JP2002146542A - Deposited film forming equipment - Google Patents

Deposited film forming equipment

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JP2002146542A
JP2002146542A JP2000336222A JP2000336222A JP2002146542A JP 2002146542 A JP2002146542 A JP 2002146542A JP 2000336222 A JP2000336222 A JP 2000336222A JP 2000336222 A JP2000336222 A JP 2000336222A JP 2002146542 A JP2002146542 A JP 2002146542A
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JP
Japan
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microwave
dielectric window
deposited film
plasma
film forming
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Pending
Application number
JP2000336222A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Sukai
浩士 須貝
Masahiro Kanai
正博 金井
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a semiconductor thin film for a photovoltaic element or the like having high quality and superior uniformity by transmitting a comparatively large microwave supply power to a discharge space stably for a long time to form a homogeneous plasma, in forming a deposited film on a base body by a plasma CVD process. SOLUTION: The equipment is provided with a vacuum container 102 having an exhaust means, a means 205 for supplying a gaseous starting material for deposited film formation in the vacuum container, and a microwave supply means for feeding a microwave power for the purpose of producing plasma out of the gaseous starting material for deposited film formation. In this equipment for forming a deposited film on a base plate installed in the vacuum container by the microwave plasma CVD process, a groove-shaped dielectric window 104 is arranged on the face that is exposed to the plasma of the microwave supply means.

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法
によって基板上に堆積膜を形成する装置に関するもので
あり、より詳しくは、アモルファスシリコンやアモルフ
ァス合金、さらに微結晶シリコンを用いた太陽電池等の
光起電力素子の半導体薄膜を連続的に作製する半導体薄
膜の成膜装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for forming a deposited film on a substrate by a plasma CVD method, and more particularly, to a device such as a solar cell using amorphous silicon, an amorphous alloy, and microcrystalline silicon. The present invention relates to a semiconductor thin film forming apparatus for continuously manufacturing a semiconductor thin film of a photovoltaic element.

【0002】[0002]

【従来の技術】アモルファスシリコンは、プラズマCV
Dによって大面積の半導体膜を形成できるため、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
バイスの作製に適している。このため、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。
2. Description of the Related Art Amorphous silicon is a plasma CV.
Since a large-area semiconductor film can be formed by D, it is suitable for manufacturing a large-area semiconductor device as compared with crystalline silicon or polycrystalline silicon. For this reason, the amorphous silicon film is a semiconductor device requiring a large area,
Specifically, it is widely used for a solar cell, a photosensitive drum of a copying machine, an image sensor of a facsimile, a thin film transistor for a liquid crystal display, and the like.

【0003】アモルファスシリコン膜は、一般にSiH
4やSi26等のSiを含有する原料ガスを高周波放電
によって分解しプラズマ状態として、該プラズマ中にお
かれた基板上に成膜するプラズマCVD法によって作製
される。
An amorphous silicon film is generally made of SiH
It is produced by a plasma CVD method in which a raw material gas containing Si, such as 4 or Si 2 H 6, is decomposed by high-frequency discharge into a plasma state, and a film is formed on a substrate placed in the plasma.

【0004】プラズマCVD法によってアモルファスシ
リコン膜を形成する場合、従来、RF周波数(13.5
6MHz近傍)の高周波が一般的に用いられてきた。し
かし、近年、2.45GHzのマイクロ波周波数を用い
ることにより高密度プラズマを効率的に生成することが
でき、プラズマCVD法において堆積膜形成速度向上が
図れる可能性があることから、マイクロ波を用いたプラ
ズマCVD法が注目されている。
[0004] When an amorphous silicon film is formed by a plasma CVD method, conventionally, an RF frequency (13.5) is used.
High frequency (around 6 MHz) has been generally used. However, in recent years, high-density plasma can be efficiently generated by using a microwave frequency of 2.45 GHz, and there is a possibility that a deposition film formation speed can be improved in a plasma CVD method. Attention has been paid to the plasma CVD method.

【0005】例えば、特許第2971478号公報には
放電周波数を13.56MHzのマイクロ波周波数とす
ることによって、成膜速度を格段に高めることができ、
高速で良好なアモルファスシリコン堆積膜が形成可能と
報告されている。
[0005] For example, in Japanese Patent No. 2971478, by setting the discharge frequency to a microwave frequency of 13.56 MHz, the deposition rate can be remarkably increased.
It is reported that a good amorphous silicon deposition film can be formed at high speed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マイク
ロ波を用いたプラズマCVD法は133Pa以上の比較
的高い放電圧力を要し、同法を大電力を要する微結晶シ
リコン堆積膜形成装置に採用すると、以下のような不具
合が生じる場合があった。
However, the plasma CVD method using a microwave requires a relatively high discharge pressure of 133 Pa or more, and if this method is adopted in a microcrystalline silicon deposited film forming apparatus requiring a large power, There were cases where the following problems occurred.

