DE112010003248B4 - Plasma-CVD-Vorrichtung, Plasma-Elektrode und Verfahren zum Herstellen einerHalbleiterschicht - Google Patents

Abstract

Plasma-CVD-Vorrichtung (40), die eine Schichtausbildungskammer (10), einen in der Schichtausbildungskammer angeordneten Tisch (20), um ein zu beschichtendes Substrat (50) darauf anzuordnen, und eine in der Schichtausbildungskammer gegenüber dem Tisch (20) angeordnete Plasma-Elektrode (30) umfasst, wobei die Plasma-Elektrode (30) umfasst eine Hauptelektrodeneinheit (21), die mit einer Prozessgaseinleitungsöffnung (21a) versehen ist, eine Gassprühplatte (23), die mehrere Gasausleitungsöffnungen (23a) umfasst, um Prozessgas zum Tisch (20) hin auszuleiten, und auf der Hauptelektrodeneinheit (21) tischseitig angebracht ist, um einen Gasdiffusionsraum (DS) zwischen der Hauptelektrodeneinheit und der Gassprühplatte zu bilden, eine Gasdiffusionsplatte (25), die mehrere Gasverteilungsöffnungen (25a) aufweist, um das Prozessgas zu verteilen, und gegenüber der Gassprühplatte (23) im Gasdiffusionsraum angeordnet ist, und mehrere Wärmeübertragungssäulen (27), die im Gasdiffusionsraum durch die Gasverteilungsöffnungen (25a) hindurchgehend angeordnet sind, wodurch die Gassprühplatte (23) und die Hauptelektrodeneinheit (21) wärmetechnisch miteinander verbunden sind, wobei ein Zwischenraum zwischen einer Innenwand einer Gasverteilungsöffnung (25a) und einem Umfang einer durch die Gasverteilungsöffnung hindurchgehenden Wärmeübertragungssäule (27) gebildet ist.

