JP2001003174A

JP2001003174A - 薄膜の形成方法及び誘導結合型プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JP2001003174A
Application number: JP11210316A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Azuma; 正信東; Yasuyuki Yamamoto; 泰幸山本
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 1999-04-21
Filing date: 1999-07-26
Publication date: 2001-01-09

Abstract

(57)【要約】【課題】厚みムラが無く均一で、欠陥の少ない高品質
のシリコン薄膜を短時間で生産性良く形成することが可
能な誘導結合型プラズマＣＶＤ方法およびそのための誘
導結合型プラズマＣＶＤ装置を提供する。【解決手段】真空状態に維持できる反応チャンバー
と、前記反応チャンバー内に反応ガスを供給する反応ガ
ス供給部と、前記反応チャンバー内に配置され、高周波
電力を印加して反応ガス誘導結合型プラズマを発生させ
る高周波印加コイルと、前記反応チャンバー内におい
て、高周波印加コイルの近傍に配置１又は２以上され、
薄膜がその表面に形成される基材を設置する基材設置部
とを備える誘導結合型プラズマＣＶＤ装置であって、前
記反応チャンバー内に複数の高周波印加コイルが例えば
並列的に、或いは同心円状に配置されているか、又は渦
巻き状の高周波印加コイルが設置されている誘導結合型
プラズマＣＶＤ装置を用いて製膜を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導結合型プラズ
マを用いた薄膜の形成方法、及び誘導結合型プラズマ化
学気相蒸着（ＣＶＤ）装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、非晶質シリコン、微細結晶粒
シリコン、酸化シリコン、窒化シリコンなどの薄膜は、
薄膜トランジスタなどの半導体素子、光電変換素子など
に広範に用いられている。特に、この中でも、非晶質シ
リコンは、高い光導電率及び低い暗導電率などの優れた
電気特性を有し、しかも耐久性が高いため、太陽光発電
などの光電変換素子などに用いられている。

【０００３】このような非晶質シリコン薄膜を形成する
一般的な方法としては、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法、例
えば、高周波プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、電子サイ
クロトン共鳴（ＥＣＲ）法、熱ＣＶＤ法などがある。

【０００４】これらの方法の中でも、容量結合型プラズ
マの一種である高周波プラズマＣＶＤ法が、ダングリン
グボンド（未結合手）等の構造的欠陥の生成を低く抑
え、３次元的なシリコン網目構造を効率的に形成するこ
とが可能であることなどから従来より広く用いられてい
る。

【０００５】この方法は、モノシラン（ＳｉＨ₄）、ジ
シラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）等の原料ガスを希釈用の水素ガスに
同伴させて真空反応チャンバー内に導入するとともに、
真空反応チャンバー内に互いに対向して配置された２つ
の電極間に高周波電力を印加して、高周波電界を発生さ
せて、この電界内で電子を原料ガスの中性分子に衝突さ
せて、高周波プラズマを形成して原料ガスを分解し、一
方の電極上に設置された基材表面にシリコン薄膜を形成
する方法である。

【０００６】この高周波プラズマＣＶＤ法では、プラズ
マ密度が、例えば、１０⁹ｃｍ^-3以下、特に太陽電池素
子が形成される条件でのプラズマ密度は約１０⁷〜約１
０⁸ｃｍ^-3程度と低いことから、シリコン薄膜の形成速
度が遅いため比較的高品質な膜が得られ易い。しかしな
がら、高いガス圧力を必要とするので、気相中での２次
反応によりポリマー状の分解生成物を生成したり、反応
チャンバー内の放電によるチャンバー壁への付着物質に
よる汚染、または電極への付着物質による汚染によって
薄膜品質の低下をきたすおそれがあった。

【０００７】このため、最近では、容量結合型プラズマ
の代わりに、誘導結合型プラズマを利用した誘導結合プ
ラズマＣＶＤ法が用いられるようになっている。この誘
導結合型プラズマ法は、高周波コイル（アンテナ）に高
周波電力を印加して、誘導結合型プラズマを発生させ
て、高周波コイルに対向して配置された基材上に、シリ
コン薄膜を形成する方法である。この誘導結合型プラズ
マ法では、例えば、１０ ¹⁰〜１０¹²ｃｍ^― ³程度の高い
プラズマ密度が得られ、プラズマ発生条件の調整により
有効ラジカル種（ＳｉＨ₃ラジカル）を多く発生させる
ことも可能である。しかも薄膜の成長表面或いは積層時
の界面に悪影響を及ぼすと思われているイオンの発生が
少なく、また、例えば、０．１〜２０ｍＴｏｒｒの低い
圧力で反応を行うことができるようになっている。

【０００８】また、この誘導結合型プラズマＣＶＤの装
置は、従来の容量結合型プラズマＣＶＤ装置とは異な
り、対向電極を使用する必要がないため、装置内部の空
間に自由度がある。このため、例えば、基材ステージに
対向して反応ガス供給ノズルを設置して、反応ガスの有
効利用率を高くすることも可能である。

