JPH06283436A - プラズマcvd法及びプラズマcvd装置 - Google Patents

プラズマcvd法及びプラズマcvd装置

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JPH06283436A
JPH06283436A JP5068320A JP6832093A JPH06283436A JP H06283436 A JPH06283436 A JP H06283436A JP 5068320 A JP5068320 A JP 5068320A JP 6832093 A JP6832093 A JP 6832093A JP H06283436 A JPH06283436 A JP H06283436A
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plasma cvd
reaction gas
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Yoshiaki Takeuchi
良昭 竹内
Masayoshi Murata
正義 村田
Kazutaka Uda
和孝 宇田
Daiichi Kojo
大一 古城
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 膜質を低下させずに高い成膜速度で非晶質薄
膜を成膜できるプラズマCVD法及びこの方法に用いる
プラズマCVD装置を提供する。 【構成】 反応容器1内に反応ガスを導入し、この反応
容器1内に設けられた放電用電極2とこれに平行に支持
された基板加熱用ヒータ3との間でグロー放電プラズマ
を発生させて反応ガスを分解させ、基板加熱用ヒータ3
上に支持された基板9上に非晶質薄膜を形成するにあた
り、反応容器1内に導入する反応ガスを加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アモルファスシリコン
太陽電池、薄膜半導体、光センサ、半導体保護膜などの
各種電子デバイスに使用される薄膜の製造に適したプラ
ズマCVD法及びこの方法に用いられるプラズマCVD
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】アモルファスシリコン(以下a−Siと
記す)薄膜を製造するために、従来より用いられている
プラズマCVD装置の構成を図5を参照して説明する。
【0003】反応容器1内には、高周波電極2と基板加
熱用ヒータ3とが平行に配置されている。高周波電極2
には、高周波電源4からインピーダンス整合器5を介し
て例えば13.56MHzの高周波電力が供給される。
基板加熱用ヒータ3は、反応容器1とともに接地され、
接地電極となっている。したがって、高周波電極2と基
板加熱用ヒータ3との間でグロー放電プラズマが発生す
る。反応容器1内には、図示しないボンベから反応ガス
導入管6を通して例えばモノシランと水素との混合ガス
が供給される。反応容器1内のガスは、排気管7を通し
て真空ポンプ8により排気される。基板9は、基板加熱
用ヒータ3上に保持され、所定の温度に加熱される。
【0004】この装置を用い、以下のようにして薄膜を
製造する。真空ポンプ8を駆動して反応容器1内を排気
する。反応ガス導入管6を通して例えばモノシランと水
素との混合ガスを供給して反応容器内の圧力を0.05
〜0.5Torrに保ち、高周波電源4から高周波電極
2に電圧を印加すると、グロー放電プラズマが発生す
る。反応ガス導入管6から供給されたガスのうち、モノ
シランガスは高周波電極2−基板加熱用ヒータ3間に生
じるグロー放電プラズマによって分解される。この結
果、SiH3 ,SiH2 などのSiを含むラジカルが発
生し、基板9表面に付着して、a−Si薄膜が形成され
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来の装置に
は、次のような問題がある。すなわち、従来の装置にお
いて、反応容器内の圧力、ガス流量などを変えずに成膜
速度を向上させるためには、高周波電極に印加する高周
波電力を上げ、グロー放電プラズマ中の電子密度を向上
させることにより反応ガスの分解を促進している。しか
し、電子密度を上げると必然的にイオン密度も増大する
ので、基板上に堆積中の膜に多量のイオンが衝突する。
この結果、成膜された膜は、ストレスなどが増大し、膜
質が低下してしまう。したがって、膜質を低下させずに
成膜速度を向上させることは非常に困難であった。
【0006】本発明はこのような問題を解決するために
なされたものであり、膜質を低下させずに高い成膜速度
で非晶質薄膜を成膜できるプラズマCVD法及びこの方
法に用いるプラズマCVD装置を提供することを目的と
する。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のプラズマCVD
法は、反応容器内に反応ガスを導入し、該反応容器内に
設けられた放電用電極とこれに平行に支持された基板加
熱用ヒータとの間でグロー放電プラズマを発生させて反
応ガスを分解させ、基板加熱用ヒータ上に支持された基
板上に非晶質薄膜を形成するにあたり、前記反応容器内
に導入する反応ガスを加熱することを特徴とするもので
ある。
【0008】本発明のプラズマCVD装置は、反応容器
と、反応容器内に反応ガスを導入し、排出する手段と、
前記反応容器内に収容された放電用電極と、放電用電極
にグロー放電用電力を供給する電源と、前記放電用電極
と平行に支持された基板加熱用ヒータとを有し、基板加
熱用ヒータ上に支持された基板上に非晶質薄膜を形成す
るプラズマCVD装置において、前記反応容器内に反応
ガス加熱用ヒータを設けたことを特徴とするものであ
る。本発明において、反応ガス加熱用ヒータの反応ガス
と接する部分の温度は、反応ガスの熱分解温度以下であ
ることが好ましい。
【0009】
【作用】グロー放電プラズマにより分解・生成されるラ
ジカル密度[Radical] は、反応ガス密度をN、電子密度
をne 、電子のエネルギー分布関数をf(ε)、電子と
反応ガス分子とが衝突してラジカルが生成される時の反
応衝突断面積をσ(ε)とすると、次式で表せる。
【0010】
【数1】
【0011】ここで、E0 はラジカルを生成するのに要
する最低の電子エネルギーである。図3にグロー放電プ
