JPH02134814A - プラズマｃｖｄ法による薄膜の製造方法及びその装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、プラズマＣＶＤ法による薄膜の製造方法にか
かり、例えば、水素化非晶賛シリコン（＝ａ−８ｉ：Ｈ
１以下、非晶質シリコンと略称する）薄膜等の薄膜の製
造に利用できるものに関する。

［従来の技術］ 第２図は、従来のプラス？　ＣＶ　Ｄ　（ＰＩ−ａｓｍ
ａ　Ｅｎｈａｎｃｅｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ
　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）法による薄膜の製造方法を
実施するための装置の構成を示す図である。

第２図において、真空チャンバー１内には、平板状のカ
ソード２と、このカソード２に相対向して平行に配置さ
れた平板状のアノード３が設けられている。

前記アノード３は接地されているとともに、該アノード
３と前記カソード２との間には、前記真空チャンバー１
の外部に設けられた高周波発生装置４から高周波（以下
、ＲＦと略称する。周波数約１３．５６ＨＨ２）を印加
できるようになっている。

また、前記アノード３の下部にはヒータ等の加熱手段５
が設けられており、図示しない温度制御手段によって前
記アノード３を適切な温度に加熱できるようになってい
る。

さらに、前記真空チャンバー１の図中側部には反応ガス
の導入口６が設けられ、また、前記真空チャンバー１の
下部には該真空チャンバー１内を所定の真空度にするた
めの排気ロアが設けられている。

次に、上述のプラズマＣＶＤ装置を用いて非晶質シリコ
ン薄膜を製造する場合を例にとって、従来のプラズマＣ
ＶＤ法による薄膜の製造方法を説明する。なお、非晶質
シリコン薄膜は、太陽電池、イメージセンサ、電子写真
感光体、液晶駆動用ＴＰＴその他の大面積デバイス用と
して適しており、これらデバイスに適用するための研究
・開発が進められている。この場合、これらデバイスの
性能は主として非晶質シリコンＮＷＡ中の欠陥密度の大
小によって決定され、欠陥密度を小さくすることがこれ
らデバイスの高性能化を図る鍵とされている。

まず、前記真空チャンバー１内のアノード３上に、非晶
質シリコン薄膜を形成すべき基板８を載置する。

次に、前記排気ロアから図示しない真空排気装置によっ
て前記真空チャンバー内を真空（１０７３程度）にする
。

続いて、前記加熱手段５によって前記アノード３を２０
０〜３５０°Ｃに加熱する。

次いで、前記反応カス導入口６からシラン（ＳｉＨａ）
ガス等の反応ガスを流入させて該反応ガスの分圧が所定
の圧力（０，１〜２Ｔｏｒｒ　）を保持するように流量
を調節する。

しかる後、前記高周波発生装置４によって前記カソード
２とアノード３との間にＲＦ電力（０，０１〜０．１　
Ｗ／　ｃ　ｍ２）を投入し、前記シランガスを放電分解
させて前記基板８上に非晶質シリコン薄膜を堆積させる
。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上述の方法においては、薄膜中に生・する欠
陥密度を少なくする手段として、ＲＦ電力もしくは基板
８の温度（＝アノード３の温度）という２つのパラメー
タを適切なものにするということが考えられるが、この
２つのパラメータを種々選定することによる膜質の向上
（欠陥密度の減少）には一定の限界があった。

すなわち、上述の方法は、前記基板８の表面を直接プラ
ズマ中にさらすことにより該プラズ′マ中の励起活性種
（ラジカル成分）が前記基板８の表面で反応して薄膜を
形成するようにしたものである。しかし、この励起活性
種の中には、寿命が短かく、良質の薄膜を形成すること
のできないラジカルＳ　ｉ　Ｈ２も含まれている。この
ため、このラジカルＳ　ｉ　Ｈ２も基板表面に到達する
可能性が大きく、良質の薄膜形成に寄与する寿命の長い
ラジカルＳ　ｉ　Ｈ３の存在確率が相対的に小さくなり
、形成されるＭ’Ａが低下しがちであるという欠点があ
った。

