JP2000091236A - プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】粉発生無しの条件でａ−Ｓｉ成膜速度を従来の
約２倍に向上できることを課題とする。 【解決手段】反応容器31と、この反応容器21に反応ガス
を導入し、排出する手段と、前記反応容器21内から収容
された放電用のはしご型電極132 すなわちラダーアンテ
ナ型電極あるいははしご状平面形コイル電極と、このは
しご型電極132 に３０ＭＨｚないし２００ＭＨｚのグロ
ー放電発生用電力を供給する高周波電源36とを有し、前
記反応容器31内に設置された基板33表面に非晶質薄膜あ
るいは微結晶薄膜あるいは薄膜多結晶を形成するプラズ
マＣＶＤ装置において、前記はしご型電極132 の断面形
状を矩形にしたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
約２倍に向上できることを課題とする。 【解決手段】反応容器31と、この反応容器21に反応ガス
を導入し、排出する手段と、前記反応容器21内から収容
された放電用のはしご型電極132 すなわちラダーアンテ
ナ型電極あるいははしご状平面形コイル電極と、このは
しご型電極132 に３０ＭＨｚないし２００ＭＨｚのグロ
ー放電発生用電力を供給する高周波電源36とを有し、前
記反応容器31内に設置された基板33表面に非晶質薄膜あ
るいは微結晶薄膜あるいは薄膜多結晶を形成するプラズ
マＣＶＤ装置において、前記はしご型電極132 の断面形
状を矩形にしたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマＣＶＤ（化
学蒸着）装置に関し、アモルファスシリコン太陽電池、
微結晶太陽電池、薄膜多結晶太陽電池、薄膜半導体、光
センサ、半導体保護膜等の各種電子デバイスに使用され
る薄膜の製造に適用されるプラズマＣＶＤ装置に関す
る。
学蒸着）装置に関し、アモルファスシリコン太陽電池、
微結晶太陽電池、薄膜多結晶太陽電池、薄膜半導体、光
センサ、半導体保護膜等の各種電子デバイスに使用され
る薄膜の製造に適用されるプラズマＣＶＤ装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉ
と記す）薄膜や微結晶薄膜や薄膜多結晶や窒化シリコン
（以下、ＳｉＮｘと記す）薄膜を高速成膜速度で製造す
るために、従来より用いられているプラズマＣＶＤ装置
の構成において、代表的例として、特開平４−２３６７
８１号にはしご型電極を用いる方法が開示されている。
本方法を図６を用いて説明する。
と記す）薄膜や微結晶薄膜や薄膜多結晶や窒化シリコン
（以下、ＳｉＮｘと記す）薄膜を高速成膜速度で製造す
るために、従来より用いられているプラズマＣＶＤ装置
の構成において、代表的例として、特開平４−２３６７
８１号にはしご型電極を用いる方法が開示されている。
本方法を図６を用いて説明する。
【０００３】図中の付番１は反応容器であり、この反応
容器１内に放電用はしご型電極２と基板加熱用ヒータ３
とが平行に配置されている。前記放電用はしご型電極２
には、高周波電源４からインピーダンス整合器５を介し
て例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給される。
前記放電用はしご型電極２は、図７に示すように一端が
インピーダンス整合器５を介して高周波電源４に接続さ
れており、他端はアース線７に接続され、反応容器１と
ともに接地されている。
容器１内に放電用はしご型電極２と基板加熱用ヒータ３
とが平行に配置されている。前記放電用はしご型電極２
には、高周波電源４からインピーダンス整合器５を介し
て例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給される。
前記放電用はしご型電極２は、図７に示すように一端が
インピーダンス整合器５を介して高周波電源４に接続さ
れており、他端はアース線７に接続され、反応容器１と
ともに接地されている。
【０００４】放電用はしご型電極２に供給された高周波
電力は、反応容器１とともに接地された基板加熱用ヒー
タ３と放電用はしご型電極２との間にグロー放電プラズ
マを発生させ、放電空間経由で反応容器１の壁へ、また
放電用はしご型電極２のアース線７を介してアースへ流
れる。なお、このアース線７には同軸ケーブルが用いら
れている。
電力は、反応容器１とともに接地された基板加熱用ヒー
タ３と放電用はしご型電極２との間にグロー放電プラズ
マを発生させ、放電空間経由で反応容器１の壁へ、また
放電用はしご型電極２のアース線７を介してアースへ流
れる。なお、このアース線７には同軸ケーブルが用いら
れている。
【０００５】前記反応容器１内には、図示しないボンベ
から反応ガス導入管８を通して、例えばモノシランと水
素との混合ガスが供給される。供給された反応ガスは、
放電用はしご型電極２により発生したグロー放電プラズ
マにより分解され、基板加熱用ヒータ３上に保持され、
所定の温度に加熱された基板９上に堆積する。また、反
応容器１内のガスは、排気管10を通して真空ポンプ11に
より排気される。
から反応ガス導入管８を通して、例えばモノシランと水
素との混合ガスが供給される。供給された反応ガスは、
放電用はしご型電極２により発生したグロー放電プラズ
マにより分解され、基板加熱用ヒータ３上に保持され、
所定の温度に加熱された基板９上に堆積する。また、反
応容器１内のガスは、排気管10を通して真空ポンプ11に
より排気される。
【０００６】以下、上記装置を用いて薄膜を製造する場
合について説明する。まず、真空ポンプ11を駆動して反