【０００９】このような誘導結合型プラズマ法を用いた
方法として、特開平１０−２７７６２号公報には、図１
０に示されるように反応チャンバー２００の外部の上部
に渦巻状の高周波コイル２０２を配置し、表面に酸素を
含まないシリコン膜を蒸着した石英材の誘電体窓２０４
を反応チャンバー上部に形成するとともに、この誘電体
窓と基材２０６との間にリング状に形成したガス供給ノ
ズル２０８を備えた誘導結合型プラズマＣＶＤ装置２１
０が開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
誘導結合型プラズマＣＶＤ装置では、反応チャンバー外
部に高周波コイルを配設して、誘電体窓を介して高周波
を誘導しているために、反応圧力を、例えば７×１０^―
²Ｔｏｒｒと比較的高くしなければ高周波を誘導できな
いため、プラズマ中にガスミスト（パウダー）が発生し
やすく、その結果、基材表面のシリコン薄膜に不純物が
混入してしまい、均一で、欠陥の少ない高品質のシリコ
ン薄膜を形成するにはまだまだ不十分であった。

【００１１】また、この場合、反応チャンバー外部に高
周波コイルを配設して、誘電体窓を介して高周波を誘導
しているために、高周波の伝達が良好ではなく、基材表
面への析出速度が遅く、生産効率が良好ではなかった。

【００１２】このため、「Low Temperature Growth of
Amorphous and Polycrystalline Silicon Films from a
Modified Inductively Coupled Plasma」, M.Goto等,
Jpn.J. Appl. Phys. Vol. 36 (1997), pp.3714-3720に
は、誘導結合型プラズマＣＶＤ方法において、反応チャ
ンバー内部に高周波コイル（ＲＦアンテナ）を配設し
て、低い反応圧力、低電圧で安定なプラズマを発生する
ことの可能な内部励起型の誘導結合型プラズマＣＶＤ装
置が提案されている。

【００１３】しかしながら、本発明者等の検討によれ
ば、誘導結合型プラズマＣＶＤ法は、もともと製膜速度
が速く、大面積に膜を形成できるという特徴があるもの
の、製膜面積を大きくしようとする場合、高周波印加用
コイル径を単に大きくするだけでは、基材上に形成され
る薄膜の厚みむらが生じてくることが分かった。即ち、
コイルセンター付近に対応する位置の基材上に形成され
る膜の厚みが薄くなる傾向が見られた。この厚みむらは
薄膜トランジスターや光起電力素子を形成した場合、性
能のばらつきの原因となるため信頼性の低下につながる
ため好ましいものではない。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、このよう
な実状に鑑みて、大面積の膜を形成する場合において
も、厚みムラが少なく、素子性能のばらつきを低く抑え
ることが可能な誘導結合型プラズマＣＶＤ装置、及び該
装置を用いた薄膜の形成方法を提供することを目的とし
て鋭意検討を行った。

【００１５】その結果、このような内部励起型の誘導結
合型プラズマＣＶＤ方法において、通常用いるよりも小
さな径の高周波コイルを用いて、小面積の薄膜を作製し
たところ、そのときには厚みムラがなくしかも高速で薄
膜が形成されるという知見を得た。そして、該知見に基
づき、さらに検討を行ったところ、特定のコイルを用い
た場合、或いは特定のコイル配置を採った場合には上記
厚みムラを防止できるばかりでなく、良好な薄膜を形成
するための基板の設置場所に対する制約が大幅に緩和さ
れることを見出し、本発明を完成するに至った。

【００１６】即ち、第一の本発明は、真空状態に維持で
きる反応チャンバーと、前記反応チャンバー内に反応ガ
スを供給する反応ガス供給部と、前記反応チャンバー内
に配置され、高周波電力を印加して反応ガス誘導結合型
プラズマを発生させる高周波印加コイルと、前記反応チ
ャンバー内において、高周波印加コイルの近傍に１又は
２以上配置され、薄膜がその表面に形成される基材を設
置する基材設置部とを備える誘導結合型プラズマＣＶＤ
装置であって、前記反応チャンバー内に高周波印加コイ
ルが複数配置されていることを特徴とする誘導結合型プ
ラズマＣＶＤ装置である。

【００１７】上記の誘導結合型プラズマＣＶＤ装置にお
いて、反応チャンバー内に複数の高周波印加コイルを配
置する具体的態様としては、(i)コイル径３〜３０ｃｍ
の高周波印加コイルを並列に配置する態様、(ii)チャン
バー内にコイル径３〜２００ｃｍの複数の高周波印加コ
イルを実質的に同心円状に配置する態様、(iii)最外径
が１０〜２００ｃｍの渦巻き状のコイルを複数並列に配
置する態様等が挙げられる。

【００１８】なお、上記本発明の誘導結合型プラズマＣ
ＶＤ装置において、基材設置部は必ずしも高周波印加コ
イルと対向して設置される必要はなく、該コイルの近傍
であればどこに設置してもよい。ここで、コイルの近傍
とは、発生したプラズマと接触が可能な範囲内であるこ
とを意味する。このため、例えばコイルを挟んで共にコ
イルに対向するように基板を設置する（別な表現をすれ
ば、２つの基板を平行に配置し、両基板の間にこれら基
板と平行になるようにコイルが配置されている）ことに
より、同時に２枚の薄膜を形成させることも可能であ
る。この点は、以下に説明する他の本発明についても同
様である。

