JP2011129954A - Plasma cvd apparatus and method of manufacturing silicon based film using plasma cvd apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma CVD apparatus that can form a high quality silicon base film for a substrate having a large area with high speed to improve productivity and lower cost, and a method of manufacturing a silicon based film using the apparatus, particularly a plasma CVD technology that can form the film of a fine crystalline silicon film with high quality and at high speed. <P>SOLUTION: In the plasma CVD apparatus provided with a pair of parallel flat plate electrodes, a plurality of holes or grooves are formed in an electrode having gas injection holes. Diluted gas injection holes that inject only diluted gases are disposed at bottom faces of the holes or the grooves. A plurality of material gas injection holes for injecting only the material gases are formed near peripheries of openings of the holes or the grooves. A high quality fine crystalline silicon film is formed at high speed by using the apparatus. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、プラズマを利用して基板の表面に薄膜を形成するプラズマCVD装置及びプラズマCVD装置を用いたシリコン系膜の製造方法に関する。
また、本発明は、特に、薄膜太陽電池の発電膜であるアモルファスSi膜及び微結晶Si膜、並びに液晶デイスプレイの等薄膜トランジスタ等の絶縁性薄膜(窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等)の形成に用いられるプラズマCVD装置及びプラズマCVD装置を用いたシリコン系膜の製造方法に関する。
また、多結晶シリコン太陽電池の反射膜及びパッシベーション膜等に用いられる窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜等の形成に用いられるプラズマCVD装置及びプラズマCVD装置を用いたシリコン系膜の製造方法に関する。
The present invention relates to a plasma CVD apparatus for forming a thin film on the surface of a substrate using plasma and a method for manufacturing a silicon-based film using the plasma CVD apparatus.
In addition, the present invention is used particularly for the formation of insulating thin films (silicon nitride films, silicon oxide films, etc.) such as thin film solar cells, such as amorphous Si films and microcrystalline Si films, and liquid crystal displays. The present invention relates to a plasma CVD apparatus and a silicon film manufacturing method using the plasma CVD apparatus.
The present invention also relates to a plasma CVD apparatus used for forming a silicon nitride film, a silicon oxide film, and the like used for a reflective film and a passivation film of a polycrystalline silicon solar cell, and a method for producing a silicon-based film using the plasma CVD apparatus.

プラズマCVD装置及びプラズマCVD法に関する典型的な従来例を図16に示す。図16において、真空容器100にはプラズマを発生させるためのガスシャワー孔(ガス噴出孔)101を有する第1の電極102と基板103を載置する電気的に接地された第2の電極104が平行に設置されている。第1及び第2の電極102、104には、高周波電源105、インピーダンス整合器106及び同軸ケーブル107からなる電力供給系108から、例えば周波数が13.56MHzの電力が供給される。
ガスシャワー孔(ガス噴出孔)101には、ガス供給源109、第1のガス導入管110、バルブ111及び第2のガス導入管112から成るガス供給系113から、例えばシランガス(SiH4)と水素ガス(H2)の混合ガス114が供給され、該ガスシャワー孔(ガス噴出孔)101からその混合ガス114が噴出する。噴出した混合ガス114は、図示しない真空ポンプにより、排気管115a、115bを介して排気される。基板103は第2の電極に内蔵された電気ヒータ(図示しない)により所定の温度に加熱される。
A typical conventional example relating to a plasma CVD apparatus and a plasma CVD method is shown in FIG. In FIG. 16, the vacuum vessel 100 has a first electrode 102 having a gas shower hole (gas ejection hole) 101 for generating plasma and an electrically grounded second electrode 104 on which a substrate 103 is placed. Installed in parallel. For example, power having a frequency of 13.56 MHz is supplied to the first and second electrodes 102 and 104 from a power supply system 108 including a high-frequency power source 105, an impedance matching unit 106, and a coaxial cable 107.
A gas shower hole (gas ejection hole) 101 includes, for example, silane gas (SiH 4) and hydrogen from a gas supply system 113 including a gas supply source 109, a first gas introduction pipe 110, a valve 111, and a second gas introduction pipe 112. A mixed gas 114 of gas (H 2) is supplied, and the mixed gas 114 is ejected from the gas shower hole (gas ejection hole) 101. The jetted mixed gas 114 is exhausted through exhaust pipes 115a and 115b by a vacuum pump (not shown). The substrate 103 is heated to a predetermined temperature by an electric heater (not shown) built in the second electrode.

図16の装置を用いて基板103の表面に、例えば微結晶Si薄膜を形成する場合、ガスシャワー孔(ガス噴出孔)101からシランガス(SiH4)と水素ガス(H2)の混合ガス114を噴出させ、第1の電極と第2の電極間に、例えば周波数が13.56MHzの電力を供給する。該電力により該一対の電極間に強い電界が発生する。強い電界が発生すると、その電界により加速された電子がシランガス(SiH4)と水素ガス(H2)の分子に衝突し、電離作用が発生する。ガス分子が電離すると、グロー放電即ちプラズマが発生する。プラズマが発生すると、プラズマ中の電子及びイオン等がシランガス(SiH4)と水素ガス(H2)の分子に衝突し、それを解離・分解させるので、種々のプラスイオン及びマイナスイオンの他に、化学的に活性で、電気的には中性の種々のラジカルが発生する。この場合、ラジカルとしては、例えば、SiH、SiH、SiH、H等が発生する。そして、ラジカルは、プラズマの中から基板表面まで拡散現象で移動し、基板の面上に堆積する。その結果、例えば、アモルファスSiあるいは微結晶Siが基板上に形成される。
なお、高品質のアモルファスSiあるいは微結晶Siを形成させる場合には、プラズマ中のSiHの濃度を増大させることと、それを実現するための条件を把握することがキーポイントであることが、一般に知られている。また、粗悪な膜が形成される場合の主たる原因は、SiHプラジカルを主体とした反応であることが、一般に知られている。また、プラズマ中のSiHの濃度が増大すると、プラズマの気相中でパウダー(パーテイクル)が発生し、そのパウダーが製膜される膜に混入し、その結果、粗悪な膜が形成されるということも、一般に知られている
For example, when a microcrystalline Si thin film is formed on the surface of the substrate 103 using the apparatus of FIG. 16, a mixed gas 114 of silane gas (SiH 4) and hydrogen gas (H 2) is ejected from a gas shower hole (gas ejection hole) 101. For example, power having a frequency of 13.56 MHz is supplied between the first electrode and the second electrode. A strong electric field is generated between the pair of electrodes by the electric power. When a strong electric field is generated, electrons accelerated by the electric field collide with molecules of silane gas (SiH 4) and hydrogen gas (H 2), and ionization occurs. When gas molecules are ionized, a glow discharge or plasma is generated. When plasma is generated, electrons and ions in the plasma collide with silane gas (SiH4) and hydrogen gas (H2) molecules, dissociating and decomposing them. In addition to various positive ions and negative ions, Various radicals that are active and electrically neutral are generated. In this case, for example, SiH 3 , SiH 2 , SiH, H, etc. are generated as radicals. The radicals move from the plasma to the substrate surface by a diffusion phenomenon and are deposited on the surface of the substrate. As a result, for example, amorphous Si or microcrystalline Si is formed on the substrate.
In the case of forming high-quality amorphous Si or microcrystalline Si, it is important to increase the concentration of SiH 3 in the plasma and to grasp the conditions for realizing it. Generally known. Further, it is generally known that the main cause when a poor film is formed is a reaction mainly composed of SiH 2 preradicals. Further, when the concentration of SiH 2 in the plasma increases, powder (particle) is generated in the gas phase of the plasma, and the powder is mixed into the film to be formed, resulting in the formation of a poor film. That is also generally known

製膜されたシリコン系薄膜の膜厚分布は、図16の装置を用いる場合、非特許文献1に記載のように、概略、次式で表わされる。
I(x)=cos(2πx/λ)
ただし、I(x)は膜の厚み、xは基板中央からその周辺方向への距離、λは使用電力の波長(プラズマ中での波長)である。
この式は、膜の均一性は、使用される電力のプラズマ中での波長に依存することを示している。例えば周波数が13.56MHz(真空中の波長λ=22.1m)、プラズマ中での波長短縮率λ/λが0.65の場合、cos(2πx/λ)の平坦部は基板中央点近傍のλ/8の範囲であるとすると、直径1.8m程度の面積に亘ってほぼ均一な膜が得られる、という意味である。
When the apparatus shown in FIG. 16 is used, the film thickness distribution of the formed silicon-based thin film is roughly represented by the following equation as described in Non-Patent Document 1.
I (x) = cos 2 (2πx / λ)
Where I (x) is the thickness of the film, x is the distance from the center of the substrate to the periphery thereof, and λ is the wavelength of the power used (wavelength in the plasma).
This equation shows that the uniformity of the film depends on the wavelength in the plasma of the power used. For example, when the frequency is 13.56 MHz (wavelength λ 0 = 22.1 m in vacuum) and the wavelength shortening ratio λ / λ 0 in plasma is 0.65, the flat portion of cos 2 (2πx / λ) is the center of the substrate If it is in the range of λ / 8 in the vicinity of the point, it means that a substantially uniform film can be obtained over an area of about 1.8 m in diameter.

プラズマCVD装置及びプラズマCVD法の産業分野への応用における代表例として、薄膜太陽電池分野及び液晶デイスプレイ分野がある。そして、そのいずれの応用においても、半導体薄膜製品の高性能化及び低コスト化が求められており、そのニーズに対応するための研究開発が行われている。具体的には、大面積化、高品質化、高速製膜化が可能なプラズマCVD装置及びプラズマCVD法の実用化を目指した研究開発が行われている。
最近、高速で高品質の膜を形成するために、ホローカソード放電方式によるプラズマ生成装置の開発例が多くなっている。なお、ホローカソード放電によるプラズマ生成法は、低電力で高密度プラズマが得られるということが、一般に知られている。
しかしながら、上記ニーズに十分に対応できる装置及び方法は発表されていない。即ち、大面積基板を対象にした応用において、高速で、高品質のシリコン系膜を製造可能であるプラズマCVD装置及びプラズマCVD装置を用いたシリコン系膜の製造方法は、依然として実現されていない。その為、新規技術の創出が望まれている。
Typical examples of the application of the plasma CVD apparatus and the plasma CVD method to the industrial field include the thin film solar cell field and the liquid crystal display field. In any of these applications, there has been a demand for higher performance and lower cost of semiconductor thin film products, and research and development are being conducted to meet these needs. Specifically, research and development have been conducted aiming at practical application of a plasma CVD apparatus and a plasma CVD method capable of increasing the area, quality, and high speed film formation.
Recently, in order to form a high-quality film at high speed, there are many examples of development of plasma generators using a hollow cathode discharge method. Note that it is generally known that a plasma generation method using hollow cathode discharge can obtain high-density plasma with low power.
However, an apparatus and method that can sufficiently meet the above needs have not been announced. That is, in an application for a large-area substrate, a plasma CVD apparatus capable of producing a high-quality silicon-based film at a high speed and a silicon-based film manufacturing method using the plasma CVD apparatus have not been realized yet. Therefore, creation of new technology is desired.

特許文献1には、課題として、プラズマによるイオンダメージの抑制、膜の組成比や製膜速度の制御、プラズマ生成の安定性、及びパーテイクル発生の抑制が記載されている。
そして、その課題解決のために、次の発明が記載されている。即ち、特許文献1に記載の発明は、真空排気される真空容器と、この真空容器内に収納されていて、内部にガスが導入され、かつ、下面にそのガスを噴出させる多数のガス噴出孔を有する高周波電極と、前記真空容器内に高周波電極に対向するように収納されていて、基板を載せるホルダ兼電極とを備えるプラズマCVD装置において、内部にガスが導入されるものであって、上下に貫通している多数の貫通孔と前記ホルダ兼電極の面に当該ガスを噴出させる多数のガス噴出孔とを有する中間電極を、前記高周波電極とホルダ兼電極との間に、両電極の空間を仕切るように設け、この中間電極と高周波電極との間に高周波電力を供給するようにし、しかも前記真空容器内を真空排気するための排気口を前記ホルダ兼電極の裏側のほぼ中央部に位置するように設け、かつ前記高周波電極内に、膜を形成する原料となる原料ガスを除く全てのガスを導入してそれを当該電極のガス噴出孔から噴出させ、かつ前記中間電極内に、原料ガスまたはそれと希釈ガスとの混合ガスを導入してそれを当該電極のガス噴出孔から噴出させるようにしており、更に前記高周波電極内に環状のヒータを設けていることを特徴とする。
Patent Document 1 describes, as problems, suppression of ion damage due to plasma, control of a film composition ratio and film formation speed, stability of plasma generation, and suppression of particle generation.
In order to solve the problem, the following invention is described. That is, the invention described in Patent Document 1 includes a vacuum container to be evacuated, and a number of gas ejection holes that are housed in the vacuum container and into which gas is introduced and that gas is ejected to the lower surface. In a plasma CVD apparatus comprising a high-frequency electrode having a high-frequency electrode and a holder-cum-electrode that is accommodated in the vacuum container so as to face the high-frequency electrode, a gas is introduced into the plasma CVD apparatus. An intermediate electrode having a large number of through-holes penetrating through the surface and a large number of gas ejection holes for ejecting the gas to the surface of the holder-cum-electrode is provided between the high-frequency electrode and the holder-cum-electrode between the space A high-frequency power is supplied between the intermediate electrode and the high-frequency electrode, and an exhaust port for evacuating the inside of the vacuum vessel is provided at a substantially central portion on the back side of the holder-cum-electrode. In the high-frequency electrode, all the gases except the raw material gas that is a raw material for forming a film are introduced and ejected from the gas ejection holes of the electrode, and in the intermediate electrode, A material gas or a mixed gas of the source gas and a dilution gas is introduced and ejected from a gas ejection hole of the electrode, and an annular heater is provided in the high-frequency electrode.

特許文献2には、課題として次のことが示されている。薄膜シリコン太陽電池用i型微結晶シリコン薄膜の製造においては、膜厚が2.5μmの微結晶シリコン薄膜を5分程度の時間で堆積できる高速製膜(例えば、8.3nm/s以上)を実現することが求められている。従来のプラズマCVD法による微結晶シリコン薄膜の堆積法では、シランガス/水素ガスの混合ガスにおけるシランガスと水素の流量比、即ち、(SiH)/(SiH+H)を調整することによって、結晶性を制御しようとするため、膜の結晶性と堆積レートとはトレードオフの関係にある。つまり、結晶性を向上させる製膜条件として、水素の流量を増大させると(SiHの流量を減少させる)、堆積レートが大きく低下し、1nm/s程度以下になり、上記8.3nm/s以上の堆積レートが得られないという問題がある。
また、従来のプラズマCVD法による微結晶シリコン薄膜の堆積法では、堆積レートを上げる目的で高周波電力を増加させて製膜する。この場合、シランガスはプラズマ中で電子衝突によって容易に解離するために、高周波電力を増加させてプラズマの電子密度が高くなると、SiH、SiH、Siが多量に生成され、気体相中でパーテイクルが生成されてしまい、欠陥の多いシリコン膜が生成されるという問題があった。
その課題解決のために、次の発明が記載されている。即ち、成膜室内に基板ステージとプラズマ電極とが対向して配設され、前記プラズマ電極にシランガスと水素ガスとを供給するとともに、高周波電圧を印加してプラズマを生成し、前記基板ステージに保持された基板上に微結晶シリコン薄膜を形成する薄膜形成装置において、前記成膜室の外部から前記プラズマ電極に供給される前記シランガスを前記基板上に吹出させるシランガス供給手段と、前記成膜室の外部から前記プラズマ電極に供給される前記水素ガスを水素プラズマにして、前記シランガス供給手段から吹出される前記シランガスに接触させるように前記基板上に吹出させて、前記シランガスをプラズマ化させる水素供給手段と、を備えることを特徴とする。
Patent Document 2, the following has been shown as a challenge. In the manufacture of i-type microcrystalline silicon thin films for thin film silicon solar cells, high-speed film formation (for example, 8.3 nm / s or more) capable of depositing a microcrystalline silicon thin film having a thickness of 2.5 μm in about 5 minutes is performed. Realization is required. In the conventional method of depositing a microcrystalline silicon thin film by the plasma CVD method, the flow rate ratio between silane gas and hydrogen in a mixed gas of silane gas / hydrogen gas, that is, (SiH 4 ) / (SiH 4 + H 2 ) is adjusted. to try to control the sex, there is a trade-off between the crystalline and the deposition rate of the film. That is, as a film forming condition for improving crystallinity, when the flow rate of hydrogen is increased (the flow rate of SiH 4 is decreased), the deposition rate is greatly reduced to about 1 nm / s or less, and the above 8.3 nm / s. There is a problem that the above deposition rate cannot be obtained.
Further, in the conventional method of depositing a microcrystalline silicon thin film by the plasma CVD method, the film is formed by increasing the high frequency power in order to increase the deposition rate. In this case, since the silane gas is easily dissociated by electron collision in the plasma, if the high-frequency power is increased to increase the electron density of the plasma, a large amount of SiH 2 , SiH, Si is generated, and the particles are generated in the gas phase. It will be generated, there is a problem that many silicon film defects are generated.
Because of its problem solving, it is described following invention. That is, a substrate stage and a plasma electrode are arranged in the film forming chamber so as to face each other, and silane gas and hydrogen gas are supplied to the plasma electrode, and a high frequency voltage is applied to generate plasma and hold it on the substrate stage. In the thin film forming apparatus for forming a microcrystalline silicon thin film on the formed substrate, silane gas supply means for blowing the silane gas supplied to the plasma electrode from the outside of the film forming chamber onto the substrate, Hydrogen supply means for converting the hydrogen gas supplied to the plasma electrode from the outside into hydrogen plasma and blowing it onto the substrate so as to come into contact with the silane gas blown from the silane gas supply means, thereby converting the silane gas into plasma And.

特許文献3には、課題として次のことが示されている。従来のプラズマCVD装置においては、原料ガスの高圧・枯渇条件を作ることにより高速製膜を図ることができる。しかし、この方法は十分でなく、例えば工業における微結晶シリコン薄膜太陽電池作製に求められる製膜速度(約10nm/s)は達成できていない。また、高圧条件下においては気相中でパウダーが形成されやすく、装置の稼働率を低下させている。
そして、その課題解決のために、次の発明が示されている。即ち、特許文献3は、反応容器、該容器内に反応ガスを導入する手段、ガスを排気する手段、該容器内に収容されたカソード及びアノードから成る放電用電極並びに該電極に電力を供給する電源とを有し、反応容器内に設置された基板表面に薄膜を形成するプラズマCVD装置において、該反応ガスを該基板面内に均一に導入するシャワーヘッド型導入口と該カソード電極を一体型とし、該カソード電極表面に複数の凹部を設け、該凹部の底部に該凹部の短辺よりも小さな穴を穿ち、該穴を反応ガス導入口としたことを特徴とする。
Patent Document 3 discloses the following as a problem. In a conventional plasma CVD apparatus, high-speed film formation can be achieved by creating high-pressure and depletion conditions for the source gas. However, this method is not sufficient, and for example, the film formation rate (about 10 nm / s) required for manufacturing a microcrystalline silicon thin film solar cell in industry cannot be achieved. Further, under high pressure conditions, powder is easily formed in the gas phase, which reduces the operating rate of the apparatus.
In order to solve the problem, the following invention is shown. That is, Patent Document 3 discloses a reaction vessel, a means for introducing a reaction gas into the vessel, a means for exhausting the gas, a discharge electrode comprising a cathode and an anode housed in the vessel, and supplying power to the electrode. In a plasma CVD apparatus having a power source and forming a thin film on a substrate surface installed in a reaction vessel, a showerhead type inlet for uniformly introducing the reaction gas into the substrate surface and the cathode electrode are integrated A plurality of recesses are provided on the surface of the cathode electrode, a hole smaller than the short side of the recess is formed in the bottom of the recess, and the hole serves as a reaction gas inlet.

特許文献4には、課題として、次のことが示されている。薄膜太陽電池の分野では発電能力と生産効率の向上のために大面積化が求められている。ところが、平行平板電極を有するプラズマCVD装置で製造された薄膜太陽電池の光電変換特性は基板上の局所的な平面位置に依存して変動する傾向が強くなるという事実がある。これは、製膜室内で異常放電が発生することに起因するものである。この傾向は、製膜条件として、高圧力(反応ガス圧が高い場合)、狭電極間隔(基板と対向電極との間の間隔が狭い場合)及び高パワー(高い高周波パワー密度の場合)を選定した場合に顕著となる。なお、この条件で発生するプラズマの状況は、その強度が不均一となり、電極間以外でもプラズマが発生するという異常放電となる。
そして、その課題解決のために、次の発明が示されている。即ち、特許文献4に記載の発明は、プラズマCVD反応室と、前記反応室内において成膜用基板を支持するための基板支持電極と、前記基板に対面すべき対向電極を備え、前記対向電極は中空であって、前記基板に向けて反応ガスを吹出すために、複数のガス吹出孔及び複数の差圧調整孔を有するガス吹出面板を含み、前記差圧調整孔は前記ガス吹出孔の入口側の孔径よりも大きな孔径を有し、前記ガス吹出孔の長さが前記ガス吹出面板の厚さより小さく、そのガス吹出孔の入口側が前記差圧調整孔に接続されており、前記ガス吹出面板が前記基板と対向する面において、プラズマの発生を促進するためのプラズマ促進溝が形成されていることを特徴とする。
Patent Document 4 discloses the following as a problem. In the field of thin film solar cells, a large area is required to improve power generation capacity and production efficiency. However, there is a fact that the photoelectric conversion characteristics of a thin film solar cell manufactured by a plasma CVD apparatus having parallel plate electrodes tend to vary depending on the local planar position on the substrate. This is because abnormal discharge occurs in the film forming chamber. For this tendency, high pressure (when the reaction gas pressure is high), narrow electrode spacing (when the distance between the substrate and the counter electrode is narrow), and high power (when high high-frequency power density) are selected as the film forming conditions. This will be noticeable. It should be noted that the plasma generated under these conditions is an abnormal discharge in which the intensity is uneven and plasma is generated even between the electrodes.
In order to solve the problem, the following invention is shown. That is, the invention described in Patent Document 4 includes a plasma CVD reaction chamber, a substrate support electrode for supporting a film-forming substrate in the reaction chamber, and a counter electrode that should face the substrate. A gas blower face plate having a plurality of gas blowout holes and a plurality of differential pressure adjustment holes, wherein the differential pressure adjustment holes are inlets of the gas blowout holes. The gas blowing hole is smaller in thickness than the thickness of the gas blowing face plate, the inlet side of the gas blowing hole is connected to the differential pressure adjusting hole, and the gas blowing face plate Is formed with a plasma promoting groove for promoting the generation of plasma on the surface facing the substrate.

特許文献5には、課題として、次のことが示されている。従来のホローカソード放電を用いるカソード電極は、平板のカソード電極を構成する板材を切削等の加工によって穴を形成することによって、ホローカソード電極となる凹凸部を形成している。このカソード電極の凹部の底面は一平面で形成され、凸部の端部からの距離およびアノード電極との距離を一定とする構成である。この構成では、凹部内における反応ガスのガス噴出量の分散状況やプラズマ放電の状態等は、カソード電極全面で一様とならず、場所によって異なることが予想される。
そして、その課題解決のために、次の発明が示されている。即ち、特許文献5に記載の発明は、高周波を印加して高周波容量結合型プラズマを形成する電極であって、カソード電極はアノード電極と対向して配置し、アノード電極と対向する対向面は、底面からなる凹部と、当該凹部の底面からアノード電極側に向かって突出する複数の突出部から形成される凸部とからなる凹凸形状を有し、前記凸部の少なくとも何れか一つの突出部は、側面に反応ガスの噴出を可能とする反応ガス噴出孔を少なくとも一つを有し、前記凸部を形成する全ての突出部は、アノード電極側の端部の高さレベルを同一とし、前記凹部を形成する底面は、前記突出部の端部の高さレベルからの距離を異にする複数の底面部分を含むことを特徴とする。
Patent Document 5 discloses the following as a problem. A conventional cathode electrode using a hollow cathode discharge forms an uneven portion to be a hollow cathode electrode by forming a hole in a plate material constituting a flat cathode electrode by processing such as cutting. The bottom surface of the concave portion of the cathode electrode is formed in a single plane, and the distance from the end of the convex portion and the distance from the anode electrode are constant. In this configuration, the dispersion state of the gas ejection amount of the reaction gas in the recess, the state of plasma discharge, and the like are not uniform over the entire surface of the cathode electrode, and are expected to vary depending on the location.
In order to solve the problem, the following invention is shown. That is, the invention described in Patent Document 5 is an electrode for applying a high frequency to form a high frequency capacitively coupled plasma, wherein the cathode electrode is disposed facing the anode electrode, and the facing surface facing the anode electrode is It has a concavo-convex shape composed of a concave portion formed of a bottom surface and a convex portion formed of a plurality of protruding portions protruding from the bottom surface of the concave portion toward the anode electrode side, and at least one of the convex portions is , Having at least one reactive gas ejection hole that enables ejection of the reactive gas on the side surface, and all the protrusions forming the convex portions have the same height level at the end on the anode electrode side, The bottom surface forming the recess includes a plurality of bottom surface portions having different distances from the height level of the end portion of the protruding portion.

