JP2002008982A - Plasma cvd system - Google Patents

Plasma cvd system

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JP2002008982A
JP2002008982A JP2000182767A JP2000182767A JP2002008982A JP 2002008982 A JP2002008982 A JP 2002008982A JP 2000182767 A JP2000182767 A JP 2000182767A JP 2000182767 A JP2000182767 A JP 2000182767A JP 2002008982 A JP2002008982 A JP 2002008982A
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JP
Japan
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plasma
reaction chamber
gas
reaction
thin film
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Application number
JP2000182767A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuyuki Yamamoto
泰幸 山本
Masanobu Azuma
正信 東
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Tokuyama Corp
Original Assignee
Tokuyama Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma CVD system which provides a stable plasma for forming a high quality silicon film with few defects and with high productivity. SOLUTION: The body of the plasma CVD apparatus is composed of conductive materials, such as stainless steels. It has a reaction chamber, capable of keeping its interior vacuum, a means for feeding a reactive gas such as silane gas into the reaction chamber, a means for turning the reactive gas fed into the chamber a plasma to generate a reactive gas plasma of a high electron density and means for holding a substrate for forming a thin film on its surface. At least a part of the portions in the chamber which come into contact with the reactive gas plasma is electrically insulated from the chamber body, by means of covering these portions with insulators, etc.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマCVD装
置及び該装置を用いて薄膜を形成する製造方法に関す
る。
The present invention relates to a plasma CVD apparatus and a method for forming a thin film using the apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、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、太陽電池などの
光電変換素子などに用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, thin films such as amorphous silicon, fine grain silicon, silicon oxide and silicon nitride have been widely used for semiconductor devices such as thin film transistors, photoelectric conversion devices and the like. In particular, among these, amorphous silicon has excellent electrical properties such as high photoconductivity and low dark conductivity, and has high durability, and is therefore used for photoelectric conversion elements such as solar cells. .

【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、CVD(化学気相蒸着)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)CVD法、熱CVD法などがあ
る。
As a general method for forming such an amorphous silicon thin film, a CVD (chemical vapor deposition) method, for example, a high-frequency plasma CVD method, an optical CVD method, an electron cyclotron resonance (ECR) CVD method And a thermal CVD method.

【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広く用いられている。
Among these methods, a high-frequency plasma CVD method, which is a type of capacitively coupled plasma, suppresses the generation of structural defects such as dangling bonds (unbonded hands) and reduces the three-dimensional silicon network structure. It is widely used because it can be formed efficiently.

【0005】この方法は、モノシラン(SiH4)、ジ
シラン(Si26)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。
According to this method, a raw material gas such as monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ) is introduced into a vacuum reaction chamber while being accompanied by a hydrogen gas for dilution.
A high-frequency electric power is applied between two electrodes arranged opposite to each other in a vacuum reaction chamber to generate a high-frequency electric field. In this electric field, electrons collide with neutral molecules of a raw material gas, and a high-frequency plasma is generated. Is formed to decompose the raw material gas and form a silicon thin film on the surface of the base material provided on one of the electrodes.

【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以下と低く、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が生成
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。
In this high frequency plasma CVD method, a relatively high quality film is easily obtained because the plasma density is low, for example, 10 9 cm −3 or less, and the silicon thin film formation speed is low. However, since a high gas pressure is required, a decomposition reaction in the form of a polymer is generated by a secondary reaction in the gas phase, contamination by substances adhering to the chamber wall due to discharge in the reaction chamber, or contamination of the electrode. There is a possibility that the quality of the thin film may be deteriorated due to contamination by the adhered substance.

【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型
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(RF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、1010〜1012cm 3
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、例えば、0.1〜50mTorrの低
い圧力でも反応を行うことができるようになっている。
For this reason, recently, instead of capacitively coupled plasma, an inductively coupled plasma CVD method using inductively coupled plasma has been used. In the inductively coupled plasma method, high-frequency power is applied to a high-frequency coil (RF antenna) to generate inductively-coupled plasma, and a silicon thin film is formed on a base material arranged opposite to the high-frequency coil. Is the way. In this inductively coupled plasma method, for example, 10 10 ~10 12 cm - 3 about a high plasma density can be obtained, are also possible to generate more effective radical species (SiH 3 radicals) by adjusting the plasma generating conditions . In addition, the generation of ions which are considered to have a bad influence on the growth surface of the thin film or the interface at the time of lamination is small, and the reaction can be performed at a low pressure of, for example, 0.1 to 50 mTorr.

【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。
In addition, unlike the conventional capacitively coupled plasma CVD apparatus, this inductively coupled plasma CVD apparatus does not require the use of a counter electrode, and thus has a high degree of freedom in the space inside the apparatus. For this reason, for example, it is possible to increase the effective utilization rate of the reaction gas by installing a reaction gas supply nozzle facing the substrate stage.

【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、反応
チャンバーの外部の上部に渦巻状の高周波コイルを配置
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との間にリング状に形成したガス供
給ノズルを備えた誘導結合型プラズマCVD装置が開示
されている。
As a method using such an inductively coupled plasma method, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-27762 discloses a method in which a spiral high-frequency coil is arranged on the upper part of the outside of a reaction chamber and the surface thereof does not contain oxygen. A dielectric window of quartz material with the film deposited is formed at the top of the reaction chamber,
An inductively coupled plasma CVD apparatus having a gas supply nozzle formed in a ring shape between the dielectric window and the substrate is disclosed.

【0010】ところが、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。
However, in such an inductively coupled plasma CVD apparatus, a high-frequency coil is provided outside the reaction chamber to induce a high frequency through a dielectric window. 10 - 2 for Torr not able to induce a high frequency to be relatively high, the gas mist (powder) tends to occur in the plasma, as a result,
Impurities were mixed into the silicon thin film on the surface of the base material, and it was still insufficient to form a uniform, high-quality silicon thin film with few defects.

【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。
In this case, since a high-frequency coil is provided outside the reaction chamber to induce high-frequency waves through the dielectric window, the transmission of high-frequency waves is not good, and the speed of deposition on the surface of the base material is low. But the production efficiency was not good.

