JP4906822B2 - Thin film forming apparatus and thin film forming method - Google Patents

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Description

この発明は、微結晶シリコン薄膜を形成する薄膜形成装置および薄膜形成方法に関するものである。   The present invention relates to a thin film forming apparatus and a thin film forming method for forming a microcrystalline silicon thin film.

従来から、シリコン薄膜太陽電池の光電変換層として、真性（ｉ型）の微結晶シリコン薄膜が広く用いられている。この微結晶シリコン薄膜の製造方法としては、シラン（ＳｉＨ4）と水素（Ｈ2）の混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により基板上に堆積させるのが一般的である。 Conventionally, an intrinsic (i-type) microcrystalline silicon thin film has been widely used as a photoelectric conversion layer of a silicon thin film solar cell. As a method for producing the microcrystalline silicon thin film, it is generally deposited on a substrate by a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method using a mixed gas of silane (SiH 4 ) and hydrogen (H 2 ).

このプラズマＣＶＤ法による微結晶シリコン薄膜の製造方法の従来例について説明する。真空容器内に基板を加熱、保持するとともに接地された基板ステージと、高周波電源と電気的に接続されるプラズマ電極とを、電極面を互いに平行にして配置する。基板ステージに基板を保持させた後、基板を１５０〜２５０℃に加熱しながら、プラズマ電極にシランガスと水素ガスの混合ガスを供給する。供給された混合ガスは、プラズマ電極に設けられたガスシャワーヘッドのガス供給穴から真空容器内に導入される。このとき、高周波電源からプラズマ電極に高周波電力を給電すると、放電によって、ＳｉＨ4／Ｈ2の混合プラズマが生成する。生成されたプラズマによって、化学的に活性なＳｉＨ3，ＳｉＨ2，ＳｉＨ，Ｓｉ，Ｈなどの原子分子が生成され、これらの粒子が基板上に入射、付着することによって、非晶質または結晶質のシリコン薄膜が堆積される（たとえば、特許文献１参照）。 A conventional example of a method for producing a microcrystalline silicon thin film by this plasma CVD method will be described. A substrate stage that heats and holds the substrate in the vacuum vessel and is grounded, and a plasma electrode that is electrically connected to the high-frequency power source are arranged with their electrode surfaces parallel to each other. After the substrate is held on the substrate stage, a mixed gas of silane gas and hydrogen gas is supplied to the plasma electrode while heating the substrate to 150 to 250 ° C. The supplied mixed gas is introduced into the vacuum vessel from the gas supply hole of the gas shower head provided in the plasma electrode. At this time, when high-frequency power is supplied from the high-frequency power source to the plasma electrode, a mixed plasma of SiH 4 / H 2 is generated by discharge. The generated plasma generates chemically active atomic molecules such as SiH 3 , SiH 2 , SiH, Si, H, etc., and these particles are incident on and adhered to the substrate, thereby becoming amorphous or crystalline. A silicon thin film is deposited (see, for example, Patent Document 1).

このようなプラズマＣＶＤ法で微結晶シリコン薄膜を堆積するには、「高圧枯渇法」と呼ばれる成膜手法が広く用いられている（たとえば、特許文献２参照）。具体的には、高圧力下で、シランガス流量［ＳｉＨ4］を充分小さくし（言い換えれば、水素ガス流量［Ｈ2］を充分大きくし）、シランガス流量比を［ＳｉＨ4］／（［ＳｉＨ4］＋［Ｈ2］）＝１〜５％程度にまで下げ、プラズマ中のシランガスを枯渇させることによって、微結晶シリコン薄膜の堆積が可能になる（逆に、シランガス流量比が大きいと、堆積した膜は非晶質になる）。この方法によって得られた微結晶シリコン薄膜を太陽電池の光電変換層に適用し、太陽電池セルを試作評価した結果、光電変換効率〜９％程度の実用的な特性が得られている。 In order to deposit a microcrystalline silicon thin film by such a plasma CVD method, a film forming method called “high pressure depletion method” is widely used (for example, see Patent Document 2). Specifically, under a high pressure, the silane gas flow rate [SiH 4 ] is made sufficiently small (in other words, the hydrogen gas flow rate [H 2 ] is made sufficiently large), and the silane gas flow rate ratio is set to [SiH 4 ] / ([SiH 4 ] + [H 2 ]) = 1-5%, and by depleting the silane gas in the plasma, it becomes possible to deposit a microcrystalline silicon thin film. The film becomes amorphous). As a result of applying the microcrystalline silicon thin film obtained by this method to a photoelectric conversion layer of a solar cell and evaluating a prototype of a solar cell, a practical characteristic of a photoelectric conversion efficiency of about 9% is obtained.

特開２００２−２３７４５９号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-237459 特開２００１−２３７１８７号公報JP 2001-237187 A 特開平１１−３３０５２０号公報JP-A-11-330520

ところで、ｉ型微結晶シリコン薄膜の光吸収係数は非晶質シリコン薄膜に比較して小さいために、ｉ型微結晶シリコン薄膜を光電変換層とする太陽電池を作製する場合には、その膜厚を少なくとも２μｍ以上に厚くする必要がある。そのため生産性の観点からは、微結晶シリコン薄膜を高速に堆積する技術が求められている。具体的には、膜厚が２．５μｍの微結晶シリコン薄膜を５分程度の時間で堆積できることが理想であり、これを実現するためには、８．３ｎｍ／ｓ以上の堆積レートが必要となる。   By the way, the light absorption coefficient of the i-type microcrystalline silicon thin film is smaller than that of the amorphous silicon thin film. Needs to be at least 2 μm thick. Therefore, from the viewpoint of productivity, a technique for depositing a microcrystalline silicon thin film at high speed is required. Specifically, it is ideal that a microcrystalline silicon thin film having a thickness of 2.5 μm can be deposited in a time of about 5 minutes, and in order to realize this, a deposition rate of 8.3 nm / s or more is required. Become.

しかし、上記特許文献２に記載のプラズマＣＶＤ法による微結晶シリコン薄膜の堆積方法では、シランガス／水素ガスの混合ガスにおけるシランガス流量比、すなわち［ＳｉＨ4］／（［ＳｉＨ4］＋［Ｈ2］）を調整することによって、結晶性を制御しようとするため、膜の結晶性と堆積レートとはトレードオフの関係にある。つまり、非晶質の膜を形成する場合には大きい堆積レートが容易に得られるが、結晶化させるためにシランガス流量比を下げると、堆積レートが大きく低下し、通常〜１ｎｍ／ｓ程度になってしまうという問題があった。そのため、たとえば２．５μｍの微結晶シリコン薄膜を堆積しようとすると、４０分以上の処理時間を要してしまう。 However, in the method for depositing a microcrystalline silicon thin film by the plasma CVD method described in Patent Document 2, the silane gas flow rate ratio in the mixed gas of silane gas / hydrogen gas, that is, [SiH 4 ] / ([SiH 4 ] + [H 2 ]. Therefore, the crystallinity of the film and the deposition rate are in a trade-off relationship. That is, when an amorphous film is formed, a large deposition rate can be easily obtained. However, when the silane gas flow rate ratio is lowered for crystallization, the deposition rate is greatly reduced, and is usually about 1 nm / s. There was a problem that. Therefore, for example, if a microcrystalline silicon thin film of 2.5 μm is to be deposited, a processing time of 40 minutes or longer is required.

