JP2002151495A

JP2002151495A - プラズマ処理装置およびそれを用いて作製した半導体装置

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Publication number: JP2002151495A
Application number: JP2000347274A
Authority: JP
Inventors: Haruyuki Morita; 春雪森田; Hisashi Hayakawa; 尚志早川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2000-11-14
Publication date: 2002-05-24
Anticipated expiration: 2020-11-14
Also published as: JP4282047B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体装置の製造プロセスにおける成膜やエ
ッチング等のプラズマ処理工程において、高速処理条件
下で生じるパウダーの発生を抑制する。【解決手段】プラズマ処理装置において、高周波印加
電極２に印加される高周波電力を周期的にオン・オフさ
せて間欠的なパルス状とし、プラズマ７の励起強度を時
間的に変化させてパウダーの発生を抑制する。それでも
なお発生するパウダーは、反応容器１内に設置した集塵
器８に接地電位に対して正の電位を印加して、プラズマ
励起強度が弱い基板にプラズマ生成領域から効率良く取
り除く。プラズマ処理中の被処理基板１４へのパウダー
の影響を著しく低減し、従来であればパウダーにより膜
質低下が生じるような高速処理条件下でも、膜質低下を
引き起こすことなく、高品質の膜を得ることが可能であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理部材に対し
て膜の堆積やエッチングを行うために好適に用いられる
プラズマ処理装置およびそれを用いて作製した半導体装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日では、半導体装置の製造プロセスに
おいて、プラズマ放電のエネルギーを用いた化学反応を
利用して、薄膜の堆積やエッチング等の化学的処理を行
うことが必要不可欠となっており、これらのプラズマ処
理工程での歩留り、信頼性および量産性の向上が重要な
課題となっている。

【０００３】以下に、このようなプラズマ処理を行うプ
ラズマ処理装置として、代表的なプラズマＣＶＤ（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装
置を例にとって説明する。プラズマＣＶＤ法で堆積され
る膜としては、シリコンの多結晶薄膜や非晶質（アモル
ファス）薄膜、酸化膜、窒化膜、金属膜等が挙げられ
る。プラズマＣＶＤ法において、量産性を向上させるた
めには、高周波電力を高めたり、原料ガスの供給量を増
加させることにより、成膜速度を増大させることが考え
られる。しかし、この場合には多量のパウダーが生成し
て、被処理部材（被処理基板）へのパウダー付着による
膜質の低下が生じ、歩留りの低下を引き起こすため、著
しい成膜速度の向上は実現困難であるのが現状である。

【０００４】このようなパウダーの発生の問題を解決す
ることができるプラズマＣＶＤ法による手法として、例
えば特公平７−４７８２３号、特開平８−２２２５２０
号、特開平８−２８８２２８号には、高周波発振回路と
周期的にオン・オフを行う発振回路とを組み合わせて、
図８に示すように周期的にオン・オフさせた変調高周波
電源をプラズマ励起電源としたプラズマ処理装置を用い
る方法が提案されている。このプラズマ処理装置は、反
応容器１内に高周波印加電極であるカソード電極２が設
けられ、高周波電源（高周波発振回路）３および変調用
電源（周期的にオン・オフを行う発振回路）４と整合回
路５を介して接続されている。このカソード電極２と被
処理部材１４の支持体であるアノード電極６との間の領
域がプラズマ７生成領域となっている。カソード電極２
およびアノード電極６にはヒーター１２が設けられ、独
立して温度制御が可能となっている。被処理部材１４の
近傍には排気口１５が設けられている。アノード電極６
上には被処理部材１４として、例えばガラス基板が設置
されている。

【０００５】このような周期的にオン・オフを行った変
調高周波電源を用いたプラズマＣＶＤ法では、反応容器
内のパウダー発生を抑制し、高い成膜速度でありながら
も、従来の低い成膜速度と同等の高品質膜が得られると
されている。このような高速成膜で、かつ、パウダー発
生を抑制できるプラズマＣＶＤ法によれば、膜の品質低
下を抑制できる上に、装置のメンテナンス頻度を少なく
して装置の安定稼働に寄与することができるため、製造
プロセスにおけるプラズマ処理工程での歩留り、信頼性
および量産性の向上に有効な方法であると言える。