また、上述の非晶質シリコン薄膜に類似した池の薄膜を
形成する場合も同様の欠点があった。

本発明は、上述の背景のもとでなされたものであり、比
較的簡単な構成によって良質な薄膜を形成することを可
能にしたプラズマＣＶＤ法による薄膜の製造方法を提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上述の課題を解決するために、本発明は、（１）相対向
するカソードとアノードとが収容された真空チャンバー
内に反応ガスを流通させ、前記アノードを加熱して該ア
ノード上に載置された基板を加熱するとともに、前記カ
ソードとアノードとの間に高周波電力を印加することに
より前記反応ガスを放電分解して、前記基板上に薄膜を
形成するようにしたプラズマＣＶＤ法による薄膜の製造
方法において、 前記基板の周囲に非プラズマ領域を形成して前記基板に
薄膜を形成させるようにしたことを特徴とする構成、 （２）前記構成（１）を備えたプラズマＣＶＤ法による
薄膜の製造方法において、 前記基板の周囲を該基板が載置されるアノードと同電位
に保持しつつ前記基板に薄膜を形成させるようにしたこ
とを特徴とする構成、 （３）相対向するカソードとアノードとが収容された真
空チャンバー内に反応ガスを流通させ、前記アノードを
加熱して該アノード上に載置された基板を加熱するとと
もに、前記カソードとアノードとの間に高周波電力を印
加することにより前記反応ガスを放電分解して、前記基
板上に薄膜を形成するようにしたプラズマＣＶＤ法によ
る薄膜の製造装置において、 前記基板の周囲を前記アノードに電気的に接続されて該
アノードと同電位に保持された電極部材で囲むとともに
、この電極部材の少なくとも一部を前記反応ガスを通過
させることのできる通気性部材で構成したことを特徴と
する構成をそれぞれ有する。

［作用］ 上述の構成（１）によれば、前記薄膜を形成する基板の
周囲に非プラズマ領域を設けたことにより、上述の従来
例（第２図の装置で実施される例）のように、前記基板
の表面が直接プラズマ中にさらされる場合に比較して、
反応ガスが放電分解されて生じているプラズマ中のイオ
ン等が前記基板に衝突する確率が著しく小さくなる。し
たがって、この衝突によって既に堆積された薄膜に欠陥
を生じさせる確率が著しく減少する。

また、前記構成のように基板周囲に非プラズマ領域を形
成することによって、基板表面に到達できる粒子を、寿
命が長いために非プラズマ領域でも一定時間存在でき、
かつ、良質の薄膜を形成する励起活性種、例えば、ラジ
カルＳｉＨ３等に限定することが可能になる。これによ
り良質の薄膜を形成させることが可能になる。

また、上述の構成（２）によれば、前記基板の周囲を前
記アノードと同電位にすることによって前記基板の周囲
を非プラズマ領域とすることができる。しかも、この方
法によれば、前記基板の周囲を前記アノードと同電位に
するだけでよいから、例えば、前記第２図にかかげた従
来の装置におけるアノードに、前記基板の周囲を同電位
にする電極部材を収り付けることによって実現できる。

したがって、従来の装置にこの方法を適用する場合もア
ノードに簡単な改造を施すだけでよく、大幅な改造を必
要としない。

また、前記構成（３）によれば、比較的簡単な構成によ
って前記構成（１）の方法を実施する装置を得ることが
できる。

［実施例コ 第１図は、本発明の一実施例にかかるプラズマＣＶＤ法
による薄膜の製造方法を実施するための装置の構成を示
す図である。以下、第１図を参照にしながら、本発明の
一実施例にかかるプラズマＣＶＤ法による薄膜の製造方
法及びその装置を説明する。なお第１図に示される装置
は、前記第２図に示される従来のプラズマＣＶＤ法によ
る薄膜の製造方法を実施するための装置とその構成の大
部分が共通する。したがって、共通の部分には同）じ符
号を付してその詳細説明は省略する。