【0007】すなわち、プラズマ空間へのマイクロ波の
投入口であるマイクロ波伝送構造体を通してマイクロ波
をプラズマ空間に投入して放電を生起したところ、従来
のRF周波数帯の高周波を平行平板に投入する方法と比
べて、かなり大きな電力を要する場合があった。更に、
長時間放電を維持し続けると、誘電体窓表面に堆積膜が
堆積し、マイクロ波投入電力が不安定になったり、誘電
体窓の割れを生じる場合もあった。
That is, when microwaves are injected into the plasma space through a microwave transmission structure, which is an inlet for microwaves into the plasma space, and a discharge is generated, a high frequency in the conventional RF frequency band is applied to the parallel flat plate. In some cases, considerably higher power was required compared to the method. Furthermore,
If the discharge is continuously maintained for a long time, a deposited film is deposited on the surface of the dielectric window, and the power supplied to the microwave may become unstable or the dielectric window may be cracked.

【0008】この様な状況に鑑み、プラズマCVD法に
より基体上に堆積膜を形成するに際し、比較的大きなマ
イクロ波投入電力を長時間安定的に放電空間に伝送して
均質なプラズマを形成し、高品質で優れた均一性を有す
る光起電力素子等の半導体薄膜を形成する装置を提供す
ることを本発明の目的とする。
In view of such circumstances, when forming a deposited film on a substrate by a plasma CVD method, a relatively large microwave input power is stably transmitted to a discharge space for a long time to form a uniform plasma. An object of the present invention is to provide an apparatus for forming a semiconductor thin film such as a photovoltaic element having high quality and excellent uniformity.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明によれば、排気手段を備えた真空容器と、該真
空容器に堆積膜形成用原料ガスを供給する手段と、堆積
膜形成用原料ガスをプラズマ化させるためのマイクロ波
電力を供給するマイクロ波供給手段とを有し、該真空容
器内に設置された基板上にマイクロ波プラズマCVD法
により堆積膜を形成する装置において、該マイクロ波供
給手段のプラズマに暴露される面に、溝形状を有する誘
電体窓が配設されていることを特徴とする堆積膜形成装
置が提供される。
According to the present invention, there is provided a vacuum vessel provided with an exhaust means, a means for supplying a raw material gas for forming a deposited film to the vacuum vessel, and a method for forming a deposited film. A microwave supply means for supplying microwave power for converting the raw material gas into plasma, and an apparatus for forming a deposited film by a microwave plasma CVD method on a substrate installed in the vacuum vessel; A deposition film forming apparatus is provided, wherein a dielectric window having a groove shape is provided on a surface of the microwave supply means exposed to the plasma.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明においては、誘電体窓の放
電空間に露出する部分が、溝構造を有するため、高密度
プラズマによる誘電体窓への着膜が溝の先端部分の最低
限の領域に制限される。このため、長時間におけるプラ
ズマ放電安定性が飛躍的に高まる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, since a portion of a dielectric window exposed to a discharge space has a groove structure, film deposition on a dielectric window by high-density plasma is a minimum required at the tip of the groove. Limited to the area. For this reason, the plasma discharge stability for a long time is dramatically improved.

【0011】また、誘電体窓の溝を、マイクロ波の進行
方向断面の電界方向に平行でない方向に並ぶ構造とする
ことにより、着膜の影響によるマイクロ波電力の反射ま
たは吸収による影響が激減され、プラズマ放電安定性の
みならず生起するプラズマの均一性も大きく向上する。
Further, by forming the grooves of the dielectric window in a direction not parallel to the direction of the electric field in the cross section in the traveling direction of the microwave, the influence of the reflection or absorption of the microwave power due to the deposition is greatly reduced. In addition, not only the stability of plasma discharge but also the uniformity of generated plasma is greatly improved.

【0012】更に、誘電体窓を、高い機械的強度、高い
熱伝導率、低い誘電体損失係数を有する素材から形成す
ることで、誘電体窓自体におけるマイクロ波の損失が低
減されるばかりでなく誘電加熱が低減され、高電力マイ
クロ波プラズマに長時間曝されても誘電体窓の局部加熱
が低減され、マイクロ波の伝送損失の原因となる着膜成
分を低減でき、大気真空気密性も向上する。
Further, by forming the dielectric window from a material having a high mechanical strength, a high thermal conductivity, and a low dielectric loss coefficient, not only the microwave loss in the dielectric window itself is reduced but also the dielectric window is reduced. Dielectric heating is reduced, local heating of the dielectric window is reduced even after prolonged exposure to high-power microwave plasma, film-forming components causing microwave transmission loss can be reduced, and atmospheric vacuum tightness is improved. I do.

【0013】図1に、本発明で使用されるマイクロ波供
給手段の誘電体窓周りの構造を例示した。101は導波
管、102は真空容器隔壁、103はマイクロ波伝送構
造体、104は誘電体窓である。
FIG. 1 illustrates the structure around the dielectric window of the microwave supply means used in the present invention. 101 is a waveguide, 102 is a vacuum vessel partition, 103 is a microwave transmission structure, and 104 is a dielectric window.