特許第2601127号(図1、図2)Japanese Patent No. 2601127 (FIGS. 1 and 2) 特開2010−73970(図1〜図3)JP 2010-73970 (FIGS. 1 to 3) 特開2004−296526(図1、図3、図4)JP-A-2004-296526 (FIGS. 1, 3, and 4) 特許4578693(図1−図9)Patent 4578693 (FIGS. 1 to 9) 特開2009−253102(図7、図8)JP 2009-253102 A (FIGS. 7 and 8) A.Perret、P.Chabert、J.P.Booth、J.Jolly、J.Guillon and Ph.Auvray:Applied Physics Letters、Vol.83、No.2(14 July 2003)、243−245.A. Perret, P.A. Chabert, J. et al. P. Booth, J. et al. Jolly, J.M. Guillon and Ph. Auray: Applied Physics Letters, Vol. 83, no. 2 (14 July 2003), 243-245.

従来のプラズマCVD装置及びプラズマCVD法には、上記特許文献1〜5に指摘されているようないろいろな課題があり、半導体関連の産業界のニーズへの対応が十分に出来ない。特に、薄膜太陽電池分野及び液晶デイスプレイ分野でのニーズ、即ち、大面積基板に、高速で、高品質の膜を形成可能であるプラズマCVD装置及びプラズマCVD装置を用いたシリコン系膜の製造方法の実用化に関し、充分に対応することが出来ないという課題がある。   The conventional plasma CVD apparatus and plasma CVD method have various problems as pointed out in Patent Documents 1 to 5, and cannot sufficiently meet the needs of the semiconductor-related industry. In particular, there is a need in the field of thin-film solar cells and liquid crystal displays, that is, a plasma CVD apparatus capable of forming a high-quality film at high speed on a large-area substrate, and a silicon-based film manufacturing method using the plasma CVD apparatus. There is a problem that it is not possible to sufficiently deal with practical use.

また、上記特許文献に記載されている発明においても、以下に示すような問題を抱えており、上記ニーズに対応することが困難である。
以下に、上記特許文献1〜5に記載の発明によるプラズマCVD装置及びプラズマCVD法が抱える問題を説明する。
Also, the invention described in the above patent document has the following problems and it is difficult to meet the above needs.
Below, the problem which the plasma CVD apparatus by the invention of the said patent documents 1-5 and the plasma CVD method have is demonstrated.

先ず、特許文献1に記載の発明は、原料ガスを除く全てのガス(例えば、希釈ガス、反応性ガス)を高周波電極と中間電極の間(プラズマ発生領域)でプラズマ化し、そのプラズマを中間電極に設けられた貫通孔(開口)から、該中間電極の外側(基板側)へ引き出すとともに、該中間電極の外側(基板側)に設けられた原料ガス(シランガス)またはそれと希釈ガスと混合ガスを噴出する多数のガス噴出孔から吹き出す構造になっている。そして、本発明の技術的特徴として、プラズマ発生領域で発生した励起活性腫は、該プラズマ発生領域からガスの流れによって中間電極の貫通孔を通して該中間電極の外側(基板側)、即ち、プラズマ非発生領域へ導かれるということが記載されている。また、上記中間電極の貫通孔を通して該中間電極の外側へ導かれた励起活性腫と、該プラズマ非発生領域へ導かれた原料ガス(シランガス)は、基板の表面近傍で化学反応を起こして基板の表面に膜が形成されるということが記載されている。
ここで、上記発明では、(い)基板の上に堆積される膜を形成するに必要な励起活性腫は、該中間電極の貫通孔を通して該中間電極の外側へ導かれること、(ろ)上記励起活性腫とプラズマ化されていない原料ガスが基板近傍で化学反応を起こすということを前提に考えられている。
しかしながら、励起活性腫の中の電気的に中性の励起活性腫はガスの流れには余り影響されず、拡散現象に従う。即ち、上記貫通孔を通して流れる中性励起活性腫の量は、中性励起活性腫の濃度の勾配に比例した量になる。このことは、上記発明の構成においては基板近傍に導かれる中性励起活性腫の濃度は余り高くはならないということを意味する。励起活性腫の中の電気を帯びた励起活性腫はガスの流れには余り影響されず、電気的事象に従う。即ち、上記プラズマ発生領域と上記貫通孔の内部のプラズマはそれを囲うシースで保持されているので、該貫通孔を通して流れる電気を帯びた励起活性腫の量は、著しく少ない。このことは、上記発明の構成においては、基板近傍に導かれる電気を帯びた起活性腫の密度(濃度)は余り高くないということを意味する。
したがって、上記(い)及び(ろ)を前提とする上記発明では、高品質で高速製膜が可能なプラズマCVD装置を実現することが困難である。また、上記発明、あるいは上記発明と同様な構成を有するリモートプラズマ(成膜室の外部で生成するプラズマ)を応用したプラズマCVD装置は、一般的に、高速製膜に不適である。
First, in the invention described in Patent Document 1, all gases (for example, a dilution gas and a reactive gas) except a raw material gas are converted into plasma between the high-frequency electrode and the intermediate electrode (plasma generation region), and the plasma is converted into the intermediate electrode. From the through hole (opening) provided in the outer electrode, it is drawn out to the outside (substrate side) of the intermediate electrode, and the source gas (silane gas) provided on the outer side (substrate side) of the intermediate electrode or the diluted gas and mixed gas are supplied. It is structured to blow out from a large number of gas jet holes. Further, as a technical feature of the present invention, the excited active tumor generated in the plasma generation region passes through the through hole of the intermediate electrode by the gas flow from the plasma generation region, and is outside the intermediate electrode (substrate side), that is, the plasma non- It is described that it is led to the generation area. In addition, the excited active tumor guided to the outside of the intermediate electrode through the through hole of the intermediate electrode and the source gas (silane gas) guided to the non-plasma generating region cause a chemical reaction in the vicinity of the surface of the substrate. It is described that a film is formed on the surface.
Here, in the above invention, (ii) the excitation active tumor necessary for forming a film deposited on the substrate is guided to the outside of the intermediate electrode through the through-hole of the intermediate electrode; It is assumed that the excited active tumor and the non-plasma source gas cause a chemical reaction near the substrate.
However, electrically neutral excited active tumors among excited activated tumors are less affected by gas flow and follow a diffusion phenomenon. That is, the amount of neutral excitation active tumor that flows through the through hole is proportional to the gradient of neutral excitation active tumor concentration. This means that in the configuration of the invention, the concentration of the neutral excitation active tumor led to the vicinity of the substrate is not so high. The excited active tumor in the excited active tumor is less affected by the gas flow and follows the electrical event. That is, since the plasma generation region and the plasma inside the through hole are held by the sheath surrounding the plasma generating region, the amount of electrically excited excited active tumor that flows through the through hole is extremely small. This means that in the configuration of the present invention, the density (concentration) of the electroactive tumor that is led to the vicinity of the substrate is not so high.
Therefore, in the above-described invention based on the above (ii) and (b), it is difficult to realize a plasma CVD apparatus capable of high-quality film formation at high speed. In addition, a plasma CVD apparatus to which the above invention or a remote plasma (plasma generated outside the film forming chamber) having the same configuration as the above invention is applied is generally unsuitable for high-speed film formation.

次に、特許文献2に記載の発明は、基板が配置される成膜室にプラズマ化された水素ガスと、プラズマ化されていないシランガス(原料ガス)を基板近傍に噴出させて接触させることにより、該水素ガスプラズマにより該シランガスをプラズマ化させ、その結果発生する水素プラズマとシランプラズマの励起活性腫で基板上にシリコン膜を形成させるものである。実施例として示されている装置の構成によれば、成膜室に基板ステージとプラズマ電極が対向して配置され、該プラズマ電極に複数の円形の貫通孔を設け、その複数の貫通孔のそれぞれの中心に、それぞれに円管を配置している。該円管の基板側の端部はシランガスの吹出し口で、貫通孔の基板側の端部は水素ガスの吹出し口である。なお、シランガスは上記複数の吹出し口から基板に向けて噴出され、水素ガスは吹出し口から基板に向けて噴出される。上記シランガスを吹出す円管と上記貫通孔のギャップ(隙間)には高周波電圧が印加され、水素プラズマを生成する。また、プラズマ電極に印加される高周波電圧により、該プラズマ電極と基板ステージの間にシランガスと水素ガスの混合ガスのプラズマが生成される。
なお、上記水素ガスの吹出し口とシランガスの吹出し口は、プラズマ電極の表面に位置しているので、その2つの吹出し口はそれぞれ、基板表面から等しい距離に位置する。また、吹出し口から噴出するガスの方向は基板の法線方向を向いている。
ここで、上記発明では、(は)基板が配置される成膜室にプラズマ化した水素と、プラズマ化されてないシランガスを導入させること、(に)水素プラズマのプラズマ密度は高く、例えば1x1010(cm−3)以上とし、シランプラズマのプラズマ密度は低く、例えば1x1010(cm−3)以下にすること、ということを前提に考えられている。
高品質で高速製膜を実現するには、高品質膜の形成に貢献するSiHラジカルの濃度を増大させ、かつ、高品質膜の形成を阻害する主要因であるSiHラジカルの発生を抑制する手段が必要である。しかしながら、SiHラジカル濃度の増大についての手段、SiHラジカル濃度の減少かあるいはその発生の抑制についての手段についての記載はない。また、それを示唆するような記載も無い。
更に、SiH及びSiHラジカル発生でのパラメータは、プラズマ密度の高低ではなく、プラズマのエネルギーの高低、あるいは電子温度の高低であるので、上記特許文献2に記載の発明の特徴、即ち上記(は)、(に)だけでは、SiHラジカルの濃度増大化、SiHの発生の抑制を行うことは困難である。
なお、粗悪膜の生成に貢献するSiHラジカルはSiHに9.47eV以上のエネルギーを持つ電子の衝突により発生し、良質膜の生成に貢献するSiHラジカルはSiHに8.75eV以上のエネルギーを持つ電子の衝突により発生するということが、一般に知られている。
更に、実施例として示されている装置構成によれば、水素プラズマは上記シランガスを吹出す円管と上記貫通孔のギャップ(隙間)と、上記プラズマ電極と基板ステージの間、即ち2つの空間で発生するので、該シランガスを吹出す円管と上記貫通孔のギャップ(隙間)での水素プラズマ生成の条件と、該プラズマ電極と基板ステージの間での水素プラズマ発生条件は著しく異なる。それ故、上記2つの空間領域で、安定したプラズマを同時生成することは困難である。このことは、上記実施例によって上記(は)及び(に)を実現することは極めて困難である、ということを意味でする。
したがって、上記発明においては高品質で高速製膜が可能なプラズマCVD装置を実現することが困難である。
更に、実施例として示されている装置構成によれば、水素プラズマを生成する空間である上記シランガスを吹出す円管と上記水素ガスを吹出す貫通孔のギャップ(隙間)を寸法を整えて製造することが技術的に困難であるとともに、特に、大面積基板を対象とする場合、製造コストが著しく高くなるということが推察される。
また、大面積基板を対象にして高品質の微結晶シリコン膜を成膜する場合、一般に、原料ガス(シランガス)の他に大量の水素ガスを供給する手法が用いられるが、上記実施例として示されている装置構成によれば、膨大な数のシランガス吹出し円管と上記水素ガス吹出し貫通孔から成る2重管の形で製造する必要があるので、技術的に困難であるとともに、製造コストが著しく高くなるということが推察される。
Next, the invention described in Patent Document 2 is such that a hydrogen gas that has been converted to plasma and a silane gas (raw material gas) that has not been converted to plasma are ejected and brought into contact with the vicinity of the substrate in a film formation chamber in which the substrate is disposed. The silane gas is converted into plasma by the hydrogen gas plasma, and a silicon film is formed on the substrate by the excited active tumor of the hydrogen plasma and silane plasma generated as a result. According to the configuration of the apparatus shown as the embodiment, the substrate stage and the plasma electrode are arranged to face each other in the film forming chamber, and a plurality of circular through holes are provided in the plasma electrode, and each of the plurality of through holes In the center of each, a circular tube is arranged. The end of the circular tube on the substrate side is a silane gas outlet, and the end of the through hole on the substrate side is a hydrogen gas outlet. Silane gas is ejected from the plurality of outlets toward the substrate, and hydrogen gas is ejected from the outlet toward the substrate. A high-frequency voltage is applied to the gap (gap) between the circular tube that blows out the silane gas and the through hole to generate hydrogen plasma. Further, a high-frequency voltage applied to the plasma electrode generates plasma of a mixed gas of silane gas and hydrogen gas between the plasma electrode and the substrate stage.
Since the hydrogen gas outlet and the silane gas outlet are located on the surface of the plasma electrode, the two outlets are located at an equal distance from the substrate surface. Moreover, the direction of the gas ejected from the blowout port is directed to the normal direction of the substrate.
Here, in the above invention, (ha) introducing plasma hydrogen into the film formation chamber in which the substrate is arranged and silane gas not plasma is introduced, (ii) the plasma density of the hydrogen plasma is high, for example 1 × 10 10 (cm -3) or more and then, the plasma density of silane plasma is low, for example, 1x10 10 (cm -3) to below, are considered on the assumption that.
To realize high-quality and high-speed film formation, increase the concentration of SiH 3 radicals that contribute to the formation of high-quality films, and suppress the generation of SiH 2 radicals, which are the main factors that inhibit the formation of high-quality films. A means to do is necessary. However, there is no description of a means for increasing the SiH 3 radical concentration, a means for reducing the SiH 2 radical concentration, or suppressing its generation. Moreover, there is no description which suggests that.
Furthermore, since the parameters for generation of SiH 2 and SiH 3 radicals are not high or low in plasma density, but high or low in plasma energy or high or low in electron temperature, the characteristics of the invention described in Patent Document 2, that is, ( It is difficult to increase the concentration of SiH 3 radicals and suppress the generation of SiH 2 with (ii) alone.
SiH 2 radicals that contribute to the formation of a rough film are generated by collision of electrons having an energy of 9.47 eV or more with SiH 4, and SiH 3 radicals that contribute to the formation of a good quality film have an SiH 4 production of 8.75 eV or more. It is generally known that it is generated by the collision of energetic electrons.
Further, according to the apparatus configuration shown as an embodiment, hydrogen plasma is generated in the gap between the circular tube for blowing out the silane gas and the through hole, and between the plasma electrode and the substrate stage, that is, in two spaces. Therefore, the conditions for generating hydrogen plasma in the gap between the circular tube that blows out the silane gas and the through hole and the conditions for generating hydrogen plasma between the plasma electrode and the substrate stage are significantly different. Therefore, it is difficult to simultaneously generate stable plasma in the two spatial regions. This means that it is very difficult to realize the above (ha) and (ii) by the above embodiment.
Therefore, in the above invention, it is difficult to realize a plasma CVD apparatus capable of high-quality film formation at high speed.
Further, according to the apparatus configuration shown as an embodiment, the gap between the circular pipe that blows out the silane gas, which is a space for generating hydrogen plasma, and the through hole that blows out the hydrogen gas is adjusted and manufactured. It is technically difficult to do this, and it is presumed that the manufacturing cost is remarkably increased particularly when a large area substrate is targeted.
In addition, when a high-quality microcrystalline silicon film is formed on a large-area substrate, a method of supplying a large amount of hydrogen gas in addition to a source gas (silane gas) is generally used. According to the apparatus configuration, since it is necessary to manufacture in the form of a double pipe comprising a huge number of silane gas blowing circular pipes and the hydrogen gas blowing through holes, it is technically difficult and the manufacturing cost is low. It is inferred that it will be significantly higher.

次に、特許文献3に記載の発明は、カソード電極に設けられた凹部の底面に有るガス噴出孔から反応ガスを噴出させ、該凹部構造が有するホローカソー放電効果により、高密度のプラズマが生成させることを想定している。
しかしながら、高速製膜条件下で高品質のシリコン系薄膜を形成するには、SiHラジカル発生とSiHラジカル発生に関する制御手段が必要である。カソード電極に設けた凹部構造が有するホローカソー放電の効果を期待するということでは、高密度プラズマの発生が可能というだけであり、典型的なガスシャワー孔付き平行平板電極を用いたプラズマ生成において投入電力を増大してプラズマ密度を増大し、その結果、高速製膜化を図るという従来の常套手段と違いがないと、言える。
また、上記特許文献3に記載の発明によれば、ホローカソー放電効果を有する凹部の底面に有るガス噴出孔から反応ガスを噴出させながら、該反応ガスを高密度プラズマ化させる。その結果、シランガスと水素ガスの混合ガスが高密度のプラズマになると、SiH、SiH、SiH、Si、及びHラジカル等のラジカルが大量に発生し、高速製膜の条件が整う。しかしながら、その条件は基板表面の近傍及び基板表面のみならず、成膜室全体に及ぶ。特に、ガスの流れに澱みが発生する上記ホローカソー放電効果を有する凹部の底面及び側面に対しても、シリコン系膜が高速で堆積する。
この場合、凹部の底面及び側面に堆積したシリコン系膜が反応ガス噴出孔から噴出するガスによって剥げ落ちて、その欠片が基板表面の膜に混入することが考えられる。仮に、凹部の底面及び側面に堆積したシリコン系膜が剥げ落ちないとしても、その場所にはシリコン膜が高速で製膜されるので、生産現場での応用に際しては、頻繁にクリニーングを実施する必要があり、装置の稼働率が落ちると、考えられる。
また、上記反応ガス噴出孔の近傍は、ホローカソー放電効果により高密度のプラズマになるので、SiHラジカルの濃度が増大し、ジシラン(SiH+SiH→Si)、トリシラン(SiH+Si→Si)及びテトラシラン(SiH+Si→Si10)等からなるパウダーが生成されるという問題がある。
したがって、上記発明では高品質で高速製膜が可能なプラズマCVD装置を実現することが困難である、と言える。
Next, in the invention described in Patent Document 3, a reactive gas is ejected from a gas ejection hole in a bottom surface of a recess provided in a cathode electrode, and high density plasma is generated by a hollow cathode discharge effect of the recess structure. Assumes that.
However, in order to form a high-quality silicon-based thin film under high-speed film forming conditions, control means relating to generation of SiH 3 radicals and generation of SiH 2 radicals is necessary. The expectation of the hollow-casaw discharge effect of the concave structure provided on the cathode electrode is only that high-density plasma can be generated, and the input power in plasma generation using a typical parallel plate electrode with gas shower holes It can be said that there is no difference from the conventional method of increasing the plasma density by increasing the plasma density and consequently achieving high-speed film formation.
Further, according to the invention described in Patent Document 3, the reaction gas is made into a high-density plasma while the reaction gas is ejected from the gas ejection holes in the bottom surface of the recess having a hollow cathode discharge effect. As a result, when the mixed gas of silane gas and hydrogen gas becomes high-density plasma, radicals such as SiH 3 , SiH 2 , SiH, Si, and H radicals are generated in large quantities, and the conditions for high-speed film formation are satisfied. However, the condition covers not only the vicinity of the substrate surface and the substrate surface but also the entire film formation chamber. In particular, the silicon-based film is deposited at a high speed also on the bottom and side surfaces of the recess having the hollow cathode discharge effect in which stagnation occurs in the gas flow.
In this case, it is conceivable that the silicon-based film deposited on the bottom and side surfaces of the recess is peeled off by the gas ejected from the reaction gas ejection hole, and the fragments are mixed into the film on the substrate surface. Even if the silicon-based film deposited on the bottom and side surfaces of the recess does not peel off, the silicon film is deposited at that location at a high speed. Therefore, it is necessary to perform frequent cleaning for application at the production site. There is a possibility that the operating rate of the device will drop.
In addition, since the density of the SiH 2 radical increases because of the hollow cathode discharge effect in the vicinity of the reactive gas ejection hole, disilane (SiH 2 + SiH 4 → Si 2 H 6 ), trisilane (SiH 2 + Si) 2 H 6 → Si 3 H 8 ) and tetrasilane (SiH 2 + Si 3 H 8 → Si 4 H 10 ) are produced.
Therefore, it can be said that it is difficult to realize a plasma CVD apparatus capable of high-quality and high-speed film formation in the above invention.

次に、特許文献4に記載の発明は、カソード電極に設けられた凹部の底面に有るガス噴出孔から反応ガスを噴出させ、該凹部構造が有するホローカソー放電効果により、高密度のプラズマが生成させることを想定している。また、プラズマ生成の促進効果のあるプラズマ促進溝を有する構造になっている。
高速製膜条件下で高品質のシリコン系薄膜を形成するには、SiHラジカル発生の増大化とSiHラジカル発生の抑制化に関する制御手段が必要である。しかしながら、カソード電極に設けた凹部構造が有するホローカソー放電の効果及びプラズマ促進溝のプラズマ生成の促進効果を期待するということでは、高密度プラズマの発生が可能というだけであり、典型的なガスシャワー孔付き平行平板電極を用いたプラズマ生成において投入電力を増大してプラズマ密度を増大し、その結果、高速製膜化を図るという従来の常套手段と違いがないと、言える。
また、特許文献4に記載の発明によれば、ホローカソー放電効果を有する凹部の底面に有るガス噴出孔から反応ガスを噴出させながら、該反応ガスを高密度プラズマ化させる。その結果、シランガスと水素ガスの混合ガスが高密度のプラズマになると、SiH、SiH、SiH、Si、及びHラジカル等のラジカルが大量に発生し、高速製膜の条件が整う。しかしながら、その条件は基板表面の近傍及び基板表面のみならず、成膜室全体に及ぶ。特に、ガスの流れに澱みが発生する上記ホローカソー放電効果を有する凹部の底面及び側面に対しても、シリコン系膜が高速で堆積する。
この場合、凹部の底面及び側面に堆積したシリコン系膜が反応ガス噴出孔から噴出するガスによって剥げ落ちて、その欠片が基板表面の膜に混入することが考えられる。仮に、凹部の底面及び側面に堆積したシリコン系膜が剥げ落ちないとしても、その場所にはシリコン膜が高速で製膜されるので、生産現場への応用に際しては、頻繁にクリニーングを実施する必要があり、装置の稼働率が落ちると、考えられる。
また、上記反応ガス噴出孔の近傍は、ホローカソー放電効果により高密度のプラズマになるので、SiHラジカルの濃度が増大し、ジシラン(SiH+SiH→Si)、トリシラン(SiH+Si→Si)及びテトラシラン(SiH+Si→Si10)等からなるパウダーが生成されるという問題がある。
したがって、上記発明では高品質で高速製膜が可能なプラズマCVD装置を実現することが困難である、と言える。
Next, in the invention described in Patent Document 4, a reactive gas is ejected from a gas ejection hole in a bottom surface of a recess provided in a cathode electrode, and high-density plasma is generated by a hollow cathode discharge effect of the recess structure. Assumes that. Moreover, it has a structure having a plasma promotion groove having an effect of promoting plasma generation.
In order to form a high-quality silicon-based thin film under high-speed film forming conditions, control means for increasing the generation of SiH 3 radicals and suppressing the generation of SiH 2 radicals is necessary. However, the expectation of the hollow-casaw discharge effect of the concave structure provided in the cathode electrode and the promotion effect of plasma generation in the plasma promotion groove only means that high-density plasma can be generated. In the plasma generation using the attached parallel plate electrode, it can be said that there is no difference from the conventional method of increasing the input power to increase the plasma density and, as a result, achieving high-speed film formation.
Moreover, according to invention of patent document 4, this reactive gas is made into high-density plasma, ejecting a reactive gas from the gas ejection hole which exists in the bottom face of the recessed part which has a hollow cathode discharge effect. As a result, when the mixed gas of silane gas and hydrogen gas becomes high-density plasma, radicals such as SiH 3 , SiH 2 , SiH, Si, and H radicals are generated in large quantities, and the conditions for high-speed film formation are satisfied. However, the condition covers not only the vicinity of the substrate surface and the substrate surface but also the entire film formation chamber. In particular, the silicon-based film is deposited at a high speed also on the bottom and side surfaces of the recess having the hollow cathode discharge effect in which stagnation occurs in the gas flow.
In this case, it is conceivable that the silicon-based film deposited on the bottom and side surfaces of the recess is peeled off by the gas ejected from the reaction gas ejection hole, and the fragments are mixed into the film on the substrate surface. Even if the silicon-based film deposited on the bottom and side surfaces of the recess does not peel off, the silicon film is deposited at that location at a high speed, so it is necessary to perform frequent cleaning for application to the production site. There is a possibility that the operating rate of the device will drop.
In addition, since the density of the SiH 2 radical increases because of the hollow cathode discharge effect in the vicinity of the reactive gas ejection hole, disilane (SiH 2 + SiH 4 → Si 2 H 6 ), trisilane (SiH 2 + Si) 2 H 6 → Si 3 H 8 ) and tetrasilane (SiH 2 + Si 3 H 8 → Si 4 H 10 ) are produced.
Therefore, it can be said that it is difficult to realize a plasma CVD apparatus capable of high-quality and high-speed film formation in the above invention.