【０００６】さらに、例えば特開平７−８６２４１号や
特開平１１−１２１４３７号には、反応容器内にガス排
気流路に電気的にパーティクルを収集する集塵器を設け
た処理装置が開示され、特開平１１−１２１４３５号に
は被処理基板の近傍に集塵用リングを設けて直流電力を
印加する処理装置が開示されている。これらの処理装置
は、反応容器内のパーティクルを低減し、被処理基板へ
のパーティクルの影響を低減するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シリコ
ンを用いた薄膜太陽電池等のように、数千オングストロ
ーム以上の比較的厚い薄膜を必要とする半導体装置にお
いては、さらなる成膜速度の向上による生産性の向上が
必要である。このため、従来の周期的にオン・オフを行
った変調高周波電源を用いたプラズマＣＶＤ方法でも、
未だ充分であるとは言えない。さらなる成膜速度の向上
のためには、供給電力の増大、原料ガス供給量の増大お
よび成膜時の圧力の増大等が必要である。しかし、これ
らの条件を過度に増大させることは、パウダーの発生を
引き起こし、従来の周期的にオン・オフを行った変調高
周波電源を用いたプラズマＣＶＤ方法においても、パウ
ダーの発生による膜質の低下のために、成膜速度の向上
と膜質の維持を両立させることは困難である。

【０００８】一方、集塵器は、反応容器内のパーティク
ルを吸着し、低減させることは可能であるが、集塵器に
よりパーティクルの発生自体を抑制する効果はなく、上
述したような通常多量のパウダーが発生するような成膜
条件下での効果は乏しい。また、長時間の成膜を行う場
合には、集塵器からのパウダーの離散により、かえって
膜質を低下させることもある。さらに、フラットパネル
ディスプレイや薄膜太陽電池等のように被処理基板の面
積が大きい場合には、集塵器近傍では被処理基板へのパ
ーティクルの影響を軽減させることができるが、その他
の大部分においてはその効果が乏しい。

【０００９】本発明は、このような従来技術の課題を解
決するためになされたものであり、半導体装置の製造プ
ロセスにおけるプラズマ処理工程において、膜質を維持
したままでさらなる高速処理を可能とし、歩留り、信頼
性および量産性を向上させることができるプラズマ処理
装置およびそれを用いて作製した高性能な半導体装置を
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ処理装
置は、被処理部材に対してプラズマ放電を用いて化学的
処理を行うための反応容器と、該反応容器内に配置さ
れ、被処理部材を支持する支持体と、該反応容器内に配
置され、高周波電力が印加される高周波印加電極とを有
するプラズマ処理装置において、該高周波印加電極に高
周波電力が間欠的に印加され、該反応容器内にプラズマ
によって発生するパウダーを収集するための集塵器が配
置され、該集塵器に接地電位に対して正の電位が印加さ
れることを特徴とし、そのことにより上記目的が達成さ
れる。

【００１１】前記集塵器に印加される電位が、時間的に
変化するものであるのが好ましい。

【００１２】前記集塵器に印加される電位の時間的な変
化が、前記高周波印加電極に印加される電力の時間的な
変化に同期しているのが好ましい。

【００１３】前記集塵器に印加される電位が、前記高周
波印加電極にプラズマ励起強度が強くなる電力が印加さ
れているときの値よりも、該高周波印加電極にプラズマ
励起強度が弱くなる電力が印加されているときの値の方
が、大きな正の電位であるのが好ましい。

