JPH11140653A - プラズマcvd装置 - Google Patents

プラズマcvd装置

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JPH11140653A
JPH11140653A JP30878997A JP30878997A JPH11140653A JP H11140653 A JPH11140653 A JP H11140653A JP 30878997 A JP30878997 A JP 30878997A JP 30878997 A JP30878997 A JP 30878997A JP H11140653 A JPH11140653 A JP H11140653A
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potential
film
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potential control
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Yoshiaki Takeuchi
良昭 竹内
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信一 円谷
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Abstract

(57)【要約】 【課題】膜の結晶性を向上することを課題とする。 【解決手段】真空チャンバ21と、この真空チャンバ21に
原料ガスを導入、排出する手段と、前記真空チャンバ21
内に配置され、基板22を加熱する基板加熱ヒータ23と、
前記真空チャンバ21内に配置され、上部に開口部を有し
た成膜ユニット25と、この成膜ユニット25の開口部に前
記基板22と対向するようにセットされ、開口部を有する
ラダー電極24と、前記成膜ユニット25の底部に該成膜ユ
ニット25と絶縁して配置された電位制御板31と、この電
位制御板31の電位を制御する電位制御電源30と、前記ラ
ダー電極24とヒータ23間、前記ラダー電極24と電位制御
板31間にプラズマを発生させる手段とを具備することを
特徴とするプラズマCVD装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマCVD装置
に関し、特にプラズマCVD法を用いた微結晶及び多結
晶系薄膜を製造するプラズマCVD装置に関する。
【0002】
【従来の技術】膜中に数nm〜数百nmの結晶粒を有す
る所謂微結晶薄膜はアモルファス系の薄膜に対して電気
的特性が優れる、経時的に安定である等の理由から、次
世代の太陽電池やTFT(Thin Film Transistor )
などの材料として注目されている。微結晶膜は大面積化
が容易、比較的低温で形成できる等の理由からプラズマ
CVD法を用いて製作するのが一般的である。図4は、
従来の典型的なプラズマCVD装置の基本構成図を示
す。
【0003】図中の符番1は真空チャンバを示す。この
真空チャンバ1内には、基板2を加熱する機能を有した
基板加熱ヒータ3が配置されている。前記真空チャンバ
1内には、プラズマを生成するための電極4が基板2と
対向するように配置されている。前記電極4は、電気的
に接地された成膜ユニット5に図示しない絶縁碍子を介
して固定されている。前記電極4には、高周波電源6よ
り電力導入端子7を介してプラズマ生成用の電力が供給
される。前記高周波電源6と電力導入端子7には、電極
4と高周波電源6のインピーダンス整合をとるためのイ
ンピーダンス整合器8が接続されている。前記真空チャ
ンバ1には、前記電極4周辺に原料ガスを導入するガス
導入管9、及び真空チャンバ1内の反応ガス等を真空ポ
ンプ(図示せず)により容器外へ排出する排気管10が設
けられている。
【0004】こうした構成の装置を用いて微結晶シリコ
ン膜を成膜するには、原料ガスとして水素ガスで希釈し
たモノシランガスを所定流量流して、圧力を0.2ない
し1Torr程度に調整し、基板温度を160℃ないし
250℃程度に設定して高周波電力を電極4に印加し、
基板加熱ヒータ3と電極4間にプラズマを発生させ、前
述の原料ガスを分解して基板2上に膜を堆積させる。
【0005】よく知られているように、微結晶シリコン
膜を成膜するためには、アモルファスシリコンなどの成
膜に比べ高周波電力が数倍〜数十倍必要である。しかし
ながら、このように高電力を印加した場合、プラズマの