【0012】一方、「Low Temperature Growth of Amor
phous and Polycrystalline Silicon Films from a Mod
ified 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
い反応圧力で、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
開示されている。
On the other hand, "Low Temperature Growth of Amor
phous and Polycrystalline Silicon Films from a Mod
ified Inductively Coupled Plasma '', M. Goto et al., Jpn.
J. Appl. Phys. Vol. 36 (1997), pp. 3714-3720,
In the inductively coupled plasma CVD method, a high frequency coil (RF antenna) is disposed inside a reaction chamber, and an internally excited inductively coupled plasma capable of generating a stable plasma at a low reaction pressure at a low voltage. A CVD apparatus is disclosed.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者等の検討によれば、RFアンテナを内部に配設した上
記誘導結合型プラズマCVD装置では、作製条件によっ
ては反応ガスプラズマが点滅し不安定になったり、ある
いは反応ガスプラズマが形成されにくくなったりし、高
品質の薄膜を安定して得ることが困難となるといった問
題があることが明らかとなった。また、該装置を用いて
製膜を行う場合、膜厚制御を正確に行うために、シャッ
ターを使用して反応ガスプラズマと基材との接触を一時
的に遮断することが一般的に行われているが、基材とプ
ラズマとの間でシャッターを開閉した場合に、プラズマ
の不安定化が特に起こりやすいという問題、さらには、
膜作製条件を変更するために、基材と高周波コイルの距
離やチャンバー壁と高周波コイルの距離等を変えると、
反応ガスプラズマの発光強度が変化するという問題があ
ることが明らかとなった。
However, according to studies by the present inventors, in the above-described inductively coupled plasma CVD apparatus having an RF antenna disposed therein, the reactive gas plasma flashes and becomes unstable depending on manufacturing conditions. It has been clarified that there is a problem that the reaction gas becomes difficult to form, or a reactive gas plasma is hardly formed, and it is difficult to stably obtain a high-quality thin film. When a film is formed using this apparatus, it is common practice to temporarily shut off the contact between the reaction gas plasma and the base material using a shutter in order to accurately control the film thickness. However, when the shutter is opened and closed between the base material and the plasma, the problem that plasma instability is particularly likely to occur, and furthermore,
Changing the distance between the base material and the high-frequency coil or the distance between the chamber wall and the high-frequency coil to change the film production conditions,
It became clear that there was a problem that the emission intensity of the reactive gas plasma changed.

【0014】そこで、本発明は、高品質の薄膜を効率よ
く製造することが可能なプラズマCVD装置、より具体
的には、安定な高電子密度の反応ガスプラズマを発生す
ることができるプラズマCVD装置を提供することを目
的とする。
Therefore, the present invention provides a plasma CVD apparatus capable of efficiently producing a high-quality thin film, and more specifically, a plasma CVD apparatus capable of generating a stable high-density reactive gas plasma. The purpose is to provide.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、この様な
実状を鑑みて、誘導結合型プラズマを薄膜の作製に用い
る場合において、安定したプラズマを容易に得るべく、
鋭意検討を行った。その結果、反応チャンバー内の反応
ガスプラズマと接触する部分をセラミックス等の絶縁体
で被覆する等して反応ガスプラズマと接触する部分と反
応チャンバーとを電気的に絶縁する処置を行うと、安定
な誘導結合型プラズマを発生させることができることを
見出した。そして、更に検討を行ったところ、このよう
な処置を行ったCVD装置を用いてシリコン膜の堆積を
行ったところ、約10nm/秒の高速でシリコン膜が得
られることを見出し、本発明を完成するに至った。
In view of such circumstances, the present inventors have attempted to obtain stable plasma easily when using inductively coupled plasma for producing a thin film.
We worked diligently. As a result, when a treatment for electrically insulating the part in contact with the reaction gas plasma from the reaction chamber by, for example, coating the part in contact with the reaction gas plasma in the reaction chamber with an insulator such as ceramics, a stable operation is achieved. It has been found that inductively coupled plasma can be generated. Further investigations have shown that when a silicon film is deposited using a CVD apparatus which has undergone such treatment, a silicon film can be obtained at a high speed of about 10 nm / sec. I came to.

【0016】即ち、第一の本発明は、本体が導電性材料
で構成されており、その内部を真空状態に維持できる反
応チャンバーと、該反応チャンバー内に反応ガスを供給
するための反応ガス供給手段と、該反応チャンバー内に
供給された反応ガスをプラズマ化して高電子密度の反応
ガスプラズマを発生させるための反応ガスプラズマ発生
手段と、その表面に薄膜が形成される基材を保持するた
めの基材保持手段とを有するプラズマCVD装置におい
て、反応チャンバー内の反応ガスプラズマが接触する部
分の少なくとも一部が反応チャンバー本体と電気的に絶
縁されていることを特徴とするプラズマCVD装置であ
る。
That is, according to a first aspect of the present invention, there is provided a reaction chamber having a main body made of a conductive material and capable of maintaining the inside thereof in a vacuum state, and a reaction gas supply for supplying a reaction gas into the reaction chamber. Means, a reaction gas plasma generating means for generating a reaction gas plasma having a high electron density by converting the reaction gas supplied into the reaction chamber into plasma, and for holding a substrate on which a thin film is formed on the surface thereof A plasma CVD apparatus having a base material holding means, wherein at least a part of a portion of the reaction chamber in contact with the reaction gas plasma is electrically insulated from the reaction chamber body. .

【0017】本発明は理論に拘束されるものではない
が、従来のプラズマCVD装置においては、プラズマ中
の電離した電子が金属等の導電性材料で構成される反応
チャンバー本体(通常接地されている)に流入し消滅し
てしまうため、プラズマのポテンシャルが低下し、安定
したプラズマを生成し難くなっていたのに対し、上記本
発明のプラズマCVD装置においては、このような反応
ガスプラズマ中の電子の消滅が起こり難くなっているた
め、反応ガスプラズマの安定化が図られたものと思われ
る。また、本発明のプラズマCVD装置においては、反
応チャンバーにプラズマが接しても電離した電子が消滅
しにくいため、反応チャンバーの容積を小さくすること
が可能である。さらに、本発明のプラズマCVD装置の
中で、それが移動することにより反応ガスプラズマと基
材との接触および非接触を制御するシャッターを有する
態様については、反応ガスプラズマを形成する開始時に
シャッターが閉じた状態であっても、プラズマを安定し
て形成することが可能であり、また、シャッターの開閉
によりプラズマの状態が変わることがないため、高周波
回路のマッチングをシャッターの開閉前後で大幅に再調
整する必要が無くなるというメリットもある。
Although the present invention is not limited by theory, in a conventional plasma CVD apparatus, the ionized electrons in the plasma have a reaction chamber body (usually grounded) made of a conductive material such as metal. ), The plasma potential drops, and it is difficult to generate stable plasma. On the other hand, in the plasma CVD apparatus of the present invention, the electrons in the reaction gas plasma It is considered that the reaction gas plasma was stabilized because the quenching became difficult to occur. In addition, in the plasma CVD apparatus of the present invention, even when plasma comes into contact with the reaction chamber, the ionized electrons are hard to disappear, so that the volume of the reaction chamber can be reduced. Furthermore, in the aspect of the plasma CVD apparatus of the present invention, which has a shutter for controlling contact and non-contact between the reaction gas plasma and the substrate by moving the same, the shutter is activated at the start of forming the reaction gas plasma. Even in the closed state, the plasma can be formed stably, and the state of the plasma does not change when the shutter is opened and closed. There is also an advantage that there is no need to adjust.

【0018】また、本発明のプラズマCVD装置の中で
も、反応チャンバー内に高周波印加コイルが設置された
誘導結合型プラズマCVD装置は、コイルに高周波電力
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、プラズマ中にガスミスト(パウダー)
が発生しにくいため、均一で、欠陥の少ない高品質の薄
膜を高速で形成できるという特徴を有する。
Among the plasma CVD apparatuses of the present invention, an inductively coupled plasma CVD apparatus in which a high-frequency applying coil is installed in a reaction chamber is used to supply a high-frequency power to the coil to supply the reaction to the reaction chamber. The generation efficiency of the inductively coupled plasma generated with the gas is improved, and the reaction pressure of the reaction gas can be reduced.
This is characterized in that a high-quality thin film having a uniform quality and few defects can be formed at a high speed because the generation of a thin film is difficult.