【0014】この場合、マイクロ波供給手段はマイクロ
波伝送構造体および導波管を有しており、溝形状を有す
る誘電体窓は、マイクロ波伝送構造体のプラズマに暴露
される面に配設されている。
In this case, the microwave supply means has a microwave transmission structure and a waveguide, and a dielectric window having a groove shape is disposed on a surface of the microwave transmission structure exposed to plasma. Have been.

【0015】図2に、本発明の堆積膜形成装置の例とし
て、図1に示すマイクロ波供給手段が配設されたプラズ
マCVD装置を示した。201はマイクロ波電源、20
2は放電室、203は成膜基板、204はヒータ、20
5は原料ガス導入管、206は排気配管である。この装
置の場合、真空容器の内部は真空ポンプ(不図示)によ
って排気配管206から真空排気される。真空は、マイ
クロ波伝送構造体103と真空容器隔壁102および誘
電体窓104それぞれの間でOリングにより封止され
る。
FIG. 2 shows a plasma CVD apparatus provided with the microwave supply means shown in FIG. 1 as an example of the deposited film forming apparatus of the present invention. 201 is a microwave power source, 20
2 is a discharge chamber, 203 is a deposition substrate, 204 is a heater, 20
Reference numeral 5 denotes a source gas introduction pipe, and reference numeral 206 denotes an exhaust pipe. In the case of this apparatus, the inside of the vacuum vessel is evacuated from the exhaust pipe 206 by a vacuum pump (not shown). The vacuum is sealed by an O-ring between the microwave transmission structure 103, the vacuum vessel partition wall 102, and the dielectric window 104.

【0016】図2に示した装置を用いて、例えば微結晶
シリコン半導体を成膜できる。即ち、マイクロ波電力
は、マイクロ波電源201から導波管101を通過して
マイクロ波伝送構造体103の端面に設置された誘電体
窓104を透過して放電室202へ放射される。そこで
ガス導入管205から供給された原料ガスがマイクロ波
電力により分解されプラズマ化されて、ヒータ204に
て所定温度に加熱された基板203に堆積膜が形成され
る。
Using the apparatus shown in FIG. 2, for example, a microcrystalline silicon semiconductor can be formed. That is, the microwave power passes from the microwave power supply 201 through the waveguide 101, passes through the dielectric window 104 provided on the end face of the microwave transmission structure 103, and is radiated to the discharge chamber 202. Then, the raw material gas supplied from the gas introduction pipe 205 is decomposed by microwave power and turned into plasma, and a deposited film is formed on the substrate 203 heated to a predetermined temperature by the heater 204.

【0017】以下に、マイクロ波伝送構造体および誘電
体窓について説明する。
Hereinafter, the microwave transmission structure and the dielectric window will be described.

【0018】(マイクロ波伝送構造体)マイクロ波伝送
構造体は、マイクロ波進行方向の上流側が導波管に、下
流側が誘電体窓に、それぞれ接続され、誘電体窓が堆積
膜形成用基板に向けて最適位置となるように配置され、
マイクロ波を放電空間に伝送する機能を持つ。
(Microwave Transmission Structure) In the microwave transmission structure, the upstream side in the microwave traveling direction is connected to the waveguide, and the downstream side is connected to the dielectric window, and the dielectric window is connected to the deposition film forming substrate. It is arranged to be the optimal position toward
It has the function of transmitting microwaves to the discharge space.

【0019】なお、誘電体窓が堆積膜形成用基板に向け
て最適位置を取り得る場合には、図6に示す様に、マイ
クロ波伝送構造体を配設せず、導波管開口部端面に誘電
体窓を直接配置することもできる。この場合、誘電体窓
は、真空容器の内壁に配設されている。
When the dielectric window can be located at the optimum position toward the substrate for forming a deposited film, as shown in FIG. 6, the microwave transmission structure is not provided, and the end face of the waveguide opening is not provided. The dielectric window can be directly disposed on the substrate. In this case, the dielectric window is provided on the inner wall of the vacuum container.

【0020】マイクロ波伝送構造体の寸法および形状
は、マイクロ波電源周波数および堆積膜形成面積の関係
のもとで任意に設定されるが、接続する導波管と形状を
同じくすることが伝送されるマイクロ波の損失を最小に
抑える上で好ましい。
The dimensions and the shape of the microwave transmission structure are arbitrarily set based on the relationship between the frequency of the microwave power supply and the area where the deposited film is formed. In order to minimize microwave loss.

【0021】マイクロ波周波数によって規定される遮断
周波数λcに対し、導波管長径aはa>λc/2である
ことが必要であり、a=0.8λc付近の値に設定され
ることが多い。
For the cut-off frequency λc defined by the microwave frequency, the major axis a of the waveguide needs to satisfy a> λc / 2, and is often set to a value near a = 0.8λc. .