そこで、従来では、堆積レートを上げる目的で高周波電力を増加させてプラズマＣＶＤ法によって微結晶シリコン薄膜を製造している（たとえば、特許文献３参照）。しかし、シランガスはプラズマ中で電子衝突によって容易に解離するために、高周波電力を増加させてプラズマの電子密度が高くなると、ＳｉＨ2，ＳｉＨ，Ｓｉが多量に生成されてしまい、気相中でパーティクルの発生が起こり、欠陥の多いシリコン薄膜が成膜されてしまうという問題点があった。 Therefore, conventionally, for the purpose of increasing the deposition rate, the high-frequency power is increased and a microcrystalline silicon thin film is manufactured by the plasma CVD method (see, for example, Patent Document 3). However, since silane gas is easily dissociated by electron collision in the plasma, if the high-frequency power is increased to increase the electron density of the plasma, a large amount of SiH 2 , SiH, Si is generated, and particles are generated in the gas phase. Occurs, and a silicon thin film having many defects is formed.

以上のように、従来のプラズマＣＶＤ法では、結晶性のよい微結晶シリコン薄膜を８．３ｎｍ／ｓ程度の堆積レートで成膜することができず、太陽電池などの光電変換装置の製造工程のスループットの向上が困難となって、低コスト化の妨げとなっていた。   As described above, in the conventional plasma CVD method, a microcrystalline silicon thin film with good crystallinity cannot be formed at a deposition rate of about 8.3 nm / s, and the manufacturing process of a photoelectric conversion device such as a solar cell is not possible. It has been difficult to improve the throughput and hinder cost reduction.

この発明は、上記に鑑みてなされたもので、従来の高圧枯渇法によって製造される微結晶シリコン薄膜と同等の良好な結晶性を維持しつつ、堆積レートを高速化させることが可能な薄膜形成装置および薄膜形成方法を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and is capable of forming a thin film capable of increasing the deposition rate while maintaining good crystallinity equivalent to that of a microcrystalline silicon thin film manufactured by a conventional high pressure depletion method. An object is to obtain an apparatus and a thin film forming method.

上記目的を達成するため、この発明にかかる薄膜形成装置は、成膜室内に基板ステージとプラズマ電極とが対向して配設され、前記プラズマ電極にシランガスと水素ガスとを供給するとともに高周波電圧を印加してプラズマを生成し、前記基板ステージに保持された基板上に微結晶シリコン薄膜を形成する薄膜形成装置において、前記成膜室の外部から前記プラズマ電極に供給される前記シランガスを前記基板上に吹出させるシランガス供給手段と、前記成膜室の外部から前記プラズマ電極に供給される前記水素ガスを水素プラズマにして、前記シランガス供給手段から吹出される前記シランガスに接触させるように前記基板上に吹出させて、前記シランガスをプラズマ化させる水素ガス供給手段と、を備え、前記シランガス供給手段は、接地電位にされ、外部から供給される前記シランガスを貯留するシランガス貯留室と、前記シランガス貯留室の前記基板ステージ側に設けられ、前記シランガスを前記基板ステージ側に吹出させる複数の筒状のシランガス吹き出し口と、を有し、前記水素ガス供給手段は、前記シランガス吹き出し口の形成位置に対応して開口が設けられた導電性の平板状部材からなり、前記シランガス供給手段と接触しないように前記シランガス吹き出し口に外挿され、高周波電圧が印加される電極板と、外部から供給される前記水素ガスを前記シランガス貯留室の側面を通って、前記電極板と前記シランガス貯留室との間の空間まで運ぶ水素ガス流通経路と、を有することを特徴とする。

In order to achieve the above object, a thin film forming apparatus according to the present invention is provided with a substrate stage and a plasma electrode facing each other in a film forming chamber, supplying a silane gas and a hydrogen gas to the plasma electrode and generating a high-frequency voltage. In a thin film forming apparatus for generating plasma by applying plasma to form a microcrystalline silicon thin film on a substrate held on the substrate stage, the silane gas supplied to the plasma electrode from outside the film forming chamber is applied to the substrate A silane gas supply means that is blown to the substrate, and the hydrogen gas supplied to the plasma electrode from the outside of the film forming chamber is converted into hydrogen plasma so as to come into contact with the silane gas blown from the silane gas supply means. by blown, and a hydrogen gas supply means for plasma the silane gas, the silane gas supply means, contact A silane gas storage chamber for storing the silane gas supplied from the outside at a potential, and a plurality of cylindrical silane gas outlets provided on the substrate stage side of the silane gas storage chamber for blowing the silane gas to the substrate stage side And the hydrogen gas supply means comprises a conductive plate-like member having an opening corresponding to the formation position of the silane gas blow-out opening, and the silane gas blow-off means is not in contact with the silane gas supply means. An electrode plate that is extrapolated to the mouth and to which a high frequency voltage is applied, and the hydrogen gas supplied from the outside passes through the side surface of the silane gas storage chamber to the space between the electrode plate and the silane gas storage chamber It characterized Rukoto to have a, a hydrogen gas flow path.

この発明によれば、成膜室にシランガスと水素ガスを供給して微結晶シリコン薄膜を基板に堆積させる際に、シランガスと水素ガスとを空間的に分離して供給するようにしたので、高品質なシリコン薄膜の堆積に必要となるＳｉＨ3ラジカルの生成と、微結晶シリコン薄膜形成に必要となるＨ原子の生成を独立して行え、所望のシリコン薄膜の堆積と結晶化が実現できる。これによって、従来の手法では非晶質のシリコン薄膜しか得られなかった高いシランガスの流量比の条件においても、微結晶シリコン薄膜を堆積することができるので、微結晶シリコン薄膜を高速で成膜することが可能になり、シリコン薄膜太陽電池の製造工程のスループットが向上できるという効果を有する。 According to this invention, when the silane gas and the hydrogen gas are supplied to the film forming chamber to deposit the microcrystalline silicon thin film on the substrate, the silane gas and the hydrogen gas are supplied in a spatially separated manner. Generation of SiH 3 radicals necessary for the deposition of a quality silicon thin film and generation of H atoms necessary for the formation of a microcrystalline silicon thin film can be performed independently, and deposition and crystallization of a desired silicon thin film can be realized. As a result, the microcrystalline silicon thin film can be deposited even under the condition of a high flow rate ratio of silane gas, which can be obtained only by an amorphous silicon thin film by the conventional method. Thus, the throughput of the manufacturing process of the silicon thin film solar cell can be improved.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる薄膜形成装置および薄膜形成方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Exemplary embodiments of a thin film forming apparatus and a thin film forming method according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