応容器１内を排気した後、反応ガス導入管８を通して、
例えば、モノシランと水素との混合ガスを供給し、反応
容器１内の圧力を０．０５〜０．５Ｔｏｒｒに保つ。
合について説明する。まず、真空ポンプ11を駆動して反
応容器１内を排気した後、反応ガス導入管８を通して、
例えば、モノシランと水素との混合ガスを供給し、反応
容器１内の圧力を０．０５〜０．５Ｔｏｒｒに保つ。
【０００７】この状態で、高周波電源４から放電用はし
ご型電極２に高周波電力を印加すると、グロー放電プラ
ズマが発生する。反応ガスは、放電用はしご型電極２と
基板加熱用ヒータ３間に生じるグロー放電プラズマによ
って分解され、この結果ＳｉＨ3 ，ＳｉＨ2 などのＳｉ
を含むラジカルが発生し、基板９表面に付着してａ−Ｓ
ｉ薄膜が形成される。
ご型電極２に高周波電力を印加すると、グロー放電プラ
ズマが発生する。反応ガスは、放電用はしご型電極２と
基板加熱用ヒータ３間に生じるグロー放電プラズマによ
って分解され、この結果ＳｉＨ3 ，ＳｉＨ2 などのＳｉ
を含むラジカルが発生し、基板９表面に付着してａ−Ｓ
ｉ薄膜が形成される。
【０００８】しかしながら、はしご型電極を用いた従来
方法は、次のような問題を有している。即ち、図６にお
いて、はしご型電極２近傍に発生した電界により反応ガ
ス、例えばＳｉＨ4 はＳｉ、ＳｉＨ、ＳｉＨ2 、ＳｉＨ
3 、Ｈ、Ｈ2 等に分解され、基板９の表面にａ−Ｓｉ膜
を形成する。しかしながら、ａ−Ｓｉ膜形成の高速化を
図るため、高周波電源の周波数を現状の１３．５６ＭＨ
ｚより、３０ＭＨｚないし２００ＭＨｚへ高くすると、
はしご型電極近傍の電界分布が一様性がくずれ、その結
果として、ａ−Ｓｉ膜の膜厚分布が極端に悪くなる。図
８は、基板面積３０ｃｍ×３０ｃｍでのプラズマ電源周
波数と膜厚分布の関係を示す。膜厚分布の一様性（±１
０％以内）を確保できる基板の大きさ即ち面積は５ｃｍ
×５ｃｍないし２０ｃｍ×２０ｃｍ程度である。
方法は、次のような問題を有している。即ち、図６にお
いて、はしご型電極２近傍に発生した電界により反応ガ
ス、例えばＳｉＨ4 はＳｉ、ＳｉＨ、ＳｉＨ2 、ＳｉＨ
3 、Ｈ、Ｈ2 等に分解され、基板９の表面にａ−Ｓｉ膜
を形成する。しかしながら、ａ−Ｓｉ膜形成の高速化を
図るため、高周波電源の周波数を現状の１３．５６ＭＨ
ｚより、３０ＭＨｚないし２００ＭＨｚへ高くすると、
はしご型電極近傍の電界分布が一様性がくずれ、その結
果として、ａ−Ｓｉ膜の膜厚分布が極端に悪くなる。図
８は、基板面積３０ｃｍ×３０ｃｍでのプラズマ電源周
波数と膜厚分布の関係を示す。膜厚分布の一様性（±１
０％以内）を確保できる基板の大きさ即ち面積は５ｃｍ
×５ｃｍないし２０ｃｍ×２０ｃｍ程度である。
【０００９】はしご型電極を用いる方法による高周波電
源４の高周波数化が困難な理由は次の通りである。図９
に示すように、はしご型電極の構造に起因したインピー
ダンスの不均一性が存在するために、プラズマ発光の強
い部分が局部的になる。例えば、上記電極の周辺部に強
いプラズマが発生し、中央部には発生しない。特に６０
ＭＨｚ以上の高周波数化に伴なってその減少は顕著にな
る。
源４の高周波数化が困難な理由は次の通りである。図９
に示すように、はしご型電極の構造に起因したインピー
ダンスの不均一性が存在するために、プラズマ発光の強
い部分が局部的になる。例えば、上記電極の周辺部に強
いプラズマが発生し、中央部には発生しない。特に６０
ＭＨｚ以上の高周波数化に伴なってその減少は顕著にな
る。
【００１０】従って、量産性向上や低コスト化に必要な
大面積基板に関するプラズマ電源の高周波数化による成
膜速度の向上は非常に困難で、不可能視されている。な
お、ａ−Ｓｉの成膜速度はプラズマ電源周波数の２乗に
比例するので、関連技術分野の学会においても研究が活
発化しているが、大面積化への成功例はまだない。
大面積基板に関するプラズマ電源の高周波数化による成
膜速度の向上は非常に困難で、不可能視されている。な
お、ａ−Ｓｉの成膜速度はプラズマ電源周波数の２乗に
比例するので、関連技術分野の学会においても研究が活
発化しているが、大面積化への成功例はまだない。
【００１１】また、図６に示す如く、はしご型電極２を
接地線７を用いて接地すると、接地線７と電極２との接
合点におけるプラズマが弱くなり、成膜速度が低下する
ことが分かった。
接地線７を用いて接地すると、接地線７と電極２との接
合点におけるプラズマが弱くなり、成膜速度が低下する
ことが分かった。
【００１２】こうしたことから、本出願人は、上記従来
技術の改良型として、先にはしご型電極を用いたプラズ
マＣＶＤ装置を提案した。この装置について、図10及び
図11を参照して説明する。ここで、図10はプラズマＣＶ
Ｄ装置の全体図、図11は同装置の一構成を示す放電用電
極に高周波数電力を供給するための電気配線を示す説明
図である。
技術の改良型として、先にはしご型電極を用いたプラズ
マＣＶＤ装置を提案した。この装置について、図10及び
図11を参照して説明する。ここで、図10はプラズマＣＶ
Ｄ装置の全体図、図11は同装置の一構成を示す放電用電
極に高周波数電力を供給するための電気配線を示す説明
図である。
【００１３】図中の付番31は反応容器である。この反応
容器31には、グロー放電プラズマを発生させる為のはし
ご型のＳＵＳ304 製の放電用電極（はしご型電極）32
と、被処理物としての基板33を支持するとともに該基板
33の温度を制御する基板加熱用ヒータ34が配置されてい
る。なお、前記放電用電極32は例えば外寸法５７２ｍｍ
×５７２ｍｍ、直径６ｍｍのＳＵＳ棒で製作され、その
中心間隔２６ｍｍとして製作されている。
容器31には、グロー放電プラズマを発生させる為のはし
