JP2009260199A - Plasma cvd device, and plasma cvd method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜形成用プラズマ成膜装置であり、特にアモルファスシリコン薄膜太陽電池、ディスプレイ用薄膜トランジスタ等の半導体薄膜の製造に用いられるプラズマ励起化学気相成長法を用いた装置として好適な薄膜形成用プラズマ成膜装置に関する。 The present invention is a plasma film forming apparatus for forming a thin film, and particularly for forming a thin film suitable as an apparatus using a plasma enhanced chemical vapor deposition method used for manufacturing a semiconductor thin film such as an amorphous silicon thin film solar cell and a display thin film transistor. The present invention relates to a plasma film forming apparatus.
プラズマ励起化学気相成長(Chemical Vapor Deposition:CVD)法(以下、プラズマCVD法という)を用いてアモルファスシリコン薄膜を製造する装置は、従来からいくつか知られている。従来は被成膜基板をのせるステージに対向して放電電極が配置されており、放電電極の表面に設けられた多数の穴から原料ガスを供給して放電される。この技術では、ステージ上の被成膜基板とプラズマとの距離が近くなり、被成膜基板に放電によるダメージが加わり、アモルファスシリコン薄膜の特性を低下させてしまう。さらに、プラズマと被成膜基板の距離が近いため、高品質なアモルファスシリコンの成膜に不必要なSiH2ラジカルが基板に堆積してしまう。 Several apparatuses for producing an amorphous silicon thin film using a plasma-enhanced chemical vapor deposition (CVD) method (hereinafter referred to as plasma CVD method) have been known. Conventionally, a discharge electrode is disposed opposite to a stage on which a film formation substrate is placed, and discharge is performed by supplying a source gas from a number of holes provided on the surface of the discharge electrode. In this technique, the distance between the deposition target substrate on the stage and the plasma is reduced, and the deposition target substrate is damaged by electric discharge, thereby degrading the characteristics of the amorphous silicon thin film. Further, since the distance between the plasma and the deposition target substrate is short, SiH 2 radicals unnecessary for the deposition of high-quality amorphous silicon are deposited on the substrate.
そこで、被成膜基板から所定の位置にある複数の電極間に原料ガスを供給し、被成膜基板から所定の位置でプラズマを発生させ、高品質なアモルファスシリコンの成膜に必要なラジカルだけを被成膜基板に堆積させる技術が開示されていた(特許文献1)。
しかしながら、特許文献1の技術では、原料ガスが被成膜基板に直接到達してしまい、被成膜基板付近の温度低下を促進し、アモルファスシリコン膜の欠陥密度を増加させるため、高品質なアモルファスシリコンができにくくなる。
However, in the technique of
そこで、本発明は、シランプラズマ中の発電性能を低下させるSiH2ラジカルが基板上に堆積されにくくし、さらに基板温度を制御しやすくして、優れた膜質を有する半導体薄膜を製造できる製造装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a manufacturing apparatus capable of manufacturing a semiconductor thin film having excellent film quality by making it difficult for SiH 2 radicals, which reduce power generation performance in silane plasma, to be deposited on a substrate and further controlling the substrate temperature. The purpose is to provide.
上記課題を解決するために、本発明のプラズマCVD装置は以下の構成をとるものである。すなわち、
チャンバーと、
該チャンバー内部を減圧下に保つ排気装置と、
電力を供給されることで原料ガスにプラズマを発生させる複数の放電電極と、
隣り合う該放電電極のそれぞれに極性の異なる交流又は高周波電圧を印加する電源と、
隣り合う該放電電極の間に原料ガスを導入する原料ガス供給管と、
該原料ガス供給管の出口から、原料ガス流れ方向の延長線上であって、かつ被成膜基板が置かれる位置までの間に設けられた障壁と、を有するプラズマCVD装置である。
In order to solve the above problems, the plasma CVD apparatus of the present invention has the following configuration. That is,
A chamber;
An exhaust device for keeping the inside of the chamber under reduced pressure;
A plurality of discharge electrodes for generating plasma in the source gas by being supplied with electric power;
A power supply for applying alternating current or high frequency voltage of different polarity to each of the adjacent discharge electrodes;
A source gas supply pipe for introducing a source gas between the adjacent discharge electrodes;
And a barrier provided between an outlet of the source gas supply pipe and an extension line in the source gas flow direction and a position where the deposition target substrate is placed.