図１は、この実施の形態による薄膜形成装置の概略構成の一例を示す図である。この薄膜形成装置は、成膜室１０内に、薄膜形成対象である基板１００を保持する基板ステージ１１と、基板ステージ１１の基板保持面と平行に電極面が配置されるプラズマ電極１２と、を備える。ここでは、基板ステージ１１は成膜室１０の下方に接地されて配置されており、プラズマ電極１２は基板ステージ１１の上方に高周波電源１４に接続されて配置される。成膜時には、プラズマ電極１２に高周波電圧が印加され、基板ステージ１１とプラズマ電極１２間にプラズマ２００が生成される。   FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a thin film forming apparatus according to this embodiment. This thin film forming apparatus includes a substrate stage 11 that holds a substrate 100 that is a thin film formation target, and a plasma electrode 12 in which an electrode surface is disposed in parallel with the substrate holding surface of the substrate stage 11 in a film forming chamber 10. Prepare. Here, the substrate stage 11 is grounded and disposed below the film forming chamber 10, and the plasma electrode 12 is disposed above the substrate stage 11 and connected to a high-frequency power source 14. At the time of film formation, a high frequency voltage is applied to the plasma electrode 12, and a plasma 200 is generated between the substrate stage 11 and the plasma electrode 12.

また、成膜室１０には、成膜室１０内のガスを図示しない真空ポンプによって外部に排気するガス排気口１３と、シランガスを成膜室１０内のプラズマ電極１２に供給するシランガス供給口２１と、水素ガスを成膜室１０内のプラズマ電極１２に供給する水素ガス供給口３１と、が設けられている。   The film forming chamber 10 has a gas exhaust port 13 for exhausting the gas in the film forming chamber 10 to the outside by a vacuum pump (not shown), and a silane gas supply port 21 for supplying silane gas to the plasma electrode 12 in the film forming chamber 10. And a hydrogen gas supply port 31 for supplying hydrogen gas to the plasma electrode 12 in the film forming chamber 10 is provided.

シランガス供給口２１には、シランを貯留する図示しないシラン貯留部がシランガス供給ライン２２によって接続されており、シランガス供給ライン２２の途中には、シランガスの流量を制御するためのマスフローコントローラ２３が設けられている。また、水素ガス供給口３１には、水素ガスを貯留する図示しない水素ガス貯留部が水素ガス供給ライン３２によって接続されており、水素ガス供給ライン３２の途中には、水素ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラ３３が設けられている。このように、この実施の形態では、成膜室１０内のプラズマ電極１２にシランガスと水素ガスとを別々に供給するようにしている。   A silane reservoir (not shown) for storing silane is connected to the silane gas supply port 21 by a silane gas supply line 22, and a mass flow controller 23 for controlling the flow rate of the silane gas is provided in the middle of the silane gas supply line 22. ing. A hydrogen gas storage unit (not shown) that stores hydrogen gas is connected to the hydrogen gas supply port 31 by a hydrogen gas supply line 32, and the flow rate of hydrogen gas is controlled in the middle of the hydrogen gas supply line 32. A mass flow controller 33 is provided. Thus, in this embodiment, the silane gas and the hydrogen gas are separately supplied to the plasma electrode 12 in the film forming chamber 10.

図２−１〜図２−３は、プラズマ電極付近の詳細な構造の一例を模式的に示す図であり、図２−１は、プラズマ電極の上面図であり、図２−２は、プラズマ電極の下面図であり、図２−３は、図２−１と図２−２のＡ−Ａ断面図である。プラズマ電極１２は、基板ステージ１１に保持された基板１００上の全面に均一にシランガスを吹き付けることができるように形成されるシランガス供給手段であるシランガス貯気供給室１２０と、シランガス貯気供給室１２０の下部に、シランガス貯気供給室１２０の外部を伝い、その下部でシランガス吹出し口１２２付近に水素ガスをプラズマ状態で供給させる水素ガス供給手段である水素ガス供給部１３０と、が成膜室１０の上部に設けられたアース板１１０に支持、固定されている。   FIGS. 2-1 to 2-3 are diagrams schematically showing an example of a detailed structure near the plasma electrode, FIG. 2-1 is a top view of the plasma electrode, and FIG. It is a bottom view of an electrode, and FIG. 2-3 is AA sectional drawing of FIGS. 2-1 and FIGS. 2-2. The plasma electrode 12 includes a silane gas storage supply chamber 120 which is a silane gas supply means formed so that silane gas can be sprayed uniformly on the entire surface of the substrate 100 held by the substrate stage 11, and a silane gas storage supply chamber 120. A hydrogen gas supply unit 130 that is a hydrogen gas supply unit that transmits the hydrogen gas in a plasma state to the vicinity of the silane gas outlet 122 below the silane gas storage supply chamber 120 at a lower portion of the film formation chamber 10. Is supported and fixed to a grounding plate 110 provided on the upper side.

シランガス貯気供給室１２０は、導電性材料によって構成され、内部にシランガスを貯蔵することができる空間であるシランガス貯気部１２１を有するように構成されている。この図の例では、シランガス貯気供給室１２０の上部は、アース板１１０と共用されており、これによって、シランガス貯気供給室１２０がアース板１１０に固定された構造となっている。   The silane gas storage supply chamber 120 is made of a conductive material and has a silane gas storage part 121 that is a space in which silane gas can be stored. In the example of this figure, the upper part of the silane gas storage / supply chamber 120 is shared with the ground plate 110, whereby the silane gas storage / supply chamber 120 is fixed to the ground plate 110.

シランガス貯気供給室１２０の上部には、シランガス供給ライン２２に接続されるシランガス供給口２１が設けられており、シランガス貯気供給室１２０の下部には、基板ステージ１１側にシランガスを均一に吹出すシランガス吹出し口１２２が複数設けられている。シランガス吹出し口１２２は、シランガス貯気供給室１２０の下面よりも外部に突出した筒状構造を有する。   A silane gas supply port 21 connected to the silane gas supply line 22 is provided in the upper part of the silane gas storage supply chamber 120, and silane gas is uniformly blown to the substrate stage 11 side in the lower part of the silane gas storage supply chamber 120. A plurality of silane gas outlets 122 are provided. The silane gas outlet 122 has a cylindrical structure that projects outward from the lower surface of the silane gas storage supply chamber 120.