次に、特許文献5に記載の発明は、カソード電極に設けられた複数の深さが異なる凹部の側面に有るガス噴出孔から反応ガスを噴出させ、該凹部構造が有するホローカソー放電効果により、高密度のプラズマが生成させることを想定している。
高速製膜条件下で高品質のシリコン系薄膜を形成するには、SiHラジカル発生の増大化とSiHラジカル発生の抑制化に関する制御手段が必要である。しかしながら、カソード電極に設けた凹部構造が有するホローカソー放電の効果を期待するということでは、高密度プラズマの発生が可能というだけであり、典型的なガスシャワー孔付き平行平板電極を用いたプラズマ生成において投入電力を増大してプラズマ密度を増大し、その結果、高速製膜化を図るという従来の常套手段と違いがないと、言える。
また、特許文献5に記載の発明によれば、ホローカソー放電効果を有する凹部の側面にあるガス噴出孔から反応ガスを噴出させながら、該反応ガスを高密度プラズマ化させる。その結果、シランガスと水素ガスの混合ガスが高密度のプラズマになると、SiH、SiH、SiH、Si、及びHラジカル等のラジカルが大量に発生し、高速製膜の条件が整う。しかしながら、その条件は基板表面の近傍及び基板表面のみならず、成膜室全体に及ぶ。
特に、ガスの流れに澱みが発生する上記ホローカソー放電効果を有する凹部の底面及び側面に対しても、シリコン系膜が高速で堆積する。
この場合、凹部の底面及び側面に堆積したシリコン系膜が反応ガス噴出孔から噴出するガスによって剥げ落ちて、その欠片が基板表面の膜に混入することが考えられる。仮に、凹部の底面及び側面に堆積したシリコン系膜が剥げ落ちないとしても、その場所にはシリコン膜が高速で製膜されるので、生産現場への応用に際しては、頻繁にクリニーングを実施する必要があり、装置の稼働率が落ちると、考えられる。
また、上記反応ガス噴出孔の近傍は、ホローカソー放電効果により高密度のプラズマになるので、SiHラジカルの濃度が増大し、ジシラン(SiH+SiH→Si)、トリシラン(SiH+Si→Si)及びテトラシラン(SiH+Si→Si10)等からなるパウダーが生成されるという問題がある。
したがって、上記発明では高品質で高速製膜が可能なプラズマCVD装置を実現することが困難である、と言える。
Next, in the invention described in Patent Document 5, a reactive gas is ejected from the gas ejection holes provided on the side surfaces of a plurality of recesses having different depths provided in the cathode electrode. It is assumed that plasma with a density is generated.
In order to form a high-quality silicon-based thin film under high-speed film forming conditions, control means for increasing the generation of SiH 3 radicals and suppressing the generation of SiH 2 radicals is necessary. However, the expectation of the hollow-casaw discharge effect of the concave structure provided in the cathode electrode is only that high-density plasma can be generated. In plasma generation using a typical parallel plate electrode with gas shower holes, It can be said that there is no difference from the conventional method of increasing the input power to increase the plasma density and, as a result, achieving high-speed film formation.
Further, according to the invention described in Patent Document 5, the reaction gas is made into high-density plasma while the reaction gas is ejected from the gas ejection holes on the side surface of the recess having a hollow cathode discharge effect. As a result, when the mixed gas of silane gas and hydrogen gas becomes high-density plasma, radicals such as SiH 3 , SiH 2 , SiH, Si, and H radicals are generated in large quantities, and the conditions for high-speed film formation are satisfied. However, the condition covers not only the vicinity of the substrate surface and the substrate surface but also the entire film formation chamber.
In particular, the silicon-based film is deposited at a high speed also on the bottom and side surfaces of the recess having the hollow cathode discharge effect in which stagnation occurs in the gas flow.
In this case, it is conceivable that the silicon-based film deposited on the bottom and side surfaces of the recess is peeled off by the gas ejected from the reaction gas ejection hole, and the fragments are mixed into the film on the substrate surface. Even if the silicon-based film deposited on the bottom and side surfaces of the recess does not peel off, the silicon film is deposited at that location at a high speed, so it is necessary to perform frequent cleaning for application to the production site. There is a possibility that the operating rate of the device will drop.
In addition, since the density of the SiH 2 radical increases because of the hollow cathode discharge effect in the vicinity of the reactive gas ejection hole, disilane (SiH 2 + SiH 4 → Si 2 H 6 ), trisilane (SiH 2 + Si) 2 H 6 → Si 3 H 8 ) and tetrasilane (SiH 2 + Si 3 H 8 → Si 4 H 10 ) are produced.
Therefore, it can be said that it is difficult to realize a plasma CVD apparatus capable of high-quality and high-speed film formation in the above invention.

以上説明したように、従来のプラズマCVD装置及びプラズマCVD法では、大面積基板に、高速で高品質の膜を形成することができない、という課題がある。
そこで、本発明は、大面積・高品質・高速製膜が可能なプラズマCVD装置及びプラズマCVD法を提供することを目的とする。
As described above, the conventional plasma CVD apparatus and plasma CVD method have a problem that a high-quality film cannot be formed on a large-area substrate at high speed.
Therefore, an object of the present invention is to provide a plasma CVD apparatus and a plasma CVD method capable of forming a large area, high quality, and high speed.

以下に、本発明を実施する為の最良の形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決する為の手段を説明する。
これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施する為の最良の形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加したものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
Hereinafter, means for solving the problem will be described using the numbers and symbols used in the best mode for carrying out the present invention.
These numbers and symbols are added in parentheses to clarify the correspondence between the description of the claims and the best mode for carrying out the invention. However, these numbers and symbols should not be used for interpreting the technical scope of the invention described in the claims.

本願に係る第1の発明のプラズマCVD装置は、排気系を備えた真空容器と、原料ガスの供給源及び該原料ガスを希釈する希釈ガスの供給源と、該原料ガス及び該希釈ガスを該真空容器に導入するガス導入管と、該原料ガス及び該希釈ガスを噴出するガス噴出孔を有する電気的に非接地の平行平板型の第1の電極及び基板を載置する平行平板型の第2の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電力供給系と、を具備し、該真空容器内に設置された基板に薄膜を形成するプラズマCVD装置において、前記ガス噴出孔は前記原料ガスのみを噴出する複数の原料ガス噴出孔(5a、5b、5c)と前記希釈ガスのみを噴出する複数の希釈ガス噴出孔(7a)から構成され、前記第1の電極の第2の電極に対向する対向面(6)に多数の穴(8f、8g)又は溝(8a、8c、8d、8e)が設置されるとともに、該希釈ガス噴出孔(7a)は該多数の穴(8f、8g)又は溝(8a、8c、8d、8e)の底面に配置され、かつ、該原料ガス噴出孔は該多数の穴(8f)又は溝(8a、8c、8d、8e)の開口部の縁の近傍に配置されるということを特徴とする。   A plasma CVD apparatus according to a first aspect of the present invention includes a vacuum vessel provided with an exhaust system, a source gas supply source, a dilution gas supply source for diluting the source gas, the source gas and the dilution gas. A parallel plate type first electrode on which a substrate and an electrically non-grounded parallel plate type first electrode having a gas introduction pipe for introducing into a vacuum vessel, and gas ejection holes for ejecting the source gas and the dilution gas are mounted. A plasma CVD apparatus comprising: a pair of electrodes composed of two electrodes; and a high-frequency power supply system that supplies high-frequency power to the pair of electrodes, and forming a thin film on a substrate installed in the vacuum vessel. The gas ejection hole includes a plurality of source gas ejection holes (5a, 5b, 5c) for ejecting only the source gas and a plurality of dilution gas ejection holes (7a) for ejecting only the dilution gas, and the first electrode Opposite to the second electrode of A large number of holes (8f, 8g) or grooves (8a, 8c, 8d, 8e) are installed in the facing surface (6), and the dilution gas ejection hole (7a) is formed of the plurality of holes (8f, 8g) or It is arranged on the bottom surface of the groove (8a, 8c, 8d, 8e), and the source gas ejection hole is in the vicinity of the edge of the opening of the multiple holes (8f) or the groove (8a, 8c, 8d, 8e) It is characterized by being arranged.

本願に係る第2の発明のプラズマCVD装置は、上記本願に係る第1の発明のプラズマCVD装置において、前記原料ガスを前記第1及び第2の電極間に噴出させる際に、少なくとも、第1の電極の側面に配置される第1のガスヘッダー(13a)と、第1の電極の内部に配置される第1の洞穴型ガス導入路(15a)と、第1の電極の表面に配置される原料ガス噴出孔(5a、5b、5c)が用いられるとともに、前記希釈ガスを前記第1及び第2の電極間に噴出させる際に、少なくとも、第1の電極の側面に配置される第2のガスヘッダー(13b)と、第1の電極の内部に配置される第2の洞穴型ガス導入路(15b)と、第1の電極の表面に配置される希釈ガス噴出孔(7a)が用いられるということを特徴とする。   The plasma CVD apparatus according to the second aspect of the present invention is the plasma CVD apparatus according to the first aspect of the present invention, wherein at least the first gas is ejected between the first and second electrodes. A first gas header (13a) disposed on a side surface of the first electrode, a first cave-type gas introduction path (15a) disposed inside the first electrode, and a surface of the first electrode. Source gas ejection holes (5a, 5b, 5c) are used, and when the dilution gas is ejected between the first and second electrodes, the second gas gas is disposed at least on the side surface of the first electrode. Gas header (13b), second cave-type gas introduction path (15b) disposed inside the first electrode, and dilution gas ejection hole (7a) disposed on the surface of the first electrode are used. It is characterized by being able to.

本願に係る第3の発明のプラズマCVD装置は、上記本願に係る第1の発明のプラズマCVD装置において、前記原料ガス噴出孔(5a、5b、5c)は、前記希釈ガス噴出孔(7a)より前記第2の電極表面に近い位置に配置されるということを特徴とする。   The plasma CVD apparatus according to a third aspect of the present invention is the plasma CVD apparatus according to the first aspect of the present invention, wherein the source gas ejection holes (5a, 5b, 5c) are more than the dilution gas ejection holes (7a). It is arranged at a position close to the surface of the second electrode.

本願に係る第4の発明のプラズマCVD装置は、上記本願に係る第1から第3の発明のいずれか一つのプラズマCVD装置において、前記溝の形状は、矩形(8a)、台形(8d)、波形(8c)、あるいは鋸歯形(8e)であることを特徴とする。   A plasma CVD apparatus according to a fourth aspect of the present invention is the plasma CVD apparatus according to any one of the first to third aspects of the present invention, wherein the groove has a rectangular shape (8a), a trapezoidal shape (8d), It has a waveform (8c) or a sawtooth shape (8e).

本願に係る第5の発明のプラズマCVD装置は、上記本願に係る第1から第3の発明のいずれか一つのプラズマCVD装置において、前記穴の形状は、円筒形(8f)あるいは円錐形(8g)であることを特徴とする。   A plasma CVD apparatus according to a fifth aspect of the present invention is the plasma CVD apparatus according to any one of the first to third aspects of the present invention, wherein the hole has a cylindrical shape (8f) or a conical shape (8g). ).

本願に係る第6の発明のプラズマCVD装置を用いたシリコン系膜の製造方法は、排気系を備えた真空容器と、原料ガスの供給源及び該原料ガスを希釈する希釈ガスの供給源と、
該原料ガス及び該希釈ガスを該真空容器に導入するガス導入管と、該原料ガス及び該希釈ガスを噴出するガス噴出孔を有する電気的に非接地の平行平板型の第1の電極及び基板を載置する平行平板型の第2の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電力供給系と、を具備し、該真空容器内に設置された基板に膜を形成するプラズマCVD装置を用いてシリコン系膜を製造する方法であって、
前記ガス噴出孔を前記原料ガスのみを噴出する複数の原料ガス噴出孔(5a、5b、5c)と前記希釈ガスのみを噴出する複数の希釈ガス噴出孔(7a)から構成し、かつ、該原料ガス噴出孔(5a、5b、5c)を第2の電極の表面からの距離で近い位置である第1の位置に配置させ、該希釈ガス噴出孔(7a)を該第1の位置よりも遠い位置である第2の位置に配置させて、該原料ガスの噴流(18)及び該希釈ガスの噴流(17)のプラズマに曝される時間が異なるようにしたことを特徴とする。
A silicon-based film manufacturing method using the plasma CVD apparatus according to the sixth aspect of the present invention includes a vacuum vessel equipped with an exhaust system, a source gas supply source and a dilution gas supply source for diluting the source gas,
An electrically non-grounded parallel plate type first electrode and substrate having a gas introduction pipe for introducing the source gas and the dilution gas into the vacuum vessel, and gas ejection holes for ejecting the source gas and the dilution gas A pair of electrodes composed of parallel plate-type second electrodes for mounting the substrate, and a high-frequency power supply system for supplying high-frequency power to the pair of electrodes, and a film on a substrate installed in the vacuum vessel A method of manufacturing a silicon-based film using a plasma CVD apparatus for forming
The gas ejection holes are composed of a plurality of source gas ejection holes (5a, 5b, 5c) for ejecting only the source gas and a plurality of dilution gas ejection holes (7a) for ejecting only the dilution gas, and the source The gas ejection holes (5a, 5b, 5c) are arranged at a first position that is close to the surface of the second electrode, and the dilution gas ejection holes (7a) are farther from the first position. It is arranged at the second position, which is a position, so that the time of exposure to the plasma of the jet (18) of the source gas and the jet (17) of the dilution gas is different.

本願に係る第7の発明のプラズマCVD装置を用いたシリコン系膜の製造方法は、排気系を備えた真空容器と、原料ガスの供給源及び該原料ガスを希釈する希釈ガスの供給源と、
該原料ガス及び該希釈ガスを該真空容器に導入するガス導入管と、該原料ガス及び該希釈ガスを噴出するガス噴出孔を有する電気的に非接地の平行平板型の第1の電極及び基板を載置する平行平板型の第2の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電力供給系と、を具備し、該真空容器内に設置された基板に膜を形成するプラズマCVD装置を用いてシリコン系膜を製造する方法であって、
前記ガス噴出孔を前記原料ガスのみを噴出する複数の原料ガス噴出孔(5a、5b、5c)と前記希釈ガスのみを噴出する複数の希釈ガス噴出孔(7a)から構成し、かつ、該原料ガス噴出孔(5a、5b、5c)と該希釈ガス噴出孔(7a)を第2の電極表面の法線方向での距離で見て互いに異なる位置に配置させるとともに、隣り合う該原料ガス噴出孔と該希釈ガス噴出孔を接近して配置(5a、5b、5c)(7a)させることにより、該原料ガスの噴流(17)と該希釈ガスの噴流(18)の混合領域(19)を形成し、両者の混合を促進させるようにしたということを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a silicon-based film manufacturing method using a plasma CVD apparatus, a vacuum vessel provided with an exhaust system, a source gas supply source and a dilution gas supply source for diluting the source gas,
An electrically non-grounded parallel plate type first electrode and substrate having a gas introduction pipe for introducing the source gas and the dilution gas into the vacuum vessel, and gas ejection holes for ejecting the source gas and the dilution gas A pair of electrodes composed of parallel plate-type second electrodes for mounting the substrate, and a high-frequency power supply system for supplying high-frequency power to the pair of electrodes, and a film on a substrate installed in the vacuum vessel A method of manufacturing a silicon-based film using a plasma CVD apparatus for forming
The gas ejection holes are composed of a plurality of source gas ejection holes (5a, 5b, 5c) for ejecting only the source gas and a plurality of dilution gas ejection holes (7a) for ejecting only the dilution gas, and the source The gas ejection holes (5a, 5b, 5c) and the dilution gas ejection holes (7a) are arranged at different positions as viewed from the distance in the normal direction of the surface of the second electrode, and the adjacent source gas ejection holes And the dilution gas injection holes are arranged close to each other (5a, 5b, 5c) and (7a) to form a mixed region (19) of the raw material gas jet (17) and the dilution gas jet (18). However, it is characterized by promoting the mixing of the two.

本願に係る第8の発明のプラズマCVD装置を用いたシリコン系膜の製造方法は、上記本願に係る第1から第5の発明のいずれか一つのプラズマCVD装置を用いて、シリコン系膜を製造する方法であって、少なくともシランガスを含む原料ガス(10a)と、少なくとも水素ガスを含む希釈ガス(10b)を用いて、微結晶シリコン膜を製造することを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a silicon-based film manufacturing method using the plasma CVD apparatus according to the present invention, wherein the silicon-based film is manufactured using the plasma CVD apparatus according to any one of the first to fifth aspects of the present invention. A microcrystalline silicon film is manufactured using a source gas (10a) containing at least a silane gas and a dilution gas (10b) containing at least a hydrogen gas.

本発明によれば、一対の平行平板型電極を構成する第1の電極(非接地電極)に多数の溝または穴が設けられ、該多数の溝または穴に希釈ガスのみを噴出する希釈ガス噴出孔が配置されるとともに、該多数の溝または穴の縁の近傍に原料ガスのみを噴出する原料ガス噴出孔が配置されたプラズマCVD装置を実現化できるので、希釈ガスと原料ガスを空間的に分離した形で、かつ、第2の電極(接地電極)からの距離を異ならせてプラズマ化するとともに、希釈ガスのプラズマと原料ガスのプラズマを接触させる混合領域で、両者の混合を促進することが可能となる。また、シランガスのプラズマ化する領域と異なる領域、即ち、上記穴または溝の部分で多量の水素ガスをプラズマ化することが可能である。また、シランガスの過度のプラズマ反応を抑制することが可能である。
これにより、高品質シリコン膜の形成に必要な多量のH、多量の励起されたH、及び多量のSiHを生成(SiH→H+SiH、H→H+H)し、かつ、粗悪な膜形成要因のSiHを消滅(SiH+H→SiH)することが可能である。即ち、従来の装置及び方法では困難視されているシリコン系膜の高品質、高速製膜が可能である。
したがって、薄膜太陽電池の発電膜である微結晶Si膜、多結晶シリコン太陽電池のパッシベーション膜、並びに液晶デイスプレイの薄膜トランジスタの絶縁性薄膜(窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等)の製造工場におけるスループットの向上が可能となるという効果を有する。
特に、タンデム型薄膜太陽電池生産工場における大面積基板を対象にした高速、高品質シリコン系膜製造での生産性向上及び製造コストの低減に寄与できる効果は著しく大きい。
According to the present invention, a plurality of grooves or holes are provided in a first electrode (non-grounded electrode) constituting a pair of parallel plate electrodes, and a dilution gas jet that jets only a dilution gas into the plurality of grooves or holes. Since it is possible to realize a plasma CVD apparatus in which holes are arranged and source gas ejection holes for ejecting only the source gas in the vicinity of the edges of the plurality of grooves or holes are realized, the dilution gas and the source gas are spatially separated. In a separate form, the distance from the second electrode (ground electrode) is changed to plasma, and mixing is promoted in a mixing region where the plasma of the dilution gas and the plasma of the source gas are brought into contact with each other. Is possible. Further, a large amount of hydrogen gas can be converted into plasma in a region different from the region where silane gas is converted into plasma, that is, in the hole or groove. Moreover, it is possible to suppress an excessive plasma reaction of silane gas.
This produces a large amount of H, a large amount of excited H 2 , and a large amount of SiH 3 necessary for forming a high quality silicon film (SiH 4 → H + SiH 3 , H 2 → H + H), and a poor film It is possible to eliminate the formation factor SiH 2 (SiH 2 + H 2 → SiH 4 ). That is, high-quality and high-speed film formation of a silicon-based film, which is considered difficult with conventional apparatuses and methods, is possible.
Therefore, improvement of throughput in manufacturing plants for microcrystalline Si films, which are power generation films for thin film solar cells, passivation films for polycrystalline silicon solar cells, and insulating thin films (silicon nitride films, silicon oxide films, etc.) of thin film transistors for liquid crystal displays Has the effect of becoming possible.
In particular, the effect of contributing to the improvement of productivity and the reduction of manufacturing cost in the production of high-speed, high-quality silicon-based films targeting large-area substrates in a tandem-type thin film solar cell production factory is remarkably large.

図1は本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置の構成を示す模式的な説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory view showing the structure of a plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図2は本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置に用いられる一対の電極の模式的概念図である。FIG. 2 is a schematic conceptual diagram of a pair of electrodes used in the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図3は本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置に用いられガス導入路を示す模式的構造図(図2のC1−C1線の断面図)である。FIG. 3 is a schematic structural diagram (sectional view taken along line C1-C1 in FIG. 2) showing a gas introduction path used in the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図4は本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置に用いられる第1の電極を示す模式的な平面図(基板側から見た平面図)である。FIG. 4 is a schematic plan view (plan view seen from the substrate side) showing the first electrode used in the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図5は図4のA1−A1線の断面図である。FIG. 5 is a sectional view taken along line A1-A1 of FIG. 図6は本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置によりシランガスのプラズマ生成実験をする際の典型的なデータの説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of typical data when a plasma generation experiment of silane gas is performed by the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図7は本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置により水素ガスのプラズマ生成実験をする際の典型的なデータの説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of typical data when performing a plasma generation experiment of hydrogen gas by the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図8は本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置によりシランガスと水素ガスを用いてプラズマ生成実験をする際の典型的なデータの説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of typical data when performing a plasma generation experiment using silane gas and hydrogen gas by the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図9は本発明の第2の実施形態に係わるプラズマCVD装置に用いられる第1の電極2を示す模式的な断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the first electrode 2 used in the plasma CVD apparatus according to the second embodiment of the present invention. 図10は本発明の第3の実施形態に係わるプラズマCVD装置に用いられる第1の電極2を示す模式的な断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the first electrode 2 used in the plasma CVD apparatus according to the third embodiment of the present invention. 図11は本発明の第4の実施形態に係わるプラズマCVD装置に用いられる第1の電極2を示す模式的な断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the first electrode 2 used in the plasma CVD apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. 図12は本発明の第5の実施形態に係わるプラズマCVD装置に用いられる第1の電極2を示す模式的な断面図である。FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing the first electrode 2 used in the plasma CVD apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. 図13は本発明の第6の実施形態に係わるプラズマCVD装置に用いられる第1の電極2を示す模式的な平面図(基板側から見た平面図)である。FIG. 13 is a schematic plan view (plan view seen from the substrate side) showing the first electrode 2 used in the plasma CVD apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. 図14は図13のF1−F1線の断面図である。14 is a cross-sectional view taken along line F1-F1 of FIG. 図15は本発明の第7の実施形態に係わるプラズマCVD装置に用いられる第1の電極2を示す模式的な断面図である。FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing the first electrode 2 used in the plasma CVD apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. 図16は従来のプラズマCVD装置の模式的な説明図である。FIG. 16 is a schematic explanatory view of a conventional plasma CVD apparatus.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同様の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、以下の実施例での説明では、プラズマCVD装置及びプラズマCVD装置を用いたシリコン膜の製造方法の一例として、太陽電池用のi型微結晶半導体層を製作する装置及び方法が記載されているが、本願の発明対象が下記の例に限定されるものではない。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same member, and the overlapping description is abbreviate | omitted. In the following description of the embodiments, a plasma CVD apparatus and an apparatus and method for manufacturing an i-type microcrystalline semiconductor layer for solar cells are described as an example of a silicon film manufacturing method using the plasma CVD apparatus. However, the subject matter of the present application is not limited to the following examples.

(実施例1)
先ず、本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置及びプラズマCVD装置を用いたシリコン系膜の製造方法を図1ないし図8を参照して説明する。
図1は本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置の構成を示す模式的な説明図である。図2は本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置に用いられる一対の電極の模式的概念図である。図3は本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置に用いられガス導入路を示す模式的構造図(図2のC1−C1線の断面図)である。
図4は本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置に用いられる第1の電極を示す模式的な平面図(基板側から見た平面図)である。図5は図4のA1−A1線の断面図である。図6は本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置によりシランガスのプラズマ生成実験をする際の典型的なデータの説明図である。図7は本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置により水素ガスのプラズマ生成実験をする際の典型的なデータの説明図である。図8は本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置によりシランガスと水素ガスを用いてプラズマ生成実験をする際の典型的なデータの説明図である。
Example 1
First, a plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention and a silicon-based film manufacturing method using the plasma CVD apparatus will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing the structure of a plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic conceptual diagram of a pair of electrodes used in the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic structural diagram (cross-sectional view taken along line C1-C1 in FIG. 2) showing a gas introduction path used in the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic plan view (plan view seen from the substrate side) showing the first electrode used in the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. 5 is a cross-sectional view taken along line A1-A1 of FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram of typical data when a plasma generation experiment of silane gas is performed by the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 7 is an explanatory diagram of typical data when performing a plasma generation experiment of hydrogen gas by the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 8 is an explanatory diagram of typical data when performing a plasma generation experiment using silane gas and hydrogen gas by the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention.

