JPS6148583B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体基板および太陽電池用材料とし
ての基板の製造に使用される外熱型プラズマ化学
気相成長装置や外熱型化学気相成長装置に関する
ものである。さらに詳しくは、半導体基板の層間
絶縁膜や最終保護膜としてのシリコン窒化膜
（SiN）、ケイ酸ガラス膜（SiO₂）またはリンケイ
酸ガラス膜（PSG）や、太陽電池用材料としての
アモルフアスシリコンやアモルフアスシリコンカ
ーバイト（Si_xC_1-x）などの薄膜をその基板上に
生成させる場合に、すでに反応温度に加熱してあ
る反応管に被処理基板を挿入して反応ガスにより
化学気相成長もしくはグロー放電を併用したプラ
ズマ化学気相成長は操作時間の短縮のために最近
よく使用されている。

第１図は従来一般に使用されている装置の構成
を示すもので、図ではプラズマ化学気相成長装置
を示している。プラズマを併用しない化学気相成
長装置の場合は高周波電力を導入する電気回路が
ないだけで、他は同様であるので、以後の説明は
プラズマ化学気相成長装置について行なう。

図において１は反応管２をとりまく環状のヒー
タ、反応管２は一端は内容物出入口として大きく
開口しており、他端はくびれて排気孔２−１が開
口している。３は石英などの耐熱絶縁物製のボー
トで、その底面は前記反応管の下部側面に合せた
形状をしており、上面には基板保持電極４が前記
反応管の管軸に垂直な面となるように、かつ実質
的に等間隔になるように複数枚保持されている。
５は反応管の内容物出入口に設けられた蓋で、こ
の内面には前記ボートに連結する連結棒５−１
と、この蓋を貫通して前記基板保持電極に高周波
電力を供給するための２個の端子１４が設けられ
ている。この端子の内側からはそれぞれリード線
１３で前記基板保持電極を１枚おきに交互に接続
してそれぞれ群をなし、かつ互に対向した基板保
持電極群を形成している。６は反応管の内容物出
入口と蓋との間に設けられた反応ガス導入リング
で、バルブを設けた反応ガス導入管６−１が設け
られている。７は反応管の排気孔２−１より排気
する排気ポンプである。

このような従来装置で化学気相成長を行なうた
めには、室温中で前記ボートに直立した基板保持
電極（もしくは基板保持板）に基板を装填し、こ
れをすでに気相成長に必要な反応温度にまで加熱
されている反応管に挿入して、基板が所定の反応
温度に到達するまで放置しておく。ところが、こ
の状態では反応管内には空気が充満しており、基
板温度が上昇するにつれ、基板表面が酸化されて
行く。このために酸化し易い基板や、酸化し易い
膜の生成には使えないという欠点がある。

この欠点を多少でも緩和するために基板挿入直
後、基板の温度上昇を待たずに直ちに排気する方
法が試みられた。この場合には反応管内での対流
による熱伝導の手段がほとんど奪われてしまうた
めに、基板のみならず基板保持電極やボートまで
含めた熱容量が大きいので所定の温度まで上昇し
て安定するまでの時間が長く、従来は40分以上の
時間を必要としていた。

上記のように温度が安定してから前記６−１の
反応ガス導入管から反応ガスを注入し、所定の真
空度を維持しながらプラズマを各電極間に発生さ
せて基板上に膜を生成させるものである。この工
程で本来直接必要なものは薄膜の生成工程だけで
あり、その他の温度安定化までの時間や、生成終
了後の室温までの温度降下時間は短いほど良く、
この時間が生産性向上の大きな障害となつてい
た。

本発明はこのような問題点を解決するためにな
されたもので、生産性を大幅に向上出来る外熱型
プラズマ化学気相成長装置および外熱型減圧化学
気相成長装置を提供するものである。以下図面に
よりプラズマ使用の場合について詳細に説明す
る。プラズマを使用しない場合は高周波電力関係
がないだけで、他は同様であるので、説明は省略
する。

第２図は本発明の化学気相成長装置の反応管部
分の縦断面図である。図において１５は外部反応
管、１２は外部反応管の内容物出入口に設けた蓋
で、この蓋の内側には前記外部反応管の管軸と実
質的に一致する管軸を持つた内部反応管１６が固
設されており、またこの蓋の内部反応管の内側部
分に相当する位置には反応ガス導入口１２−１お
よび不活性ガス導入口１２−２が前記蓋の内側か
ら外側もしくは周辺部へ貫通していると共に、高
周波電力用の端子１４が２個蓋の両面に貫通して
設けられている。さらに前記内部反応管にはその
管軸方向のほぼ中央にまたがつて管壁の下側の面
に石英などの耐熱絶縁物製のボート１６−１が固
設されており、このボートには前記管軸に垂直な
面を有する基板保持電極４が実質的に等間隔に設
けられている。また基板保持電極の上側の内部反
応管壁は大きく開口しており、天蓋１８で基板１
１を出入れする時以外は閉鎖してある。さらに内
部反応管で蓋１２と反対側の端部は直径をしぼつ
た細い排気孔１６−２となつて外部反応管内に開
口している。内部反応管の外周下側には外部反応
管に内接して保持出来る脚１６−３が設けられて
いる。この脚は固定脚ではなく、ローラー等の車
でも良い。１７は不活性ガス加熱用ヒータで、こ
のヒータの不活性ガスの出口１７−１と前記不活
性ガス導入口１２−２との間はバルブを有する連
結管１９で連結されてある。前記反応ガス導入口
１２−１の外側はバルブを有する連結管２０で反
応ガス供給源に接続されている。なお、外部反応
管の内容物出入口と反対の端部には排気ポンプ７
が接続されている。