【００１９】また、第二の本発明は、真空状態に維持で
きる反応チャンバーと、前記反応チャンバー内に反応ガ
スを供給する反応ガス供給部と、前記反応チャンバー内
に配置され、高周波電力を印加して反応ガス誘導結合型
プラズマを発生させる高周波印加コイルと、前記反応チ
ャンバー内において、高周波印加コイルの近傍に１又は
２以上配置され、薄膜がその表面に形成される基材を設
置する基材設置部とを備える誘導結合型プラズマＣＶＤ
装置であって、前記高周波印加コイルが渦巻き状である
ことを特徴とする誘導結合型プラズマＣＶＤ装置であ
る。

【００２０】上記第二の本発明の誘導結合型プラズマＣ
ＶＤ装置においては、反応チャンバー内に設置する高周
波コイルの数が１つであっても、前記第一の誘導結合型
プラズマＣＶＤ装置と同様に大面積の薄膜を厚さムラ無
く、高速形成することが可能である。

【００２１】さらに、第三の本発明は、真空状態に維持
された反応チャンバー内に、反応ガスを供給するととも
に、反応チャンバー内に配置された複数の高周波印加コ
イルに高周波電力を印加することにより、反応ガス誘導
結合型プラズマを発生させて、前記複数の高周波印加コ
イルの近傍に１又は２以上配置された基材表面上に化学
気相蒸着膜を堆積させて薄膜を形成することを特徴とす
る薄膜の形成方法であり、第四の本発明は、真空状態に
維持された反応チャンバー内に、反応ガスを供給すると
ともに、反応チャンバー内に配置された渦巻き状の高周
波印加コイルに高周波電力を印加することにより、反応
ガス誘導結合型プラズマを発生させて、前記渦巻き状の
高周波印加コイルの近傍に１又は２以上配置された基材
表面上に化学気相蒸着膜を堆積させて薄膜を形成するこ
とを特徴とする薄膜の形成方法である。

【００２２】上記第三及び第四の本発明は、それぞれ、
第一及び第二の本発明の誘導結合型プラズマＣＶＤ装置
を用いることにより実施されるものであり、これら方法
によれば、位置によって厚みムラのない均一性の高い薄
膜の高速形成が可能となる。

【００２３】この様な優れた効果が発現する理由は、今
のところ明らかではないが、反応ガスの分解は高周波印
加コイル近傍で最も効率よく行われると考えられること
から、コイルを複数設置したり、渦巻き状とすることに
より実質的にコイル表面積が大きくなった結果、効率よ
く均一なプラズマを発生させることが可能になったため
と本発明者らは推定している。また、基材の設置個所に
対する制約が大幅に緩和されたのも均一なプラズマが得
られるようになったためであると考えられる。

【００２４】なお、本発明の誘導結合型プラズマＣＶＤ
装置は、反応チャンバー内に高周波印加コイルが設置さ
れているので、高周波電力を印加することによって、反
応チャンバー内に供給する反応ガスとともに生じる誘導
結合型プラズマの発生効率が良好となるとともに、その
反応ガスの反応圧力を低くすることができる。

【００２５】そのため、本発明の薄膜の形成方法では、
プラズマ中にガスミスト（パウダー）が発生しにくく、
薄膜に不純物が混入することがなく、均一で、欠陥の少
ない高品質の薄膜を形成できるとともに、電子密度が１
０¹⁰〜１０¹²ｃｍ^-3程度と高いため、原料ガスの分解率
が向上し、基材表面への析出速度が速くなり、生産効率
が向上する。

【００２６】また、本発明の薄膜の形成方法では、反応
ガスとしてシリコン系のガスを用いた場合には、シリコ
ン薄膜を形成することができるが、このときにＳｉＨ_X
Ｃｌ₄ _-X（但し、Ｘは０〜３の整数である。）を含むガ
ス、特にジクロロシランガスを用いた場合には、特開平
６−３２６０４３号公報に示されているのと同様に耐光
劣化特性が高く、長時間光電特性を保持できるなど光に
対する安定性の高いシリコン薄膜を形成することが可能
となる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の誘導結合型プラズマＣＶＤ装置（以下、単に「本ＣＶ
Ｄ装置」とも言う。）について更に詳しく説明する。図
１は、本発明の誘導結合型プラズマＣＶＤ装置のうち、
複数の高周波印加コイルが並列的に配置されたものの概
略図である。

【００２８】図１に示す誘導結合型プラズマＣＶＤ装置
１０は、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼など
から構成され、真空状態に維持される円筒形の反応チャ
ンバー１２を備えており、反応チャンバー１２の底壁１
６に形成された排気口１３を介して、真空ポンプなどの
真空源に接続することによって、一定の真空状態に維持
されるようになっている。

【００２９】また、その内部には、表面にシリコン薄膜
等の薄膜を蒸着する基材Ａを設置する基材設置部を構成
するステージ１４が配置されている。このステージ１４
は、反応チャンバー１２の底壁１６を貫通して、図示し
ない駆動機構によって上下に摺動可能に構成され、位置
調整可能となっているとともに、図示しない、例えばシ
ーズヒータなどの加熱機構によって、基材Ａを加熱する
ことができるようになっている。なお、図示しないが、
ステージ１４と底壁１６との間の摺動部分には、反応チ
ャンバー１２内の真空度を確保するために、シールリン
グなどのシール部材が配設されている。

