JPH02267272A

JPH02267272A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JPH02267272A
Application number: JP8854289A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Tomikawa; 幸子岡崎; Nobuhiko Fujita; 益弘小駒; Shoji Nakagama; 唯司富川; Tsunenobu Kimoto; 藤田　順彦; 詳治中釜; 恒暢木本
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1989-04-06
Filing date: 1989-04-06
Publication date: 1990-11-01
Anticipated expiration: 2013-02-25
Also published as: JP2719183B2

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】（ア）技術分野この発明は、大気圧近傍の圧力下でプラズマＣＶＤ法に
より、アモルファスシリコン（ａ−Ｓ　ｉ　：　ａｍｏ
ｒｐｈｏｕｓ　５ｉｌｉｃｏｎ）や窒化チタン（ＴｉＮ
）などの薄膜を形成する装置に関する。

例えば、通常膜中に数ａｔ％〜数十ａｔ％（アトミック
パーセント）のＨを含んだアモルファスシリコンａ−Ｓ
ｉ＃は、低コスト太陽電池の材料として有望視されてい
る。このほかにイメージセンサ、光センサ、薄膜トラン
ジスタ、複写機の感光材料などの用途もある。単結晶Ｓ
ｉよりも安価で、大面積のものが得やすいという利点が
ある。

また、ＴｉＮは耐摩耗性等を有した表面保護膜として重
要である。

このような薄膜形成法として、熱ＣＶＤ法、プラズマＣ
ＶＤ法等が知られている。

熱ＣＶＤ法は、基板を加熱しなければならないので、耐
熱性のある材料にしか用いる事ができない。

一方、プラズマＣＶＤ法は熱ＣＶＤ法よりも低温で薄膜
を形成することができる。

このため、耐熱性の乏しい低コストガラス基板、高分子
フィルムなどの上に薄膜を形成する事ができ、広く使用
されている。

プラズマＣＶＤ法では、励起エネルギーが、熱ではなく
、プラズマ中のエレクトロン、イオンの運動エネルギー
、中性のラデイカルの化学エネルギーの形で与えられる
。このため、基板の温度を熱ＣＶＤ法より低く出来るの
である。

−例として、アモルファスシリコンａ−Ｓｉは、５ｐｅ
ａｒによりグロー放電による薄膜形成方法が発明され、
膜中に適量のＨを取り込む事ができ、膜中欠陥密度を低
減する事ができたので、太陽電池やセンサ等のデバイス
用途に耐えつるものが作られるようになった。

Ｗ、Ｂ、５ｐｅａｒ、　　Ｐ、　　Ｇ、　　Ｌｅｃｏｍ
ｂｅｒ：５ｏｌｉｄ　　Ｃｏｓｗｕｍ、、　　ＩＬｐＨ
９３（１９７５）これは、平行平板型の電極に、１００にＨｚ〜１３．５
６Ｍ１ｌｚの交流電圧を印加し、０．１〜２↑ｏｒｒの
低圧でＳｉＬ／Ｌ、ＳｉＨ，−ＳｉＦ４／　Ｈｓなどの
混合ガス中で、グロー放電を起こさせるものである。

もちろん、ドーパントを入れる事もある。これは、ＰＨ
，／Ｉｔ、、Ｂ２Ｈ，／Ｈ，などのガスを混ぜることに
よって行う。

（イ）従来技術５ｐｅａｒの発明以来、ａ−Ｓｉの製造装置は、改良を
重ねているが、基本的には、低圧でグロー放電を行うも
のであった。

０．１〜１０Ｔｏｒｒ程度の低圧でなければ、グロー放
電が起こらない。これよりも高い圧力になると、放電が
局所的なアーク放電に移行してしまい、耐熱性の乏しい
基板上への成膜や、大面積への均一な成膜が行えなかっ
た。それで、このような圧力が選ばれる。

従って、容器は高価な真空チャンバを必要とし、また真
空排気装置が設置されていなければならなかった。

特に、ａ　−Ｓｉなどを用いた太陽電池等の光電変換材
料や、ＴｉＮなどの表面保護膜などの場合、大面積の薄
膜が一挙に形成できる、という事がコスト面から強く要
求される。

