JPH0199213A - 膜形成装置 - Google Patents

膜形成装置

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JPH0199213A
JPH0199213A JP62256403A JP25640387A JPH0199213A JP H0199213 A JPH0199213 A JP H0199213A JP 62256403 A JP62256403 A JP 62256403A JP 25640387 A JP25640387 A JP 25640387A JP H0199213 A JPH0199213 A JP H0199213A
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film
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film forming
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Koji Igarashi
孝司 五十嵐
Nobuhiro Fukuda
福田 信弘
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Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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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0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大き
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じ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澗され
る。
[発明の目的] 本発明の目的は、高周波印加tF11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。
[基本的着想コ 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上記のご
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雪掻全面に一様に生成すること
をみいだし、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ことを特
徴とする成膜装置、にかかるものである。
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
断面図で示した。
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上に薄
膜を形成するインライン成膜装置において、液高周波印
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示例のいくつかを第3図に示
す。
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h5すなち凹部の深さは、電極間隔dの172以上
、好ましくはdと同じかそれ以上である。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1/2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。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d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1/2以上、好ましくはdと同じかそれ以上
とすることにより、これらの装置形状による影響をほと
んど無くすことが可能である。
一方、第1図、第2図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の
172以上、好ましくはdと同じかそれ以上である。し
かしながら、あまり巾が広い場合には、電極の凹凸によ
る均一成膜の効果が小さ(なり好ましいものではない。
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、高周波印加電極の山の巾Wを5cm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(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
の凹凸における谷の巾りは、5IIII11以上で、好
ましくはdと同じかそれ以上である。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(なり、5cm以下であることが好ま
しい。
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5.5′を設備することは必須の条件ではないが
、高周波印加電極にアースシール−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に方向づけるこ
とができる。このために、アースシールドを形成できる
間隔をとることが好ましい。具体的な示例としては、5
+a+m以上の間隔が存在すれば十分である。第1図に
異体的な示例を示した。
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5US316や5US304
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、上記したごとく、真
空を破ることな(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ための
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
ための搬送具である。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、高周波印加電極お
よび対向する接地電極とに対して垂直方向に設置され、
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−r 71/ ス
、!、 チール(SUS316.5US304 )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(SIIS316.5tlS304 )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51hHzn*z  (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、一般式SiH+cF<−x (χは、0
〜4の整数)で示されるフルオロシラン、一般弐〇〇、
FIzn*t  (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
PHx 、ジボランBJh、ヘリウムHe1炭化水素ガ
ス CyHzy*z 、CyHzy −CyHzy〜2
(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0.
01torr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i(h =20mm 、 w=20mm。
し・201)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。
底腹条止; ジシラン  10  cc/min 高周波電力 5〇一 基板温度  250 ’C 反応圧力  Q、l torr 電極寸法  100■ φ 基板寸法  20傘80111I11 底1級果; 平均成膜速度   25  A/see基板上の成膜速
度分布(第4図)  ±5χ代表的な光転導度 3.5
傘10−’  S/cm代表的な暗転導度 4.6傘1
0−” S/cm〔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衡
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/see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図はおなしく
その斜視図である。 第3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4
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。長方形の中心を通り長辺と平行
に5111In間隔で測定点を設けた。 図において、1−・−一一−−−−−−−高周波印加電
極、2−−−−−−−・・−・−接地電極、3.3″・
・−・−・−・−ヒーター、4−・・−・−・−・一基
板、5.5′・・−・−・・−・・アースシールド、h
−・−−−−−一・・・−・−凹凸における山の高さ、
w −−−−−−−−−・−・−凹凸における山の巾、
L −−−−−−−・−−−m−−−・凹凸における谷
の巾

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
    波印加電極表面が凹凸状に形成されていることを特徴と
    する成膜装置。
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