先ず、装置の全体の構成を、図1ないし図5を参照して説明する。なお、図2ないし図5において、説明の便宜上、図に示している座標(X、Y、Z)を参照する。
符番1は真空容である。この真空容器1には、後述の原料ガス及び希釈ガスをプラズマ化する一対の電極、即ち非接地の第1の電極2と図示しない基板ヒータを内臓した接地された第2の電極3が配置されている。
符番2は第1の電極で、絶縁物製の支持手段4を介して真空容器1に固着されている。第1の電極2は、図2に示すように矩形の形状を有し、材料はアルミニウム、アルミニウム系合金、あるいはSUS等の金属で、例えばアルミニウムである。サイズは、例えば、外寸法で、長さ1.2mx幅1.2mx高さ8cmとする。なお、図示しない冷媒を通すパイプを内蔵しており、第1の電極2の温度を制御することが可能である。
この第1の電極2の第2の電極に対向する対向面6には、後述するように、複数の溝8aが設置され、その溝8aには希釈ガス噴出孔7aが配置される。なお、後述するように、対向面6の面で、溝8a以外の領域を平坦部6aと呼ぶ。
符番3は第2の電極で、図示しない基板ヒータを内臓し、その上に設置される基板9の温度を100〜350℃の範囲で、任意の温度に設定可能である。なお、第2の電極3は基板ヒータの他に、冷媒を通すパイプを内蔵しており、基板9の温度を制御することが可能である。また、第2の電極3は、図1及び図2に示すように、矩形平板で、その材料は金属で、第1の電極2に平行に対向して設置される。その具体的なサイズは、例えば、外寸法で、長さ約1.3mx幅約1.3mx高さ約8cmとする。
符番4は第1の電極2の支持手段で、第1の電極2を真空容器1に固定する。なお、材質は絶縁物(例えば、高純度のセラミック)である。この支持手段4は、第1の電極2、第1の電極2に接続されている第1のガスヘッダー13a及び第1のガス導入管12aを、真空容器1に対し電気的に絶縁する。また、後述の第2のガスヘッダー13b、第2のガス導入管12bを、真空容器1に対し電気的に絶縁する。
符番9は基板である。基板9は、図示しない基板搬入搬出装置で、第2の電極3に設置され、また、取り出される。
First, the overall configuration of the apparatus will be described with reference to FIGS. 2 to 5, the coordinates (X, Y, Z) shown in the drawings are referred to for convenience of explanation.
Reference numeral 1 is a vacuum volume. The vacuum vessel 1 is provided with a pair of electrodes for plasmaizing a raw material gas and a dilution gas, which will be described later, that is, a non-grounded first electrode 2 and a grounded second electrode 3 containing a substrate heater (not shown). ing.
Reference numeral 2 denotes a first electrode, which is fixed to the vacuum vessel 1 via an insulating support means 4. As shown in FIG. 2, the first electrode 2 has a rectangular shape, and the material is a metal such as aluminum, an aluminum-based alloy, or SUS, for example, aluminum. The size is, for example, an external dimension of length 1.2 mx width 1.2 mx height 8 cm. In addition, the pipe which lets the refrigerant | coolant which is not shown in figure is incorporated, and it is possible to control the temperature of the 1st electrode 2. FIG.
As will be described later, a plurality of grooves 8a are provided on the facing surface 6 of the first electrode 2 facing the second electrode, and dilution gas ejection holes 7a are disposed in the grooves 8a. As will be described later, a region other than the groove 8a on the surface of the facing surface 6 is referred to as a flat portion 6a.
Reference numeral 3 denotes a second electrode, which incorporates a substrate heater (not shown), and the temperature of the substrate 9 placed thereon can be set to an arbitrary temperature within a range of 100 to 350 ° C. In addition to the substrate heater, the second electrode 3 has a built-in pipe through which a coolant passes, and the temperature of the substrate 9 can be controlled. As shown in FIGS. 1 and 2, the second electrode 3 is a rectangular flat plate, and the material thereof is a metal, and is disposed to face the first electrode 2 in parallel. The specific size is, for example, an external dimension of length about 1.3 mx width about 1.3 mx height about 8 cm.
Reference numeral 4 is a support means for the first electrode 2, which fixes the first electrode 2 to the vacuum vessel 1. The material is an insulator (for example, high-purity ceramic). The support means 4 electrically insulates the first electrode 2, the first gas header 13 a connected to the first electrode 2, and the first gas introduction pipe 12 a from the vacuum vessel 1. In addition, a second gas header 13 b and a second gas introduction pipe 12 b described later are electrically insulated from the vacuum vessel 1.
Reference numeral 9 is a substrate. The substrate 9 is installed on the second electrode 3 and taken out by a substrate loading / unloading device (not shown).

第1及び第2の電極2、3の間隔は、図示しない基板リフターを上下に作動させることにより、予め、任意に設定可能であり、5mm〜50mmの範囲で、例えば10mmに設定される。   The interval between the first and second electrodes 2 and 3 can be arbitrarily set in advance by operating a substrate lifter (not shown) up and down, and is set to, for example, 10 mm within a range of 5 mm to 50 mm.

符番10aは、原料ガス供給源であり、シランガスSiHを、後述の第1のガス供給管11a、第1の絶縁性真空フランジ14a、第1のガス導入管12a、第1のガスヘッダー13a、第1の洞穴型ガス導入路15a及び原料ガス噴出孔5b、5cを介して、第1及び第2の電極2、3間に供給する。そのガスの量は、原料ガス供給源10aに付属する流量計で制御される。
原料ガス供給源10aは、第1のガス供給管11aに供給する原料ガスの圧力を、1〜10Kg/cm程度の範囲で調整できる。ここでは、例えば3.5Kg/cmに設定する。また、原料ガスの流量は、0.5〜10SLM(標準状態換算でのガス流量:L/分)の範囲で設定される。
符番11aは第1のガス供給管で、原料ガス供給源10aから供給されるシランガスSiHを第1の絶縁性真空フランジ14aを介して第1のガス導入管12aに供給する。
符番14aは第1の絶縁性真空フランジで、原料ガス供給管11aと第1のガス導入管12aを接続し、気密性を確保する。電気的には、絶縁性が高く、第1の電極2、並びに第1の電極2に接続されている第1のガスヘッダー13a及び第1のガス導入管12aを、真空容器1に対し電気的に絶縁する。また、第2のガスヘッダー13b、第2のガス導入管12bを、真空容器1に対し電気的に絶縁する。
符番12aは第1のガス導入管で、第1のガス供給管11aから第1の絶縁性真空フランジ14aを介して供給されたシランガスSiHを第1のガスヘッダー13aに供給する。
符番13aは第1のガスヘッダーで、第1のガス導入管12aから供給されたシランガスSiHを第1の洞穴型ガス導入路15aに供給する。なお、図2及び図3(図2のC1−C1線の断面図)に示されているように、第1のガスヘッダー13aは第1の電極2の一方の側面に気密性を保持して固着されている。また、複数の第1の洞穴型ガス導入路15aに接続されている。
符番15aは第1の洞穴型ガス導入路で、第1のガスヘッダー13aから供給される原料ガスを原料ガス噴出孔5a、5b、5cを介して第1及び第2の電極2、3間に供給する。
なお、第1の洞穴型ガス導入路15aは、深穴加工機(例えば、ガンドリル加工機)で、直径1mm〜35mm、例えば直径6mmに加工され、設定される。
Reference numeral 10a denotes a source gas supply source, and silane gas SiH 4 is supplied to a first gas supply pipe 11a, a first insulating vacuum flange 14a, a first gas introduction pipe 12a, and a first gas header 13a described later. Then, the gas is supplied between the first and second electrodes 2 and 3 through the first cave-type gas introduction path 15a and the raw material gas ejection holes 5b and 5c. The amount of the gas is controlled by a flow meter attached to the source gas supply source 10a.
The source gas supply source 10a can adjust the pressure of the source gas supplied to the first gas supply pipe 11a in a range of about 1 to 10 kg / cm 2 . Here, for example, it is set to 3.5 kg / cm 2 . The flow rate of the source gas is set in the range of 0.5 to 10 SLM (gas flow rate in terms of standard state: L / min).
Reference numeral 11a denotes a first gas supply pipe which supplies silane gas SiH 4 supplied from the source gas supply source 10a to the first gas introduction pipe 12a through the first insulating vacuum flange 14a.
Reference numeral 14a denotes a first insulating vacuum flange, which connects the source gas supply pipe 11a and the first gas introduction pipe 12a to ensure airtightness. Electrically, the insulating property is high, and the first electrode 2 and the first gas header 13 a and the first gas introduction pipe 12 a connected to the first electrode 2 are electrically connected to the vacuum vessel 1. Insulate. Further, the second gas header 13 b and the second gas introduction pipe 12 b are electrically insulated from the vacuum vessel 1.
Reference numeral 12a denotes a first gas introduction pipe, which supplies the silane gas SiH 4 supplied from the first gas supply pipe 11a through the first insulating vacuum flange 14a to the first gas header 13a.
Reference numeral 13a denotes a first gas header, which supplies the silane gas SiH 4 supplied from the first gas introduction pipe 12a to the first cave-type gas introduction path 15a. 2 and 3 (a cross-sectional view taken along line C1-C1 in FIG. 2), the first gas header 13a maintains airtightness on one side surface of the first electrode 2. It is fixed. Moreover, it is connected to a plurality of first cave-type gas introduction paths 15a.
Reference numeral 15a denotes a first cave-type gas introduction path, which feeds the source gas supplied from the first gas header 13a between the first and second electrodes 2, 3 via the source gas ejection holes 5a, 5b, 5c. To supply.
The first cave-type gas introduction path 15a is processed and set to a diameter of 1 mm to 35 mm, for example, a diameter of 6 mm, using a deep hole processing machine (for example, a gun drilling machine).

符番8aは、第1電極2の対向面6に設けられる溝である。この溝8aは、図4に示すように、Y方向に延在する溝で、溝の深さH1は3〜15mm程度で、例えば6mmである。そして、その溝8aの幅W1は、6mm〜15mm程度、例えばW1=6mmである。
なお、この溝8aは、例えばフライス盤、あるいは平削盤で加工し、製作される。
符番6aは、第1電極2の対向面6に設けられる平坦部である。この平坦部6aは、図4に示すように、複数の溝8aに囲まれている。平坦部6aの幅W3は、6mm〜20mm程度、例えばW3=6mmとする。
なお、電極のサイズが、例えば、1206mmx1206mmで、溝8aの幅が、例えば6mm、平坦部6aの幅が、例えば6mmの場合、溝8aの個数は、X方向に100列、平坦部の個数は101列となる。
Reference numeral 8 a is a groove provided in the facing surface 6 of the first electrode 2. As shown in FIG. 4, the groove 8a is a groove extending in the Y direction, and the depth H1 of the groove is about 3 to 15 mm, for example, 6 mm. The width W1 of the groove 8a is about 6 mm to 15 mm, for example, W1 = 6 mm.
The groove 8a is manufactured by processing with, for example, a milling machine or a planer.
Reference numeral 6 a is a flat portion provided on the facing surface 6 of the first electrode 2. As shown in FIG. 4, the flat portion 6a is surrounded by a plurality of grooves 8a. The width W3 of the flat portion 6a is about 6 mm to 20 mm, for example, W3 = 6 mm.
When the electrode size is, for example, 1206 mm × 1206 mm, the width of the groove 8a is, for example, 6 mm, and the width of the flat portion 6a is, for example, 6 mm, the number of grooves 8a is 100 rows in the X direction, and the number of flat portions is There are 101 columns.

符番5a、5b、5cは原料ガス噴出孔で、直径約0.4〜1.0mm、例えば直径約0.5mmである。なお、原料ガス噴出孔5aは第1の電極2の外周部分に設置される。原料ガス噴出孔5b、5cは、平坦部6aの縁の部分に設置される。ここでは、図3に示すように、原料ガス噴出孔5a、5b、5cは、Y軸方向(第1の洞穴型ガス導入路15aの奥行き方向)に複数個、5mm〜20mmの範囲で、略等間隔に、例えば12mm間隔に設置される。また、図4に示すように、原料ガス噴出孔5b、5cは、複数の溝8aに設置された希釈ガス噴出孔7aの近くで、かつ、平坦部6aの縁の近くに設置される。
この原料ガス噴出孔5a、5b、5cは、第1の洞穴型ガス導入路15aから供給されるシランガスSiHを第1及び第2の電極2、3間に噴出する。噴出した原料ガスは、排気管16a、16bから図示しない真空ポンプにより真空容器1の外部へ排出される。
符番7aは希釈ガス噴出孔で、直径約0.4〜1.0mm、例えば直径約0.5mmで、多数個が設定される。ここでは、図4に示すように、第1の電極2の溝8aの底面に、Y軸方向に複数個、5mm〜20mmの範囲で、略等間隔に、例えば6mm間隔に設置される。なお、図3に、希釈ガス噴出孔7aと、原料ガス噴出孔5a、5b、5cと、第2の洞穴型ガス導入路15bの位置関係が示されている。
希釈ガス噴出孔7aは、第2の洞穴型ガス導入路15bから供給される水素ガスHを第1及び第2の電極2、3間に噴出する。噴出した希釈ガスは、排気管16a、16bから図示しない真空ポンプにより真空容器1の外部へ排出される。
Reference numerals 5a, 5b and 5c are raw material gas ejection holes having a diameter of about 0.4 to 1.0 mm, for example, a diameter of about 0.5 mm. The source gas ejection holes 5 a are installed in the outer peripheral portion of the first electrode 2. The source gas ejection holes 5b and 5c are installed at the edge portion of the flat portion 6a. Here, as shown in FIG. 3, the raw material gas ejection holes 5 a, 5 b, and 5 c are substantially in a range of 5 mm to 20 mm in the Y-axis direction (the depth direction of the first cave-type gas introduction path 15 a). It is installed at equal intervals, for example, at intervals of 12 mm. As shown in FIG. 4, the source gas ejection holes 5b and 5c are installed near the dilution gas ejection holes 7a installed in the plurality of grooves 8a and near the edge of the flat portion 6a.
The source gas ejection holes 5a, 5b, and 5c eject the silane gas SiH 4 supplied from the first cave-type gas introduction path 15a between the first and second electrodes 2 and 3. The ejected raw material gas is discharged from the exhaust pipes 16a and 16b to the outside of the vacuum vessel 1 by a vacuum pump (not shown).
A number 7a is a dilution gas ejection hole, and a large number is set with a diameter of about 0.4 to 1.0 mm, for example, a diameter of about 0.5 mm. Here, as shown in FIG. 4, a plurality of pieces in the range of 5 mm to 20 mm in the Y-axis direction are provided on the bottom surface of the groove 8 a of the first electrode 2 at substantially equal intervals, for example, 6 mm intervals. FIG. 3 shows the positional relationship between the dilution gas ejection holes 7a, the source gas ejection holes 5a, 5b, and 5c and the second cave-type gas introduction path 15b.
The dilution gas ejection hole 7 a ejects the hydrogen gas H 2 supplied from the second cave-type gas introduction path 15 b between the first and second electrodes 2 and 3. The jetted dilution gas is discharged from the exhaust pipes 16a and 16b to the outside of the vacuum vessel 1 by a vacuum pump (not shown).

真空容器1内の圧力は、図示しない圧力計によりモニターされ、図示しない圧力調整弁により自動的に所定の値に調整、設定される。なお、ここでは、原料ガスが流量0.5〜6.0SLMの範囲で、希釈ガスが0.5〜30SLMの範囲の場合、圧力1.333Pa(0.01Torr)〜1333Pa(10Torr)程度に調整できる。
なお、原料ガス及び希釈ガスが無い場合、真空容器1の真空到達圧力は2.66〜3.99E−5Pa(2〜3E−7Torr)程度である。
The pressure in the vacuum vessel 1 is monitored by a pressure gauge (not shown), and is automatically adjusted and set to a predetermined value by a pressure adjustment valve (not shown). Here, when the raw material gas is in the range of flow rate 0.5 to 6.0 SLM and the dilution gas is in the range of 0.5 to 30 SLM, the pressure is adjusted to about 1.333 Pa (0.01 Torr) to 1333 Pa (10 Torr). it can.
In addition, when there are no source gas and dilution gas, the vacuum ultimate pressure of the vacuum vessel 1 is about 2.66-3.99E-5Pa (2-3E-7 Torr).

符番10bは、希釈ガス供給源であり、水素ガスHを、後述の第2のガス供給管11b、第2の絶縁性真空フランジ14b、第2のガス導入管12b、第2のガスヘッダー13b、第2の洞穴型ガス導入路15b及び希釈ガス噴出孔7aを介して、第1及び第2の電極2、3間に供給する。そのガスの量は、希釈ガス供給源10bに付属する流量計で制御される。
希釈ガス供給源10bは、第2のガス供給管11bに供給する原料ガスの圧力を、1〜10Kg/cm程度の範囲で調整できる。ここでは、例えば3.5Kg/cmに設定する。また、希釈ガスの流量は、0.5〜30SLM(標準状態換算でのガス流量:L/分)の範囲で設定される。
符番11bは第2のガス供給管で、希釈ガス供給源10bから供給される水素ガスHを第2の絶縁性真空フランジ14bを介して第2のガス導入管12bに供給する。
符番14bは第2の絶縁性真空フランジで、第2のガス供給管11bと第2のガス導入管12bを接続し、気密性を確保する。電気的には、絶縁性が高く、第1の電極2、並びに第1の電極2に接続されている第2のガスヘッダー13b及び第2のガス導入管12bを、真空容器1に対し電気的に絶縁する。また、第1のガスヘッダー13a、第1のガス導入管12aを、真空容器1に対し電気的に絶縁する。
符番12bは第2のガス導入管で、第2のガス供給管11bから第2の絶縁性真空フランジ14bを介して供給された水素ガスHを第2のガスヘッダー13bに供給する。
符番13bは第2のガスヘッダーで、第2のガス導入管12bから供給された水素ガスHを第2の洞穴型ガス導入路15bに供給する。
符番15bは第2の洞穴型ガス導入路で、第2のガスヘッダー13bから供給される水素ガスを希釈ガス噴出孔7aを介して第1及び第2の電極2、3間に供給する。
なお、第2の洞穴型ガス導入路15bは、深穴加工機(例えば、ガンドリル加工機)で、直径1mm〜35mm、例えば直径6mmに加工され、設定される。
Reference numeral 10b is a dilution gas supply source, the hydrogen gas H 2, the second gas supply pipe 11b will be described later, the second insulating vacuum flange 14b, a second gas introducing pipe 12b, the second gas header 13b, and supplied between the first and second electrodes 2 and 3 via the second cave-type gas introduction path 15b and the dilution gas ejection hole 7a. The amount of the gas is controlled by a flow meter attached to the dilution gas supply source 10b.
The dilution gas supply source 10b can adjust the pressure of the source gas supplied to the second gas supply pipe 11b in the range of about 1 to 10 kg / cm 2 . Here, for example, it is set to 3.5 kg / cm 2 . The flow rate of the dilution gas is set in the range of 0.5 to 30 SLM (gas flow rate in terms of standard state: L / min).
Numbering 11b in the second gas supply pipe, for supplying the hydrogen gas H 2 supplied from the dilution gas supply source 10b to the second gas inlet pipe 12b via the second insulating vacuum flange 14b.
Reference numeral 14b is a second insulating vacuum flange, which connects the second gas supply pipe 11b and the second gas introduction pipe 12b to ensure airtightness. Electrically, the insulating property is high, and the first electrode 2 and the second gas header 13 b and the second gas introduction pipe 12 b connected to the first electrode 2 are electrically connected to the vacuum vessel 1. Insulate. Further, the first gas header 13 a and the first gas introduction pipe 12 a are electrically insulated from the vacuum vessel 1.
The numbering 12b in the second gas introducing pipe, for supplying the hydrogen gas H 2 supplied through the second insulating vacuum flange 14b from the second gas supply pipe 11b to the second gas header 13b.
Numbering 13b in the second gas header, supplying a hydrogen gas H 2 supplied from the second gas introduction pipe 12b to the second cave-type gas introducing passage 15b.
Reference numeral 15b denotes a second cave-type gas introduction path, which supplies hydrogen gas supplied from the second gas header 13b between the first and second electrodes 2 and 3 through the dilution gas ejection hole 7a.
The second cave-type gas introduction path 15b is processed and set to a diameter of 1 mm to 35 mm, for example, 6 mm, with a deep hole processing machine (for example, a gun drilling machine).

ここで、原料ガス噴出孔5a、5b、5c及び希釈ガス噴出孔7aと、溝8a及び平坦部6aの構造上の関係並びに作用上の関係を説明する。
図5において、原料ガスは、第1の電極2に設置された第1のガス導入路15aから原料ガス噴出孔5a、5b、5cに供給され、その孔5a、5b、5cから原料ガスの噴流17として噴出される。原料ガス噴出孔5a、5b、5cは直径0.4〜0.8mm程度、その深さは3mm〜10mm程度の範囲に、例えば、直径0.5mm、深さ10mmとする。
複数個の原料ガス噴出孔5a、5b、5cから噴出するガスの全体の量は、原料ガス供給源10aに付属する流量計で制御される。
複数個有る個々の原料ガス噴出孔5a、5b、5cの1個当たりの噴出ガス量は、第1の洞穴型ガス導入路15aのガス圧が3Kg/cm程度以上であり、かつ、原料ガス噴出孔5a、5b、5cの孔の直径が0.4〜0.8mm程度、その孔の深さが3mm〜10mm程度であれば、個々の孔で違いはなく、ほぼ一定の値の値になることが、一般に知られている。また、その噴出ガスの分散状況も、個々の孔で違いはなくほぼ同じであることが、一般に知られている。
Here, the structural relationship and the operational relationship of the source gas ejection holes 5a, 5b, and 5c, the dilution gas ejection hole 7a, the groove 8a, and the flat portion 6a will be described.
In FIG. 5, the source gas is supplied from the first gas introduction passage 15a installed in the first electrode 2 to the source gas ejection holes 5a, 5b, and 5c, and the jet of the source gas from the holes 5a, 5b, and 5c. 17 is ejected. The source gas ejection holes 5a, 5b and 5c have a diameter of about 0.4 to 0.8 mm and a depth of about 3 mm to 10 mm, for example, a diameter of 0.5 mm and a depth of 10 mm.
The total amount of gas ejected from the plurality of source gas ejection holes 5a, 5b, 5c is controlled by a flow meter attached to the source gas supply source 10a.
A plurality of individual source gas ejection holes 5a, 5b, and 5c have an ejection gas amount of about 3 kg / cm 2 or more when the gas pressure in the first cave-type gas introduction path 15a is about 3 kg / cm 2. If the diameter of the holes 5a, 5b, 5c is about 0.4 to 0.8 mm and the depth of the holes is about 3 mm to 10 mm, there is no difference between the individual holes, and the values are almost constant. It is generally known that Further, it is generally known that the state of dispersion of the ejected gas is almost the same with no difference between individual holes.

図5において、希釈ガスは、第1の電極2に設置された第2のガス導入路15bから希釈ガス噴出孔7aに供給され、その孔7aから希釈ガスの噴流18として噴出される。希釈ガス噴出孔7aは直径0.4〜0.8mm程度、その深さは3mm〜10mm程度の範囲に、例えば、直径0.5mm、深さ3mmとする。
複数個の希釈ガス噴出孔7aから噴出するガスの全体の量は、希釈ガス供給源10bに付属する流量計で制御される。
複数個ある個々の希釈ガス噴出孔7aの1個当たりの噴出ガス量は、第2の洞穴型ガス導入路15bのガス圧が3Kg/cm程度以上であり、かつ、希釈ガス噴出孔7aの孔の直径が0.4〜0.8mm程度、その孔の深さが3mm〜10mm程度であれば、個々の孔で違いはなく、ほぼ一定の値の値になることが、一般に知られている。また、その噴出ガスの分散状況も、個々の孔で違いはなくほぼ同じであることが、一般に知られている。
In FIG. 5, the dilution gas is supplied from a second gas introduction path 15 b installed in the first electrode 2 to the dilution gas ejection hole 7 a and is ejected as a dilution gas jet 18 from the hole 7 a. The dilution gas ejection hole 7a has a diameter of about 0.4 to 0.8 mm and a depth of about 3 mm to 10 mm, for example, a diameter of 0.5 mm and a depth of 3 mm.
The total amount of gas ejected from the plurality of dilution gas ejection holes 7a is controlled by a flow meter attached to the dilution gas supply source 10b.
A plurality of individual dilution gas injection holes 7a have an injection gas amount of about 3 kg / cm 2 or more in the gas pressure of the second cave-type gas introduction passage 15b and the dilution gas injection holes 7a. It is generally known that when the hole diameter is about 0.4 to 0.8 mm and the hole depth is about 3 mm to 10 mm, there is no difference between the individual holes and the value is almost constant. Yes. Further, it is generally known that the state of dispersion of the ejected gas is almost the same with no difference between individual holes.