Description

• Gebiet
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Plasma-CVD-Vorrichtung (CVD – chemische Dampf-/Gasphasenabscheidung), die zum Ausbilden einer Schicht wie etwa einer Dünnschicht verwendet wird, eine Plasma-Elektrode und ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterschicht unter Verwendung der Plasma-CVD-Vorrichtung.
• Hintergrund
• Eine Plasma-CVD-Vorrichtung wurde weitverbreitet als eine Vorrichtung zum Ausbilden einer Dünnschicht wie etwa einer Dünnschicht aus amorphem Silicium oder einer Dünnschicht aus mikrokristallinem Silicium auf einem Substrat verwendet. Jüngst wurde auch eine Plasma-CVD-Vorrichtung entwickelt, die in der Lage ist, eine großflächige Dünnschicht wie etwa eine Siliciumdünnschicht auf einmal mit einer hohen Geschwindigkeit auszubilden, die als Stromerzeugungsschicht zum Beispiel einer Dünnschichtsiliciumsolarzelle verwendet wird.
• Zum Beispiel beschreibt Patentschrift 1 eine Plasma-CVD-Vorrichtung, die in der Lage ist, eine großflächige Dünnschicht mit einer hohen Geschwindigkeit auszubilden, indem eine Gas ausblasende Flächenplatte vorgesehen wird, die mit mehreren Gasausblasöffnungen zum Ausblasen von Reaktionsgas und mehreren Plasma-Unterstützungsöffnungen hergestellt ist, um die Entstehung von Plasma in einer Plasma-Elektrode (einer Gegenelektrode) zu unterstützen. In dieser Plasma-CVD-Vorrichtung sind die Plasma-Unterstützungsöffnungen auf einer Oberfläche der gegenüber einem Substrat angeordneten, Gas ausblasenden Abdeckplatte ausgebildet, ohne die Gas ausblasende Abdeckplatte zu durchdringen.
• Darüber hinaus wurde ein sogenanntes „Hochdruck-Depletionsverfahren” als Verfahren bekannt, das in der Lage ist, eine großflächige Dünnschicht auf einmal mit einer Geschwindigkeit auszubilden, die sogar noch höher ist als die Schichtausbildungsgeschwindigkeit der in der Patentschrift 1 beschriebenen Plasma-CVD-Vorrichtung. Das Hochdruck-Depletionsverfahren ist eines der Plasma-CVD-Verfahren, bei denen Plasma in einem hochfrequenten elektrischen Feld erzeugt wird, um eine Schichtausbildung durchzuführen, während das Innere einer Schichtausbildungskammer (eines Vakuumbehälters) auf einem hohen Druck gehalten und dabei Materialgas durch eine Plasma-CVD-Vorrichtung abgebaut (aufgebraucht) wird, in der ein Abstand zwischen einer Plasma-Elektrode und einem Tisch, auf dem ein zu beschichtendes Substrat angeordnet ist, auf einen engen Abstand von nur bis zu 10 Millimeter verkleinert wird.
• Wenn eine großflächige Dünnschicht durch das Plasma-CVD-Verfahren auf einmal ausgebildet wird, wird eine groß bemessene Plasma-Elektrode verwendet, ungeachtet des Aufbaus der zu verwendenden Plasma-CVD-Vorrichtung oder des Schichtausbildungsprinzips der Vorrichtung. Die Temperatur der Plasma-Elektrode steigt bei der Schichtausbildung beim Erhalt von Wärme, die vom Plasma her eingeht, und somit nimmt, da die Plasma-Elektrode groß wird, ein thermischer Verformungsbetrag bei der Schichtausbildung zu. Wenn zum Beispiel die Temperatur einer Plasma-Elektrode, die in einer Flächenansicht von dem zu beschichtenden Substrat aus gesehen, eine Größe von einem Quadratmeter hat, aufgrund von vom Plasma her eingehender Wärme um 20° ansteigt, erfährt die Plasma-Elektrode im Allgemeinen eine Wärmedehnung von ca. 0,4 Millimeter in sowohl der vertikalen als auch horizontalen Richtung. Wenn dabei davon ausgegangen wird, dass der Umfang der Plasma-Elektrode feststeht, dehnt sich die Plasma-Elektrode bis zu ca. 10 Millimeter zur Tischseite, und damit weicht ein Abstand zwischen der Plasma-Elektrode und dem Tisch stark von einem Sollwert ab, wodurch die Prozesscharakteristika bei der Schichtausbildung negativ beeinflusst werden.
• Im Hinblick auf eine Unterbindung thermischer Verformung der Plasma-Elektrode, ist es wünschenswert, die vom Plasma her eingehende Wärme so stark wie möglich nach außen abzuleiten. Wenn zum Beispiel wie bei der Plasma-Elektrode (einem Sprühkopf) in der Patentschrift 2 ein Gasdiffusionsraum von einer oberen Platte, die mit einer Prozessgaseinleitungsöffnung ausgebildet ist, einer unteren Platte, die mit mehreren Gasdurchgangsöffnungen ausgebildet ist, gebildet ist, ist eine mittlere Platte, die mit mehreren Gasdurchgangsöffnungen ausgebildet ist, im Gasdiffusionsraum vorgesehen, und mehrere Wärmeübertragungselemente sind jeweils zwischen der mittleren und der oberen Platte und zwischen der unteren Platte und der mittleren Platte vorgesehen, und dann wird vom Plasma her auf die untere Platte übertragene Wärme nacheinander auf die Wärmeübertragungselemente, die mittlere Platte, die Wärmeübertragungselemente und die obere Platte übertragen und von der oberen Platte aus nach außen abgeleitet. Deshalb kann eine thermische Verformung der Plasma-Elektrode mühelos unterbunden werden.
• Anführungsliste
• Patentschriften
• Patentschrift 1: JP 2002-237460 A
• Patentschrift 2: JP 2009-10101 A
• Zusammenfassung
• Technisches Problem
• Weil jedoch bei der in der Patentschrift 2 speziell beschriebenen Plasma-Elektrode (dem Sprühkopf) die Wärmeübertragungselemente jeweils so angeordnet sind, dass sie die Gasdurchgangsöffnungen in der mittleren Platte nicht überlagern, ist es schwierig, den Durchmesser der Wärmeübertragungselemente oder die Anzahl der Wärmeübertragungselemente zu vergrößern und gleichzeitig die Gleichmäßigkeit des erzeugten Plasmas aufrechtzuerhalten. Als Ergebnis ist es auch schwierig, die Kühlleistung der Plasma-Elektrode zu verstärken, indem die Wärmeleitfähigkeit von der unteren Platte zur oberen Platte verstärkt wird.
• Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obigen Umstände zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Plasma-CVD-Vorrichtung, die eine Schichtausbildung einer großflächigen Dünnschicht stabil mit einer hohen Geschwindigkeit erleichtert, eine Plasma-Elektrode und ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterschicht bereitzustellen.
• Lösung für das Problem
• Um die zuvor erwähnten Probleme zu lösen, ist eine Plasma-CVD-Vorrichtung, die eine Schichtausbildungskammer, einen in der Schichtausbildungskammer angeordneten Tisch, um ein zu beschichtendes Substrat darauf anzuordnen, und eine in der Schichtausbildungskammer gegenüber dem Tisch angeordnete Plasma-Elektrode umfasst, so aufgebaut, dass die Plasma-Elektrode eine Hauptelektrodeneinheit umfasst, die mit einer Prozessgaseinleitungsöffnung versehen ist, eine Gassprühplatte, die mehrere Gasausleitungsöffnungen umfasst, um Prozessgas zum Tisch hin auszuleiten, und auf einer Seite des Tischs der Hauptelektrodeneinheit angebracht ist, um einen Gasdiffusionsraum zwischen der Hauptelektrodeneinheit und der Gassprühplatte zu bilden, eine Gasdiffusionsplatte, die mehrere Gasverteilungsöffnungen aufweist, um das Prozessgas zu verteilen, und gegenüber der Gassprühplatte Im Gasdiffusionsraum angeordnet ist, und mehrere Wärmeübertragungssäulen, die im Gasdiffusionsraum durch die Gasverteilungsöffnungen hindurchgehend angeordnet sind, wodurch die Gassprühplatte und die Hauptelektrodeneinheit wärmetechnisch miteinander verbunden sind, wobei ein Zwischenraum zwischen einer Innenwand der Gasverteilungsöffnung und einem Umfang der durch die Gasverteilungsöffnung hindurchgehenden Wärmeübertragungssäule gebildet ist.
• Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
• Weil bei der Plasma-CVD-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung eine Wärmeübertragungssäule in eine Gasverteilungsöffnung eingesetzt ist, die in einer Gasdiffusionsplatte ausgebildet ist, kann es erleichtert werden, einen Durchmesser jeder der Wärmeübertragungssäulen zu vergrößern und die Anzahl der Wärmeübertragungssäulen zu erhöhen, während gleichzeitig die Gleichmäßigkeit erzeugten Plasmas aufrechterhalten bleibt. Als Ergebnis kann eine thermische Verformung der Plasma-Elektrode mühelos unterbunden werden, indem deren Kühlleistung verstärkt wird, wodurch es ermöglicht wird, mühelos eine großflächige Dünnschicht stabil mit einer hohen Geschwindigkeit auszubilden.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• 1 ist eine Schnittansicht, die eine Plasma-CVD-Vorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.
• 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils einer in 1 gezeigten Plasma-Elektrode in einem vergrößerten Maßstab.
• 3 ist eine Schnittansicht, die eine in der Patentschrift 2 beschriebene Plasma-Elektrode (einen Sprühkopf) schematisch darstellt.
• 4 ist eine Schnittansicht, die einen Teil eines schematischen Aufbaus einer Plasma-Elektrode nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
• 5 ist eine Schnittansicht eines Teils der in 4 gezeigten Plasma-Elektrode in einem vergrößerten Maßstab.
• 6 ist eine in ihre Einzelteile zerlegte Schnittansicht der in 5 gezeigten Plasma-Elektrode.
• 7 ist eine Schnittansicht eines Teils eines schematischen Aufbaus einer Plasma-Elektrode nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• Beschreibung der Ausführungsformen
• Beispielhafte Ausführungsformen einer Plasma-CVD-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung werden nachstehend im Einzelnen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
• Erste Ausführungsform
• 1 ist eine Schnittansicht, die eine Plasma-CVD-Vorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, und 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils einer in 1 gezeigten Plasma-Elektrode in einem vergrößerten Maßstab. Bei einer in 1 gezeigten Plasma-CVD-Vorrichtung 40 handelt es sich um eine horizontale Vorrichtung, die eine Schichtausbildungskammer 10, einen Tisch 20, der in der Schichtausbildungskammer 10 angeordnet ist, und eine Plasma-Elektrode 30 umfasst. Die Plasma-CVD-Vorrichtung 40 erzeugt Plasma aus Prozessgas, das aus der Plasma-Elektrode 30 zum Tisch 20 hin ausgeleitet wird, und zwar durch ein hochfrequentes elektrisches Feld, das zwischen der Plasma-Elektrode 30 und dem Tisch 20 gebildet ist, um eine Dünnschicht auf einem zu beschichtenden Substrat 50 wie etwa einem Glassubstrat auszubilden, das auf dem Tisch 20 angeordnet ist.
• Wie in 1 gezeigt ist, ist die Schichtausbildungskammer 10 eine kastenförmige Umschließung, die eine obere Platte 1, die mit einer ersten Prozessgaseinleitungsöffnung 1a ausgebildet ist, um Prozessgas in die Schichtausbildungskammer 10 einzuleiten, einen Hohlkörper 5, der über ein Hochfrequenzisolierteil 3 auf einer Unterseite der oberen Platte 1 angeordnet ist, eine Bodenplatte 7, die ein unteres Ende des Körpers 5 lagert, und einen rohrförmigen Abgasrohrverbindungsabschnitt 9 umfasst, der mit einer Abgasöffnung 9a versehen ist, die an einem Außenumfang des Körpers 5 angebracht ist, um mit einer Abgasöffnung 5a des Körpers 5 in Verbindung zu stehen. Obwohl nicht gezeigt, ist ein Abschirmungsteil um die obere Platte 1 herum angeordnet, damit eine an die obere Platte 1 angelegte Hochfrequenz nicht nach außen durchdringt. Der Tisch 20 ist auf der Bodenplatte 7 vorgesehen, und bei einer Schichtausbildung wird das zu beschichtende Substrat 50 auf dem Tisch 20 angeordnet und der Tisch 20 an Masse gelegt.
• Die Plasma-Elektrode 30 umfasst eine Hauptelektrodeneinheit 21, die mit einer zweiten Prozessgaseinleitungsöffnung 21a versehen ist, eine Gassprühplatte 23, die eine Gasdiffusionskammer DS zwischen der Hauptelektrodeneinheit 21 und der Gassprühplatte 23 selbst bildet, und eine Gasdiffusionsplatte 25 und mehrere Wärmeübertragungssäulen 27, die im Gasdiffusionsraum DS angeordnet sind. Die Plasma-Elektrode 30 ist an der oberen Platte 1 in der Schichtausbildungskammer 10 mit einem vorbestimmten Abstand von einer Oberfläche des Tischs 20 angeordnet. Je nach den Schichtausbildungsbedingungen beträgt der Abstand zwischen der Plasma-Elektrode 30 und dem Tisch 20 ungefähr mehrere Millimeter bis mehrere zehn Millimeter.
• Bei der Hauptelektrodeneinheit 21 handelt es sich um eine kastenförmige Umschließung, die zur Seite des Tischs 20 hin offen ist, und die zweite Prozessgaseinleitungsöffnung 21a ist an einer oberen Seite der Hauptelektrodeneinheit 21 vorgesehen. Die Hauptelektrodeneinheit 21 ist so an einer Unterseite der oberen Platte 1 angebracht, dass die zweite Prozessgaseinleitungsöffnung 21a und die erste Prozessgaseinleitungsöffnung 1a miteinander in Verbindung stehen, und Prozessgas und Hochfrequenzenergie werden der Hauptelektrodeneinheit 21 über die obere Platte 1 zugeführt. Darüber hinaus ist ein Strömungskanal 21b, um ein Kühlmittel wie etwa Wasser zum Kühlen der Hauptelektrodeneinheit 21 umzuwälzen, in einem Deckenteil der Hauptelektrodeneinheit 21 ausgebildet.
• Wie in 1 und 2 gezeigt ist, handelt es sich bei der Gassprühplatte 23 um ein plattenartiges Teil, das mehrere Gasausleitungsöffnungen 23a umfasst, um Prozessgas zur Seite des Tischs 20 hin auszuleiten, und die Anordnung der jeweiligen Gasausleitungsöffnungen 23a ist so gewählt, dass Prozessgas gleichmäßig aus der Plasma-Elektrode 30 hin zum Tisch 20 gleichmäßig ausgeleitet werden kann. Die Gassprühplatte 23 ist an einem Ende der Hauptelektrodeneinheit 21 auf der Seite des Tischs 20, konkret an unteren Enden der Seitenwände der Hauptelektrodeneinheit 21 bzw. an unteren Enden der jeweiligen Wärmeübertragungssäulen 27 durch eine Befestigung S1 (siehe 2) wie etwa eine Schraube angebracht. Ein Raum zwischen einer inneren Deckenfläche der Hauptelektrodeneinheit 21 und einer Oberseite der Gassprühplatte 23 bildet den Gasdiffusionsraum DS.