ご型のＳＵＳ304 製の放電用電極（はしご型電極）32
と、被処理物としての基板33を支持するとともに該基板
33の温度を制御する基板加熱用ヒータ34が配置されてい
る。なお、前記放電用電極32は例えば外寸法５７２ｍｍ
×５７２ｍｍ、直径６ｍｍのＳＵＳ棒で製作され、その
中心間隔２６ｍｍとして製作されている。
【００１４】前記放電用電極32には、インピーダンス整
合器35を介して高周波電源36が接続されている。前記高
周波電源36より放電用電極32に、例えば周波数３０ＭＨ
ｚないし２００ＭＨｚの電力が供給される。前記反応容
器31内には、反応ガスを前記放電用電極32周辺に導入す
る反応ガス吐出孔37ａを有した反応ガス導入管37が配置
されている。前記反応容器31には、反応容器31内の反応
ガス等のガスを排気する排気管38を介して真空ポンプ39
が接続されている。
合器35を介して高周波電源36が接続されている。前記高
周波電源36より放電用電極32に、例えば周波数３０ＭＨ
ｚないし２００ＭＨｚの電力が供給される。前記反応容
器31内には、反応ガスを前記放電用電極32周辺に導入す
る反応ガス吐出孔37ａを有した反応ガス導入管37が配置
されている。前記反応容器31には、反応容器31内の反応
ガス等のガスを排気する排気管38を介して真空ポンプ39
が接続されている。
【００１５】前記反応容器31内には、アースシールド40
が配置されている。このアースシールド40は、不必要な
部分での放電を抑制し、かつ、前記排気管38及び真空ポ
ンプ39と組合せて使用されることにより、上記反応ガス
導入管37より導入されたＳｉＨ4 等の反応ガスを放電用
電極32でプラズマ化した後、反応ガス及びその他生成物
等を排気管38を介して排出する機能を有している。な
お、反応容器31内の圧力は、図示しない圧力計によりモ
ニタされ、前記真空ポンプ39の排気量を調整することに
より制御される。
が配置されている。このアースシールド40は、不必要な
部分での放電を抑制し、かつ、前記排気管38及び真空ポ
ンプ39と組合せて使用されることにより、上記反応ガス
導入管37より導入されたＳｉＨ4 等の反応ガスを放電用
電極32でプラズマ化した後、反応ガス及びその他生成物
等を排気管38を介して排出する機能を有している。な
お、反応容器31内の圧力は、図示しない圧力計によりモ
ニタされ、前記真空ポンプ39の排気量を調整することに
より制御される。
【００１６】前記放電用電極42には、図11に示すよう
に、例えばその上辺，下辺に４個づつ電力供給端子41，
42，43，44，45，46，47，48が溶着されている。前記放
電用電極32とインピーダンス整合器35間には、４個の２
ピンの電流導入端子49，50，51，52が夫々配置されてい
る。前記高周波電源36より、例えば周波数８０ＭＨｚの
電力を、インピーダンス整合器35を介してかつ例えば８
本の同軸ケーブル61，62，63，64，65，66，67，68、前
記電流導入端子49〜52及び８本の真空用同軸ケーブル5
3，54，55，56，57，58，59，60により、前記電力供給
端子41〜48へ供給するようになっている。
に、例えばその上辺，下辺に４個づつ電力供給端子41，
42，43，44，45，46，47，48が溶着されている。前記放
電用電極32とインピーダンス整合器35間には、４個の２
ピンの電流導入端子49，50，51，52が夫々配置されてい
る。前記高周波電源36より、例えば周波数８０ＭＨｚの
電力を、インピーダンス整合器35を介してかつ例えば８
本の同軸ケーブル61，62，63，64，65，66，67，68、前
記電流導入端子49〜52及び８本の真空用同軸ケーブル5
3，54，55，56，57，58，59，60により、前記電力供給
端子41〜48へ供給するようになっている。
【００１７】次に、上記構成のプラズマＣＶＤ装置を用
いてａ−Ｓｉ膜を製作する方法について説明する。ここ
で、放電用電極32でＳｉＨ4 プラズマを発生させるとそ
のプラズマ中に存在するＳｉＨ3 、ＳｉＨ2 、ＳｉＨ等
のラジカルが拡散現象により拡散し、基板33表面に吸着
されることにより、ａ−Ｓｉ膜，あるいは微結晶Ｓｉあ
るいは薄膜多結晶Ｓｉが堆積する。なお、ａ−Ｓｉ膜あ
るいは微結晶Ｓｉ及び薄膜多結晶Ｓｉは、成膜条件の中
のＳｉＨ4 ，Ｈ2 の流量比、圧力及びプラズマ発生用電
力を適正化することで成膜できることは公知の技術であ
るので、ここではＳｉＨ4 ガスを用いたａ−Ｓｉ成膜を
例にとり説明する。当然ながら、微結晶Ｓｉ及び薄膜多
結晶Ｓｉを成膜することも可能である。
いてａ−Ｓｉ膜を製作する方法について説明する。ここ
で、放電用電極32でＳｉＨ4 プラズマを発生させるとそ
のプラズマ中に存在するＳｉＨ3 、ＳｉＨ2 、ＳｉＨ等
のラジカルが拡散現象により拡散し、基板33表面に吸着
されることにより、ａ−Ｓｉ膜，あるいは微結晶Ｓｉあ
るいは薄膜多結晶Ｓｉが堆積する。なお、ａ−Ｓｉ膜あ
るいは微結晶Ｓｉ及び薄膜多結晶Ｓｉは、成膜条件の中
のＳｉＨ4 ，Ｈ2 の流量比、圧力及びプラズマ発生用電
力を適正化することで成膜できることは公知の技術であ
るので、ここではＳｉＨ4 ガスを用いたａ−Ｓｉ成膜を
例にとり説明する。当然ながら、微結晶Ｓｉ及び薄膜多
結晶Ｓｉを成膜することも可能である。
【００１８】まず、真空ポンプ39を稼働させて反応容器
31内を排気し、到達真空度を２〜３×１０-7Ｔｏｒｒと
する。つづいて、反応ガス導入管37より反応ガス、例え
ばＳｉＨ4 ガスを２００〜１０００ｃｃ／分程度の流量
で供給する。この後、反応容器41内の圧力を０．０５〜
０．１Ｔｏｒｒに保ちながら、高周波電源36からインピ
ーダンス整合器35を介して放電用電極32に高周波電力を