図5図示の原料ガスの噴流17及び希釈ガスの噴流18について説明する。
原料ガスの噴流17は、一対の電極2、3の間のガス圧が1.333Pa(0.01Torr)〜1333Pa(10Torr)程度の範囲、かつ、原料ガス噴出孔5aの直径が0.4〜0.8mm程度、その深さが3mm〜10mm程度であれば、凸部6aからの距離で5mm〜10mm程度で分散し、その広がりは、直径10〜20mmm程度の面積に広がることが、一般に知られている。
他方、希釈ガスの噴流18は、一対の電極2、3の間のガス圧が1.333Pa(0.01Torr)〜1333Pa(10Torr)程度の範囲、かつ、希釈ガス噴出孔7aの直径が0.4〜0.8mm程度、その深さが3mm〜10mm程度であれば、凹部8aの底面からの距離で5mm〜10mm程度で分散し、その広がりは、直径10〜20mmm程度の面積に広がることが、一般に知られている。
したがって、原料ガスの噴流17と希釈ガスの噴流18は、平坦部6aの上面から基板の法線方向の距離5mm程度で、互いに重なり合い、接触し混合される。なお、ここでは、このガス混合が起こる空間を混合領域19と呼ぶ。
後述の電力供給系から第1及び第2の電極2、3に電力が供給されると、原料ガスの噴流17と希釈ガスの噴流18は噴出直後からプラズマ化され、そのプラズマ化された原料ガスと希釈ガスは混合領域19で混合する。
原料ガスと希釈ガスはプラズマ化されると、種々のプラスイオン及びマイナスイオンの他に、化学的に活性で、電気的には中性の種々のラジカルを発生する。この場合、電気的に中性のラジカル、例えば、SiH、SiH、SiH、H等は、混合領域19から基板表面まで拡散現象で移動し、基板の面上に堆積する。
供給された原料ガス及び希釈ガスの中でプラズマ化されなかった残留ガスの中の電気的に中性のものは第1の電極2と基板9の間を周辺に向かって流れ、排出される。
The raw material gas jet 17 and dilution gas jet 18 shown in FIG. 5 will be described.
In the raw material gas jet 17, the gas pressure between the pair of electrodes 2 and 3 is in the range of about 1.333 Pa (0.01 Torr) to 1333 Pa (10 Torr), and the diameter of the raw material gas ejection hole 5 a is 0.4 to 0.4. If the depth is about 0.8 mm and the depth is about 3 mm to 10 mm, it is generally known that the distance from the convex portion 6a is dispersed at about 5 mm to 10 mm, and the spread is spread over an area of about 10 to 20 mm in diameter. It has been.
On the other hand, in the dilution gas jet 18, the gas pressure between the pair of electrodes 2 and 3 is in the range of about 1.333 Pa (0.01 Torr) to 1333 Pa (10 Torr), and the diameter of the dilution gas ejection hole 7a is 0.00. If the depth is about 4 to 0.8 mm and the depth is about 3 mm to 10 mm, the distance from the bottom surface of the recess 8a is dispersed at about 5 mm to 10 mm, and the spread is spread to an area of about 10 to 20 mm in diameter. Generally known.
Therefore, the jet 17 of the source gas and the jet 18 of the dilution gas are overlapped, contacted and mixed with each other at a distance of about 5 mm in the normal direction of the substrate from the upper surface of the flat portion 6a. Here, the space where the gas mixing occurs is referred to as a mixing region 19.
When electric power is supplied to the first and second electrodes 2 and 3 from a power supply system, which will be described later, the raw material gas jet 17 and the dilution gas jet 18 are converted into plasma immediately after the jetting, and the plasmaized raw material gas is supplied. And the dilution gas are mixed in the mixing region 19.
When the source gas and the dilution gas are converted into plasma, various radicals that are chemically active and electrically neutral are generated in addition to various positive ions and negative ions. In this case, electrically neutral radicals such as SiH 3 , SiH 2 , SiH, and H move from the mixed region 19 to the substrate surface by a diffusion phenomenon, and are deposited on the surface of the substrate.
Among the supplied source gas and dilution gas, the electrically neutral gas in the residual gas that has not been converted into plasma flows between the first electrode 2 and the substrate 9 toward the periphery and is discharged.

更に、上記図1〜図5に示された装置の構成において、原料ガス噴出孔5a、5b、5cは第1の電極2の平坦部6aに配置され、希釈ガス噴出孔7aは第1の電極2の溝8aの底面に配置されるので、原料ガス噴出孔5a、5b、5cと第2の電極3の表面の間の距離は、希釈ガス噴出孔7aと第2の電極3の表面の間の距離に比べて、短い。この距離の違いにより、一対の電極2、3間でのプラズマ生成プロセスで、次の作用がある。
即ち、原料ガス噴出孔5a、5b、5cから噴出した原料ガスがプラズマに曝される時間は、希釈ガス噴出孔7aから噴出した希釈ガスがプラズマに曝される時間よりも短じかくなる。その結果、SiHガスの過度のプラズマ分解及び解離が起こらないという条件が整う。
また、噴出孔7aから噴出した希釈ガスがプラズマに曝される時間は、原料ガス噴出孔5aから噴出した原料ガスがプラズマに曝される時間よりも長くなる。その結果、H→H+H(多量の原子状Hを生成)の反応、及びH+SiH→H+SiH(多量のHと多量SiHを生成)の反応が起こるという条件が整う。
Furthermore, in the configuration of the apparatus shown in FIGS. 1 to 5, the source gas ejection holes 5a, 5b, and 5c are disposed in the flat portion 6a of the first electrode 2, and the dilution gas ejection hole 7a is the first electrode. 2 is disposed on the bottom surface of the groove 8a, the distance between the source gas ejection holes 5a, 5b and 5c and the surface of the second electrode 3 is between the dilution gas ejection hole 7a and the surface of the second electrode 3. Short compared to the distance. Due to this difference in distance, the plasma generation process between the pair of electrodes 2 and 3 has the following effects.
That is, the time during which the source gas ejected from the source gas ejection holes 5a, 5b, and 5c is exposed to the plasma is shorter than the time during which the dilution gas ejected from the dilution gas ejection hole 7a is exposed to the plasma. As a result, the condition that excessive plasma decomposition and dissociation of the SiH 4 gas does not occur.
Further, the time during which the diluted gas ejected from the ejection hole 7a is exposed to the plasma is longer than the time during which the source gas ejected from the source gas ejection hole 5a is exposed to the plasma. As a result, the conditions that the reaction of H 2 → H + H (generates a large amount of atomic H) and the reaction of H + SiH 4 → H 2 + SiH 3 (generates a large amount of H 2 and a large amount of SiH 3 ) occur.

符番20は発信器である。発信器20は、周波数10〜100MHzの任意の周波数の正弦波の電圧信号を発生する。
符番21は電力増幅器である。これは、発信器20の出力信号が入力されると、その電力を増幅して、1〜20KWの範囲で、例えば10KWを出力する。
符番22はインピーダンス整合器である。インピーダンス整合器22は、後述の同軸ケーブル23b、電流導入端子24、電力供給導体25及び給電点26を介して、第1及び第2の電極2、3に電力を供給する際に、その一対の電極2、3の間に発生するプラズマのインピーダンスと電力増幅器21のインピーダンスの整合を取るものである。
符番23a、23bは同軸ケーブルで、高周波数の電力を流すことができる。
符番24は電流導入端子で、真空容器1の気密を保持して、同軸ケーブル23bと電力供給導体25を接続する。
符番25は電力供給導体で、電流導入端子24と給電点26を接続し、高周波電力を送電する。
符番26は給電点で、電力供給導体25を介して送電される電力増幅器21の出力電力を給電する位置である。なお、電力増幅器21の出力電力が給電点26に給電されると、一対の電極2、3の間に、プラズマが生成される。
Reference numeral 20 is a transmitter. The transmitter 20 generates a sine wave voltage signal having an arbitrary frequency of 10 to 100 MHz.
Reference numeral 21 denotes a power amplifier. When the output signal of the transmitter 20 is input, the power is amplified and, for example, 10 KW is output in the range of 1 to 20 KW.
Reference numeral 22 is an impedance matching unit. When the impedance matching unit 22 supplies power to the first and second electrodes 2 and 3 through a coaxial cable 23b, a current introduction terminal 24, a power supply conductor 25, and a feeding point 26, which will be described later, The impedance of the plasma generated between the electrodes 2 and 3 is matched with the impedance of the power amplifier 21.
Reference numerals 23a and 23b are coaxial cables, and can flow high-frequency power.
Reference numeral 24 denotes a current introduction terminal, which maintains the airtightness of the vacuum vessel 1 and connects the coaxial cable 23 b and the power supply conductor 25.
Reference numeral 25 denotes a power supply conductor, which connects the current introduction terminal 24 and the feeding point 26 to transmit high-frequency power.
Reference numeral 26 denotes a feeding point, which is a position for feeding the output power of the power amplifier 21 that is transmitted through the power supply conductor 25. When the output power of the power amplifier 21 is fed to the feeding point 26, plasma is generated between the pair of electrodes 2 and 3.

ここで、上記電力増幅器21の機能について、補足説明をする。
電力増幅器21には、図示しない出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、その反射波による電力増幅器21の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターは、次に示すように使われる。
先ず、例えば、電力増幅器21の最大出力の20~30%程度の出力を、インピーダンス整合器22、同軸ケーブル23b、電流導入端子24、電力供給導体25及び給電点26を介して、第1及び第2の電極2、3に供給する。
次に、電力増幅器21に付属した進行波Pf及び反射波Prのモニターを見ながら、インピーダンス整合器22のリアクタンス(LとC)を調整する。インピーダンス整合器22のリアクタンス(LとC)を調整しながら、反射波Prが最小値になる条件を選定する。そして、電力増幅器21の出力を所要の数値に設定し、その出力で、再度、インピーダンス整合器22のリアクタンス(LとC)を調整しながら、反射波Prが最小値になる条件を選ぶ。
なお、この整合器の調整、即ち、反射波Prが最小値になる条件を設定する作業は、プラズマ生成条件を変更しない限り、プラズマのインピーダンスの変化は少ないので、特に多くの時間を必要とはしない。
Here, the function of the power amplifier 21 will be supplementarily described.
The power amplifier 21 is attached with an output value (traveling wave) monitor (not shown) and a reflected wave monitor reflected back from the downstream side. Further, an isolator for protecting the electric circuit of the power amplifier 21 by the reflected wave is attached. The monitor of the output value (traveling wave) and the monitor of the reflected wave returning from the downstream side are used as follows.
First, for example, about 20 to 30% of the maximum output of the power amplifier 21 is output through the impedance matching unit 22, the coaxial cable 23b, the current introduction terminal 24, the power supply conductor 25, and the feeding point 26, to the first and the first. 2 to the two electrodes 2 and 3.
Next, the reactance (L and C) of the impedance matching unit 22 is adjusted while watching the traveling wave Pf and the reflected wave Pr attached to the power amplifier 21. While adjusting the reactances (L and C) of the impedance matching unit 22, a condition for selecting the minimum value of the reflected wave Pr is selected. Then, the output of the power amplifier 21 is set to a required numerical value, and the condition that the reflected wave Pr becomes the minimum value is selected while adjusting the reactance (L and C) of the impedance matching device 22 again with the output.
It should be noted that the adjustment of the matching unit, that is, the operation for setting the condition for the reflected wave Pr to be the minimum value, requires little time because the change in the plasma impedance is small unless the plasma generation condition is changed. do not do.

次に、上述のプラズマCVD装置、即ち、図1〜図5に示した構成を有するプラズマCVD装置を用いて、集積化タンデム型薄膜太陽電池用i型微結晶シリコン膜を製膜する方法を説明する。
i型微結晶シリコン膜の製膜に際し、原料ガスや希釈ガス、圧力、投入すべき電力等については、公知の製膜条件を参考に行う。
ただし、上記構成を有するプラズマCVD装置に係わる特有の諸条件は、以下に示す手順で、予め確認し、調整することが必要である。その後、目的とするi型微結晶シリコン膜の製膜を行う。
Next, a method for forming an i-type microcrystalline silicon film for an integrated tandem thin film solar cell using the plasma CVD apparatus described above, that is, the plasma CVD apparatus having the configuration shown in FIGS. To do.
Upon deposition of the i-type microcrystalline silicon film, the raw material gas and dilution gas, the pressure, the power, etc. to be turned on, performs a reference a known deposition conditions.
However, specific conditions related to the plasma CVD apparatus having the above structure, according to the following procedure, it is necessary to confirm in advance, adjusted. Thereafter, a target i-type microcrystalline silicon film is formed.

(ステップ1)では、図1〜図5に示した構成を有するプラズマCVD装置において、原料ガスだけで、例えば、シランガスのみを用いて予備的なプラズマ生成実験を行う。
(ステップ2)では、図1〜図5に示した構成を有するプラズマCVD装置において、希釈ガスだけで、例えば、水素ガスのみを用いて予備的なプラズマ生成実験を行う。
(ステップ3)では、図1〜図5に示した構成を有するプラズマCVD装置において、原料ガスを原料ガス噴出孔から噴出させるとともに、希釈ガス噴出孔から希釈ガスを噴出させて、例えば、シランガス及び水素ガスを噴出させて、目的とするi型微結晶シリコン膜の製膜実験を行う。
(ステップ4)では、上記(ステップ1)〜(ステップ3)の結果を参照して、目的とする高品質i型微結晶シリコン膜の製造を行う。
In (Step 1), in the plasma CVD apparatus having the configuration shown in FIGS. 1 to 5, a preliminary plasma generation experiment is performed using only the source gas, for example, using only the silane gas.
In (Step 2), in the plasma CVD apparatus having the configuration shown in FIGS. 1 to 5, a preliminary plasma generation experiment is performed using only the dilution gas, for example, only hydrogen gas.
In (Step 3), in the plasma CVD apparatus having the configuration shown in FIGS. 1 to 5, the source gas is ejected from the source gas ejection hole, and the dilution gas is ejected from the dilution gas ejection hole. Hydrogen gas is spouted and a target i-type microcrystalline silicon film is formed.
In (Step 4), the desired high-quality i-type microcrystalline silicon film is manufactured with reference to the results of (Step 1) to (Step 3).

(ステップ1)
図1〜図5において、予め、基板9を第2の電極3の上に設置し、図示しない真空ポンプを稼動させ、真空容器1内の空気及び不純物ガス等を除去した後、原料ガス供給源10aから第1のガス供給管11a、第1の絶縁性真空フランジ14a、第1のガス導入管12a、第1のガスヘッダー13a、第1の洞穴型ガス導入路15aを介して原料ガス噴出孔5aからSiH4ガスを、0.5〜10SLM(標準状態換算でのガス流量:L/分)の範囲で、例えば2SLMを供給しつつ、圧力を533.2Pa(4Torr)に維持する。基板温度は100〜350℃の範囲、例えば220℃に保持する。
なお、基板9のサイズは、第1の電極2のサイズに合わせて、長さ1mx幅1m(厚み4mm)とする。
次に、発信器20の周波数を13.56MHzとし、電力増幅器21の出力を、例えば3KWとし、インピーダンス整合器22、同軸ケーブル23b、電流導入端子24、電力供給導体26を介して、給電点26に供給する。
この場合、インピーダンス整合器22を調整することにより、その整合器22の上流側に上記供給電力の反射波が戻らないようにすることができる。一般的には、反射波は進行波の1〜3%程度に抑えることができる。
(Step 1)
In FIG. 1 to FIG. 5, a substrate 9 is previously placed on the second electrode 3, a vacuum pump (not shown) is operated to remove air, impurity gas, and the like in the vacuum vessel 1, and then a source gas supply source 10a through the first gas supply pipe 11a, the first insulating vacuum flange 14a, the first gas introduction pipe 12a, the first gas header 13a, and the first cave-type gas introduction path 15a, the raw material gas ejection holes The pressure is maintained at 533.2 Pa (4 Torr) while supplying SiH 4 gas from 5a in the range of 0.5 to 10 SLM (gas flow rate in standard state: L / min), for example, 2 SLM. The substrate temperature is maintained in the range of 100 to 350 ° C., for example, 220 ° C.
The size of the substrate 9 is 1 mx length 1 m (thickness 4 mm) according to the size of the first electrode 2.
Next, the frequency of the transmitter 20 is set to 13.56 MHz, the output of the power amplifier 21 is set to 3 kW, for example, and the feeding point 26 is passed through the impedance matching unit 22, the coaxial cable 23 b, the current introduction terminal 24, and the power supply conductor 26. To supply.
In this case, the reflected wave of the supplied power can be prevented from returning to the upstream side of the matching unit 22 by adjusting the impedance matching unit 22. Generally, the reflected wave can be suppressed to about 1 to 3% of the traveling wave.

上記の条件で、4〜6分程度の時間、プラズマを生成すると、基板9にアモルファスシリコン膜が堆積する。製膜後、真空容器1から前記基板9を取り出して、アモルファスシリコン膜の膜厚み分布を評価する。基板9に堆積されたアモルファスシリコン膜の膜厚分布は、正弦的な分布となる。即ち、製膜されたシリコン系薄膜の膜厚分布は、概略、次式で表わされる。
I(x)=cos(2πx/λ)
ただし、I(x)は膜の厚み、xは基板中央からその周辺方向への距離、λは使用電力の波長(プラズマ中での波長)である。
このような製膜実験を、原料ガスの流量と、供給電力をパラメータに行い、製膜速度と原料ガスの流量と、供給電力との関係を把握する。
この場合、例えば、図6に示すようなデータが取得される。図6は、縦軸が製膜速度(nm/s)、横軸が供給電力(KW)である。
図6は、原料ガス供給量2LSM、4LSM、及び6LSMにおいて、製膜速度は供給電力に比例して増加するが、供給電力がある値を超えると、一定の値になる。このように、製膜速度がある値で飽和するのは、製膜速度が原料ガスの供給量に依存することを示している。
また、図6のデータでは、製膜速度の最大値は、原料ガスの流量が2LSM、4LSM、及び6LSMにおいて、それぞれ、2.4nm/s、3.2nm/s及び4.6nm/sである。
また、供給電力値と製膜速度の最大値との関係は、原料ガスの流量2LSM、4LSM、及び6LSMにおいて、それぞれ、7KW(0.486W/cm)で2.4nm/s、8KWで(0.555W/cm)で3.2nm/s、及び、9KW(0.625W/cm)で4.6nm/sである。
以上の結果から、真空容器1へ供給するガスが、シランガスのみの場合には、原料ガス供給量2LSMで、供給電力値7KW(0.486W/cm)以上で製膜速度2.4nm/s、原料ガス供給量4LSMで、供給電力値8KW(0.555W/cm)以上で製膜速度3.2nm/s、原料ガス供給量6LSMで、供給電力値9KW(0.625W/cm)以上で製膜速度4.6nm/sであることが判る。
なお、上記製膜データにおいて、供給電力が6KW程度以上になると、パウダー(パーテイクル)が発生することがある。
When plasma is generated for about 4 to 6 minutes under the above conditions, an amorphous silicon film is deposited on the substrate 9. After film formation, the substrate 9 is taken out from the vacuum vessel 1 and the thickness distribution of the amorphous silicon film is evaluated. The film thickness distribution of the amorphous silicon film deposited on the substrate 9 is a sinusoidal distribution. That is, the film thickness distribution of the formed silicon-based thin film is roughly expressed by the following equation.
I (x) = cos 2 (2πx / λ)
Where I (x) is the thickness of the film, x is the distance from the center of the substrate to the periphery thereof, and λ is the wavelength of the power used (wavelength in the plasma).
Such a film forming experiment is performed using the flow rate of the source gas and the supplied power as parameters, and the relationship between the film forming speed, the flow rate of the source gas, and the supplied power is grasped.
In this case, for example, data as shown in FIG. 6 is acquired. In FIG. 6, the vertical axis represents the film forming speed (nm / s), and the horizontal axis represents the supplied power (KW).
FIG. 6 shows that, in the raw gas supply amounts 2LSM, 4LSM, and 6LSM, the film-forming speed increases in proportion to the supplied power, but when the supplied power exceeds a certain value, it becomes a constant value. Thus, the saturation of the film forming speed at a certain value indicates that the film forming speed depends on the supply amount of the source gas.
Moreover, in the data of FIG. 6, the maximum value of the film forming speed is 2.4 nm / s, 3.2 nm / s, and 4.6 nm / s, respectively, when the flow rate of the source gas is 2LSM, 4LSM, and 6LSM. .
In addition, the relationship between the supplied power value and the maximum value of the film formation rate is 2.4 nm / s and 8 kW at 7 kW (0.486 W / cm 2 ), respectively, at the flow rates of the raw material gases 2LSM, 4LSM, and 6LSM ( 0.555 W / cm 2 ) and 3.2 nm / s, and 9 KW (0.625 W / cm 2 ) and 4.6 nm / s.
From the above results, when the gas supplied to the vacuum vessel 1 is only silane gas, the film forming rate is 2.4 nm / s at a source gas supply amount of 2 LSM and a supply power value of 7 kW (0.486 W / cm 2 ) or more. With a raw material gas supply amount of 4 LSM, a supply power value of 8 KW (0.555 W / cm 2 ) or more, a film forming speed of 3.2 nm / s, a raw material gas supply amount of 6 LSM, and a supply power value of 9 KW (0.625 W / cm 2 ) From the above, it can be seen that the film forming speed is 4.6 nm / s.
In the film formation data, powder (particles) may be generated when the supplied power is about 6 KW or more.

(ステップ2)
図1〜図5において、予め、基板9を第2の電極3の上に設置し、図示しない真空ポンプを稼動させ、真空容器1内の空気及び不純物ガス等を除去した後、希釈ガス供給源10bから第2のガス供給管11b、第2の絶縁性真空フランジ14b、第2のガス導入管12b、第2のガスヘッダー13b、第2の洞穴型ガス導入路15bを介して希釈ガス噴出孔7aから水素ガスを、0.5〜30SLM(標準状態換算でのガス流量:L/分)の範囲で、例えば4SLMを供給しつつ、圧力を533.2Pa(4Torr)維持する。基板温度は100〜350℃の範囲、例えば220℃に保持する。
なお、基板9のサイズは、第1の電極2のサイズに合わせて、長さ1mx幅1m(厚み4mm)とする。
次に、発信器20の周波数を13.56MHzとし、電力増幅器21の出力を、例えば3KWとし、インピーダンス整合器22、同軸ケーブル23b、電流導入端子24、電力供給導体26を介して、給電点26に供給する。
この場合、インピーダンス整合器22を調整することにより、その整合器22の上流側に上記供給電力の反射波が戻らないようにすることができる。一般的には、反射波は進行波の1〜3%程度に抑えることができる。
(Step 2)
1 to 5, a substrate 9 is previously placed on the second electrode 3 and a vacuum pump (not shown) is operated to remove air, impurity gas, and the like in the vacuum vessel 1, and then a dilution gas supply source 10b through the second gas supply pipe 11b, the second insulating vacuum flange 14b, the second gas introduction pipe 12b, the second gas header 13b, and the second cave-type gas introduction path 15b, the dilution gas injection hole Hydrogen gas is maintained at a pressure of 533.2 Pa (4 Torr) while supplying, for example, 4 SLM in the range of 0.5 to 30 SLM (gas flow rate in terms of standard state: L / min) from 7a. The substrate temperature is maintained in the range of 100 to 350 ° C., for example, 220 ° C.
The size of the substrate 9 is 1 mx length 1 m (thickness 4 mm) according to the size of the first electrode 2.
Next, the frequency of the transmitter 20 is set to 13.56 MHz, the output of the power amplifier 21 is set to 3 kW, for example, and the feeding point 26 is passed through the impedance matching unit 22, the coaxial cable 23 b, the current introduction terminal 24, and the power supply conductor 26. To supply.
In this case, the reflected wave of the supplied power can be prevented from returning to the upstream side of the matching unit 22 by adjusting the impedance matching unit 22. Generally, the reflected wave can be suppressed to about 1 to 3% of the traveling wave.

上記の条件で、10〜20分程度の時間、プラズマを生成する。なお、この場合、第1の電極2に設けられる溝8aの形状が図4、図5に示したように矩形の溝の形になっており、その幅と深さは、それぞれ、6mmになっていることから、プラズマ生成の際の圧力条件によっては、ホローカソード放電による高密度プラズマの生成がなされることが考えられる。ここでは、図示しない発光分光スペクトル測定器と測定プローブを用いて、水素プラズマ発光スペクトルの波長486nmに着目し、その強さを測定、評価する。なお、スペクトル波長486nmは一般にHβ線と呼ばれる水素プラズマ発光での代表的な波長である。
このような発光スペクトル測定実験を、圧力を533.2Pa(4Torr)一定とし、水素ガスの流量を4SLMに保ち、電力を変化させ、波長486nmの発光強度と供給電力との関係を把握する。
この場合、例えば、図7に示すようなデータが取得される。図7は、縦軸が波長486nmの発光強度(最大値で規格化)で、横軸が供給電力(KW)である。
図7は、水素ガス供給量4LSMにおいて、波長486nmの発光強度は供給電力に比例して増加することを示している。なお、このようなデータが得られれば、異常放電の発生はないと考えられる。
Under the above conditions, plasma is generated for about 10 to 20 minutes. In this case, the shape of the groove 8a provided in the first electrode 2 is a rectangular groove as shown in FIGS. 4 and 5, and the width and depth thereof are 6 mm, respectively. Therefore, depending on the pressure conditions at the time of plasma generation, it is conceivable that high-density plasma is generated by hollow cathode discharge. Here, using a light emission spectrum measuring instrument and a measurement probe (not shown), focusing on the wavelength of 486 nm of the hydrogen plasma emission spectrum, the intensity is measured and evaluated. The spectral wavelength of 486 nm is a typical wavelength in hydrogen plasma emission generally called Hβ rays.
In such an emission spectrum measurement experiment, the pressure is kept constant at 533.2 Pa (4 Torr), the flow rate of hydrogen gas is kept at 4 SLM, the power is changed, and the relationship between the emission intensity at a wavelength of 486 nm and the supplied power is grasped.
In this case, for example, data as shown in FIG. 7 is acquired. In FIG. 7, the vertical axis represents the emission intensity at a wavelength of 486 nm (normalized by the maximum value), and the horizontal axis represents the supplied power (KW).
FIG. 7 shows that the emission intensity at a wavelength of 486 nm increases in proportion to the supplied power at a hydrogen gas supply amount of 4 LSM. If such data is obtained, it is considered that no abnormal discharge occurs.