電位が増加するので基板2へ入射するイオンのフラック
スエネルギーが増大するため、膜表面にイオン衝撃ダメ
ージが増加し、高品質の微結晶シリコン膜を成膜するこ
とが困難であった。
【0006】このため、図5に示すように基板2と電極
4の間にメッシュ電極(グリッド電極)11を挿入し、こ
れに直流電源12を接続して負の電圧を印加する方法があ
る。このようにすると、プラズマがメッシュ電極11と電
極4の間に閉じ込められ、基板2とメッシュ電極11の間
のプラズが弱くなることから成膜時の基板2へのイオン
衝撃を低下することができるので、高品質の微結晶シリ
コン膜が成膜可能となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法ではメッシュ電極11が該メッシュ電極11と電極4の間
で生成された膜の基となるラジカルの基板面へ流れを物
理的に阻害するため、膜の成長速度が極端に遅くなるこ
と、及びメッシュ電極11への膜堆積によるメッシュの閉
塞により成膜速度が経時的に低下するという問題があっ
た。
【0008】本発明はこうした事情を考慮してなされた
もので、開口部を有する電極に対して被処理物と反対側
に電位制御板を配置し、この電位制御板の電位を電位制
御電源により制御する構成とすることにより、電極とヒ
ータ間のプラズマ電位を小さくでき、もって膜の結晶性
を向上しえるプラズマCVD装置を提供することを目的
とする。
【0009】又、本発明は、開口部を有する電極に対し
て被処理物と反対側に被処理物側が開口した成膜ユニッ
トを配置し、この成膜ユニットの電位を電位制御電源に
より制御する構成とすることにより、電極とヒータ間の
プラズマ電位を小さくでき、もって膜の結晶性を向上し
えるとともに、プラズマ電位の制御性に優れたプラズマ
CVD装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本願第1の発明は、反応
容器と、この反応容器に原料ガスを導入、排出する手段
と、前記反応容器内に配置され、被処理物を加熱するヒ
ータと、前記反応容器内に配置され、上部に開口部を有
した成膜ユニットと、この成膜ユニットの開口部に前記
被処理物と対向するようにセットされ、開口部を有する
電極と、前記成膜ユニットの底部に該成膜ユニットと絶
縁して配置された電位制御板と、この電位制御板の電位
を制御する電位制御電源と、前記電極とヒータ間、前記
電極と電位制御板間にプラズマを発生させる手段とを具
備することを特徴とするプラズマCVD装置である。
【0011】本願第2の発明は、反応容器と、この反応
容器に原料ガスを導入、排出する手段と、前記反応容器
内に配置され、被処理物を加熱するヒータと、前記反応
容器内に配置され、上部に開口部を有した成膜ユニット
と、この成膜ユニットの開口部に前記被処理物と対向す
るようにセットされ、開口部を有する電極と、前記成膜
ユニットの電位を制御する電位制御電源と、前記電極と
ヒータ間、前記電極と成膜ユニット間にプラズマを発生
させる手段とを具備することを特徴とするプラズマCV
D装置である。
【0012】本発明において、原料を導入する手段とし
ては、図1に示すようなガス導入管が挙げられる。ま
た、原料ガスを排出する手段としては排気管が挙げられ
る。本発明において、開口部を有する電極とは、電極主
面に垂直な方向にガスを通過させるような穴あるいは隙
間を有した電極を意味し、例えば、図1に示すようなラ
ダー(梯子状)電極、あるいは図5で述べたようなグリ
ッド型電極が挙げられる。
【0013】本発明において、プラズマを発生させる手
段としては、例えば図1に示すような高周波電源、イン
ピーダンス整合器及び電力導入端子からなる構成部材が
挙げられる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。 (実施例1)図1を参照する。図中の符番21は、反応容
器としての真空チャンバを示す。この真空チャンバ21内
には、基板ホルダ(図示せず)に支持されたガラス基板
22を加熱する基板加熱ヒータ23が配置されている。ここ
で、ガラス基板22は中性洗剤あるいは有機溶剤で洗浄し
たものを用いる。前記真空チャンバ21内には、プラズマ
を生成するためのラダー電極24が基板22と対向するよう
に配置されている。前記ラダー電極24は、電気的に接地
された成膜ユニット25に図示しない絶縁体を介して固定
されている。前記ラダー電極24には、高周波電源26より
例えば13.56MHzの高周波をインピーダンス整合
器27、電力導入端子28を介して印加し、グロー放電プラ