【0019】また、第二の反発明は、前記本発明のプラ
ズマCVD装置を用いて、基材上に薄膜を形成すること
を特徴とする薄膜の製造方法である。
A second invention is a method for producing a thin film, comprising forming a thin film on a substrate using the plasma CVD apparatus of the present invention.

【0020】該本発明の製造方法では、高い電子密度を
有する反応ガスプラズマが安定して得られることから、
原料ガスの分解効率が向上し、高製膜速度で高品質の薄
膜を製造することが可能である。
According to the production method of the present invention, a reactive gas plasma having a high electron density can be stably obtained.
The decomposition efficiency of the source gas is improved, and a high-quality thin film can be manufactured at a high film-forming speed.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】本発明のプラズマCVD装置は、
本体が導電性材料で構成されており、その内部を真空状
態に維持できる反応チャンバーと、該反応チャンバー内
に反応ガスを供給するための反応ガス供給手段と、該反
応チャンバー内に供給された反応ガスをプラズマ化して
高電子密度の反応ガスプラズマを発生させるための反応
ガスプラズマ発生手段と、その表面に薄膜が形成される
基材を保持するための基材保持手段とを有する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A plasma CVD apparatus according to the present invention
A reaction chamber whose main body is formed of a conductive material, the inside of which can be maintained in a vacuum state; a reaction gas supply means for supplying a reaction gas into the reaction chamber; and a reaction gas supplied into the reaction chamber. It has a reaction gas plasma generating means for generating a reaction gas plasma having a high electron density by converting a gas into plasma, and a base material holding means for holding a base material on which a thin film is formed on its surface.

【0022】本発明のプラズマCVD装置は、反応チャ
ンバー内の反応ガスプラズマが接触する部分の少なくと
も一部が反応チャンバー本体と電気的に絶縁されている
こと以外は、従来の高電子密度プラズマを用いる誘導結
合型プラズマCVD装置、電子サイクロトン共鳴(EC
R)CVD装置等と特に変わる点はない。
The plasma CVD apparatus of the present invention uses a conventional high electron density plasma, except that at least a part of the portion of the reaction chamber where the reaction gas plasma comes into contact is electrically insulated from the reaction chamber body. Inductively coupled plasma CVD equipment, electron cycloton resonance (EC
R) There is no particular difference from the CVD apparatus and the like.

【0023】例えば、反応チャンバーは、その本体がS
US304などのステンレス鋼等の導電性材料で構成さ
れており、真空ポンプ等の排気手段によりその内部を真
空状態に維持することができる容器であれば特に限定さ
れず、円筒状、あるいは中空な(略)球状の形状を有す
る容器等の従来のプラズマCVD装置で使用されている
公知の反応チャンバーが使用できる。なお、該反応チャ
ンバーは、反応ガスプラズマ発生手段の構造等によって
は、反応ガスプラズマ発生室のような反応チャンバー内
に開口した室を有していてもよい。
For example, the main body of the reaction chamber is S
The container is not particularly limited as long as the container is made of a conductive material such as stainless steel such as US304 and the inside thereof can be maintained in a vacuum state by an exhaust means such as a vacuum pump. A well-known reaction chamber used in a conventional plasma CVD apparatus such as a (spherical) container having a spherical shape can be used. The reaction chamber may have a chamber opened in the reaction chamber, such as a reaction gas plasma generation chamber, depending on the structure of the reaction gas plasma generation means.

【0024】また、前記反応ガス供給手段は反応チャン
バー内に、プラズマ化して反応し薄膜の原料となる反応
ガスを供給する手段であれば特に限定されないが、通常
は、ガスボンベ(シリンダー)等のガス貯蔵容器から調
圧弁や流量調節器を介し、更に必要に応じてガス混合器
や温度調整器を介して反応チャンバー内に反応ガスを導
入するための配管である。ここで、反応ガスとは、薄膜
の直接原料となるガス(原料ガス)あるいはこれを希釈
したガスを意味する。薄膜の直接原料となるガス(原料
ガス)は、製造する薄膜の種類によって適宜決定され、
例えば、シリコン膜を形成する場合にはシラン系のガス
が、ダイヤモンド膜を形成する場合にはハイドロカーボ
ン系のガスが用いられる。また、希釈ガスとしては、水
素、ヘリウム、アルゴン等が用いられる。
The reaction gas supply means is not particularly limited as long as it is a means for supplying a reaction gas, which is converted into plasma and reacts as a raw material of a thin film, into the reaction chamber, but is usually a gas such as a gas cylinder (cylinder). This is a pipe for introducing a reaction gas from the storage container into the reaction chamber via a pressure regulating valve or a flow controller and, if necessary, a gas mixer or a temperature controller. Here, the reaction gas means a gas (raw material gas) which is a direct raw material of the thin film or a gas obtained by diluting the gas. The gas (raw material gas) directly serving as a raw material for the thin film is appropriately determined depending on the type of the thin film to be produced.
For example, a silane-based gas is used for forming a silicon film, and a hydrocarbon-based gas is used for forming a diamond film. In addition, hydrogen, helium, argon, or the like is used as the diluent gas.

【0025】また、前記反応ガスプラズマ発生手段は、
反応チャンバー内に供給された反応ガスをプラズマ化し
て高電子密度の反応ガスプラズマを発生させるための手
段であれば特に限定されない。ここで高電子密度の反応
ガスプラズマとは、1010〜1012cm-3程度の電子密
度を有する反応ガスプラズマであり、このような電子密
度のプラズマを発生することができる誘導結合型プラズ
マ発生機構、ECRプラズマ発生機構等が該反応ガスプ
ラズマ発生手段に相当する。なお、プラズマの電子密度
はラングミュア・プローブ法でプラズマ診断をすること
により測定することができる。
Further, the reaction gas plasma generating means includes:
There is no particular limitation as long as it is a means for generating a reaction gas plasma having a high electron density by converting the reaction gas supplied into the reaction chamber into plasma. Here, the high-electron-density reactive gas plasma is a reactive gas plasma having an electron density of about 10 10 to 10 12 cm −3 , and is an inductively coupled plasma capable of generating such an electron-density plasma. A mechanism, an ECR plasma generation mechanism, and the like correspond to the reaction gas plasma generation means. The electron density of the plasma can be measured by performing a plasma diagnosis using the Langmuir probe method.