供給する。その結果、放電用電極32の近傍にＳｉＨ4 の
グロー放電プラズマが発生する。このプラズマは、Ｓｉ
Ｈ4 ガスを分解し、基板33の表面にａ−Ｓｉ膜を形成す
る。
31内を排気し、到達真空度を２〜３×１０-7Ｔｏｒｒと
する。つづいて、反応ガス導入管37より反応ガス、例え
ばＳｉＨ4 ガスを２００〜１０００ｃｃ／分程度の流量
で供給する。この後、反応容器41内の圧力を０．０５〜
０．１Ｔｏｒｒに保ちながら、高周波電源36からインピ
ーダンス整合器35を介して放電用電極32に高周波電力を
供給する。その結果、放電用電極32の近傍にＳｉＨ4 の
グロー放電プラズマが発生する。このプラズマは、Ｓｉ
Ｈ4 ガスを分解し、基板33の表面にａ−Ｓｉ膜を形成す
る。
【００１９】図１０において、高周波電源36の周波数を
８０ＭＨｚとし、面積５０ｃｍ×５０ｃｍのガラス基板
（商品名：コーニング＃7059、コーニング社製造）にａ
−Ｓｉ膜を成膜した結果を図５に示す。成膜条件は、Ｓ
ｉＨ4 ガス流量７００ｃｃ／分、圧力０．２Ｔｏｒｒ、
高周波電力１００Ｗないし５００Ｗであった。図５によ
り、高周波電力５００Ｗで成膜速度１．４ｎｍ／ｓであ
るので、１Ｗ当りの成膜速度は２．８×１０-3ｎｍ／ｓ
である。なお、膜厚分布は±１０％以内であった。
８０ＭＨｚとし、面積５０ｃｍ×５０ｃｍのガラス基板
（商品名：コーニング＃7059、コーニング社製造）にａ
−Ｓｉ膜を成膜した結果を図５に示す。成膜条件は、Ｓ
ｉＨ4 ガス流量７００ｃｃ／分、圧力０．２Ｔｏｒｒ、
高周波電力１００Ｗないし５００Ｗであった。図５によ
り、高周波電力５００Ｗで成膜速度１．４ｎｍ／ｓであ
るので、１Ｗ当りの成膜速度は２．８×１０-3ｎｍ／ｓ
である。なお、膜厚分布は±１０％以内であった。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来技術の
中ではしご型電極を用いる方法は、成膜速度及び膜厚分
布ともに優れ、かつ、プラズマ発生電源周波数が６０Ｍ
Ｈｚ以上でも適用性良好というメリットがあり、実用性
の高い方法である。しかしながら、太陽電池及び薄膜ト
ランジスタなどの量産技術として応用していくには、生
産性の向上、即ち成膜速度の更なる向上が必要である。
中ではしご型電極を用いる方法は、成膜速度及び膜厚分
布ともに優れ、かつ、プラズマ発生電源周波数が６０Ｍ
Ｈｚ以上でも適用性良好というメリットがあり、実用性
の高い方法である。しかしながら、太陽電池及び薄膜ト
ランジスタなどの量産技術として応用していくには、生
産性の向上、即ち成膜速度の更なる向上が必要である。
【００２１】従来技術において、成膜速度を向上する手
段としては、第１に高周波電力を増大させること、第２
に原料ガス流量を増大させること、第３に圧力を高くす
ること、及び第１ないし第３の条件の最適値を選定する
ことなどがあり、実際に産業界では上記３つの条件をバ
ランス良く調整している。
段としては、第１に高周波電力を増大させること、第２
に原料ガス流量を増大させること、第３に圧力を高くす
ること、及び第１ないし第３の条件の最適値を選定する
ことなどがあり、実際に産業界では上記３つの条件をバ
ランス良く調整している。
【００２２】しかしながら、従来の方法では、上記３つ
の条件の適正化には限界がある。即ち、成膜速度の向上
を図る際に、副作用としてパーティクル（粉）が発生す
るという問題があり、所要の膜質を確保し、かつ成膜速
度を１．５ｎｍ／ｓ以上に向上させるのは無理がある。
の条件の適正化には限界がある。即ち、成膜速度の向上
を図る際に、副作用としてパーティクル（粉）が発生す
るという問題があり、所要の膜質を確保し、かつ成膜速
度を１．５ｎｍ／ｓ以上に向上させるのは無理がある。
【００２３】従って、低コスト化を実現する効果的手段
である高速成膜化による量産性向上は非常に困難で、学
会，産業界ともに活発な研究が実施されつつある。な
お、プラズマ発生用電源周波数６０ＭＨｚ以上，基板面
積６００ｎｍ×７００ｎｍ以上、膜厚分布±１０％以内
でかつａ−Ｓｉ成膜速度１．５ｎｍ／ｓ以上は学会にお
いても成功例はない。
である高速成膜化による量産性向上は非常に困難で、学
会，産業界ともに活発な研究が実施されつつある。な
お、プラズマ発生用電源周波数６０ＭＨｚ以上，基板面
積６００ｎｍ×７００ｎｍ以上、膜厚分布±１０％以内
でかつａ−Ｓｉ成膜速度１．５ｎｍ／ｓ以上は学会にお
いても成功例はない。
【００２４】本発明はこうした事情を考慮してなされた
もので、はしご型電極を構成する部材の断面形状を従来
の円形から矩形にすることにより、粉発生無しの条件で
ａ−Ｓｉ成膜速度を従来の約２倍に向上しえるるプラズ
マＣＶＤ装置を提供することを目的とする。
もので、はしご型電極を構成する部材の断面形状を従来
の円形から矩形にすることにより、粉発生無しの条件で
ａ−Ｓｉ成膜速度を従来の約２倍に向上しえるるプラズ
マＣＶＤ装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】本発明は、反応容器と、
この反応容器に反応ガスを導入し、排出する手段と、前
記反応容器内から収容された放電用のはしご型電極すな
わちラダーアンテナ型電極あるいははしご状平面形コイ
ル電極と、このはしご型電極に３０ＭＨｚないし２００
ＭＨｚのグロー放電発生用電力を供給する電源とを有
し、前記反応容器内に設置された基板表面に非晶質薄膜
あるいは微結晶薄膜あるいは薄膜多結晶を形成するプラ
ズマＣＶＤ装置において、前記はしご型電極の断面形状
を矩形にしたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置であ
る。