また、本発明のプラズマCVD法は以下の手順で行うものである。すなわち、
チャンバー内部を減圧下に保持し、
隣り合う放電電極の間に原料ガス供給管から原料ガスを導入し、
該隣り合う放電電極のそれぞれに極性の異なる交流又は高周波電圧を印加して該原料ガスにプラズマを発生させ、
該原料ガス供給管の出口から、原料ガス流れ方向の延長線上であって、かつ被成膜基板が置かれる位置までの間に障壁を設け、
該原料ガスを該障壁に衝突させた後に被成膜基板に到達させ、被成膜基板に薄膜を形成するプラズマCVD法である。
Further, the plasma CVD method of the present invention is performed by the following procedure. That is,
Hold the inside of the chamber under reduced pressure,
Introducing source gas from the source gas supply pipe between adjacent discharge electrodes,
Applying alternating current or high frequency voltage with different polarity to each of the adjacent discharge electrodes to generate plasma in the source gas,
A barrier is provided between the outlet of the source gas supply pipe and an extension line in the source gas flow direction and a position where the deposition target substrate is placed,
This is a plasma CVD method in which the source gas is made to collide with the barrier and then reach the deposition target substrate to form a thin film on the deposition target substrate.
本発明によれば、シランプラズマ中の発電性能を低下させるSiH2ラジカルの基板への堆積を減少させ、さらに成膜時の基板温度低下を防止させることで、優れた膜質を有する半導体薄膜を製造できる製造装置を提供することができる。 According to the present invention, a semiconductor thin film having excellent film quality is manufactured by reducing the deposition of SiH 2 radicals on the substrate, which lowers the power generation performance in silane plasma, and further preventing the substrate temperature from dropping during film formation. A manufacturing apparatus that can be provided can be provided.
本発明のプラズマCVD装置を図を用いて説明する。 The plasma CVD apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明のプラズマCVD装置は、例えば図1や図3や図4に示したような構成の装置である。図1、図3、図4は本発明にかかるプラズマCVD装置を横から見た概観断面図である。この装置は、内部でプラズマを発生させるためのチャンバー1を備える。チャンバー1内部には複数の放電電極15が並んでいる。放電電極15は二種類あり、二種類の放電電極が交互に並んでいる。そして、図1や図3のように放電電極15の間、もしくは図5のように放電電極15自身に原料ガス供給管が備わっている。放電電極15と被成膜基板10をのせる基板ステージ11との距離は一定間隔離れている。このため、複数の電極間の間で横方向の放電が起こりプラズマが発生するが、このプラズマが被成膜基板10に直接当たりにくくなり、プラズマによる被成膜基板10へのダメージを低減することができる。また、被成膜基板10とプラズマとが離れているため、プラズマ中で生成した発電性能を低下させるSiH2ラジカルの被成膜基板10への堆積を防ぐことができる。
The plasma CVD apparatus of the present invention is an apparatus having a configuration as shown in FIG. 1, FIG. 3, or FIG. 1, 3 and 4 are schematic cross-sectional views of a plasma CVD apparatus according to the present invention as seen from the side. This apparatus includes a
本発明にかかるプラズマCVD装置は、原料ガス供給管17からの原料ガス流れ方向の延長線上に、図3のように原料ガスを受ける障壁や、図1や図4のように障壁の代わりの放電電極15が存在することが特徴である。このような構成とすることで、被成膜基板10には直接原料ガスが当たらないため、被成膜基板10がチャンバー1内に供給された原料ガスにより冷やされにくくなり、発電性能を低下させる欠陥の発生を抑制することができる。
The plasma CVD apparatus according to the present invention has a barrier for receiving the source gas as shown in FIG. 3 on the extension line of the source gas flow direction from the source
以下、本発明にかかるプラズマCVD装置の具体例について図を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, specific examples of the plasma CVD apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
〔本発明の第1のプラズマCVD装置〕