さて、第１図において、前記第２図に示される従来の装
置と異なる点は、前記第２図におけるアノード３のかわ
りに、前記第１図に示される装置ではアノード３０が設
けられている点である。

このアノード３０は、板状体の外周部を図中上方に延長
して側壁部３１とすることで、該アノード３０を浅い皿
状に形成し、この側壁部３１の上部に導電性線材（例え
ば、ステンレス製で太さ０．３ｍｍφの線材〉で網目状
（例えば、網目の大きさ：ＩＸ１ｍｍ）に形成された通
気性電極部材３２を掛は渡すようにしたものである。

すなわち、前記アノード３０の底部３３に基板８を載置
したときに該基板８は、アノード３０の側壁部３１と前
記通気性電極部材３２とによってその周囲が囲まれるよ
うになっている。これにより、この囲まれた領域である
前記基板８の周囲は前記アノード３０とほぼ同電位に保
持され、この領域内においてはプラズマが形成されなく
なる。

なお、この場合、前記基板８の表面と前記通気性電極部
材３２とのなす距離りは０．５ｍｍ〜士数ｍｍ程度とさ
れる。すなわち、この距離りは、基板表面をプラズマ中
のイオン等が衝撃する度合いが一定以下となり、かつ、
寿命が長く良質の薄膜を形成するラジカルＳ　ｉ　Ｈ３
が十分基板表面に達し得る距離に設定される。この距Ｍ
Ｌが小さすぎると形成された薄膜の欠陥が多くなるとと
もに、前記通気性電極部材３２の線材の影になる部分と
そうでない部分とにＷＡ買の差ができ、逆に大きすぎる
と薄膜形成時間が長くなる。

次に、上述の装置を用いて非晶質シリコン薄膜を製造す
る方法の手順を説明する。

■　前記真空チャンバー１内のアノード３０の底部３３
上に、非晶質シリコン薄膜を形成すべき基板８を載置す
る。

■　排気ロアから図示しない真空排気装置によって前記
真空チャンバー１内を真空（１Ｏ−３Ｔｏｒｒ程度）に
する。

■　前記加熱手段５によって前記アノード３０を２００
〜３５０’Ｃに加熱する。

■　反応ガス導入口６から反応ガスとして、モノシラン
（ＳｉＨ４）ガスを流入させて該モノシランガスの分圧
が所定の圧力（０，１〜２Ｔｏｒｒ　）を保持するよう
に流量を調節するか、あるいは、気圧を一定に保持しつ
つ排気できるコンダクタンスバルブを介して排気を行う
。

■　前記高周波発生装置４によって前記カソード２とア
ノード３０との間にＲＦ主電力　ｏ、　ｏｉ〜０、　Ｉ
　Ｗ／　ｃ　ｍ２）を投入し、前記モノシランガスを放
電分解させて前記基板８上に非晶質シリコン薄膜を堆積
させる。

上述の実施例の方法によれば、前記薄膜を形成する基板
８の周囲、すなわち、前記アノード３０の側壁部３１と
通気性電極部材３２とで囲まれる領域が前記アノード３
０と同電位となることがら、この基板８の周囲にはプラ
ズマが形成されない。

したがって」−述の従来例（第２図の装置で実施される
例）のように、前記基板８の表面が直接プラズマ中にさ
らされる場合に比較して、反応ガスが放電分解されて生
じているプラズマ中のイオン等が前記基板８に衝突する
確率が著しく小さくなる。