【００３０】一方、反応チャンバー１２内の上方には、
複数のリング形状の高周波印加コイル１８（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）が設けられており、その基端部
分２０（ａ）、２０（ｂ）、２０（ｃ）、２０（ｄ）及
び２２（ａ）、２２（ｂ）、２２（ｃ）、２２（ｄ）
が、反応チャンバー１２の頂壁を貫通して、それぞれ反
応チャンバー１２外部に設けられた高周波電源２４
（ａ）〜（ｄ）に接続されている。この高周波印加コイ
ル１８と高周波電源２４の間には図示しないマッチング
回路が配設されており、各高周波電源２４により発生し
た高周波を損失なく各高周波印加コイル１８へ伝播でき
るようになっている。

【００３１】この高周波印加コイル１８の径は３〜３０
ｃｍ、好適には５〜２０ｃｍである。このようなコイル
径であれば、各コイルの中心部付近において薄膜の厚さ
が薄くなくことを避けることが出来、しかも製膜速度を
速くすることが出来る。

【００３２】高周波印加コイルの配置の仕方は、並列に
配置する以外は特に限定されないが、効果の点から、隣
り合った高周波印可コイルどうしの間隔は廣くない方が
好ましく、出来るだけ密に配置するのが望ましい。

【００３３】また、上記各高周波印加コイル１８（ａ）
〜（ｄ）は、例えば図２に示したように、断面円形状で
中空構造となっており、隔壁２６を隔てて上部に熱媒通
路２８が形成されており、この熱媒通路２８に、熱媒源
３０（図１には示していない。）から、例えば、シリコ
ンオイルなどの熱媒を流通させることにより、高周波印
加コイル１８の温度を制御できるようになっている。

【００３４】また、高周波印加コイル１８には、隔壁２
６を隔ててその下部には、反応ガス供給経路３２が形成
されており、反応ガス供給源２７（図１には示していな
い。）から、例えば、モノシラン（ＳｉＨ₄）、ジシラ
ン（Ｓｉ₂Ｈ₆）等の原料ガスをそのまま、或いは水素、
ヘリウム、アルゴン、キセノン等の希釈用のガスと混合
して、この反応ガス供給経路３２を介して、高周波印加
コイル１８の下端に、そのリング形状に沿って一定間隔
離して形成された反応ガス供給口３４より反応ガスを反
応チャンバー１２内に供給するようになっている。これ
によって、高周波印加コイル１８に印加された高周波に
よって、誘導結合型プラズマを発生させて、基材表面に
シリコン薄膜を析出形成するようになっている。

【００３５】このように、高周波印加コイル１８の内部
に反応ガスの供給経路３２を形成することによって、従
来のように別途、反応ガス供給用ノズルを設けた場合に
比較して、不要なシリコン薄膜が形成する箇所が少なく
なるので、剥がれ落ちたシリコン薄膜による不純物汚染
が少なくなり、均質で高品質なシリコン薄膜を基材表面
に形成することが可能となる（単に形成される薄膜の厚
さムラをなくすという目的だけであれば、別途反応ガス
供給ノズルを設けてもよいことは勿論である）。

【００３６】なお、この高周波コイル１８の材質として
は、金属製、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス
鋼、銅、アルミニウムなどの加工しやすい材質から選択
すれば良く、特に限定されるものではない。また、高周
波コイル１８の表面は、アルミナ、窒化アルミニウム等
の絶縁体で被覆されていてもよい。

【００３７】また、この高周波コイル１８の構造として
は、図３の断面図に示したように、断面円形状の熱媒通
路２８と反応ガス供給経路３２を上下に重ねて上下一体
化した構造とすることによって、より製作が容易とな
る。

【００３８】また、本ＣＶＤ装置の場合には、高周波コ
イル１８の内部に形成した熱媒通路２８内に熱媒を循環
させることによって、高周波コイルの温度制御を行える
ようにしたが、例えば、コイルを加熱する場合において
は、他の加熱手段、例えば、シーズヒータを高周波コイ
ル１８の内部に埋設することによって、高周波コイルを
加熱することも勿論可能である。

【００３９】さらに、反応チャンバー１２の側部には、
図示しないゲートバルブがあり、これを介して、処理す
べき基材Ａを出し入れするための圧力調整室（図示して
いない）に接続されている。

【００４０】このように構成される本発明の誘導結合型
プラズマＣＶＤ装置を用いた誘導結合型プラズマＣＶＤ
方法について、以下に説明する。

【００４１】先ず、真空ポンプなどの真空源を作動する
ことによって、排気口１３を介して排気することによ
り、反応チャンバー１２内を真空状態に維持する。反応
チャンバー１２内を高真空にすることにより、シリコン
膜の不純物元素となる酸素、炭素、窒素等を除去するこ
とができる。この時の圧力は、１×１０^-6Ｔｏｒｒ以下
とするのが好適である。

【００４２】次に、反応チャンバー１２の側部に接続さ
れた圧力調整室（図示しない）内に、処理すべき、例え
ばガラス基板、金属基板などからなる基材Ａを搬入した
後、この圧力調整室内の圧力を反応チャンバー１２内の
圧力と同じ真空度になるように調整する。そして、ゲー
トバルブ（図示しない）を開放して、基材Ａを反応チャ
ンバー１２内のステージ１４の上に載置する。