図1は本発明の第1のプラズマCVD装置を横から見た概観断面図である。このプラズマCVD装置は、チャンバー1と、このチャンバー1内に原料ガスを供給する原料ガス供給管17と、真空排気装置13と、上記チャンバー1内に収容された放電電極15と基板ステージ11、この放電電極に電力を供給する高周波電源14とから構成されている。前記基板ステージ11に被成膜基板10を設置し、この被成膜基板表面に薄膜を形成させる。原料ガス供給管17の出口は放電電極15の間にあり、原料ガス供給管17は正面から見て斜めに傾けてある。原料ガス供給管17を真下ではなく傾けることで、チャンバー内に供給された原料ガスが被成膜基板10ではなく、先ず放電電極15に当たる。つまり、放電電極15が障壁の役割を果たしている。こうすることで供給された原料ガスが直接被成膜基板10に達することがないため、被成膜基板10付近が原料ガスにより冷やされることがなく、発電性能を低下させる欠陥が基板上にできにくくなる。原料ガスは放電電極15に1回当たれば十分であるが、一旦放電電極15ではね返った原料ガスが、対向する放電電極15に再度当たることを繰り返すことも好ましい。原料ガスが放電電極15に2回以上当たることで、電極と電極の間で原料ガスが拡散され、より被成膜基板10に到達しにくくなるからである。図2は、図1のプラズマCVD装置の放電電極を上から見た概観図である。原料ガス供給管17は放電電極15の間にスリット状に存在する。もちろん原料ガス供給管17はスリット状でなくとも、複数の孔が極力間隔を狭めて設けられた構成であってもよい。
[First Plasma CVD Apparatus of the Present Invention]
FIG. 1 is a schematic sectional view of the first plasma CVD apparatus of the present invention as seen from the side. The plasma CVD apparatus includes a
〔本発明の第2のプラズマCVD装置〕
図3は本発明の第2のプラズマCVD装置の一つを横から見た概観断面図である。前述の第1のプラズマCVD装置との違いは、原料ガス供給管17からの原料ガス流れ方向の延長線上で、かつ被成膜基板10の上方に障壁18が存在することである。原料ガス供給管17から流入した原料ガスは、被成膜基板に当たることなく、最初に障壁18に当たる。プラズマは障壁18の上方かつ放電電極15の間で発生する。プラズマが被成膜基板10に直接当たらないため、発電性能を低下させるSiH2ラジカルが被成膜基板10に堆積されにくくなる。また、チャンバー1内に流入した原料ガスは、障壁18に最初に当たるため、被成膜基板10に直接原料ガスが当たらないので、被成膜基板10が原料ガスにより冷やされる確率が減る。
[Second Plasma CVD Apparatus of the Present Invention]
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of one of the second plasma CVD apparatuses of the present invention as seen from the side. The difference from the first plasma CVD apparatus described above is that a
〔本発明の第3のプラズマCVD装置〕
図4は本発明の第3のプラズマCVD装置の一つを横から見た概観断面図である。前述の第1のプラズマCVD装置との違いは、図5のように原料ガス供給管17が放電電極15の中にあり、原料ガス供給管の出口が放電電極の表面に存在することである。原料ガス供給管17を通った原料ガスは放電電極15間のプラズマ生成空間2に供給される。原料ガス供給管17からの原料ガス流れ方向の延長線上には対向する放電電極がある。これにより、プラズマを放電電極15の近傍に閉じ込めることができる。また、供給された原料ガスはまず、他の放電電極15に当たり、被成膜基板10に直接当たらないので、被成膜基板10が供給された原料ガスによって冷やされる確率が減る。
[Third plasma CVD apparatus of the present invention]
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of one of the third plasma CVD apparatuses of the present invention as seen from the side. The difference from the first plasma CVD apparatus described above is that the source
なお、図5では向かい合う二つの放電電極15の両方から原料ガスを供給しているが、原料ガスの供給は向かい合う放電電極の内のどちらか一方でもいい。好ましくは一方が良い。両方の電極からガスが供給されると、供給されたガス同士が衝突し、電極近傍の圧力が上昇し、良い品質のアモルファスシリコンが得られない場合がある。また、原料ガス流れ方向の延長線上に対向する放電電極があれば、原料ガスが放電電極の表面に対し斜め方向に放出されてもいいが、図5のように原料ガスが放電電極表面に対し垂直方向に放出されることが好ましい。原料ガスが垂直方向に放出されることで、原料ガスがより確実に対向する放電電極に当たるからである。
In FIG. 5, the raw material gas is supplied from both of the two
〔本発明のプラズマCVD装置の好ましい放電電極形状1〕
図6は本発明にかかる好ましいプラズマCVD装置の放電電極支持板16と放電電極15を下側から見た概略図である。放電電極15aと15bが電極支持板16上を二重に渦を巻いて設置されていることで、均一に発生したプラズマから発生したラジカルが、被成膜基板10上に均一に輸送されることで、均一な半導体薄膜を得ることができる。
電極表面で縦方向(図6における上下方向)にも横方向(図6における左右方向)にもプラズマが発生するため、より均一にプラズマを面内に分布させることができる。
[Preferred
FIG. 6 is a schematic view of the discharge
Since plasma is generated on the electrode surface both in the vertical direction (vertical direction in FIG. 6) and in the horizontal direction (horizontal direction in FIG. 6), the plasma can be more uniformly distributed in the plane.
〔本発明のプラズマCVD装置の好ましい放電電極形状2〕
図7は本発明にかかる好ましいプラズマCVD装置の放電電極支持板16と放電電極15を下側から見た概略図である。櫛型の放電電極15aと15bが電極支持板16上に交互に設置されていることで、均一に発生したプラズマから発生したラジカルが、被成膜基板10上に均一に輸送されることで、均一な半導体薄膜を得ることができる。
電極表面で縦方向(図7における上下方向)にも横方向(図7における左右方向)にもプラズマが発生するため、より均一にプラズマを面内に分布させることができる。
[Preferred
FIG. 7 is a schematic view of the discharge
Since plasma is generated on the electrode surface both in the vertical direction (vertical direction in FIG. 7) and in the horizontal direction (horizontal direction in FIG. 7), the plasma can be distributed more uniformly in the plane.