• Bei der Gasdiffusionsplatte 25 handelt es sich um ein plattenartiges Teil, das mehrere Gasverteilungsöffnungen 25a zum Verteilen von Prozessgas und mehrere Befestigungssäulen 25b umfasst. Die Gasdiffusionsplatte 25 ist im Gasdiffusionsraum DS gegenüber der Gassprühplatte 23 mit einem Abstand von der Gassprühplatte 23 angeordnet. Eine Anordnungsposition jeder der Gasverteilungsöffnungen 25a ist in einer Flächenansicht gesehen so gewählt, dass sie die Gasausleitungsöffnung 23a in der Gassprühplatte 23 nicht überlagern. Die Gasdiffusionsplatte 25 ist an der Hauptelektrodeneinheit 21 durch eine Befestigung S2 (siehe 2) wie etwa eine Schraube festgemacht, die von der Seite der Gassprühplatte 23 her in die Befestigungssäule 25b eingeführt ist.
• Durch Vorsehen der Gasdiffusionsplatte 25 im Gasdiffusionsraum DS kann Prozessgas, nachdem es die erste Prozessgaseinleitungsöffnung 1a und die zweite Prozessgaseinleitungsöffnung 21a passiert hat und in den Gasdiffusionsraum DS eingeleitet ist, in dem Gasdiffusionsraum DS mühelos und gleichmäßig diffundiert werden. Darüber hinaus kann Prozessgas mühelos gleichmäßig aus der Plasma-Elektrode 30 in die Schichtausbildungskammer 10 ausgeleitet werden, indem die jeweiligen Gasverteilungsöffnungen 25a in einer Flächenansicht gesehen so angeordnet werden, dass sie die Gasausleitungsöffnungen 23a nicht überlagern. Als Ergebnis kann die Gleichmäßigkeit des in einem Raum zwischen der Plasma-Elektrode 30 und dem zu beschichtenden Substrat 50 erzeugten Plasmas bei der Schichtausbildung mühelos gesteigert werden. Ein Teil einer Strömungsrichtung von Prozessgas in der Plasma-Elektrode 30 ist in 2 durch einen Pfeil A in unterbrochener Linie gezeigt.
• Die jeweiligen Wärmeübertragungssäulen 27 sind vom Deckenteil der Hauptelektrodeneinheit 21 zur Gassprühplatte 23 vorstehend vorgesehen, und die einzelne Wärmeübertragungssäule 27 geht durch die Gasverteilungsöffnung 25a hindurch und erreicht die Gassprühplatte 23, um die Gassprühplatte 23 und die Hauptelektrodeneinheit 21 wärmetechnisch miteinander zu verbinden. Ein Zwischenraum ist zwischen einer Innenwand der Gasverteilungsöffnung 25a und einem Umfang der durch die Gasverteilungsöffnung 25a hindurchgehenden Wärmeübertragungssäule 27 gebildet, so dass Prozessgas verteilt werden kann. In einem in 2 gezeigten Beispiel sind die Hauptelektrodeneinheit 21 und die jeweiligen Wärmeübertragungssäulen 27 einstückig aus einem Material hergestellt.
• Die Hauptelektrodeneinheit 21, die Gassprühplatte 23, die Gasdiffusionsplatte 25 und die Wärmeübertragungssäulen 27, die die Plasma-Elektrode 30 ausmachen, ist bzw. sind jeweils im Allgemeinen aus Aluminium hergestellt. Wenn jedoch Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit, mechanische Festigkeit u. dgl. berücksichtigt wird, können diese Elemente auch aus anderen Metallwerkstoffen, Legierungsmaterialien oder Verbundmetallwerkstoffen hergestellt sein.
• Wenn die Plasma-CVD-Vorrichtung 40 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau in Gebrauch ist, wird die obere Platte 1 über eine Energieversorgungsleitung 55 (siehe 1) und einen Hochfrequenz-Anpassungsregler (einen Impedanzanpassungsregler; nicht gezeigt) an eine Hochfrequenzenergiequelle 60 (siehe 1) angeschlossen und erhält eine Hochfrequenzenergiezufuhr aus der Hochfrequenzenergiequelle 60. Die Hochfrequenzenergie, die der oberen Platte 1 zugeführt wird, wird von der oberen Platte 1 auf die Plasma-Elektrode 30 übertragen, und dann von der Plasma-Elektrode 30 zum Tisch 20 und auf das auf dem Tisch 20 befindliche, zu beschichtende Substrat 50 übertragen. Ein hochfrequentes elektrisches Feld entsteht in einem Raum zwischen der Plasma-Elektrode 30 und dem Tisch 20 und dem zu beschichtenden Substrat 50. Darüber hinaus wird beim Gebrauch der Plasma-CVD-Vorrichtung 40 ein Kühlmittel wie etwa Wasser im Strömungskanal 21b in der Hauptelektrodeneinheit 21 umgewälzt.
• Wenn die Plasma-CVD-Vorrichtung 40 in Gebrauch ist, werden eine (nicht gezeigte) Prozessgaszufuhrquelle und die erste Prozessgaseinleitungsöffnung 1a über ein (nicht gezeigtes) Prozessgaszufuhrrohr miteinander verbunden, um der Plasma-Elektrode 30 Prozessgas zuzuführen. Dabei wird eine (nicht gezeigte) Absaugpumpe über ein Abgasrohr an den Abgasrohrverbindungsabschnitt 9 angeschlossen, um das Innere der Schichtausbildungskammer 10 auf einen gewünschten Druck einzustellen.
• Wenn eine Siliciumdünnschicht auf dem zu beschichtenden Substrat 50 ausgebildet werden soll, wird zum Beispiel ein Mischgas aus Monosilangas (SiH₄-Gas) als Siliciumquelle und Wasserstoff (H2) als Trägergas als Prozessgas verwendet. Das Prozessgas passiert die erste Prozessgaseinleitungsöffnung 1a und die zweite Prozessgaseinleitungsöffnung 21a, wird in die Plasma-Elektrode 30 eingeleitet und aus jeder der Gasausleitungsöffnungen 23a in der Gassprühplatte 23 zum Tisch 20 ausgeleitet und in dem vorstehend beschriebenen hochfrequenten elektrischen Feld in Plasma umgewandelt. Aufgrund dieser Umwandlung in Plasma entstehen aktive Spezies wie etwa SiH₃, SiH₂, SiH, Si und H, und diese aktiven Spezies treten in das zu beschichtende Substrat 50 ein, so dass amorphes oder mikrokristallines Silicium auf dem zu beschichtenden Substrat 50 abgeschieden wird. Als Ergebnis ist eine amorphe oder mikrokristalline Siliciumdünnschicht auf dem zu beschichtenden Substrat 50 entstanden.
• Bei der Durchführung einer Schichtausbildung erfährt die Hauptelektrodeneinheit 21 der Plasma-Elektrode 30 einen Wärmeeintrag vom Plasma. Jedoch wird die Hauptelektrodeneinheit 21 durch ein im Strömungskanal 21b fließendes Kühlmittel gekühlt, und somit kann eine thermische Verformung der Hauptelektrodeneinheit 21 unterbunden werden. Darüber hinaus erfährt auch die Gassprühplatte 23 einen Wärmeeintrag vom Plasma; jedoch wird Wärme, die vom Plasma auf die Gassprühplatte 23 übertragen wird, jeweils von den Wärmeübertragungssäulen 27 auf die Hauptelektrodeneinheit 21 übertragen, und somit kann auch eine thermische Verformung der Gassprühplatte 23 unterbunden werden. Ein Teil einer Wärmeübertragungsrichtung in der Plasma-Elektrode 30 bei einer Schichtausbildung ist in 2 durch einen strichpunktierten Pfeil B gezeigt.
• Bei der wie vorstehend beschriebenen Plasma-CVD-Vorrichtung 40, die eine thermische Verformung der Plasma-Elektrode 30 bei der Schichtausbildung unterbinden kann, ist die Wärmeübertragungssäule 27 in die in der Gasdiffusionsplatte 25 ausgebildete Gasverteilungsöffnung 25a eingesetzt. Deshalb kann der Durchmesser der Wärmeübertragungssäule 27 und die Anzahl der Wärmeübertragungssäulen 27 im Vergleich dazu, dass Wärmeübertragungssäulen nicht durch die Gasverteilungsöffnungen 25a hindurchgehend vorgesehen werden, mühelos vergrößert und gleichzeitig die Gleichmäßigkeit des erzeugten Plasmas aufrechterhalten werden. Dieses Merkmal wird nachstehend mit Bezug auf 3 im Einzelnen erklärt.
