JPH01196118A - 膜形成装置 - 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】 ［技術分野］ 本発明は、グロー放電により連続的に薄膜を形成する成
膜装置に関するものであり、とくに、高性能の半導体薄
膜を高成膜速度において均一に形成する成膜装置に関す
る。

［従来技術］ シリコン化合物のグロー放電分解や光分解により得られ
る非晶質シリコン系の半導体薄膜は、光−電気エネルギ
ーの変換能力に優れ、光起電力素子として利用されてい
る。しかも、電卓等民生用機器ばかりでなく、電力用太
陽電池としての利用も検討されているが、このためには
、大面積の太陽電池を安価に製造する必要がある。この
点においても、非晶質シリコン系太陽電池は、基本的に
面積の拡大が比較的容易であり、大面積化の研究が行わ
れている。

しかしながら、従来の容量結合型の平行平板電極を用い
る成膜装置においては、高性能の半導体薄膜を高成膜速
度で均一に形成するとき、いくつかの問題があった。

すなわち、まず第一にこの成膜方法は高周波が印加され
る電極（高周波印加電極）と接地されている電極（接地
電極）の間に膜が形成される基板が設置されるものであ
るが、この場合、高周波印加電極面内において、グロー
放電の均一性が確保されなければ、薄膜の均一性は得ら
れない。次に、大面積の基板に成膜する場合には、当然
のことながら、高周波印加電極の面積を基板よりも太き
くせねばならないが、大面積の電極においては、高周波
電流独特の表皮効果が生して有効に高周波電流を導入す
ることができない。また、電気力線にもとすく端効果お
よび先の表皮効果の結果、高周波印加電極周辺部のグロ
ー放電が強くなり、成膜速度が不均一になるばかりでな
く、得られた薄膜の特性も不均一となるうえ、高速成膜
条件においては、高周波印加電極周辺部のグロー放電は
より一層強くなり、かかる問題点がさらに一層強調され
る。

［発明の目的］ 本発明の目的は、高周波印加電極と接地電極間において
、高濃度プラズマを生じさせ、均一な半導体薄膜を高成
膜速度で基板上に形成することのできる半導体薄膜の所
謂インライン成膜装置を提供することである。

［基本的着想］ 本発明者らは、かかる観点から鋭意検討した結果、連続
形成に用いられる種々のプラズマＣＶＤ装置およびグロ
ー放電の詳細な検討の結果、高周波印加電極表面を凹凸
に形成することにより、電極全体に高濃度プラズマが均
一に拡がることを見いだし、更に、凹部における高濃度
プラズマが成膜速度の向上に対して極めて有効であるこ
とも見いだして、本発明を完成するに至った。

すなわち、 大面積の平行平板電極においては」二記のごとく電極面
上でプラズマが局在すると云う問題点があるところ、本
発明者らは、特定の表面形状の電極を用いると、高密度
のプラズマが電極全面に一様に生成することを見いだし
、これをインライン方式の成膜装置による高速成膜に利
用したものである。

［発明の開示］ 本発明は、高周波印加電極と接地電極の間に発生するグ
ロー放電中に、基板を設置・もしくは進行せしめて該基
板上に薄■９を形成するインライン成膜装置において、
該高周波印加電極表面を、谷の幅が山の幅に比較してよ
り大なるような凹凸状に形成せしめて凹部の高濃度プラ
ズマを充分薄膜形成に利用しうるようにしたことを特徴
とする成膜装置、にががるものである。

本発明の対象としているインライン成膜装置とは、真空
を破ることなく基板（実際には、基板保持具に保持固定
された基板）を成膜室に搬送し、基板は成膜室内に設置
され、もしくは室内を移動・進行しながら半導体薄膜が
形成される装置である。

第１図に本発明の一実施例たる具体的な態様を模式的な
断面Ｖで示した。

すなわち、高周波印加電極１と接地電極２の間に発生す
るグロー放電中に、基板４を設置せしめて該基板」二に
薄膜を形成するインライン成膜装置において、該高周波
印加電極表面が凹凸状に形成されている成膜装置である
。なお、第２図はその斜視図である。もちろん、基板４
はグロー放電中を移動　進行せしめられ、該基板上に薄
膜が連続的に形成されることも出来る。

本発明において、凹凸の形状は特に限定されないが、製
作上からは、断面を矩形に作ることがプラズマの均一性
もそこなわれないので実用的であり好ましい。第１図に
示したものの外に、断面が矩形である高周波印加電極の
凹凸形状における具体的な承引のいくつかを第３図、お
よび第４図に示す。また、図に示すように、凹凸は複数
個形成し、プラズマを複数個発生せしめるようにするこ
とが好ましい。

