JP2001279455A - 堆積膜形成方法及び堆積膜形成装置 - Google Patents
堆積膜形成方法及び堆積膜形成装置Info
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/24—Deposition of silicon only
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
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- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
- C23C16/509—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges using internal electrodes
- C23C16/5096—Flat-bed apparatus
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- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32697—Electrostatic control
Abstract
(57)【要約】
【課題】大面積にわたって高品質で優れた均一性を有す
るアモルファスシリコン系堆積膜を、高速で成膜するこ
とが可能な堆積膜形成方法及び堆積膜形成装置を提供す
る。 【解決手段】排気手段を備えた真空容器内に放電電極を
設け、水素ガスおよび少なくともＳｉ元素を含有する堆
積膜の原料ガスを供給し、前記放電電極に高周波電力を
供給して前記原料ガスをブラズマ化し、前記真空容器内
の基板上にプラズマＣＶＤ法により堆積膜を形成する堆
積膜形成方法または装置において、前記真空容器内のプ
ラズマ中に補助電極を配置し、該補助電極に周期的に変
動する電圧を放電を起こすことなく印加し、堆積膜を形
成するように構成する。
るアモルファスシリコン系堆積膜を、高速で成膜するこ
とが可能な堆積膜形成方法及び堆積膜形成装置を提供す
る。 【解決手段】排気手段を備えた真空容器内に放電電極を
設け、水素ガスおよび少なくともＳｉ元素を含有する堆
積膜の原料ガスを供給し、前記放電電極に高周波電力を
供給して前記原料ガスをブラズマ化し、前記真空容器内
の基板上にプラズマＣＶＤ法により堆積膜を形成する堆
積膜形成方法または装置において、前記真空容器内のプ
ラズマ中に補助電極を配置し、該補助電極に周期的に変
動する電圧を放電を起こすことなく印加し、堆積膜を形
成するように構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は堆積膜形成方法及び
堆積膜形成装置に関し、例えばプラズマＣＶＤ法による
薄膜半導体および光起電力素子の成膜方法および成膜装
置に係るものであって、アモルファスシリコンやアモル
ファス合金を用いた太陽電池等の光起電力素子の半導体
薄膜の成膜方法および成膜装置に関するものである。よ
り詳細には、成膜速度を高く維持しながら、大面積に良
質かつ均質なアモルファスシリコン系堆積膜を形成する
ための成膜方法および成膜装置の実現を目指すものであ
る。
堆積膜形成装置に関し、例えばプラズマＣＶＤ法による
薄膜半導体および光起電力素子の成膜方法および成膜装
置に係るものであって、アモルファスシリコンやアモル
ファス合金を用いた太陽電池等の光起電力素子の半導体
薄膜の成膜方法および成膜装置に関するものである。よ
り詳細には、成膜速度を高く維持しながら、大面積に良
質かつ均質なアモルファスシリコン系堆積膜を形成する
ための成膜方法および成膜装置の実現を目指すものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】プラズマＣＶＤ法によって作製されるア
モルファスシリコンは、結晶シリコンや多結晶シリコン
と比較して大面積の半導体デバイスを比較的容易に形成
する事が出来る。そのため、アモルファスシリコン膜
は、大きな面積を必要とする半導体デバイス、具体的に
は、太陽電池、複写機の感光ドラム、ファクシミリのイ
メージセンサー、液晶ディスプレー用の薄膜トランジス
タ等に多く用いられている。
モルファスシリコンは、結晶シリコンや多結晶シリコン
と比較して大面積の半導体デバイスを比較的容易に形成
する事が出来る。そのため、アモルファスシリコン膜
は、大きな面積を必要とする半導体デバイス、具体的に
は、太陽電池、複写機の感光ドラム、ファクシミリのイ
メージセンサー、液晶ディスプレー用の薄膜トランジス
タ等に多く用いられている。
【０００３】アモルファスシリコン膜の形成は、一般に
ＳｉＨ4やＳｉ2Ｈ6等のＳｉを含有する原料ガスを高周
波放電によって分解してプラズマ状態にし、該プラズマ
中に置かれた基板上に成膜するプラズマＣＶＤ法によっ
ている。プラズマＣＶＤ法によって大面積にアモルファ
スシリコン膜を形成する場合、従来、ＲＦ周波数（１
３．５６ＭＨｚ近傍）の高周波が一般に用いられてき
た。しかし、近年、基板が大型化するデバイスの要請を
うけて大面積対応を試みたＣＶＤ装置においては、従来
の小面積対応装置では許容範囲内であった“膜質の不均
一性”という問題が顕在化している。
ＳｉＨ4やＳｉ2Ｈ6等のＳｉを含有する原料ガスを高周
波放電によって分解してプラズマ状態にし、該プラズマ
中に置かれた基板上に成膜するプラズマＣＶＤ法によっ
ている。プラズマＣＶＤ法によって大面積にアモルファ
スシリコン膜を形成する場合、従来、ＲＦ周波数（１
３．５６ＭＨｚ近傍）の高周波が一般に用いられてき
た。しかし、近年、基板が大型化するデバイスの要請を
うけて大面積対応を試みたＣＶＤ装置においては、従来
の小面積対応装置では許容範囲内であった“膜質の不均
一性”という問題が顕在化している。
【０００４】また生産性の向上という観点から、成膜速
度の高速化も基板の大型化とともに強く求められるよう
になってきており、次に述べる幾つかの方法が実施され
ている。典型的なものは ＳｉＨ4やＳｉ2Ｈ6等の原料ガスの流量を増やす方
法、 高周波放電の電力を高める方法などであり、また、 ＶＨＦ周波数（約３０〜３００ＭＨｚ）を用いたプラ
ズマＣＶＤ等も、有力な技術として注目されている。
度の高速化も基板の大型化とともに強く求められるよう
になってきており、次に述べる幾つかの方法が実施され
ている。典型的なものは ＳｉＨ4やＳｉ2Ｈ6等の原料ガスの流量を増やす方
法、 高周波放電の電力を高める方法などであり、また、 ＶＨＦ周波数（約３０〜３００ＭＨｚ）を用いたプラ
ズマＣＶＤ等も、有力な技術として注目されている。
【０００５】例えば、Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｓｉｌｉｃ
ｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １９９２ｐ．１５〜２６
（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｏｃｉｅ
ｔｙＳｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ Ｖ
ｏｌｕｍｅ ２５８）には放電周波数を１３．５６ＭＨ
ｚのＲＦからＶＨＦ周波数にすることによって、成膜速
度を格段に高めることができ、高速で良好な堆積膜を形
成可能になると報告されている。
ｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １９９２ｐ．１５〜２６
（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｏｃｉｅ
ｔｙＳｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ Ｖ
ｏｌｕｍｅ ２５８）には放電周波数を１３．５６ＭＨ
ｚのＲＦからＶＨＦ周波数にすることによって、成膜速
度を格段に高めることができ、高速で良好な堆積膜を形