【0022】この関係を満たす限りにおいて、必要な成
膜面積を網羅するべく、任意の寸法および形状を有する
導波管を用いることが可能であり、一般には規格で分類
された矩形または円形導波管の中から任意の寸法を選択
できる。
As long as this relationship is satisfied, it is possible to use a waveguide having an arbitrary size and shape so as to cover a required film forming area. Generally, a rectangular or circular waveguide classified according to a standard is used. Arbitrary dimensions can be selected from the tubes.

【0023】そもそも導波管は、ハイパスフィルターで
あるので、成膜面積を大きく取りたければ低い周波数帯
のマイクロ波を、成膜面積を小さく集中的に取りたい場
合は高い周波数のマイクロ波を選択することが望まし
い。
Since the waveguide is a high-pass filter in the first place, a microwave in a low frequency band is selected when a large film-forming area is required, and a high-frequency microwave is selected when a small film-forming area is required. It is desirable to do.

【0024】(誘電体窓)誘電体窓は、放電空間と大気
を真空封止する機能と、マイクロ波伝送構造体から伝送
されたマイクロ波を放電空間に透過する機能を併せ持
つ。真空容器が大気から真空へと排気されるにつれ、誘
電体窓面には大気方向から圧力がかかり、マイクロ波が
透過し放電が生起されると、マイクロ波の誘電加熱やプ
ラズマからの熱衝撃により過酷な環境に曝される。従来
は、これらの問題点に対処する方法として、誘電体を複
数重ね合わせること、大気圧が直接誘電体面に作用しな
いよう複数の誘電体で仕切った中間圧力領域を設ける等
で対処してきた。しかし、複数の誘電体を装備すること
により誘電体損失係数が増加し、比較的大きな電力を投
入できない場合や装置構造が複雑になる場合があった。
(Dielectric Window) The dielectric window has a function of vacuum-sealing the discharge space and the atmosphere and a function of transmitting microwaves transmitted from the microwave transmission structure into the discharge space. As the vacuum vessel is evacuated from the atmosphere to a vacuum, pressure is applied to the dielectric window surface from the atmosphere, and when microwaves are transmitted and a discharge is generated, the microwave is heated by dielectric heating or thermal shock from the plasma. Exposure to harsh environments. Conventionally, as a method for addressing these problems, a plurality of dielectrics have been superposed, and an intermediate pressure region partitioned by a plurality of dielectrics has been provided so that atmospheric pressure does not directly act on the dielectric surface. However, when a plurality of dielectrics are provided, the dielectric loss coefficient increases, so that a relatively large power cannot be supplied or the device structure becomes complicated in some cases.

【0025】本発明においては、所定の機械的強度、熱
伝導率および誘電体損失係数を有する誘電体よりなる誘
電体窓を1枚設置するだけで、これらの不具合が回避さ
れ、放電の安定性が確保される。
In the present invention, these inconveniences can be avoided and the stability of discharge can be avoided by installing only one dielectric window made of a dielectric material having a predetermined mechanical strength, thermal conductivity and dielectric loss coefficient. Is secured.

【0026】即ち、誘電体窓の材質のヤング率は、機械
的強度の観点から、5.0×105kg/cm2以上が好
ましく、1.0×106kg/cm2以上がより好まし
く、1.5×106kg/cm2以上が最も好ましい。
That is, the Young's modulus of the material of the dielectric window is preferably 5.0 × 10 5 kg / cm 2 or more, more preferably 1.0 × 10 6 kg / cm 2 or more from the viewpoint of mechanical strength. , 1.5 × 10 6 kg / cm 2 or more is most preferable.

【0027】また、誘電体窓の材質の熱伝導率は、蓄熱
による温度上昇を抑制するために、15W/mK以上が
好ましく、30W/mK以上がより好ましく、60W/
mK以上が最も好ましい。
The thermal conductivity of the material of the dielectric window is preferably 15 W / mK or more, more preferably 30 W / mK or more, and 60 W / mK or more in order to suppress a temperature rise due to heat storage.
Most preferably, it is at least mK.

【0028】更には、誘電体窓の材質の誘電体損失係数
は、0.01以下であることが好ましい。
Further, the dielectric loss coefficient of the material of the dielectric window is preferably 0.01 or less.

【0029】マイクロ波伝送構造体の放電空間に面した
部分にはマイクロ波の進行方向に平行かつ進行するマイ
クロ波の電界方向に垂直な向きに溝構造を有することが
好ましい。
The portion of the microwave transmission structure facing the discharge space preferably has a groove structure in a direction parallel to the traveling direction of the microwave and perpendicular to the direction of the electric field of the traveling microwave.