• 3 ist eine Schnittansicht, die eine in der Patentschrift 2 beschriebene Plasma-Elektrode (einen Sprühkopf) schematisch darstellt. Eine in 3 gezeigte Plasma-Elektrode 130 umfasst eine obere Platte 121, die mit einer Prozessgaseinleitungsöffnung 121a versehen ist, eine untere Platte 123, die an den Endabschnitten der oberen Platte 121 angebracht ist, um den Gasdiffusionsraum DS zwischen der oberen Platte 121 und der unteren Platte 123 zu bilden, eine mittlere Platte 125, die im Gasdiffusionsraum DS angeordnet ist, und ein Abdeckteil 127, das an einer Unterseite der unteren Platte 123 angebracht ist. Die Plasma-Elektrode 130 umfasst auch mehrere Wärmeübertragungselemente 129a, die zwischen der mittleren Platte 125 und der oberen Platte 121 angeordnet sind, und mehrere Wärmeübertragungselementen 129b, die zwischen der mittleren Platte 125 und der unteren Platte 123 angeordnet sind. Mehrere Gasdurchgangsöffnungen 123a zum Verteilen von Prozessgas sind in der unteren Platte 123 vorgesehen, und mehrere Gasdurchgangsöffnungen 125a zum Verteilen von Prozessgas sind in der mittleren Platte 125 vorgesehen. Darüber hinaus sind mehrere Gasausleitungsöffnungen 127a zum Ausleiten von Prozessgas im Abdeckteil 127 vorgesehen.
• Wenn in der wie vorstehend beschrieben aufgebauten Plasma-Elektrode 130 die Gasdurchgangsöffnung 125a in der mittleren Platte 125 über den Wärmeübertragungselementen 129a und 129b liegt, wird es schwierig, Prozessgas gleichmäßig zu verteilen und die Gleichmäßigkeit des erzeugten Plasmas wird schlechter. Deshalb ist jedes der Wärmeübertragungselemente 129a und 129b so angeordnet, dass es die Gasdurchgangsöffnung 125a nicht überlagert. Mit dieser Anordnung ist bei der Plasma-Elektrode 130 eine Flexibilität in der Auslegung relativ gering, und somit ist es schwierig, den Durchmesser der Wärmeübertragungselemente 129a und 129b oder die Anzahl der Wärmeübertragungselemente 129a und 129b zu vergrößern.
• Weil andererseits bei der Plasma-Elektrode 30 der in 1 gezeigten Plasma-CVD-Vorrichtung 40 wie zuvor beschrieben die Wärmeübertragungssäule 27 in die Gasverteilungsöffnung 25a eingesetzt ist, ist es einfach, den Durchmesser der Wärmeübertragungssäule 27 oder die Anzahl der Wärmeübertragungssäulen 27 zu vergrößern und dabei gleichzeitig die Gleichmäßigkeit des erzeugten Plasmas aufrechtzuerhalten.
• Im Ergebnis ist bei der Plasma-CVD-Vorrichtung 40, auch wenn die Größe der Plasma-Elektrode 30 vergrößert wird, um eine großflächige Dünnschicht auf einmal auszubilden, die Kühlleistung der Plasma-Elektrode 30 durch eine Vergrößerung des Durchmessers der Wärmeübertragungssäule 27 oder eine Erhöhung der Anzahl der Wärmeübertragungssäulen 27 gesteigert, wodurch es erleichtert wird, eine thermische Verformung bei der Schichtausbildung zu unterbinden. Deshalb kann eine Schichtausbildung einer großflächigen Dünnschicht mühelos stabil mit einer hohen Geschwindigkeit durchgeführt werden. Selbst wenn zum Beispiel die Größe der Plasma-Elektrode 30 in Flächenansicht auf ca. 1,1 × 1,4 Meter vergrößert wird, kann eine Dünnschicht wie etwa eine Siliciumdünnschicht mühelos auf einem zu beschichtenden Substrat mit einer Schichtausbildungsoberfläche von ca. 1,1 × 1,4 Meter stabil mit einer hohen Geschwindigkeit ausgebildet werden. Außerdem kann ihr Ertrag mühelos verbessert werden.
• Zweite Ausführungsform
• In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Beispiel erläutert, in dem eine mikrokristalline Siliciumschicht durch die in 1 gezeigte Vorrichtung unter Verwendung von Silangas (SiH₄) und Wasserstoffgas (H₂) auf einem Glassubstrat abgeschieden wird. Die Plasma-Elektrode 30 der Plasma-CVD-Vorrichtung, die in diesem Beispiel verwendet wird, hat in Flächenansicht eine Größe von 1,2 × 1,5 Meter. Darüber hinaus sind die Wärmeübertragungssäulen 27, die einen Durchmesser von 15 Millimeter haben, in einem Abstand von 40 Millimeter im Gasdiffusionsraum DS angeordnet.
• Ein Glassubstrat 7 (Dicke: 4 Millimeter) mit einer Größe von 1400 × 1100 Millimeter wurde in einer luftleeren Schichtausbildungskammer 10 auf dem Tisch 20 angeordnet und die Temperatur des Substrats durch eine (nicht gezeigte) Heizvorrichtung bis auf 200°C erhöht. Anschließend wurde der Tisch 20 so eingestellt, dass ein Abstand zwischen der Gassprühplatte 23 und dem Glassubstrat 5 Millimeter betrug.
• In diesem Zustand wurde SiH₄-Gas und H₂-Gas der ersten Prozessgaseinleitungsöffnung 1a mit einer Strömungsrate von 1 Normliter pro Minute bzw. 50 Normliter pro Minute zugeführt. Das zugeführte Prozessgas wurde in den Gasdiffusionsraum DS eingeleitet und aus den Gasausleitungsöffnungen 23a in der Gassprühplatte 23 über die Gasverteilungsöffnungen 25a in die Schichtausbildungskammer 10 eingespeist.
• Als Nächstes wurde das Gas aus der Abgasöffnung 5a durch eine (nicht gezeigte) Absaugpumpe abgezogen, so dass der Gasdruck in der Schichtausbildungskammer 10 1000 Pascal betrug. Nachdem sich der Gasdruck stabilisiert hatte, wurde Hochfrequenzenergie von 13,56 Megahertz zugeführt, um ein SiH₄/H₂-Mischplasma in einem Raum zwischen der Plasma-Elektrode 30 und dem Glassubstrat zu erzeugen. Die zugeführte Hochfrequenzenergie betrug 12 Kilowatt (Energiedichte = ca. 0,67 W/cm²), und es erfolgte eine 50-minütige Schichtausbildung.
• Nachdem die Schichtausbildung unter dieser Bedingung erfolgt war, war eine Siliciumdünnschicht mit einer Schichtdicke von 2 Mikrometer und einer ebeneninternen Gleichmäßigkeit mit einer Schichtdicke von ±8% abgeschieden, und somit war eine gleichmäßige Schichtausbildung mit einer zweckmäßigen großflächigen Substratgröße ermöglicht worden. Ferner betrug ein Mittelwert eines Intensitätsverhältnisses Ic/Ia einer Spitze Ic kristallinen Siliciums in 520 cm^–1 zu einer Spitze Ia amorphen Siliciums in 480 cm^–1 gemessen durch eine Roman-Spektroskopie 7,4 und die ebeneninterne Gleichmäßigkeit ±10%. Dementsprechend wurde eine ausgezeichnete mikrokristalline Siliciumdünnschicht gleichmäßig erhalten.
• Ein Temperaturanstieg der Gassprühplatte 23 wurde in einem Schichtausbildungszustand unter Verwendung eines LWL-Thermometers von einer Rückflächenseite der Gassprühplatte 23, d. h. von der Seite des Gasdiffusionsraums DS her gemessen. Im Ergebnis stieg, als die Temperatur des im Strömungskanal 21b umzuwälzenden Kühlmittels auf 20°C eingestellt war, die Temperatur an der Rückseite der Sprühplatte auf 33°C und erreichte ein Gleichgewicht. Der Temperaturanstieg während der Schichtausbildung betrug 13°C, und so lässt sich verstehen, dass die Gassprühplatte 23 durch Optimieren des Durchmessers und der Anzahl der Wärmeübertragungssäulen 27, die zum Kühlen der Gassprühplatte 23 erforderlich sind, gemäß dem Verfahren in der vorliegenden Ausführungsform ausreichend abgekühlt wurde.