【0026】上記の誘導結合型プラズマ発生機構とは、
該反応チャンバーの内部又は外部に基材と対向するよう
に配置された高周波印加コイルに高周波電力を印加し
て、該高周波印加コイル近傍に存在する反応ガスをプラ
ズマ化し、圧力差あるいは拡散現象等を利用して反応ガ
スプラズマを基材に誘導するものである。また、ECR
プラズマ発生機構とは、磁場を発生させる手段によっ
て、永久磁石型と発散磁場型(電磁石によって磁場を発
生させる)とに分類され、、永久磁石型では基材と対向
するように設置されたアンテナから発せられるマイクロ
波で反応ガスがプラズマ化される。また、発散磁場型の
場合には、電磁石により形成される発散磁場内に存在す
る反応ガスにマイクロ波を照射する等によって反応ガス
をプラズマ化し、発生した反応ガスプラズマを磁場で基
材に誘導するものである。該発散磁場型においては、通
常プラズマ室(或いはプラズマ発生室)と呼ばれ、その
開口部が基材と対向するように設けられた室内でプラズ
マ発生させるためのガス(以下、プラズマ発生ガスとも
いう。通常、水素、ヘリウム或いはアルゴンを用い
る。)あるいは反応ガスをプラズマ化し、プラズマ発生
ガスを用いてプラズマ化した場合には該プラズマに反応
ガスを導入してさらにこれをプラズマ化して反応ガスプ
ラズマとしている。
The above-mentioned inductively-coupled plasma generation mechanism is as follows.
A high-frequency power is applied to a high-frequency application coil disposed inside or outside the reaction chamber so as to face the base material, and the reaction gas existing in the vicinity of the high-frequency application coil is turned into plasma to reduce a pressure difference or a diffusion phenomenon. The reaction gas plasma is guided to the base material by utilizing. Also, ECR
The plasma generating mechanism is classified into a permanent magnet type and a divergent magnetic field type (generating a magnetic field by an electromagnet) according to the means for generating a magnetic field. The reaction gas is turned into plasma by the emitted microwave. In the case of a divergent magnetic field type, a reactive gas existing in a divergent magnetic field formed by an electromagnet is irradiated with microwaves to convert the reactive gas into a plasma, and the generated reactive gas plasma is guided to the base material by the magnetic field. Things. In the divergent magnetic field type, it is usually called a plasma chamber (or a plasma generation chamber), and a gas for generating plasma in a chamber provided with an opening portion facing the base material (hereinafter, also referred to as a plasma generation gas). Usually, hydrogen, helium, or argon is used.) Or, when the reaction gas is converted into plasma and converted into plasma using a plasma generating gas, the reaction gas is introduced into the plasma, which is further converted into plasma to form a reaction gas plasma. I have.

【0027】本発明のプラズマCVD装置が有する前記
基材保持手段とは、その表面に薄膜が形成される基材を
保持することができる手段であれば特に限定されず、例
えば、基材を直接設置するための基材設置部(ステー
ジ)が、反応チャンバー内に該反応チャンバー本体に固
設された支持部材で支持されているか、又は上下等に摺
動可能なように(反応チャンバー内の真空度を維持した
状態で移動できるように)反応チャンバー本体に貫設さ
れた支持部材で支持されている構造からなるものが例示
できる。なお、従来のプラズマCVD装置においては、
これら支持部材および基材設置部は、作製時の加工の容
易さ等の理由から、金属等の導電性材料で構成されてい
るのが通常である。
The substrate holding means included in the plasma CVD apparatus of the present invention is not particularly limited as long as it can hold a substrate on which a thin film is formed. A base material setting section (stage) for setting is supported in the reaction chamber by a support member fixed to the reaction chamber main body, or slidable up and down or the like (vacuum in the reaction chamber). For example, one having a structure supported by a support member penetrating the reaction chamber main body (so that it can be moved while maintaining the degree) can be exemplified. In a conventional plasma CVD apparatus,
The support member and the base member installation part are usually made of a conductive material such as a metal for the reason of easiness of processing at the time of manufacturing.

【0028】また、本発明のプラズマCVD装置は、そ
れが移動することにより反応ガスプラズマと基材との接
触および非接触を制御するためのシャッターをさらに有
していてもよい。このようなシャッターを有することに
より、プラズマ形成開始時の不安定さの影響を受けず
に、堆積時間を制御することが可能となる。該シャッタ
ーは、上記のような機能を果たすものであれば、その構
造は特に限定されないが、代表的なシャッターを例示す
れば、反応チャンバー本体に摺動可能なように(反応チ
ャンバー内の真空度を維持した状態で前後等に移動或い
は回転することができるように)貫設された支持部材で
支持されている板状体からなるシャッターを挙げること
ができる。該シャッターにおいては、板状体は基材より
大きな面積を有しており、その射影が基材を完全に覆う
ようにして該板状体が反応ガスプラズマ発生手段と基材
との間に存在する場合には、反応ガスプラズマと基材と
の接触が物理的に遮断され、支持部材を前後に移動させ
たり、回転させたりして板状体の射影が基材を覆わない
様にすることにより反応ガスプラズマと基材との接触を
回復させることができる。なお、従来のプラズマCVD
装置においては、これら支持部材およびシャッターは、
作製時の加工の容易さ等の理由から、金属等の導電性材
料で構成されているのが通常である。
Further, the plasma CVD apparatus of the present invention may further have a shutter for controlling contact and non-contact between the reaction gas plasma and the substrate by moving the apparatus. By having such a shutter, the deposition time can be controlled without being affected by instability at the start of plasma formation. The structure of the shutter is not particularly limited as long as it functions as described above. A typical shutter, for example, is slidable on the reaction chamber body (the degree of vacuum in the reaction chamber). The shutter may be a plate-shaped body supported by a support member provided so as to be able to move back and forth or rotate while maintaining the state. In the shutter, the plate-like body has an area larger than the base material, and the plate-like body exists between the reaction gas plasma generating means and the base material such that the projection completely covers the base material. In this case, the contact between the reactive gas plasma and the substrate is physically blocked, and the support member is moved back and forth or rotated so that the projection of the plate-like body does not cover the substrate. Thereby, the contact between the reaction gas plasma and the substrate can be restored. In addition, the conventional plasma CVD
In the device, these support members and shutters are
Usually, it is made of a conductive material such as metal for reasons such as ease of processing at the time of fabrication.

【0029】本発明のプラズマCVD装置は、上記シャ
ッターの他にも、基材の温度を制御するための基材温度
調整手段(例えば、シーズヒーターを用いたり冷却媒を
通すことにより基材設置部を加熱したり冷却したりする
機構、或いは赤外線ヒーターにより基材を加熱する機構
等)、処理すべき基材を本装置に導入するために出し入
れするロードロック室、真空度を維持した状態で基材を
反応チャンバー内にセットしたり取り出したりするため
の基材移動設備(これを介して基材を移動させるための
遠隔操作可能なロッド、ロードロック室との間に設置さ
れるゲートバルブ等)等を有していてもよい。
In the plasma CVD apparatus of the present invention, in addition to the shutter, a substrate temperature adjusting means for controlling the temperature of the substrate (for example, by using a sheathed heater or passing a cooling medium, A mechanism for heating or cooling the substrate, or a mechanism for heating the substrate with an infrared heater), a load lock chamber for taking in and out the substrate to be treated into this equipment, and a base with a vacuum maintained. Substrate transfer equipment for setting and removing materials into and from the reaction chamber (a remotely operable rod for moving the substrate through this, a gate valve installed between the load lock chamber, etc.) Etc. may be provided.