【0030】マイクロ波の電界方向は導波管断面形状に
より決まることから、誘電体窓の溝方向は、例えば矩形
導波管TE10モードでは導波管断面の長径方向に平行な
向きに溝が並ぶ構造(図3)とされ、円形導波管TM01
モードでは導波管断面中心から同心円状に溝が並ぶ構造
(図4)とされ、円形導波管TE01モードでは導波管断
面中心から放射状に溝が並ぶ構造(図5)とされること
が望ましい。
The field direction of the microwave is the fact determined by the waveguide cross section, the groove direction of the dielectric window, for example, in the rectangular waveguide TE 10 mode grooves oriented parallel to the major axis direction of the waveguide section They are arranged side by side (Fig. 3) and have a circular waveguide TM 01
The mode of construction lined groove concentrically from the waveguide the cross-sectional center (Fig. 4), it is circular waveguide TE 01 mode which is a structure lined with grooves radially from the waveguide the cross-sectional center (Fig. 5) Is desirable.

【0031】誘電体窓の溝底部から端面までの最小厚み
は、強度的に5mm以上あることが望ましい。また、誘
電体窓の溝寸法として、凹部および凸部の幅は数mm以
下、具体的には1mm以下が好ましい。更に、深さはマ
イクロ波波長の1/4以下で少なくとも数mm以上、具
体的には5mm以上が好ましく、10mm以上がより好
ましい。この様な形状の場合、マイクロ波透過に際する
エネルギーロスと誘電体窓表面の堆積膜着膜の影響を低
減する上で望ましい。
The minimum thickness from the groove bottom to the end face of the dielectric window is desirably 5 mm or more in terms of strength. Further, as the groove dimension of the dielectric window, the width of the concave portion and the convex portion is preferably several mm or less, specifically, 1 mm or less. Further, the depth is 1/4 or less of the microwave wavelength and at least several mm, specifically 5 mm or more, more preferably 10 mm or more. Such a shape is desirable in reducing the effect of energy loss during microwave transmission and the effect of deposition of a deposited film on the surface of the dielectric window.

【0032】誘電体窓の材質は特に制限されないが、窒
化アルミ、アルミナ及び石英等を使用することができ、
中でも窒化アルミが好ましい。
The material of the dielectric window is not particularly limited, but aluminum nitride, alumina, quartz and the like can be used.
Among them, aluminum nitride is preferable.

【0033】以上の様な誘電体窓を使用することによ
り、プラズマに直接曝される過酷な熱衝撃を緩和し、着
膜成分によるマイクロ波透過における誘電体損失係数お
よび反射損失を低減し、生起するプラズマを均一化し、
長時間において安定した均質な堆積膜形成が可能とな
る。
By using the dielectric window as described above, the severe thermal shock directly exposed to the plasma is reduced, and the dielectric loss coefficient and the reflection loss in the microwave transmission by the deposition component are reduced. Plasma to be uniform
A stable and uniform deposited film can be formed over a long period of time.

【0034】また、導波管の断面形状を変えずに放射す
ることで、マイクロ波が誘電体窓を透過する際に伝送モ
ードを変えずに、効率的にプラズマを分解し良質の堆積
膜の生成が可能となる。
By irradiating the waveguide without changing the cross-sectional shape of the waveguide, the microwave can be efficiently decomposed without changing the transmission mode when the microwave passes through the dielectric window, and a high-quality deposited film can be formed. Generation is possible.

【0035】[0035]

【実施例】以下に本発明の堆積膜形成装置の実施例を示
すが、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。
EXAMPLES Examples of the deposited film forming apparatus of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

【0036】(実験例1)本実験例では、図1に示した
マイクロ波供給手段が配設される図2に示す構成の堆積
膜形成装置を用いて、所定の成膜条件における誘電体窓
の材質の違いによる安定放電維持電力の比較を行った。
(Experimental Example 1) In this experimental example, a dielectric window under a predetermined film forming condition was used by using a deposited film forming apparatus having the structure shown in FIG. 2 provided with the microwave supply means shown in FIG. Comparison of stable discharge sustaining power due to the difference in the material of the above.

【0037】誘電体窓の材質として、窒化アルミ(商標
名シェイパル)、アルミナ及び石英を使用し誘電体窓を
作製した。なお、誘電体窓の形状は全て同一で、図3に
示す様な板状であり、寸法等は表1に示した通りであ
る。誘電体窓の溝底部から端面までの最小厚みは、5m
mとした。また、溝は、長径方向に平行となる様にし
た。更に、誘電体窓の配設方向は、誘電体窓の溝が、マ
イクロ波進行方向断面の電界方向に平行でない様にし
た。
A dielectric window was manufactured using aluminum nitride (trade name: Shapal), alumina, and quartz as the material of the dielectric window. The dielectric windows all have the same shape and are plate-shaped as shown in FIG. 3, and the dimensions and the like are as shown in Table 1. The minimum thickness from the groove bottom to the end face of the dielectric window is 5m
m. Further, the groove was made parallel to the major axis direction. Further, the arrangement direction of the dielectric window was such that the groove of the dielectric window was not parallel to the electric field direction in the cross section in the microwave traveling direction.