また、シランガス貯気供給室１２０の側面１２３および下面１２４の外側には、水素ガス供給部１３０が設けられている。この水素ガス供給部１３０は、シランガス貯気供給室１２０と接触しないように配置され、高周波電源１４と接続される電極板１３１と、電極板１３１をアース板１１０に支持する絶縁材料からなる支持部材１５１と、を備える。この図の例では、円盤形状を有する平板状の電極板１３１が、シランガス貯気供給室１２０の下部に所定の間隔をおいて配置されており、シランガス貯気供給室１２０のシランガス吹出し口１２２に対応する位置には、シランガス吹出し口１２２の外径よりも大きな開口１３２が形成され、この開口１３２内にシランガス吹出し口１２２が接触しないように挿入される。具体的には、この開口１３２が、筒状構造のシランガス吹出し口１２２と同軸的に配設されるように、電極板１３１が取り付けられる。なお、電極板１３１に設けられる開口１３２の穴径は、電極板１３１の大きさや、基板１００上に堆積されるシリコン薄膜の膜厚分布によって最適化されるが、直径１〜１００ｍｍ、より望ましくは数ｍｍ〜数１０ｍｍの穴であることが望ましい。   A hydrogen gas supply unit 130 is provided outside the side surface 123 and the lower surface 124 of the silane gas storage supply chamber 120. The hydrogen gas supply unit 130 is disposed so as not to come into contact with the silane gas storage supply chamber 120, and includes an electrode plate 131 connected to the high frequency power supply 14 and a support member made of an insulating material that supports the electrode plate 131 on the ground plate 110. 151. In the example of this figure, a plate-like electrode plate 131 having a disk shape is disposed at a predetermined interval below the silane gas storage supply chamber 120, and is provided at the silane gas outlet 122 of the silane gas storage supply chamber 120. An opening 132 larger than the outer diameter of the silane gas outlet 122 is formed at the corresponding position, and the silane gas outlet 122 is inserted into the opening 132 so as not to come into contact therewith. Specifically, the electrode plate 131 is attached so that the opening 132 is disposed coaxially with the silane gas outlet 122 having a cylindrical structure. Note that the hole diameter of the opening 132 provided in the electrode plate 131 is optimized depending on the size of the electrode plate 131 and the film thickness distribution of the silicon thin film deposited on the substrate 100, but more preferably 1-100 mm in diameter. A hole of several mm to several tens mm is desirable.

支持部材１５１は、電極板１３１の周縁部に沿ってリング状に設けられており、電極板１３１の上面をアース板１１０に固定している。この支持部材１５１が取り付けられるアース板１１０の位置の一部には開口１１１が設けられており、この開口１１１の内面には、その内面を被覆するように支持部材１５１が形成されており、この開口１１１位置に合わせて支持部材１５１にも電極板１３１に到達する開口部１５２が形成されている。支持部材１５１の開口部１５２の内部には、高周波電源１４から延びるケーブル１４１が、電極板１３１に接続されるように配置される。また、支持部材１５１は、シランガス貯気供給室１２０の側面１２３と距離をおいて配置されている。   The support member 151 is provided in a ring shape along the peripheral edge of the electrode plate 131, and the upper surface of the electrode plate 131 is fixed to the ground plate 110. An opening 111 is provided at a part of the position of the ground plate 110 to which the support member 151 is attached, and a support member 151 is formed on the inner surface of the opening 111 so as to cover the inner surface. An opening 152 that reaches the electrode plate 131 is also formed in the support member 151 in accordance with the position of the opening 111. Inside the opening 152 of the support member 151, a cable 141 extending from the high frequency power supply 14 is disposed so as to be connected to the electrode plate 131. The support member 151 is disposed at a distance from the side surface 123 of the silane gas storage supply chamber 120.

このように、シランガス貯気供給室１２０の側面１２３と支持部材１５１との間と、シランガス貯気供給室１２０の下面１２４と電極板１３１との間に形成された隙間は、上部のアース板１１０で水素ガス供給ライン３２に接続される水素ガス供給口３１と接続され、水素ガス流通経路１３３となる。また、シランガス吹出し口１２２の外壁と電極板１３１の開口１３２を形成する側壁との間に形成されるギャップ（空隙）は、水素ガス流通経路１３３と接続され、電極板１３１に印加される高周波電圧によって水素プラズマが生成される水素プラズマ生成部１３４となる。そして、この水素プラズマ生成部１３４の下端部が、基板ステージ１１に向かって水素プラズマを吹出す水素プラズマ吹出し口１３５となる。   As described above, the gap formed between the side surface 123 of the silane gas storage supply chamber 120 and the support member 151 and between the lower surface 124 of the silane gas storage supply chamber 120 and the electrode plate 131 is an upper ground plate 110. The hydrogen gas supply port 31 connected to the hydrogen gas supply line 32 is connected to form a hydrogen gas flow path 133. A gap (gap) formed between the outer wall of the silane gas outlet 122 and the side wall forming the opening 132 of the electrode plate 131 is connected to the hydrogen gas flow path 133 and is applied to the electrode plate 131. As a result, a hydrogen plasma generation unit 134 is generated in which hydrogen plasma is generated. The lower end of the hydrogen plasma generator 134 serves as a hydrogen plasma outlet 135 for blowing out hydrogen plasma toward the substrate stage 11.

なお、水素ガス供給部１３０における水素ガス流通経路１３３における隙間は、電極板１３１に給電された高周波電力によって、水素ガスが放電しない間隔が選択される。具体的には、放電における放電開始電圧と圧力との関係を表したパッシェン曲線の最小値から低圧力側および、高圧力側の領域で水素ガスが放電しない値に水素ガス流通経路１３３における隙間を設定する。   The gap in the hydrogen gas flow path 133 in the hydrogen gas supply unit 130 is selected such that the hydrogen gas is not discharged by the high-frequency power supplied to the electrode plate 131. Specifically, the gap in the hydrogen gas flow path 133 is changed from the minimum value of the Paschen curve representing the relationship between the discharge start voltage and the pressure in the discharge to a value at which the hydrogen gas does not discharge in the low pressure side and high pressure side regions. Set.

一方、水素プラズマ生成部１３４におけるギャップ（シランガス吹出し口１２２の外壁と電極板１３１の開口１３２を形成する側壁との間に形成されるギャップ）は、電極板１３１に給電された高周波電力によって、水素ガスが放電する間隔が選択される。具体的には、パッシェン曲線の最小値の領域で水素ガスが放電しない値に設定する。   On the other hand, a gap (a gap formed between the outer wall of the silane gas outlet 122 and the side wall forming the opening 132 of the electrode plate 131) in the hydrogen plasma generation unit 134 is generated by the high-frequency power supplied to the electrode plate 131. The interval at which the gas is discharged is selected. Specifically, it is set to a value at which hydrogen gas does not discharge in the minimum value region of the Paschen curve.

また、上記した説明では、図２−１と図２−２に示されるように、プラズマ電極１２が円盤形状を有する場合を例に挙げているが、これに限定されるものではなく、矩形状や他の形状であってもよい。   Moreover, in the above description, as shown in FIGS. 2-1 and 2-2, the case where the plasma electrode 12 has a disk shape is given as an example. Or other shapes.