【００１４】前記集塵器の温度が、前記高周波印加電極
および前記支持体の温度よりも低く設定されるのが好ま
しい。

【００１５】前記高周波印加電極に印加される電力が、
周波数が１３．５６ＭＨｚ以上２００ＭＨｚ以下の高周
波電力であるのが好ましい。

【００１６】前記集塵器が、前記高周波電極と前記支持
体の間のプラズマ生成領域を囲うように配置されていて
もよい。

【００１７】前記集塵器が、前記反応容器内の被処理部
材近傍に設けられた排気口部に配置されていてもよい。

【００１８】前記集塵器の集塵口が、メッシュ状に形成
されているのが好ましい。

【００１９】前記集塵器の集塵口が、パンチングされた
金属板からなっていてもよい。

【００２０】プラズマ放電を用いた化学的処理として、
被処理部材に対して膜の堆積を行うことを目的としたも
のであってもよい。

【００２１】プラズマ放電を用いた化学的処理として、
被処理部材に対してエッチング処理を行うことを目的と
したものであってもよい。

【００２２】本発明の半導体装置は、本発明のプラズマ
処理装置を用いて化学的処理を行って作製したものであ
り、そのことにより上記目的が達成される。

【００２３】以下に、本発明の作用について説明する。

【００２４】高周波印加電極に印加される高周波電力を
周期的にオン・オフさせて間欠的なパルス状とし、プラ
ズマの励起強度を時間的に変化させることにより、プラ
ズマの励起強度が大きい時間に原料ガスの分解反応を瞬
時に行わせ、その後、プラズマの励起強度を弱くして２
次反応である重合反応を抑制することができるので、パ
ウダーの発生を抑制することが可能である。しかしなが
ら、反応処理速度を著しく向上させるためには、供給電
力の増大、原料ガスの供給量の増大およびプロセス圧力
の増大等が必要である。これらの条件を過度に増大させ
ることは、パウダーの発生を引き起こし、膜質が低下す
るために、反応処理速度の向上と膜質の維持を両立させ
ることは困難である。そこで、本発明にあっては、高周
波印加電極に印加される高周波電力を周期的にオン・オ
フさせて間欠的なパルス状として、プラズマの励起強度
を時間的に変化させることにより、パウダーの発生を抑
制すると共に、それでもなお発生するパウダーに対して
は、反応容器内に設置した集塵器に接地電位に対して正
の電位を印加することにより、パウダーをプラズマ生成
領域から取り除いて、被処理部材（被処理基板）へのパ
ウダーの影響を低減する。発生したパウダーはプラズマ
中で電子の付着により負に帯電するため、集塵器に印加
した正の電圧によりパウダーを引き付けてプラズマ生成
領域から取り除き、排出することができる。高周波印加
電極に印加される高周波電力が周期的にオン・オフを行
った変調高周波ではない場合には、集塵器に正の電位を
印加してパウダーの除去を試みても、プロセス中に発生
するパウダーを抑制する効果は得られない上に、プラズ
マ中に捕らえられているパウダーを効率良くプラズマ生
成領域から取り除くことは困難であり、プラズマ処理中
に被処理基板上に付着するパウダーを低減する効果は乏
しい。従って、本発明のように、高周波印加電極に印加
する高周波電力を周期的にオン・オフを行った間欠的な
パルス状としてプラズマの励起強度を時間的に変化させ
るプラズマ処理装置に対して、正の電位を印加した集塵
器を用いることにより、被処理基板上へのパウダーの付
着を著しく低減することが可能となる。よって、従来で
はパウダーが多量に発生してパウダーによる膜質低下が
見られるような高速処理条件下でも、パウダーによる膜
質の低下の無い高品質の膜を得ることが可能である。

【００２５】集塵器には、接地電位に対して正の電位を
印加するが、常時大きな正の電位を印加していると、負
に帯電したパウダーだけではなく、プラズマ中の電子を
引き付けてプラズマ密度の減少を引き起こし、反応処理
速度の低下を招くおそれがある。このため、集塵器に印
加する正の電位は、時間的に変化させることが好まし
い。

【００２６】本発明にあっては、高周波印加電極に印加
するプラズマ励起用の高周波電力を、周期的にオン・オ
フを行った間欠的なパルス状としており、原料ガスの分
解反応を瞬時に発生させて本来必要とするラジカルを多
量に生成して主として成膜またはエッチング等の処理を
行う期間と、プラズマ励起強度を弱くして原料ガスの分
解反応に加えて２次的な重合反応が生じるのを抑制する
期間とを有している。集塵器によるパウダーの除去は、
主として後者の期間に行うことが好ましい。そこで、集
塵器に印加される電位の時間的な変化を、高周波印加電
極に印加される電力の時間的な変化に同期させて、プラ
ズマの励起強度が弱い期間には、集塵器による正の電位
を大きくして集塵器によるパウダーの除去を行い、プラ
ズマの励起強度が強い期間には、集塵器による正の電位
を小さくして集塵器に印加される電位によるプラズマへ
の影響を与えることなく大きな処理速度で成膜またはエ
ッチング等の処理を行うと共に、プラズマ生成領域から
パウダーを効果的に取り除くことが可能となる。

【００２７】プラズマ中のパウダーは、熱泳動力の影響
を受けて、反応容器内において高温部から低温部に押さ
れる。従って、集塵器の温度を、高周波印加電極や被処
理部材の支持体の温度よりも低くすることにより、プラ
ズマ生成領域からパウダーを効果的に取り除くことが可
能となる。

【００２８】高周波印加電極に印加される電力を、周波
数が１３．５６ＭＨｚ以上２００ＭＨｚ以下の高周波電
力とすることにより、従来から用いられている容量結合
型のプラズマ処理装置に本発明を比較的容易に適用する
ことが可能である。また、この範囲のプラズマ励起周波
数において、より高い周波数を用いることにより、プラ
ズマ中の電子密度が増大して、プラズマポテンシャルを
低く抑えることができ、被処理部材へのイオン種による
ダメージを低減して、高速処理条件下での膜の高品質化
を図ることが可能となる。