【0038】次に、図2の装置の内、放電室の620m
m×375mmの面に成膜基体であるガラス基板(□4
7.5mm×0.7tコーニング7059製)を全面に
等間隔に配置した。
Next, in the apparatus shown in FIG.
A glass substrate (□ 4
7.5 mm × 0.7 t made by Corning 7059) were arranged at equal intervals over the entire surface.

【0039】その後、真空容器を排気手段により0.1
33Pa以下に一旦排気した。
Thereafter, the vacuum vessel was evacuated to 0.1
The air was once evacuated to 33 Pa or less.

【0040】そして、ガス供給手段からガス導入管を通
じて一定流量のArガスを流通しながら、基板ヒータで
基板を所定温度(250℃)になるよう加熱制御した。
The substrate was heated by a substrate heater to a predetermined temperature (250 ° C.) while flowing a constant flow of Ar gas from the gas supply means through a gas introduction pipe.

【0041】基板が一定温度(250℃)となってか
ら、Arに代えて原料ガスであるSiF4及びH2を、そ
れぞれ240及び720sccm導入した。
After the temperature of the substrate reached a constant temperature (250 ° C.), 240 and 720 sccm of SiF 4 and H 2 as source gases were introduced instead of Ar, respectively.

【0042】この状態で、マイクロ波電源から2.45
GHzマイクロ波電力を供給し、放電圧力を133Pa
に維持しながら放電室の中にグロー放電が生起し安定化
する投入電力を求めた。
In this state, 2.45 from the microwave power supply
Supplying microwave power of GHz, discharge pressure of 133 Pa
The input power at which the glow discharge occurs in the discharge chamber and stabilizes while maintaining the temperature was determined.

【0043】その結果、誘電体窓の材質として窒化アル
ミを用いたとき、比較的低い投入電力において安定放電
を開始することが判明した。
As a result, it was found that when aluminum nitride was used as the material of the dielectric window, stable discharge was started at a relatively low applied power.

【0044】[0044]

【表1】 [Table 1]

【0045】(実施例2)寸法を表2に示す値とした以
外は、実施例1と同様にして窒化アルミ製の誘電体窓を
作製した。そして、得られた誘電体窓を、図2に示す堆
積膜形成装置に、実施例1と同様に配設した。
(Example 2) A dielectric window made of aluminum nitride was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the dimensions were set to the values shown in Table 2. Then, the obtained dielectric window was disposed in the deposition film forming apparatus shown in FIG.

【0046】この装置を用いて長時間放電実験を行っ
た。即ち、実施例1と同様にして、基板を250℃まで
加熱した後、Arに代えて原料ガスであるSiF4及び
2を、それぞれ240及び720sccm導入した。
Using this apparatus, a long-term discharge experiment was performed. That is, in the same manner as in Example 1, after the substrate was heated to 250 ° C., 240 and 720 sccm of SiF 4 and H 2 as source gases were introduced instead of Ar, respectively.

【0047】この状態で、マイクロ波電源から2.45
GHzマイクロ波電力を供給し放電室内部にグロー放電
を発生させ、放電圧力を133Paに維持しながら原料
ガスをプラズマ分解して、基板上にシリコン系非結晶の
真性半導体膜を成膜を開始した。ただし、ここではダミ
ー基板(アルミ製板材375×620mm2)を成膜面
に設置して成膜を行った。
In this state, 2.45 from the microwave power supply
A microwave microwave power was supplied to generate glow discharge inside the discharge chamber, and the raw material gas was plasma-decomposed while maintaining the discharge pressure at 133 Pa, thereby forming a silicon-based amorphous intrinsic semiconductor film on the substrate. . However, here, a dummy substrate (aluminum plate material 375 × 620 mm 2 ) was set on the film formation surface to form a film.

【0048】この結果、連続10時間以上にわたって、
入射電力の表示値は±5%以内、入射電力に対する反射
電力の表示値は5%以下の安定放電が確認できた。更
に、誘電体自体の加熱焼損、堆積膜の導電性に起因する
不安定な異常放電、及び放電切れ等の不具合は発生しな
かった。
As a result, over a continuous 10 hours or more,
It was confirmed that the displayed value of the incident power was within ± 5%, and the displayed value of the reflected power with respect to the incident power was 5% or less. Further, there were no problems such as heat burning of the dielectric itself, unstable abnormal discharge due to conductivity of the deposited film, and discharge interruption.

【0049】(比較例1)比較例として、溝構造のない
平滑な表2に示す寸法の窒化アルミ製誘電体窓を用い
て、実施例2と同様の実験を行ったが、約1時間で放電
が維持できなくなった。
(Comparative Example 1) As a comparative example, an experiment similar to that in Example 2 was performed using a smooth aluminum nitride dielectric window having the dimensions shown in Table 2 without a groove structure. Discharge could not be maintained.