成可能になると報告されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、大面積
成膜においては、上記のいずれの方法においても、成膜
速度を増加させるという点においては有効であるもの
の、前述の膜質均一性に関しては、必ずしも有効なもの
とはいえず、加えて、全体の膜質を低下させるといった
点等に問題を有している。
成膜においては、上記のいずれの方法においても、成膜
速度を増加させるという点においては有効であるもの
の、前述の膜質均一性に関しては、必ずしも有効なもの
とはいえず、加えて、全体の膜質を低下させるといった
点等に問題を有している。
【０００７】そこで、本発明は、上記課題を解決し、大
面積にわたって高品質で優れた均一性を有するアモルフ
ァスシリコン系堆積膜を、高速で成膜することが可能な
堆積膜形成方法及び堆積膜形成装置を提供することを目
的とするものである。
面積にわたって高品質で優れた均一性を有するアモルフ
ァスシリコン系堆積膜を、高速で成膜することが可能な
堆積膜形成方法及び堆積膜形成装置を提供することを目
的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するために、つぎの（１）〜（２０）のように構成し
た堆積膜形成方法及び堆積膜形成装置を提供するもので
ある。 （１）排気手段を備えた真空容器内に放電電極を設け、
水素ガスおよび少なくともＳｉ元素を含有する堆積膜の
原料ガス（以下、水素ガスを含めて“原料ガス”と呼
ぶ）を供給し、前記放電電極に高周波電力を供給して前
記原料ガスをプラズマ化し、前記真空容器内の基板上に
プラズマＣＶＤ法により堆積膜を形成する堆積膜形成方
法において、前記真空容器内のプラズマ中に補助電極を
配置し、該補助電極に周期的に変動する電圧を放電を起
こすことなく印加し、堆積膜を形成することを特徴とす
る堆積膜形成方法。 （２）前記補助電極に印加する電圧は、最大振幅が８０
Ｖ以下の電圧であることを特徴とする上記（１）に記載
の堆積膜形成方法。 （３）前記電圧の最大振幅は、２０Ｖ乃至８０Ｖである
ことを特徴とする上記（２）に記載の堆積膜形成方法。 （４）前記電圧の最大振幅は、２０Ｖ乃至６０Ｖである
ことを特徴とする上記（２）に記載の堆積膜形成方法。 （５）前記補助電極に周期的に変動する電圧を印加する
に際し、該周期的に変動する電圧の少なくとも一周期中
のある期間だけ、前記原料ガスによるプラズマの電位
（プラズマ電位）よりも低い電圧を印加することを特徴
とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の堆積膜形
成方法。 （６）前記補助電極が、少なくとも前記原料ガスの流れ
方向に複数個配置されていることを特徴とする上記
（１）〜（５）のいずれかに記載の堆積膜形成方法。 （７）前記放電電極に供給される高周波電力は、周波数
が１０ｋＨｚ乃至５００ＭＨｚであることを特徴とする
上記（１）〜（６）のいずれかに記載の堆積膜形成方
法。 （８）前記補助電極に印加される高周波電力は、周波数
が１００ｋＨｚ以上の高周波電力であることを特徴とす
る上記（１）〜（７）のいずれかに記載の堆積膜形成方
法。 （９）前記補助電極が、前記真空容器内の基板に対し
て、対向面積が少なく、エッジのない、体積の小さい電
極で形成されることを特徴とする上記（１）〜（８）の
いずれかに記載の堆積膜形成方法。 （１０）前記補助電極が、高融点金属等の高強度材によ
る小径化された丸棒等によって形成されることを特徴と
する上記（１）〜（８）のいずれかに記載の堆積膜形成
方法。 （１１）排気手段を備えた前記真空容器と、該真空容器
内に設けられた成膜用の原料ガスを供給する原料ガス供
給手段及び該原料ガスをプラズマ化するための放電電極
と、該放電電極に高周波電源からの高周波電力を印加す
るための電力導入手段を有し、該真空容器内の基板上に
プラズマＣＶＤ法により堆積膜を形成する堆積膜形成装
置において、前記真空容器内の基板と該基板と対向して
設けられた前記放電電極との間に補助電極を配置し、該
補助電極に周期的に変動する電圧を放電を起こすことな
く印加可能とした電圧印加手段を有することを特徴とす
る堆積膜形成装置。 （１２）前記補助電極に電圧を印加する電圧印加手段
は、最大振幅が８０Ｖ以下の電圧を印加するように構成
されていることを特徴とする上記（１１）に記載の堆積
膜形成装置。 （１３）前記電圧の最大振幅が、２０Ｖ乃至８０Ｖの電
圧を印加するように構成されていることを特徴とする上
記（１２）に記載の堆積膜形成装置。 （１４）前記電圧の最大振幅が、２０Ｖ乃至６０Ｖの電
圧を印加するように構成されていることを特徴とする上
記（１２）に記載の堆積膜形成装置。 （１５）前記補助電極に電圧を印加する電圧印加手段
は、前記周期的に変動する電圧の少なくとも一周期中の
ある期間だけ、前記原料ガスによるプラズマの電位より
も低い電圧を印加するように構成されていることを特徴
とする上記（１１）〜（１４）のいずれかに記載の堆積
膜形成装置。 （１６）前記補助電極が、少なくとも前記原料ガスの流
れ方向に複数個配置されていることを特徴とする上記
（１１）〜（１５）のいずれかに記載の堆積膜形成装
置。 （１７）前記高周波電源は、周波数が１０ｋＨｚ乃至５
００ＭＨｚの高周波電力を前記放電電極に供給する高周
波電源であることを特徴とする上記（１１）〜（１６）
のいずれかに記載の堆積膜形成装置。 （１８）前記補助電極に電圧を印加する電圧印加手段
は、周波数が１００ｋＨｚ以上の高周波電力を印加する
ように構成されていることを特徴とする上記（１１）〜
（１７）のいずれかに記載の堆積膜形成装置。 （１９）前記補助電極が、前記真空容器内の基板に対し
て、対向面積が少なく、エッジのない、体積の小さい電
極で形成されていることを特徴とする上記（１１）〜
（１８）のいずれかに記載の堆積膜形成装置。 （２０）前記補助電極が、高融点金属等の高強度材によ
る小径化された丸棒等によって形成されていることを特
徴とする上記（１１）〜（１８）のいずれかに記載の堆
積膜形成装置。
成するために、つぎの（１）〜（２０）のように構成し
た堆積膜形成方法及び堆積膜形成装置を提供するもので
ある。 （１）排気手段を備えた真空容器内に放電電極を設け、
水素ガスおよび少なくともＳｉ元素を含有する堆積膜の
原料ガス（以下、水素ガスを含めて“原料ガス”と呼
ぶ）を供給し、前記放電電極に高周波電力を供給して前
記原料ガスをプラズマ化し、前記真空容器内の基板上に
プラズマＣＶＤ法により堆積膜を形成する堆積膜形成方
法において、前記真空容器内のプラズマ中に補助電極を
配置し、該補助電極に周期的に変動する電圧を放電を起
こすことなく印加し、堆積膜を形成することを特徴とす
る堆積膜形成方法。 （２）前記補助電極に印加する電圧は、最大振幅が８０
Ｖ以下の電圧であることを特徴とする上記（１）に記載
の堆積膜形成方法。 （３）前記電圧の最大振幅は、２０Ｖ乃至８０Ｖである
ことを特徴とする上記（２）に記載の堆積膜形成方法。 （４）前記電圧の最大振幅は、２０Ｖ乃至６０Ｖである
ことを特徴とする上記（２）に記載の堆積膜形成方法。 （５）前記補助電極に周期的に変動する電圧を印加する
に際し、該周期的に変動する電圧の少なくとも一周期中
のある期間だけ、前記原料ガスによるプラズマの電位
（プラズマ電位）よりも低い電圧を印加することを特徴
とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の堆積膜形
成方法。 （６）前記補助電極が、少なくとも前記原料ガスの流れ
方向に複数個配置されていることを特徴とする上記
（１）〜（５）のいずれかに記載の堆積膜形成方法。 （７）前記放電電極に供給される高周波電力は、周波数
が１０ｋＨｚ乃至５００ＭＨｚであることを特徴とする
上記（１）〜（６）のいずれかに記載の堆積膜形成方
法。 （８）前記補助電極に印加される高周波電力は、周波数
が１００ｋＨｚ以上の高周波電力であることを特徴とす
る上記（１）〜（７）のいずれかに記載の堆積膜形成方