次に本発明の装置の操作について説明する。

まず、基板の装填作業の前にヒータ１に通電し
て外部反応管を所定の反応温度にまで上昇させて
おく。次に外部反応管から引出した内部反応管に
加熱してない不活性ガス（一般には窒素ガス）を
不活性ガス導入口から吹込み、内部の空気と置換
しておく。その後に天蓋１８を取はずし、基板１
１を基板保持電極に装填し、天蓋で開口部を閉鎖
してから内部反応管をすでに加熱されている外部
反応管に挿入し蓋１２を外部反応管に固定すると
ともに、不活性ガス加熱ヒータ１７にも通電して
吹込み中の不活性ガスも高温状態とする。

この状態で基板が所定の反応温度に到達したら
不活性ガスの吹込みを止め、排気ポンプ７を運転
しながら反応ガス導入口１２−１から反応ガスを
導入する。このときに排気ポンプの排気量と反応
ガスの導入量を調節することにより、内部反応管
内（外部反応管内も同じ）の気圧を所定の圧力に
維持させておく。この状態に到達したら端子１４
から高周波電力を基板保持電極に印加してプラズ
マ発生させ、薄膜成長を行わせる。

所定の薄膜成長が終了したら高周波電力の印加
と反応ガスの導入を止め、加熱していない不活性
ガスを不活性ガス導入口より吹込み反応ガスと置
換した後に排気ポンプを止め、内部反応管を外部
反応管より引出して室温まで冷却させる。その後
に天蓋を取り去つて基板を取出せば良い。

以上の操作で基板が高温になる前に空気を不活
性ガスと置換させ、また膜成長直後の高温状態の
ままで空気にさらさないので、基板ならびに成長
完了後の薄膜が酸化されることがない。

また基板装填後外部反応炉に挿入後は高温の不
活性ガスを吹込んでいるために、この不活性ガス
の熱量と環状ヒータからの輻射熱と不活性ガスの
対流により環状ヒータからの伝熱も加わるので、
前記基板は急速に所定温度まで上昇する。

実施例によれば従来方式の外熱型では基板挿入
後直ちに排気してしまうので、反応温度に安定す
るまでに40分ないし60分を必要としていた。本発
明の装置ではこの時間が５分で十分であつた。

さらに、反応ガスの種類によつてはリード線に
モリブデン線などの化学的に安定な材料を使用す
ることが好ましい場合がある。しかしモリブデン
などは酸化し易いために従来方式の装置では使用
が困難であつたが、本発明の装置では高温になる
時にはすでに空気が無い状態であるので、使用し
ても問題はない。

以上のように本発明の装置によれば、薄膜成長
の前後の準備作業および後処理作業の時間が大幅
な短縮されるので、全体としての工程時間の短縮
に大きく寄与することが出来、実用効果が極めて
大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のプラズマ化学気相成長装置の構
成図である。第２図は本発明のプラズマ化学気相
成長装置の反応管部分の縦断面図である。 図において１は環状ヒータ、２は反応管、４は
基板保持電極、５は蓋、１５は外部反応管、１２
は外部反応管の蓋、１６は内部反応管、１７は不
活性ガスヒータ、１８は内部反応管の天蓋であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板の表面に半導体化合物を生成させ
   る外熱型化学気相成長装置において、一端が内容
   物出入口として開口し、他端が排気口として排気
   ポンプに接続された外部反応管と、この外部反応
   管の内容物出入口の蓋に固設され前記外部反応管
   と実質的に同軸をなして外部反応管内に挿入され
   た内部反応管とよりなり、該内部反応管には内部
   底面に固設されたボートと、このボート上に実質
   的に等間隔で垂直面を有する複数の基板保持板
   と、この複数の基板保持板の上方に穿設された蓋
   付き開口部とが設けられ、前記外部反応管の内容
   物出入口の蓋に内部反応管の内部に貫通するよう
   に設けられた不活性ガス導入口および反応ガス導
   入口を設け、この不活性ガス導入口の外側には不
   活性ガス加熱ヒータを設け、この不活性ガス導入
   口と不活性ガス加熱ヒータ間を接続する不活性ガ
   ス導入管とよりなることを特徴とする外熱型化学
   気相成長装置の反応管。 ２ 半導体基板の表面に半導体化合物を生成させ
   る外熱型化学気相成長装置において、一端が内容
   物出入口として開口し、他端が排気口として排気
   ポンプに接続された外部反応管と、この外部反応
   管の内容物出入口の蓋に固設され前記外部反応管
   と実質的に同軸をなして外部反応管内に挿入され
   た内部反応管とよりなり、該内部反応管には内部
   底面に固設されたボートと、このボート上に実質
   的に等間隔で垂直面を有し、前記蓋を貫通して設
   けられた２個の端子からリード線によつて１枚お
   きに別々に電気的に接続されて２組の群を構成さ
   れた複数の基板保持電極とこの複数の基板保持電
   極の上方に穿設された蓋付き開口部とを設け、前
   記外部反応管の内容物出入口の蓋に内部反応管の
   内部に貫通するように設けられた不活性ガス導入
   口および反応ガス導入口とを設け、この不活性ガ
   ス導入口の外側には不活性ガス加熱ヒータを設
   け、この不活性ガス導入口と不活性ガス加熱ヒー
   タ間を接続する不活性ガス導入管とよりなること
   を特徴とする外熱型化学気相成長装置の反応管。