JPH065522A - 高周波プラズマcvd装置 - Google Patents

高周波プラズマcvd装置

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JPH065522A
JPH065522A JP15830792A JP15830792A JPH065522A JP H065522 A JPH065522 A JP H065522A JP 15830792 A JP15830792 A JP 15830792A JP 15830792 A JP15830792 A JP 15830792A JP H065522 A JPH065522 A JP H065522A
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JP
Japan
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cathode electrode
high frequency
plasma cvd
reaction gas
substrate
Prior art date
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Withdrawn
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JP15830792A
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English (en)
Inventor
Masayoshi Murata
正義 村田
Yoshiaki Takeuchi
良昭 竹内
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】大面積の基板上に均一に膜質の良好な薄膜を形
成できる高周波プラズマCVD装置を提供する。 【構成】反応容器16内に、カソード電極11と、カソ
ード電極11の側面および裏面を囲うアースシールド1
3と、カソード電極11に対向して設けられ基板14が
設置されるヒーター内蔵アノード電極13とを有すると
ともに、反応ガス供給管15および反応ガス排気管2
0、21とを有し、高周波電源からインピーダンス整合
器を介して電極間に高周波電力を供給することにより反
応容器16内でプラズマを発生させる高周波プラズマC
VD装置において、カソード電極11の表面に波状の凹
凸101を設けた構成を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はa−Si薄膜、SiNx
(窒化シリコン)薄膜などの半導体膜や絶縁膜などを形
成する化学蒸着(Chemical Vapor De
position、以下CVDという)型薄膜形成に用
いられる高周波プラズマCVD装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図6は従来の平行平板型高周波(RF)
プラズマCVD装置を示す概略構成図である。反応容器
16内には、カソード電極11、カソード電極11と対
向する位置にアノード電極12、カソード電極11のア
ノード電極12と対向しない部分にアースシールド13
が配置されている。カソード電極11は中空になってお
り、アノード電極12に対向した部分に直径0.1〜
0.5mm程度の多数の穴17が設けられている。カソ
ード電極11にはガス供給管15が接続されている。ま
た、アノード電極12上に基板14が設置される。
【0003】この装置により例えばアモルファスシリコ
ン薄膜(以下a−Si薄膜という)を形成する場合につ
いて説明する。反応容器16内は真空ポンプ(図示省
略)により薄膜形成に必要な所定の真空度に真空引きさ
れる。SiH4 などの反応ガスはガス供給管15よりカ
ソード電極11の中空部に供給され、アノード電極12
側に設けられた微小な穴17よりシャワー状に放出さ
れ、アノード電極12上に設置された基板14の表面に
均一に供給される。通常、この方式はシャワー方式と呼
ばれ、大面積の基板表面にも均一にガスを供給できると
いう特徴をもっている。高周波電源(図示省略)より1
3.56MHzの高周波電力がインピーダンス整合器
(図示省略)を介してカソード電極11に供給される。
カソード電極11のアノード電極12と対向しない部分
はアースシールド13で囲われているので、この部分で
はプラズマは発生しない。つまり、前述の高周波電力に
より、カソード電極11とアノード電極12との間でグ
ロー放電プラズマが発生する。カソード電極11の穴1
7よりシャワー状に供給される反応ガス(SiH4 )は
プラズマにより解離され、基板14表面にa−Si薄膜
が堆積する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の装置では、基板
の大きさが500mm×500mm以上の場合には、次