法。 （９）前記補助電極が、前記真空容器内の基板に対し
て、対向面積が少なく、エッジのない、体積の小さい電
極で形成されることを特徴とする上記（１）〜（８）の
いずれかに記載の堆積膜形成方法。 （１０）前記補助電極が、高融点金属等の高強度材によ
る小径化された丸棒等によって形成されることを特徴と
する上記（１）〜（８）のいずれかに記載の堆積膜形成
方法。 （１１）排気手段を備えた前記真空容器と、該真空容器
内に設けられた成膜用の原料ガスを供給する原料ガス供
給手段及び該原料ガスをプラズマ化するための放電電極
と、該放電電極に高周波電源からの高周波電力を印加す
るための電力導入手段を有し、該真空容器内の基板上に
プラズマＣＶＤ法により堆積膜を形成する堆積膜形成装
置において、前記真空容器内の基板と該基板と対向して
設けられた前記放電電極との間に補助電極を配置し、該
補助電極に周期的に変動する電圧を放電を起こすことな
く印加可能とした電圧印加手段を有することを特徴とす
る堆積膜形成装置。 （１２）前記補助電極に電圧を印加する電圧印加手段
は、最大振幅が８０Ｖ以下の電圧を印加するように構成
されていることを特徴とする上記（１１）に記載の堆積
膜形成装置。 （１３）前記電圧の最大振幅が、２０Ｖ乃至８０Ｖの電
圧を印加するように構成されていることを特徴とする上
記（１２）に記載の堆積膜形成装置。 （１４）前記電圧の最大振幅が、２０Ｖ乃至６０Ｖの電
圧を印加するように構成されていることを特徴とする上
記（１２）に記載の堆積膜形成装置。 （１５）前記補助電極に電圧を印加する電圧印加手段
は、前記周期的に変動する電圧の少なくとも一周期中の
ある期間だけ、前記原料ガスによるプラズマの電位より
も低い電圧を印加するように構成されていることを特徴
とする上記（１１）〜（１４）のいずれかに記載の堆積
膜形成装置。 （１６）前記補助電極が、少なくとも前記原料ガスの流
れ方向に複数個配置されていることを特徴とする上記
（１１）〜（１５）のいずれかに記載の堆積膜形成装
置。 （１７）前記高周波電源は、周波数が１０ｋＨｚ乃至５
００ＭＨｚの高周波電力を前記放電電極に供給する高周
波電源であることを特徴とする上記（１１）〜（１６）
のいずれかに記載の堆積膜形成装置。 （１８）前記補助電極に電圧を印加する電圧印加手段
は、周波数が１００ｋＨｚ以上の高周波電力を印加する
ように構成されていることを特徴とする上記（１１）〜
（１７）のいずれかに記載の堆積膜形成装置。 （１９）前記補助電極が、前記真空容器内の基板に対し
て、対向面積が少なく、エッジのない、体積の小さい電
極で形成されていることを特徴とする上記（１１）〜
（１８）のいずれかに記載の堆積膜形成装置。 （２０）前記補助電極が、高融点金属等の高強度材によ
る小径化された丸棒等によって形成されていることを特
徴とする上記（１１）〜（１８）のいずれかに記載の堆
積膜形成装置。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態においては、
上記構成を適用することにより、大面積にわたって高品
質で優れた均一性を有するアモルファスシリコン系堆積
膜を、高い成膜速度で形成することが可能となるが、そ
れは本発明者らが、種々検討を重ねた結果、これら膜質
に関わる問題がＳｉ元素を含有するガスから生成される
堆積膜の前駆体に対する水素ラジカルの割合の変化であ
ることを突き止めたことに基づくものである。すなわ
ち、これらの割合を是正することで、大面積で高速成膜
時の膜質均一性の悪化や、全面に生じる膜質の低下を低
減することが可能となる。
上記構成を適用することにより、大面積にわたって高品
質で優れた均一性を有するアモルファスシリコン系堆積
膜を、高い成膜速度で形成することが可能となるが、そ
れは本発明者らが、種々検討を重ねた結果、これら膜質
に関わる問題がＳｉ元素を含有するガスから生成される
堆積膜の前駆体に対する水素ラジカルの割合の変化であ
ることを突き止めたことに基づくものである。すなわ
ち、これらの割合を是正することで、大面積で高速成膜
時の膜質均一性の悪化や、全面に生じる膜質の低下を低
減することが可能となる。
【００１０】つぎに、これらについて、更に詳細に説明
する。まず、上記構成において、真空容器内のプラズマ
中に補助電極を配置し、該補助電極に周期的に変動する
電圧を放電を起こすことなく印加し、堆積膜を形成する
ように構成することで、形成される電界がプラズマ中の
電子を約１６ｅＶ（水素分子の最大解離断面積を与える
エネルギー）に加速し、水素ラジカルを高効率で生成す
ることが可能となる。この際、電位の周期的な変動は補
助電極近傍への電子の進入を妨げるイオンシースの定常
的な形成を防ぐためであり、これによって一周期毎に電
極近傍に電子を戻しては電極を中心とした放射状（方
向）に電子を弾き飛ばすといった、多数の電子の定常的
且つ効果的な加速を実現することができる。
する。まず、上記構成において、真空容器内のプラズマ
中に補助電極を配置し、該補助電極に周期的に変動する
電圧を放電を起こすことなく印加し、堆積膜を形成する
ように構成することで、形成される電界がプラズマ中の
電子を約１６ｅＶ（水素分子の最大解離断面積を与える
エネルギー）に加速し、水素ラジカルを高効率で生成す
ることが可能となる。この際、電位の周期的な変動は補
助電極近傍への電子の進入を妨げるイオンシースの定常
的な形成を防ぐためであり、これによって一周期毎に電
極近傍に電子を戻しては電極を中心とした放射状（方
向）に電子を弾き飛ばすといった、多数の電子の定常的
且つ効果的な加速を実現することができる。
【００１１】ただし、印加電圧の最大振幅が８０Ｖを越
えるとプラズマの生成条件によっては、電圧の最大時に
放電を起こしてしまうことになるため、ここで重要なこ
とは、放電を起こすことなく、電界を形成することであ
り、これによって電子を“より効果的に水素分子の分解
ができる”エネルギーにまで加速することが可能とな
る。すなわち、放電を起こさないことで、電極の加熱は
極めて僅かで、また電極を流れる電流量も極少なくする
ことができる。このことは電極形態が熱的にも、電流的
にもシンプルでスマートであることを許容し、基板近傍
に電極を配置しても、基板上の堆積膜に電極の痕跡を残
さないことが可能となる。
えるとプラズマの生成条件によっては、電圧の最大時に
放電を起こしてしまうことになるため、ここで重要なこ
とは、放電を起こすことなく、電界を形成することであ
り、これによって電子を“より効果的に水素分子の分解
ができる”エネルギーにまで加速することが可能とな
る。すなわち、放電を起こさないことで、電極の加熱は
極めて僅かで、また電極を流れる電流量も極少なくする
ことができる。このことは電極形態が熱的にも、電流的
にもシンプルでスマートであることを許容し、基板近傍
に電極を配置しても、基板上の堆積膜に電極の痕跡を残
さないことが可能となる。
【００１２】また、補助電極に周期的に変動する電圧を
印加するに際し、該周期的に変動する電圧の少なくとも
一周期中のある期間だけ、原料ガスによるプラズマの電
位よりも低い電圧を印加するように構成することで、既
存のプラズマを乱すことの少ない最小の電圧振幅で、電
子を効率よく加速することが可能となる。
印加するに際し、該周期的に変動する電圧の少なくとも
一周期中のある期間だけ、原料ガスによるプラズマの電
位よりも低い電圧を印加するように構成することで、既
存のプラズマを乱すことの少ない最小の電圧振幅で、電
子を効率よく加速することが可能となる。
【００１３】一般に知られているように、プラズマ中に
電極を設けて電位を印加するとき、印加電圧がプラズマ
電位よりも高ければ電極表面には電子によるシース（電
子シース）が、プラズマ電位よりも低ければイオンによ
るシース（イオンシース）が形成される。これらのシー
スは空間電荷の密度分布であるから、電界を伴ってお
り、この電界強度はプラズマ電位からの電位差が等しけ
ればプラズマ電位よりも低い電位を印加したときにより
大きくなる（電子とイオンの質量差に基づく）。つま