【0030】本発明のプラズマCVD装置においては、
反応チャンバー内の反応ガスプラズマが接触する部分の
少なくとも一部が反応チャンバー本体と電気的に絶縁さ
れていることが必須である。反応チャンバー内の反応ガ
スプラズマが接触する部分の全てが反応チャンバー本体
と電気的に接続している場合には、安定な反応ガスプラ
ズマを得ることができず、所期の目的を達成する事がで
きない。効果の観点からは、反応チャンバー内の反応ガ
スプラズマが接触する部分の全部が反応チャンバー本体
と電気的に絶縁されていることが最も好ましいが、効果
に与える影響の大きさから、少なくとも基材設置部と反
応チャンバー本体とは電気的に絶縁されているのが好ま
しく、さらにシャッターを有する場合には、シャッター
も合わせて反応チャンバー本体と電気的に絶縁されてい
るのが特に好ましい。さらに、反応チャンバーの内壁面
に関しては、反応ガスプラズマが接触する部分(プラズ
マCVD装置が前記プラズマ発生室を有する場合には該
室の内面も含まれる)の部総面積の70%以上、特に9
0%以上が反応チャンバー本体と電気的に絶縁されてい
るのが好適である。
In the plasma CVD apparatus of the present invention,
It is essential that at least a part of the reaction gas plasma contact portion in the reaction chamber is electrically insulated from the reaction chamber body. If all parts of the reaction chamber that come into contact with the reaction gas plasma are electrically connected to the reaction chamber body, stable reaction gas plasma cannot be obtained, and the intended purpose may be achieved. Can not. From the viewpoint of the effect, it is most preferable that all of the portions of the reaction chamber that come into contact with the reaction gas plasma are electrically insulated from the reaction chamber main body. It is preferable that the part and the reaction chamber main body are electrically insulated, and when a shutter is further provided, it is particularly preferable that the shutter is also electrically insulated from the reaction chamber main body. Further, with respect to the inner wall surface of the reaction chamber, 70% or more, particularly 9%, of the total area of the portion where the reaction gas plasma comes into contact (including the inner surface of the plasma generation chamber when the plasma CVD apparatus has the chamber).
Preferably, 0% or more is electrically insulated from the reaction chamber body.

【0031】反応チャンバー内の反応ガスプラズマが接
触する部分の少なくとも一部を反応チャンバー本体と電
気的に絶縁する方法は、特に限定されず、反応ガスプラ
ズマが接触する部分の少なくとも一部を絶縁体で構成す
る、或いは反応ガスプラズマが接触する部分の少なくと
も一部と反応チャンバー本体との間に絶縁体を介在させ
る等の方法が採用される。なお、反応ガスプラズマが接
触する部分の少なくとも一部を絶縁体で構成する場合に
は、絶縁したい部分の部材全体を絶縁体で構成してもよ
いし、絶縁体でコーティングする等の方法によりその表
層のみを絶縁体で構成してもよい。この時用いる絶縁体
は、特に限定されず、アルミナ、シリカ、窒化アルミニ
ウム等のセラミックス;ガラス等が使用できる。
The method of electrically insulating at least a part of the reaction gas plasma in the reaction chamber from the reaction chamber body is not particularly limited, and at least a part of the reaction gas plasma contacting part is an insulator. Or a method in which an insulator is interposed between at least a part of the contact portion of the reaction gas plasma and the reaction chamber body. When at least a part of the contact portion of the reactant gas plasma is made of an insulator, the entire member of the portion to be insulated may be made of an insulator, or may be coated by a method such as coating with an insulator. Only the surface layer may be made of an insulator. The insulator used at this time is not particularly limited, and ceramics such as alumina, silica, and aluminum nitride; glass and the like can be used.

【0032】本発明のプラズマCVD装置では、安定し
た高電子密度の反応ガスプラズマを得ることができるの
で、該装置を用いてシリコン、ダイヤモンド等の薄膜を
プラズマCVD法で形成した場合には、高品質な薄膜を
安定して再現性良く、しかも高速で得ることができる。
この時の製膜方法は、本発明のプラズマCVD装置を用
いる点以外は、従来のプラズマCVD装置を用いた場合
と特に変わる点はない。
In the plasma CVD apparatus of the present invention, a reactive gas plasma having a stable and high electron density can be obtained. Therefore, when a thin film of silicon, diamond or the like is formed by the plasma CVD method using the apparatus, a high plasma is obtained. A high-quality thin film can be obtained stably with good reproducibility and at high speed.
Except for using the plasma CVD apparatus of the present invention, the film forming method at this time is not particularly different from the case of using the conventional plasma CVD apparatus.

【0033】以下に、反応ガス発生手段として反応チャ
ンバー内に高周波印加コイルを設置した誘導結合型プラ
ズマ発生機構を採用した本発明のプラズマCVD装置
(以下、本発明の誘導結合型プラズマCVD装置とも言
う。図1にその概略を示す。)を用いてシリコン薄膜を
製造する場合を例に、本発明のプラズマCVD装置、及
び本発明の薄膜の製造方法について更に詳しく説明す
る。
Hereinafter, a plasma CVD apparatus of the present invention employing an inductively coupled plasma generating mechanism in which a high frequency application coil is installed in a reaction chamber as a reaction gas generating means (hereinafter, also referred to as an inductively coupled plasma CVD apparatus of the present invention). The plasma CVD apparatus of the present invention and the method of manufacturing a thin film of the present invention will be described in further detail by taking, as an example, the case of manufacturing a silicon thin film using FIG.

【0034】図1に示される本発明の誘導結合型プラズ
マCVD装置10は、例えば、SUS304などのステ
ンレス鋼などの導電性材料から構成され、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16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。そ
して、該反応チャンバー12の内壁の反応ガスプラズマ
と接触する部分は、アルミナや窒化アルミニウム等のセ
ラミックスからなる絶縁体で被覆されている。
The inductively coupled plasma CVD apparatus 10 of the present invention shown in FIG. 1 is made of a conductive material such as stainless steel such as SUS304 and has a cylindrical reaction chamber 12 maintained in a vacuum state. By connecting to a vacuum source such as a vacuum pump through an exhaust port 13 formed in the bottom wall 16 of the reaction chamber 12, a constant vacuum state is maintained. The portion of the inner wall of the reaction chamber 12 that comes into contact with the reaction gas plasma is coated with an insulator made of ceramics such as alumina or aluminum nitride.