ラズマ中の電子エネルギー分布関数を示す。上式におい
て、反応ガスを加熱しない場合のE0 を図3中のE1 と
する。一方、本発明のように反応容器内に導入する反応
ガスの温度を上げると、反応ガス分子の内部エネルギー
が増加するので、ラジカルを生成するのに要する最低の
電子エネルギーは実効的に例えばE2 まで低下する。こ
の結果、図3の斜線部で示す部分に含まれる電子も新た
にラジカル生成に寄与する。したがって、全体の電子密
度を変えずに成膜速度を向上できる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
【0013】図1は本発明の一実施例のプラズマCVD
装置の構成を示す断面図である。なお図5と同一部材に
は同一番号を付している。反応容器1内には、グロー放
電プラズマを発生させるために高周波電極2と基板加熱
用ヒータ3とで一対の平行平板型電極が構成されてい
る。高周波電極2には、高周波電源4から例えば13.
56MHzの周波数の電力がインピーダンス整合器5を
介して供給される。
【0014】反応容器1内には、図示しないボンベから
反応ガス導入管6を通して、例えばモノシランと水素の
混合ガスが、ガス加熱用ヒータ10に送られ加熱された
後、供給される。このガス加熱用ヒータ10は、図2に
示すような構造となっている。すなわち、反応ガス導入
管6は、加熱板11と向かい合った位置で開口してい
る。この結果、供給される反応ガスは加熱板11により
十分加熱される。また、ガス加熱用ヒータ10から成膜
空間への反応ガスの出口に、第1のスリット板12及び
第2のスリット板13が互いにスリット位置が重ならな
いように設置されており、これら第1及び第2のスリッ
ト板12,13は加熱されている。反応ガスは第1及び
第2のスリット板12,13のスリットを蛇行しながら
通過するので、加熱効率が上がる。反応容器1内のガス
は排気管7を通して真空ポンプ8に排気される。基板9
は、基板加熱用ヒータ3に保持され、所定の温度に保た
れる。
【0015】なお、本実施例では、スリット板を使用し
たが、この代わりに直径0.3〜1mm程度の無数の穴
を開けた板を用いても良い。また、スリット板の枚数
は、2枚に限定されない。
【0016】この装置を用いて、以下のようにして薄膜
を製造する。真空ポンプ8を駆動して反応容器1内を排
気する。反応ガス導入管6、ガス加熱用ヒータ10を通
して例えばモノシランと水素の混合ガスを50〜200
cc/min程度の流量で供給し、反応容器1内の圧力
を0.05〜0.5Torrに保ち、高周波電源4から
インピーダンス整合器5を介して高周波電極2に電圧を
印加すると、高周波電極2と基板加熱用ヒータ3との間
にグロー放電プラズマが発生する。この結果、反応ガス
が分解して基板9上にa−Si薄膜が堆積する。a−S
i薄膜の成膜速度の反応ガス温度に対する依存性を確認
するため、下記の条件で成膜実験を行った。
【0017】基板材料:ガラス、基板面積:50×50
mm、反応ガスの種類:水素希釈20%SiH4 、反応
ガス流量:70cc/分、反応容器圧力:0.1Tor
r、高周波電力:50Wとし、ガス加熱用ヒータ10の
温度を室温から400℃の範囲に設定した。ガス加熱用
ヒータ温度と成膜速度との関係を図4に示す。
【0018】図4に示されるように、ガス加熱用ヒータ
温度が400℃の場合、室温の場合と比較して、成膜速
度が約3.2倍に増加している。成膜速度は2〜6.5
オングストローム/secであった。
【0019】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、反
応容器に導入する反応ガスを加熱することにより、反応
ガスを分解してラジカルを生成させるために必要なエネ
ルギーを下げることができ、高速でa−Si薄膜を成膜
することができる。したがって、a−Si太陽電池、薄
膜半導体、光センサ、半導体保護膜などの製造分野で工
業的価値が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るプラズマCVD装置の
構成を示す断面図。
【図2】同プラズマCVD装置に用いられるガス加熱用
ヒータの断面図。
【図3】グロー放電プラズマ中の電子エネルギーと電子
エネルギー分布関数f(ε)との関係を示す特性図。
【図4】本発明の実施例における成膜速度とガス加熱用
ヒータとの関係を示す特性図。
【図5】従来のプラズマCVD装置の構成を示す断面
図。
【符号の説明】
1…反応容器、2…高周波電極、3…基板加熱用ヒー
タ、4…高周波電源、5…インピーダンス整合器、6…
ガス導入管、7…排気管、8…真空ポンプ、9…基板、
10…ガス加熱用ヒータ、11…加熱板、12…第1の
スリット板、13…第2のスリット板。
フロントページの続き (72)発明者 古城 大一 長崎県長崎市深堀町5丁目717番1号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応容器内に反応ガスを導入し、該反応
    容器内に設けられた放電用電極とこれに平行に支持され
    た基板加熱用ヒータとの間でグロー放電プラズマを発生
    させて反応ガスを分解させ、基板加熱用ヒータ上に支持
    された基板上に非晶質薄膜を形成するにあたり、前記反
    応容器内に導入する反応ガスを加熱することを特徴とす
    るプラズマCVD法。
  2. 【請求項2】 反応容器と、反応容器内に反応ガスを導
    入し、排出する手段と、前記反応容器内に収容された放
    電用電極と、放電用電極にグロー放電用電力を供給する
    電源と、前記放電用電極と平行に支持された基板加熱用
    ヒータとを有し、基板加熱用ヒータ上に支持された基板
    上に非晶質薄膜を形成するプラズマCVD装置におい
    て、前記反応容器内に反応ガス加熱用ヒータを設けたこ
    とを特徴とするプラズマCVD装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2002047445A3 (en) * 2000-12-07 2002-08-15 Axcelis Tech Inc Chemical plasma cathode

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