この反応容器に反応ガスを導入し、排出する手段と、前
記反応容器内から収容された放電用のはしご型電極すな
わちラダーアンテナ型電極あるいははしご状平面形コイ
ル電極と、このはしご型電極に３０ＭＨｚないし２００
ＭＨｚのグロー放電発生用電力を供給する電源とを有
し、前記反応容器内に設置された基板表面に非晶質薄膜
あるいは微結晶薄膜あるいは薄膜多結晶を形成するプラ
ズマＣＶＤ装置において、前記はしご型電極の断面形状
を矩形にしたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置であ
る。
【００２６】本発明において、前記はしご型電極の断面
寸法は、後述の本発明の方法の実施例より８ｍｍ×３ｍ
ｍないし１６ｍｍ×３ｍｍ程度が望ましい。
寸法は、後述の本発明の方法の実施例より８ｍｍ×３ｍ
ｍないし１６ｍｍ×３ｍｍ程度が望ましい。
【００２７】また、本発明においては、はしご型電極断
面の長辺側が前記基板と平行になるように配置すること
が好ましい。その理由は次の通りである。なお、図12
（Ａ）〜（Ｃ）はそのはしご型電極の説明図であり、図
12（Ａ）ははしご型電極の概略図、図12（Ｂ）ははしご
型電極132 と該はしご型電極をとりまく周辺の金属部材
34´（両者の間隔ｄ，電極面積Ａ）と交流電源36´との
関係を示す説明図、図12（Ｃ）はその電極の等価電気回
路を示す。
面の長辺側が前記基板と平行になるように配置すること
が好ましい。その理由は次の通りである。なお、図12
（Ａ）〜（Ｃ）はそのはしご型電極の説明図であり、図
12（Ａ）ははしご型電極の概略図、図12（Ｂ）ははしご
型電極132 と該はしご型電極をとりまく周辺の金属部材
34´（両者の間隔ｄ，電極面積Ａ）と交流電源36´との
関係を示す説明図、図12（Ｃ）はその電極の等価電気回
路を示す。
【００２８】はしご型電極の等価電気回路は、図12
（Ｃ）に示すように、プラズマ領域での静電容量をＣp
，インダクタンスをＬp ，及び抵抗をＲp とすると、
Ｃp ，Ｌp ，Ｒp は下記の通りとなる。
（Ｃ）に示すように、プラズマ領域での静電容量をＣp
，インダクタンスをＬp ，及び抵抗をＲp とすると、
Ｃp ，Ｌp ，Ｒp は下記の通りとなる。
【００２９】Ｃp ＝ε0 ・（Ａ／ｄ） …(1) Ｌp ＝１／（ωpe 2 Ｃp ） …(2) Ｒp ＝νe Ｌp …(3) 但し、Ａ，ｄ，ε0 は、夫々はしご型電極を平行平板と
見なした場合の電極面積，電極間隔，真空の誘電率であ
る。また、ωpeはプラズマ角周波数、νe は電子と中世
粒子の衝突周波数である。
見なした場合の電極面積，電極間隔，真空の誘電率であ
る。また、ωpeはプラズマ角周波数、νe は電子と中世
粒子の衝突周波数である。
【００３０】上記(1) ，(2) ，(3) 式において、はしご
型電極に供給される電力を消費するのは、プラズマの抵
抗Ｒp のみである。消費電力をＷp ，プラズマに流れる
電流をｉとおくと、 Ｗp ＝ｉ2 Ｒp …(4) である。従って、供給される電力をプラズマ内で有効に
ＳｉＨ4 等原料ガスの分解に活用させるには、可能な限
りＲp を小さく、電流ｉを増加させる必要がある。その
ためには、上記(3) 式で表わされるＲp ＝νe Ｌp のＬ
p を小さくする必要がある。なお、νe は圧力に依存す
る量であるので一定値と考える。
型電極に供給される電力を消費するのは、プラズマの抵
抗Ｒp のみである。消費電力をＷp ，プラズマに流れる
電流をｉとおくと、 Ｗp ＝ｉ2 Ｒp …(4) である。従って、供給される電力をプラズマ内で有効に
ＳｉＨ4 等原料ガスの分解に活用させるには、可能な限
りＲp を小さく、電流ｉを増加させる必要がある。その
ためには、上記(3) 式で表わされるＲp ＝νe Ｌp のＬ
p を小さくする必要がある。なお、νe は圧力に依存す
る量であるので一定値と考える。
【００３１】Ｌp を小さくするには、(2) 式より、Ｃp
を大きくすればよい。なお、ωpeはプラズマ密度に依存
するので、ここでは一定の値とみなしている。Ｃp を大
きくするには、上記(1) 式より電極面積Ａを大きくすれ
ばよい。また、電極面積Ａを大きくするには、はしご型
電極の断面形状を円形から矩形とし、かつ接地されてい
る基板加熱用ヒータに対向した面を大きくする配置にす
ることが電気回路上、効果的である。
を大きくすればよい。なお、ωpeはプラズマ密度に依存
するので、ここでは一定の値とみなしている。Ｃp を大
きくするには、上記(1) 式より電極面積Ａを大きくすれ
ばよい。また、電極面積Ａを大きくするには、はしご型
電極の断面形状を円形から矩形とし、かつ接地されてい
る基板加熱用ヒータに対向した面を大きくする配置にす
ることが電気回路上、効果的である。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例に係るプ
ラズマＣＶＤ装置について、図１，図２及び図３を参照
して説明する。ここで、図１は同装置の全体図、図２は
同装置の一構成を示す放電用電極に高周波数電力を供給
するための電気配線を示す説明図、図３は同装置におけ
る基板とはしご電極との位置関係を示す説明図である。
なお、図９及び図10と同部材は同符号を付するものとす
る。
ラズマＣＶＤ装置について、図１，図２及び図３を参照
して説明する。ここで、図１は同装置の全体図、図２は
同装置の一構成を示す放電用電極に高周波数電力を供給
するための電気配線を示す説明図、図３は同装置におけ
る基板とはしご電極との位置関係を示す説明図である。
なお、図９及び図10と同部材は同符号を付するものとす
る。
【００３３】図中の付番31は反応容器である。この反応
容器31内には、グロー放電プラズマを発生させる為のは