のような問題が生じる。
【0005】カソード電極とアノード電極との間隔およ
び反応容器内のガス圧力などに依存するが、図7および
図8に示すように電極間の中央部または周辺部に偏って
プラズマが発生する。その結果、図9および図10に示
すように、基板に堆積されるアモルファスシリコンなど
の膜厚は、基板中央部で厚くなったり、逆に基板周辺部
で厚くなったりする。このような現象は、基板の大きさ
が500mm×500mm以上になると顕著に現れる
が、基板の全面にわたって膜厚分布を一様にすることは
実際上極めて困難である。したがって、従来の装置は、
大面積基板を対象とする場合は実用性に欠けていた。こ
れらの問題の原因としては、電力密度の不均一、および
反応ガスの流量や流速の不均一などが考えられる。
【0006】本発明は前記問題点を解決するためになさ
れたものであり、大面積の基板上に均一に膜質の良好な
薄膜を形成できる高周波プラズマCVD装置を提供する
ことを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の高周波プラズマ
CVD装置は、反応容器内に、カソード電極と、前記カ
ソード電極の側面および裏面を囲うアースシールドと、
前記カソード電極に対向して設けられ基板が設置される
ヒーター内蔵アノード電極とを有するとともに、反応ガ
ス供給管および反応ガス排気管とを有し、高周波電源か
らインピーダンス整合器を介して前記電極間に高周波電
力を供給することにより前記反応容器内でプラズマを発
生させる高周波プラズマCVD装置において、前記カソ
ード電極の表面に波状の凹凸を設けたことを特徴とする
ものである。
【0008】
【作用】成膜時の条件としては、反応ガスを多量に流
し、かつ電極間の電力密度分布を一様にすることが好ま
しい。すなわち図3に示すように、一般的に、反応ガス
流量が多量であれば、成膜速度は電力に比例する関係が
ある。したがって、電極間の電力密度を制御すれば、膜
厚分布を一様にできる。
【0009】この条件を実現するために、本発明の装置
では、カソード電極の表面に凹凸の溝を設けて表面積の
増加させている。このような構成を採用すれば、凹凸の
溝を設けた部分では、カソード電極とアノード電極間の
静電容量(コンダクタンス)が局所的に大きくなり、高
周波に対する局所的共振周波数が小さくなるので、高周
波電力の強さを弱めることができる。したがって、図4
に示すように、電極間の全面にわたってプラズマを一様
の強さで発生させることができる。これは、従来の装置
のようにカソード電極とアノード電極とが平板である場
合に、図7または図8に示すように電極間の中央部また
は周辺部でプラズマが強く発生するのとは対照的であ
る。本発明において、カソード電極中央部に設けられる
凹凸の形状は、深さ3〜6mm、ピッチ4〜10mm程
度の丸みのある波状が好ましい。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は本発明に係る高周波プラズマCVD装置の
概略構成図である。なお、図6に示す従来の装置と同一
の部材には同一の符号を付している。
【0011】図1において、反応容器16内には、グロ
ー放電プラズマを発生させるためのカソード電極11と
アノード電極12とが互いに平行に配置されている。カ
ソード電極11は絶縁物19を介して反応容器16に固
着されている。アノード電極12は図示しない支持台に
より反応容器16に固着され、かつ電気的にも導通状態
になっている。
【0012】カソード電極面100の中央部には深さ3
〜6mm、ピッチ4〜10mmの正弦波状の溝101が
設けられている。図2に示すように、カソード電極面1
00の中央部とは、カソード電極11の直径(円形の場
合)または一辺の長さ(四角形の場合)をDとして、カ
ソード電極11中央の直径または一辺の長さがD/2程
度の範囲の部分をいう。カソード電極11は中空になっ
ており、反応ガスを電極間に均一に放出するために、ア
ノード電極12に対向する部分に直径0.1〜0.5m
m程度の微小な反応ガス噴出孔17が多数設けられてい
る。カソード電極11には反応ガス供給管15が接続さ
れている。図示しない反応ガス供給装置より供給された
反応ガスは、反応ガス供給管15を介して反応ガス噴出
孔17から噴出する。カソード電極11のアノード電極
12と対向しない部分には、異常放電を抑制するために
アースシールド13が配置されている。
【0013】アノード電極12上には図示しない基板ホ
ルダにより基板14が設置される。アノード電極12は
図示しないヒータを内蔵しており、基板14の温度を4
00℃以下の任意の値に設定できる。
【0014】反応容器16内のガスは、排気孔20、2
1より排気される。カソード電極11およびアノード電
極12には、図示しないインピーダンス整合器付き高周
波電源より電力供給線18および反応容器16を介して
電力が供給される。
【0015】この装置によりa−Si薄膜を形成する場
