JPH09283449A - プラズマ化学蒸着装置 - Google Patents

プラズマ化学蒸着装置

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JPH09283449A
JPH09283449A JP8092405A JP9240596A JPH09283449A JP H09283449 A JPH09283449 A JP H09283449A JP 8092405 A JP8092405 A JP 8092405A JP 9240596 A JP9240596 A JP 9240596A JP H09283449 A JPH09283449 A JP H09283449A
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JP
Japan
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electrode
substrate
cylindrical
plasma
electrodes
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Pending
Application number
JP8092405A
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English (en)
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Masayoshi Murata
正義 村田
Shoji Morita
章二 森田
Hirohisa Yoshida
博久 吉田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Photoreceptors In Electrophotography (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アモルファスシリコン感光ドラム、等の半導
体薄膜の製造に適用されるプラズマ化学蒸着装置に関
し、a−Si膜の高速成膜時の発生する粉混入を防止す
る。 【解決手段】 反応容器30内には、円筒形高周波電極
31、接地電極となる円筒形ヒータ33、円筒形基板3
2が平行配置され、両電極間には高周波電源37、イン
ピーダンス整合器38より高周波電力が供給される。更
に、容器30の外より両電極31,33の軸に一対の電
磁コイル1−a,1−bが配置され、直流電源2より直
流電力が供給され、導入管34より電極31へ反応ガス
が導入され、ガス吐出管35より両電極間に導かれ、グ
ロー放電プラズマが発生し、基板32表面にa−Si薄
膜を形成する。プラズマ中の電子、粒子は磁力線まわり
を回転し、ガス分子との衝突を増すと共に発生する粉は
負に帯電してるので磁力線まわりを回転して基板32へ
は移動しないので、基板表面での粉の混入を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はアモルファスシリコ
ン感光ドラム、太陽電池、光センサ及び半導体保護膜な
どの各種電子デバイスに使用される薄膜の製造に適用さ
れるプラズマ化学蒸着装置に関する。
【0002】
【従来の技術】アモルファスシリコン(以下、a−Si
と記す)薄膜や窒化シリコン(以下、SiNx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
マ化学蒸着装置(以下、プラズマCVD装置と称する)
の構成について、代表例を説明する。なお、薄膜を形成
する基板の形状は通常、平板及び円筒の2種類がある
が、ここでは、円筒形基板を対象にしたプラズマCVD
装置を示す。
【0003】図5は従来の感光ドラムを製造するために
用いられるプラズマCVD装置の構成図である。同図に
おいて、反応容器30内には、外側円筒電極、すなわ
ち、円筒形高周波電極31、円筒形基板32及び内側円
筒電極、すなわち、接地電極を兼ねる円筒形ヒータ33
が基板ホルダ36と共に平行に配置されている。
【0004】なお、この高周波電極31にはガス吐出管
35が付属しており、図示しない反応ガス供給装置より
導入管34を通して、例えばモノシランと水素の混合ガ
スが供給され、該ガス吐出管35より上記高周波電極3
1と上記基板32の空間に上記混合ガスが吐出される。
反応容器30内のガスは、排気筒39を通して、図示し
ない真空ポンプ40を介して、排出される。
【0005】該高周波電極31には、高周波電源37か
らインピーダンス整合器38を介して、例えば13.5
6MHzの高周波電力が供給される。該ヒータ33は、
反応容器30とともに接地され、接地電極となってい
る。したがって、該高周波電極31と該ヒータ33、す
なわち基板32との間でグロー放電プラズマが発生す
る。
【0006】この装置を用いて、以下のようにしてa−
Si系薄膜を製造する。図示省略の真空ポンプを駆動し
て反応容器30内を排気する。反応ガス導入管34を通
して、例えばモノシランと水素の混合ガスを供給して反
応容器30内の圧力を0.5〜2.0Torrに保ち、高周
波電源37から高周波電極31に電圧をかけると、グロ
ー放電プラズマが発生する。
【0007】反応ガス吐出管35より吐出された上記混
合ガスは、グロー放電によって、SiH3 ,SiH2
どSiを含むラジカルに分解、解離される。その結果、
基板32表面にa−Si系薄膜が形成される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来のプラズマCVD
装置では、a−Si膜形成の成膜速度を大きくすると、
下記理由により大量の粉が発生し、感光ドラムなどの製
造では問題である。すなわち、図5において、高周波電
極31と接地電極33の間に供給する高周波電力を0.