第１図に示すような高周波印加電極の凹凸における山の
高さｈ、すなち凹部の深さは、高周波印加電極の凸部の
頂点と基板との間隔（電極間隔）ｄの１７５以上、好ま
しくはｄと同しかそれ以上である。けだし、高速成膜条
件においては成膜時の圧力を高めることが要求されるの
で、山の高さｈが電極間隔ｄに比べて１１５未満のよう
に小さい場合には、電極表面を凹凸に形成した効果が小
さくなり、好ましいものではないからである。また、薄
膜の均一性は高周波印加電極と接地電極との間隔や高周
波印加電極と基板との間隔等の装置形状によっても影響
されるが、高周波印加電極の凹凸における山の高さｈを
電極間隔ｄの１７５以上、好ましくはｄと同しかそれ以
上とすることにより、これらの装置形状による影響をほ
とんど無くずことか可能である。

一方、第１図、第２回に示すような高周波印加電極の凹
凸における山の巾Ｗすなわち凸部の幅は、電極間隔ｄ以
下、好ましくは０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。しか
しながら、山の巾Ｗが電極間隔ｄより広い場合には、電
極の凹凸による均一成膜の効果が小さくなり好ましいも
のではない。

′Ｎ膜の均一性は高周波印加電極と接地電極との間隔や
高周波印加電極と基板との間隔等の装置形状によっても
影響されるが、高周波印加電極の山のｌａｗを電極間隔
ｄ以下とすることにより、これらの装置形状による影響
はほとんど無くすことが可能である。さらに、この場合
も高周波印加電極と接地電極および基板等との間隔はと
くに限定されるものではない。

さらに、第１図、第２図に示すような、高周波印加電極
の凹凸におりる谷の巾Ｉ、は、５ｍ＋ｎ以上で、好まし
くはｄと同しがそれ以上である。この場合もしかあまり
広いと電極表面を凹凸状に形成したことによる均一成膜
の効果は小さくなり、５ｃｍ以下であることが好ましい
。

本発明においては、上記規定の範囲において、咳高周波
印加電極表面を、谷の幅が山の幅に比較してより大なる
ような凹凸状に形成せしめるものである。本発明の知見
によると、特に凹部において発生した高濃度プラズマが
薄膜形成に好ましいものであり、該凹部の高濃度プラズ
マを充分薄膜形成に利用しうるようにすることが望まし
いのである。

本発明において、凹凸形状の高周波印加電極にアースシ
ールド５を設備することは必須の条件テはないが、高周
波印加電極の周囲にアースシールドを設備することによ
り、放電を有効に対向する接地電極側あるいは基板側に
方向づけることかできる。また、アースシールドの設置
に際しては、該アースシールドと高周波印加電極との間
隙を２ｍｍ以下０．１ｍｍ以上、好ましくは０．５ｍｍ
である。第１図に具体的な承引を示した。

これら高周波印加電極や接地電極等の材質については、
とくに制限されるものではないが、形成される半導体薄
膜に与える不純物量、電気伝導性、熱的安定性等を考慮
するとステンレス鋼である５ＬＩＳ３１６や５ＵＳ３０
４やアルミニウムが好ましい材料として用いられる。

本発明のインライン成膜装置とは、」二記したごとく、
真空を破ることなく基板を成膜室に搬送することのでき
る、基板導入室および基板取り出し室、または基板取り
出し室を兼ねる基板導入室、またはこれらの機能を果た
す基板導入手段や基板取り出し手段を少なくとも有する
成膜装置であり、基板は成膜室内に設置され、もしくは
室内を移動しながら半導体薄膜が形成される装置である
。

成膜室は反応ガス導入手段および排気手段を備えた金属
製の反応容器であり、少なくとも基板を加熱するだめの
加熱手段、高密度のプラズマを発生するための中挟の高
周波印加電極および接地電極、基板保持具（基板キャリ
ヤー）を移動させるための搬送手段が設備されているも
のである。なお、基板保持具とは、半導体薄膜が形成さ
れる基板を、はめ込み、設置等により固定して搬送する
だめの搬送具である。従って、基板の主面が露出してお
り、この面上に薄膜が形成されうるちのである限り、基
板の基板キャリアへの設置方法については、何ら限定さ
れるものはない。通常、基板保持具は、基板と路間−の
大きさか、これよりやや大きいのが普通である。基板保
持具上に保持された基板は、高周波印加電極と接地電極
の間に発生する高周波プラズマ中を該プラズマに対して
は垂直方向に、高周波印加電極の表面および対向する接
地電極の表面とに対しては平行方向に設置され、もしく
は該方向に進行し、半導体薄膜等が移動中の基板上に形
成されるのである。

