JPH06140347A - プラズマ気相反応方法 - Google Patents

プラズマ気相反応方法

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JPH06140347A
JPH06140347A JP5134140A JP13414093A JPH06140347A JP H06140347 A JPH06140347 A JP H06140347A JP 5134140 A JP5134140 A JP 5134140A JP 13414093 A JP13414093 A JP 13414093A JP H06140347 A JPH06140347 A JP H06140347A
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reaction space
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Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
Katsuhiko Shibata
克彦 柴田
Akira Mase
晃 間瀬
Kazuo Urata
一男 浦田
Hisato Shinohara
久人 篠原
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 被膜形成速度の大きく、しかも多量生産可能
なプラズマCVD装置を得ること。 【構成】 一対の電極を互いに離間して配設する平行平
板型プラズマ・グロー放電を用いて被形成面上に被膜を
形成する気相反応方法において、反応空間と逆方向に曲
面を設けた開孔又は開溝を形成した平板状電極を用い
て、前記開孔又は開溝より反応性気体を前記反応空間に
供給し、前記開孔又は開溝により反応空間に電界を集中
させつつプラズマ気相反応せしめる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、プラズマ気相反応方
法(以下単にPCVD法という)に関する。この発明はPCVD
法であって、平行平板型の電極方式を用い、さらに、被
形成面を有する基板を陽光柱領域に配設し、多量に被膜
形成を行う方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、平行平板型のPCVD法は、その被形
成面を陰極(カソ─ド)または陽極(アノ─ド)上また
はこれらの電極のごく近傍に発生する陰極暗部または陽
極暗部に配設する方式であるとして知られている。
【0003】かかる従来より公知の方式においては、電
極面積の大きさよりも被形成面の面積を大きく有せしめ
ることができない。このため、大面積の基板上に半導
体、絶縁体また導体被膜を作製することができるという
特長を有しながらも、電極面積の5〜30倍もの被形成面
を有せしめることができない。即ち、多量生産ができな
いという欠点を有していた。
【0004】このため、アモルファス・シリコンを含む
非単結晶半導体を作製せんとする時、その基板1cm2 あ
たりの製造価格が1円以上と高価となり、太陽電池等の
単価が安価な製品作製に応用することができないという
大きな欠点を有する。加えて、被膜形成速度も1〜2Å
/秒と十分とはいえず、これらの点より多量生産性を有
し、かつ被膜成長速度が3〜10Å/秒と大きいPCVD法が
求められていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、多量生産性
を有し、かつ被膜成長速度が大きいプラズマ気相反応方
法を成就することを目的としたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に一対の電極を互いに離間して配設する平行平板型プラ
ズマ・グロー放電を用いて被形成面上に被膜を形成する
気相反応方法において、反応空間と逆方向に曲面を設け
た開孔又は開溝を形成した平板状電極を用いて、前記開
孔又は開溝より反応性気体を前記反応空間に供給し、前
記開孔又は開溝により反応空間に電界を集中させつつプ
ラズマ気相反応せしめることとした。
【0007】即ち、本発明方法はプラズマ・グロ─放電
の陽光柱を用いたものである。本発明は、陽光柱領域に
被形成面を有する基板を平行に互いに離間して配設した
ものであり、かかる陽光柱を用いたPCVD法に関しては、
本発明人の出願になる特許願57─163729, 57─163730
(プラズマ気相反応装置)(昭和57年9月20日出願)に
記されている。
【0008】本発明はかかる陽光柱にて反応をせしめ、
多量生産を行うものである。しかし陽光柱は一般に大き
く空間に広がるため、被形成面近傍でのプラズマ密度が
減少し、結果として暗部を用いる方式と同じ程度の被膜
成長速度しか得られないという他の欠点を有する。
【0009】かかる欠点を除去して、陽光柱を収束(し