【0035】また、反応チャンバー12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(ステージ14)が配置されている。該のス
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な支持
部材15によって支持されることにより位置調整可能と
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、支持部材1
5と底壁16との間の摺動部分には、反応チャンバー1
2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。そして、該ステージ14
は、その表面がセラミックス等の絶縁体で被服されるこ
と(図示しない別な態様として、支持部材15と底壁1
6との間等にセラミック等の絶縁体を介在させること)
によりチャンバー本体と電気的な絶縁が取られている。
In the inside of the reaction chamber 12, a substrate setting section (stage 14) for setting a substrate A on which a thin film such as a silicon thin film is deposited on the surface is disposed. The position of the stage 14 can be adjusted by penetrating the bottom wall 16 of the reaction chamber 12 and supported by a support member 15 that can slide up and down by a drive mechanism (not shown). For example, the base material A can be heated by a heating mechanism such as a sheath heater. Although not shown, the support member 1
The sliding part between the bottom 5 and the bottom wall 16 includes the reaction chamber 1
A seal member such as a seal ring is provided in order to secure a degree of vacuum in 2. And the stage 14
Is that its surface is covered with an insulator such as ceramics (as another mode not shown, the support member 15 and the bottom wall 1
6 Insulation such as ceramic should be interposed between
This provides electrical insulation from the chamber body.

【0036】一方、反応チャンバー12の上方には、リ
ング形状の高周波印加コイル18が設けられており、そ
の基端部分20及び22が、反応チャンバー12の頂壁
17を貫通して、反応チャンバー12外部に設けられた
高周波電源24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、高周波電源24により発生した
高周波を損失なく高周波印加コイル18へ伝播できるよ
うになっている。
On the other hand, a ring-shaped high frequency application coil 18 is provided above the reaction chamber 12, and its base end portions 20 and 22 pass through the top wall 17 of the reaction chamber 12, and It is connected to a high-frequency power supply 24 provided outside. A matching circuit (not shown) is provided between the high-frequency application coil 18 and the high-frequency power supply 24 so that the high frequency generated by the high-frequency power supply 24 can be transmitted to the high-frequency application coil 18 without loss.

【0037】この高周波印加コイル18の径は通常3〜
30cm、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。図1には高周波印加コイル
としてリング状のものが1つ設置された態様を示した
が、該コイルは渦巻き状等の他の形状でもよく、設置数
は2以上であってもよい。
The diameter of the high frequency application coil 18 is usually 3 to
It is 30 cm, preferably 5 to 20 cm. With such a coil diameter, it is possible to avoid that the thickness of the thin film is not thin near the center of each coil, and it is possible to increase the film forming speed. FIG. 1 shows an embodiment in which one ring-shaped coil is installed as a high-frequency application coil. However, the coil may have another shape such as a spiral shape, and the number of installed coils may be two or more.

【0038】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。
The material of the high-frequency coil 18 may be selected from metals, for example, stainless steel such as SUS304, copper, aluminum and the like, which can be easily processed, and is not particularly limited. The surface of the high-frequency coil 18 may be covered with an insulator such as alumina or aluminum nitride.

【0039】また、付着したシリコン膜が剥がれにくく
するため等、コイルを加熱する場合においては、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
加熱手段や熱媒体のシリコーンオイルをコイル中に循環
させるなどの方法によって、高周波コイルを加熱するこ
とも勿論可能である。
When the coil is heated, for example, in order to make the adhered silicon film difficult to peel off, for example, a heating means for embedding a sheathed heater inside the high-frequency coil 18 or silicone oil as a heat medium is circulated through the coil. It is, of course, possible to heat the high-frequency coil by such a method.

【0040】また、反応チャンバー12には、該反応チ
ャンバー12の頂壁17を貫通して、リング形状の高周
波印加コイル18の中心を通過する様に、複数のガス吹
き出し孔を有するシャワーノズル状(或いはリング状)
の反応ガス導入ノズル25が設けられており、該反応ガ
ス導入ノズル25から反応ガスが図示しない反応ガス供
給源から図示しない流量計を通して導入される。
The reaction chamber 12 has a shower nozzle shape having a plurality of gas blowing holes so as to pass through the top wall 17 of the reaction chamber 12 and pass through the center of the ring-shaped high-frequency applying coil 18. Or ring)
The reaction gas introduction nozzle 25 is provided, and a reaction gas is introduced from the reaction gas introduction nozzle 25 from a reaction gas supply source (not shown) through a flow meter (not shown).

【0041】反応ガス供給源は、例えば、モノシラン
(SiH4)、ジシラン(Si26)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供給できるように、各種ガス
シリンダー、調圧弁、および必要に応じてガス混合器を
具備している。
As a reaction gas supply source, for example, a raw material gas such as monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ) is supplied as it is, or mixed with a diluting gas such as hydrogen, helium, argon, xenon, or the like. It is equipped with various gas cylinders, pressure regulators and, if necessary, gas mixers.

【0042】また、高周波コイル18とステージ14の
間にはシャッター19が設置されており、この開閉によ
って堆積時間が制御される。なお、シャッター19の表
面は、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミックスで
被覆されることによって{図示しない別の態様として
は、又は、シャッターの支持部材にセラミックス等の絶
縁体(ガイシなど)をはさんでもよい}反応チャンバー
本体と電気的な絶縁が取れるようになっている。
A shutter 19 is provided between the high-frequency coil 18 and the stage 14, and the opening and closing of the shutter 19 controls the deposition time. The surface of the shutter 19 is coated with a ceramic such as alumina or aluminum nitride. In another mode (not shown), or by sandwiching an insulator (such as a insulator) such as a ceramic on a support member of the shutter. Good} Electrical insulation can be obtained from the reaction chamber body.

【0043】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ロードロック室(図示
していない)に接続されている。
Further, on the side of the reaction chamber 12,
There is a gate valve (not shown) through which a gate valve (not shown) for loading and unloading the substrate A to be processed is connected.

【0044】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
による薄膜の作製方法について以下に説明する。
Inductively coupled plasma CVD using the inductively coupled plasma CVD apparatus of the present invention configured as described above.
Hereinafter, a method for producing a thin film by the method will be described.

【0045】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
膜の不純物源となる酸素、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。
First, the inside of the reaction chamber 12 is maintained in a vacuum state by operating a vacuum source such as a vacuum pump to exhaust air through the exhaust port 13. By setting the inside of the reaction chamber 12 to a high vacuum, oxygen, carbon, nitrogen, and the like serving as an impurity source of the silicon film can be removed. The pressure at this time is preferably set to 1 × 10 −6 Torr or less.

【0046】次に、反応チャンバー12の側部に接続さ
れた圧力調整室内に、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。
Next, in a pressure adjustment chamber connected to the side of the reaction chamber 12, for example, a glass substrate
After the base material A made of a metal substrate or the like is carried in, the pressure in the pressure adjustment chamber is adjusted to the same degree of vacuum as the pressure in the reaction chamber 12. Then, the gate valve is opened, and the substrate A is placed on the stage 14 in the reaction chamber 12.

【0047】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、図示しない反応ガス供給源か
ら、高周波印加コイル18に形成された反応ガス供給経
路を介して、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。
The high frequency power supply 24 provided outside the reaction chamber 12 applies a high frequency to the high frequency application coil 18, and a reaction gas supply path (not shown) formed in the high frequency application coil 18 from the reaction gas supply source. The reaction gas is supplied into the reaction chamber 12 through the reaction chamber. Thus, an inductively coupled plasma is generated by the high frequency applied to the high frequency application coil 18, and a silicon thin film is deposited and formed on the surface of the substrate A mounted on the stage 14.

