JPH08330235A - プラズマcvd装置 - Google Patents

プラズマcvd装置

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JPH08330235A
JPH08330235A JP7131593A JP13159395A JPH08330235A JP H08330235 A JPH08330235 A JP H08330235A JP 7131593 A JP7131593 A JP 7131593A JP 13159395 A JP13159395 A JP 13159395A JP H08330235 A JPH08330235 A JP H08330235A
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Japan
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gas
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discharge electrode
gas supply
supply chamber
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Yasuhiro Yamauchi
康弘 山内
Masayoshi Murata
正義 村田
Yoshiaki Takeuchi
良昭 竹内
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

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  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 反応容器(1)内で放電用電極(2)と対向
して基板(12)を配置し、放電用電極(12)からグ
ロー放電プラズマを発生させて基板(12)上に非晶質
薄膜を形成するプラズマCVD装置において、成膜速度
を増すとともに、薄膜の品質を向上させること。 【構成】 放電用電極(2)の基板(12)に対向しない側
(下側)にガス供給室(4)を設け、その天井壁(3)
を網状金属で形成してこれをアースシールド板とすると
ともに、上記ガス供給室(4)内下部にガス吹出し孔
(5)を有するガス導入管(6)、その上方に網状金属
のガス分散板(61)を設ける。反応ガスはガス分散板
(61)、アースシールド板(3)を透過して、基板
(12)とグロー電極(2)との間に直接供給されるの
で、高速で高品質の薄膜ができる。

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、光センサー、半導体保護膜絶縁膜
などを形成する化学蒸着(Chemical Vapour Depositio
n,本明細書では「CVD」という)型薄膜形成に用い
られる高周波プラズマCVD装置に関する。
【0002】
【従来の技術】大面積のa−Si系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
の一例を図7および図8を参照して説明する。この技術
的手段は、例えば特開平4−236781号などに開示
されている装置である。
【0003】図7はプラズマCVD装置の断面図で、反
応容器(1)内には、グロー放電プラズマを発生させる
ための梯子状平面型コイル電極(2)(以下「ラダー電
極」という)が配置されている。このラダー電極(2)
は図8の電極平面図に示すように、2本の線材に対して
垂直に複数本の線材を梯子状に組んで接続した構造を有
し、外周部が四角形をなしている。図7のラダー電極
(2)の電力供給点(2a)、(2b)には高周波電源
(7)から、例えば13.56MHzの高周波数(Radi
o Frequency )の電力(以下「RF電力」という)がイ
ンピーダンス整合器(8)を介して供給される。
【0004】反応容器(1)内には、図示しないボンベ
から反応ガス供給管(6)を介して、例えばモノシラン
と水素の混合ガスが供給される。反応容器(1)内のガ
スは排気管(9)を通して真空ポンプ(10)により反
応容器(1)外へ排出される。薄膜を蒸着する基板(1
2)は、ラダー電極(2)と平行に設置され、図示しな
い基板ホルダーで基板加熱ヒータ(11)上に支持され
る。
【0005】この装置を用いて以下のように薄膜を作製
する。まず真空ポンプ(10)を駆動して反応容器
(1)内を排気する。反応ガス供給管(6)を通して、
例えばモノシランと水素の混合ガスを100〜200cc
/min 程度の流量で供給し、反応容器(1)内の圧力を
0.5〜1.0Torrに保ち、高周波電源(7)からイン
ピーダンス整合器(8)を介してラダー電極(2)にR
F電力を印加すると、ラダー電極(2)と反応容器
(1)との空間および電極(2)の周囲の空間にグロー