つぎに、このような構成の薄膜形成装置における薄膜作製時の動作について、図１〜図３を用いて説明する。図３は、プラズマ電極付近の薄膜形成時の様子を模式的に示す断面図である。まず、成膜室１０内に基板１００を搬送し、基板ステージ１１上に基板１００を保持させた後、成膜室１０をガス排気口１３に接続される真空ポンプによって所定の真空度にする。ついで、シラン貯留部からシランガス供給ライン２２を介して、マスフローコントローラ２３で流量を制御されたシランガスをシランガス供給口２１からプラズマ電極１２に導入する。また、水素ガス貯留部から水素ガス供給ライン３２を介して、マスフローコントローラ３３で流量を制御された水素ガスを、シランガス供給口２１とは別に設けられた水素ガス供給口３１からプラズマ電極１２に導入する。   Next, the operation at the time of producing a thin film in the thin film forming apparatus having such a configuration will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a state when forming a thin film near the plasma electrode. First, the substrate 100 is transported into the film forming chamber 10, and the substrate 100 is held on the substrate stage 11, and then the film forming chamber 10 is brought to a predetermined vacuum level by a vacuum pump connected to the gas exhaust port 13. Next, the silane gas whose flow rate is controlled by the mass flow controller 23 is introduced from the silane gas supply port 21 to the plasma electrode 12 through the silane gas supply line 22 from the silane reservoir. Further, the hydrogen gas whose flow rate is controlled by the mass flow controller 33 is introduced from the hydrogen gas reservoir through the hydrogen gas supply line 32 to the plasma electrode 12 from the hydrogen gas supply port 31 provided separately from the silane gas supply port 21. To do.

シランガスは、図２−３や図３に示されるように、シランガス供給口２１からシランガス貯気供給室１２０のシランガス貯気部１２１へと供給され、ここで、貯留される。その後、シランガス貯気供給室１２０の底部に設けられた複数のシランガス吹出し口１２２から成膜室１０内の空間へと導入される。このとき、シランガスは、シランガス貯気供給室１２０を介して複数のシランガス吹出し口１２２から成膜室１０内の空間に導入されるので、供給量が均一化される。   As shown in FIGS. 2-3 and 3, the silane gas is supplied from the silane gas supply port 21 to the silane gas storage part 121 of the silane gas storage supply chamber 120 and stored therein. Thereafter, the gas is introduced into a space in the film forming chamber 10 through a plurality of silane gas outlets 122 provided at the bottom of the silane gas storage supply chamber 120. At this time, since the silane gas is introduced into the space in the film forming chamber 10 from the plurality of silane gas outlets 122 through the silane gas storage supply chamber 120, the supply amount is made uniform.

一方の水素ガスは、図２−３や図３に示されるように、水素ガス供給口３１からシランガス貯気供給室１２０の外周に形成された水素ガス流通経路１３３を経て、シランガス貯気供給室１２０の下側に複数形成された水素プラズマ生成部１３４へと供給され、水素プラズマ生成部１３４の下端部に位置する水素プラズマ吹出し口１３５から成膜室１０内の空間へと導入される。この構成によって、シランガス吹出し口１２２の全周囲から水素ガスが供給されることになるので、電極板１３１に施された複数の水素プラズマ生成部１３４に均一な流量の水素ガスを導入することができる。   As shown in FIGS. 2-3 and 3, one hydrogen gas passes through the hydrogen gas flow path 133 formed on the outer periphery of the silane gas storage supply chamber 120 from the hydrogen gas supply port 31, and the silane gas storage supply chamber. 120 are supplied to a plurality of hydrogen plasma generation units 134 formed below 120, and are introduced into a space in the film forming chamber 10 from a hydrogen plasma outlet 135 located at the lower end of the hydrogen plasma generation unit 134. With this configuration, hydrogen gas is supplied from the entire periphery of the silane gas outlet 122, so that a uniform flow rate of hydrogen gas can be introduced into the plurality of hydrogen plasma generation units 134 applied to the electrode plate 131. .

一般にシランガスはプラズマ中で電子衝突により容易に解離するため、プラズマの電子密度が高すぎると、ＳｉＨ2，ＳｉＨ，Ｓｉが多量に生成されてしまい、気相中でパーティクルの発生が起こり、欠陥の多いシリコン薄膜が成膜されてしまう。したがって、高品質のシリコン薄膜を形成するには、好ましいＳｉＨ3分子をより選択的に生成することが重要である。そこで、高周波電力を低く設定してプラズマ密度を低く抑えることが有効となる。 In general, since silane gas is easily dissociated by electron collision in plasma, if the plasma electron density is too high, a large amount of SiH 2 , SiH, Si is generated, and particles are generated in the gas phase, causing defects. Many silicon thin films are formed. Therefore, in order to form a high-quality silicon thin film, it is important to generate preferable SiH 3 molecules more selectively. Therefore, it is effective to set the high frequency power low to keep the plasma density low.

一方、水素ガスは比較的解離しにくいガス種であることが知られている。これは、プラズマ中で電子衝突解離により発生したＨ原子は、気相中または成膜室１０（真空容器）の壁や電極表面で容易に再結合して、Ｈ2分子に戻ってしまうからである。このため、プラズマ中のＨ原子の密度を高めるには、プラズマ中の電子密度を大きくすることが有効である。 On the other hand, hydrogen gas is known to be a gas species that is relatively difficult to dissociate. This is because H atoms generated by electron impact dissociation in plasma easily recombine in the gas phase or on the wall of the film forming chamber 10 (vacuum vessel) or the electrode surface and return to H 2 molecules. is there. For this reason, in order to increase the density of H atoms in the plasma, it is effective to increase the electron density in the plasma.

ここで、水素プラズマはプラズマ密度を１×１０10（ｃｍ-3）以上に高くし、シランプラズマはプラズマ密度を１×１０10（ｃｍ-3）以下に低くする。理由としては、水素プラズマについては、密度が高いほど水素原子が多く生成されるので結晶化が促進される。平行平板型プラズマ装置では一般に生成されるプラズマ密度は１×１０9（ｃｍ-3）から１×１０11（ｃｍ-3）なので上記の値とした。シランプラズマについては、プラズマ密度が高いとシランの解離が進み成膜に必要とされるＳｉＨ3結合以外の原子・分子が生成される。したがって、平行平板型プラズマ装置では一般に生成されるプラズマの低密度領域として上記の１×１０10（ｃｍ-3）以下とした。 Here, the plasma density of hydrogen plasma is increased to 1 × 10 10 (cm −3 ) or higher, and the plasma density of silane plasma is decreased to 1 × 10 10 (cm −3 ) or lower. The reason for the hydrogen plasma is that the higher the density, the more hydrogen atoms are generated, and the crystallization is promoted. In the parallel plate type plasma apparatus, since the plasma density generally generated is 1 × 10 9 (cm −3 ) to 1 × 10 11 (cm −3 ), the above value is used. As for silane plasma, when the plasma density is high, dissociation of silane proceeds and atoms / molecules other than SiH 3 bonds required for film formation are generated. Therefore, in the parallel plate type plasma apparatus, the low density region of plasma generally generated is set to 1 × 10 10 (cm −3 ) or less.