しご型のＳＵＳ３０４製の放電用電極（はしご型電極）
132 と被処理物としての基板33を支持するとともに、該
基板33の温度を制御する基板加熱用ヒータ34が配置され
ている。なお、前記放電用電極132 は断面形状が矩形を
しており、具体的には例えば外寸法５８４ｍｍ×５８４
ｍｍ、断面寸法１２ｍｍ×３ｍｍの矩形ＳＵＳ棒で製作
され、その中心間隔は２６ｍｍとして製作されている。
容器31内には、グロー放電プラズマを発生させる為のは
しご型のＳＵＳ３０４製の放電用電極（はしご型電極）
132 と被処理物としての基板33を支持するとともに、該
基板33の温度を制御する基板加熱用ヒータ34が配置され
ている。なお、前記放電用電極132 は断面形状が矩形を
しており、具体的には例えば外寸法５８４ｍｍ×５８４
ｍｍ、断面寸法１２ｍｍ×３ｍｍの矩形ＳＵＳ棒で製作
され、その中心間隔は２６ｍｍとして製作されている。
【００３４】前記放電用電極132 には、インピーダンス
整合器35を介して高周波電源36が接続されている。前記
高周波電源36より放電用電極32に、例えば周波数３０Ｍ
Ｈｚないし２００ＭＨｚの電力が供給される。前記反応
容器31内には、反応ガスを前記放電用電極32周辺に導入
する反応ガス吐出孔37ａを有した反応ガス導入管37が配
置されている。前記反応容器31には、反応容器31内の反
応ガス等のガスを排気する排気管38を介して真空ポンプ
39が接続されている。
整合器35を介して高周波電源36が接続されている。前記
高周波電源36より放電用電極32に、例えば周波数３０Ｍ
Ｈｚないし２００ＭＨｚの電力が供給される。前記反応
容器31内には、反応ガスを前記放電用電極32周辺に導入
する反応ガス吐出孔37ａを有した反応ガス導入管37が配
置されている。前記反応容器31には、反応容器31内の反
応ガス等のガスを排気する排気管38を介して真空ポンプ
39が接続されている。
【００３５】前記反応容器31内には、アースシールド40
が配置されている。このアースシールド40は、不必要な
部分での放電を抑制し、かつ、前記排気管38及び真空ポ
ンプ39と組合せて使用されることにより、上記反応ガス
導入管37より導入されたＳｉＨ4 等の反応ガスを放電用
電極32でプラズマ化した後、反応ガス及びその他生成物
等を排気管38を介して排出する機能を有している。な
お、反応容器31内の圧力は、図示しない圧力計によりモ
ニタされ、前記真空ポンプ39の排気量を調整することに
より制御される。
が配置されている。このアースシールド40は、不必要な
部分での放電を抑制し、かつ、前記排気管38及び真空ポ
ンプ39と組合せて使用されることにより、上記反応ガス
導入管37より導入されたＳｉＨ4 等の反応ガスを放電用
電極32でプラズマ化した後、反応ガス及びその他生成物
等を排気管38を介して排出する機能を有している。な
お、反応容器31内の圧力は、図示しない圧力計によりモ
ニタされ、前記真空ポンプ39の排気量を調整することに
より制御される。
【００３６】前記放電用電極132 には、図２に示すよう
に、例えばその上辺，下辺に４個づつ電力供給端子41，
42，43，44，45，46，47，48が溶着されている。前記放
電用電極32とインピーダンス整合器35間には、４個の２
ピンの電流導入端子49，50，51，52が夫々配置されてい
る。前記高周波電源36より、例えば周波数８０ＭＨｚの
電力を、インピーダンス整合器35を介してかつ例えば８
本の同軸ケーブル61，62，63，64，65，66，67，68、前
記電流導入端子49〜52及び８本の真空用同軸ケーブル5
3，54，55，56，57，58，59，60により、前記電力供給
端子41〜48へ供給するようになっている。
に、例えばその上辺，下辺に４個づつ電力供給端子41，
42，43，44，45，46，47，48が溶着されている。前記放
電用電極32とインピーダンス整合器35間には、４個の２
ピンの電流導入端子49，50，51，52が夫々配置されてい
る。前記高周波電源36より、例えば周波数８０ＭＨｚの
電力を、インピーダンス整合器35を介してかつ例えば８
本の同軸ケーブル61，62，63，64，65，66，67，68、前
記電流導入端子49〜52及び８本の真空用同軸ケーブル5
3，54，55，56，57，58，59，60により、前記電力供給
端子41〜48へ供給するようになっている。
【００３７】次に、上記構成のプラズマＣＶＤ装置を用
いてａ−Ｓｉ膜を製作する方法について説明する。ここ
で、放電用電極132 でＳｉＨ4 プラズマを発生させる
と、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ3 、ＳｉＨ2 、Ｓ
ｉＨ等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板33表面
に吸着されることにより、ａ−Ｓｉ膜，あるいは微結晶
Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉが堆積する。なお、ａ−Ｓ
ｉ膜あるいは微結晶Ｓｉ及び薄膜多結晶Ｓｉは、成膜条
件の中のＳｉＨ4 ，Ｈ2 の流量比、圧力及びプラズマ発
生用電力を適正化することで成膜できることは公知の技
術であるので、ここではＳｉＨ4 ガスを用いたａ−Ｓｉ
成膜を例にとり説明する。当然ながら、微結晶Ｓｉ及び
薄膜多結晶Ｓｉを成膜することも可能である。
いてａ−Ｓｉ膜を製作する方法について説明する。ここ
で、放電用電極132 でＳｉＨ4 プラズマを発生させる
と、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ3 、ＳｉＨ2 、Ｓ