【００４３】そして、反応チャンバー１２の外部に設け
られた高周波電源２４から高周波印加コイル１８に高周
波を印加するとともに、反応ガス供給源２７から、高周
波印加コイル１８に形成された反応ガス供給経路３２を
介して、反応ガス供給口３４より反応ガスを反応チャン
バー１２内に供給する。これにより、高周波印加コイル
１８に印加された高周波によって、誘導結合型プラズマ
を発生させて、ステージ１４に載置された基材Ａの表面
にシリコン薄膜を析出形成するようになっている。

【００４４】なお、この際の反応チャンバー１２内の圧
力（反応圧力）は、好ましくは０．３〜１００ｍＴｏｒ
ｒ、より好ましくは５〜３０ｍＴｏｒｒとするのが望ま
しい。このような圧力に制御することによって、プラズ
マ中にガスミスト（パウダー）の発生を防止し、均一
で、欠陥の少ない高品質のシリコン薄膜を形成すること
ができる。

【００４５】この際、高周波印加コイル１８に形成され
た熱媒通路２８に熱媒源３０から、熱媒を流通させるこ
とにより、高周波印加コイル１８を加熱するようになっ
ている。この加熱温度としては、高周波印加コイル１８
表面に形成される不要なシリコン薄膜が緻密な膜とな
り、高周波印加コイル表面から剥離しにくくするよう
に、好ましくは、１５０〜３００℃、さらに好ましく
は、２００〜２５０℃とするのが望ましく、これにより
均一、均質で高品質なシリコン薄膜を基材表面に形成す
ることが可能となる。なお、この場合の熱媒としては、
例えば、シリコンオイルが使用可能であるが、水蒸気等
のその他の熱媒であっても良く、特に限定されるもので
はない。

【００４６】この場合、高周波電力としては、１０Ｗ〜
３ＫＷであり、高周波の周波数としてはマッチング回路
での調整を考慮すれば、５ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの高周
波とするのが好ましく、さらに好ましくは、１０ＭＨｚ
〜１００ＭＨｚとするのが望ましい。

【００４７】また、反応チャンバー１２内に導入する反
応ガスとしては、例えばシリコン薄膜を形成する場合、
モノシラン（ＳｉＨ₄）、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）等、或
いは、これらの反応ガスに水素、アルゴン、ヘリウム、
ネオン、キセノン等の希釈用ガスを同伴した反応ガスが
使用可能である。さらに、耐光劣化性が高く、長時間光
電特性を保持できるなど光に対する安定性の高いシリコ
ン薄膜を形成するためには、ＳｉＨ_XＣｌ_4-X（但し、Ｘ
は０〜３の整数である。）で表されるような塩素原子を
含むシランガスを希釈用の水素ガスと同伴させて、反応
ガスとして用いることが望ましい。特に、ジクロロシラ
ン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂）は、その沸点が約１０℃であるため
にその取扱いが容易であるので、塩素原子を含むシラン
ガスとしては、これを用いるのが好ましい。

【００４８】反応ガス及び希釈ガスの導入量としては、
反応ガスを単独で反応チャンバー内に導入する場合と、
希釈ガスと同伴させて反応チャンバー内へ導入する場合
とでは異なるが、２０オングストローム毎秒以上の析出
速度が得られるということを考慮すれば、総導入量とし
て３０ｃｃ／分〜３０００ｃｃ／分となるようにするの
が好ましい。また、反応ガスと希釈ガスとの混合比率は
特に限定されるものではないが、反応ガスに対する希釈
ガスの流量比（希釈ガス／反応ガス）が１０を越えると
シリコン膜の構造に変化が見られる。この希釈ガスの流
量比が１０より小さい場合には、アモルファスシリコン
の析出が支配的であり、１０以上になると結晶質のシリ
コン膜の析出が支配的となる。しかしながら、シリコン
膜の構造変化は、その他の析出条件、すなわち、高周波
電力、基材温度などとも大きく関係するので、一義的に
流量比のみで規定することは困難である。一般的には、
高周波電力が高いほど、希釈率が高いほど、さらに、基
材温度が高いほど結晶質シリコン薄膜の析出が優勢とな
る。

【００４９】また、基材Ａと高周波コイル１８との間の
距離（Ｌ）としては、主たる堆積前駆体と考えられるＳ
ｉＨ₃中性ラジカルの寿命を考慮すれば、８ｃｍ〜３０
ｃｍの範囲とするのが望ましく、ステージ１４を上下に
摺動させることによって位置調整すればよい。

【００５０】さらに、基材Ａは、ステージ１４に設けら
れた加熱装置によって、高品質なシリコン薄膜が析出し
やすいように、約２００〜約２５０℃に加熱するのが好
適である。

【００５１】このようにすることによって、高周波印加
コイル１８に印加された高周波によって発生した誘導結
合型プラズマによって、ステージ１４に載置された基材
Ａの表面にシリコン薄膜が析出形成される。

【００５２】なお、この薄膜形成の時間は、基材の用途
及び装置の形態にもよるが、複数の高周波印加コイルを
使用した場合には、例えば、シリコン薄膜の膜厚が２０
００〜８０００オングストロームとなるように、２０〜
８０秒程度反応処理すればよい。