• Die Dicke der vorstehend beschriebenen mikrokristallinen Siliciumdünnschicht und die Gleichmäßigkeit der Schichtgüte können erzielt werden, weil eine optimale Anordnung der Gasausleitungsöffnungen 23a, die erforderlich ist, um eine Gleichmäßigkeit und Optimierung der Auslegung der zum Kühlen der Gassprühplatte 23 erforderlichen Wärmeübertragungssäulen 27 sicherzustellen, gemäß dem Verfahren der vorliegenden Ausführungsform mühelos und gleichzeitig durchgeführt werden kann.
• Weil die vorstehend beschriebene Plasma-CVD-Vorrichtung zum Herstellen einer Halbleiterschicht wie etwa einer Siliciumschicht verwendet wird, wird die ebeneninterne Gleichmäßigkeit einer Schicht ausgezeichnet, die unter einer Bedingung ausgebildet wird, dass ein Abstand zwischen der Gassprühplatte 23 und einem Glassubstrat nur 10 Millimeter oder weniger beträgt. Darüber hinaus ist eine Verformung der Gassprühplatte 23 gering und die ebeneninterne Gleichmäßigkeit der Schicht ausgezeichnet, selbst unter einer Bedingung, dass die Schichtausbildung unter Anlegung einer großen Energie erfolgt, so dass eine mittlere Dichte von Hochfrequenzenergie auf der Oberfläche der Gassprühplatte 23 gleich oder mehr als 0,5 W/cm² beträgt. Dementsprechend kann eine Halbleiterschicht mit ausgezeichneter Gleichmäßigkeit mit einer hohen Geschwindigkeit auf einem großen Substrat mit einer Fläche von 1 Quadratmeter oder mehr, zum Beispiel mit einer Seitenlänge von 1 Meter oder mehr ausgebildet werden, wodurch eine ausgezeichnete Produktivität erzielt wird.
• Dritte Ausführungsform
• 4 ist eine Schnittansicht, die einen Teil eines schematischen Aufbaus einer Plasma-Elektrode nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, 5 ist eine Schnittansicht eines Teils der in 4 gezeigten Plasma-Elektrode in einem vergrößerten Maßstab, und 6 ist eine in ihre Einzelteile zerlegte Schnittansicht der in 5 gezeigten Plasma-Elektrode. Wie in 4 bis 6 gezeigt ist, ist in der dritten Ausführungsform eine Befestigung S1', die die Wärmeübertragungssäule 27 und die Gassprühplatte 23 aneinander befestigt, so angebracht, dass die Befestigung S1' tiefer liegt als eine Sprühplattenoberfläche (eine Oberfläche, auf der Plasma erzeugt wird), und ein Deckel (eine Abdeckung) F1 ist daran angebracht, um die Sprühplattenoberfläche eben zu machen.
• Die Gassprühplatte 23 ist an den Wärmeübertragungssäulen 27 durch die Befestigung S1' (eine Schraube oder einen Schraubenbolzen), die von der Seite des Tischs 20 (einer Plasmaoberflächenseite) aus angezogen oder gelöst werden kann, so angebracht, dass die Gassprühplatte 23 mühelos ausgetauscht werden kann.
• Eine Durchgangsöffnung 71 mit einer Gegenbohrung 70 ist in der Gassprühplatte 23 so vorgesehen, dass die Befestigung S1' von der Oberfläche der Gassprühplatte 23 nicht vorsteht, und die Befestigung S1', bei der es sich um eine Schraube mit Kopf handelt, wird von der Plasmaoberflächenseite her darin eingesetzt, dann in eine mit Gewinde versehene Schraubenbohrung 72 auf einer Rückseite in der Wärmeübertragungssäule 27 eingesetzt und angezogen. Um eine ausgezeichnete Wärmeübertragung zu erzielen, werden die jeweiligen Wärmeübertragungssäulen 27 und die Gassprühplatte 23 eng aneinander befestigt, indem die Schraube für jede der Wärmeübertragungssäulen 27 ausreichend fest angezogen wird.
• In der ersten Ausführungsform ist die Gassprühplatte 23 durch eine Schraube an der Wärmeübertragungssäule 27 angebracht. In der ersten Ausführungsform ist, wie in 2 gezeigt, durch eine Kombination der Befestigung S1', bei der es sich um eine Flachsenkschraube handelt, wobei ein Ende des Kopfs flach ist, und einer Senkbohrung, ein Schraubenkopf im Wesentlichen an die Plasmaoberflächenseite der Gassprühplatte 23 angeglichen, und die Gassprühplatte 23 bietet im Wesentlichen eine plane Fläche.
• Jedoch gibt es Kreuzschlitz- oder Geradschlitzteile an einer Schraube zum Anbringen, um die Schraube durch Eindrehen mit einem Schraubendreher anzubringen. Eine Größe von ca. M5 wird für die Schrauben verwendet, um die Gassprühplatte 23 der CVD-Vorrichtung, die eine Schicht auf einem „metergroßen” Substrat ausbildet, an den Wärmeübertragungssäulen 27 zu befestigen. Deshalb liegt die Tiefe des vertieften Teils im Allgemeinen innerhalb von 2 Millimeter, und somit treten die nachstehend beschriebenen Probleme auf.
• Um eine Schraube mit einer ausreichenden Kraft anzuziehen, ist eine Kreuzschlitznut, eine Sechskantbohrung oder eine Schlitznut mit einer bestimmten Größe erforderlich, um mit einem Ende eines Festziehwerkzeugs an einem Schraubenkopf anzugreifen, und es ist schwierig, die Tiefe von vertieften Teilen weniger tief zu machen.
• Wie vorstehend beschrieben, wird in einem Prozess des Hochdruckdepletionsverfahrens der Abstand zwischen dem Tisch 20, auf dem ein zu beschichtendes Substrat angeordnet wird, und der Plasma-Elektrode 30 auf einen schmalen Abstand von ca. 10 Millimeter eingestellt. Im Ergebnis beträgt ein Vertiefungsbetrag der Schraube im Hinblick auf den Sollabstand zwischen der Gassprühplatte 23 und dem Tisch 20 ungefähr mehrere zehn Prozent, und somit ist die mit Plasma in Berührung kommende Plasma-Elektrodenoberfläche nicht plan und Unregelmäßigkeiten sind entstanden. Deshalb besteht eine Differenz in einem praktischen Abstand vom Tisch 20 zur Plasma-Elektrode 30 in einer Ebene der Gassprühplatte 23 gesehen. Die Unregelmäßigkeiten beeinträchtigen die Entstehung von Plasma, und zum Beispiel nimmt eine Plasmadichte zwischen einer Stelle mit der Schraube und einer Stelle ohne die Schraube zu oder ab, wodurch eine Differenz verursacht wird.
• Um dieses Problem zu lösen, wird, wie in 4 bis 6 gezeigt, die Befestigung S1', die die Gassprühplatte 23 an der Wärmeübertragungssäule 27 befestigt, tiefer als die Sprühplattenoberfläche eingelassen und montiert. Um die Befestigung S1', bei der es sich um eine Schraube handelt, einzulassen und zu montieren, ist die Gegenbohrung 70 in der Gassprühplatte 23 vorgesehen. Nach dem Montieren der Befestigung S1', bei der es sich um eine Schraube handelt, wird der Deckel F1 an der Gegenbohrung 70 angebracht. In diesem Fall ist die Tiefe der Gegenbohrung 70 gleich eingestellt wie die Dicke des Deckels F1, um keine Unregelmäßigkeiten auf der Sprühplattenoberfläche entstehen zu lassen. Der Deckel F1 wird mittels eines an der Gassprühplatte 23 vorgesehenen Schraubengewindes befestigt. Es ist keine besondere Stärke zum Montieren und Befestigen des Deckels F1 vonnöten; wenn jedoch ein leicht vertiefter Abschnitt 73 von 1 Millimeter oder weniger am Deckel F1 vorgesehen ist, kann der Deckel F1 zuverlässig in die Gassprühplatte 23 eingeschraubt und daran befestigt werden.