り、この電界によって電子により大きなエネルギーを与
えようとするならば、電極にプラズマ電位よりも低い電
位を印加することが有効である。しかし、この電圧の印
加で電極近傍の電子がすべて弾き飛ばされてしまうと
（イオンシースが形成されると）当然それ以降新たな電
子は電界のために電極近傍には近づけないため、電子へ
のエネルギー付与は停止する。したがって、ここでは、
印加電圧をプラズマ電位近くに戻すことにより電極近傍
に電子を戻し、再びプラズマ電位よりも低い電圧を印加
するといった、周期的な印加をすることで、この問題を
解決した。
電極を設けて電位を印加するとき、印加電圧がプラズマ
電位よりも高ければ電極表面には電子によるシース（電
子シース）が、プラズマ電位よりも低ければイオンによ
るシース（イオンシース）が形成される。これらのシー
スは空間電荷の密度分布であるから、電界を伴ってお
り、この電界強度はプラズマ電位からの電位差が等しけ
ればプラズマ電位よりも低い電位を印加したときにより
大きくなる（電子とイオンの質量差に基づく）。つま
り、この電界によって電子により大きなエネルギーを与
えようとするならば、電極にプラズマ電位よりも低い電
位を印加することが有効である。しかし、この電圧の印
加で電極近傍の電子がすべて弾き飛ばされてしまうと
（イオンシースが形成されると）当然それ以降新たな電
子は電界のために電極近傍には近づけないため、電子へ
のエネルギー付与は停止する。したがって、ここでは、
印加電圧をプラズマ電位近くに戻すことにより電極近傍
に電子を戻し、再びプラズマ電位よりも低い電圧を印加
するといった、周期的な印加をすることで、この問題を
解決した。
【００１４】これまで、例えば特開平５−２４９９２号
公報、特許第２８１９０３０号公報、特許第２８１９０
３１号公報等に開示されている通り、プラズマ中に電極
を配置して様々な電力、電位を印加、発生する定常電界
（ほとんど変化しない直流的電界）でイオンのエネルギ
ーを制御しようとするものは多数あった。しかしなが
ら、本発明のように、水素ラジカル生成のために電子を
加速（高エネルギー化）する、電子の加速手段として周
期的な電界を印加するものはなかった。本発明は、イオ
ンの追従できない（イオンにエネルギーを与えない）高
周波電界で、電子だけに特定（水素を最高効率で分解す
る）のエネルギーを与えることで、水素ラジカルを効率
よく生成するという、従来の公知技術とは一線を画する
ものである。
公報、特許第２８１９０３０号公報、特許第２８１９０
３１号公報等に開示されている通り、プラズマ中に電極
を配置して様々な電力、電位を印加、発生する定常電界
（ほとんど変化しない直流的電界）でイオンのエネルギ
ーを制御しようとするものは多数あった。しかしなが
ら、本発明のように、水素ラジカル生成のために電子を
加速（高エネルギー化）する、電子の加速手段として周
期的な電界を印加するものはなかった。本発明は、イオ
ンの追従できない（イオンにエネルギーを与えない）高
周波電界で、電子だけに特定（水素を最高効率で分解す
る）のエネルギーを与えることで、水素ラジカルを効率
よく生成するという、従来の公知技術とは一線を画する
ものである。
【００１５】また、補助電極を少なくとも原料ガスの流
れ方向に複数個配置することにより、プラズマ中での水
素ラジカル量がガスの流れの上流から下流に向って変化
する濃度勾配を是正することができる。このガスの流れ
方向の水素ラジカルの濃度勾配は一般的なプラズマの電
子温度が水素分子の解離エネルギーに対して低いことが
原因であると考えられる。この場合、Ｓｉ元素を含有す
る原料ガスはその解離エネルギーが電子温度と同程度以
下であるため、ガス流量と放電電力の調整により、プラ
ズマの全領域において概ね前駆体濃度を均一化すること
ができる。
れ方向に複数個配置することにより、プラズマ中での水
素ラジカル量がガスの流れの上流から下流に向って変化
する濃度勾配を是正することができる。このガスの流れ
方向の水素ラジカルの濃度勾配は一般的なプラズマの電
子温度が水素分子の解離エネルギーに対して低いことが
原因であると考えられる。この場合、Ｓｉ元素を含有す
る原料ガスはその解離エネルギーが電子温度と同程度以
下であるため、ガス流量と放電電力の調整により、プラ
ズマの全領域において概ね前駆体濃度を均一化すること
ができる。
【００１６】また、放電電極に印加される高周波電力の
周波数としては、原料ガスの分解が効率よく行なえ、大
面積に均一なプラズマを生起し得る周波数の範囲とし
て、好ましくは１０ｋＨｚから５００ＭＨｚ、より好ま
しくは１ＭＨｚから２００ＭＨｚに設定される。すなわ
ち、約１０ｋＨｚより低い周波数では原料ガスの分解効
率が低く、約５００ＭＨｚより高い周波数では電極によ
る放電が困難で大面積に均一なプラズマを得ることが難
しい。
周波数としては、原料ガスの分解が効率よく行なえ、大
面積に均一なプラズマを生起し得る周波数の範囲とし
て、好ましくは１０ｋＨｚから５００ＭＨｚ、より好ま
しくは１ＭＨｚから２００ＭＨｚに設定される。すなわ
ち、約１０ｋＨｚより低い周波数では原料ガスの分解効
率が低く、約５００ＭＨｚより高い周波数では電極によ
る放電が困難で大面積に均一なプラズマを得ることが難
しい。
【００１７】また、補助電極に印加される周期的に変動
する電圧の波形としては、補助電極が概ねプラズマ電位
から、より低い電位に変化する間に電子を加速する必要
上、立ち下がりの急峻なことが必須であることから矩形
波、台形波等の波形が適している。なお、この際の補助
電極への印加電圧の周波数は、下限はイオンの不必要な
移動（高エネルギー化）を誘起しないよう、好ましくは
１００ｋＨｚ以上、より好ましくは１ＭＨｚ以上に設定
され、上限は電子の捕捉周波数以下であることから、好
ましくは５ＧＨｚ以下、より好ましくは５００ＭＨｚ以
下に設定される。
する電圧の波形としては、補助電極が概ねプラズマ電位
から、より低い電位に変化する間に電子を加速する必要
上、立ち下がりの急峻なことが必須であることから矩形
波、台形波等の波形が適している。なお、この際の補助
電極への印加電圧の周波数は、下限はイオンの不必要な
移動（高エネルギー化）を誘起しないよう、好ましくは
１００ｋＨｚ以上、より好ましくは１ＭＨｚ以上に設定
され、上限は電子の捕捉周波数以下であることから、好
ましくは５ＧＨｚ以下、より好ましくは５００ＭＨｚ以
下に設定される。
【００１８】また、補助電極への印加電圧の最大振幅
は、８０Ｖ以下に設定されるが、水素分子の最大解離断
面積が約１６ｅＶであること、プラズマ中への電界の浸
透、減衰の程度を考慮し、好ましくは２０Ｖ及至８０Ｖ
に、より好ましくは２０Ｖ及至６０Ｖに設定される。そ
してまた、ここでの印加電圧の最大値のプラズマ電位と
の電位差は、加速に預かる電子の数を最大にするため
に、好ましくは２０Ｖ以内に、より好ましくは５Ｖ及至
１５Ｖに設定される。また、ここでの補助電極の形態と
しては、丸棒状、角棒状、板状等が考えられるが、でき
る限り基板との対向面積の少ない、エッジの無い、体積
の小さなものが、異常放電やガスの乱流化、また補助電
極からの熱の輻射等の原因となり難いことから、高融点
金属材料等の高強度材を用いた上で、出来るだけ小径化
した丸棒等が好適である。
は、８０Ｖ以下に設定されるが、水素分子の最大解離断
面積が約１６ｅＶであること、プラズマ中への電界の浸
透、減衰の程度を考慮し、好ましくは２０Ｖ及至８０Ｖ
に、より好ましくは２０Ｖ及至６０Ｖに設定される。そ
してまた、ここでの印加電圧の最大値のプラズマ電位と
の電位差は、加速に預かる電子の数を最大にするため
に、好ましくは２０Ｖ以内に、より好ましくは５Ｖ及至
１５Ｖに設定される。また、ここでの補助電極の形態と
しては、丸棒状、角棒状、板状等が考えられるが、でき
る限り基板との対向面積の少ない、エッジの無い、体積
の小さなものが、異常放電やガスの乱流化、また補助電
極からの熱の輻射等の原因となり難いことから、高融点
金属材料等の高強度材を用いた上で、出来るだけ小径化
した丸棒等が好適である。