【００５３】図４は、別の態様の本発明の誘導結合型プ
ラズマＣＶＤ装置を示す概略図である。図４に示す本Ｃ
ＶＤ装置は、高周波印加コイル１８が同心円状に配置さ
ることが異なる以外は、図１に示す本ＣＶＤ装置と同様
な構成である。そのため、図４において図１と同じ構成
部材には同じ参照番号を付し、高周波印加コイルの１８
以外に付いてはその詳細な説明を省略する。

【００５４】図４には、径の異なる３個の高周波印加コ
イルを同心円状に配置した例を示したが、最大高周波印
加コイルの径を大きくし、内側に配置するコイルの数を
増やすことにより、製膜面積をより大きくすることが出
来る。この時、同心円状の各コイルの間隔は等間隔であ
るのが好ましい。また、同心円状に配置されたコイル群
を複数設けてもよいことは勿論である。

【００５５】なお、図４に示す本ＣＶＤ装置を用いた薄
膜の形成も、図１に示した本ＣＶＤ装置を用いたときと
同様にして行うことが出来る。

【００５６】また、図５は、別の態様の本発明の誘導結
合型プラズマＣＶＤ装置を示す概略図である。図５に示
す本ＣＶＤ装置は、渦巻き状の高周波印加コイル１８が
一つ配置されていることが異なる以外は、図１に示す本
ＣＶＤ装置と同様な構成である。そのため、図５におい
て図１と同じ構成部材には同じ参照番号を付し、高周波
印加コイルの１８以外に付いてはその詳細な説明を省略
する。

【００５７】該ＣＶＤ装置においては、高周波印加コイ
ル１８が渦巻き状であるため、特に複数のコイルを用い
なくとも本発明の効果を得ることができる。該渦巻き状
の高周波印加コイルにおいては、最外径の大きさに応じ
て、任意の大きさの薄膜を形成することが出来るが、薄
膜の厚さムラをなくすためには、渦巻きの巻数は多い方
が好ましい。

【００５８】なお、図５に示す本ＣＶＤ装置を用いた薄
膜の形成も、図１に示した本ＣＶＤ装置を用いたときと
同様に行うことが出来る。

【００５９】また、図６は、別の態様の本発明の誘導結
合型プラズマＣＶＤ装置を示す概略図である。図６に示
す本ＣＶＤ装置は、基材を設置するための基材ステージ
１４が２台配置されていることが異なる以外は、図１に
示す本ＣＶＤ装置と同様な構成である。そのため、図６
において図１と同じ構成部材には同じ番号を付し、その
説明を省略する。該ＣＶＤ装置は、薄膜の析出が基材に
囲まれた空間内で起こるため、反応容器壁に膜が付着す
ることを著しく抑制させることが出来る。また、一度の
反応により基材の数だけ膜の析出が可能となり、生産効
率の点でも優れる。

【００６０】図７は、連続操業可能な本発明の誘導結合
型プラズマＣＶＤ装置の全体概略図である。図８にはそ
の一部が拡大して示されており、該図のＶＩＩＩ−ＶＩ
ＩＩ線での断面が図９に示されている。

【００６１】この装置は、連続して操業可能ないわゆる
「ロール・ツー・ロール方式」のＣＶＤ装置を示してい
る。

【００６２】このＣＶＤ装置は、帯状に形成された基材
Ｂを連続的に処理するための装置であって、図７に示し
たように、基材Ｂは、繰出しチャンバー１０１から、連
接して形成された複数のＣＶＤ処理チャンバー１０２〜
１０６を通過して、巻き取りチャンバー１０７にて巻き
取られるようになっている。なお、それぞれのチャンバ
ーとの間には、ゲート装置１０９が設けられている。

【００６３】繰出しチャンバー１０１内に配設された繰
出しローラ１１０にロール状に巻装された基材Ｂは、保
護フィルム巻き取りローラ１１１によって、その表面の
保護フィルムＣが剥離された後、案内ローラ１１２に案
内され、各ゲート装置１０９を介して、ＣＶＤ処理チャ
ンバー１０２〜１０６を通過する間に、シリコン薄膜が
その表面に形成される。その後、巻き取りチャンバー１
０７内の案内ローラ１１３によって案内され、保護フィ
ルム繰出しローラ１１４から新しい保護フィルムＤが薄
膜形成面に当接され、巻き取りローラ１１５によって巻
き取られるようになっている。

【００６４】この際、繰出しチャンバー１０１、ＣＶＤ
処理チャンバー１０２〜１０６、ならびに巻き取りチャ
ンバー１０７内は、排気手段によって一定の真空状態に
維持されている。また、ゲート装置１０９には、ゲート
ガス供給路１１６によって、各ＣＶＤ装置での反応ガス
などの薄膜形成条件の独立性を維持するために、水素ガ
ス、その他の不活性ガスが供給されるようになってい
る。

【００６５】また、図８に示したように、ゲート装置１
０９、ＣＶＤ処理チャンバー１０２〜１０６内には、マ
グネットローラからなる案内ローラ１１７が配設されて
おり、基材Ｂを案内するようになっている。

【００６６】図８および図９に示したように、ＣＶＤ処
理チャンバー１０２〜１０６内には、その下方に高周波
炉１１８が形成されており、その下端内部に高周波電源
１１９に接続された高周波コイル１２０が設けられてい
る。なお、高周波電源１１９及び高周波コイルの１２０
の配置及び構成は、上述した図１におけるのと同様であ
り、図示しないが各チャンバー内には複数の高周波電源
１１９及び高周波コイルの１２０が配置されており、高
周波コイル１２０の内部には熱媒源に接続された熱媒通
路、反応ガス源に接続された反応ガス供給経路、ガス供
給口が形成されている。