• Der Deckel F1 braucht im Unterschied zur Befestigung S1', die die Gassprühplatte 23 und die Wärmeübertragungssäule 27 gegenseitig festzieht, nicht mit einer starken Kraft angezogen zu werden. Deshalb kann eine Gewindeschraubenbohrung und eine Gewindenut, die beim Anbringen und lösen des Deckels F1 verwendet werden sollen, so klein wie der leicht vertiefte Abschnitt 73 sein. Wenn der Deckel F1 durch Drehen der Befestigung S1' mit einer Oberflächenreibungskraft angebracht und gelöst werden kann, kann der vertiefte Abschnitt 73 weggelassen werden. Das Material des Deckels F1 ist nicht besonders festgeschrieben; es sollte jedoch dasselbe Material wie das der Gassprühplatte 23 verwendet werden.
• Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau können die Gassprühplatte 23 und die Wärmeübertragungssäule 27 mit einer ausreichenden Kraft angezogen werden, und es kann eine plane Oberfläche ohne irgendwelche Unregelmäßigkeiten als die Oberfläche der Gassprühplatte 23 erhalten werden, die mit Plasma in Berührung kommt, wodurch die Gleichmäßigkeit des Plasmas verbessert wird.
• Wenn darüber hinaus, wie in 2 gezeigt, der Kopf der Befestigung S1 auf der Plasmaoberfläche freiliegt, sollte dasselbe Material für die Befestigung S1 verwendet werden wie für die Gassprühplatte 23. Weil jedoch in der dritten Ausführungsform der Kopf des Befestigung S1' vollständig abgedeckt ist, kann ohne Problem ein anderes Material als das für die Gassprühplatte 23 verwendet werden.
• Wenn die Gassprühplatte 23 zum Beispiel aus Aluminium oder einer Legierung von diesem hergestellt ist, kann eine Schraube aus rostfreiem Stahl oder Kupferlegierung verwendet werden, der/die härter ist als Aluminium oder eine Legierung von diesem. In diesem Fall ist es stärker vorzuziehen, sich eines Schraubengewindeeinsatzes zu bedienen, der zum Beispiel aus rostfreiem Stahl oder einer Kupferlegierung hergestellt ist, wie etwa einen spiralförmigen Einsatz, der in die Gewindeschraubenbohrung 72 in der Wärmeübertragungssäule 27 eingesetzt ist. Sogar wenn ein starkes Anziehen wiederholt mit einer harten Schraube oder Gewindeschraubenbohrung erfolgt, wird ein Schaden an der Schraube geringer.
• Um das Anziehen und Lösen der Schraube zu erleichtern, kann darüber hinaus eine Beschichtung wie ein Festschmierstoff (z. B. Molybdändisulfid) in einer Gewindenut ausgebildet werden. Diese erleichtert die Austauscharbeit für die Gassprühplatte 23, und weil da noch der Deckel F1 ist, kann der Festschmierstoff daran gehindert werden, aus der Gewindenut in die Schichtausbildungskammer 10 einzutreten und die Schichtausbildungskammer 10 zu kontaminieren.
• Vierte Ausführungsform
• In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurde ein Verfahren zum Anbringen der Gassprühplatte 23 an der Wärmeübertragungssäule 27 durch eine Schraube beschrieben. Jedoch kann die Gassprühplatte 23 auch durch eine Mutter an der Wärmeübertragungssäule 27 angebracht werden. 7 ist eine Schnittansicht eines Teils eines schematischen Aufbaus einer Plasma-Elektrode nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 7 ist eine Schraube 81 an einem Ende der Wärmeübertragungssäule 27 auf einer Seite angebracht, auf der die Gassprühplatte 23 montiert ist. Das Montieren und Fixieren der Gassprühplatte 23 erfolgt durch Festziehen einer Mutter 82 an der Schraube 81. Nachdem die Mutter 82 angebracht wurde, wird ein Deckel F2 auf dieselbe Weise wie vorstehend beschrieben angebracht. In diesem Fall ist eine Gegenbohrung 83, die die Mutter 82 und den Deckel F2 aufnimmt, auf der tischseitigen Oberfläche der Gassprühplatte 23 vorgesehen, und die Tiefe der Gegenbohrung 83 ist so eingestellt, dass die Oberfläche des Deckels F2 mit der Oberfläche der Gassprühplatte 23 bündig wird, um keine Unregelmäßigkeiten entstehen zu lassen.
• Die Plasma-CVD-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung wurde vorstehend anhand von als Beispiel dienenden Ausführungsformen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Zum Beispiel kann angemessen ausgewählt werden, ob die Wärmeübertragungssäule einstückig mit der Hauptelektrodeneinheit durch ein Material hergestellt werden soll. Nachdem eine Hauptelektrodeneinheit ohne jegliche Wärmeübertragungssäule oder ein Deckenteil der Hauptelektrodeneinheit und eine Wärmeübertragungssäule separat ausgebildet wurden, kann jede der Wärmeübertragungssäulen am Deckenteil der Hauptelektrodeneinheit zum Beispiel durch eine Befestigung wie etwa eine Schraube angebracht werden.
• Von dem Standpunkt her betrachtet, eine Plasma-Elektrode mit einer hohen Kühlleistung zu erhalten, ist es jedoch vorzuziehen, jede der Wärmeübertragungssäulen einstückig mit der Hauptelektrodeneinheit aus einem Material herzustellen. Wenn jede der Wärmeübertragungssäulen einstückig mit der Hauptelektrodeneinheit aus einem Material hergestellt ist, gibt es keine Kontaktgrenzfläche zwischen den Wärmeübertragungssäulen und der Hauptelektrodeneinheit. Folglich besteht keine Abnahme bei der Wärmeleitfähigkeit an der Kontaktgrenzfläche, wodurch ermöglich wird, mühelos eine Plasma-Elektrode mit einer hohen Kühlleistung zu erhalten. Bei der Anzahl der Wärmeübertragungssäulen und der Anzahl von Gasverteilungsöffnungen in der Gasdiffusionsplatte kann es sich um dieselbe handeln oder die Anzahl von Gasverteilungsöffnungen kann größer sein als diejenige der Wärmeübertragungssäulen.
• Bei den Formen der Hauptelektrodeneinheit und der Gassprühplatte, die die Plasma-Elektrode ausmachen, kann es sich um jede beliebige Form handeln, solange sie nur einen Gasdiffusionsraum zwischen der Hauptelektrodeneinheit und der Gassprühplatte bildet, und eine kann in einer Kastenform und die andere in einer Plattenform ausgebildet sein, oder beide können in einer Kastenform ausgebildet sein. Darüber hinaus kann ein Deckenteil der Hauptelektrodeneinheit auch als Deckplatte einer Schichtausbildungskammer fungieren. Das heißt, die Plasma-CVD-Vorrichtung kann so aufgebaut sein, dass das Deckenteil der Hauptelektrodeneinheit als Deckplatte der Schichtausbildungskammer verwendet wird.
• Die Plasma-CVD-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann von einem horizontalen oder vertikalen Typ sein, und die Auswahl des Typs kann je nach der Anwendung o. dgl. der Plasma-CVD-Vorrichtung angemessen erfolgen. An der vorliegenden Erfindung können verschiedene andere Veränderungen, Abwandlungen und Kombinationen als die vorstehend beschriebenen vorgenommen werden.
• Industrielle Anwendbarkeit
• Die Plasma-CVD-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist als eine Vorrichtung vorzuziehen, die eine Dünnschicht wie etwa eine Siliciumdünnschicht ausbildet, und ist besonders als eine Vorrichtung vorzuziehen, die eine großflächige Dünnschicht auf einmal mit einer hohen Geschwindigkeit ausbildet.
• Bezugszeichenliste