合について以下に説明する。図示しない真空ポンプを稼
動して、反応容器16内を排気する。例えば1×10-7
Torrの圧力になった後、図示しない反応ガス供給装
置より反応ガス供給管15を通してモノシランガスを5
0〜100cc/minの流量で供給し、反応容器16
内の圧力を0.1〜0.5Torrに保つ。次いで、図
示しないインピーダンス整合器付き高周波電源より電力
供給線18および反応容器16を介してカソード電極1
1およびアノード電極12間に電力を供給する。こうし
て、電極間にモノシランガスのグロー放電プラズマが発
生する。
【0016】本発明の装置では、カソード電極11の表
面の正弦波状の溝101が設けられている中央部では、
溝が設けられていない部分よりも、局所的静電容量が大
きくなる。このため、その部分では共振周波数が小さく
なるので、インピーダンス整合器付き高周波電源より供
給される電力が小さくなる。したがって、従来の装置に
おいて図7に示すように電極間の中央部で強いプラズマ
が発生していたのが抑制されて、図4に示すように電極
間の全面にわたってプラズマを一様の強さで発生させる
ことができる。
【0017】実際に本発明の装置を用い、基板表面にa
−Si薄膜を堆積させた。実験は、電極の大きさ120
0mm×1200mm、ガラス基板の大きさ1000m
m×1000mm、反応ガス流量50cc/min、圧
力0.3Torr、高周波電力200Wという条件で実
施した。その結果、図5に示すように、一様な膜厚分布
を示すa−Si薄膜が得られた。
【0018】また、図11にアノード電極面において隣
接する溝(深さ5mm)の間隔を変化させた場合のa−
Si薄膜の膜厚分布を示す。縦軸は膜厚のばらつきを%
で表したものであり、小さい値であるほど膜厚が均一で
あることを示す。図11から明らかなように、隣接する
溝のピッチが4〜10mmの場合に膜厚分布が非常に良
好である。
【0019】なお、前記実施例ではアモルファスシリコ
ン薄膜を成膜したが、本発明の装置は、反応ガスを変え
るだけで窒化シリコン(Si3 4 )やシリカ(SiO
2 )などの成膜にも容易に適用できることはいうまでも
ない。
【0020】
【発明の効果】以上詳述したように本発明の高周波プラ
ズマCVD装置を用いれば、大面積の基板上に薄膜を均
一に成膜できる。したがって、太陽電池や液晶ディスプ
レイの分野では、大面積化によるコスト低減および性能
向上が達成でき、工業上の価値が著しく大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における高周波プラズマCV
D装置の概略構成図。
【図2】同装置のカソード電極に設けられる凹凸を示す
断面図。
【図3】プラズマ発生電力と成膜速度との関係を反応ガ
ス流量をパラメータとして示す図。
【図4】本発明の一実施例の高周波プラズマCVD装置
でのプラズマの発生状況を示す説明図。
【図5】本発明の一実施例の高周波プラズマCVD装置
で成膜されるアモルファスシリコンの膜厚分布の一例を
示す図。
【図6】従来の高周波プラズマCVD装置の概略構成
図。
【図7】従来の高周波プラズマCVD装置でのプラズマ
の発生状況の一例を示す説明図。
【図8】従来の高周波プラズマCVD装置でのプラズマ
の発生状況の他の例を示す説明図。
【図9】従来の高周波プラズマCVD装置で成膜される
アモルファスシリコンの膜厚分布の一例を示す図。
【図10】従来の高周波プラズマCVD装置で成膜され
るアモルファスシリコンの膜厚分布の他の例を示す図。
【図11】本発明の一実施例の高周波プラズマCVD装
置において、カソード電極に設けられる凹凸の間隔とア
モルファスシリコンの膜厚分布との関係を示す図。
【符号の説明】
11…カソード電極、12…アノード電極、14…基
板、15…ガス供給管、16…反応容器、17…噴出
孔、20、21…排気孔、100…カソード電極面、1
01…溝。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応容器内に、カソード電極と、前記カ
    ソード電極の側面および裏面を囲うアースシールドと、
    前記カソード電極に対向して設けられ基板が設置される
    ヒーター内蔵アノード電極とを有するとともに、反応ガ
    ス供給管および反応ガス排気管とを有し、高周波電源か
    らインピーダンス整合器を介して前記電極間に高周波電
    力を供給することにより前記反応容器内でプラズマを発
    生させる高周波プラズマCVD装置において、前記カソ
    ード電極の表面に波状の凹凸を設けたことを特徴とする
    高周波プラズマCVD装置。
JP15830792A 1992-06-17 1992-06-17 高周波プラズマcvd装置 Withdrawn JPH065522A (ja)

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