1〜1KW、反応ガスの圧力0.2〜2.0Torrとし、成
膜速度を5〜20Å/Sの高速にすると、プラズマ中で
粉すなわち、Si2 6 やSi3 8 などのポリマが発
生する。
【0009】その結果、a−Si膜は光導電率の低下や
ピンホールの発生などにより品質が著しく低下し、感光
ドラムや太陽電池などへの実用化が困難である。したが
って、膜質を低下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。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために次の手段を提供する。
【0011】反応容器と;同反応容器内に反応ガスを供
給する反応ガス吐出孔と;前記容器内の反応ガスを排出
する反応ガス排出孔と;前記反応容器内に設置された内
側円筒電極及び外側円筒電極から構成の一対の放電用円
筒電極と;同放電用円筒電極にグロー放電発生用電力を
供給する電源と;前記放電用円筒電極の内側と外側円筒
電極間に配置される円筒基板を加熱するヒータと;前記
放電用円筒電極の軸芯と同じ軸芯をもち、前記反応容器
外に配置された電磁コイルと;同電磁コイルに電力を供
給する直流電源とを具備してなり、前記円筒基板に前記
反応ガスによる薄膜を形成することを特徴とするプラズ
マ化学蒸着装置。
【0012】本発明は、上記の手段において、反応容器
に反応ガス、例えば、モノシランと水素の混合ガスを所
定量導入し、反応ガス吐出孔より一対の放電用円筒電極
間に供給する。一対の電極間のヒータには近接して円筒
基板が配置されており、一対の電極間には電源より高周
波電力が供給され、かつ、電磁コイルには直流電源より
直流電力が供給されて、このコイルで磁場を発生させ
る。磁場が発生すると、上記電極間にグロー放電プラズ
マが形成される。ここで、反応容器内圧力は、例えば、
2.0Torr以下、磁場の強さは、40〜100ガウスと
する。
【0013】この場合、プラズマ中の電子や荷電粒子
は、磁場、すなわち磁力線周りを回転するような運動を
起こす。すなわち、電子の反応ガス分子との衝突頻度は
著しく増大し、プラズマ密度が増大し、円筒基板表面に
形成されるa−Si薄膜形成の成膜速度は増大する。ま
た、プラズマ中に発生する粉、すなわちSi2 6 やS
3 8 などのポリマは一般的には負に帯電しているの
で、この磁力線周りを回転する運動を起し、円筒基板の
方向へは輸送されないようになる。
【0014】この状況は後述の実施の形態で図3に基づ
いて説明するように、円筒基板の近傍をレーザ光で照射
し、その部分に浮遊している粉からの散乱光強度の計測
を行った結果、圧力0.5〜1Torrにおいて、磁場の強
さが50ガウス近傍で粉からの散乱光強度が急激に弱く
なることからも分かるものである。すなわち、一対の円
筒電極で形成される電場に対し、電磁コイルによって直
角に磁場を加えることにより、円筒基板表面近傍に輸送
されてくる粉の量が抑制され、a−Si薄膜形成におい
て膜中に混入する粉を抑制することになる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図1は本発明の実
施の一形態に係るプラズマ化学蒸着装置の構成図であ
る。図1において、符号30乃至31は図5の従来例と
同じ構成であるが、再度説明する。反応容器30内には
円筒形高周波電極31、円筒形基板32及び円筒形ヒー
タ33が基板ホルダ36とともに平行に配置されてい
る。
【0016】該高周波電極31には反応ガスを吐出する
ガス吐出管35が付属しており、図示しない反応ガス供
給装置より導入管34を通して、例えば、モノシランと
水素の混合ガスが供給され、該ガス吐出管35より該高
周波電極31と該基板32の間の空間に上記混合ガスが
