JP2010251715A - プラズマcvd装置及びシリコン系薄膜の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プラズマCVD装置1は、真空容器2と、それを減圧するための排気系と、被成膜基板を置く接地電極10と、排気孔と原料ガス導入路とを有する放電電極3と、それに高周波電力を印加する高周波電源14と、を備え、前記排気孔には、その壁面に前記原料ガス導入路につながる原料ガス供給口が形成され、前記原料ガス導入路が、前記原料ガス供給口から吐出される原料ガスの流れ方向の延長線上に前記排気孔の壁面が位置するように構成されているものである。また、シリコン系薄膜の製造方法は、上記装置で珪素を含む原料ガスを導入し、該排気孔中において該原料ガスをプラズマ化させ、高次シランを真空容器外へ排気し、プラズマ化したSiH3ラジカルを被成膜基板上に到達させる方法である。
【選択図】図1
Description
A. Matsuda et al. Solar Energy Materials & Sollar Cells 78 (2003) 3-26 Madoka Takai et al. Thin Solid Films 390 (2001) 83 Satoshi Shimizu et al. JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 101、 064911、 (2007)
真空容器と、該真空容器内を減圧下に保持するための排気系と、被成膜基板を置くための接地電極と、排気孔と原料ガス導入路とを有する放電電極と、該放電電極に高周波電力を印加する高周波電源と、を備え、
前記排気孔には、その壁面に前記原料ガス導入路につながる原料ガス供給口が形成され、
前記原料ガス導入路及び前記原料ガス供給口が、該原料ガス供給口から吐出される原料ガスの流れ方向の延長線上に前記排気孔の壁面が位置するように構成されているプラズマCVD装置である。
真空容器を減圧下に保持し、
放電電極に排気孔および、原料ガスを排気孔内に排気孔の壁面に向けて放出するように原料ガス導入路を形成し、該原料ガス導入路から少なくとも珪素を含む原料ガスを供給し、
該放電電極に高周波電力を印加して、該排気孔中において該原料ガスをプラズマ化させ、
該電位シールドの電位を接地電位又は負電位に保つことにより、該接地電極に保持された被成膜基板上へのプラズマの流出を防ぎ、
該排気孔より該プラズマ化した原料ガス中に含まれる高次シランを真空容器外へ排気し、
該プラズマ化した原料ガス中に含まれるSiH3ラジカルを該被成膜基板上に到達させるシリコン系薄膜の製造方法である。
図1は本発明の第一実施の形態によるプラズマCVD装置の構成を示す概略図である。また図2には放電電極表面4と電位シールド8の部分の拡大図を示す。
SimH2m+1 + SiH4 → SimH2m+2 + SiH3 (式1)
SiH2 + SiH4 → Si2H6 (式2)
SiH3 + SiH4 → SiH4 + SiH3 (式3)
排気の流れに逆らい基板12の方向へ拡散した高次シランラジカルは、基板12の方向へ拡散中に親分子であるSiH4と反応し不活性な高次シランになることにより成膜には関与せず排気される(式1)。SiH2ラジカルは拡散しながら高次シランへ成長していく過程で親分子であるSiH4と反応し不活性になることにより、成膜には関与せず排気される(式2)。一方で親分子との反応により変化しないSiH3ラジカル(式3)は基板へ到達し、選択的に成膜に寄与することにより、高品質な膜を得ることが可能になる。さらに、電位シールド板8に加熱機構11を設け電位シールド板8を加熱することにより、電位シールド板8と基板12との間を均一に加熱することが可能になり、前述した三体反応の進行を抑えることが可能になる。
第二実施の形態によるプラズマCVD装置は、第一実施の形態のプラズマCVD装置の放電電極4のガス導入形状を変更させたもので装置の概要に変更は無い。図3にその第二実施の形態によるプラズマCVD装置の放電電極3と、電位シールド板8の拡大図を示す。放電電極3、電位シールド板8の形状は一例を示すものであって、これに限定されるものではない。