(ステップ3)
図1〜図5において、予め、基板9を第2の電極3の上に設置し、図示しない真空ポンプを稼動させ、真空容器1内の空気及び不純物ガス等を除去した後、原料ガス供給源10aから第1のガス供給管11a、第1の絶縁性真空フランジ14a、第1のガス導入管12a、第1のガスヘッダー13a、第1の洞穴型ガス導入路15aを介して原料ガス噴出孔5aからSiH4ガスを、0.5〜10SLM(標準状態換算でのガス流量:L/分)の範囲で、例えば4SLMを供給しつつ、圧力を533.2Pa(4Torr)に維持する。
また、希釈ガス供給源10bから第2のガス供給管11b、第2の絶縁性真空フランジ14b、第2のガス導入管12b、第2のガスヘッダー13b、第2の洞穴型ガス導入路15bを介して希釈ガス噴出孔7aから水素ガスを、0.5〜30SLM(標準状態換算でのガス流量:L/分)の範囲で、例えば20SLMを供給しつつ、圧力を533.2Pa(4Torr)維持する。
基板温度は100〜350℃の範囲、例えば220℃に保持する。
なお、基板9のサイズは、第1の電極2のサイズに合わせて、長さ1mx幅1m(厚み4mm)とする。
次に、発信器20の周波数を13.56MHzとし、電力増幅器21の出力を、例えば3KWとし、インピーダンス整合器22、同軸ケーブル23b、電流導入端子24、電力供給導体26を介して、給電点26に供給する。
この場合、インピーダンス整合器22を調整することにより、その整合器22の上流側に上記供給電力の反射波が戻らないようにすることができる。一般的には、反射波は進行波の1〜3%程度に抑えることができる。
なお、パウダー(パーテイクル)の発生の有無をプラズマ生成中に測定するのは、困難であるので、ここでは実施しない。パウダー(パーテイクル)の発生を抑制するために、供給電力は、電力密度0.7W/cm程度以下とする。また、シランガス供給量と水素ガス供給量の比が5倍とし、パウダーの発生を抑制する。
(Step 3)
In FIG. 1 to FIG. 5, a substrate 9 is previously placed on the second electrode 3, a vacuum pump (not shown) is operated to remove air, impurity gas, and the like in the vacuum vessel 1, and then a source gas supply source 10a through the first gas supply pipe 11a, the first insulating vacuum flange 14a, the first gas introduction pipe 12a, the first gas header 13a, and the first cave-type gas introduction path 15a, the raw material gas ejection holes The pressure is maintained at 533.2 Pa (4 Torr) while supplying, for example, 4 SLM, in the range of 0.5 to 10 SLM (gas flow rate in terms of standard state: L / min) from 5a to SiH 4 gas.
Further, the second gas supply pipe 11b, the second insulating vacuum flange 14b, the second gas introduction pipe 12b, the second gas header 13b, and the second cave-type gas introduction path 15b are provided from the dilution gas supply source 10b. The hydrogen gas is supplied from the dilution gas injection hole 7a through the range of 0.5 to 30 SLM (gas flow rate in terms of standard state: L / min), for example, while 20 SLM is supplied, and the pressure is maintained at 533.2 Pa (4 Torr). To do.
The substrate temperature is maintained in the range of 100 to 350 ° C., for example, 220 ° C.
The size of the substrate 9 is 1 mx length 1 m (thickness 4 mm) according to the size of the first electrode 2.
Next, the frequency of the transmitter 20 is set to 13.56 MHz, the output of the power amplifier 21 is set to 3 kW, for example, and the feeding point 26 is passed through the impedance matching unit 22, the coaxial cable 23 b, the current introduction terminal 24, and the power supply conductor 26. To supply.
In this case, the reflected wave of the supplied power can be prevented from returning to the upstream side of the matching unit 22 by adjusting the impedance matching unit 22. Generally, the reflected wave can be suppressed to about 1 to 3% of the traveling wave.
In addition, since it is difficult to measure the presence or absence of generation | occurrence | production of powder (particle) during plasma production, it is not implemented here. In order to suppress the generation of powder (particles), the supplied power is set to a power density of about 0.7 W / cm 2 or less. Further, the ratio of the silane gas supply amount and the hydrogen gas supply amount is set to 5 times to suppress the generation of powder.

上記の条件で、10〜20分程度の時間、プラズマを生成すると、基板9にi型微結晶シリコン膜が堆積する。なお、大量の水素ガスが供給されるので、得られる膜はアモルファスSiではなく、微結晶膜になる。
製膜後、真空容器1から前記基板9を取り出して、該i型微結晶シリコン膜の膜厚み分布及び結晶化率を評価する。
基板9に堆積されたi型微結晶シリコン膜の膜厚分布は、正弦的な分布となる。即ち、製膜されたシリコン系薄膜の膜厚分布は、概略、次式で表わされる。
I(x)=cos(2πx/λ)
ただし、I(x)は膜の厚み、xは基板中央からその周辺方向への距離、λは使用電力の波長(プラズマ中での波長)である。
結晶化率の評価には、ラマンスペクトル分析器を用い、膜中の結晶Siピーク(517cm−1)IcとアモルファスSiピーク(470〜480cm−1)Iaを用い、結晶化率(%)=100xIc/(Ia+Ic)と定義する。
このような製膜実験を、原料ガス及び水素ガスの流量と、供給電力をパラメータに行い、製膜速度、原料ガスの流量、水素ガス及び供給電力の関係を把握する。
この場合、例えば、図8に示すようなデータが取得される。図8は、縦軸が製膜速度(nm/s)、横軸が供給電力(KW)である。
図8は、シランガス供給量4LSMで水素ガス供給量20SLMの場合、及びシランガス供給量6LSMで水素ガス供給量30SLMの場合において、製膜速度は供給電力にほぼ比例して増加するが、供給電力がある値を超えると、飽和する傾向になることを示している。
また、図8のデータでは、製膜速度の最大値、即ち、供給電力9KW(0.625W/cm)での製膜速度は、シランガス供給量4LSMで水素ガス供給量20SLMの場合、及びシランガス供給量6LSMで水素ガス供給量30SLMの場合において、それぞれ、3.4nm/s程度及び3.9nm/sである。結晶化率は、それぞれ、60〜80%程度が得られる。
When plasma is generated for about 10 to 20 minutes under the above conditions, an i-type microcrystalline silicon film is deposited on the substrate 9. Note that since a large amount of hydrogen gas is supplied, the obtained film is not amorphous Si but a microcrystalline film.
After the film formation, the substrate 9 is taken out from the vacuum vessel 1, and the film thickness distribution and crystallization rate of the i-type microcrystalline silicon film are evaluated.
The i-type microcrystalline silicon film deposited on the substrate 9 has a sine distribution. That is, the film thickness distribution of the formed silicon-based thin film is roughly expressed by the following equation.
I (x) = cos 2 (2πx / λ)
Where I (x) is the thickness of the film, x is the distance from the center of the substrate to the periphery thereof, and λ is the wavelength of the power used (wavelength in the plasma).
For the evaluation of the crystallization rate, a Raman spectrum analyzer was used, and the crystalline Si peak (517 cm −1 ) Ic and the amorphous Si peak (470 to 480 cm −1 ) Ia in the film were used, and the crystallization rate (%) = 100 × Ic / (Ia + Ic).
Such a film forming experiment is performed using the flow rates of the source gas and hydrogen gas and the supplied power as parameters, and the relationship between the film forming speed, the flow rate of the source gas, hydrogen gas and the supplied power is grasped.
In this case, for example, data as shown in FIG. 8 is acquired. In FIG. 8, the vertical axis represents the film forming speed (nm / s), and the horizontal axis represents the supplied power (KW).
FIG. 8 shows that when the silane gas supply amount is 4 LSM and the hydrogen gas supply amount is 20 SLM, and when the silane gas supply amount is 6 LSM and the hydrogen gas supply amount is 30 SLM, the film forming speed increases almost in proportion to the supply power. It shows that when it exceeds a certain value, it tends to become saturated.
Further, in the data of FIG. 8, the maximum value of the film forming speed, that is, the film forming speed at the supply power of 9 kW (0.625 W / cm 2 ) is obtained when the silane gas supply amount is 4 LSM and the hydrogen gas supply amount is 20 SLM. In the case of a supply amount of 6 LSM and a hydrogen gas supply amount of 30 SLM, they are about 3.4 nm / s and 3.9 nm / s, respectively. The crystallization rate is about 60 to 80%, respectively.

本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置の装置構成上の特徴は、次の通りである。
(1)第1の電極2の対向面6に、溝8aと平坦部6aが設けられていること。
(2)上記溝8aは、断面形状が矩形であること。
(3)溝8aの底面に希釈ガス噴出孔7aが設けられ、平坦部6aに原料ガス噴出孔5a、5b、5cが設けられていること。
(4)原料ガス噴出孔5a、5b、5cの設置位置は、希釈ガス噴出孔7aに近い位置で、かつ、溝8aの縁の近傍、即ち、平坦部6aの縁の近傍であること。
(5)原料ガス及び希釈ガスの供給源10a、10bが分離して設置され、その原料ガスの真空容器1への供給路は、第1のガス供給管11a、第1の絶縁性真空フランジ14a、第1のガス導入管12a、第1のガスヘッダー13a、第1の洞穴型ガス導入路15a及び原料ガス噴出孔5a、5b、5cで構成されるとともに、その希釈ガスの真空容器1への供給路は、第2のガス供給管11b、第2の絶縁性真空フランジ14b、第2のガス導入管12b、第2のガスヘッダー13b、第2の洞穴型ガス導入路15b及び希釈ガス噴出孔7aで構成されていること。また、前記原料ガスを前記第1及び第2の電極2、3間に噴出させる際に、少なくとも、第1の電極2の側面に配置される第1のガスヘッダー13aと、第1の電極2の内部に配置される第1の洞穴型ガス導入路15aと、第1の電極の表面に配置される原料ガス噴出孔5a、5b、5cが用いられるとともに、前記希釈ガスを前記第1及び第2の電極2、3間に噴出させる際は、少なくとも、第1の電極2の側面に配置される第2のガスヘッダー13bと、第1の電極2の内部に配置される第2の洞穴型ガス導入路15bと、第1の電極の表面に配置される希釈ガス噴出孔7aが用いられるということ。
(6)第1及び第2のガスヘッダー13a、13bは、第1の電極2の互いに対向しあう位置関係にあり、該第1の電極2側面に設置されていること。
(7)第1及び第2の洞穴型ガス導入路15a、15bは、第1の電極2の対向面6に平行な面内に、かつ、互いに平行な関係を保つように設置されること。
また、本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置を用いた方法に関する特徴は、次の通りである。
上記装置構成上の特徴(1)〜(7)を有するプラズマCVD装置を用いたシリコン系膜を製造する方法であって、少なくともシランガスを含む原料ガスと、少なくとも水素ガスを含む希釈ガスを用いて、微結晶シリコン膜を製造することを特徴とする。
Features of the apparatus configuration of the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention are as follows.
(1) A groove 8a and a flat portion 6a are provided on the facing surface 6 of the first electrode 2.
(2) The groove 8a has a rectangular cross-sectional shape.
(3) Dilution gas ejection holes 7a are provided on the bottom surface of the groove 8a, and source gas ejection holes 5a, 5b, 5c are provided on the flat portion 6a.
(4) The source gas ejection holes 5a, 5b, and 5c are installed at positions near the dilution gas ejection holes 7a and in the vicinity of the edge of the groove 8a, that is, in the vicinity of the edge of the flat portion 6a.
(5) The source gas and dilution gas supply sources 10a and 10b are separately installed, and the supply path of the source gas to the vacuum vessel 1 is the first gas supply pipe 11a and the first insulating vacuum flange 14a. The first gas introduction pipe 12a, the first gas header 13a, the first cave-type gas introduction path 15a, and the raw material gas injection holes 5a, 5b, and 5c, and the diluted gas to the vacuum vessel 1 The supply path includes a second gas supply pipe 11b, a second insulating vacuum flange 14b, a second gas introduction pipe 12b, a second gas header 13b, a second cave-type gas introduction path 15b, and a dilution gas ejection hole. 7a. Further, when the source gas is jetted between the first and second electrodes 2 and 3, at least a first gas header 13 a disposed on the side surface of the first electrode 2 and the first electrode 2. The first cave-type gas introduction path 15a disposed inside the substrate and the source gas ejection holes 5a, 5b, and 5c disposed on the surface of the first electrode are used. When ejecting between the two electrodes 2, 3, at least the second gas header 13 b disposed on the side surface of the first electrode 2, and the second cave type disposed inside the first electrode 2 That is, the gas introduction path 15b and the dilution gas ejection hole 7a disposed on the surface of the first electrode are used.
(6) The first and second gas headers 13a and 13b are in a positional relationship in which the first electrode 2 faces each other, and are disposed on the side surface of the first electrode 2.
(7) The first and second cave-type gas introduction passages 15a and 15b are installed in a plane parallel to the facing surface 6 of the first electrode 2 so as to maintain a parallel relationship with each other.
Moreover, the characteristics regarding the method using the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention are as follows.
A method of manufacturing a silicon-based film using a plasma CVD apparatus having features (1) to (7) on the apparatus configuration, using a source gas containing at least a silane gas and a dilution gas containing at least a hydrogen gas. A microcrystalline silicon film is manufactured.

なお、上記プラズマ生成実験では以下に示す条件を満たしているので、パウダーの発生はほとんど無いと判断される。
●条件1:高濃度のH原子を生成する条件を満たすこと。
上記装置構成上の特徴(1)〜(7)を有するプラズマCVD装置を用いることにより、即ち、図5図示のように、電極間に供給される水素ガスを、時間的、かつ、空間的に分離した形でプラズマ化し、プラズマ化された水素とシランガスを混合することが可能である。これにより、H→H+Hの反応が主反応として、起こりやすい。即ち、大量の原子状水素Hが可能である。
また、上記装置においては、原料ガス噴出孔5a、5b、5cは、希釈ガス噴出孔7aより第2の電極3の表面に近い位置に配置されているので、原料ガス噴出孔5a、5b、5cから噴出した原料ガスがプラズマに曝される時間は、希釈ガス噴出孔7aから噴出した希釈ガスがプラズマに曝される時間よりも短じかくなる。これにより、SiHガスの過度のプラズマ分解及び解離が起こらないという条件が整う。噴出孔7aから噴出した希釈ガスがプラズマに曝される時間は、原料ガス噴出孔5aから噴出した原料ガスがプラズマに曝される時間よりも長くなる。これにより、H→H+H(多量の原子状Hを生成)の反応、及び多量の励起されたHの生成についての反応が起こるという条件が整う。
●条件2:高濃度のSiHを生成する条件を満たすこと。
上記装置構成上の特徴(1)〜(7)を有するプラズマCVD装置を用いることにより、即ち、図5図示のように、希釈ガスの噴流18と原料ガスの噴流17の混合領域19で両者の混合が促進されるので、H+SiH→H+SiH(多量のHと多量SiHを生成)の反応が起こるという条件が整う。また、希釈ガス噴出孔7aより第2の電極表面に近い位置に配置された原料ガス噴出孔5a、5b、5cからシランガスが噴出されるので、シランガスがプラズマに曝される時間は、希釈ガス噴出孔7aから噴出した希釈ガスがプラズマに曝される時間よりも短じかくなる。その結果、SiHガスの過度のプラズマ分解及び解離が起こらないという条件が整う。これにより、SiH→H+SiH、及びH+SiH→H+SiHの反応が起こり易い。
また、時間的、かつ、空間的に異なる領域で生成された大量Hガスのプラズマとシランガスのプラズマが、図5図示の混合領域19で混合促進されるので、H+SiH→H+SiHの反応が主反応として起こりやすい。これにより、SiH濃度が増大し、高品質シリコン系膜の形成が容易に可能となる。
●条件3:パウダー生成の主要因であるSiHラジカルを減少させる条件を満たすこと。
上記装置構成上の特徴(1)〜(7)を有するプラズマCVD装置を用いることにより、即ち、図5図示のように、時間的、かつ、空間的に異なる領域で生成された大量Hガスのプラズマとシランガスのプラズマが、図5図示の混合領域19で混合促進されるので、励起されたH濃度が高くなることから、SiHを消滅させやすい。
即ち、SiH+H→SiHの反応が起こりやすい。これにより、SiH濃度が減少するので、ジシラン(SiH+SiH→Si)及びトリシラン(SiH+Si→Si)等のダスト(パウダー)は形成されにくくなる。
In the plasma generation experiment, since the following conditions are satisfied, it is determined that almost no powder is generated.
● Condition 1: The condition for generating a high concentration of H atoms is satisfied.
By using the plasma CVD apparatus having the features (1) to (7) in the apparatus configuration, that is, as shown in FIG. 5, the hydrogen gas supplied between the electrodes is temporally and spatially changed. It is possible to plasmatize in a separated form and to mix hydrogenated plasma and silane gas. Thereby, the reaction of H 2 → H + H is likely to occur as the main reaction. That is, a large amount of atomic hydrogen H is possible.
Further, in the above apparatus, the source gas ejection holes 5a, 5b, 5c are disposed closer to the surface of the second electrode 3 than the dilution gas ejection hole 7a, and therefore the source gas ejection holes 5a, 5b, 5c. The time during which the source gas ejected from the plasma is exposed to the plasma is shorter than the time during which the dilution gas ejected from the dilution gas ejection hole 7a is exposed to the plasma. Thereby, the condition that excessive plasma decomposition and dissociation of the SiH 4 gas does not occur. The time during which the diluted gas ejected from the ejection hole 7a is exposed to the plasma is longer than the time during which the source gas ejected from the source gas ejection hole 5a is exposed to the plasma. As a result, the condition that the reaction of H 2 → H + H (producing a large amount of atomic H) and the reaction of generating a large amount of excited H 2 occurs.
Condition 2: The condition for generating high-concentration SiH 3 is satisfied.
By using the plasma CVD apparatus having the features (1) to (7) in the apparatus configuration, that is, as shown in FIG. Since the mixing is promoted, the condition that a reaction of H + SiH 4 → H 2 + SiH 3 (producing a large amount of H 2 and a large amount of SiH 3 ) occurs. Further, since the silane gas is ejected from the source gas ejection holes 5a, 5b, and 5c arranged at positions closer to the surface of the second electrode than the dilution gas ejection hole 7a, the time during which the silane gas is exposed to the plasma is determined by the dilution gas ejection. The dilution gas ejected from the hole 7a is shorter than the time of exposure to the plasma. As a result, the condition that excessive plasma decomposition and dissociation of the SiH 4 gas does not occur. Thereby, the reaction of SiH 4 → H + SiH 3 and H + SiH 4 → H 2 + SiH 3 is likely to occur.
In addition, since a large amount of H 2 gas plasma and silane gas plasma generated in temporally and spatially different regions are promoted in the mixing region 19 shown in FIG. 5, H + SiH 4 → H 2 + SiH 3 . Reaction is likely to occur as the main reaction. As a result, the SiH 3 concentration increases, and a high-quality silicon-based film can be easily formed.
● Condition 3: The condition for reducing SiH 2 radicals, which are the main factors for powder production, is satisfied.
By using the plasma CVD apparatus having the above characteristics (1) to (7) in the apparatus configuration, that is, as shown in FIG. 5, a large amount of H 2 gas generated in temporally and spatially different regions 5 and the silane gas plasma are promoted to be mixed in the mixing region 19 shown in FIG. 5, so that the excited H 2 concentration becomes high, so that SiH 2 is easily extinguished.
That is, the reaction of SiH 2 + H 2 → SiH 4 is likely to occur. Thereby, since the SiH 2 concentration is reduced, dust (powder) such as disilane (SiH 2 + SiH 4 → Si 2 H 6 ) and trisilane (SiH 2 + Si 2 H 6 → Si 3 H 8 ) is hardly formed.

以上の結果から、供給電力9KW(0.625W/cm)で、シランガス供給量4LSMで水素ガス供給量20SLMの場合、及びシランガス供給量6LSMで水素ガス供給量30SLMの場合において、製膜速度は、それぞれ、3.4nm/s程度及び3.9nm/s程度、結晶化率60〜80%程度のi型微結晶シリコン膜が得られるということが判る。 From the above results, when the supply power is 9 KW (0.625 W / cm 2 ), the silane gas supply amount is 4 LSM, the hydrogen gas supply amount is 20 SLM, and the silane gas supply amount is 6 LSM and the hydrogen gas supply amount is 30 SLM, It can be seen that i-type microcrystalline silicon films with about 3.4 nm / s and about 3.9 nm / s, respectively, and a crystallization rate of about 60 to 80% can be obtained.

(ステップ4)
実際の応用においては、上記(ステップ1)〜(ステップ3)の結果を参照して、例えば、製膜条件として、シランガス供給量6LSM、水素ガス供給量30SLM、供給電力9KW(0.625W/cm)を選定し、目的とするi型微結晶シリコン膜の製造を行う。これにより、目的とする高品質i型微結晶シリコン膜の製造が行う。
(Step 4)
In actual application, referring to the results of (Step 1) to (Step 3) above, for example, as the film forming conditions, silane gas supply amount 6LSM, hydrogen gas supply amount 30SLM, supply power 9 kW (0.625 W / cm 2 ) is selected, and the target i-type microcrystalline silicon film is manufactured. As a result, the intended high quality i-type microcrystalline silicon film is manufactured.

ここで、上述の本発明の第1の実施形態に係るプラズマCVD装置によるシリコン系膜の製造方法としての効果を考える。
一対の平行平板型電極の一方に設置されるガス噴出孔として、原料ガス噴出孔及び希釈ガス噴出孔に分離して、かつ、空間的に異なる位置に、かつ、該原料ガス噴出孔及び希釈ガス噴出孔と基板表面までの距離が異なるように配置したプラズマCVD装置を実現化できるので、従来の装置では不可能であった原料ガスと希釈ガスを空間的に分離した形でのプラズマ化と、プラズマ化された後の原料ガスと希釈ガスの接触及び混合の促進が可能となるという効果を有する。
これにより、SiHガスのプラズマ化とHガスのプラズマ化を空間的に分離して行い、かつ、プラズマ化したSiHガスとプラズマ化したHガスの接触、混合を促進できるので、高品質膜形成に必要な多量のHと多量SiHを生成(SiH→H+SiH、H→H+H)し、かつ、粗悪な膜形成要因のSiHを消滅(SiH+H→SiH)することが可能である。これにより、従来の装置及び方法では困難視されているシリコン系膜の高品質、高速製膜が可能である。
Here, an effect as a method for manufacturing a silicon-based film by the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention described above will be considered.
As the gas ejection holes installed in one of the pair of parallel plate electrodes, the source gas ejection holes and the dilution gas are separated into the source gas ejection holes and the dilution gas ejection holes, and at spatially different positions. Since it is possible to realize a plasma CVD apparatus arranged so that the distance between the ejection hole and the substrate surface is different, plasmaization in a form in which the source gas and the dilution gas are spatially separated, which was impossible with the conventional apparatus, It has an effect that it becomes possible to promote the contact and mixing of the source gas and the dilution gas after being plasmatized.
As a result, the plasma conversion of the SiH 4 gas and the plasma conversion of the H 2 gas are performed spatially separated, and the contact and mixing of the plasma SiH 4 gas and the plasma H 2 gas can be promoted. A large amount of H and a large amount of SiH 3 necessary for forming a quality film are generated (SiH 4 → H + SiH 3 , H 2 → H + H), and SiH 2 as a poor film forming factor disappears (SiH 2 + H 2 → SiH 4 ). Is possible. As a result, high-quality and high-speed film formation of a silicon-based film, which is considered difficult with conventional apparatuses and methods, is possible.