したがって、この衝突によって既に堆積された薄膜に欠
陥を生じさせる確率が著しく減少する。

また、前記従来例のように、前記基板８の表面が直接プ
ラズマ中にさらされる場合には、寿命が短かく、良貨の
薄膜を形成することのできないラジカルＳ　Ｉ　Ｈ２も
基板表面に到達する可能性が大きく、良りτの薄膜形成
に寄与する寿命の長いラジカルＳｉＨ３の存在確率が相
対的に小さいため、形成される膜質が低下しがちである
。これに比較して、本実施例のように基板８の周囲を同
電位にすることによって、基板８の表面に到達できる粒
子を、寿命が長いために非プラズマ領域でも一定時間存
在でき、かつ、良質の薄膜を形成するラジカルＳ　ｉ　
Ｈ３に限定することが可能になる。これにより、良質の
薄膜を形成させることが可能になる。

さらに、前記実施例の装置は、前記第２図にかかげた従
来の装置におけるアノード８のかわりに、前記アノード
３０を用いているだけである。したがって、従来の装置
に極めて簡単な改造を施すだけで得ることができるから
、従来の装置を有効に利用することが可能である。

次に、本発明者等は、前記一実施例にかかる方法及び装
置を用いて実際に非晶質シリコン薄膜の製造を行ったの
で、以下に、それによって得られた非晶質シリコン薄膜
の膜質を示すデータを別表１に示す。なお、別表１には
、比較のなめに、従来の方法及び装置（前記第２図に示
される装置を用いた例）によって製造した薄膜の膜質の
データを比較例として示しである。

製造条件は前記−実施例及び比較例ともに以下の通りで
あった。

反応ガス モノシラン（ＳｉＨ４）ガス 反応気圧 ０．８丁ｏｒｒ 基板温度（Ｔｓ） Ｔｓ＝２５０’Ｃ 印加高周波電力 ０．０２Ｗ／ｃｍ２ 形成膜厚 ０．３μｍ なお、前記一実施例における通気性電極部材３２と前記
基板８との距離りは１　ｍｍとした。

別表１から明らかなように、前記一実施例によって製造
した非晶質シリコン薄膜はημτ値（光導重度）が比較
例に比べて著しく高い値（３０倍）を示す。このημτ
値は、薄膜中の欠陥（例えば、ダングリングボンド：薄
膜中において、Ｓｉ等の元素が他の元素と何等の結合も
せずに存在する状態）密度と密接な関係を有し、この値
が大きいほど欠陥密度が小さいことを示すものであるか
ら、前記一実施例によって製造した非晶質シリコン薄膜
は比較例の場合に比べて欠陥密度が著しく小さいことが
わかる。

なお、前記一実施例によると薄膜の成長速度が比較例に
比べて約５倍と長くなるが、非晶質シリコン薄膜は、一
般に、その膜厚が極めて薄くてよい（例えば、ＴＰＴに
用いる非晶質シリコン薄膜の膜厚は０．３μｍである）
から、実用上問題はない。

また、例えば、全体の膜厚が比鮫的厚い（〜１μｍ）セ
ンサ等のデバイスの場合にあっては、膜質が性能に大き
く影響する部分、例えば、光吸収層（光キヤリア発生層
）だけを前記一実施例の方法によって製造し、他の部分
を他の膜形成スピードの早い方法で形成することによっ
て前記一実施例の方法を適用することができる。

さらに、前記一実施例にあっては、本発明の方法を非晶
質シリコン薄膜の製造に適用する例をかかげたが、本発
明は、これに限られることなく、類似の他の薄膜製造に
も適用することができる。

また、前記一実施例では、基板の周囲に非プラズマ領域
を形成するために、前記基板の周囲をアノードと同電位
にする例をかかげたが、本発明はこれに限られることな
く、例えば、基板の周囲から該基板に吹き掛けるように
して反応ガスを導入することによって基板の周囲だけを
プラズマが発生しない状態にして非プラズマ領域を形成
してもよい。

また、前記一実施例では、通気性電極部材を、導電性線
材で網目状に形成して構成した例をかかげたが、本発明
はこれに限られることなく、例えば、前記通気性電極部
材を、多数の導電性線材を単に平行に配列したもので構
成してもよく、あるいは、線材を用いることなく、例え
ば、導電性の布材その他の導電性と通気性とを兼ね備え
た部材を用いてもよいことは勿論である。