【００１９】また、原料ガスとしては、少なくともシリ
コン原子を含有したガス化し得る化合物を含むガスであ
り、ゲルマニウム原子を含有したガス化し得る化合物、
炭素原子を含有したガス化し得る化合物等、及び該化合
物の混合ガスを含有していてもよい。
コン原子を含有したガス化し得る化合物を含むガスであ
り、ゲルマニウム原子を含有したガス化し得る化合物、
炭素原子を含有したガス化し得る化合物等、及び該化合
物の混合ガスを含有していてもよい。
【００２０】具体的にシリコン原子を含有するガス化し
得る化合物としては、鎖状または環状シラン化合物が用
いられ、具体的には、例えば、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6、Ｓ
ＦＨ3、ＳｉＦ2Ｈ2、ＳｉＦ3Ｈ、Ｓｉ3Ｈ8、ＳｉＤ4、
ＳｉＨＤ3、ＳｉＨ2Ｄ2、ＳｉＨ3Ｄ、ＳｉＦＤ3、Ｓｉ
Ｆ2Ｄ2、Ｓｉ2Ｄ3Ｈ3、（ＳｉＦ2）5、（ＳｉＦ2）6、
（ＳｉＦ2）4、Ｓｉ2Ｆ6、Ｓｉ3Ｆ8、Ｓｉ2Ｈ2Ｆ4、Ｓ
ｉ2Ｈ3Ｆ3、ＳＣｌ4、（ＳｉＣｌ2）5、ＳｉＢｒ4、
（ＳｉＢｒ2）5、Ｓｉ2Ｃ16、ＳｉＨＣ ｌ3、ＳｉＨ2Ｂ
ｒ2、ＳｉＨ2Ｃ2、Ｓｉ2Ｃ ｌ3Ｆ3などのガス状態または
容易にガス化し得るものが挙げられる。尚、ここで、Ｄ
は重水素を表す。具体的にゲルマニウム原子を含有する
ガス化し得る化合物としてはＧｅＨ4、ＧｅＤ4、ＧｅＦ
4、ＧｅＦＨ3、ＧｅＦ2Ｈ2、ＧｅＦ3Ｈ、ＧｅＨＤ3、Ｇ
ｅＨ2Ｄ2、ＧｅＨ3Ｄ、Ｇｅ2Ｈ6、Ｇｅ2Ｄ6等が挙げら
れる。具体的に炭素原子を含有するガス化し得る化合物
としては、ＣＨ4、ＣＤ4、ＣｌＨ2n+2（ｎは整数）、Ｃ
2Ｈ2、ＣＯ2、ＣＯ等が拳げられる。また、価電子制御
するためにｐ型層またはｎ型層に導入される物質として
は周期率表第III族原子及び第Ｖ族原子が挙げられる。
得る化合物としては、鎖状または環状シラン化合物が用
いられ、具体的には、例えば、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6、Ｓ
ＦＨ3、ＳｉＦ2Ｈ2、ＳｉＦ3Ｈ、Ｓｉ3Ｈ8、ＳｉＤ4、
ＳｉＨＤ3、ＳｉＨ2Ｄ2、ＳｉＨ3Ｄ、ＳｉＦＤ3、Ｓｉ
Ｆ2Ｄ2、Ｓｉ2Ｄ3Ｈ3、（ＳｉＦ2）5、（ＳｉＦ2）6、
（ＳｉＦ2）4、Ｓｉ2Ｆ6、Ｓｉ3Ｆ8、Ｓｉ2Ｈ2Ｆ4、Ｓ
ｉ2Ｈ3Ｆ3、ＳＣｌ4、（ＳｉＣｌ2）5、ＳｉＢｒ4、
（ＳｉＢｒ2）5、Ｓｉ2Ｃ16、ＳｉＨＣ ｌ3、ＳｉＨ2Ｂ
ｒ2、ＳｉＨ2Ｃ2、Ｓｉ2Ｃ ｌ3Ｆ3などのガス状態または
容易にガス化し得るものが挙げられる。尚、ここで、Ｄ
は重水素を表す。具体的にゲルマニウム原子を含有する
ガス化し得る化合物としてはＧｅＨ4、ＧｅＤ4、ＧｅＦ
4、ＧｅＦＨ3、ＧｅＦ2Ｈ2、ＧｅＦ3Ｈ、ＧｅＨＤ3、Ｇ
ｅＨ2Ｄ2、ＧｅＨ3Ｄ、Ｇｅ2Ｈ6、Ｇｅ2Ｄ6等が挙げら
れる。具体的に炭素原子を含有するガス化し得る化合物
としては、ＣＨ4、ＣＤ4、ＣｌＨ2n+2（ｎは整数）、Ｃ
2Ｈ2、ＣＯ2、ＣＯ等が拳げられる。また、価電子制御
するためにｐ型層またはｎ型層に導入される物質として
は周期率表第III族原子及び第Ｖ族原子が挙げられる。
【００２１】第III族原子導入用の出発物質として有効
に使用されるものとしては、具体的にはホウ素原子導入
用としては、Ｂ2Ｈ6、Ｂ4Ｈ10、Ｂ5Ｈ11、Ｂ6Ｈ10、Ｂ6
Ｈ12、Ｂ6：Ｈ14等の水素化ホウ素、ＢＦ3、ＢＣｌ3等
のハロゲン化ホウ素等を挙げることができる。このほか
にＡｌＣｌ3、ＧａＣｌ3、ＩｎＣｌ3、ＴＩＣｌ3等も挙
げることができる。持に、Ｂ2Ｈ6、ＢＦ3が適してい
る。
に使用されるものとしては、具体的にはホウ素原子導入
用としては、Ｂ2Ｈ6、Ｂ4Ｈ10、Ｂ5Ｈ11、Ｂ6Ｈ10、Ｂ6
Ｈ12、Ｂ6：Ｈ14等の水素化ホウ素、ＢＦ3、ＢＣｌ3等
のハロゲン化ホウ素等を挙げることができる。このほか
にＡｌＣｌ3、ＧａＣｌ3、ＩｎＣｌ3、ＴＩＣｌ3等も挙
げることができる。持に、Ｂ2Ｈ6、ＢＦ3が適してい
る。
【００２２】第Ｖ族原子導入用の出発物質として有効に
使用されるのは、具体的には燐原子導入用としては、Ｐ
Ｈ3、Ｐ2Ｈ4等の水素化燐、ＰＨ4ｌ、ＰＦ3、ＰＦ5、Ｐ
Ｃｌ 3、ＰＣｌ5、ＰＢｒ3、ＰＢｒ5、Ｐ１3等のハロゲ
ン化燐が挙げられる。このほか、ＡｓＨ3、ＡｓＦ3、Ａ
ｓＣｌ3、ＡｓＢｒ3、ＡｓＦ5、ＳｂＨ3、ＳｂＦ3、Ｓ
ｂＦ5、ＳｂＣｌ3、ＳｂＣｌ5、ＢｉＨ3、ＢｉＣｌ3、
ＢｉＢｒ3等も挙げることができる。特にＰＨ3、ＰＦ3
が適している。また、前記ガス化し得る化合物をＨ2、
Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ等のガスで適宜希釈して
成膜室に導入しても構わない。
使用されるのは、具体的には燐原子導入用としては、Ｐ
Ｈ3、Ｐ2Ｈ4等の水素化燐、ＰＨ4ｌ、ＰＦ3、ＰＦ5、Ｐ
Ｃｌ 3、ＰＣｌ5、ＰＢｒ3、ＰＢｒ5、Ｐ１3等のハロゲ
ン化燐が挙げられる。このほか、ＡｓＨ3、ＡｓＦ3、Ａ
ｓＣｌ3、ＡｓＢｒ3、ＡｓＦ5、ＳｂＨ3、ＳｂＦ3、Ｓ
ｂＦ5、ＳｂＣｌ3、ＳｂＣｌ5、ＢｉＨ3、ＢｉＣｌ3、
ＢｉＢｒ3等も挙げることができる。特にＰＨ3、ＰＦ3
が適している。また、前記ガス化し得る化合物をＨ2、
Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ等のガスで適宜希釈して
成膜室に導入しても構わない。
【００２３】また、ここでの堆積膜形成方法を実施する
にあたっては、各種の堆積膜形成装置を用いることがで
きるが、例えば図１に模式図を示した構成の装置を挙げ
る事ができる。図１に示した装置では、基板と基板に対
向した放電電極の間に棒状の補助電極を配置し、これに
周期的に変動する電圧を印加する構成になっている。図
１において、真空容器１０１の内部で、導電性基板１０
２は導電性の基板ホルダー１０３にセットされ、真空容
器と共に電気的に接地されている。基板ホルダー１０３
内にはヒーター１０４が設けられ、基板１０２は所定温
度に加熱される。基板１０２に対向した位置には平板状
の放電電極１０５が設けられ、放電電極１０５にはガー
ド電極１０６が設けられている。放電電極１０５には、
高周波電源１０７が整合回路１０８、ブロッキングコン
デンサー１０９を介して接続されている。補助電極１１
０には、高周波信号発生器１１２が、電力増幅器１１１
を介して接続されている。また真空容器１０１には、原
料ガスを供給手段１１４に接続された原料ガス導入管１
１５と、真空排気手段１１６に接続された排気管１１７
が設けられ、原料ガスの導入と排気が行われる。尚、１
１８は排気管に設けられたバルブである。
にあたっては、各種の堆積膜形成装置を用いることがで
きるが、例えば図１に模式図を示した構成の装置を挙げ
る事ができる。図１に示した装置では、基板と基板に対
向した放電電極の間に棒状の補助電極を配置し、これに
周期的に変動する電圧を印加する構成になっている。図
１において、真空容器１０１の内部で、導電性基板１０
２は導電性の基板ホルダー１０３にセットされ、真空容
器と共に電気的に接地されている。基板ホルダー１０３
内にはヒーター１０４が設けられ、基板１０２は所定温
度に加熱される。基板１０２に対向した位置には平板状
の放電電極１０５が設けられ、放電電極１０５にはガー
ド電極１０６が設けられている。放電電極１０５には、
高周波電源１０７が整合回路１０８、ブロッキングコン
デンサー１０９を介して接続されている。補助電極１１
０には、高周波信号発生器１１２が、電力増幅器１１１
を介して接続されている。また真空容器１０１には、原
料ガスを供給手段１１４に接続された原料ガス導入管１
１５と、真空排気手段１１６に接続された排気管１１７
が設けられ、原料ガスの導入と排気が行われる。尚、１
１８は排気管に設けられたバルブである。
【００２４】
【実施例】以下、本発明に係るプラズマＣＶＤ法による
アモルファスシリコン系堆積膜の形成方法の実施例につ
いて説明するが、本発明は、これらの実施例によって何
ら限定されるものではない。 ［実施例１］実施例１では図１に示した構成の堆積膜形
