正電極（６日）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））と基板上端即ちディスク（７４）
との距離も同様にガイド（７０）Ｋよシ調節した。

第３図よシ明らかな如く、電極はその外周辺側を石英（
７＃イ）”（’ｉ’ｏ）、上フ＆（９３）、カイ）”（
’７１）、下ぶた（９４）Ｉｃよって囲まれておシ、電
極とチアンバー（％にステンレスチアンバー）の内壁と
の寄生藷の防止に務めた。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？！■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俊丸的にプラ
ズマ放電させている。その結果、反応性気体のプラズマ
化率がきわめて犬きくなシ、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０―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図の構成は第１図における系１．１１Ｋおける反応
容器（６）　（８）での電極、基板、ホルダ、反応性気
体導出口、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Ｃ７７）の系■の方向よｌ）　’ｉＱ　’／、
　Ｚｆ−、（７８）の方向の系■の方向に移動させるこ
とができた。

第２図における１ＧＨｚ以上の周波数のマイクロ波の効
果に関しては、本発明人の出願になる特許願５　’７−
１２６０４７　（Ｓ　５）、７．１９出願）Ｋ詳細が示
されている。

図面では２５００　において３〜ｔ２を高周波電界を２
０Ｗとしシランを３０　ｃ　ｃ／９加えると得ることが
できた。ａ現として従来の平行平板型の電極方式におい
てＯ０１〜１ん今に比べて、同−反応容器浦祐すると６
倍になシ、合計４８倍の多量生産が可能となった。また
従来５０ｃｍを作製する空間においては、２０ｃｍＸ５
０ｃｍの基板を間隙５ｃｍとし、２０配列同時に可能と
なシ、被形成面積は’ｌ　　Ｌ　　Ｓｒま（ 実質的Ｋ　２０Ｘ５０Ｘ２０−２ＸＩＯａｍと同１ｔｆ
Ｋ８倍にすることができ、電極間距離は従来の４ｃｍよ
り２５〜２７ｃｍ［なったため、反応性気体のイオン化
率も向上し、被膜へ夫辻４ｔ＋シ秒を得ることができる
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０ かくして形成された半導体層は、プラズマ状態の託ｌｌ
ｔが長いため、光伝導度も２Ｘ１０−７Ｘ１０（江坤、
喧伝導度３×１０〜１×１０（」→を有していた０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Ｐｈ／
ｓ　１ｚ、１．０％としく３１）よυまたシランを（３
０）よシ、マたキャリアガスの水素をＱつよ！ｌｌｓ　
１ｕ４／ａ　、５０として供給し系Ｉと同様にして２０
０λの厚さＫＮ型の微結晶性または繊維構造を有する多
結晶の半導体層を形成させたものである。その低反応装
置については系■と同様である。

かかる工程の後、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＋ＳｎＯ，）表面電極−（Ｐ工Ｎ半導体）（Ａ
１裏面電極）を構成させた０その光電変換装置としての
特性は７−９チ平均８チを１−００ｍ”の基板でＡＭｘ
　（ｌｏｏｍＷ／ａｍ）Ｋて真性効率特性として有し、
／Ｓイブリッド型にした１５ｃｍＸ４０ｃｍの基板にお
いても、トチ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゜９■であったが、短絡電
流は２　ｏ−２２ｍ１ｙ’ｃｍ’と大きく、またＦＦも
Ｏ，フ）→、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ベレヘｏ−ｖ
５０に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３０−Ｊ′ＩＯ倍も向上させ、ま
た特性も従来のトロの変換効率に比べ３０％も向上させ
るきわめて独創的なものである。

実施例２ との実施例は実施例１の変形であり、第２図に対応した
図面を第４図（Ｆ−示しである。その他は第１図〜第３
図と同様でちる。

第４図は工型半導体層を形成する’”　５２−’７反応
容器のたて断面図であり、図面において反応性気体ｅｊ
’ｊ、ｎ戸は導入口（６６）をへて導出口α■］横方向
に噴き出されている。また排出口も（ハ）をへてｃ２６
）よジロータリーポンプｅη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（７４
）によシ空間に保持されている。反応性気体はガイド（
７０）（７１）　Ｋよ！ｌｌ横型の筒状空間に選択的に
流ノ れるようにしている。高周波電源０υは負電極（６７）
正電極（７ツを有し、赤外線ランプはθす、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（７４）の系
１−１［への移動が容易であるという特性を有する。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
、基板の上側が厚くなシやすい。このため基板を＜１０
−（ハ）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
気特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図は本発明の仙の実施例を示す。

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（Ａ）において反応性気体
の導入口（６６）よシθ転負電極（６′Ｑをへて排気口
な］）、正電極（６８）、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排気ロ
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。

（４）においてはフレークが被形成面に刺子付着しやす
いため、（Ｂ）においては反応性気体の導出口を下方向
よシ（１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りも向上し、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図の製造装置に比べてその生産性は約１／
２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ＮＩＰ型のフォトトジンジ
スタ、Ｐ工ＮＰ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、本発明の技術思想匠お
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半導体被膜中の結晶
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Ｐ−Ｐ
Ｎ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シ日
ｉ−Ｈ，ｈＯ−Ｅ　Ｋて中和するのではなく５ｉ−０１
，０−（３１と・・ロゲン化物特に塩化ｉ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
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Ｓｉ、Ｇｅ、　ＥｌｉＸＣ，（ＯイＸ（１
）、８１　ＸＧ　ｅ　ｔ−（（０＜　Ｘ　（１）　、Ｅ
Ｊ　ｉ　Ｘ　８　ｎ、−，１（０＜　Ｘ　＜　１）のみ
でＫなく、これ以外にＧａＡｓ、　ＧａＡＬＡｓ、　Ｂ
Ｐ、　Ｏａｓ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０ 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ＰＮ接合を部分的に作シ、この接合を利用して
トランジスタ、ダイオード、茶−Ｎ−Ｗ（Ｗよりシ擢Ａ
ＬＬＯシ（よりＦｉ）構造のＰ工Ｎ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巾を大きくしたヘテロ接合
構造を有するいわゆるＷ−Ｎ（ＷよりＥ　Ｔｏ　ＮＡＬ
ＬＯ司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０ 第３図は第２図の装置の一部の斜視図を示す０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。

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！吻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、前記反応室お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
   反応性気体の流れに概略そって配置された筒状の空間に
   、前記反応性気体を遠択的に配向すべく、前記反応性気
   体Ｙ導入ガイドまたは排気ガイドを有することを特徴と
   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、基板の被形成面は
   フレーク（微少せつ片）の刺着を防ぐべく、重力にそっ
   て配置せられたことを特徴とするプラズマ気相反応装置
   。