【００２９】プラズマ生成領域からパウダーを効果的に
取り除くためには、集塵器が、高周波電極と被処理部材
の支持体の間のプラズマ生成領域を囲うように配置され
ているのが好ましい。集塵器がプラズマ生成領域から遠
い場合には、パウダーの除去効果が低減するからであ
る。しかしながら、反応容器に被処理部材を支持体に対
して水平にローディングまたはアンローディングする必
要がある処理装置では、上述のように集塵器を配置する
のは困難である。そこで、このような場合には、集塵器
を反応容器内の被処理部材近傍に設けた排気口部に配置
することができる。これにより、パウダーの除去効果は
若干低下するものの、反応容器への被処理部材のローデ
ィングまたはアンローディングに支障をきたすこと無
く、プラズマ生成領域からパウダーを取り除いて反応容
器から効率良く排出することが可能となる。

【００３０】集塵器の集塵口をメッシュ状に形成する
か、またはパンチングされた金属板を用いることによ
り、プラズマ生成領域からパウダーを効果的に取り除い
て、余剰な未反応ガスや成膜に寄与しない反応ガスと共
に、反応容器内から排出することが可能となる。

【００３１】本発明は、膜の堆積において、高速成膜を
可能とする条件下で膜中へのパウダーの取り込みを抑制
して、膜の高品質を図るだけではなく、エッチングにお
いても、パウダーの付着による局所的な加工不良を低減
することが可能であり、いずれの処理においても歩留
り、信頼性および量産性を向上させて、高性能な半導体
装置を作製することが可能である。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて説明する。なお、以下の実施形態では、容量結合型
のプラズマＣＶＤ装置を用いて本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれにより何等限定されるものではな
く、誘導結合型のプラズマＣＶＤ装置および容量結合型
のエッチング装置、誘導結合型のエッチング装置等のプ
ラズマ処理装置においても、同様の効果を得ることが可
能である。

【００３３】（実施形態１）図１は本実施形態のプラズ
マ処理装置の構成を説明するための模式図である。この
装置は、容量結合型のプラズマＣＶＤ装置であり、反応
容器１内に高周波印加電極であるカソード電極２が設け
られている。このカソード電極２は、整合回路５を介し
て高周波電源３および変調用電源４と接続され、カソー
ド電極２と被処理部材１４の支持体であるアノード電極
６との間の領域においてプラズマ７を生成させるように
構成されている。このカソード電極２およびアノード電
極６にはヒーター１２が設けられ、独立して温度制御が
可能となっている。また、被処理部材１４の近傍には排
気口１５が設けられている。

【００３４】さらに、プラズマ７の生成領域を囲むよう
に、集塵口をメッシュ状に形成した集塵器８が絶縁体９
上に形成され、集塵器用電源１０と接続されている。集
塵器用電源１０と変調用電源４との間には、集塵器用電
源１０から出力される電力をカソード電極２に印加され
る電力の時間的な変化に同期させるための制御装置１１
が配置されている。

【００３５】本実施形態では、このプラズマ処理装置の
アノード電極６上に被処理部材１４としてガラス基板を
設置して、原料ガスとしてモノシランと水素を用いて、
下記の成膜条件でアモルファスシリコン薄膜を成膜し
た。

【００３６】被処理部材：ガラス基板（３０ｃｍ角）高周波電力：１３．５６ＭＨｚ２０００Ｗ変調高周波：オン時間＝５０μｓｅｃ．オフ時間＝５
０μｓｅｃ．原料ガス：ＳｉＨ₄（４０％）／Ｈ₂（６０）％１００
０ＳＣＣＭ成膜圧力：５００Ｐａ基板温度：２５０℃ 成膜後の基板に対して、面板検査器を用いて基板上のパ
ウダーのうち、大きさが１μｍ以上のもののパーティク
ル数をカウントした。集塵器に正の電位を連続的に印加
した場合には、６．８オングストローム／ｓｅｃ．の成
膜速度でガラス基板上にアモルファスシリコン薄膜が成
膜され、その基板上のパーティクル数は３０個／基板で
あった。