以上詳述した本発明によれば、シラン放電プラズマ中の発電性能を低下させるSiH2ラジカルの被成膜基板への堆積を減少させることができ、原料ガスにより基板が冷やされにくくなるので膜中に欠陥が生成しにくくなるので、優れた半導体薄膜を製造できる。その結果、太陽電池、液晶表示装置の薄膜トランジスタ等に有用なアモルファスシリコン薄膜を提供することができる。 According to the present invention described in detail above, it is possible to reduce the deposition of SiH 2 radicals, which reduce power generation performance in the silane discharge plasma, on the deposition target substrate, and it is difficult for the source gas to cool the substrate. Since defects are less likely to be generated, an excellent semiconductor thin film can be manufactured. As a result, an amorphous silicon thin film useful for a solar cell, a thin film transistor of a liquid crystal display device, or the like can be provided.
1…チャンバー、2…プラズマ生成空間、3…ラジカル輸送空間、4…膜成長面、10…被成膜基板、11…基板ステージ、12…基板ヒーター、13…真空排気装置、14…高周波電源、15…放電電極、16…放電電極支持板、17…原料ガス供給管、18…障壁
DESCRIPTION OF
Claims (8)
該チャンバー内部を減圧下に保つ排気装置と、
電力を供給されることで原料ガスにプラズマを発生させる複数の放電電極と、
隣り合う該放電電極のそれぞれに極性の異なる交流又は高周波電圧を印加する電源と、
隣り合う該放電電極の間に原料ガスを導入する原料ガス供給管と、
該原料ガス供給管の出口から、原料ガス流れ方向の延長線上であって、かつ被成膜基板が置かれる位置までの間に設けられた障壁と、を有するプラズマCVD装置。 A chamber;
An exhaust device for keeping the inside of the chamber under reduced pressure;
A plurality of discharge electrodes for generating plasma in the source gas by being supplied with electric power;
A power supply for applying alternating current or high frequency voltage of different polarity to each of the adjacent discharge electrodes;
A source gas supply pipe for introducing a source gas between the adjacent discharge electrodes;
And a barrier provided between the outlet of the source gas supply pipe and an extended line in the source gas flow direction and a position where the deposition target substrate is placed.
前記障壁の代わりに該一方の放電電極自体が障壁を兼ねている請求項1に記載のプラズマCVD装置。 The source gas supply pipe is directed so that an outlet of the source gas supply pipe is between the adjacent discharge electrodes, and one discharge electrode of the adjacent discharge electrode is on an extension line in the source gas flow direction. ,
The plasma CVD apparatus according to claim 1, wherein the one discharge electrode itself also serves as a barrier instead of the barrier.
前記障壁の代わりに該他方の放電電極自体が障壁を兼ねている請求項1に記載のプラズマCVD装置。 The source gas supply pipe is directed so that the outlet of the source gas supply pipe is on the surface of at least one discharge electrode of the adjacent discharge electrodes, and the other discharge electrode is on an extension line in the source gas flow direction. And
The plasma CVD apparatus according to claim 1, wherein the other discharge electrode itself serves as a barrier instead of the barrier.
隣り合う放電電極の間に原料ガス供給管から原料ガスを導入し、
該隣り合う放電電極のそれぞれに極性の異なる交流又は高周波電圧を印加して該原料ガスにプラズマを発生させ、
該原料ガス供給管の出口から、原料ガス流れ方向の延長線上であって、かつ被成膜基板が置かれる位置までの間に障壁を設け、
該原料ガスを該障壁に衝突させた後に被成膜基板に到達させ、被成膜基板に薄膜を形成するプラズマCVD法。 Hold the inside of the chamber under reduced pressure,
Introducing source gas from the source gas supply pipe between adjacent discharge electrodes,
Applying alternating current or high frequency voltage with different polarity to each of the adjacent discharge electrodes to generate plasma in the source gas,
A barrier is provided between the outlet of the source gas supply pipe and an extension line in the source gas flow direction and a position where the deposition target substrate is placed,
A plasma CVD method in which the source gas is made to collide with the barrier and then reach the deposition target substrate to form a thin film on the deposition target substrate;
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JP2014509066A (en) * | 2011-01-13 | 2014-04-10 | クックジェ エレクトリック コリア カンパニー リミテッド | Injection member used for semiconductor manufacturing and plasma processing apparatus having the same |
CN112334599A (en) * | 2018-06-25 | 2021-02-05 | 东芝三菱电机产业系统株式会社 | Active gas generating apparatus and film forming apparatus |
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