また、よく知られているように、微結晶シリコン薄膜は、非晶質のシリコン薄膜を水素プラズマに曝すことによって、膜を結晶化させて形成される。したがって、高品質の微結晶シリコン薄膜を高速に堆積させるためには、低い電子密度でシランガスをＳｉＨ3分子が選択的に生成されるように分解して高品質なシリコン薄膜を堆積しつつ、高い電子密度で水素ガスを分解してシリコン薄膜の微結晶化に必要なＨ原子を生成する必要がある。 As is well known, a microcrystalline silicon thin film is formed by exposing an amorphous silicon thin film to hydrogen plasma to crystallize the film. Therefore, in order to deposit a high-quality microcrystalline silicon thin film at a high speed, a high-quality silicon thin film is deposited by decomposing silane gas at a low electron density so that SiH 3 molecules are selectively generated. It is necessary to decompose the hydrogen gas with the electron density to generate H atoms necessary for microcrystallization of the silicon thin film.

このような相反する要求を満たすために、この実施の形態では、以下に示すように水素プラズマとシランガスのプラズマの生成を分離して行うようにしている。つまり、図３に示されるように、水素プラズマ生成部１３４に導入された水素ガスは、電極板１３１に給電された高周波電力によって放電し、水素プラズマ２０１が生成される。ここで生成される水素プラズマ２０１は、特許文献１に記載されているホローカソード効果に加えて、電極板１３１の開口１３２を形成する側壁と同軸に配置され、アース電位に設定されたシランガス吹出し口１２２の外壁に流れる高周波電流によって、一層高密度の水素プラズマ２０１となる。これによって、多量のＨ原子が生成されるので、基板１００上に形成された非晶質のシリコン薄膜の微結晶化が高速に行われる。なお、水素プラズマ生成部１３４で生成された高密度の水素プラズマ２０１は、基板ステージ１１へ向かう方向に拡散し、プラズマ密度が徐々に低下するダウンフロープラズマ２０２となる。   In order to satisfy such conflicting requirements, in this embodiment, as shown below, the generation of hydrogen plasma and silane gas plasma is performed separately. That is, as shown in FIG. 3, the hydrogen gas introduced into the hydrogen plasma generation unit 134 is discharged by the high frequency power supplied to the electrode plate 131, and the hydrogen plasma 201 is generated. In addition to the hollow cathode effect described in Patent Document 1, the hydrogen plasma 201 generated here is arranged coaxially with the side wall forming the opening 132 of the electrode plate 131, and is a silane gas outlet that is set to the ground potential. Due to the high-frequency current flowing in the outer wall 122, the hydrogen plasma 201 becomes a higher density. As a result, a large amount of H atoms are generated, so that the amorphous silicon thin film formed on the substrate 100 can be microcrystallized at high speed. Note that the high-density hydrogen plasma 201 generated by the hydrogen plasma generation unit 134 diffuses in the direction toward the substrate stage 11 and becomes downflow plasma 202 in which the plasma density gradually decreases.

一方、シランガス貯気供給室１２０のシランガス吹出し口１２２から成膜室１０へと導入されるシランガスは、シランガス貯気供給室１２０がアース電位にあるため、シランガス貯気供給室１２０内では放電することはなく、シランガス吹出し口１２２付近の領域で、上述した水素プラズマ吹出し口１３５から吹出される水素プラズマのダウンフロープラズマ２０２によって（ダウンフロープラズマ２０２に接触させることによって）シランプラズマ２０３となる。この領域は、水素のダウンフロープラズマ２０２であり拡散しているのでプラズマ密度が低いために、シランプラズマ２０３では高品質のシリコン薄膜を形成するのに好ましいＳｉＨ3分子がより選択的に生成される。 On the other hand, the silane gas introduced from the silane gas outlet 122 of the silane gas storage supply chamber 120 into the film formation chamber 10 is discharged in the silane gas storage supply chamber 120 because the silane gas storage supply chamber 120 is at ground potential. Instead, in the region near the silane gas outlet 122, the hydrogen plasma downflow plasma 202 blown out from the hydrogen plasma outlet 135 becomes the silane plasma 203 (by being brought into contact with the downflow plasma 202). Since this region is a hydrogen downflow plasma 202 and is diffused, and the plasma density is low, SiH 3 molecules preferable for forming a high-quality silicon thin film are more selectively generated in the silane plasma 203. .

このように、欠陥の少ない高品質のシリコン薄膜の堆積に適した低密度のシランプラズマ２０３（ＳｉＨ3プラズマ）と、堆積したシリコンの結晶化に必要となる高密度のＨ原子を多量に含む水素プラズマ２０１とを生成できるので、基板ステージ１１に保持された基板１００上には、高品質な微結晶シリコン薄膜を高速に堆積することが可能になる。 Thus, a low density silane plasma 203 (SiH 3 plasma) suitable for the deposition of a high quality silicon thin film with few defects and a hydrogen containing a large amount of high density H atoms necessary for crystallization of the deposited silicon. Since the plasma 201 can be generated, a high-quality microcrystalline silicon thin film can be deposited on the substrate 100 held on the substrate stage 11 at a high speed.

最後に、以上に示した薄膜形成方法で形成した微結晶シリコン膜について成膜評価を行った結果について説明する。なお、ここでは、シランガス流量を１００ｓｃｃｍとし、水素ガス流量を９００ｓｃｃｍ（シランガス流量比＝１０％）とし、成膜室１０内の圧力を５００Ｐａとし、高周波電力を５００Ｗとし、プラズマ電極１２と基板１００との距離を１０ｍｍとし、基板ステージ１１の温度を２００℃とし、成膜時間を１０分として、シリコン薄膜を形成する。   Finally, the results of film formation evaluation of the microcrystalline silicon film formed by the thin film formation method described above will be described. Here, the silane gas flow rate is set to 100 sccm, the hydrogen gas flow rate is set to 900 sccm (silane gas flow rate ratio = 10%), the pressure in the film forming chamber 10 is set to 500 Pa, the high frequency power is set to 500 W, the plasma electrode 12 and the substrate 100 A silicon thin film is formed with a distance of 10 mm, a temperature of the substrate stage 11 of 200 ° C., and a film formation time of 10 minutes.

以上の条件にてシリコン薄膜の成膜を行った結果、８．１ｎｍ／ｓの堆積レートが得られ、実用的な高速成膜が可能になった。また、ラマン分光法を用いて、シリコン薄膜中の結晶化率を測定した。ここで、シリコン薄膜の結晶化率は、ラマン散乱によって得られる作製したシリコン薄膜による散乱スペクトル中の４８０ｃｍ-1のアモルファスシリコンピークの強度Ｉaに対する５２０ｃｍ-1の結晶シリコンピークの強度Ｉcの比として求めることができる。その結果、上記の条件で作製したシリコン薄膜の結晶化率Ｉc／Ｉaは、７．２であり、良好な微結晶シリコン薄膜とされる値の範囲に収まった。なお、この例では、ガス流量、圧力、電力などのパラメータを固定しているが、これらの値に限定されるものではない。 As a result of forming a silicon thin film under the above conditions, a deposition rate of 8.1 nm / s was obtained, and practical high-speed film formation became possible. Moreover, the crystallization rate in a silicon thin film was measured using Raman spectroscopy. Here, the crystallization rate of the silicon thin film is the ratio of the intensity I c of the crystalline silicon peak at 520 cm −1 to the intensity I a of the amorphous silicon peak at 480 cm −1 in the scattering spectrum of the produced silicon thin film obtained by Raman scattering. Can be obtained as As a result, the crystallization rate I c / I a of the silicon thin film manufactured under the above conditions was 7.2, which was within the range of values for a good microcrystalline silicon thin film. In this example, parameters such as gas flow rate, pressure, and electric power are fixed, but are not limited to these values.