ズマが発生させる。グロー放電プラズマは、基板加熱ヒ
ータ23とラダー電極24の間、及びラダー電極24と後述す
る電位制御板の間の両方に発生する。前記成膜ユニット
25の底部には絶縁碍子29を介して電位制御板30が設けら
れ、該電位制御板30には電位制御用電源30が接続されて
いる。ここで、電位制御用電源31により電位制御板30の
電位が制御される。前記真空チャンバ21には、前記ラダ
ー電極24周辺に原料ガスを導入するガス導入管32、及び
真空チャンバ21内の反応ガスなどを真空ポンプ(図示せ
ず)により容器外へ排出する排気管33が設けられてい
る。
【0015】こうした装置において、真空チャンバ21内
は真空ポンプにより所定圧力(通常は5×10-7Tor
r以下)まで排気すると共に、基板加熱ヒータ23に通電
してガラス基板22を所定温度、通常150℃〜300℃
に加熱し、温度を十分安定させた後、真空チャンバ21内
にガス導入管32を介して原料ガスとして水素とモノシラ
ンの混合ガスを所定流量導入し、真空ポンプによりガス
排気管33を介して排出される。
【0016】上記実施例に係るプラズマCVD装置によ
れば、ラダー電極24に対して基板22と反対側に電位制御
板30を配置し、この電位制御板30の電位を電位制御電源
31により制御する構成となっているため、以下に述べる
効果を有する。
【0017】(1) ラダー電極24を構成する線材の隙間を
介してラダー電極24と基板加熱ヒータ23間のプラズマと
ラダー電極24と電位制御板30の間のプラズマがつながっ
ているため、電位制御板30の電位を制御することによ
り、ラダー電極24と基板加熱ヒータ23間のプラズマ電位
を小さくすることが可能となる。この結果、イオン衝撃
による膜面へのダメージが低減されることから、膜の結
晶性が向上する。
【0018】(2) 基板22の前面には従来のグリッド電極
等のようにラジカルにとって遮蔽物がないことから、成
膜速度を損なうことなく結晶性を向上できる。事実、前
記プラズマCVD装置を用いて電位制御板30に印加する
電圧を変化させ、基板22上に微結晶Si薄膜を成膜し
た。微結晶Si薄膜の膜厚は50nmとした。成膜した
微結晶Si薄膜はレーザラマン分光測定により膜質の評
価を行った。測定結果のラマン散乱スペクトルを480
cm-1及び520cm-1を中心値とするガウス分布にて
波形分布してそのピーク比を調べた。ここで、480c
-1はアモルファスSi成分を示し、520cm-1は結
晶Si成分を示すものである。
【0019】一般的に、その比(520cm-1のピーク
値)/(480cm-1のピーク値)が大きいものほど、
微結晶Si膜の結晶性が高く且つ高品質膜とされてい
る。電位制御板30に印加する電圧とその時に得られた膜
の(520cm-1のピーク値)/(480cm-1のピー
ク値)の関係は、図2に示す通りであった。また、比較
のために従来のプラズマCVD法で製作した微結晶Si
膜の値も示した。更に、この時の成膜速度と電位制御板
電位との関係を図3に示す。図2及び図3より、成膜速
度を落とさずに高品質の微結晶膜が得られることが確認
できた。
【0020】(実施例2)図6を参照する。但し、図1
と同部材は同符号を付して説明を省略する。本実施例2
は、実施例1と比べ、電位制御板を省き、代わりに電気
的に接地されていた成膜ユニット25に電位制御電源31を
接続して成膜ユニット25の電位を制御したものである。
前記成膜ユニット25と真空チャンバ21間、成膜ユニット
25とガス導入管32間には、夫々板状の絶縁碍子61、断面
が環状の絶縁碍子62が設けられている。
【0021】実施例2に係るプラズマCVD装置によれ
ば、実施例1と同様な効果を有する他、実施例1の電位
制御板よりもプラズマに接している面積が大きくなるの
で、実施例1よりもプラズマ電位の制御性が優れる。
【0022】なお、上記実施例では、微結晶Siの成膜
例を示したが、これに限らず、微結晶SiCや微結晶S
iGeなどのSi系微結晶、ダイヤモンド系の微結晶等
の成膜に関しても同様に効果がある。
【0023】また、上記実施例では、電極はラダー電極
を用いたが、グリッド型等の開口部があり、電極の上下
のプラズマがつながっているような電極では同様の効果
が得られる。
【0024】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、開
口部を有する電極に対して被処理物と反対側に電位制御
板を配置し、この電位制御板の電位を電位制御電源によ
り制御する構成とすることにより、電極とヒータ間のプ
ラズマ電位を小さくでき、もって膜の結晶性を向上しえ