放電プラズマが発生する。発生したプラズマにより混合
ガスが分解され、基板(12)の表面にa−Si膜が堆積す
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前述の従来の装置は、
ラダー電極(2)を用いることにより一般的に用いられ
ている平行平板電極に比べ、高速・大面積の均一成膜が
可能となっているが、次のような解決すべき課題があっ
た。
【0007】従来の方法では図9のSiH発光強度分布
で示すように、反応ガス導入管(6)〜ラダー電極
(2)〜基板(12)の間全体でプラズマが発生し、ガ
スを分解している。すなわちガス流れの上流になる反応
ガス導入管(6)〜ラダー電極(2)間で原料ガスが分
解・消費される。このためガス流れの下流になる基板
(12)近傍では、分解生成物であるラジカルの濃度が
増加し、次式に示す反応が進んで粉が発生しやすかっ
た。
【0008】 SiH4 +e- (電子) → SiH2 +H2 SiH2 +SiH4 → Si2 H6 SiH2 +Si2 H6 → Si3 H8 ‥‥‥‥‥‥‥‥ SiH2 +Sin-1 H2n → Sin H2(n+1)(粉) 生じた粉は基板(12)上に堆積生長する薄膜中に入
り、膜質を低下させるばかりでなく、反応容器(1)の
内壁や真空ポンプ内に付着して、装置稼動にも問題が生
じていた。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記従来の
課題を解決するために、反応容器と、この反応容器内に
反応ガスを導入し排出する手段と、上記反応容器内に収
容された複数本の線材からなる梯子状の平面型放電用電
極と、この放電用電極にグロー放電用電力を供給する電
源とを有し、上記反応容器内で上記放電用電極に対向し
て設置された基板の表面に非晶質薄膜を形成するプラズ
マCVD装置において、上記基板から上記放電用電極を
へだてた反対側にガス供給室を設け、同ガス供給室の上
記放電用電極に対向する壁を網状金属で形成するととも
に、上記ガス供給室内にガス吹出し孔を有するガス導入
管と、上記網状金属の壁と上記ガス吹出し孔との間を画
する網状のガス分散板とを設けたことを特徴とするプラ
ズマCVD装置を提案するものである。
【0010】
【作用】本発明は前記構成を有し、基板から放電用電極
をへだてた反対側にガス供給室を設け、同ガス供給室の
上記放電用電極に対向する壁を網状金属で形成するとと
もに、上記ガス供給室内にガス吹出し孔を有するガス導
入管を設けたので、反応ガスをガス供給室に導入するこ
とができる。そうすると反応ガスはガス供給室の網状金
属の壁を透過して基板と放電用電極との間に直接供給さ
れ、排気される。その結果、反応ガスがプラズマ中に滞
在する時間が短くなるから、過剰な反応を抑制すること
ができ、したがって粉発生が抑制される。
【0011】本発明ではまた、上記網状金属の壁と上記
ガス吹出し孔との間を画する網状のガス分散板を設けた
ので、膜質・膜厚分布に重大な影響を与えるガス導入量
の均一性が確保される。
【0012】こうして、高速で高品質・大面積の均一成
膜が可能となる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体
的に説明する。図1は本発明の一実施例に係わるプラズ
マCVD装置の構成を示す断面図、図2は図1における
ラダー電極を示す平面図、図3はこのラダー電極とガス
供給室の関係を示す詳細断面図である。これらの図にお
いて、前記図7および図8により説明した従来のものと
同様の部分については、冗長になるのを避けるため、同
一の符号を付け詳しい説明を省く。
【0014】本実施例においては、グロー放電プラズマ
を発生させるために線材を組上げて構成される梯子状平
面型コイル(2)(以下「ラダー電極」という)が反応
容器(1)内に配置されている。本実施例で使用される
ラダー電極(2)も図2の平面図に示すように二本の線
材に対し垂直に複数本の線材を接続して梯子状に組んだ
構造を有し、外周部は四角形状をなしている。
【0015】このラダー電極(2)を構成する線材の基
板(12)と対向しない側、すなわち基板(12)から
ラダー電極をへだてた反対側(図2では下方)には、ガ
ス供給室(4)が設けられている。そしてこのガス供給
室(4)のラダー電極に対向する壁(図では天井壁)
(3)は、アースシールド板として網状金属で形成され
ている。この網状金属の目開きの隙間は0.1〜1.0
mm程度とし、成膜時の反応容器(1)内圧力における電
子の平均自由行程以下であることが望ましい。また、ラ
ダー電極(2)とアースシールド板(3)との間隔は
0.5〜2mm程度とし、成膜時の反応容器(1)内圧力
における電子の平均自由行程と同程度かそれ以下である
ことが望ましい。
【0016】ガス供給室(4)内の下部には複数本のガ
ス供給管(6)が設けられており、それらガス供給管
(6)の1本1本に複数のガス吹出し孔(5)が設けら
れている。このガス吹出し孔(5)の径は0.2〜0.