【0048】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。但し、反応チャンバーの形態やガスの導入・
排気の方法等によってはプラズマ中のガスミスト(パウ
ダー)の発生が多少変化するため、反応圧力は一義的に
決定できない。
The pressure (reaction pressure) in the reaction chamber 12 at this time is preferably 0.3 to 100 mTorr.
r, more preferably 5 to 30 mTorr. By controlling to such a pressure, generation of gas mist (powder) in plasma can be prevented, and a uniform, high-quality silicon thin film with few defects can be formed. However, the reaction chamber configuration and gas introduction /
Since the generation of gas mist (powder) in the plasma slightly changes depending on the method of exhaustion, the reaction pressure cannot be uniquely determined.

【0049】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。
In this case, the high frequency power is 10 W to
It is 3 KW, and the frequency of the high frequency is preferably 5 MHz to 200 MHz, more preferably 10 MHz, in consideration of adjustment by a matching circuit.
It is desirable to set it to 100100 MHz.

【0050】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(Si26)等、或
いは、これらの原料ガスに水素、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、SiHXCl4-X(但し、Xは
0〜3の整数である。)で表されるようなクロルを含む
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、析出するシリコン膜の耐光劣化
性、なら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が可能とな
るので望ましい。特に、ジクロロシラン(SiH2
2)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、クロルを含むシランガスとしては、
これを用いるのが好ましい。
As a reaction gas introduced into the reaction chamber 12, for example, when a silicon thin film is formed,
Monosilane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ) or the like, or hydrogen, argon, helium,
A reaction gas accompanied by a diluting gas such as neon or xenon can be used. Further, chloro-containing silane gas represented by SiH X Cl 4-X (where X is an integer of 0 to 3) is used as a reaction gas by accompanying with a hydrogen gas for dilution. It is desirable because it is possible to form a silicon thin film having high light stability such that the deposited silicon film can maintain the light degradation resistance and the photoelectric characteristics for a long time. In particular, dichlorosilane (SiH 2 C
l 2 ) is easy to handle because its boiling point is about 10 ° C.
It is preferable to use this.

【0051】原料ガス及び希釈ガスの導入量としては、
原料ガスを単独で反応チャンバー内に導入する場合、及
び、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
出速度が得られる導入量を考慮すれば、総導入量として
は30cc/分〜3000cc/分となるようにするの
が好ましい。また、原料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/原料ガス)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。
As the introduction amounts of the raw material gas and the dilution gas,
Although the case where the source gas is introduced into the reaction chamber alone and the case where the source gas is introduced together with the diluent gas into the reaction chamber are different, the total amount is considered in consideration of the introduction amount at which a deposition rate of 20 Å / sec or more is obtained. It is preferable that the introduction amount is 30 cc / min to 3000 cc / min. The mixing ratio between the source gas and the diluent gas is not particularly limited. However, when the flow ratio of the diluent gas to the reaction gas (diluent gas / source gas) exceeds 10, the structure of the silicon film changes. . When the flow ratio of the dilution gas is smaller than 10, the deposition of amorphous silicon is dominant, and when it is 10 or more, the deposition of a crystalline silicon film is dominant. However, since the structural change of the silicon film is greatly related to other deposition conditions, that is, high-frequency power, substrate temperature, and the like, it is difficult to uniquely define only the flow rate ratio. In general,
The higher the high-frequency power, the higher the dilution ratio, and the higher the substrate temperature, the more the deposition of the crystalline silicon thin film becomes dominant.

【0052】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SiH
3中性ラジカルの寿命を考慮すれば、3cm〜30cm
の範囲とするのが望ましい。
The distance L between the base material A and the high-frequency coil 18 is set to SiH which is considered to be a main deposition precursor.
3 Considering the lifetime of neutral radicals, 3 cm to 30 cm
It is desirable to be within the range.

【0053】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150〜約300℃に加熱されてい
る。
Further, the substrate A is heated to about 150 to about 300 ° C. by a heating device provided on the stage 14 so that a high-quality silicon thin film is easily deposited.

【0054】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。
In this way, a silicon thin film is deposited and formed on the surface of the substrate A mounted on the stage 14 by the inductively coupled plasma generated by the high frequency applied to the high frequency application coil 18.

【0055】なお、この薄膜形成の時間は、基材の使用
用途及び装置の形態にもよるが、例えば、シリコン薄膜
の膜厚が200〜1000nmとなるように、20〜1
00秒程度反応処理すればよい。
The time for forming the thin film depends on the use of the substrate and the form of the apparatus.
The reaction may be performed for about 00 seconds.

【0056】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。
As described above, the inductively coupled plasma CVD of the present invention
The method and the embodiment of the inductively coupled plasma CVD apparatus have been described mainly with respect to an example of forming a silicon thin film.
It can be applied to other thin films such as a silicon germanium film (SiGe), a silicon carbide film (SiC), a silicon nitride film (SiN), a silicon oxide film (SiO 2 ), and a diamond-like carbon film (DLC). is there. In addition, although the vertical type device has been described, it is a matter of course that various changes can be made such as changing to a horizontal type device.

【0057】[0057]

【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。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

【0058】実施例1 図1に示した、反応チャンバーの反応プラズマと接触す
る内壁面、基材設置部およびシャッターの表面が絶縁体
で被覆されている本発明の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
波印加コイルのコイル径は10cmである。
Example 1 Using the CVD apparatus of the present invention shown in FIG. 1 in which the inner wall surface, the substrate installation portion, and the surface of the shutter that come into contact with the reaction plasma in the reaction chamber are covered with an insulator, (Quartz glass substrate, thickness: 0.5 mm, dimensions: 10 cm
(× 10 cm) The substrate was set on the stage. The coil diameter of the high-frequency application coil is 10 cm.

【0059】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100cc/分とし、反応チャ
ンバー内の圧力を20mTorrに維持して、基材ステ
ージから50mm離した高周波コイルに、13.56M
Hzの高周波電源から600Wの出力で高周波を供給し
た。また、基材は200℃に加熱した。反応ガスプラズ
マの発生は、基材ステージ上方に絶縁処理を施したシャ
ッターを閉じて行ない、その後シャッターを開いて製膜
を行なった。非常に安定したプラズマが得られ、シャッ
ターを開いた後もプラズマの安定性は保たれていた。2
分間処理することにより1.19μm(製膜速度:9.
9nm/秒)のアモルファスシリコン薄膜が基材上に得
られた。
As a reaction gas, a pure gas of 100% monosilane gas was supplied into the reaction chamber without dilution.
The flow rate of the monosilane gas was 100 cc / min, and the pressure in the reaction chamber was maintained at 20 mTorr.
A high frequency was supplied from a high frequency power supply of 600 Hz with an output of 600 W. The substrate was heated to 200 ° C. The reaction gas plasma was generated by closing a shutter provided with an insulating treatment above the substrate stage, and then opening the shutter to form a film. An extremely stable plasma was obtained, and the stability of the plasma was maintained even after the shutter was opened. 2
1.19 μm (film formation speed: 9.
(9 nm / sec) amorphous silicon thin film was obtained on the substrate.