また、上記の本発明の第1の実施形態に係るプラズマCVD装置には、次に示すような特徴がある。
排気系を備えた真空容器と、原料ガスの供給源及び該原料ガスを希釈する希釈ガスの供給源と、該原料ガス及び該希釈ガスを該真空容器に導入するガス導入管と、該原料ガス及び該希釈ガスを噴出するガス噴出孔を有する電気的に非接地の平行平板型の第1の電極及び基板を載置する平行平板型の第2の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電力供給系と、を具備し、該真空容器内に設置された基板に薄膜を形成するプラズマCVD装置において、前記ガス噴出孔は前記原料ガスのみを噴出する複数の原料ガス噴出孔と前記希釈ガスのみを噴出する複数の希釈ガス噴出孔から構成され、かつ、該原料ガス噴出孔と該希釈ガス噴出孔は互いに空間的に異なる位置に配置されるということを特徴とする。
具体的には、排気系を備えた真空容器と、原料ガスの供給源及び該原料ガスを希釈する希釈ガスの供給源と、該原料ガス及び該希釈ガスを該真空容器に導入するガス導入管と、
該原料ガス及び該希釈ガスを噴出するガス噴出孔を有する電気的に非接地の平行平板型の第1の電極及び基板を載置する平行平板型の第2の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電力供給系と、を具備し、該真空容器内に設置された基板に薄膜を形成するプラズマCVD装置において、前記ガス噴出孔は前記原料ガスのみを噴出する複数の原料ガス噴出孔と前記希釈ガスのみを噴出する複数の希釈ガス噴出孔から構成され、前記第1の電極の第2の電極に対向する対向面に多数の溝が設置されるとともに、該希釈ガス噴出孔は該多数の溝の底面に配置され、かつ、該原料ガス噴出孔は該多数の溝の開口部の縁の近傍に配置されるということを特徴とする。
また、排気系を備えた真空容器と、原料ガスの供給源及び該原料ガスを希釈する希釈ガスの供給源と、該原料ガス及び該希釈ガスを該真空容器に導入するガス導入管と、該原料ガス及び該希釈ガスを噴出するガス噴出孔を有する電気的に非接地の平行平板型の第1の電極及び基板を載置する平行平板型の第2の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電力供給系と、を具備し、該真空容器内に設置された基板に膜を形成するプラズマCVD装置を用いてシリコン系膜を製造する方法であって、前記ガス噴出孔を前記原料ガスのみを噴出する複数の原料ガス噴出孔と前記希釈ガスのみを噴出する複数の希釈ガス噴出孔から構成し、かつ、該原料ガス噴出孔と該希釈ガス噴出孔を第2の電極表面の法線方向での距離で見て互いに異なる位置に配置させるとともに、隣り合う該原料ガス噴出孔と該希釈ガス噴出孔を接近して配置させることにより、該原料ガスと該希釈ガスの混合を促進させるようにしたということを特徴とする。
これにより、従来の装置方法では困難視されている高品質膜シリコン系膜の形成が可能となる。
The plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention has the following characteristics.
A vacuum vessel provided with an exhaust system, a source gas supply source and a dilution gas source source for diluting the source gas, a gas introduction pipe for introducing the source gas and the dilution gas into the vacuum vessel, and the source gas And a pair of electrodes comprising a first electrode of an electrically non-grounded parallel plate type having a gas ejection hole for ejecting the dilution gas and a second electrode of a parallel plate type on which a substrate is placed, and the pair A high-frequency power supply system that supplies high-frequency power to the electrode, and a plasma CVD apparatus that forms a thin film on a substrate installed in the vacuum vessel, wherein the gas ejection holes are a plurality of the plurality of material gases that eject only the source gas It is composed of a source gas ejection hole and a plurality of dilution gas ejection holes for ejecting only the dilution gas, and the source gas ejection hole and the dilution gas ejection hole are arranged at spatially different positions. And
Specifically, a vacuum vessel provided with an exhaust system, a source gas supply source, a dilution gas supply source for diluting the source gas, and a gas introduction pipe for introducing the source gas and the dilution gas into the vacuum vessel When,
A pair of electrodes including a first electrode of an electrically non-grounded parallel plate type having a gas ejection hole for ejecting the source gas and the dilution gas, and a second electrode of a parallel plate type on which a substrate is placed; A high-frequency power supply system that supplies high-frequency power to the pair of electrodes, and a gas CVD apparatus that forms a thin film on a substrate installed in the vacuum vessel, wherein the gas ejection holes eject only the source gas A plurality of source gas ejection holes and a plurality of dilution gas ejection holes for ejecting only the dilution gas, and a plurality of grooves are provided on the opposing surface of the first electrode facing the second electrode, The dilution gas ejection holes are disposed on the bottom surfaces of the plurality of grooves, and the source gas ejection holes are disposed in the vicinity of the edges of the openings of the plurality of grooves.
A vacuum vessel provided with an exhaust system; a source gas supply source; a dilution gas supply source for diluting the source gas; a gas introduction pipe for introducing the source gas and the dilution gas into the vacuum vessel; A pair of electrodes comprising a first electrode of an electrically non-grounded parallel plate type having a gas ejection hole for ejecting the source gas and the dilution gas and a second electrode of a parallel plate type on which the substrate is placed; A high-frequency power supply system that supplies high-frequency power to a pair of electrodes, and a method of manufacturing a silicon-based film using a plasma CVD apparatus that forms a film on a substrate installed in the vacuum vessel, The gas ejection hole is composed of a plurality of source gas ejection holes for ejecting only the source gas and a plurality of dilution gas ejection holes for ejecting only the dilution gas, and the source gas ejection hole and the dilution gas ejection hole Distance in the normal direction of the second electrode surface In addition to arranging the source gas ejection holes and the dilution gas ejection holes close to each other, the mixing of the source gas and the dilution gas is promoted. It is characterized by.
As a result, it is possible to form a high-quality silicon film that is considered difficult in the conventional apparatus method.

従来の装置を用いる方法では、高い圧力条件でシランガスと水素ガスの混合ガスをプラズマ化して製膜する場合、供給電力を増大させて、即ち、プラズマの電子温度を高くして(9.47eV以上のエネルギーを持つ電子を発生させて)高密度のプラズマを生成させると、シランガスと水素ガスの混合ガスの高密度プラズマ化により、SiH、SiH、SiH、Si、及びHラジカル等のラジカルが大量に発生し、高速製膜の条件が整う。しかし、その条件は基板表面の近傍及び基板表面のみならず、成膜室全体に及ぶ。
その結果、生成されたラジカル同志の反応が必要以上に広い反応空間の中で、必要以上に長い反応時間で反応が起こるので、副作用として膜質を悪くする反応が起こる。その為、高品質膜の形成に必要な下記(a)〜(d)の反応に加えて、粗悪な膜を形成するSiHに関する反応(e)と(f)が強く起こる。
In a method using a conventional apparatus, when a film is formed by plasma formation of a mixed gas of silane gas and hydrogen gas under high pressure conditions, the supply power is increased, that is, the electron temperature of the plasma is increased (9.47 eV or more). When high-density plasma is generated (by generating electrons having the energy of), radicals such as SiH 3 , SiH 2 , SiH, Si, and H radicals are generated by the high-density plasma of the mixed gas of silane gas and hydrogen gas. It occurs in large quantities and the conditions for high-speed film formation are met. However, the condition covers not only the vicinity of the substrate surface and the substrate surface but also the entire film formation chamber.
As a result, the reaction between the generated radicals takes place in an unnecessarily wide reaction space with a reaction time longer than necessary, resulting in a reaction that deteriorates the film quality as a side effect. Therefore, in addition to the following reactions (a) to (d) necessary for forming a high-quality film, reactions (e) and (f) relating to SiH 2 forming a poor film strongly occur.

(高品質膜の形成に必要な反応)
(a)SiH→H+SiH(8.75ev以上9.47eV以下のエネルギーを持つ電子の衝突により、多量のHと多量SiHを生成):SiH濃度の増大により、高品質シリコン系膜形成が容易に可能となる条件が成立。
(b)H→H+H(多量の原子状Hを生成):H原子濃度の増大により、微結晶シリコン膜の形成が容易に可能となる条件が成立。
(c)H+SiH→H+SiH(多量のHと多量SiHを生成):SiH濃度の増大により、高品質シリコン系膜形成が容易に可能となる条件が成立。
(d)SiH+H→SiH(多量のSiHを消滅):SiH濃度の減少により、ジシラン(SiH+SiH→Si)及びトリシラン(SiH+Si→Si)等のダスト(パウダー)形成要因が除去される条件が成立。
(粗悪な膜を形成する反応)
(e)SiH→H+SiH(9.47eV以上のエネルギーを持つ電子の衝突により、多量SiHを生成):SiHラジカルの濃度が増大し、ジシラン(SiH+SiH→Si)、トリシラン(SiH+Si→Si)及びテトラシラン(SiH+Si→Si10)等からなるパウダーが生成されるという条件が成立。
(f)SiH→H+H+SiH(多量SiHを生成):SiHラジカルの濃度が増大し、ジシラン(SiH+SiH→Si)、トリシラン(SiH+Si→Si)及びテトラシラン(SiH+Si→Si10)等からなるパウダーが生成されるという条件が成立。
なお、従来の装置は、主として、上記(e)と(f)の反応に起因する問題を抱えており、高品質膜の高速製膜化ができないのである。
(Reaction required for the formation of high-quality films)
(A) SiH 4 → H + SiH 3 (A large amount of H and a large amount of SiH 3 are generated by collision of electrons having an energy of 8.75 ev or more and 9.47 eV or less): Formation of a high-quality silicon-based film by increasing the SiH 3 concentration The condition that makes this possible easily is established.
(B) H 2 → H + H (generates a large amount of atomic H): The condition that the microcrystalline silicon film can be easily formed by increasing the H atom concentration is established.
(C) H + SiH 4 → H 2 + SiH 3 (generates a large amount of H 2 and a large amount of SiH 3 ): The condition that the high-quality silicon-based film can be easily formed by increasing the SiH 3 concentration is established.
(D) SiH 2 + H 2 → SiH 4 (disappears a large amount of SiH 2 ): Disilane (SiH 2 + SiH 4 → Si 2 H 6 ) and trisilane (SiH 2 + Si 2 H 6 → Si 3 ) due to the decrease in SiH 2 concentration. Conditions for removing dust (powder) formation factors such as H 8 ) are established.
(Reaction to form a poor film)
(E) SiH 4 → H 2 + SiH 2 (a large amount of SiH 2 is generated by collision of electrons having an energy of 9.47 eV or more): the concentration of SiH 2 radicals increases, and disilane (SiH 2 + SiH 4 → Si 2 H 6 ), the condition that powder made of trisilane (SiH 2 + Si 2 H 6 → Si 3 H 8 ), tetrasilane (SiH 2 + Si 3 H 8 → Si 4 H 10 ), etc. is formed.
(F) SiH 4 → H + H + SiH 2 (produces a large amount of SiH 2 ): The concentration of SiH 2 radicals increases, and disilane (SiH 2 + SiH 4 → Si 2 H 6 ), trisilane (SiH 2 + Si 2 H 6 → Si 3 H) 8 ) and tetrasilane (SiH 2 + Si 3 H 8 → Si 4 H 10 ) are formed.
The conventional apparatus mainly has problems due to the reactions (e) and (f) described above, and a high-quality film cannot be formed at high speed.

これに対して、本実施例では、上述したように、条件1、条件2及び条件3が満たされる。
すなわち、条件1:高濃度のH原子を生成する条件を満たすこと。これにより、H→H+H(多量の原子状Hを生成)の反応、及び多量の励起されたHの生成についての反応が起こるという条件が整う。
条件2:高濃度のSiHを生成する条件を満たすこと。これにより、SiH→H+SiH、及びH+SiH→H+SiHの反応が起こり易い。
条件3:パウダー生成の主要因であるSiHラジカルを減少させる条件を満たすこと。これにより、SiH濃度が減少するので、ジシラン(SiH+SiH→Si)及びトリシラン(SiH+Si→Si)等のダスト(パウダー)は形成されにくくなる。
これにより、従来装置に比べて、上記(a)〜(d)の反応が起こり易くなる。その結果、SiHの発生を抑制する形で、シリコン系膜を形成可能である。
On the other hand, in the present embodiment, as described above, Condition 1, Condition 2, and Condition 3 are satisfied.
That is, the condition 1: the condition for generating a high concentration of H atoms is satisfied. As a result, the condition that the reaction of H 2 → H + H (producing a large amount of atomic H) and the reaction of generating a large amount of excited H 2 occurs.
Condition 2: A condition for generating high-concentration SiH 3 is satisfied. Thereby, the reaction of SiH 4 → H + SiH 3 and H + SiH 4 → H 2 + SiH 3 is likely to occur.
Condition 3: satisfying the condition for reducing SiH 2 radicals, which are the main factors for powder generation. Thereby, since the SiH 2 concentration is reduced, dust (powder) such as disilane (SiH 2 + SiH 4 → Si 2 H 6 ) and trisilane (SiH 2 + Si 2 H 6 → Si 3 H 8 ) is hardly formed.
Thereby, the reactions (a) to (d) are more likely to occur than in the conventional apparatus. As a result, a silicon-based film can be formed while suppressing the generation of SiH 2 .

(実施例2)
本発明の第2の実施形態に係わるプラズマCVD装置及びプラズマCVD装置を用いたシリコン系膜の製造方法について図9を参照して説明する。図1〜図3も参照する。
(Example 2)
A plasma CVD apparatus and a silicon film manufacturing method using the plasma CVD apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Reference is also made to FIGS.

図9は本発明の第2の実施形態に係わるプラズマCVD装置に用いられる第1の電極2を示す模式的な断面図である。
なお、本発明の第2の実施形態に係わるプラズマCVD装置及びプラズマCVD装置を用いたシリコン系膜の製造方法は、上述の本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置及びプラズマCVD装置を用いたシリコン系膜の製造方法で用いた第1の電極2に代えて、図9図示の第2の電極を用いるものである。
FIG. 9 is a schematic sectional view showing the first electrode 2 used in the plasma CVD apparatus according to the second embodiment of the present invention.
The plasma CVD apparatus and the silicon film manufacturing method using the plasma CVD apparatus according to the second embodiment of the present invention include the plasma CVD apparatus and plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention described above. Instead of the first electrode 2 used in the silicon film manufacturing method used, the second electrode shown in FIG. 9 is used.

先ず、装置の構成を、図9を参照して説明する。
符番5d、5eは原料ガス噴出孔で、第1の洞穴型ガス導入路15aから供給される原料ガスを第1及び第2の電極2、3間に噴出する。この原料ガス噴出孔5d、5eは、溝8aの側面8b上の、該溝8aの開口部の縁の近傍に設置される。その設置個数は、上述の本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置と同様である。
First, the configuration of the apparatus will be described with reference to FIG.
Reference numerals 5d and 5e denote source gas ejection holes, which eject the source gas supplied from the first cave-type gas introduction path 15a between the first and second electrodes 2 and 3, respectively. These source gas ejection holes 5d and 5e are provided in the vicinity of the edge of the opening of the groove 8a on the side surface 8b of the groove 8a. The number of installation is the same as that of the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention.

原料ガス噴出孔5d、5eが溝の側面8b上の、該溝8aの開口部の縁の近傍に設置されると、上記本発明の第1の実施形態の場合に比べて、原料ガスと希釈ガスの混合の促進の度合いが異なる。
即ち、図9において、希釈ガス噴出孔7aから噴出した希釈ガスの噴流18はプラズマ化されて第2の電極3の表面の方向へ噴出するとともに、原料ガス噴出孔5d、5eから噴出した原料ガスの噴流17は希釈ガスの噴流18に交叉するように噴出する。これにより、両者の混合は促進される。
その結果、例えば、原料ガスがシランガス、希釈ガスが水素の場合、多量のH、励起されたH等を含む水素プラズマと、Si、SiHラジカル等を含むシランガスプラズマが
互いに押し合う形で混合する。
つまり、希釈ガス噴出孔7aから噴出した水素ガスプラズマが、原料ガス噴出孔5d、5eから噴出したシランガスを、第2の電極3の表面側へ押し出す形で接触するので、原料ガスと希釈ガスの混合が混合領域19で促進される。この原料ガスと希釈ガスの混合促進は、次に示す反応(a)〜(d)を促進させるという作用を生む。
即ち、原料ガスと希釈ガスの混合促進の結果、従来の装置に比べて、次の反応が顕著になる。
(a)SiH→H+SiH(8.75ev以上9.47eV以下のエネルギーを持つ電子の衝突により、多量のHと多量SiHを生成):SiH濃度の増大により、高品質シリコン系膜形成が容易に可能となる条件が成立。
(b)多量の原子状Hを生成され(H→H+H)るので、H原子濃度が増大し、微結晶シリコン膜の形成が容易に可能となる条件が成立する。
(c)多量のHと多量SiHが反応(H+SiH→H+SiH)し、多量のSiHが発生し、高品質シリコン系膜形成が容易に可能となる条件が成立する。
(d)多量のSiHを消滅させる反応、即ち、SiH+H→SiHが起こり、SiH濃度が減少する。これにより、ジシラン(SiH+SiH→Si)及びトリシラン(SiH+Si→Si)等のダスト(パウダー)形成要因が除去される条件が成立する。
When the source gas ejection holes 5d and 5e are installed on the side surface 8b of the groove in the vicinity of the edge of the opening of the groove 8a, the source gas and the dilution gas are diluted as compared with the case of the first embodiment of the present invention. The degree of promotion of gas mixing is different.
That is, in FIG. 9, the diluted gas jet 18 ejected from the diluent gas ejection hole 7a is turned into plasma and ejected toward the surface of the second electrode 3, and the source gas ejected from the source gas ejection holes 5d and 5e. The jet 17 is jetted so as to cross the dilution gas jet 18. Thereby, mixing of both is accelerated | stimulated.
As a result, for example, when the source gas is silane gas and the dilution gas is hydrogen, a hydrogen plasma containing a large amount of H, excited H 2 , etc. and a silane gas plasma containing Si, SiH 3 radicals, etc. are mixed with each other. To do.
That is, since the hydrogen gas plasma ejected from the dilution gas ejection hole 7a contacts the silane gas ejected from the source gas ejection holes 5d and 5e in the form of pushing out to the surface side of the second electrode 3, the source gas and the dilution gas Mixing is facilitated in the mixing zone 19. This promotion of mixing of the source gas and the dilution gas has the effect of promoting the following reactions (a) to (d).
That is, as a result of promoting the mixing of the raw material gas and the dilution gas, the following reaction becomes remarkable as compared with the conventional apparatus.
(A) SiH 4 → H + SiH 3 (A large amount of H and a large amount of SiH 3 are generated by collision of electrons having an energy of 8.75 ev or more and 9.47 eV or less): Formation of a high-quality silicon-based film by increasing the SiH 3 concentration The condition that makes this possible easily is established.
(B) Since a large amount of atomic H is generated (H 2 → H + H), the condition that the H atom concentration increases and the microcrystalline silicon film can be easily formed is established.
(C) A large amount of H and a large amount of SiH 4 react (H + SiH 4 → H 2 + SiH 3 ) to generate a large amount of SiH 3 , thereby satisfying the condition that a high quality silicon-based film can be easily formed.
(D) Reaction for eliminating a large amount of SiH 2, that is, SiH 2 + H 2 → SiH 4 occurs, and the SiH 2 concentration decreases. Thereby, conditions for removing dust (powder) forming factors such as disilane (SiH 2 + SiH 4 → Si 2 H 6 ) and trisilane (SiH 2 + Si 2 H 6 → Si 3 H 8 ) are established.

なお、図9図示の第1の電極2を用いたプラズマCVD装置により集積化タンデム型薄膜太陽電池用i型微結晶シリコン膜を製膜する方法は、上述の本発明の第1の実施形態の場合と同様であるので、その説明を省略する。   The method for forming an i-type microcrystalline silicon film for an integrated tandem-type thin film solar cell using a plasma CVD apparatus using the first electrode 2 shown in FIG. 9 is the same as that of the first embodiment of the present invention described above. Since this is the same as the case, the description thereof is omitted.

(実施例3)
本発明の第3の実施形態に係わるプラズマCVD装置及びプラズマCVD装置を用いたシリコン系膜の製造方法について、図10を参照して説明する。図1〜図3も参照する。
図10は本発明の第3の実施形態に係わるプラズマCVD装置に用いられる第1の電極2を示す模式的な断面図である。
本実施例3でのプラズマCVD装置の装置構成上の特徴は、上述の実施例1において第1の電極2に設置される溝8aの断面形状が矩形であるのに対して、実施例3の場合は断面形状が波形であることである。
(Example 3)
A plasma CVD apparatus according to the third embodiment of the present invention and a silicon film manufacturing method using the plasma CVD apparatus will be described with reference to FIG. Reference is also made to FIGS.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the first electrode 2 used in the plasma CVD apparatus according to the third embodiment of the present invention.
The characteristics of the plasma CVD apparatus according to the third embodiment are characterized in that the cross-sectional shape of the groove 8a installed in the first electrode 2 in the first embodiment is rectangular, whereas In this case, the cross-sectional shape is a waveform.

符番8cは第1電極2の第2電極3側の表面に設けられる凹部、即ち溝である。なお、ここでは、凹部と溝を同様の意味で使うことにする。
この凹部8cはY方向に延在する断面形状が波形の溝で、溝の深さH1は3〜15mm程度で、例えば6mmである。そして、その凹部8cの幅は、W2を有する。その幅W2は、6mm〜15mm程度、例えばW2=6mmとする。
なお、この凹部8cには希釈ガス噴出孔7aが設置される。
また、この波形の凹部8cは、例えばフライス盤、あるいは平削盤で加工し、製作される。
Reference numeral 8 c is a recess, that is, a groove provided on the surface of the first electrode 2 on the second electrode 3 side. Here, the concave portion and the groove are used in the same meaning.
The recess 8c is a groove having a corrugated cross-sectional shape extending in the Y direction, and the depth H1 of the groove is about 3 to 15 mm, for example, 6 mm. And the width | variety of the recessed part 8c has W2. The width W2 is about 6 mm to 15 mm, for example, W2 = 6 mm.
A dilution gas ejection hole 7a is provided in the recess 8c.
Further, the corrugated recess 8c is manufactured by processing with a milling machine or a planer, for example.

符番6cは、第1電極2の第2電極3側の表面に設けられる凸部である。この凸部6cは凹部8cに挟まれている。凸部6cの幅はW4で、凹部8cの幅W2と同じである。その幅W4は、6mm〜15mm程度、例えばW4=6mmとする。凸部6cの高さH2は凹部8cの高さH1と同じである。
なお、電極のサイズが、例えば、1206mmx1206mmで、凹部8cの幅W2=6mmで、凸部6cの幅W4=6mmの場合、凸部6cの個数はX方向に101列である。
Reference numeral 6 c is a convex portion provided on the surface of the first electrode 2 on the second electrode 3 side. The convex portion 6c is sandwiched between the concave portions 8c. The width of the convex portion 6c is W4, which is the same as the width W2 of the concave portion 8c. The width W4 is about 6 mm to 15 mm, for example, W4 = 6 mm. The height H2 of the convex portion 6c is the same as the height H1 of the concave portion 8c.
When the size of the electrode is, for example, 1206 mm × 1206 mm, the width W2 of the concave portion 8c is 6 mm, and the width W4 of the convex portion 6c is 6 mm, the number of the convex portions 6c is 101 rows in the X direction.

実施例3においては、上記特徴以外は、実施例1の場合とほぼ同様であるので、詳細な説明は省略する。
なお、実際の応用に際しては、本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置を用いる場合、凹部の断面形状が矩形であり角を有することから、圧力条件によっては異常放電が誘起されることがある。これに対して、本発明の第3の実施形態に係わるプラズマCVD装置を用いる場合、断面形状が波形であり、角が無いのでプラズマ生成が柔らかであり、シリコン系膜の形成に適していると、考えられる。
Since the third embodiment is substantially the same as the first embodiment except for the above-described features, detailed description thereof is omitted.
In actual application, when the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention is used, abnormal discharge is induced depending on pressure conditions because the cross-sectional shape of the recess is rectangular and has a corner. There is. On the other hand, when the plasma CVD apparatus according to the third embodiment of the present invention is used, the cross-sectional shape is corrugated, and since there are no corners, plasma generation is soft and suitable for forming a silicon-based film. ,Conceivable.

(実施例4)
本発明の第4の実施形態に係わるプラズマCVD装置及びプラズマCVD装置を用いたシリコン系膜の製造方法について、図11を参照して説明する。図1〜図3も参照する。
図11は本発明の第4の実施形態に係わるプラズマCVD装置に用いられる第1の電極2を示す模式的な断面図である。
本実施例4でのプラズマCVD装置の装置構成上の特徴は、上述の実施例1において第1の電極2に設置される凹部、即ち溝の断面形状が矩形であるのに対して、実施例4の場合は断面形状が台形であることである。
Example 4
A plasma CVD apparatus according to the fourth embodiment of the present invention and a silicon-based film manufacturing method using the plasma CVD apparatus will be described with reference to FIG. Reference is also made to FIGS.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the first electrode 2 used in the plasma CVD apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
The characteristic of the apparatus configuration of the plasma CVD apparatus according to the fourth embodiment is that the cross-sectional shape of the recess, that is, the groove installed in the first electrode 2 in the first embodiment described above is rectangular. In the case of 4, the cross-sectional shape is a trapezoid.

符番8dは第1電極2の第2電極3側の表面に設けられる凹部、即ち溝である。なお、ここでは、凹部と溝を同様の意味で使うことにする。
この凹部8dはY方向に延在する断面形状が台形の溝で、溝の深さH1は3〜15mm程度で、例えば6mmである。そして、その凹部8dの幅はW2を有する。その幅W2は、6mm〜15mm程度、例えばW2=6mmとする。
なお、この凹部8dには希釈ガス噴出孔7aが設置される。
また、この台形の凹部8dは、例えばフライス盤、あるいは平削盤で加工し、製作される。
Reference numeral 8d denotes a recess, that is, a groove provided on the surface of the first electrode 2 on the second electrode 3 side. Here, the concave portion and the groove are used in the same meaning.
The recess 8d is a groove having a trapezoidal cross section extending in the Y direction, and the depth H1 of the groove is about 3 to 15 mm, for example, 6 mm. The width of the recess 8d has W2. The width W2 is about 6 mm to 15 mm, for example, W2 = 6 mm.
A dilution gas ejection hole 7a is provided in the recess 8d.
Further, the trapezoidal concave portion 8d is manufactured by processing, for example, with a milling machine or a planer.

符番6dは、第1電極2の対向面6に設けられる凸部である。この凸部6dは凹部8bに挟まれている。凸部6dの幅はW4で、凹部8dの幅W2と同じである。その幅W4は、6mm〜15mm程度、例えばW4=6mmとする。凸部6dの高さH2は凹部8dの高さH1と同じである。
なお、電極のサイズが、例えば、1206mmx1206mmで、凹部8dの幅W2=6mmで、凸部6dの幅W4=6mmの場合、凸部6dの個数はX方向に101列である。
Reference numeral 6 d is a convex portion provided on the facing surface 6 of the first electrode 2. The convex portion 6d is sandwiched between the concave portions 8b. The width of the convex portion 6d is W4, which is the same as the width W2 of the concave portion 8d. The width W4 is about 6 mm to 15 mm, for example, W4 = 6 mm. The height H2 of the convex portion 6d is the same as the height H1 of the concave portion 8d.
For example, when the electrode size is 1206 mm × 1206 mm, the width W2 of the concave portion 8d is 6 mm, and the width W4 of the convex portion 6d is 6 mm, the number of the convex portions 6d is 101 rows in the X direction.