ｉＨ等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板33表面
に吸着されることにより、ａ−Ｓｉ膜，あるいは微結晶
Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉが堆積する。なお、ａ−Ｓ
ｉ膜あるいは微結晶Ｓｉ及び薄膜多結晶Ｓｉは、成膜条
件の中のＳｉＨ4 ，Ｈ2 の流量比、圧力及びプラズマ発
生用電力を適正化することで成膜できることは公知の技
術であるので、ここではＳｉＨ4 ガスを用いたａ−Ｓｉ
成膜を例にとり説明する。当然ながら、微結晶Ｓｉ及び
薄膜多結晶Ｓｉを成膜することも可能である。
【００３８】まず、真空ポンプ39を稼働させて反応容器
31内を排気し、到達真空度を２〜３×１０-7Ｔｏｒｒと
する。つづいて、反応ガス導入管37より反応ガス、例え
ばＳｉＨ4 ガスを２００〜１０００ｃｃ／分程度の流量
で供給する。この後、反応容器31内の圧力を０．０５〜
０．１Ｔｏｒｒに保ちながら、高周波電源36からインピ
ーダンス整合器35を介して放電用電極132 に高周波電力
を供給する。その結果、放電用電極132 の近傍にＳｉＨ
4 のグロー放電プラズマが発生する。このプラズマは、
ＳｉＨ4 ガスを分解し、基板33の表面にａ−Ｓｉ膜を形
成する。
31内を排気し、到達真空度を２〜３×１０-7Ｔｏｒｒと
する。つづいて、反応ガス導入管37より反応ガス、例え
ばＳｉＨ4 ガスを２００〜１０００ｃｃ／分程度の流量
で供給する。この後、反応容器31内の圧力を０．０５〜
０．１Ｔｏｒｒに保ちながら、高周波電源36からインピ
ーダンス整合器35を介して放電用電極132 に高周波電力
を供給する。その結果、放電用電極132 の近傍にＳｉＨ
4 のグロー放電プラズマが発生する。このプラズマは、
ＳｉＨ4 ガスを分解し、基板33の表面にａ−Ｓｉ膜を形
成する。
【００３９】図３は、矩形はしご型電極（放電用電極13
2 ）と基板33との配置状態を示した図である。また、図
４は、はしご型電極として、断面寸法（Ｌ1 ×Ｌ2 ）が
６ｍｍ×３ｍｍ（線（イ）），９ｍｍ×３ｍｍ（線
（ロ）），１２ｍｍ×３ｍｍ（線（ハ））、及び１５ｍ
ｍ×３ｍｍ（線（ハ））の４種類の矩形断面電極を用
い、高周波電源36の周波数を８０ＭＨｚとし、面積５０
ｃｍ×５０ｃｍのガラス基板（商品名：コーニング＃70
59、コーニング社製造）にａ−Ｓｉ膜を成膜した結果を
示す。ここで、成膜条件は、ＳｉＨ4 ガス流量７００ｃ
ｃ／分、圧力０．２Ｔｏｒｒ、高周波電力１００Ｗない
し５００Ｗであった。なお、参考のため、従来方法の典
型的データを図４に示している。
2 ）と基板33との配置状態を示した図である。また、図
４は、はしご型電極として、断面寸法（Ｌ1 ×Ｌ2 ）が
６ｍｍ×３ｍｍ（線（イ）），９ｍｍ×３ｍｍ（線
（ロ）），１２ｍｍ×３ｍｍ（線（ハ））、及び１５ｍ
ｍ×３ｍｍ（線（ハ））の４種類の矩形断面電極を用
い、高周波電源36の周波数を８０ＭＨｚとし、面積５０
ｃｍ×５０ｃｍのガラス基板（商品名：コーニング＃70
59、コーニング社製造）にａ−Ｓｉ膜を成膜した結果を
示す。ここで、成膜条件は、ＳｉＨ4 ガス流量７００ｃ
ｃ／分、圧力０．２Ｔｏｒｒ、高周波電力１００Ｗない
し５００Ｗであった。なお、参考のため、従来方法の典
型的データを図４に示している。
【００４０】図４により、断面寸法１２ｍｍ×３ｍｍの
はしご型電極の場合、電力５００Ｗにて粉発生無しに
て、３．０ｎｍ／ｓのｓ−Ｓｉ成膜速度が得られてい
る。このデータは、従来の円形断面のはしご型電極の場
合に比べ、高速成膜性能が著しく良い。
はしご型電極の場合、電力５００Ｗにて粉発生無しに
て、３．０ｎｍ／ｓのｓ−Ｓｉ成膜速度が得られてい
る。このデータは、従来の円形断面のはしご型電極の場
合に比べ、高速成膜性能が著しく良い。
【００４１】なお、図４及び図５に示した成膜速度のデ
ータでは、膜厚分布±１０％以内であった。図４より、
本発明に係る装置によれば、５００Ｗで成膜速度３．０
ｎｍ／ｓであるので、１Ｗ当りの成膜速度は６．０×１
０-3ｎｍ／ｓである。したがって、従来装置に比べ、単
位ワット当り約２倍の成膜速度を得ることができた。
ータでは、膜厚分布±１０％以内であった。図４より、
本発明に係る装置によれば、５００Ｗで成膜速度３．０
ｎｍ／ｓであるので、１Ｗ当りの成膜速度は６．０×１
０-3ｎｍ／ｓである。したがって、従来装置に比べ、単
位ワット当り約２倍の成膜速度を得ることができた。
【００４２】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、は
しご型電極を構成する部材の断面形状を従来の円形から
矩形にすることにより、粉発生無しの条件でａ−Ｓｉ成
膜速度を従来の約２倍に向上しえ、もって太陽電池及び
薄膜トランジスタ等の製造において生産性を従来に比べ
約２倍に向上することができ、コストを約１／２に低減
しえるプラズマＣＶＤ装置を提供できる。
しご型電極を構成する部材の断面形状を従来の円形から
矩形にすることにより、粉発生無しの条件でａ−Ｓｉ成
膜速度を従来の約２倍に向上しえ、もって太陽電池及び
薄膜トランジスタ等の製造において生産性を従来に比べ
約２倍に向上することができ、コストを約１／２に低減
しえるプラズマＣＶＤ装置を提供できる。
【図１】本発明の一実施例に係るプラズマＣＶＤ装置の
全体図。
全体図。
【図２】図１の装置の一構成を示す放電用電極に高周波
数電力を供給するための電気配線を示す説明図。
数電力を供給するための電気配線を示す説明図。
【図３】図１の装置における放電用電極と基板の配置状
態を示す説明図。
態を示す説明図。