吐出される。
【0017】反応容器30内のガスは、排気筒39を通
して図示しない真空ポンプ40を介して排出される。
【0018】該高周波電極31には、高周波電源37か
らインピーダンス整合器38を介して、例えば13.5
6MHzの高周波電力が供給される。該ヒータ33は、
反応容器30と共に接地され、接地電極となっている。
したがって、該高周波電極31と該ヒータ33との間、
すなわち基板32との間でグロー放電プラズマが発生す
る。
【0019】該反応容器30の外側には、一対の電磁コ
イル1−a及び電磁コイル1−bが、それぞれの軸芯が
上記円筒形ヒータ33及び円筒形高周波電極31の軸芯
と一致するように配置される。
【0020】直流電源2からの出力は、一対の電磁コイ
ル1−a,1−bに供給され、該一対のコイル1−a,
1−bは、上記ヒータ33及び基板32の軸芯と、同じ
方向の磁力線すなわち磁場Bを発生する。(以下、磁場
B、電場Eでの文字B及びEはベクトルを表す)。
【0021】図2は図1の構成における接地電極33と
高周波電極31とが形成する電場E及び磁場Bの関係を
示し、(a)は両電極の水平面における電場の状態、
(b)はx,y,z軸での電場と磁場の関係を示してい
る。
【0022】図2(a),(b)において、磁場Bと電
場Eの発生により、接地電極33と高周波電極31の内
に発生したプラズマ中の電子や荷電粒子は、それぞれE
×Bドリフトを受ける。また、電子は磁場Bにより、ラ
ーモア旋回運動をする。
【0023】これらの運動で電子の反応ガス分子との衝
突頻度は著しく増大し、プラズマ密度が増大するので、
a−Si薄膜形成の成膜速度は速くなる。更に、プラズ
マ中に発生する粉は一般的には負に帯電しているので、
磁力線の周りを回転するような運動をする。すなわち、
帯電した粉は磁場Bに補促されて、基板32の方向への
移動が抑制される。
【0024】図3はこのような粉の基板32方向への移
動抑制効果を調査した結果である。円筒基板32の近傍
をレーザ光で照射し、その部分に浮遊している粉からの
散乱光強度の計測を行った結果、図3に示すようなデー
タが得られたものである。同図によると、圧力0.5〜
1Torrにおいて、磁場の強さが50ガウス近傍で粉から
の散乱光強度が急激に弱くなることが判った。
【0025】すなわち、一対の円筒電極31で形成され
る電場Eに対し、直角方向に磁場Bを加えることによ
り、基板表面近傍に輸送されてくる粉の量が抑制される
ということが見い出された。従って、このようなプラズ
マ化学蒸着装置は、a−Si薄膜形成において、膜中に
混入してくる粉の抑制に有効に作用するものである。
【0026】上記に説明の実施の形態において、アモル
ファスシリコン薄膜を製造する具体例を説明する。図示
省略の真空ポンプにより反応容器30内を排気する。反
応容器30が充分に排気された後、例えば1×10-6
1×10-7Torrの圧力になった後、反応ガス吐出管35
から、例えばモノシランを100〜150cc/分程度の
流量で供給し、反応容器30内の圧力を0.2〜2.0
Torrに保つ。
【0027】高周波電源37からインピーダンス整合器
38を介して、高周波電極31に例えば13.56MH
z高周波電力200W〜1000Wを供給する。
【0028】一方、電磁コイル1−a,1−bに直流電
源2より直流電力を供給し、磁場の強さ10〜100ガ
ウスの磁場を該電磁コイル内に発生させる。
【0029】アモルファスシリコン薄膜の成膜速度は反
応ガス流量、圧力、高周波電力及び磁場の強さなどに依
存する。そこで、以下のような条件でアモルファス薄膜
を成膜した。
【0030】反応ガスとして100%モノシランを10
0cc/分の流量で供給し、反応容器30内の圧力を0.