るプラズマCVD装置を提供できる。
【0025】また、本発明によれば、開口部を有する電
極に対して被処理物と反対側に被処理物側が開口した成
膜ユニットを配置し、この成膜ユニットの電位を電位制
御電源により制御する構成とすることにより、電極とヒ
ータ間のプラズマ電位を小さくでき、もって膜の結晶性
を向上しえるとともに、プラズマ電位の制御性に優れた
プラズマCVD装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係るプラズマCVD装置の
全体図。
【図2】本発明装置及び従来装置による微結晶Si薄膜
のラマン散乱スペクトルのピーク比(520cm-1/4
80cm-1の比)と電位制御板電位との関係を示す特性
図。
【図3】本発明による成膜速度と電位制御板電位との関
係を示す特性図。
【図4】従来のプラズマCVD装置の説明図。
【図5】従来の他のプラズマCVD装置の説明図。
【図6】本発明の実施例2に係るプラズマCVD装置の
全体図。
【符号の説明】
21…真空チャンバ、 22…基板、 23…基板加熱ヒータ、 24…ラダー電極、 25…成膜ユニット、 26…高周波電源、 27…インピーダンス整合器、 28…電力導入端子、 30…電位制御電源、 31…電位制御板、 32…ガス導入管、 33…ガス排気管。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応容器と、この反応容器に原料ガスを
    導入、排出する手段と、前記反応容器内に配置され、被
    処理物を加熱するヒータと、前記反応容器内に配置さ
    れ、上部に開口部を有した成膜ユニットと、この成膜ユ
    ニットの開口部に前記被処理物と対向するようにセット
    され、開口部を有する電極と、前記成膜ユニットの底部
    に該成膜ユニットと絶縁して配置された電位制御板と、
    この電位制御板の電位を制御する電位制御電源と、前記
    電極とヒータ間、前記電極と電位制御板間にプラズマを
    発生させる手段とを具備することを特徴とするプラズマ
    CVD装置。
  2. 【請求項2】 反応容器と、この反応容器に原料ガスを
    導入、排出する手段と、前記反応容器内に配置され、被
    処理物を加熱するヒータと、前記反応容器内に配置さ
    れ、上部に開口部を有した成膜ユニットと、この成膜ユ
    ニットの開口部に前記被処理物と対向するようにセット
    され、開口部を有する電極と、前記成膜ユニットの電位
    を制御する電位制御電源と、前記電極とヒータ間、前記
    電極と成膜ユニット間にプラズマを発生させる手段とを
    具備することを特徴とするプラズマCVD装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6846728B2 (en) 1999-09-08 2005-01-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor thin film, semiconductor device employing the same, methods for manufacturing the same and device for manufacturing a semiconductor thin film
JP2009097037A (ja) * 2007-10-16 2009-05-07 Fuji Electric Systems Co Ltd プラズマcvd成膜装置およびそれを用いた成膜方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6846728B2 (en) 1999-09-08 2005-01-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor thin film, semiconductor device employing the same, methods for manufacturing the same and device for manufacturing a semiconductor thin film
JP2009097037A (ja) * 2007-10-16 2009-05-07 Fuji Electric Systems Co Ltd プラズマcvd成膜装置およびそれを用いた成膜方法

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