反応容器の材質は限定されるものではないが、好ましい
材質としてはステンレススチール、ニッケルおよびその
合金、アルミニウムおよびその合金などである。加工性
や耐蝕性を考慮した取扱い上からはステンレススチール
（ＳＵＳ３１６，５ｔｌＳ３０４　）あるいはアルミニ
ウムおよびその合金が好ましいものである。

本発明において、基板の材質は限定されるものではない
。ガラス基板、酸化スズや酸化スズ・インジウムの様な
透明導電膜付きガラス基板、セラミックス基板、アルミ
ニウム、クロム、ステンレス（ＳｕＳ３１６．５ｕｓ３
０４　）などの金属薄板やアルミニウム、クロム、ステ
ンレス（Ｓ［ｌ５３１６，５ＵＳ３０４　）などの金属
を蒸着したセラミックス基板やポリエチレンテレフタレ
ートなどの高分子基板、ステンレス基板、多結晶および
単結晶シリコンウェハーなどが基板として有効に用いら
れる。

本発明で用いる反応性ガスは、主にシリコン化合物ガス
であり、一般式５ｉｌｌＨｚ、１．２　（ここでｎは自
然数）で示されるシラン、例えばモノシラン、ジシラン
である。さらに、−ａ式５ｉＨｘＦａ−＋ｔ　（ｘは、
０〜４の整数）で示されるフルオロシラン、一般弐Ｇｅ
、Ｈｚゎ４□　（ｎは、自然数）で示される水素化ゲル
マンなどである。また、目的に応じて、フォスフインＰ
Ｈ，ｌ、ジポランＢｚＨｂ、ヘリウムＨｅ、炭化水素ガ
ス　Ｃｙｌｈｙ４□、Ｃ−Ｈｚ’ｙ　、　ＣｙＨｉｙ−
ｚ（ｙは、自然数）、モノメチルシランなどの有機けい
素ガスなどを単独ないし混合して用いることができる。

［実施例］ まず、基板挿入室に基板保持具を設置し、真空系でＱ、
Ｑｌｔｏｒｒ以下に排気しつつ、加熱手段で基板を所定
の温度になるまで加熱する。所定の圧力並びに基板温度
に達した後、第１図に示される形状の凹凸状の高周波印
加電極（ｈ・２０ｍｍ　、−・１ｍｍ、Ｌ＝１９ｍｍ　
）を用い、ジシランの放電を発生させている反応室内に
基板保持具に保持せしめて搬送し、接地電極に固定した
後アモルファスシリコン薄膜を成膜した。

成膜条件； ジシラン　　１０　　ｃｃ／ｍｉｎ 高周波電力　５０− 基板温度　　２５０°Ｃ 反応圧力　　０．１　ｔｏｒｒ 電極寸法　　１００ｍｍ　φ 基板寸法　　２０　Ｘ　８０　　ｍｍ 戒ｌ瀦Ｊが 平均成膜速度　　　３０　　Ａ／ｓｅｃ基板上の成膜速
度分布（第５図）　　±３．５χ代表的な光転導度　３
．５＊１Ｏ−５Ｓ／ｃｍ代表的な暗転導度　４．６＊１
０−目Ｓ／ｃ＋ｎ［比較例］ 成膜条件を実施例と同条件にして電極のみを通常の平行
平板型高周波印加電極を用いて成膜した結果、 成膜速度はＩＩＡ／ｓｅｃ　〜２７Ａ／ｓｅｃの間で変
化し、均一成膜が極めて困難であるを確認した。

［発明の効果］ 以上のごとく、本発明においては、本発明で規定する特
定の表面に凹凸を形成した高周波印加電極を用いること
により、高成膜速度で大面積の基板上に均質に成膜する
ことができる。得られた薄膜の特性は優れたものであり
、本発明の産業上の利用可能性は、極めて大きいもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、表面を凹凸状に形勢した高周波印加電極を有
する反応室の模式的な断面図であり、第２図はおなじく
その斜視図である。 第３図、および第４図は、断面が矩形である高周波印可
電極の凹凸形状および配置の実施の態様の例を示す説明
図である。第５図は実施例において成膜速度分布を計測
した基板上の位置を示す説明図である。ここでは長方形
の中心を通り長辺と平行に５１間隔で測定点を設けてい
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）高周波印加電極と接地電極の間に発生するグロー
   放電中に、基板を設置もしくは進行せしめて該基板上に
   薄膜を形成するインライン成膜装置において、該高周波
   印加電極表面を、谷の幅が山の幅に比較してより大なる
   ような凹凸状に形成せしめて凹部の高濃度プラズマを充
   分薄膜形成に利用しうるようにしたことを特徴とする成
   膜装置。