【００３７】これに対して、集塵器に正の電位を印加せ
ずにカソード電極に変調高周波を印加して成膜を行った
場合、７．２オングストローム／ｓｅｃ．の成膜速度が
得られたものの、その基板上のパーティクル数は２３０
個／基板であった。また、集塵器に正の電位を印加して
カソード電極に変調の無い高周波を印加して成膜を行っ
た場合、６．４オングストローム／ｓｅｃ．の成膜速度
で、その基板上のパーティクル数は７２０個／基板であ
った。さらに、集塵器に正の電位を印加せずにカソード
電極に変調の無い高周波を印加して成膜を行った場合、
７．０オングストローム／ｓｅｃ．の成膜速度で、その
基板上のパーティクル数は１１５０個／基板であった。

【００３８】このように、本実施形態によれば、速い成
膜速度にも関わらず、被処理基板上へのパウダー付着を
著しく抑制することが可能である。従って、被処理基板
上へのパウダー付着を抑制して、薄膜太陽電池等の半導
体装置に使用可能な高品質の膜を高速に成膜することが
可能となる。

【００３９】（実施形態２）本実施形態では、実施形態
１と同じプラズマ処理装置および成膜条件を用いて、図
２に示すように変化させた正の電位を集塵器８に印加し
て成膜を行った。

【００４０】集塵器用電源１０と変調用電源４との間の
制御装置１１によって、集塵器用電源１０から出力され
る電力をカソード電極２に印加される変調高周波電力の
時間的な変化に同期させた。また、カソード電極２に電
力が印加される時間には集塵器８への印加電圧を小さく
し、カソード電極２に電力が印加されない時間には集塵
器８への印加電圧が大きくなるように制御した。本実施
形態では、集塵器８に印加する小さい電圧を５Ｖ、大き
い電圧を５０Ｖとした。なお、この集塵器に印加する電
圧は、装置構造、被処理部材の種類、ガス種、高周波電
力の大きさや周波数等で適切な値が設定され、本実施形
態に用いた値に限定されるものではない。

【００４１】本実施形態では、７．５オングストローム
／ｓｅｃ．の成膜速度でガラス基板上にアモルファスシ
リコン薄膜が成膜され、その基板上のパーティクル数は
３０個／基板であった。このように、本実施形態によれ
ば、成膜速度を低下させることなく、パウダーの基板へ
の付着を抑制して、基板上のパーティクル数を低減する
ことが可能である。

【００４２】（実施形態３）本実施形態では、実施形態
１と同じプラズマ処理装置を用いて、高周波電力の周波
数を２００ＭＨｚとした以外は実施形態１と同じ成膜条
件を用いて成膜を行った。

【００４３】集塵器８に印加する正の電位は実施形態２
と同様に、集塵器用電源１０と変調用電源４との間の制
御装置１１によって、集塵器用電源１０から出力される
電力をカソード電極２に印加される変調高周波電力の時
間的な変化に同期させた。また、カソード電極２に電力
が印加される時間には集塵器８への印加電圧を小さく
し、カソード電極２に電力が印加されない時間には集塵
器８への印加電圧が大きくなるように制御した。本実施
形態では、集塵器８に印加する小さい電圧を０Ｖ、大き
い電圧を５０Ｖとした。なお、この集塵器に印加する電
圧は、装置構造、被処理部材の種類、ガス種、高周波電
力の大きさや周波数等で適切な値が設定され、本実施形
態に用いた値に限定されるものではない。

【００４４】本実施形態では、１２．７オングストロー
ム／ｓｅｃ．の成膜速度でガラス基板上にアモルファス
シリコン薄膜が成膜され、その基板上のパーティクル数
は４０個／基板であった。このように、本実施形態によ
れば、より高いプラズマ励起周波数を用いることにより
プラズマ中の電子密度を増大させることができるので、
より高速処理条件下で、パウダーの基板への付着を抑制
して、基板上のパーティクル数を低減することが可能で
ある。

【００４５】（実施形態４）本実施形態では、実施形態
１のプラズマ処理処理装置において、集塵器８の代わり
に図３に示すような集塵器８０を用いて成膜を行い、集
塵器の温度と基板上のパーティクル数との相関を調べ
た。本実施形態での成膜条件および集塵器への電位印加
条件は、実施形態２と同様にした。

【００４６】図３に示す集塵器８０は、カソード電極２
とアノード電極６間に生成されるプラズマ（図示せず）
の側面を囲むように形成された円筒状のステンレス板
で、パンチングされた多数の穿孔を有したものである。
その裏側（プラズマと向かい合わない面）には絶縁体で
コーティングされたヒーター線８１を有し、加熱ができ
るようになっている。集塵器８０の温度は、熱電対８２
により観測を行った。