ところが、プラズマＣＶＤ法は、グロー放電を維持して
プラズマを安定に保つ。グロー放電は、真空中（０，１
〜１０Ｔｏｒｒ程度）でしか安定に維持できない。

真空中でしか成膜出来ないのであるから、大面積のもの
を作ろうとすると、真空容器の全体を大きくしなければ
ならない。

真空排気装置も大出力のものが必要になる。そうすると
、設備が著しく高価なものになってしまう。

（つ）大気圧下プラズマＣＶＤ法大面積向−戊膜、均一処理は、低コスト化の為にぜひと
も必要゛であるが、設備費が高くなれば何にもならない
。

ところが、最近になって、大気圧下で、プラズマＣＶＤ
法を可能とするような発明がなされた。

例えば、ｉ　特開昭６３−５０４７８号（Ｓ、６３゜３
．３公開）がある。

本発明者らは、 ■　特願昭６３−１９９６４７号（Ｓ、　　６３．８．
１０出願）■　特願昭６３−１９９６４８号（Ｓ、　６
３．８．１０出１ｍ）ｉｖ　　特願昭６３−１９９６４
９号（Ｓ、　６３．８．１０出願）■　特願昭６３−２
２５３５５号（Ｓ、　６３．９．８出願）厨　特願昭６
３−２２７１２１号（Ｓ、６３．９．９出願）軸　特願
昭６３−２３０５５５号（Ｓ、　６３．９．１４出願）
輯　特願昭６３−２３３１３０号（Ｓ、　　６３．９．
１７出願）などの発明をしている。

第２回にｉｉで示された装置で、電極間の高抵抗体がな
いものを示す。

成膜室１の中には、互いに対向する電極２．３が設けら
れる。一方が接地されており、これを接地電極３と呼ぶ
。他方を非接地電極２といって区別する。

電極３の上に試料基板４を置く。対向電極の中間の空間
にガスが供給されるように電極２．３の側方にガス導入
口５とガス排出口８を設ける。原料ガスをＨｅガスで大
量に希釈した混合ガスはノズル５から導入され、放電空
間に供給され、ガス排出口８より成膜室１の外に排出さ
れる。ここで放電空間の体積Ｓに対して、放電空間に供
給される混合ガスの流量Ｑは、Ｑ／Ｓが、１５ｅｃ−’
　〜１０’５ｅｃ−’となるようにするのはプラズマ中
央部でのガス置換を有効に行い、大きな面積で均一な成
膜を得るためである。

ここで、試料基板４と電極２との距離ｇは１０ｍｍ〜０
．１ｍｓ＋となるようにする。

非接地電極２には、高周波電源６を接続する。

これは、例えば１３．５６ＭＨｚのＲＦ発振器と増幅器
とを用いることができる。

（１）発明が解決しようとする課題大気圧下でのプラズマＣＶＤ法による薄膜形成は、低コ
スト化にとって極めて有望な方法であるが、プラズマ中
央部でのガス置換を有効に行ない均一な成膜を行なうた
めに、放電空間の体積Ｓに対して、放電空間に供給する
混合ガスの流量ＱをＱ／Ｓが１ｓｅｃ−’〜１０コ５ｅ
ｃ−’となるようにしている。

そのため従来の装置では供給する混合ガスのうち、主成
分であるＨｅガスが多量に必要となるという問題があっ
た。

特に第２図に示す電極２と試料基板４０間の距離ｇが小
さいときには、成膜室に供給された混合ガスが有効に放
電空間に供給されず、膜そのものがつきにくいという問
題があった。

（オ）目的本発明の目的は、低コスト化に有望な大気圧下でのプラ
ズマＣＶＤ法による薄膜形成法において、成膜に使用す
る混合ガス量を節約し、効率良く成膜に用いることによ
り、より低コストで薄膜を形成する装置を提供する事で
ある。

（力）発明の構成本発明は、成膜に使用する混合ガス量を節約し、効率的
に利用するために、プラズマ形成に用いる互いに対向し
た電極を成膜室に対向する壁とする。

第１図は、本発明の一具体例として非接地電極２と、接
地電極３がそれぞれ成膜室１の上面、下面を構成してい
る例を示す。

成膜室１はお互いに対向した非接地電極２と接地電極３
を主体とした上面部、下面部と、お互いに対向した電極
２．３を電気的に絶縁する高抵抗体とにより構成される
。

電極３の上に試料基板４を置く。原料ガスをＨｅガスで
大量に希釈した混合ガスは、成膜室１の側面に設けられ
たガス供給口５から導入され、対向するふたつの電極２
．３の間を通り、ガス供給口５０反対側の側面に設けら
れたガス排出口８より成膜室１の外に排出される。

ここで放電空間の体積Ｓに対して、放電空間に供給され
る混合ガスの流量Ｑは、Ｑ／Ｓが１ｓｅｃ””〜１０’
５ｅｃ−’となるようにするのは、プラズマ中央部での
ガス置換を有効に行ない、大きな面積で均一な成膜を得
るためである。