【００６７】なお、これらのＣＶＤ処理チャンバー１０
２〜１０６は、図８に示したように真空ポンプなどの真
空源１２６に接続された排気口１２７を介して一定の真
空状態に維持されている。

【００６８】このように構成することによって、上述し
た図１、図４、図５及び図６に示すＣＶＤ装置を用いた
場合と同様に、均一なシリコン薄膜を基材Ｂの表面に連
続的に形成することが可能となり、その生産効率が向上
する。

【００６９】以上、本発明の誘導結合型プラズマＣＶＤ
方法ならびに誘導結合型プラズマＣＶＤ装置の実施例に
ついてシリコン薄膜を形成する例を中心に説明したが、
他のシリコンゲルマニウム膜（ＳｉＧｅ）、シリコンカ
ーバイド膜（ＳｉＣ）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シ
リコン酸化膜（ＳｉＯ₂）、ダイヤモンドライクカーボ
ン膜（ＤＬＣ）などの薄膜を形成する場合にも適用可能
である。また、縦置き型の装置について説明したが、横
置き型の装置に変更するなど種々変更することが可能で
あることは勿論である。

【００７０】

【実施例】以下、実施例及び比較例をあげて本発明を具
体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定される
ものではない。

【００７１】実施例１図１に示したＣＶＤ装置を用いて、基材（石英ガラス基
板、厚さ：０．５ｍｍ、寸法：１０ｃｍ×１０ｃｍ）基
板をステージにセットした。なお、高周波印加コイル
は、いずれもコイル径１０ｃｍであり、それぞれのコイ
ルの中心間の距離が１５ｃｍとなり、各中心が正四角形
の頂点となる位置に配置した。

【００７２】反応ガスとしてモノシランガス１００％の
純粋ガスを希釈しないで反応チャンバー内へ供給した。
モノシランガスの流量は３０ｃｃ／分とし、反応チャン
バー内の圧力を５ｍＴｏｒｒに維持して、基材ステージ
から１０ｃｍ離した距離に配置した４つの高周波コイル
に、１３．５６ＭＨｚの高周波電源から３００Ｗの出力
で高周波を供給した。この際、高周波印加用コイルと反
応ガス供給ノズルは一体型とした。また、基材は２００
℃に加熱した。５０秒間処理することにより５０００オ
ングストロームのアモルファスシリコン薄膜（本発明品
１）を得た。

【００７３】比較例１実施例１に於いて、反応チャンバー内に設置する高周波
印加コイルを径５０ｃｍのもの１つとする他は実施例１
と同様にして厚さ４０００オングストロームのアモルフ
ァスシリコン薄膜（比較品１）を形成した。

【００７４】実施例２コイル径３０ｃｍ、２０ｃｍ、１０ｃｍの３つの高周波
印加コイルを各コイルの間隔が等間隔となるように同心
円状に配置した他は実施例１と同様にして厚さ４５００
オングストロームのアモルファスシリコン薄膜（本発明
品２）を得た。

【００７５】実施例３最外径、中央径、及び最内径がそれぞれコイル径３０ｃ
ｍ、２０ｃｍ、１０ｃｍの３巻の渦巻き状の高周波印加
コイル１つを用いる他は実施例１と同様にして厚さ３５
００オングストロームのアモルファスシリコン薄膜（本
発明品３）を得た。

【００７６】実施例４図６に示したＣＶＤ装置を用いて、基材（石英ガラス基
板、厚さ：０．５ｍｍ、寸法：１０ｃｍ×１０ｃｍ）基
板をコイルを挟んで対向する２つのステージにセットし
た。なお、高周波印加コイルは、いずれもコイル径１０
ｃｍであり、それぞれのコイルの中心間の距離が１５ｃ
ｍとなり、各中心が正三角形の頂点となる位置に配置し
た。

【００７７】反応ガスとしてモノシランガス１００％の
純粋ガスを希釈しないで反応チャンバー内へ供給した。
モノシランガスの流量は３０ｃｃ／分とし、反応チャン
バー内の圧力を５ｍＴｏｒｒに維持して、基材ステージ
から１０ｃｍ離した距離に配置した３つの高周波コイル
に、１３．５６ＭＨｚの高周波電源から３００Ｗの出力
で高周波を供給した。この際、高周波印加用コイルと反
応ガス供給ノズルは一体型とした。また、基材は２００
℃に加熱した。５０秒間処理することにより４８００オ
ングストロームのアモルファスシリコン薄膜（本発明品
４）を２枚得た。

【００７８】上記で得られた、本発明品１〜３及び比較
品１について膜厚分布を測定した。その結果を下記の表
１に示した。なお、膜厚分布の測定は、分光エリプソメ
ーター「ＤＶＡ−３６ＶＭ」（溝尻光学株式会社製）を
用いた。また、厚みむら比率は、中央部厚みと端部厚み
の差を端部厚みで除した値を％で表したものである。ま
た、実施例４については同時に得られたもう１つの膜に
ついても測定を行ったが、ほぼ同じ結果であった。