【0050】[0050]

【表2】 [Table 2]

【0051】(実施例3)実施例1で作製した窒化アル
ミ製誘電体窓を、図2に示す堆積膜形成装置に実施例1
と同様に配設し、シリコン系微結晶の真性半導体膜を成
膜した。
(Embodiment 3) The dielectric window made of aluminum nitride manufactured in Embodiment 1 was applied to the deposited film forming apparatus shown in FIG.
And an intrinsic semiconductor film of silicon-based microcrystal was formed.

【0052】先ず、図2の装置の内、放電室の620m
m×375mmの面に成膜基体であるガラス基板(□4
7.5mm×0.7tコーニング7059製)を全面に
等間隔に配置した。
First, of the apparatus shown in FIG.
A glass substrate (□ 4
7.5 mm × 0.7 t made by Corning 7059) were arranged at equal intervals over the entire surface.

【0053】次に、真空容器を排気手段により0.13
3Pa以下に一旦排気した。
Next, the vacuum vessel was evacuated to 0.13
The air was once evacuated to 3 Pa or less.

【0054】そして、ガス供給手段からガス導入管を通
じて一定流量のArガスを流通しながら、基板ヒータで
基板を所定温度(250℃)となるよう加熱制御した。
The substrate was heated by a substrate heater to a predetermined temperature (250 ° C.) while a constant flow rate of Ar gas was passed from the gas supply means through a gas introduction pipe.

【0055】基板が250℃となってから、Arに代え
て原料ガスであるSiF4及びH2を、それぞれ240及
び720sccm導入した。
After the temperature of the substrate reached 250 ° C., 240 and 720 sccm of SiF 4 and H 2 as source gases were introduced instead of Ar.

【0056】この条件で、マイクロ波電源から2.45
GHzマイクロ波電力を供給し放電室の中にグロー放電
を発生させ、放電圧力を133Paに維持しながら原料
ガスをプラズマ分解して、基板上にシリコン系微結晶の
真性半導体膜を成膜した。
Under these conditions, 2.45 from the microwave power supply
A microwave power was supplied to generate glow discharge in the discharge chamber, and the raw material gas was plasma-decomposed while maintaining the discharge pressure at 133 Pa to form a silicon-based microcrystalline intrinsic semiconductor film on the substrate.

【0057】堆積膜形成の間、放電室のプラズマ負荷に
対する入射電力の表示値は±5%以内、入射電力に対す
る反射電力の表示値は5%以下で安定していた。
During the formation of the deposited film, the displayed value of the incident power with respect to the plasma load of the discharge chamber was within ± 5%, and the displayed value of the reflected power with respect to the incident power was stable at 5% or less.

【0058】一定時間の成膜を経て、放電電力停止、ガ
ス供給停止、基板ヒータ加熱停止し、真空容器内を不活
性ガスで充分置換し、成膜基板を取り出し、成膜特性を
評価した。
After the film formation for a certain period of time, the discharge power was stopped, the gas supply was stopped, and the heating of the substrate heater was stopped. The inside of the vacuum vessel was sufficiently replaced with an inert gas, and the film formation substrate was taken out and the film formation characteristics were evaluated.

【0059】その結果、成膜面積375×620mm2
の大面積において、平均成膜速度3.5nm/s、成膜
速度分布±5%以内の、高成膜速度かつ均一成膜を実現
していることが確認された。
As a result, the film formation area was 375 × 620 mm 2
It was confirmed that in a large area, a high film forming speed and a uniform film forming were achieved with an average film forming speed of 3.5 nm / s and a film forming speed distribution within ± 5%.

【0060】また結晶化度を評価したところ、ラマンピ
ーク強度比5以上(520cm-1/480cm-1)、結
晶粒径51.1nmの良質の微結晶シリコン半導体膜が
得られた。
When the crystallinity was evaluated, a high-quality microcrystalline silicon semiconductor film having a Raman peak intensity ratio of 5 or more (520 cm −1 / 480 cm −1 ) and a crystal grain size of 51.1 nm was obtained.

【0061】[0061]

【発明の効果】以上説明したように、半導体等の薄膜の
成膜容器に配設されるマイクロ波電力導入経路におい
て、導波管の先端面に、溝構造が形成された誘電体窓を
設置することにより、大面積において、高成膜速度で、
長時間にわたり、均質な堆積膜を形成できる。
As described above, in the microwave power introduction path provided in the container for depositing a thin film of a semiconductor or the like, the dielectric window having the groove structure is provided at the end face of the waveguide. By doing so, in a large area, at a high deposition rate,
A uniform deposited film can be formed for a long time.

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

【図1】本発明で使用されるマイクロ波供給手段の構造
例を説明するための模式的断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a structural example of a microwave supply means used in the present invention.

【図2】本発明の堆積膜形成装置の構造を説明するため
の模式的断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view for explaining the structure of a deposited film forming apparatus according to the present invention.

【図3】本発明の誘電体窓の構造例を説明するための模
式的斜視図である。
FIG. 3 is a schematic perspective view for explaining a structural example of a dielectric window of the present invention.