1

obere Platte

1a

erste Prozessgaseinleitungsöffnung

3

Hochfrequenzisolierteil

5

Körper

5a

Abgasöffnung

7

Bodenplatte

9

Abgasrohrverbindungsabschnitt

DS

Gasdiffusionsraum

10

Schichtausbildungskammer

20

Tisch

21

Hauptelektrodeneinheit

21a

zweite Prozessgaseinleitungsöffnung

21b

Strömungskanal für Kühlmittel

23

Gassprühplatte

23a

Gasausleitungsöffnung

25

Gasdiffusionsplatte

25a

Gasverteilungsöffnung

27

Wärmeübertragungssäule

30

Plasma-Elektrode

40

Plasma-CVD-Vorrichtung

50

zu beschichtendes Substrat

60

Hochfrequenzenergiequelle

S1, S1', S2

Befestigung

F1, F2

Deckel

70, 83

Gegenbohrung

71, 84

Durchgangsöffnung

72

mit Gewinde versehene Schraubenbohrung

73

vertiefter Abschnitt

81

Schraube

82

Mutter

Claims (7)

1. Plasma-CVD-Vorrichtung (40), die eine Schichtausbildungskammer (10), einen in der Schichtausbildungskammer angeordneten Tisch (20), um ein zu beschichtendes Substrat (50) darauf anzuordnen, und eine in der Schichtausbildungskammer gegenüber dem Tisch (20) angeordnete Plasma-Elektrode (30) umfasst, wobei die Plasma-Elektrode (30) umfasst eine Hauptelektrodeneinheit (21), die mit einer Prozessgaseinleitungsöffnung (21a) versehen ist, eine Gassprühplatte (23), die mehrere Gasausleitungsöffnungen (23a) umfasst, um Prozessgas zum Tisch (20) hin auszuleiten, und auf der Hauptelektrodeneinheit (21) tischseitig angebracht ist, um einen Gasdiffusionsraum (DS) zwischen der Hauptelektrodeneinheit und der Gassprühplatte zu bilden, eine Gasdiffusionsplatte (25), die mehrere Gasverteilungsöffnungen (25a) aufweist, um das Prozessgas zu verteilen, und gegenüber der Gassprühplatte (23) im Gasdiffusionsraum angeordnet ist, und mehrere Wärmeübertragungssäulen (27), die im Gasdiffusionsraum durch die Gasverteilungsöffnungen (25a) hindurchgehend angeordnet sind, wodurch die Gassprühplatte (23) und die Hauptelektrodeneinheit (21) wärmetechnisch miteinander verbunden sind, wobei ein Zwischenraum zwischen einer Innenwand einer Gasverteilungsöffnung (25a) und einem Umfang einer durch die Gasverteilungsöffnung hindurchgehenden Wärmeübertragungssäule (27) gebildet ist.
2. Plasma-CVD-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Hauptelektrodeneinheit (21) und die Wärmeübertragungssäulen (27) einstückig aus einem Material ausgebildet sind.
3. Plasma-CVD-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Strömungskanal (21b), um ein Kühlmittel zum Kühlen der Hauptelektrodeneinheit (21) umzuwälzen, in der Hauptelektrodeneinheit (21) ausgebildet ist.
4. Plasma-CVD-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wärmeübertragungssäule (27) und die Gassprühplatte (23) durch eine Schraube (S1') befestigt sind, und die Schraube in einer Gegenbohrung (70) versenkt ist, die auf einer tischseitigen Oberfläche der Gassprühplatte (23) vorgesehen und an dieser angebracht ist, und ein Deckel (F1) für die Gegenbohrung vorgesehen ist.
5. Plasma-Elektrode, Folgendes umfassend: eine Hauptelektrodeneinheit (21) mit einer darin ausgebildeten Prozessgaseinleitungsöffnung (21a); eine Gassprühplatte (23), die so gegenüber der Hauptelektrodeneinheit (21) angeordnet ist, dass ein Gasdiffusionsraum (DS) zwischen der Hauptelektrodeneinheit (21) und der Gassprühplatte (23) gebildet ist, und die mehrere Gasausleitungsöffnungen (23a) aufweist, um Prozessgas auszuleiten, das über die Prozessgaseinleitungsöffnung (1a) in den Gasdiffusionsraum einströmt; eine Gasdiffusionsplatte (25), die im Gasdiffusionsraum gegenüber der Gassprühplatte (23) angeordnet ist und mehrere Gasverteilungsöffnungen (25a) zum Verteilen des Prozessgases aufweist; und mehrere Wärmeübertragungssäulen (27), die durch die Gasverteilungsöffnungen (25a) hindurchgehen, um die Gassprühplatte (23) und die Hauptelektrodeneinheit (21) wärmetechnisch miteinander zu verbinden, wobei ein Zwischenraum zwischen einer Innenwand einer Gasverteilungsöffnung (25a) und einem Umfang einer durch die Gasverteilungsöffnung hindurchgehenden Wärmeübertragungssäule (27) gebildet ist.
6. Plasma-Elektrode nach Anspruch 5, wobei eine Gasverteilungsöffnung (25a) und eine Gasausleitungsöffnung (23a) so angeordnet sind, dass sie sich in einer Flächenansicht gesehen nicht überlagern.
7. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterschicht unter Verwendung der Plasma-CVD-Vorrichtung (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Substrat (50) so auf dem Tisch (20) angeordnet wird, dass ein Abstand zwischen der Gassprühplatte (23) und dem Substrat (50) gleich oder weniger als 10 Millimeter beträgt, und eine Siliciumdünnschicht auf dem Substrat abgeschieden wird.

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