この実施の形態によれば、成膜室１０にシランガスと水素ガスとを空間的に分離して供給し、水素プラズマ吹出し口１３５付近で、高密度の水素プラズマ２０１を生成して基板ステージ１１側へと吹出させ、基板ステージ１１に向かうにつれて、拡散によってプラズマ密度が低下するダウンフロープラズマ２０２を生成させ、シランガス吹出し口１２２からはシランガスを水素プラズマのダウンフロープラズマ２０２中に吹出させることによって低密度のシランプラズマ２０３（ＳｉＨ3プラズマ）を生成させるようにした。これによって、低い電子密度のシランプラズマ２０３中では、ＳｉＨ3分子が選択的に生成されるので、高品質なシリコン薄膜を堆積しつつ、高い電子密度で水素ガスを分解してシリコン薄膜の微結晶化に必要なＨ原子を生成して、基板１００上に形成された非晶質のシリコン薄膜に曝すことによって、微結晶シリコン膜を従来に比して高い堆積レートで形成することができる。 According to this embodiment, the silane gas and the hydrogen gas are spatially separated and supplied to the film forming chamber 10, and the high-density hydrogen plasma 201 is generated in the vicinity of the hydrogen plasma outlet 135 so as to be on the substrate stage 11 side. The downflow plasma 202 whose plasma density is reduced by diffusion is generated as it moves toward the substrate stage 11, and the silane gas is blown out of the silane gas outlet 122 into the downflow plasma 202 of the hydrogen plasma to reduce the density. Silane plasma 203 (SiH 3 plasma) was generated. As a result, SiH 3 molecules are selectively generated in the silane plasma 203 having a low electron density. Therefore, while depositing a high-quality silicon thin film, hydrogen gas is decomposed at a high electron density to produce microcrystals of the silicon thin film. By generating H atoms necessary for the formation and exposure to an amorphous silicon thin film formed on the substrate 100, a microcrystalline silicon film can be formed at a higher deposition rate than conventional.

その結果、光電変換装置に微結晶シリコン薄膜を堆積させる際の成膜時間を従来に比して短縮化することができ、シリコン薄膜太陽電池の製造工程のスループットが向上できるといった従来にない顕著な効果を奏する。また、微結晶シリコン薄膜の成膜時間を短縮することができるので、エネルギ消費量を削減することができる。さらに、高品質なシリコン薄膜を形成することができるので、製品として規定を満たさないシリコン薄膜が製造される確率が低下し、原材料を有効に利用することもできる。   As a result, the film formation time for depositing the microcrystalline silicon thin film on the photoelectric conversion device can be shortened as compared with the conventional case, and the throughput of the manufacturing process of the silicon thin film solar cell can be improved. There is an effect. In addition, since the deposition time of the microcrystalline silicon thin film can be shortened, energy consumption can be reduced. Furthermore, since a high-quality silicon thin film can be formed, the probability that a silicon thin film that does not meet the regulations as a product will be reduced, and raw materials can be used effectively.

さらにまた、非晶質シリコン薄膜を用いた光電変換装置においては、長期間使用していると、光電変換特性が低下することが知られており、非晶質シリコン薄膜を用いた光電変換装置を用いた信頼性や高性能化には限界があった。そこで、非晶質シリコン薄膜に比して長期間の使用によっても光電変換特性が劣化し難い微結晶シリコン薄膜を有する光電変換装置を開発することが望まれていたが、この実施の形態では、非晶質シリコン薄膜を形成するのと同程度の堆積レートで微結晶シリコン薄膜を形成することができるので、この実施の形態で製造される微結晶シリコン薄膜を有する光電変換装置は、非晶質シリコン薄膜を有する光電変換装置に比して長期間の使用が可能で、耐久性が向上するという効果を有する。   Furthermore, it is known that the photoelectric conversion device using an amorphous silicon thin film deteriorates in photoelectric conversion characteristics when used for a long time. There was a limit to the reliability and high performance used. Therefore, it has been desired to develop a photoelectric conversion device having a microcrystalline silicon thin film whose photoelectric conversion characteristics are not easily deteriorated even when used for a long time as compared with an amorphous silicon thin film. Since the microcrystalline silicon thin film can be formed at the same deposition rate as that for forming the amorphous silicon thin film, the photoelectric conversion device having the microcrystalline silicon thin film manufactured in this embodiment is amorphous. Compared to a photoelectric conversion device having a silicon thin film, it can be used for a long period of time and has the effect of improving durability.

以上のように、この発明にかかる薄膜形成方法は、微結晶シリコン薄膜を光電変換層に有する太陽電池の製造に有用である。   As described above, the thin film forming method according to the present invention is useful for manufacturing a solar cell having a microcrystalline silicon thin film in a photoelectric conversion layer.

この実施の形態による薄膜形成装置の概略構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of schematic structure of the thin film forming apparatus by this embodiment. プラズマ電極の上面図である。It is a top view of a plasma electrode. プラズマ電極の下面図である。It is a bottom view of a plasma electrode. 図２−１のＡ−Ａ断面図である。It is AA sectional drawing of FIGS. プラズマ電極付近の薄膜形成時の様子を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the mode at the time of thin film formation of plasma electrode vicinity.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 成膜室
１１ 基板ステージ
１２ プラズマ電極
１３ ガス排気口
１４ 高周波電源
２１ シランガス供給口
２２ シランガス供給ライン
２３ マスフローコントローラ
３１ 水素ガス供給口
３２ 水素ガス供給ライン
３３ マスフローコントローラ
１００ 基板
１１０ アース板
１２０ シランガス貯気供給室
１２１ シランガス貯気部
１２２ シランガス吹出し口
１３０ 水素ガス供給部
１３１ 電極板
１３３ 水素ガス流通経路
１３４ 水素プラズマ生成部
１３５ 水素プラズマ吹出し口
１４１ ケーブル
１５１ 支持部材
２０１ 水素プラズマ
２０２ ダウンフロープラズマ
２０３ シランプラズマ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Deposition chamber 11 Substrate stage 12 Plasma electrode 13 Gas exhaust port 14 High frequency power supply 21 Silane gas supply port 22 Silane gas supply line 23 Mass flow controller 31 Hydrogen gas supply port 32 Hydrogen gas supply line 33 Mass flow controller 100 Substrate 110 Earth plate 120 Silane gas storage Supply chamber 121 Silane gas reservoir 122 Silane gas outlet 130 Hydrogen gas supply part 131 Electrode plate 133 Hydrogen gas flow path 134 Hydrogen plasma generation part 135 Hydrogen plasma outlet 141 Cable 151 Support member 201 Hydrogen plasma 202 Downflow plasma 203 Silane plasma