【００４７】図４に、カソード電極２およびアノード電
極６の温度を２５０℃に固定して、集塵器８０の温度を
変化させたときの基板上のパーティクル数の変化を示
す。この図４から分かるように、集塵器８０の温度がカ
ソード電極２およびアノード電極６よりも低いときの方
が、基板上のパーティクル数が少ない。従って、集塵器
の温度をカソード電極およびアノード電極の温度よりも
低くすることで、プラズマ生成領域からパウダーを効果
的に取り除くことが可能となることが分かった。

【００４８】（実施形態５）図５は本実施形態のプラズ
マ処理装置の構成を説明するための模式図である。この
装置は、容量結合型のプラズマＣＶＤ装置であり、反応
容器１内に高周波印加電極であるカソード電極２が設け
られている。このカソード電極２は、整合回路５を介し
て高周波電源３および変調用電源４と接続され、カソー
ド電極２と被処理部材１４の支持体であるアノード電極
６との間の領域においてプラズマ７を生成させるように
構成されている。このカソード電極２およびアノード電
極６にはヒーター１２が設けられ、独立して温度制御が
可能となっている。

【００４９】本実施形態のプラズマ処理装置において、
反応容器１には被処理部材１４の近傍に排気口１５が設
けられている。その排気口１５部に絶縁体９０を介して
集塵器８５が形成され、集塵器用電源１０と接続されて
いる。集塵器用電源１０と変調用電源４との間には、集
塵器用電源１０から出力される電力をカソード電極２に
印加される電力の時間的な変化に同期させるための制御
装置１１が配置されている。

【００５０】本実施形態では、このプラズマ処理装置の
アノード電極６上に被処理部材１４としてガラス基板を
設置し、成膜条件は実施形態１と同様にして、実施形態
２と同様に集塵器８５に印加する正の電位を制御装置１
１によってカソード電極２に電力が印加される時間は印
加電圧を小さくなるように、カソード電極２に電力が印
加されない時間は集塵器への印加電圧が大きくなるよう
に制御した。

【００５１】本実施形態では、７．４オングストローム
／ｓｅｃ．の成膜速度でガラス基板上にアモルファスシ
リコン薄膜が成膜され、その基板上のパーティクル数は
４０個／基板であった。このように、本実施形態によれ
ば、反応容器内の被処理基板近傍に配置された排気口部
に集塵器を配置することにより、パウダーの除去効果は
若干低下するものの、反応容器への基板のローディング
またはアンローディングに支障をきたすことなく、プラ
ズマ生成領域からパウダーを取り除くことが可能とな
る。

【００５２】上記実施形態１〜実施形態５においては、
原料ガスとしてモノシランと水素を用いて容量結合型プ
ラズマＣＶＤ装置によりアモルファスシリコン薄膜を成
膜する場合について説明したが、本発明はこれに限られ
るものではない。例えば、微結晶シリコン薄膜等の非単
結晶シリコン薄膜や、窒化膜、酸化膜等の成膜において
もパウダーの発生を低減することができる。また、誘導
結合型のプラズマＣＶＤ装置および容量結合型のエッチ
ング装置や誘導結合型のエッチング装置等のプラズマ処
理装置においても、同様に、パウダーの影響を低減する
ことが可能であり、生産能力の向上と歩留向上に寄与す
ることは言うまでもない。

【００５３】（実施形態６）本実施形態では、実施形態
１のプラズマ処理装置を用いてアモルファスシリコン薄
膜を成膜し、薄膜太陽電池に適用した。アモルファスシ
リコン薄膜は、３００ｍｍ×３００ｍｍのガラス基板１
４をアノード電極６にセットして成膜を行った。

【００５４】図６は、本実施形態において作製した薄膜
太陽電池の概略構成を示す断面図である。基板１０１と
しては厚さ１ｍｍ程度のガラス基板を用い、この上に透
明電極１０２としてＺｎＯを約１μｍの膜厚で形成し
た。この透明電極１０２上に上記プラズマＣＶＤ装置を
用いて、ボロンをドーピングしたｐ型のアモルファスシ
リコン薄膜１０３を約３００オングストロームの膜厚で
成膜し、その上にノンドープのｉ型アモルファスシリコ
ン薄膜１０４を約３０００オングストロームの膜厚で成
膜し、その上にリンをドーピングしたｎ型のアモルファ
スシリコン薄膜１０５を約３００オングストロームの膜
厚で成膜した。その上に、裏面電極１０６としてＡｇを
約３０００オングストロームの膜厚で形成した。裏面電
極１０６は、光電変換層を透過した光を反射させて発電
効率を改善させる役割をも担っている。透明電極１０２
および裏面電極１０６は、各々スパッタリング法を用い
て成膜を行った。