7mm、孔のピッチは10〜25mm程度であることが好ま
しい。このガス供給管(6)と網状金属の天井壁との間
には、ガスを分散させる網状金属製のガス分散板(6
1)が、ガス供給室(4)内を上下に画するように配置
される。このガス分散板(61)の金網の目開きの隙間
は0.2〜0.7mmが望ましい。
【0017】ラダー電極(2)の電力供給点(2a)、
(2b)には、高周波電源(7)から、例えば13.5
6MHzの周波数のRF電力がインピーダンス整合器
(8)を介して供給される。ガス供給室(4)の下部に
はガス供給管(6)からガス吹出し孔(5)を経て例え
ばモノシランガスが供給され、網状金属で形成されたガ
ス分散板(61)とアースシールド板(3)を透過して
反応容器(1)内に送り出される。反応容器(1)内の
ガスは排気管(9)を通じて真空ポンプ(10)により排気
される。薄膜を形成すべき基板(12)はラダー電極
(2)と平行に設置され、図示しない基板ホルダにより
基板加熱ヒータ(11)に支持される。
【0018】このような装置において、以下のようにし
て薄膜を製作する。まず真空ポンプ(10)を駆動して
反応容器(1)内を排気する。次にガス供給管(6)か
らガス吹出し孔(5)を介して、ガス供給室(4)内に
例えばモノシランガスを20〜100cc/min 程度の流
量で供給する。そうすると、このガスはガス分散板(6
1)、アースシールド板(3)を透過して反応容器
(1)内に至る。反応容器(1)内の圧力を0.03〜
0.2Torr程度に保ち、高周波電源(7)からインピー
ダンス整合器(8)を介してラダー電極(2)に高周波
電力を印加すると、図4に示されるように、ラダー電極
(2)と基板(12)の間にグロー放電プラズマが発生す
る。
【0019】本実施例では図4に示すように、反応ガス
(13)は基板(12)とラダー電極(2)の間で生成
されたプラズマ中に供給される。プラズマはこの領域に
発生し、基板(12)に対する薄膜の堆積には不必要
な、電極線材の基板と対向していない部分(ラダー電極
(2)と反応ガス供給管(6)との間)には発生しない
から、過剰な反応が抑制され、粉の発生が抑制される。
また、ガス吹出し孔(5)はプラズマにさらされず、膜
が堆積しないから、ガス吹出し孔からガスが突出する勢
いによる膜剥離がない。さらにアースシールド板(3)
は網状金属で構成されているから、その表面積が大き
く、同じ時間成膜に使用してもアースシールド板(3)
に堆積する膜の厚さは薄くなって、アースシールド板か
らの膜剥離を抑制できる。したがって薄膜の高品質・高
速成膜が可能となる。
【0020】それを確認するために、下記条件で成膜実
験を行なった。
【0021】 基板材料: 無アルカリガラス、 基板面積: 300×300mm、 基板温度: 250℃、 反応ガスおよび流量: SiH4 =70cc/分、 反応容器内圧力: 30 mTorr、 印加した高周波電力: 20W〜100W。
【0022】こうして得られた成膜速度とプラズマ中の
粉の数との関係を図5に、電子スピン共鳴法(以下「E
SR」という)で測定した膜中欠陥密度と成膜速度の関
係を図6に示す。
【0023】図5に示されるように、高周波電力を増加
し成膜速度を増加すると、従来はプラズマ中の粉の数が
急増したが、本発明では元々の数が少なく、また成膜速
度増加による粉の数の増加も小さくなる結果が得られ
た。このとき得られた欠陥密度は図6に示すように、成
膜速度15Å/秒という高速成膜条件においても2.8
×1015個/ccであり、高品質の膜であることが判っ
た。また、高周波電力を若干下げ成膜速度を5Å/秒以
下の条件で製作した薄膜の欠陥密度は、本実施例で使用
したESRの測定下限界(1×1015個/cc)以下であ