Claims (5)

成膜室内に基板ステージとプラズマ電極とが対向して配設され、前記プラズマ電極にシランガスと水素ガスとを供給するとともに高周波電圧を印加してプラズマを生成し、前記基板ステージに保持された基板上に微結晶シリコン薄膜を形成する薄膜形成装置において、
前記成膜室の外部から前記プラズマ電極に供給される前記シランガスを前記基板上に吹出させるシランガス供給手段と、
前記成膜室の外部から前記プラズマ電極に供給される前記水素ガスを水素プラズマにして、前記シランガス供給手段から吹出される前記シランガスに接触させるように前記基板上に吹出させて、前記シランガスをプラズマ化させる水素ガス供給手段と、
を備え、
前記シランガス供給手段は、接地電位にされ、外部から供給される前記シランガスを貯留するシランガス貯留室と、前記シランガス貯留室の前記基板ステージ側に設けられ、前記シランガスを前記基板ステージ側に吹出させる複数の筒状のシランガス吹き出し口と、を有し、
前記水素ガス供給手段は、前記シランガス吹き出し口の形成位置に対応して開口が設けられた導電性の平板状部材からなり、前記シランガス供給手段と接触しないように前記シランガス吹き出し口に外挿され、高周波電圧が印加される電極板と、外部から供給される前記水素ガスを前記シランガス貯留室の側面を通って、前記電極板と前記シランガス貯留室との間の空間まで運ぶ水素ガス流通経路と、を有することを特徴とする薄膜形成装置。 A substrate stage and a plasma electrode are arranged opposite to each other in a film forming chamber, and a silane gas and a hydrogen gas are supplied to the plasma electrode and a high frequency voltage is applied to generate plasma, and the substrate is held on the substrate stage. In a thin film forming apparatus for forming a microcrystalline silicon thin film on top,
Silane gas supply means for blowing the silane gas supplied to the plasma electrode from the outside of the film forming chamber onto the substrate;
The hydrogen gas supplied to the plasma electrode from the outside of the film forming chamber is converted into hydrogen plasma, and blown onto the substrate so as to come into contact with the silane gas blown from the silane gas supply means, and the silane gas is turned into plasma. Hydrogen gas supply means to be converted,
Equipped with a,
The silane gas supply means has a ground potential and is provided with a silane gas storage chamber for storing the silane gas supplied from the outside and a plurality of the silane gas storage chambers on the substrate stage side, and a plurality of the silane gas supply means blows the silane gas to the substrate stage side. A cylindrical silane gas outlet,
The hydrogen gas supply means is composed of a conductive flat plate member having an opening corresponding to the formation position of the silane gas outlet, and is extrapolated to the silane gas outlet so as not to contact the silane gas supply means. An electrode plate to which a high-frequency voltage is applied, and a hydrogen gas flow path for carrying the hydrogen gas supplied from the outside through a side surface of the silane gas storage chamber to a space between the electrode plate and the silane gas storage chamber, the thin film forming apparatus according to claim Rukoto to have a. 前記水素ガス供給手段は、水素原子を含む水素プラズマを生成し、前記基板に向かって徐々にプラズマ密度が低下するダウンフロープラズマとして吹出させ、前記ダウンフロープラズマに前記シランガス供給手段からの前記シランガスを接触させてＳｉＨ3分子を含むシランプラズマを生成することを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。 The hydrogen gas supply means generates hydrogen plasma containing hydrogen atoms and blows it out as a downflow plasma whose plasma density gradually decreases toward the substrate. The silane gas from the silane gas supply means is supplied to the downflow plasma. 2. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein a silane plasma containing SiH 3 molecules is generated by contact. 前記電極板と前記シランガス貯留室の前記基板ステージ側の面との間隔は、前記電極板に高周波電圧を印加しても放電が発生しない間隔であり、前記電極板の前記開口内の前記シランガス吹き出し口との間隔は、前記電極板に高周波電圧を印加したときに放電が発生する間隔であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。 An interval between the electrode plate and the surface of the silane gas storage chamber on the substrate stage side is an interval at which no discharge occurs even when a high frequency voltage is applied to the electrode plate, and the silane gas blowout in the opening of the electrode plate the distance between the mouth, a thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the discharge is an interval that occurs when applying a high frequency voltage to the electrode plate. 基板ステージとプラズマ電極とが対向して配設された成膜室内での薄膜形成方法において、
前記プラズマ電極を構成する接地された複数の筒状のシランガス吹き出し口にシランガスを供給し、前記基板ステージに保持された前記基板上に向けて前記シランガスを吹出させる第１の工程と、
前記シランガス吹き出し口の形成位置に対応して開口を有し、前記シランガス吹き出し口と前記開口とが接触しないように配置される、前記成膜室内の前記プラズマ電極を構成する導電性の平板状部材の前記開口に、前記シランガスとは別に水素ガスを供給し、前記開口から前記水素ガスを前記基板上に向けて吹出させる第２の工程と、
前記プラズマ電極の前記平板状部材に高周波電圧を印加して前記開口から吹出される前記水素ガスから水素プラズマを生成し、前記基板上に向けて前記水素プラズマを、前記シランガス吹き出し口の周囲から吹出させる第３の工程と、
前記水素プラズマによって前記シランガスをプラズマ化させる第４の工程と、
を含むことを特徴とする薄膜形成方法。 In the thin film formation method in the film formation chamber in which the substrate stage and the plasma electrode are arranged to face each other ,
A first step of pre-Symbol composing the plasma electrode silane gas is supplied to the grounded plurality of cylindrical silane gas outlet, blown the silane gas directed onto the substrate held by the substrate stage,
A conductive flat plate member that constitutes the plasma electrode in the film forming chamber and has an opening corresponding to a position where the silane gas blowing port is formed, and is disposed so that the silane gas blowing port and the opening do not contact each other. the said opening, said separately supplying hydrogen gas and silane gas, a second step of the hydrogen gas from the opening Ru was blown toward on the substrate,
A high frequency voltage is applied to the flat plate member of the plasma electrode to generate hydrogen plasma from the hydrogen gas blown from the opening, and the hydrogen plasma is blown out from the periphery of the silane gas blowing port onto the substrate. A third step of allowing
A fourth step of converting the silane gas into plasma by the hydrogen plasma;
A thin film forming method comprising: 前記第３の工程では、水素原子を含む水素プラズマを生成して、前記プラズマ電極から前記基板に向かうにしたがってプラズマ密度が徐々に低下するダウンフロープラズマを形成し、
前記第４の工程では、前記ダウンフロープラズマによって前記シランガスからＳｉＨ3分子を含むシランプラズマを生成することを特徴とする請求項４に記載の薄膜形成方法。 In the third step, hydrogen plasma containing hydrogen atoms is generated to form downflow plasma in which the plasma density gradually decreases from the plasma electrode toward the substrate,
5. The thin film forming method according to claim 4 , wherein in the fourth step, silane plasma containing SiH 3 molecules is generated from the silane gas by the downflow plasma.
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