【図４】図１の装置における放電用電極の断面寸法を変
えた時及び従来方法により典型的データとの比較に係
る、電力と成膜速度との関係を示す特性図。
えた時及び従来方法により典型的データとの比較に係
る、電力と成膜速度との関係を示す特性図。
【図５】本発明に係る従来のプラズマＣＶＤ装置におけ
る電力と成膜速度との関係を示す特性図。
る電力と成膜速度との関係を示す特性図。
【図６】はしご型電極を用いた従来のプラズマＣＶＤ装
置の全体図。
置の全体図。
【図７】図６の装置の一構成要素である放電用電極に高
周波電力を供給する電気配線の説明図。
周波電力を供給する電気配線の説明図。
【図８】図６の装置におけるプラズマ電源周波数と膜厚
分布との関係を示す特性図。
分布との関係を示す特性図。
【図９】図６の従来装置におけるインピーダンスの不均
一性を説明するための図。
一性を説明するための図。
【図１０】従来の改良型のプラズマＣＶＤ装置の全体
図。
図。
【図１１】図１０の装置の一構成を示す放電用電極に高
周波数電力を供給するための電気配線を示す説明図。
周波数電力を供給するための電気配線を示す説明図。
【図１２】はしご型電極、該はしご型電極とこれをとり
まく周辺の金属部材と交流電源との関係及びその電極の
等価電気回路図を示す図。
まく周辺の金属部材と交流電源との関係及びその電極の
等価電気回路図を示す図。
31…反応容器、 33…基板、 34…基板加熱用ヒータ、 35…インピーダンス整合器、 36…高周波電源、 37…反応ガス導入管、 38…排気管、 39…真空ポンプ、 40…アースシールド、 41〜48…電力供給端子、 49〜52…電力導入端子、 53〜60…真空用同軸ケーブル、 61〜68…同軸ケーブル、 132 …放電用電極（はしご型電極）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 真島 浩 長崎県長崎市深堀町五丁目717番７号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 Ｆターム(参考） 5F045 AA08 AB03 AB04 AC01 AE17 AE19 AE21 AF07 BB02 BB09 CA13 EF05 EH02 EH04 EH06 EH11 EH19 5F051 AA03 AA04 AA05 BA11 CA16 CA23 CA24
Claims (2)
- 【請求項１】 反応容器と、この反応容器に反応ガスを
導入し、排出する手段と、前記反応容器内から収容され
た放電用のはしご型電極すなわちラダーアンテナ型電極
あるいははしご状平面形コイル電極と、このはしご型電
極に３０ＭＨｚないし２００ＭＨｚのグロー放電発生用
電力を供給する電源とを有し、前記反応容器内に設置さ
れた基板表面に非晶質薄膜あるいは微結晶薄膜あるいは
薄膜多結晶を形成するプラズマＣＶＤ装置において、前
記はしご型電極の断面形状を矩形にしたことを特徴とす
るプラズマＣＶＤ装置。 - 【請求項２】 前記はしご型電極断面の長辺側が前記基
板と平行になるように配置されていることを特徴とする
請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10253661A JP2000091236A (ja) | 1998-09-08 | 1998-09-08 | プラズマｃｖｄ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10253661A JP2000091236A (ja) | 1998-09-08 | 1998-09-08 | プラズマｃｖｄ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000091236A true JP2000091236A (ja) | 2000-03-31 |
Family
ID=17254431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10253661A Pending JP2000091236A (ja) | 1998-09-08 | 1998-09-08 | プラズマｃｖｄ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000091236A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002069653A (ja) * | 2000-09-04 | 2002-03-08 | Anelva Corp | 薄膜形成方法、薄膜形成装置及び太陽電池 |
| JP2012007239A (ja) * | 2000-05-17 | 2012-01-12 | Ihi Corp | プラズマｃｖｄ装置及び方法 |
-
1998
- 1998-09-08 JP JP10253661A patent/JP2000091236A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012007239A (ja) * | 2000-05-17 | 2012-01-12 | Ihi Corp | プラズマｃｖｄ装置及び方法 |
| JP2002069653A (ja) * | 2000-09-04 | 2002-03-08 | Anelva Corp | 薄膜形成方法、薄膜形成装置及び太陽電池 |
| JP4509337B2 (ja) * | 2000-09-04 | 2010-07-21 | 株式会社Ｉｈｉ | 薄膜形成方法及び薄膜形成装置 |
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