成装置を用い、補助電極１１０には、周期的に変動する
電圧を印加した。そして、電圧の最大振幅に対する基板
近傍の水素ラジカル（Ｈ＊）及びＳｉＨ＊の生成量の変
化を調べた。また、従来の補助電極を設置しない堆積膜
形成方法と比較した。
アモルファスシリコン系堆積膜の形成方法の実施例につ
いて説明するが、本発明は、これらの実施例によって何
ら限定されるものではない。 ［実施例１］実施例１では図１に示した構成の堆積膜形
成装置を用い、補助電極１１０には、周期的に変動する
電圧を印加した。そして、電圧の最大振幅に対する基板
近傍の水素ラジカル（Ｈ＊）及びＳｉＨ＊の生成量の変
化を調べた。また、従来の補助電極を設置しない堆積膜
形成方法と比較した。
【００２５】以下では、作成手順に従い、製作方法につ
いて詳述する。 （１）図１に示した装置において、先ず、ステンレス製
の基板ホルダー１０３に、３０ｃｍ角、０．１５ｍｍ厚
のステンレス基板１０２（ＳＵＳ４３０−ＢＡ）が接地
状態になる様にセットして、真空容器１０１内を排気手
段１１６により１Ｐａ以下に一度真空排気した。 （２）引き続き排気を行いながら、ガス供給手段１１４
からガス導入管１１５を介してＨｅガスを１００ｓｃｃ
ｍ導入し、排気弁１１８の開度を調整することで真空容
器１０１の内圧を１００Ｐａに維持した。 （３）上記（２）の状態で、基板ホルダー１０３内のヒ
ーター１０４により、基板１０２を３００℃に約６０分
間加熱した。基板１０２が充分に均一に加熱されたら、
引き続き加熱しつつ、Ｈｅガスの導入を停止し、ガス供
給手段からの原科ガスをＳｉＨ4とＨ2の混合ガスに切り
替えた。ＳｉＨ4ガスの流量は３００ｓｃｃｍ、Ｈ2ガス
の流量は１２００ｓｃｃｍ、真空容器１０１の内圧は２
６６Ｐａに設定した。 （４）次に、基板１０２に１．５ｃｍの距離をおいて対
向するアルミニウム製の放電電極１０５に、高周波電源
１０７から、整合回路１０８、ブロッキングコンデンサ
ー１０９を介して４０ＭＨｚの高周波電力５００Ｗを供
給した。尚、補助電極にはステンレス製丸棒（φ５ｍ
ｍ、長さ３５ｃｍ）を用い、放電電極と基板の中央にそ
れぞれに対して平行且つ、ガスの流れに対しては概ね直
交するように設置した。また、周波数１ＭＨｚ、デュー
ティー比５０％の矩形波を、最大電圧がプラズマ電位の
５Ｖ下になるように印加した。高周波電力の供給によ
り、真空容器１０１内にグロー放電を発生させ、原料ガ
スをプラズマ分解して、基板１０２上にアモルファスシ
リコン膜を堆積させた。尚、補助電極の表面電位は、オ
シロスコープ１１３によって測定し、基板近傍の水素ラ
ジカル量はプラズマ分光測定装置により、６５６ｎｍの
発光をリアルタイムでモニターすることにより行なっ
た。
いて詳述する。 （１）図１に示した装置において、先ず、ステンレス製
の基板ホルダー１０３に、３０ｃｍ角、０．１５ｍｍ厚
のステンレス基板１０２（ＳＵＳ４３０−ＢＡ）が接地
状態になる様にセットして、真空容器１０１内を排気手
段１１６により１Ｐａ以下に一度真空排気した。 （２）引き続き排気を行いながら、ガス供給手段１１４
からガス導入管１１５を介してＨｅガスを１００ｓｃｃ
ｍ導入し、排気弁１１８の開度を調整することで真空容
器１０１の内圧を１００Ｐａに維持した。 （３）上記（２）の状態で、基板ホルダー１０３内のヒ
ーター１０４により、基板１０２を３００℃に約６０分
間加熱した。基板１０２が充分に均一に加熱されたら、
引き続き加熱しつつ、Ｈｅガスの導入を停止し、ガス供
給手段からの原科ガスをＳｉＨ4とＨ2の混合ガスに切り
替えた。ＳｉＨ4ガスの流量は３００ｓｃｃｍ、Ｈ2ガス
の流量は１２００ｓｃｃｍ、真空容器１０１の内圧は２
６６Ｐａに設定した。 （４）次に、基板１０２に１．５ｃｍの距離をおいて対
向するアルミニウム製の放電電極１０５に、高周波電源
１０７から、整合回路１０８、ブロッキングコンデンサ
ー１０９を介して４０ＭＨｚの高周波電力５００Ｗを供
給した。尚、補助電極にはステンレス製丸棒（φ５ｍ
ｍ、長さ３５ｃｍ）を用い、放電電極と基板の中央にそ
れぞれに対して平行且つ、ガスの流れに対しては概ね直
交するように設置した。また、周波数１ＭＨｚ、デュー
ティー比５０％の矩形波を、最大電圧がプラズマ電位の
５Ｖ下になるように印加した。高周波電力の供給によ
り、真空容器１０１内にグロー放電を発生させ、原料ガ
スをプラズマ分解して、基板１０２上にアモルファスシ
リコン膜を堆積させた。尚、補助電極の表面電位は、オ
シロスコープ１１３によって測定し、基板近傍の水素ラ
ジカル量はプラズマ分光測定装置により、６５６ｎｍの
発光をリアルタイムでモニターすることにより行なっ
た。
【００２６】図２は、補助電極への印加電圧振幅に対す
る水素ラジカル（Ｈ＊）量を示す６５６ｎｍの発光強度
とＳｉＨラジカル量を示す４１４ｎｍの発光強度を調べ
た結果を示すグラフである。図２では、補助電極を設置
していない状態でのＨ＊及びＳｉＨ＊の発光強度をそれ
ぞれ１とした相対値で示した。図２から、本実施例の堆
積膜形成方法、すなわち、電圧振幅を８０Ｖ以下とする
ことで、ＳｉＨ＊の量を変化させることなく、Ｈ＊の量
を制御することが可能となることが分かる。
る水素ラジカル（Ｈ＊）量を示す６５６ｎｍの発光強度
とＳｉＨラジカル量を示す４１４ｎｍの発光強度を調べ
た結果を示すグラフである。図２では、補助電極を設置
していない状態でのＨ＊及びＳｉＨ＊の発光強度をそれ
ぞれ１とした相対値で示した。図２から、本実施例の堆
積膜形成方法、すなわち、電圧振幅を８０Ｖ以下とする
ことで、ＳｉＨ＊の量を変化させることなく、Ｈ＊の量
を制御することが可能となることが分かる。
【００２７】［実施例２］実施例２では、放電電極に供
給する高周波電力の周波数を６０ＭＨｚにて行なった以
外は実施例１と同様（その外に下記の２条件も異なる）
の手順で、電圧の最大振幅に対する基板近傍の水素ラジ
カル（Ｈ＊）及びＳｉＨ＊の生成量の変化を調べた。ま
た、従来の補助電極を設置しない堆積膜形成方法と比較
した。 ○異なる条件 （原料ガス）ＳｉＨ4：３００ｓｃｃｍ，Ｈ2：６００ｓ
ｃｃｍ （圧力） １３３Ｐａ 図３は、補助電極への印加電圧振幅に対する水素ラジカ
ル（Ｈ＊）量を示す６５６ｎｍの発光強度とＳｉＨラジ
カル量を示す４１４ｎｍの発光強度を調べた結果を示す
グラフである。図３でも、補助電極を設置していない状
態でのＨ＊及びＳｉＨ＊の発光強度をそれぞれ１とした
相対値で示した。図３から、本実施例の堆積膜形成方
法、すなわち、電圧振幅を８０Ｖ以下とすることで、Ｓ
ｉＨ＊の量を変化させることなく、Ｈ＊の量を制御する
ことが可能となることが分かる。
給する高周波電力の周波数を６０ＭＨｚにて行なった以
外は実施例１と同様（その外に下記の２条件も異なる）
の手順で、電圧の最大振幅に対する基板近傍の水素ラジ
カル（Ｈ＊）及びＳｉＨ＊の生成量の変化を調べた。ま
た、従来の補助電極を設置しない堆積膜形成方法と比較
した。 ○異なる条件 （原料ガス）ＳｉＨ4：３００ｓｃｃｍ，Ｈ2：６００ｓ
ｃｃｍ （圧力） １３３Ｐａ 図３は、補助電極への印加電圧振幅に対する水素ラジカ
ル（Ｈ＊）量を示す６５６ｎｍの発光強度とＳｉＨラジ
カル量を示す４１４ｎｍの発光強度を調べた結果を示す
グラフである。図３でも、補助電極を設置していない状
態でのＨ＊及びＳｉＨ＊の発光強度をそれぞれ１とした
相対値で示した。図３から、本実施例の堆積膜形成方
法、すなわち、電圧振幅を８０Ｖ以下とすることで、Ｓ
ｉＨ＊の量を変化させることなく、Ｈ＊の量を制御する
ことが可能となることが分かる。
【００２８】［実施例３］実施例３では、実施例１と同
様の条件及び手順で、補助電極に印加する矩形波（周波
数１ＭＨｚ、デューティー比５０％、電圧振幅３５Ｖ）
のプラズマ電位に対する電位差（プラズマ電位−最小電
位：図４）を変化させて、基板近傍の水素ラジカル（Ｈ
＊）及びＳｉＨ＊の生成量の変化を調べた。
様の条件及び手順で、補助電極に印加する矩形波（周波
数１ＭＨｚ、デューティー比５０％、電圧振幅３５Ｖ）
のプラズマ電位に対する電位差（プラズマ電位−最小電