【図4】本発明の誘電体窓の他の構造例を説明するため
の模式的斜視図である。
FIG. 4 is a schematic perspective view for explaining another structural example of the dielectric window of the present invention.

【図5】本発明の誘電体窓の他の構造例を説明するため
の模式的斜視図である。
FIG. 5 is a schematic perspective view for explaining another structural example of the dielectric window of the present invention.

【図6】本発明で使用されるマイクロ波供給手段の他の
構造例を説明するための模式的断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining another example of the structure of the microwave supply means used in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 導波管 102 真空容器隔壁 103 マイクロ波伝送構造体 104 誘電体窓 201 マイクロ波電源 202 放電室 203 成膜基板 204 ヒータ 205 原料ガス導入管 206 排気配管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Waveguide 102 Vacuum container partition 103 Microwave transmission structure 104 Dielectric window 201 Microwave power supply 202 Discharge chamber 203 Deposition substrate 204 Heater 205 Source gas introduction pipe 206 Exhaust pipe

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G075 AA24 BC04 CA26 CA47 DA01 EB01 FA05 FC11 FC15 FC20 4K030 AA04 AA06 AA17 BA29 BA30 BB04 CA06 FA01 KA46 5F045 AB04 AC02 AC16 AD06 AE02 AE03 AE05 AE07 AE09 AE11 AE13 AE15 DP13 EH03 EH11 EK07  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4G075 AA24 BC04 CA26 CA47 DA01 EB01 FA05 FC11 FC15 FC20 4K030 AA04 AA06 AA17 BA29 BA30 BB04 CA06 FA01 KA46 5F045 AB04 AC02 AC16 AD06 AE02 AE03 AE05 AE15 E13 AE11 AE11 E13 AE09

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 排気手段を備えた真空容器と、該真空容
器に堆積膜形成用原料ガスを供給する手段と、堆積膜形
成用原料ガスをプラズマ化させるためのマイクロ波電力
を供給するマイクロ波供給手段とを有し、該真空容器内
に設置された基板上にマイクロ波プラズマCVD法によ
り堆積膜を形成する装置において、該マイクロ波供給手
段のプラズマに暴露される面に、溝形状を有する誘電体
窓が配設されていることを特徴とする堆積膜形成装置。
1. A vacuum vessel provided with an exhaust means, a means for supplying a deposition film forming material gas to the vacuum vessel, and a microwave for supplying microwave power for converting the deposition film forming material gas into plasma. Supply means for forming a deposited film on a substrate installed in the vacuum vessel by a microwave plasma CVD method, wherein the surface of the microwave supply means exposed to plasma has a groove shape. An apparatus for forming a deposited film, wherein a dielectric window is provided.
【請求項2】 前記マイクロ波供給手段はマイクロ波伝
送構造体および導波管を有しており、溝形状を有する誘
電体窓は、該マイクロ波伝送構造体のプラズマに暴露さ
れる面に配設されていることを特徴とする請求項1記載
の堆積膜形成装置。
2. The microwave supply means has a microwave transmission structure and a waveguide, and a dielectric window having a groove shape is disposed on a surface of the microwave transmission structure exposed to plasma. 2. The deposited film forming apparatus according to claim 1, wherein said apparatus is provided.
【請求項3】 前記誘電体窓は、前記真空容器の内壁に
配設されていることを特徴とする請求項1記載の堆積膜
形成装置。
3. The deposited film forming apparatus according to claim 1, wherein said dielectric window is provided on an inner wall of said vacuum vessel.
【請求項4】 前記誘電体窓の溝は、マイクロ波進行方
向断面の電界方向に平行でない方向に並ぶ構造となって
いることを特徴とする請求項1乃至3何れかに記載の堆
積膜形成装置。
4. The deposited film formation according to claim 1, wherein the grooves of the dielectric window are arranged in a direction that is not parallel to the direction of the electric field in the cross section in the microwave traveling direction. apparatus.
【請求項5】 前記誘電体窓の材質のヤング率は、5.
0×105kg/cm2以上であることを特徴とする請求
項1乃至4何れかにに記載の堆積膜形成装置。
5. The material of the dielectric window has a Young's modulus of 5.
The deposited film forming apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the density is 0x10 5 kg / cm 2 or more.
【請求項6】 前記誘電体窓の材質の熱伝導率は、15
W/mK以上であることを特徴とする請求項1乃至5何
れかにに記載の堆積膜形成装置。
6. The thermal conductivity of the material of the dielectric window is 15
The deposition film forming apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the value is not less than W / mK.
【請求項7】 前記誘電体窓の材質の誘電体損失係数
は、0.01以下であることを特徴とすることを特徴と
する請求項1乃至6何れかに記載の堆積膜形成装置。
7. The deposited film forming apparatus according to claim 1, wherein a dielectric loss coefficient of a material of said dielectric window is 0.01 or less.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003059919A (en) * 2001-08-17 2003-02-28 Ulvac Japan Ltd Apparatus and method for microwave plasma treatment

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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