まらせる)せしめ、即ち、放電プラズマのひろがりを押
さえ、さらに中央部でのプラズマ密度を増加させ、活性
反応性気体を増加し、ひいては被膜成長速度を2〜3倍
にまで大きくすることを特長としている。
【0010】図1は従来方法での平行平板型の電極
(2)(3)およびその電気力線(5)、またこの電気
力線に直行する等電位面(15)を示している。そしてこ
れらの電極は減圧下の反応容器(4)内に配設されてお
り、この電極の一方から(7)より供給された反応性気
体(6)が放出され、他方の基板(1)の被形成面上に
被膜形成される。
【0011】図2(A)において、電極(2)(3)間
には高周波電源(10)より13.56MHzが加えられる。不要
反応生成物は排気系(8)にてバルブ(11)、圧力調整
バルブ(12)、真空ポンプ(13)より外部に排気され
る。かかる従来の方法においては、電気力線(5)は被
形成面に垂直に加わるため、被形成面をスパッタ(損
傷)してしまうという他の欠点を有する。 図1(B)
は図1(A)の電極の一方(2)に対し針状電極(9)
を互いに離間して配設したものである。ここでは電極
(2)(50cm×50cm)、電極(2)(3)の間隔4cm,針
状電極長さ1cm,間隔5cm とした。かかる針状電極を図1
(A)の装置に配設した時も、電気力線は針状電極より
分散し、ひろがる方向に供給され、基板(1)に垂直に
加えられる。等電位面(15)は電気力線と直行して設け
られるにすぎない。このため、針状電極はそれなりに図
1(A)に装置に配設した場合でも放電開始を容易にす
る等の特長を有しながらも、被膜の膜質、被膜成長速度
を向上させるものではなかった。
【0012】図2は本発明のPCVD法における電極および
その概要を示したものである。この反応炉の他部は前記
した本発明人の特許願に準じる。図面において、この一
対の網状電極(2)(3)および被形成面を有する基板
(1)(1’)を有する。 反応性気体の供給は(23)
より石英フ─ド(21)に至り、網状電極(2)を通って
陽光柱領域(5)に至る。陽光柱領域には裏面を互いに
密接して電気力線(5)に平行に基板(1)(1’)を
配設せしめてある。またこの基板を石英カゴで取り囲む
形状を有せしめてある。反応生成物の排気は下側フ─ド
(22)を経て排気(24)させる。
【0013】一対を為す電極(2)(3)には外部より
高周波エネルギが供給され、平等電界が形成される領域
(20)に放電がされる。この図面では電極面積は25cmφ
(電極間隔15cm)または70cm×70cm(電極間隔35cm)の
形状を有せしめ、さらにこの電極に開孔または開溝(1
4)を形成することにより、本発明の平等電界領域での
第1のグロ─放電と開孔または開溝(14)に高輝度の第
2のグロ─放電とを同時に発生せしめた。この図面より
明らかなごとく、下側電極(13)は例えば単に開孔また
は開溝(0.5 〜3cm 例えば約1cm φまたは約1cm 巾)で
作ったにすぎない。また他の例では上側電極のごとく、
この開孔または開溝を陽光柱とは逆方向に曲面(16)を
設け、凹状態をしている。
【0014】図1(B)に示すごとく針状即ち放電面に
凸状態ではなく、逆にこれらを平面または凹状にするこ
とにより、電気力線(5)が領域(17)(18)において
収束し、高密度電束領域が一方の電極より他方の電極に
向かって繊維状に延在して発生することがわかる。かく
のごとくにすることにより、従来より知られた平等電界
により発生する第1のプラズマ放電(27)(28)に加え
て、高密度電束の発生により、高輝度の第2のプラズマ
領域(17)(18)を同時に発生させることができた。そ
の結果、従来、陽光柱(25)では横方向への広がりが大
きく、プラズマが分散していたのが、電極中央部(20)
内に集まる(35)傾向を有せしめることができた。
【0015】さらにこの高輝度プラズマ放電を行わしめ
ることにより、被膜成長速度を2〜3倍にすることがで
きた。例えば100 %シランを用いて、0.1torr , 30W
(13.56MHz)、電極面を25cmφとし、電極間隔15cmと
した時、基板10cm ,6枚を配設(延べ面積600 cm2 )
した場合、開孔または開溝(14)を有しない場合には、
被膜成長速度は1〜2Å/秒であったのが、この開孔ま
たは開溝(14)を各電極に数ケ所設けるのみで4〜6Å
/秒と2〜3倍に増加させることが可能になった。この
ことは図1の従来の方式に比べて、5〜20倍も基板の配
設量を大きくすることができるに加えて、被膜形成速度
を2〜3倍も高めることができ、2重に優れたものであ
ることがわかる。
【0016】さらに加えて、陽光柱が収束することの結
果、この陽光柱が反応炉の内壁をスパッタし、この内壁
に吸着している水、付着物の不純物を活性化して被膜内
に取り込み、その膜質を劣化させる可能性をさらに少な
くすることができるという点を考慮すると、三重にすぐ