［発明の効果コ 以上詳述したように、本発明は、プラズマＣＶＤ法によ
って薄膜を製造するにあたり、薄膜を形成すべき基板の
周囲に非プラズマ領域を形成するようにしたもので、こ
れにより、基板がプラズマ中に直接さらされることによ
るプラズマ中のイオンの衝撃による欠陥の発生を緩和し
、同時に、プラズマ中にあって比較的寿命が長く、がっ
、良質な膜の形成に寄与する活性物質だけが基板表面に
到達できるようにして、膜質の良好な薄膜を比較的簡単
に得られるようにしたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例にががるプラズマＣＶＤ法
による薄膜の製造方法を実施するための装置の構成を示
す図、第２図は従来のプラズマＣＶＤ法による薄膜の製
造方法を実施するための装置の構成を示す図である。 １・・・真空チャンバー、２・・・カソード、３，３０
・・・アノード、４・・・高周波発生装置、５・・・加
熱手段、６・・・反応ガス導入口、７・・・排気口、８
・・・基板、３１・・・アノード３０の側壁部、３２・
・・通気性電極部材。 別表１ 第 図 樅 手続性■正書（自発） 平成元年　９月２７日 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、事件の表示 昭和６３年特許願第２８７７９３号 ２、発明の名称 プラズマＣＶＤ法による薄膜の製造方法及びその装置３
、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所（〒１０５）東京都港区虎ノ門１丁目７番１２号名
称（０２９）　　　沖電気工業株式会社代表者小杉信光 ４、代理人 住所（〒１０８）東京都港区芝浦４丁目１０番３号５、
補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄。 第２図 ６、補正の内容 （１）明細書第１６頁第２行のｒ３０倍」を「３倍」と
訂正する。 （２）明細書第１６頁第１１行の「成長速度」を「成長
時間」と訂正する。 （３）明細書第１７頁第１１行〜第１７頁第１５行の「
限られることなく、例えば、基板の周囲から該基板に吹
き掛けるようにして反応ガスを導入することによって基
板の周囲だけをプラズマが発生しない状態にして非プラ
ズマ領域を形成してもよい。」を［限られることはない
。」と訂正する９ 以上

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）相対向するカソードとアノードとが収容された真
   空チャンバー内に反応ガスを流通させ、前記アノードを
   加熱して該アノード上に載置された基板を加熱するとと
   もに、前記カソードとアノードとの間に高周波電力を印
   加することにより前記反応ガスを放電分解して、前記基
   板上に薄膜を形成するようにしたプラズマＣＶＤ法によ
   る薄膜の製造方法において、 前記基板の周囲に非プラズマ領域を形成して前記基板に
   薄膜を形成させるようにしたことを特徴とするプラズマ
   ＣＶＤ法による薄膜の製造方法。
2. （２）請求項（１）記載のプラズマＣＶＤ法による薄膜
   の製造方法において、 前記基板の周囲を該基板が載置されるアノードと同電位
   に保持しつつ前記基板に薄膜を形成させるようにしたこ
   とを特徴とするプラズマＣＶＤ法による薄膜の製造方法
   。
3. （３）相対向するカソードとアノードとが収容された真
   空チャンバー内に反応ガスを流通させ、前記アノードを
   加熱して該アノード上に載置された基板を加熱するとと
   もに、前記カソードとアノードとの間に高周波電力を印
   加することにより前記反応ガスを放電分解して、前記基
   板上に薄膜を形成するようにしたプラズマＣＶＤ法によ
   る薄膜の製造装置において、 前記基板の周囲を前記アノードに電気的に接続されて該
   アノードと同電位に保持された電極部材で囲むとともに
   、この電極部材の少なくとも一部を前記反応ガスを通過
   させることのできる通気性部材で構成したことを特徴と
   するプラズマＣＶＤ法による薄膜の製造装置。