位：図４）を変化させて、基板近傍の水素ラジカル（Ｈ
＊）及びＳｉＨ＊の生成量の変化を調べた。
【００２９】図５は、矩形波とプラズマ電位の電位差
（プラズマ電位−最小電位）に対する、水素ラジカル
（Ｈ＊）量を示す６５６ｎｍの発光強度とＳｉＨラジカ
ル量を示す４１４ｎｍの発光強度を調べた結果を示すグ
ラフである。図５でも、補助電極を設置していない状態
でのＨ＊及びＳｉＨ＊の発光強度をそれぞれ１とした相
対値で示した。図５から、本実施例の堆積膜形成方法、
すなわち、補助電極に印加する電圧が、少なくとも一周
期のある期間だけ、原料ガスによるプラズマの電位（プ
ラズマ電位）よりも低くなるようにすることで、ＳｉＨ
＊の量を変化させることなく、効果的にＨ＊を生成する
ことが可能となることが分かる。
（プラズマ電位−最小電位）に対する、水素ラジカル
（Ｈ＊）量を示す６５６ｎｍの発光強度とＳｉＨラジカ
ル量を示す４１４ｎｍの発光強度を調べた結果を示すグ
ラフである。図５でも、補助電極を設置していない状態
でのＨ＊及びＳｉＨ＊の発光強度をそれぞれ１とした相
対値で示した。図５から、本実施例の堆積膜形成方法、
すなわち、補助電極に印加する電圧が、少なくとも一周
期のある期間だけ、原料ガスによるプラズマの電位（プ
ラズマ電位）よりも低くなるようにすることで、ＳｉＨ
＊の量を変化させることなく、効果的にＨ＊を生成する
ことが可能となることが分かる。
【００３０】［実施例４］実施例４では、図１に示す構
成の堆積膜形成装置を用い、実施例１と同様にしてステ
ンレス基板上にアモルファスシリコン膜を堆積して、
ｎ，ｉ，ｐ層を積層した光起電力素子の半導体膜を堆積
した。光起電力素子（ｎ，ｉ，ｐ層）の各層の形成条件
を表１に示す。また、各層の形成の間には真空容器内を
一度充分に真空排気してから、Ｈｅガスで数回パージを
行なった。
成の堆積膜形成装置を用い、実施例１と同様にしてステ
ンレス基板上にアモルファスシリコン膜を堆積して、
ｎ，ｉ，ｐ層を積層した光起電力素子の半導体膜を堆積
した。光起電力素子（ｎ，ｉ，ｐ層）の各層の形成条件
を表１に示す。また、各層の形成の間には真空容器内を
一度充分に真空排気してから、Ｈｅガスで数回パージを
行なった。
【００３１】表１に示した形成条件でｎ，ｉ，ｐ層を堆
積した後、堆積膜を形成した基板を冷却後に装置から取
り出し、公知の真空蒸着装置によってその上に７０ｎｍ
厚のＩＴＯ透明導電膜を全面に蒸着した。更にその上
に、ピッチ３ｍｍで幅０．１ｍｍの櫛状に厚さ０．１ｍ
ｍのＡｇの集電電極を銀ペーストのスクリーン印刷によ
って設け、約３０ｍｍ角の光起電力素子を１００個形成
した。そして、形成した１００個の光起電力素子につい
て、その光電変換効率を測定した。光電変換効率はガス
の流れ方向の１０ポイント（サンプル）について、各々
ポイントの流れ方向に直交する１０サンプルの平均値を
求め、１０個の平均値の（最大値−最小値）／（最大値
＋最小値）をもって流れ方向のバラツキとした。
積した後、堆積膜を形成した基板を冷却後に装置から取
り出し、公知の真空蒸着装置によってその上に７０ｎｍ
厚のＩＴＯ透明導電膜を全面に蒸着した。更にその上
に、ピッチ３ｍｍで幅０．１ｍｍの櫛状に厚さ０．１ｍ
ｍのＡｇの集電電極を銀ペーストのスクリーン印刷によ
って設け、約３０ｍｍ角の光起電力素子を１００個形成
した。そして、形成した１００個の光起電力素子につい
て、その光電変換効率を測定した。光電変換効率はガス
の流れ方向の１０ポイント（サンプル）について、各々
ポイントの流れ方向に直交する１０サンプルの平均値を
求め、１０個の平均値の（最大値−最小値）／（最大値
＋最小値）をもって流れ方向のバラツキとした。
【００３２】基板に対する補助電極の位置は図６に示し
たが、この４例の補助電極設置実験について各々上記の
流れ方向のバラツキを求め、補助電極を設置しない場合
の流れ方向のバラツキ（同様の手順で求めたもの）の比
（補助電極有り／補助電極なし）としてその結果を表２
に示した。更に、上記４例について、各々１００個の光
電変換効率と成膜速度の平均値を求め、補助電極を設置
しない場合の光電変換効率と成膜速度の平均値との比
（補助電極有り／補助電極なし）として併せて表２に示
した。
たが、この４例の補助電極設置実験について各々上記の
流れ方向のバラツキを求め、補助電極を設置しない場合
の流れ方向のバラツキ（同様の手順で求めたもの）の比
（補助電極有り／補助電極なし）としてその結果を表２
に示した。更に、上記４例について、各々１００個の光
電変換効率と成膜速度の平均値を求め、補助電極を設置
しない場合の光電変換効率と成膜速度の平均値との比
（補助電極有り／補助電極なし）として併せて表２に示
した。
【００３３】表２から、本実施例の堆積膜形成方法、す
なわち、補助電極が少なくとも原料ガスの流れ方向に複
数個配置されていることで、高い成膜速度を維持したま
ま、堆積膜全面の膜質の低下を起こすことなく、ガスの
流れ方向の堆積膜の特性の均質化が実現することが分か
る。
なわち、補助電極が少なくとも原料ガスの流れ方向に複
数個配置されていることで、高い成膜速度を維持したま
ま、堆積膜全面の膜質の低下を起こすことなく、ガスの
流れ方向の堆積膜の特性の均質化が実現することが分か
る。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、大面積にわたって高品質で優れた均一性を有するア
モルファスシリコン系堆積膜を、高い成膜速度で形成す
ることが可能となる。
ば、大面積にわたって高品質で優れた均一性を有するア
モルファスシリコン系堆積膜を、高い成膜速度で形成す
ることが可能となる。
【図１】本発明に係る堆積膜形成方法を実施し得る堆積
膜形成装置の構成の一例を示す模式図である。
膜形成装置の構成の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例１に係る、補助電極への印加電
圧振幅に対する、水素ラジカルとＳｉＨラジカルの発光
強度を調べた結果を示すグラフである。
圧振幅に対する、水素ラジカルとＳｉＨラジカルの発光
強度を調べた結果を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例２に係る、補助電極への印加電
圧振幅に対する、水素ラジカルとＳｉＨラジカルの発光
強度を調べた結果を示すグラフである。
圧振幅に対する、水素ラジカルとＳｉＨラジカルの発光
強度を調べた結果を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例３に係る、補助電極への印加電
圧振幅のプラズマ電位との関係を示す図である。
圧振幅のプラズマ電位との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施例３に係る、矩形波とプラズマ電
位の電位差に対する、水素ラジカルとＳｉＨラジカルの
発光強度を調べた結果を示すグラフである。
位の電位差に対する、水素ラジカルとＳｉＨラジカルの
発光強度を調べた結果を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例４に係る、補助電極の基板に対
する配置を示す図である。
する配置を示す図である。
１０１：真空容器 １０２：基板 １０３：基板ホルダー １０４：ヒーター １０５：放電電極 １０６：ガード電極 １０７：高周波電源 １０８：整合回路 １０９：ブロッキングコンデンサー １１０：補助電極 １１１：電力増幅器 １１２：高周波信号発生器 １１３：オシロスコープ １１４：原料ガス供給手段 １１５：原料ガス導入管 １１６：真空排気手段 １１７：排気管 １１８：排気バルブ
フロントページの続き (72)発明者 金井 正博 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 須貝 浩士 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 AA06 BA30 FA03 JA17 JA18 KA15 KA19 KA46 LA16 5F045 AA08 AB04 AC01 AC02 AC15 AC16 AC17 AD07 AE21 AF10 BB02 BB09 BB16 CA13 DA52 DP03 DQ10 EH13 EH20 EK07 GB08 5F051 AA05 BA12 CA07 CA16 CA23 CA34 DA04 GA02