2〜2.0Torrとした。高周波電力は500W、磁場の
強さは60ガウスとした。その成膜結果の一例を図4に
示す。
【0031】このデータによると、圧力範囲0.2〜
2.0Torrにおいて、屈折率が3.2以上あるので、粉
の混入の無い良質の膜と判断される。なお、a−Siの
場合、粉の混入があると屈折率が3.2以下になるが、
図4に示す結果によれば屈折率は3.2以上であり、粉
の混入のないことを示している。
【0032】
【発明の効果】以上、具体的に説明したように、本発明
は、反応容器、反応容器内の反応ガス吐出孔、反応ガス
排出孔、反応容器内に設置した一対の放電用円筒電極、
放電用円筒電極にグロー放電を発生させる電源、電極間
に配置される円筒基板を加熱するヒータ、放電用円筒電
極と同一軸芯となるように配置した電磁コイル及び電磁
コイルに電力を供給する直流電源とを備えた構成とした
ので次のような効果を奏する。
【0033】(1)円筒形放電用電極の軸芯に平行な方
向をも磁場Bを電磁コイルで付加することにより、プラ
ズマにE×Bドリフト及び磁場B周りに負に帯電した粉
を回転させる運動を起こさせることが実現したため、プ
ラズマ内で発生し、成長する粉が基板上のa−Si膜へ
混入しなくなった。
【0034】(2)その結果、従来困難視されていたa
−Si膜高速成膜時のa−Si膜への粉混入に伴う膜質
の低下が防止可能となった。したがって、a−Si感光
ドラム、太陽電池及び光センサなどの製造分野での工業
的価値は著しく大きいものがある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係るプラズマ化学蒸着
装置の構成図である。
【図2】本発明の実施の一形態に係るプラズマ化学蒸着
装置の作用を示す図で、(a)は電極の水平平面におけ
る電場の状態、(b)はx,y,z軸上での電場と磁場
の関係を、それぞれ示す。
【図3】本発明の実施の一形態に係るプラズマ化学蒸着
装置で得られた粉からの散乱光の特性図である。
【図4】本発明の実施の一形態に係るプラズマ化学蒸着
装置で得られた特性図で、(a)は成膜速度、(b)は
屈折率、(c)は光導電率、(d)は暗導電率、をそれ
ぞれ示す。
【図5】従来の円筒形放電用電極を用いたプラズマ化学
蒸着装置の構成図である。
【符号の説明】
1−a,1−b 電磁コイル 2 直流電源 30 反応容器 31 円筒形高周波電極 32 円筒形基板 33 円筒形ヒータ 34 導入管 35 ガス吐出管 36 基板ホルダ 37 高周波電源 38 インピーダンス整合器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // H01L 31/04 H01L 31/04 V

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応容器と;同反応容器内に反応ガスを
    供給する反応ガス吐出孔と;前記容器内の反応ガスを排
    出する反応ガス排出孔と;前記反応容器内に設置された
    内側円筒電極及び外側円筒電極から構成の一対の放電用
    円筒電極と;同放電用円筒電極にグロー放電発生用電力
    を供給する電源と;前記放電用円筒電極の内側と外側円
    筒電極間に配置される円筒基板を加熱するヒータと;前
    記放電用円筒電極の軸芯と同じ軸芯をもち、前記反応容
    器外に配置された電磁コイルと;同電磁コイルに電力を
    供給する直流電源とを具備してなり、前記円筒基板に前
    記反応ガスによる薄膜を形成することを特徴とするプラ
    ズマ化学蒸着装置。
JP8092405A 1996-04-15 1996-04-15 プラズマ化学蒸着装置 Pending JPH09283449A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100450286B1 (ko) * 2001-11-15 2004-10-15 국제엘렉트릭코리아 주식회사 플라즈마를 이용한 화학기상증착 장치
TWI422288B (zh) * 2009-09-11 2014-01-01 Univ Nat Formosa High dissociation rate plasma generation method and application device thereof
CN111569803A (zh) * 2020-05-13 2020-08-25 山东师范大学 一种用于等离子体催化重整温室气体的装置及方法

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KR100450286B1 (ko) * 2001-11-15 2004-10-15 국제엘렉트릭코리아 주식회사 플라즈마를 이용한 화학기상증착 장치
TWI422288B (zh) * 2009-09-11 2014-01-01 Univ Nat Formosa High dissociation rate plasma generation method and application device thereof
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Effective date: 20020723