第一実施の形態にあるプラズマCVD装置の放電電極にマッチングボックスを介し、60MHzの高周波電源を接続し、基板ヒーター温度を220℃、アースカバー温度を200℃とした。まず、プラズマCVD装置内部を1×10−4Paにまでチャンバ底面に設けられた排気孔を通して排気した。その後、排気系を切り替え放電電極に設けられた排気孔より排気を行い、SiH450sccmをマスフローコントローラーにより放電電極に設けられたガス導入孔より導入し、28Paに調整した。この際の接地電極上に設置された基板表面の温度を測定すると194℃であった。その後、放電電極に30Wの電力を投入し、プラズマを発生させることにより、本発明の目的であるアモルファスシリコン薄膜を接地電極上に設置した単結晶シリコン基板上に形成した。
[実施例2]
第二実施の形態に示すプラズマCVD装置においてガスの導入方向と排気の方向のなす角度が45度としたプラズマCVD装置の放電電極にマッチングボックスを介し、60MHzの高周波電源を接続し、基板ヒーター温度を270℃に設定し、アースカバー温度は加熱しなかった。まず、プラズマCVD装置内部を1×10−4Paにまでチャンバ底面に設けられた排気孔を通して排気した。その後、排気系を切り替え放電電極に設けられた排気孔より排気を行い、SiH450sccmおよび、H2150sccmをマスフローコントローラーにより放電電極に設けられたガス導入孔より導入し、37Paに調整した。その後、放電電極に30Wの電力を投入し、プラズマを発生させることにより、本発明の目的であるアモルファスシリコン薄膜を接地電極上に設置した単結晶シリコン基板上に形成した。
図5に示す従来のプラズマCVD装置の放電電極にマッチングボックスを介し、60MHzの高周波電源を接続し、基板ヒーターを270℃設定とした。まず、プラズマCVD装置を1×10−4Paにまで真空排気し、SiH4を50sccmの流量にてマスフローコントローラーにより放電電極表面のシャワーヘッドよりCVD装置内へ導入し、チャンバ底に設けられた排気孔より排気を行い、10Paに調整した。この際の接地電極上に設置された基板表面の温度を測定すると230℃であった。その後、放電電極に10Wの電力を投入し、プラズマを発生させることにより、アモルファスシリコン薄膜基板を接地電極上に設置した単結晶シリコン基板上に形成した。
2 真空容器
3 放電電極
4 放電電極表面
5 原料ガス供給管
6 原料ガス導入路
7 排気孔
8 電位シールド板
9 貫通孔
10 接地電極
11 基板加熱機構
12 基板
13 マッチングボックス
14 高周波電源
15 直流電源
16 メッシュ電極
Claims (7)
- 真空容器と、
該真空容器内を減圧下に保持するための排気系と、
被成膜基板を置くための接地電極と、
排気孔と原料ガス導入路とを有する放電電極と、
該放電電極に高周波電力を印加する高周波電源と、を備え、
前記排気孔には、その壁面に前記原料ガス導入路につながる原料ガス供給口が形成され、
前記原料ガス導入路が、前記原料ガス供給口から吐出される原料ガスの流れ方向の延長線上に前記排気孔の壁面が位置するように構成されているプラズマCVD装置。 - 前記原料ガス供給口から吐出される原料ガスの流れ方向と前記排気孔の中心軸に沿った排気方向とのなす角度が90度以下である請求項1記載のプラズマCVD装置。
- 前記放電電極と前記接地電極との間に、複数の貫通孔が形成され、電位を一定に保つ電源を備えた電位シールド板が備えられた請求項1又は2に記載のプラズマCVD装置。
- 前記電位シールド板に形成された貫通孔の中心軸と、前記排気孔の中心軸とが重なる請求項1〜3のいずれかに記載のプラズマCVD装置。
- 前記電位シールド板が加熱機構を有する請求項1〜4のいずれかに記載のプラズマCVD装置。
- 真空容器を減圧下に保持し、
放電電極に形成された排気孔の中へ、該排気孔の壁面に向けて少なくとも珪素を含む原料ガスを導入し、
該放電電極に高周波電力を印加して、該排気孔中において該原料ガスをプラズマ化させ、
該排気孔より該プラズマ化した原料ガス中に含まれる高次シランを真空容器外へ排気し、
該プラズマ化した原料ガス中に含まれるSiH3ラジカルを被成膜基板上に到達させるシリコン系薄膜の製造方法。 - 前記排気孔へ導入される原料ガスの該排気孔への導入方向と、前記排気孔より排気される高次シランの該排気孔中での排気方向とのなす角度が90度以下である請求項6に記載のシリコン系薄膜の製造方法。
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