また、試料基板４と電極２との距離ｇは１０ＩＩｌｆｆ
ｉ〜０．１ｍｍとなるようにする。

非接地電極２には、高周波電源６を接続する。

これは例えば１３．５６ＭＨｚのＲＦ発振器と増幅器と
を用いることができる。

第１図に示したように、本発明ではプラズマ形成用の電
極を成膜室の壁としている。そのため成膜室に供給され
る混合ガスは、放電空間以外に回り込むことなく、有効
に放電に寄与するため、均一成膜のために必要なＱ　／
　Ｓ　＝　１〜１０’５ａｃ−’を維持するために余分
な混合ガスを必要とせず、混合ガス量の節約ができる。

特に電極２と試料基板４との間の距離ｇが小さい場合に
、その効果が大き〈従来の装置ではなかなか放電空間の
ガス置換を行なうことはむずかしかったのに対し、強制
的にガス置換を行なうことができる。

また、電極が成膜室の外壁となっているため装置自体も
非常にコンパクトにすることができ、装置コストを低減
することができる。

実施例第１図及び第２図に示す装置を用いて、本発明の装置と
従来の装置で電極２と試料基板４との間の距離ｇを変化
させて、ａ−Ｓｉ膜を形成し、その時成膜速度を比較し
た。

成膜条件を第１表に、結果を第２表に示す。

第１表　成膜条件原料ガス流量　　５　ｓｃｃｍＨｅガス流量　　　２５００ｓｃｃａ基板温度　　　　２５０℃ 成膜圧力　　　　大気圧電極面積　　　　４０Ｘ　４０ａｓ’ ＲＦ周波数　　　１３．５６Ｍ七ＲＦパワー　　　３０Ｗ電極、基板間距Ｍｇ　　１０ａｍ。５ａ＋ａ、　ｌａｗ
基　板　　　　　石英ガラス（４０１１＊Ｘ　４０ｍ５
）本発明の装置では、ガス供給口５に導入された混合ガ
スが全て電極２と試料基板４０間の放電空間に供給でき
るため、従来例に比べ成膜速度が速く、効率よく混合ガ
スを使用することができる。

特にｇが小さい場合には本発明の効果が大きい。

これは従来例ではガス供給口５から導入された混合ガス
が、本発明に比べ放電空間に入りにくくなっているため
である。

また、本発明法の装置は、従来法の装置に比べてコンパ
クトであり装置コストも低減できることは明らかである
。

（キ）発明の効果本発明の装置によれば、設備コストの低減が期待できる
大気圧プラズマＣＶＤ法において、成膜に使用する混合
ガスを効率的に用いることができるので、より低コスト
で薄膜を形成することができる。

また、成膜装置自体もコンパクトにできるのでより低コ
スト化が可能である。

特に広い面積の成膜を必要とする太陽電池や薄膜デイス
プレィ用ＴＰＴなどの作製に用いると効果的である。

なお、放電空間の体積Ｓというのは、電極の面積へと電
極２と試料基板４の距離ｇとをかけたものである。つま
りＳ＝Ａ−ｇ　　である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の薄膜形成装置の概略断面図の１例。第
２図は特願昭６３−１９９６４７号で開示された薄膜形
成法に用いられる装置を、特願昭６３−２３０５５５号
で開示された薄膜形成法に基づいて修正を加えた装置の
概略断面図。１・・・・成膜室２・・・・非接地電極３・・・・接地電極４・・・・試料基板５・・・・ガス導入口６・・・・’ｆ７　Ｆ電源７・・・・ヒータ８・・・・ガス排出口

Claims

【特許請求の範囲】

（１）互いに対向したふたつの電極の対向面の少なくと
も一方に試料基板を設置し、上記試料基板とその試料基
板と対向する電極との間の距離もしくは、上記試料基板
とその試料基板と対向する別の試料基板との間の距離を
１０ｍｍ以下、０．１ｍｍ以上とし、膜形成用ガスとＨ
ｅからなる混合ガスを、放電空間に供給するガス流量Ｑ
を放電空間の体積Ｓで割った値Ｑ／Ｓが１〜１０＾２ｓ
ｅｃ＾−＾１になるように、試料基板上の放電空間に供
給し、大気圧近傍の圧力下で、対向電極に与えた高周波
電圧により、試料基板とその試料基板に対向する電極と
の間、もしくは試料基板とその試料基板に対向する別の
試料基板との間にグロー放電を起こさせ、試料基板上に
薄膜を形成する薄膜形成装置において、上記電極を成膜
室の対向する壁とすることを特徴とする薄膜形成装置。