【００５５】以下に、容量結合型プラズマＣＶＤ装置を
用いて成膜したｐ型、ｉ型、ｎ型の各アモルファスシリ
コン薄膜の成膜条件の一例を示す。なお、ｐ型およびｎ
型のアモルファスシリコン薄膜は膜厚が薄いため、低電
圧、低圧力でパウダーの出ない遅い成膜速度で成膜を行
った。

【００５６】ｐ型アモルファスシリコン薄膜の成膜条件高周波電力：１３．５６ＭＨｚ１００Ｗ変調高周波：無し原料ガス：ＳｉＨ₄ ５０ＳＣＣＭＨ₂ ５００ＳＣＣＭＢ₂Ｈ₆／Ｈ₂（２．０％）１００ＳＣＣＭ成膜圧力：１３３Ｐａ基板温度：２００℃ ｉ型アモルファスシリコン薄膜の成膜条件高周波電力：１３．５６ＭＨｚ２０００Ｗ変調高周波：オン時間＝５０μｓｅｃ．オフ時間＝５０μｓｅｃ．集塵器：変調高周波に同期させて正電位を印加印加電圧大＝５０Ｖ印加電圧小＝０Ｖ原料ガス：ＳｉＨ₄（４０％）／Ｈ₂（６０％）１０００ＳＣＣＭ成膜圧力：５００Ｐａ基板温度：２００℃ ｎ型アモルファスシリコン薄膜の成膜条件高周波電力：１３．５６ＭＨｚ７０Ｗ変調高周波：無し原料ガス：ＳｉＨ₄ １００ＳＣＣＭＨ₂ １２００ＳＣＣＭＰＨ₃（２．０％）１００ＳＣＣＭ成膜圧力：１３３Ｐａ基板温度：２００℃ 本実施形態では、３００ｍｍ×３００ｍｍのガラス基板
１枚に１個当たり２０ｍｍ×２０ｍｍの大きさの単位セ
ルを１０個×１０個作製し、その光電変換効率の分布を
測定した。

【００５７】図７は、１００個の単位セルの光電変換効
率の平均値を１として、そのばらつきを示す図である。
また、図９は、図８の集塵器を有さない従来の容量結合
型プラズマＣＶＤ装置を用いて同様の成膜条件で作製し
た薄膜太陽電池における光電変換効率のばらつきを示す
図である。これらの図から、本実施形態の容量結合型プ
ラズマＣＶＤ装置を用いて作製した薄膜太陽電池の光電
変換効率のばらつきは小さく、歩留り向上を図ることが
できることが分かる。

【００５８】本実施形態では、プラズマＣＶＤ装置を用
いてアモルファスシリコン薄膜を成膜し、薄膜太陽電池
を作製したが、本発明はこれに限られるものではない。
例えば、薄膜トランジスタ等の非晶質シリコン薄膜の成
膜およびエッチング等においても、本発明によれば、膜
堆積においては高速成膜を可能とする条件下で膜中への
パウダーの取り込みを抑制して膜の高品質化を測り、エ
ッチングにおいてもパウダーの付着による局所的な加工
不良を低減することが可能であり、いずれの処理におい
ても歩留り、信頼性および量産性を向上させ得ることは
言うまでもない。

【００５９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
高周波印加電極に印加される高周波電力を周期的にオン
・オフを行った間欠的なパルス状とし、プラズマの励起
強度を時間的に変化させてパウダーの発生を抑制すると
共に、それでもなお発生するパウダーに対しては、反応
容器内に設置した集塵器に接地電位に対して正の電位を
印加することによりプラズマ励起強度が弱い期間にプラ
ズマ生成領域から効率良く取り除くことができる。よっ
て、プラズマ処理中の被処理部材へのパウダーの影響を
著しく低減して、従来であればパウダーの発生により膜
質低下を引き起こしていたような高速成膜条件下でも、
膜質低下を引き起こすことなく、高品質の膜を高速に成
膜することが可能となる。また、エッチングにおいて
は、パウダーの付着による局所的な加工不良を低減する
ことが可能となる。従って、本発明によれば、半導体装
置製造プロセスにおける成膜工程およびエッチング工程
等のプラズマ処理工程において、歩留り、信頼性および
量産性を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１〜実施形態３のプラズマＣＶＤ装置
の構成を説明するための模式図である。