Claims (20)
- 【請求項１】排気手段を備えた真空容器内に放電電極を
設け、水素ガスおよび少なくともＳｉ元素を含有する堆
積膜の原料ガスを供給し、前記放電電極に高周波電力を
供給して前記原料ガスをプラズマ化し、前記真空容器内
の基板上にプラズマＣＶＤ法により堆積膜を形成する堆
積膜形成方法において、 前記真空容器内のプラズマ中に補助電極を配置し、該補
助電極に周期的に変動する電圧を放電を起こすことなく
印加し、堆積膜を形成することを特徴とする堆積膜形成
方法。 - 【請求項２】前記補助電極に印加する電圧は、最大振幅
が８０Ｖ以下の電圧であることを特徴とする請求項１に
記載の堆積膜形成方法。 - 【請求項３】前記電圧の最大振幅は、２０Ｖ乃至８０Ｖ
であることを特徴とする請求項２に記載の堆積膜形成方
法。 - 【請求項４】前記電圧の最大振幅は、２０Ｖ乃至６０Ｖ
であることを特徴とする請求項２に記載の堆積膜形成方
法。 - 【請求項５】前記補助電極に周期的に変動する電圧を印
加するに際し、該周期的に変動する電圧の少なくとも一
周期中のある期間だけ、前記原料ガスによるプラズマの
電位よりも低い電圧を印加することを特徴とする請求項
１〜４のいずれか１項に記載の堆積膜形成方法。 - 【請求項６】前記補助電極が、少なくとも前記原料ガス
の流れ方向に複数個配置されていることを特徴とする請
求項１〜５のいずれか１項に記載の堆積膜形成方法。 - 【請求項７】前記放電電極に供給される高周波電力は、
周波数が１０ｋＨｚ乃至５００ＭＨｚであることを特徴
とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の堆積膜形成
方法。 - 【請求項８】前記補助電極に印加される高周波電力は、
周波数が１００ｋＨｚ以上の高周波電力であることを特
徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の堆積膜形
成方法。 - 【請求項９】前記補助電極が、前記真空容器内の基板に
対して、対向面積が少なく、エッジのない、体積の小さ
い電極で形成されることを特徴とする請求項１〜８のい
ずれか１項に記載の堆積膜形成方法。 - 【請求項１０】前記補助電極が、高融点金属等の高強度
材による小径化された丸棒等によって形成されることを
特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の堆積膜
形成方法。 - 【請求項１１】排気手段を備えた前記真空容器と、該真
空容器内に設けられた成膜用の原料ガスを供給する原料
ガス供給手段及び該原料ガスをプラズマ化するための放
電電極と、該放電電極に高周波電源からの高周波電力を
印加するための電力導入手段を有し、該真空容器内の基
板上にプラズマＣＶＤ法により堆積膜を形成する堆積膜
形成装置において、 前記真空容器内の基板と該基板と対向して設けられた前
記放電電極との間に補助電極を配置し、該補助電極に周
期的に変動する電圧を放電を起こすことなく印加可能と
した電圧印加手段を有することを特徴とする堆積膜形成
装置。 - 【請求項１２】前記補助電極に電圧を印加する電圧印加
手段は、最大振幅が８０Ｖ以下の電圧を印加するように
構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の堆
積膜形成装置。 - 【請求項１３】前記電圧の最大振幅が、２０Ｖ乃至８０
Ｖの電圧を印加するように構成されていることを特徴と
する請求項１２に記載の堆積膜形成装置。 - 【請求項１４】前記電圧の最大振幅が、２０Ｖ乃至６０
Ｖの電圧を印加するように構成されていることを特徴と
する請求項１２に記載の堆積膜形成装置。 - 【請求項１５】前記補助電極に電圧を印加する電圧印加
手段は、前記周期的に変動する電圧の少なくとも一周期
中のある期間だけ、前記原料ガスによるプラズマの電位
よりも低い電圧を印加するように構成されていることを
特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の堆
積膜形成装置。 - 【請求項１６】前記補助電極が、少なくとも前記原料ガ
スの流れ方向に複数個配置されていることを特徴とする
請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の堆積膜形成装
置。 - 【請求項１７】前記高周波電源は、周波数が１０ｋＨｚ
乃至５００ＭＨｚの高周波電力を前記放電電極に供給す
る高周波電源であることを特徴とする請求項１１〜１６
のいずれか１項に記載の堆積膜形成装置。 - 【請求項１８】前記補助電極に電圧を印加する電圧印加
手段は、周波数が１００ｋＨｚ以上の高周波電力を印加
するように構成されていることを特徴とする請求項１１
〜１７のいずれか１項に記載の堆積膜形成装置。 - 【請求項１９】前記補助電極が、前記真空容器内の基板
に対して、対向面積が少なく、エッジのない、体積の小
さい電極で形成されていることを特徴とする請求項１１
〜１８のいずれか１項に記載の堆積膜形成装置。 - 【請求項２０】前記補助電極が、高融点金属等の高強度
材による小径化された丸棒等によって形成されているこ
とを特徴とする請求項１１〜１８のいずれか１項に記載
の堆積膜形成装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000091199A JP2001279455A (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | 堆積膜形成方法及び堆積膜形成装置 |
| US09/818,640 US6926934B2 (en) | 2000-03-29 | 2001-03-28 | Method and apparatus for deposited film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000091199A JP2001279455A (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | 堆積膜形成方法及び堆積膜形成装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001279455A true JP2001279455A (ja) | 2001-10-10 |
Family
ID=18606689
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000091199A Withdrawn JP2001279455A (ja) | 2000-03-29 | 2000-03-29 | 堆積膜形成方法及び堆積膜形成装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6926934B2 (ja) |
| JP (1) | JP2001279455A (ja) |
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- 2000-03-29 JP JP2000091199A patent/JP2001279455A/ja not_active Withdrawn
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- 2001-03-28 US US09/818,640 patent/US6926934B2/en not_active Expired - Fee Related
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