【００７９】

【表１】

【００８０】表１の結果から明らかなように本発明によ
り得られた発明品は比較品に比べ膜厚分布が少ないこと
が分かった。

【００８１】

【発明の効果】本発明によれば、基材表面に化学的気相
蒸着膜を形成する際に、膜厚分布の少ないシリコン膜を
高速度で形成することが可能である。また、基材を複数
設置することもできるので、生産性も高く原料の利用効
率も高くすることが出来る。

【００８２】また、反応チャンバー内に配置した高周波
印加コイルにより高周波電力を印加しているので、反応
チャンバー内に供給する反応ガスとともに生じる誘導結
合型プラズマの発生効率が良好となるとともに、その反
応ガスの反応圧力を低くすることができる。

【００８３】さらに、本発明によれば、例えばシリコン
薄膜を製造する場合、反応ガスとしてジクロロシランの
ような一般式ＳｉＨ_XＣｌ_4-X（但し、Ｘは０〜３の整
数）で示される化合物を含むガスを使用することが出来
るので、耐光劣化特性、並びに長時間光電特性を保持で
きるなど光に対する安定性の高いシリコン薄膜を形成す
ることも可能である。

【００８４】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、反応チャンバー内に複数の高周波印
加コイルが並列に配置された本発明の誘導結合型プラズ
マＣＶＤ方法の概略図である。

【図２】図２は、本発明の誘導結合型プラズマＣＶＤ
装置で好適に使用できる高周波印加コイルの断面図であ
る。

【図３】図３は、本発明の誘導結合型プラズマＣＶＤ
装置で好適に使用できる別の高周波印加コイルの断面図
である。

【図４】図４は、反応チャンバー内に複数の高周波印
加コイルが同心円状に配置された本発明の誘導結合型プ
ラズマＣＶＤ装置の概略図である。

【図５】図５は、反応チャンバー内に渦巻き状の１つ
の高周波印加コイルが配置された本発明の誘導結合型プ
ラズマＣＶＤ装置の概略図である。

【図６】図６は、反応チャンバー内に基材を設置する
ためのステージが３台配置された本発明の誘導結合型プ
ラズマＣＶＤ装置の概略図である。

【図７】図７は、連続操業可能な本発明の誘導結合型
プラズマＣＶＤ装置の全体概略図である。

【図８】図８は、図７の一部を拡大して示す図であ
る。

【図９】図９は、図８のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線での断
面図である。

【図１０】図１０は、従来の誘導結合型プラズマＣＶ
Ｄ装置の概略図である。

【符号の説明】１２反応チャンバー１３排気口１４ステージ１６底壁１７側壁１８高周波印加コイル２０、２２基端部分２４高周波電源２６隔壁２７反応ガス供給源２８熱媒通路３０熱媒源３２反応ガス供給経路３４反応ガス供給口１０１繰出しチャンバー１０２〜１０６処理チャンバー１０９ゲート装置１１０繰出しローラ１１１保護フィルム巻き取りローラ１１２、１１３、１１７案内ローラ１１４保護フィルム繰出しローラ１１５巻き取りローラ１１６ゲートガス供給路１１８高周波炉１１９高周波電源１２０高周波コイル１２６真空源１２７排気口

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空状態に維持できる反応チャンバー
と、前記反応チャンバー内に反応ガスを供給する反応ガ
ス供給部と、前記反応チャンバー内に配置され、高周波
電力を印加して反応ガス誘導結合型プラズマを発生させ
る高周波印加コイルと、前記反応チャンバー内におい
て、高周波印加コイルの近傍に１又は２以上配置され、
薄膜がその表面に形成される基材を設置する基材設置部
とを備える誘導結合型プラズマＣＶＤ装置であって、前
記反応チャンバー内に高周波印加コイルが複数配置され
ていることを特徴とする誘導結合型プラズマＣＶＤ装
置。
【請求項２】真空状態に維持できる反応チャンバー
と、前記反応チャンバー内に反応ガスを供給する反応ガ
ス供給部と、前記反応チャンバー内に配置され、高周波
電力を印加して反応ガス誘導結合型プラズマを発生させ
る高周波印加コイルと、前記反応チャンバー内におい
て、高周波印加コイルの近傍に１又は２以上配置され、
薄膜がその表面に形成される基材を設置する基材設置部
とを備える誘導結合型プラズマＣＶＤ装置であって、前
記高周波印加コイルが渦巻き状であることを特徴とする
誘導結合型プラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】真空状態に維持された反応チャンバー内
に、反応ガスを供給するとともに、反応チャンバー内に
配置された複数の高周波印加コイルに高周波電力を印加
することにより、反応ガス誘導結合型プラズマを発生さ
せて、前記複数の高周波印加コイルの近傍に１又は２以
上配置された基材表面上に化学気相蒸着膜を堆積させて
薄膜を形成することを特徴とする薄膜の形成方法。
【請求項４】真空状態に維持された反応チャンバー内
に、反応ガスを供給するとともに、反応チャンバー内に
配置された渦巻き状の高周波印加コイルに高周波電力を
印加することにより、反応ガス誘導結合型プラズマを発
生させて、前記渦巻き状の高周波印加コイルの近傍に１
又は２以上配置された基材表面上に化学気相蒸着膜を堆
積させて薄膜を形成することを特徴とする薄膜の形成方
法。