れたものであることが判明した。以下にさらに実施例を
加えて本発明を補完する。
【0017】
【実施例】〔実施例1〕図2を用いたPCVD法において、
さらにその放電プラズマの概要を第3図に示したもので
ある。番号は図2に対応している。図面において、下側
の網状電極(3)に高輝度プラズマ放電領域を3箇所、
上側に4箇所を設けたものである。基板(1)は石英ホ
ルダ内に配設され、この冶具が3〜5回/分で回転して
いる。 反応性気体としてシランにより非単結晶珪素を
作製した。即ち、基板温度210 ℃、圧力0.1torr,シラン
30cc/分、放電出力30Wとし、5000Åの厚さを有せしめ
るのに20分、被膜成長速度は4.1 Å/秒を有している。
【0018】さらに図面より明らかなごとく、基板の配
設されている石英ホルダの外側空間には何等放電が見ら
れず、反応容器のステンレス壁面をスパッタして水等の
不純物を混入させる可能性が少ないことがわかる。基板
に10cm×10cmが6枚配設され、反応性気体の収率(被膜
となる成分/供給される気体等)も図1(A)に示すご
とき形状に加えて8倍近くになった。さらに図2におい
て開孔または開溝(14)を設けない場合に比べて2倍に
高めることができた。なお、第3図において、針状電極
(9)には高輝度放電がおきていないことがわかる。
【0019】〔実施例2〕メタン(CH4 )とシラン(Si
H4)とを1:1の割合で混入し、SiX C1-x (0<x<
1)の被膜を作製した。本発明により生じる局部放電が
ない場合に比べて、炭化珪素とするSi─C結合が多量に
あり、化学的エッチングが起こっても、固い緻密な膜と
なっていた。その他は実施例1と同様である。
【0020】以上のごとく、本発明は図2に示されるご
とく、電極に開孔または開溝を設け、この領域で電気力
線を収束せしめ、高輝度放電を発生せしめたものであ
る。かかる方式は図1のごとく、平行平板電極上に基板
を配設した場合、この基板の一部に高い電束反応領域を
有せしめてもよい。しかし、高輝度放電によるスバッタ
効果を考慮する時、この放電に被形成面を配設し、その
スパッタ(損傷)を少なくすることは膜質の向上に有効
であり、結果として本発明方法は陽光柱に基板を電気力
線に平行に配設するPCVD法に特に有効であることがわか
った。
【0021】また本発明の実施例は非単結晶Si, またSi
X C1-x である。しかしシランとゲルマンを用いてSix
Ge(0<x<1)、シランと塩化スズとを用いてSix Sn
1-x(0<x<1)であっても有効である。AlをAlCl3
により、またSi3N4 をSiH4とNH3 とにより、SiO2 をSi
H4とN2O とにより形成する場合等の絶縁膜をPCVD法で作
製する場合にも本発明は有効である。
【0022】また、本発明方法によって得られる半導体
膜中に水素またはハロゲン元素に加えてBまたはPを添
加してP型またはN型とすることも可能である。 加え
て、本発明方法に併用して、700nm 以下の紫外光または
8μ以上の赤外光を照射したプラズマ気相法としても本
発明方法は有効である。
【0023】
【発明の効果】本発明は一対の電極を互いに離間して配
設する平行平板型プラズマ・グロー放電を用いて被形成
面上に被膜を形成する気相反応方法において、反応空間
と逆方向に曲面を設けた開孔又は開溝を形成した平板状
電極を用いて、前記開孔又は開溝より反応性気体を前記
反応空間に供給し、前記開孔又は開溝により反応空間に
電界を集中させつつプラズマ気相反応させたことによ
り、多量生産性を有し、かつ被膜成長速度が大きいプラ
ズマ気相反応方法を成就することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のプラズマ気相反応装置を示す。
【図2】本発明方法のプラズマ気相反応装置の電極基板
近傍の概要である。
【符号の説明】
1 基板 2 電極 3 電極 14 開孔または開溝 15 等電位面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浦田 一男 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 篠原 久人 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の電極を互いに離間して配設する平
    行平板型プラズマ・グロー放電を用いて被形成面上に被
    膜を形成する気相反応方法において、反応空間と逆方向
    に曲面を設けた開孔又は開溝を形成した平板状電極を用
    いて、前記開孔又は開溝より反応性気体を前記反応空間
    に供給し、前記開孔又は開溝により反応空間に電界を集
    中させつつプラズマ気相反応せしめることを特徴とする
    プラズマ気相反応方法。
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