り、非常に高品質の膜であることが判った。このように
本実施例では、図3に示すアースシールド板(3)に網
状金属材料を用いてアースシールド板(3)自体から反
応ガスを透過供給することにより、15Å/秒という高
速成膜速度で、かつ欠陥密度が2.8×1015個/cc以
下の高品質のa−Si薄膜を製作できるものである。
【0024】
【発明の効果】以上具体的に詳述したように、本発明に
おいては放電用電極の基板と対向しない側に金属金網で
製作したガス供給室を配置して反応ガスを導入し、基板
と電極との間に直接反応ガスを供給するようにしたの
で、高速で高品質の非晶質薄膜を製造することができ
る。したがって、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製造分野で工業
的価値が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の一実施例に係わるプラズマCV
D装置の構成を示す断面図である。
【図2】図2は図1におけるラダー電極を示す平面図で
ある。
【図3】図3は図1におけるラダー電極とガス供給室金
網の関係を示す詳細断面図である。
【図4】図4は上記実施例におけるガス供給とプラズマ
状態を示す図である。
【図5】図5は本発明の効果として成膜速度とプラズマ
中の粉の数との関係を示す図である。
【図6】図6は本発明の効果として膜中の欠陥密度と成
膜速度との関係を示す図である。
【図7】図7は従来のプラズマCVD装置の構成の一例
を示す断面図である。
【図8】図8は図7におけるラダー電極を示す平面図で
ある。
【図9】図9は従来のプラズマCVD装置におけるガス
吹出し孔から基板までの間のSiH発光強度分布を示す
図である。
【符号の説明】
(1) 反応容器 (2) ラダー電極 (3) ガス供給室金網 (4) ガス供給室 (5) ガス吹出し孔 (6) ガス導入管 (7) 高周波電源 (8) インピーダンス整合器 (9) ガス排気管 (10) 真空ポンプ (11) 基板ヒータ (12) 基板 (13) ガス流れ (61) ガス分散板

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応容器と、この反応容器内に反応ガス
    を導入し排出する手段と、上記反応容器内に収容された
    複数本の線材からなる梯子状の平面型放電用電極と、こ
    の放電用電極にグロー放電用電力を供給する電源とを有
    し、上記反応容器内で上記放電用電極に対向して設置さ
    れた基板の表面に非晶質薄膜を形成するプラズマCVD
    装置において、上記基板から上記放電用電極をへだてた
    反対側にガス供給室を設け、同ガス供給室の上記放電用
    電極に対向する壁を網状金属で形成するとともに、上記
    ガス供給室内にガス吹出し孔を有するガス導入管と、上
    記網状金属の壁と上記ガス吹出し孔との間を画する網状
    のガス分散板とを設けたことを特徴とするプラズマCV
    D装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6189485B1 (en) 1998-06-25 2001-02-20 Anelva Corporation Plasma CVD apparatus suitable for manufacturing solar cell and the like
CN117413086A (zh) * 2021-06-09 2024-01-16 艾克斯特朗欧洲公司 用于cvd反应器的进气机构

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