【図２】実施形態２〜実施形態６において、カソード電
極に印加された変調高周波電力と集塵器に印加される正
の電位の時間に対する出力を説明するための図である。

【図３】実施形態４のプラズマＣＶＤ装置における集塵
器の構成を説明するための模式図である。

【図４】実施形態４における集塵器の温度と基板上のパ
ーティクル数との相関を示す図である。

【図５】実施形態５のプラズマＣＶＤ装置の構成を説明
するための模式図である。

【図６】実施形態６のプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜
した非晶質シリコン薄膜を用いた薄膜太陽電池の概略構
成を説明するための断面図である。

【図７】実施形態６のプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜
した非晶質シリコン薄膜を用いた薄膜太陽電池につい
て、光電変換効率の面内ばらつきを示す図である。

【図８】従来のプラズマＣＶＤ装置の構成を説明するた
めの模式図である。

【図９】従来のプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜した非
晶質シリコン薄膜を用いた薄膜太陽電池について、光電
変換効率の面内ばらつきを示す図である。

【符号の説明】

１反応容器２高周波印加電極（カソード電極）３高周波電源４変調用電源５整合器６被処理部材の支持体（アノード電極）７プラズマ８集塵器（メッシュ状）９、９０絶縁体１０集塵器用電源１１制御装置１２カソードヒーター１３アノードヒーター１４被処理部材（ガラス基板）１５排気口８０集塵器（パンチングした金属板）８１集塵器ヒーター８２熱電対８５排気口部に設けた集塵器１０１基板１０２透明電極１０３ｐ型非晶質シリコン薄膜１０４ｉ型非晶質シリコン薄膜１０５ｎ型非晶質シリコン薄膜１０６裏面電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4K030 AA06 AA17 BA30 CA06 FA03 JA16 JA18 KA30 KA49 5F004 AA14 BA04 BA20 BB11 BB18 BC08 5F045 AA08 AB04 AC01 AC19 AD06 AE21 AF07 BB15 CA13 DP02 EB05 EH11 EH12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理部材に対してプラズマ放電を用い
て化学的処理を行うための反応容器と、該反応容器内に配置され、被処理部材を支持する支持体
と、該反応容器内に配置され、高周波電力が印加される高周
波印加電極とを有するプラズマ処理装置において、該高周波印加電極に高周波電力が間欠的に印加され、該反応容器内にプラズマによって発生するパウダーを収
集するための集塵器が配置され、該集塵器に接地電位に
対して正の電位が印加されることを特徴とするプラズマ
処理装置。
【請求項２】前記集塵器に印加される電位が、時間的
に変化するものである請求項１に記載のプラズマ処理装
置。
【請求項３】前記集塵器に印加される電位の時間的な
変化が、前記高周波印加電極に印加される電力の時間的
な変化に同期している請求項２に記載のプラズマ処理装
置。
【請求項４】前記集塵器に印加される電位が、前記高
周波印加電極にプラズマ励起強度が強くなる電力が印加
されているときの値よりも、該高周波印加電極にプラズ
マ励起強度が弱くなる電力が印加されているときの値の
方が、大きな正の電位である請求項３に記載のプラズマ
処理装置。
【請求項５】前記集塵器の温度が、前記高周波印加電
極および前記支持体の温度よりも低く設定される請求項
１乃至請求項４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】前記高周波印加電極に印加される電力
が、周波数が１３．５６ＭＨｚ以上２００ＭＨｚ以下の
高周波電力である請求項１乃至請求項５のいずれかに記
載のプラズマ処理装置。
【請求項７】前記集塵器が、前記高周波電極と前記支
持体の間のプラズマ生成領域を囲うように配置されてい
る請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のプラズマ処
理装置。
【請求項８】前記集塵器が、前記反応容器内の被処理
部材近傍に設けられた排気口部に配置されている請求項
１乃至請求項６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】前記集塵器の集塵口が、メッシュ状に形
成されている請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の
プラズマ処理装置。
【請求項１０】前記集塵器の集塵口が、パンチングさ
れた金属板からなる請求項１乃至請求項８のいずれかに
記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】プラズマ放電を用いた化学的処理とし
て、被処理部材に対して膜の堆積を行うことを目的とし
た請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載のプラズマ
処理装置。
【請求項１２】プラズマ放電を用いた化学的処理とし
て、被処理部材に対してエッチング処理を行うことを目
的とした請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載のプ
ラズマ処理装置。
【請求項１３】請求項１乃至請求項１２のいずれかに
記載のプラズマ処理装置を用いて化学的処理を行って作
製した半導体装置。