【0060】得られたシリコン膜についてその膜厚分布
を測定した。その結果を表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、中央部厚みと
端部厚みの差を端部厚みで除した値を%で表すことによ
り厚みムラ比率を求めた。一般に、反応ガスプラズマが
点滅したりして不安定な状態になると、厚みムラ比率が
大きくなる。さらに、プラズマが不安定になった場合に
は製膜速度が低下する。
The thickness distribution of the obtained silicon film was measured. The results are shown in Table 1. The measurement of the film thickness distribution was performed by using a spectroscopic ellipsometer “DVA-36VM”.
(Manufactured by Mizojiri Optical Co., Ltd.). The thickness unevenness ratio was determined by expressing the value obtained by dividing the difference between the center thickness and the end thickness by the end thickness in%. Generally, when the reactive gas plasma flickers or becomes unstable, the thickness unevenness ratio increases. Further, when the plasma becomes unstable, the film forming speed decreases.

【0061】[0061]

【表1】 [Table 1]

【0062】実施例2 反応チャンバー12の内壁面が絶縁体で被覆されていな
い本発明のプラズマCVD装置を用いる他は実施例1と
同様にして厚さ1.07μm(製膜速度:8.9nm/
秒)のアモルファスシリコン薄膜を形成し、得られたシ
リコン膜について膜厚分布の測定を行なった。その結果
を表1に示す。
Example 2 A thickness of 1.07 μm (film formation speed: 8.9 nm) was carried out in the same manner as in Example 1 except that the inner wall surface of the reaction chamber 12 was not coated with an insulator. /
Second), and the thickness distribution of the obtained silicon film was measured. Table 1 shows the results.

【0063】実施例3 実施例1に於いて、絶縁処理が施されていないステージ
を用いる以外は、実施例1と同様にして厚さ0.44μ
m(製膜速度:3.7nm/秒)のアモルファスシリコ
ン薄膜を形成し、得られたシリコン膜について膜厚分布
の測定を行なった。その結果を表1に示す。なお、製膜
時に反応チャンバーに設けられた絶縁窓から目視で確認
できるほどのプラズマの点滅は見られなかった。実施例
1及び2と比較すると、製膜速度は若干遅く厚みムラ比
率はやや大きな値となっているものの、以下に示す比較
例の値と比較すると、いずれも良好な値であることが分
かる。
Example 3 The procedure of Example 1 was repeated, except that a stage without insulation treatment was used.
m (film formation rate: 3.7 nm / sec), an amorphous silicon thin film was formed, and the thickness distribution of the obtained silicon film was measured. Table 1 shows the results. In addition, the flickering of the plasma was not observed so as to be visually confirmed from the insulating window provided in the reaction chamber during the film formation. Compared with Examples 1 and 2, the film forming speed is slightly slower, and the thickness unevenness ratio is a slightly larger value. However, it can be seen that both values are better values as compared with the values of Comparative Examples shown below.

【0064】比較例1 反応チャンバーの内壁面、基材設置部およびシャッター
の表面のいずれも絶縁体で被覆されていないプラズマC
VD装置を用いて実施例1と同様にして厚さ0.13μ
m(製膜速度:1.1nm/秒)のアモルファスシリコ
ン薄膜を形成し、得られたシリコン膜について膜厚分布
の測定を行った。その結果を表1に示す。
COMPARATIVE EXAMPLE 1 Plasma C in which none of the inner wall surface of the reaction chamber, the base member installation portion, and the surface of the shutter were coated with an insulator.
Using a VD apparatus, a thickness of 0.13 μm was obtained in the same manner as in Example 1.
An amorphous silicon thin film having a thickness of m (film formation speed: 1.1 nm / sec) was formed, and the thickness distribution of the obtained silicon film was measured. Table 1 shows the results.

【0065】なお、該比較例においては、シャッターを
閉じた状態ではプラズマを発生させ難く、また発生した
後においてもシャッターを開にしたところ大幅に反射波
の出力が上がりプラズマの点滅が目視で確認された。
In this comparative example, it is difficult to generate plasma when the shutter is closed, and when the shutter is opened even after the shutter is generated, the output of the reflected wave greatly increases and the blinking of the plasma is visually observed. Was done.

【0066】[0066]

【発明の効果】本発明のプラズマCVD装置によれば、
安定した高電子密度の反応ガスプラズマを発生すること
ができ、該装置を用いることにより、再現性良く、欠陥
の少ないシリコン膜等の薄膜を高速度で形成することが
可能である。
According to the plasma CVD apparatus of the present invention,
It is possible to generate a stable reaction gas plasma having a high electron density, and by using this apparatus, it is possible to form a thin film such as a silicon film with little reproducibility and few defects at high speed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 図1は、本発明の誘導結合型プラズマCVD
装置の概略図である。
FIG. 1 is an inductively coupled plasma CVD of the present invention.
It is the schematic of an apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 誘導結合型プラズマCVD装置 12 反応チャンバー 13 排気口 14 ステージ A 基材 15 支持部材 16 底壁 17 頂壁 18 高周波印加コイル 19 シャッター 20、22 基端部分 24 高周波電源 25 反応ガス導入ノズル DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Inductively-coupled plasma CVD apparatus 12 Reaction chamber 13 Exhaust port 14 Stage A base material 15 Support member 16 Bottom wall 17 Top wall 18 High frequency application coil 19 Shutter 20, 22 Base end part 24 High frequency power supply 25 Reaction gas introduction nozzle

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 本体が導電性材料で構成されており、そ
の内部を真空状態に維持できる反応チャンバーと、該反
応チャンバー内に反応ガスを供給するための反応ガス供
給手段と、該反応チャンバー内に供給された反応ガスを
プラズマ化して高電子密度の反応ガスプラズマを発生さ
せるための反応ガスプラズマ発生手段と、その表面に薄
膜が形成される基材を保持するための基材保持手段とを
有するプラズマCVD装置において、反応チャンバー内
の反応ガスプラズマが接触する部分の少なくとも一部が
反応チャンバー本体と電気的に絶縁されていることを特
徴とするプラズマCVD装置。
A reaction chamber having a main body made of a conductive material and capable of maintaining the inside thereof in a vacuum state; a reaction gas supply means for supplying a reaction gas into the reaction chamber; A reaction gas plasma generating means for generating a reaction gas plasma having a high electron density by turning the reaction gas supplied to the plasma into a plasma, and a substrate holding means for holding a substrate on which a thin film is formed on its surface A plasma CVD apparatus having a plasma CVD apparatus, wherein at least a part of a portion of the reaction chamber in contact with the reaction gas plasma is electrically insulated from the reaction chamber body.
【請求項2】 移動することにより反応ガスプラズマと
基材との接触および非接触を制御するシャッターを有す
る請求項1に記載のプラズマCVD装置。
2. The plasma CVD apparatus according to claim 1, further comprising a shutter for controlling contact and non-contact between the reactant gas plasma and the substrate by moving.
【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載のプラズマ
CVD装置を用いて、基材上に薄膜を形成することを特
徴とする薄膜の製造方法。
3. A method for producing a thin film, comprising forming a thin film on a substrate using the plasma CVD apparatus according to claim 1.
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