実施例4においては、上記特徴以外は、実施例1の場合とほぼ同様であるので、詳細な説明は省略する。
なお、実際の応用に際しては、本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置を用いる場合、凹部の断面形状が矩形であり、角を有することから、圧力条件によっては異常放電が誘起されることがある。これに対して、本発明の第4の実施形態に係わるプラズマCVD装置を用いる場合、断面形状が台形であるので、同様に、角を有する。したがって、圧力条件によっては異常放電が誘起されることがある。
本発明の第4の実施形態に係わるプラズマCVD装置は、凹凸部に角を有するので、その角の部分での電界強度が強くなり、放電が容易に起こるという特徴を有する。したがって、一般的に安定した放電の持続が困難視される高圧力条件での用途に適していると、考えられる。
Since the fourth embodiment is substantially the same as the first embodiment except for the above features, a detailed description is omitted.
In actual application, when the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention is used, since the sectional shape of the recess is rectangular and has a corner, abnormal discharge is induced depending on pressure conditions. Sometimes. On the other hand, when the plasma CVD apparatus according to the fourth embodiment of the present invention is used, since the cross-sectional shape is a trapezoid, it similarly has corners. Therefore, abnormal discharge may be induced depending on pressure conditions.
Since the plasma CVD apparatus according to the fourth embodiment of the present invention has corners in the concavo-convex part, the electric field strength at the corners becomes strong and discharge easily occurs. Therefore, it is considered that it is suitable for applications under high pressure conditions where it is generally difficult to maintain stable discharge.

(実施例5)
本発明の第5の実施形態に係わるプラズマCVD装置及びプラズマCVD装置を用いたシリコン系膜の製造方法について、図12を参照して説明する。図1〜図3も参照する。
図12は本発明の第5の実施形態に係わるプラズマCVD装置に用いられる第1の電極2を示す模式的な断面図である。
本実施例5でのプラズマCVD装置の装置構成上の特徴は、上述の実施例1において第1の電極2に設置される凹部、即ち溝の断面形状が矩形であるのに対して、実施例5の場合は断面形状が鋸歯形であることである。
(Example 5)
A plasma CVD apparatus and a silicon film manufacturing method using the plasma CVD apparatus according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Reference is also made to FIGS.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing the first electrode 2 used in the plasma CVD apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
The characteristics of the plasma CVD apparatus according to the fifth embodiment are characterized in that the recesses, that is, the grooves formed in the first electrode 2 in the first embodiment have a rectangular cross-sectional shape. In the case of 5, the cross-sectional shape is a sawtooth shape.

符番8eは第1電極2の第2電極3側の表面に設けられる凹部、即ち溝である。なお、ここでは、凹部と溝を同様の意味で使うことにする。
この凹部はY方向に延在する断面形状が鋸歯形の溝で、溝の深さH1は3〜15mm程度で、例えば6mmである。そして、その凹部8dの幅はW2を有する。その幅W2は、6mm〜15mm程度、例えばW2=6mmとする。
なお、この凹部8eには希釈ガス噴出孔7aが設置される。
また、この鋸歯形の凹部8eは、例えばフライス盤、あるいは平削盤で加工し、製作される。
Reference numeral 8 e is a recess, that is, a groove provided on the surface of the first electrode 2 on the second electrode 3 side. Here, the concave portion and the groove are used in the same meaning.
This recess is a groove having a sawtooth cross section extending in the Y direction, and the depth H1 of the groove is about 3 to 15 mm, for example, 6 mm. The width of the recess 8d has W2. The width W2 is about 6 mm to 15 mm, for example, W2 = 6 mm.
A dilution gas ejection hole 7a is provided in the recess 8e.
The sawtooth-shaped recess 8e is manufactured by processing with a milling machine or a planer, for example.

符番6eは、第1電極2の第2電極3側の表面に設けられる凸部である。この凸部6eは凹部8eに挟まれている。凸部6eの幅はW4で、凹部8eの幅W2と同じである。その幅W4は、6mm〜15mm程度、例えばW4=6mmとする。凸部6eの高さH2は凹部8dの高さH1と同じである。
なお、電極のサイズが、例えば、1206mmx1206mmで、凹部8eの幅W2=6mmで、凸部6eの幅W4=6mmの場合、凸部6eの個数はX方向に101列である。
Reference numeral 6 e is a convex portion provided on the surface of the first electrode 2 on the second electrode 3 side. The convex portion 6e is sandwiched between the concave portions 8e. The width of the convex portion 6e is W4, which is the same as the width W2 of the concave portion 8e. The width W4 is about 6 mm to 15 mm, for example, W4 = 6 mm. The height H2 of the convex portion 6e is the same as the height H1 of the concave portion 8d.
For example, when the electrode size is 1206 mm × 1206 mm, the width W2 of the concave portion 8e is 6 mm, and the width W4 of the convex portion 6e is 6 mm, the number of the convex portions 6e is 101 rows in the X direction.

実施例5においては、上記特徴以外は、実施例1の場合とほぼ同様であるので、詳細な説明は省略する。
なお、実際の応用に際しては、本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置を用いる場合、凹部の断面形状が矩形であるので圧力条件によっては異常放電が誘起されることがある。これに対して、本発明の第5の実施形態に係わるプラズマCVD装置を用いる場合、断面形状が鋸歯形であるので、同様に、あるいはそれ以上に、圧力条件によっては異常放電が誘起されることがある。
本発明の第5の実施形態に係わるプラズマCVD装置は、凸部に三角形の角を有するので、その角の部分での電界強度が強くなり、放電が容易に起こるという特徴を有する。したがって、一般的に安定した放電の持続が困難視される高圧力条件での用途に適していると、考えられる。
Since the fifth embodiment is substantially the same as the first embodiment except for the above-described features, detailed description thereof is omitted.
In actual application, when the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention is used, abnormal discharge may be induced depending on pressure conditions because the cross-sectional shape of the recess is rectangular. On the other hand, when the plasma CVD apparatus according to the fifth embodiment of the present invention is used, since the cross-sectional shape is a sawtooth shape, abnormal discharge is induced depending on pressure conditions in the same manner or more. There is.
The plasma CVD apparatus according to the fifth embodiment of the present invention has a feature that since the convex portion has a triangular corner, the electric field strength at the corner is increased, and discharge easily occurs. Therefore, it is considered that it is suitable for applications under high pressure conditions where it is generally difficult to maintain stable discharge.

(実施例6)
本発明の第6の実施形態に係わるプラズマCVD装置及びプラズマCVD装置を用いたシリコン系膜の製造方法を図13及び図14を参照して説明する。図1〜図3も参照する。
(Example 6)
A plasma CVD apparatus and a silicon film manufacturing method using the plasma CVD apparatus according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Reference is also made to FIGS.

図13は本発明の第6の実施形態に係わるプラズマCVD装置に用いられる第1の電極2を示す模式的な平面図(基板側から見た平面図)である。図14は図13のF1−F1線の断面図である。   FIG. 13 is a schematic plan view (plan view seen from the substrate side) showing the first electrode 2 used in the plasma CVD apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. 14 is a cross-sectional view taken along line F1-F1 of FIG.

装置の構成を、図13及び図14を参照して説明する。なお、図13及び図14において、説明の便宜上、上述の本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置の説明と同様に、図に示している座標(X、Y、Z)を参照する。
本発明の第6の実施形態に係わるプラズマCVD装置では、前述の本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置に用いられた第1の電極2に設置されている矩形断面の溝に代えて、多数の円筒形の穴が用いられる。
The configuration of the apparatus will be described with reference to FIGS. In FIG. 13 and FIG. 14, for convenience of explanation, the coordinates (X, Y, Z) shown in the drawings are referred to as in the description of the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention described above. .
In the plasma CVD apparatus according to the sixth embodiment of the present invention, instead of the rectangular cross-sectional groove installed on the first electrode 2 used in the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention described above. Thus, a large number of cylindrical holes are used.

符番8fは、第1の電極2に設けられた円筒状の凹部、即ち穴である。なお、ここでは、凹部と穴を同様の意味で使うことにする。
この穴8fは直径2〜20mm、例えば5mmである。その深さは3〜20mm、例えば5mmである。
この穴8fは多数、設置される。設置に際しては、隣り合う間隔が5mm〜50mm、例えば20mmとする。
この穴8fは、一般に知られているホローカソード放電を起こす形を有するので、後述の希釈ガス噴出孔7aとの組み合わせにより、ホローカソード放電を起こす可能性が高い。これにより、希釈ガスの高密度プラズマの生成が期待される。
A reference numeral 8 f is a cylindrical recess provided in the first electrode 2, that is, a hole. Here, the concave portion and the hole are used in the same meaning.
The hole 8f has a diameter of 2 to 20 mm, for example, 5 mm. Its depth is 3 to 20 mm, for example 5 mm.
Many holes 8f are installed. At the time of installation, the adjacent interval is 5 mm to 50 mm, for example, 20 mm.
Since the hole 8f has a shape that causes a generally known hollow cathode discharge, there is a high possibility of causing a hollow cathode discharge by combination with a diluting gas ejection hole 7a described later. Thereby, generation of high-density plasma of dilution gas is expected.

符番7aは希釈ガス噴出孔で、多数個ある全ての穴8fの底面に、設置される。なお、図13及び図14には1個の穴8fに1個の希釈ガス噴出孔7aを示しているが、複数個の希釈ガス噴出孔7aを設置しても良い。
この希釈ガス噴出孔7aは、前述の実施例1と同様に、第2の洞穴型ガス導入路15bから供給される水素ガスHを第1及び第2の電極2、3間に噴出する。
噴出した希釈ガスは、排気管16a、16bから図示しない真空ポンプにより真空容器1の外部へ排出される。
Reference numeral 7a denotes a dilution gas ejection hole, which is installed on the bottom surface of all the many holes 8f. Although FIG. 13 and FIG. 14 show one dilution gas ejection hole 7a in one hole 8f, a plurality of dilution gas ejection holes 7a may be provided.
This dilution gas ejection hole 7 a ejects hydrogen gas H 2 supplied from the second cave-type gas introduction path 15 b between the first and second electrodes 2 and 3, as in the first embodiment.
The jetted dilution gas is discharged from the exhaust pipes 16a and 16b to the outside of the vacuum vessel 1 by a vacuum pump (not shown).

希釈ガス噴出孔7aは第1の電極2の穴8fに配置され、後述の原料ガス噴出孔5b、5cは第1の電極2aの平坦部6fに配置されるので、原料ガス噴出孔5b、5cと第2の電極3の表面の間の距離は希釈ガス噴出孔7aと第2の電極3の表面の間の距離に比べて、短い。この距離の違いにより、一対の電極2、間でのプラズマ生成プロセスで、次の作用がある。
即ち、原料ガス噴出孔5b、5cから噴出した原料ガスがプラズマに曝される時間は、希釈ガス噴出孔7aから噴出した希釈ガスがプラズマに曝される時間よりも短じかくなる。その結果、SiHガスの過度のプラズマ分解及び解離が起こらないという条件が整う。
また、希釈ガス噴出孔7aから噴出した希釈ガスがプラズマに曝される時間は、原料ガス噴出孔5b、5cから噴出した原料ガスがプラズマに曝される時間よりも長くなる。その結果、H→H+H(多量の原子状Hを生成)の反応が起こるという条件が整う。
The dilution gas ejection hole 7a is disposed in the hole 8f of the first electrode 2, and the later-described source gas ejection holes 5b and 5c are disposed in the flat portion 6f of the first electrode 2a. The distance between the surface of the second electrode 3 and the surface of the second electrode 3 is shorter than the distance between the dilution gas ejection hole 7 a and the surface of the second electrode 3. Due to this difference in distance, the plasma generation process between the pair of electrodes 2 has the following effects.
That is, the time during which the source gas ejected from the source gas ejection holes 5b and 5c is exposed to the plasma is shorter than the time during which the dilution gas ejected from the dilution gas ejection hole 7a is exposed to the plasma. As a result, the condition that excessive plasma decomposition and dissociation of the SiH 4 gas does not occur.
Further, the time during which the diluted gas ejected from the diluent gas ejection hole 7a is exposed to the plasma is longer than the time during which the source gas ejected from the source gas ejection holes 5b, 5c is exposed to the plasma. As a result, the condition that a reaction of H 2 → H + H (a large amount of atomic H is generated) occurs.

符番6fは、第1の電極2の対向面であり、平坦部である。この平坦部6fは第1の電極2の対向面6に設けられた穴8f以外の平坦部である。   Reference numeral 6f is a surface facing the first electrode 2 and is a flat portion. The flat portion 6f is a flat portion other than the hole 8f provided in the facing surface 6 of the first electrode 2.

符番5b、5cは原料ガス噴出孔で、前述の実施例1と同様のもので、第1電極2の平坦部6fに設置される。ただし、原料ガス噴出孔5b、5cは、図13、図14に示すように、平坦部6fの希釈ガス噴出孔7aの近傍に複数個、例えば2個を1組にして設置される。なお、複数組の原料ガス噴出孔5b、5cの設置位置は、Y方向で見ると、図13に示すように、略等間隔に、5mm〜20mmの範囲で、例えば12mm間隔とする。
噴出した原料ガスは、排気管16a、16bから図示しない真空ポンプにより真空容器1の外部へ排出される。
また、原料ガス噴出孔5b、5cは、図13、図14に示すように、円筒状の穴8fの縁の近くに設置され、原料ガスの噴流17と希釈ガスの噴流18が交差するように設置される。
即ち、希釈ガス噴出孔7aから噴出した希釈ガス18は原料ガス噴出孔5b、5cから噴出した原料ガスの噴流18を第2の電極3の表面の方向へ押し出す形で接触する。その結果、原料ガスと希釈ガスの混合が促進される。
Reference numerals 5b and 5c are source gas ejection holes, which are the same as those in the first embodiment, and are installed on the flat portion 6f of the first electrode 2. However, as shown in FIGS. 13 and 14, a plurality of, for example two, source gas ejection holes 5b and 5c are installed in the vicinity of the dilution gas ejection hole 7a of the flat portion 6f. In addition, the installation positions of the plurality of sets of source gas ejection holes 5b and 5c are approximately equal intervals in the range of 5 mm to 20 mm as shown in FIG.
The ejected raw material gas is discharged from the exhaust pipes 16a and 16b to the outside of the vacuum vessel 1 by a vacuum pump (not shown).
Also, as shown in FIGS. 13 and 14, the source gas ejection holes 5b and 5c are installed near the edge of the cylindrical hole 8f so that the source gas jet 17 and the dilution gas jet 18 intersect each other. Installed.
That is, the dilution gas 18 ejected from the dilution gas ejection hole 7 a comes into contact with the source gas ejection holes 18 ejected from the source gas ejection holes 5 b and 5 c in the direction of the surface of the second electrode 3. As a result, mixing of the source gas and the dilution gas is promoted.

即ち、図13及び図14に示される装置を用いれば、水素ガスを円筒形の穴8fの中でプラズマ化して、その後に、プラズマ化されつつあるシランガスと混合させることが可能となる。その結果、原子状Hラジカル、励起されたH等の高品質膜形成に貢献するラジカルが多量に発生される。
これにより、希釈ガス噴出孔7aから噴出されてプラズマ化された水素ガスが、原料ガス噴出孔5b、5cから噴出されたシランガスをプラズマ化させながら、第2の電極3の表面の方向へ押し出す形で接触する。その結果、原料ガスと希釈ガスの混合及びプラズマ反応を促進させることが可能である。この原料ガスと希釈ガスのプラズマの混合促進は、次に示す反応(a)〜(d)を促進させるという作用を生む。
即ち、従来の装置に比べて顕著となる反応として、次の反応が顕著になる。
(a)SiH→H+SiH(8.75ev以上9.47eV以下のエネルギーを持つ電子の衝突により、多量のHと多量SiHを生成):SiH濃度の増大により、高品質シリコン系膜形成が容易に可能となる条件が成立する。
(b)H→H+H(多量の原子状Hを生成):H原子濃度の増大により、微結晶シリコン膜の形成が容易に可能となる条件が成立する。
(c)H+SiH→H+SiH(多量のSiHを生成):SiH濃度の増大により、高品質シリコン系膜形成が容易に可能となる条件が成立する。
(d)SiH+H→SiH(多量のSiHを消滅):SiH濃度の減少化させることにより、ジシラン(SiH+SiH→Si)及びトリシラン(SiH+Si→Si)等のダスト(パウダー)形成要因が除去される条件が成立する。
That is, if the apparatus shown in FIGS. 13 and 14 is used, the hydrogen gas can be converted into plasma in the cylindrical hole 8f and then mixed with the silane gas being converted into plasma. As a result, a large amount of radicals that contribute to the formation of high quality films such as atomic H radicals and excited H 2 are generated.
Thereby, the hydrogen gas jetted from the dilution gas jetting hole 7a is pushed out toward the surface of the second electrode 3 while the silane gas jetted from the source gas jetting holes 5b and 5c is turned into plasma. Contact with. As a result, it is possible to promote the mixing of the source gas and the dilution gas and the plasma reaction. The promotion of the mixing of the raw material gas and the plasma of the dilution gas has the effect of promoting the following reactions (a) to (d).
That is, the following reaction becomes significant as a reaction that becomes more significant than that of the conventional apparatus.
(A) SiH 4 → H + SiH 3 (A large amount of H and a large amount of SiH 3 are generated by collision of electrons having an energy of 8.75 ev or more and 9.47 eV or less): Formation of a high-quality silicon-based film by increasing the SiH 3 concentration A condition that makes this possible easily holds.
(B) H 2 → H + H (generates a large amount of atomic H): A condition that allows easy formation of the microcrystalline silicon film is satisfied by increasing the H atom concentration.
(C) H + SiH 4 → H 2 + SiH 3 (generates a large amount of SiH 3 ): The condition that enables high-quality silicon-based film formation is easily established by increasing the SiH 3 concentration.
(D) SiH 2 + H 2 → SiH 4 (disappears a large amount of SiH 2 ): Disilane (SiH 2 + SiH 4 → Si 2 H 6 ) and trisilane (SiH 2 + Si 2 H 6 ) by reducing the SiH 2 concentration. → Conditions for removing dust (powder) formation factors such as Si 3 H 8 ) are satisfied.

実施例6においては、上述の装置構成上の特徴及びその作用以外は、実施例1とほぼ同様であるので、装置の操作方法についての説明を省略する。
なお、実際の応用に際しては、円筒状の穴8fがホローカソード放電を起こす形を有するので、希釈ガス噴出孔7aとの組み合わせにより、ホローカソード放電を起こす可能性が高い。これにより、希釈ガスを高密度のプラズマとして生成可能である。
Since the sixth embodiment is substantially the same as the first embodiment except for the above-described apparatus configuration features and operations, description of the operation method of the apparatus will be omitted.
In actual application, since the cylindrical hole 8f has a shape that causes hollow cathode discharge, there is a high possibility of causing hollow cathode discharge in combination with the dilution gas ejection hole 7a. Thereby, the dilution gas can be generated as high-density plasma.

従来の装置を用いる方法では、高い圧力条件でシランガスと水素ガスの混合ガスをプラズマ化して製膜する場合、供給電力を増大させて、即ち、プラズマの電子温度を高くして(9.47eV以上のエネルギーを持つ電子を発生させて)高密度のプラズマを生成させると、シランガスと水素ガスの混合ガスの高密度プラズマ化により、SiH、SiH、SiH、Si、及びHラジカル等のラジカルが大量に発生し、高速製膜の条件が整う。しかし、その条件は基板表面の近傍及び基板表面のみならず、成膜室全体に及ぶ。
その結果、生成されたラジカル同志の反応が必要以上に広い反応空間の中で、必要以上に長い反応時間で反応が起こるので、副作用として膜質を悪くする反応が起こる。その為、高品質膜の形成に必要な下記(a)〜(d)の反応に加えて、粗悪な膜を形成するSiHに関する反応(e)と(f)が強く起こる。
In a method using a conventional apparatus, when a film is formed by plasma formation of a mixed gas of silane gas and hydrogen gas under high pressure conditions, the supply power is increased, that is, the electron temperature of the plasma is increased (9.47 eV or more). When high-density plasma is generated (by generating electrons having the energy of), radicals such as SiH 3 , SiH 2 , SiH, Si, and H radicals are generated by the high-density plasma of the mixed gas of silane gas and hydrogen gas. It occurs in large quantities and the conditions for high-speed film formation are met. However, the condition covers not only the vicinity of the substrate surface and the substrate surface but also the entire film formation chamber.
As a result, the reaction between the generated radicals takes place in an unnecessarily wide reaction space with a reaction time longer than necessary, resulting in a reaction that deteriorates the film quality as a side effect. Therefore, in addition to the following reactions (a) to (d) necessary for forming a high-quality film, reactions (e) and (f) relating to SiH 2 forming a poor film strongly occur.

これに対して、本実施例では、上述したように、条件1、条件2及び条件3が満たされる。
すなわち、条件1:高濃度のH原子を生成する条件を満たすこと。これにより、H→H+H(多量の原子状Hを生成)の反応、及び多量の励起されたHの生成についての反応が起こるという条件が整う。
条件2:高濃度のSiHを生成する条件を満たすこと。これにより、SiH→H+SiH、及びH+SiH→H+SiHの反応が起こり易い。
条件3:パウダー生成の主要因であるSiHラジカルを減少させる条件を満たすこと。これにより、SiH濃度が減少するので、ジシラン(SiH+SiH→Si)及びトリシラン(SiH+Si→Si)等のダスト(パウダー)は形成されにくくなる。
これにより、従来装置に比べて、上記(a)〜(d)の反応が起こり易くなる。その結果、SiHの発生を抑制する形で、シリコン系膜を形成可能である。
On the other hand, in the present embodiment, as described above, Condition 1, Condition 2, and Condition 3 are satisfied.
That is, the condition 1: the condition for generating a high concentration of H atoms is satisfied. As a result, the condition that the reaction of H 2 → H + H (producing a large amount of atomic H) and the reaction of generating a large amount of excited H 2 occurs.
Condition 2: A condition for generating high-concentration SiH 3 is satisfied. Thereby, the reaction of SiH 4 → H + SiH 3 and H + SiH 4 → H 2 + SiH 3 is likely to occur.
Condition 3: satisfying the condition for reducing SiH 2 radicals, which are the main factors for powder generation. Thereby, since the SiH 2 concentration is reduced, dust (powder) such as disilane (SiH 2 + SiH 4 → Si 2 H 6 ) and trisilane (SiH 2 + Si 2 H 6 → Si 3 H 8 ) is hardly formed.
Thereby, the reactions (a) to (d) are more likely to occur than in the conventional apparatus. As a result, a silicon-based film can be formed while suppressing the generation of SiH 2 .

(実施例7)
本発明の第7の実施形態に係わるプラズマCVD装置及びプラズマCVD装置を用いたシリコン系膜の製造方法について、図15を参照して説明する。図1〜図3も参照する。
図15は本発明の第7の実施形態に係わるプラズマCVD装置に用いられる第1の電極2を示す模式的な断面図である。
本実施例7でのプラズマCVD装置の装置構成上の特徴は、上述の実施例6において第1の電極2に設置される穴8fの構造が円筒形であるのに対して、実施例7の場合は穴8gの構造が円錐形であることである。
(Example 7)
A plasma CVD apparatus and a silicon film manufacturing method using the plasma CVD apparatus according to the seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Reference is also made to FIGS.
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing the first electrode 2 used in the plasma CVD apparatus according to the seventh embodiment of the present invention.
The characteristic of the apparatus configuration of the plasma CVD apparatus according to the seventh embodiment is that the structure of the hole 8f installed in the first electrode 2 in the above-described sixth embodiment is cylindrical, whereas the structure of the seventh embodiment is different from that of the seventh embodiment. In this case, the structure of the hole 8g is conical.

符番8gは、第1の電極2に設けられた円錐状の凹部、即ち穴である。この円錐状の穴8gの断面形状は三角形である。その円錐の底面、即ち開口部の直径は2〜20mm、例えば5mmである。その高さは3〜20mm、例えば5mmである。
この凹部、即ち円錐状の穴8gは多数、設置される。設置に際しては、隣り合う間隔が5mm〜50mm、例えば20mmとする。
この凹部8gは、一般に知られているホローカソード放電を起こす形を有するので、後述の希釈ガス噴出孔7aとの組み合わせにより、ホローカソード放電を起こす可能性が高い。これにより、希釈ガスの高密度プラズマの生成が期待される。
Reference numeral 8 g is a conical recess provided in the first electrode 2, that is, a hole. The cross-sectional shape of the conical hole 8g is a triangle. The diameter of the bottom of the cone, i.e. the opening, is 2 to 20 mm, for example 5 mm. Its height is 3 to 20 mm, for example 5 mm.
A large number of the concave portions, that is, the conical holes 8g are provided. At the time of installation, the adjacent interval is 5 mm to 50 mm, for example, 20 mm.
Since the recess 8g has a shape that causes a generally known hollow cathode discharge, there is a high possibility of causing a hollow cathode discharge by combination with a diluting gas ejection hole 7a described later. Thereby, generation of high-density plasma of dilution gas is expected.

符番7aは希釈ガス噴出孔で、多数個ある全ての凹部、即ち円錐状の穴8gの頂点部に、設置される。
この希釈ガス噴出孔7aは、前述の実施例と同様に、第2の洞穴型ガス導入路15bから供給される水素ガスHを第1及び第2の電極2、3間に噴出する。
噴出した希釈ガスは、排気管16a、16bから図示しない真空ポンプにより真空容器1の外部へ排出される。
Reference numeral 7a denotes a dilution gas ejection hole, which is installed at all the concave portions, that is, the apex portion of the conical hole 8g.
The dilution gas ejection holes 7a, like the previous embodiments, for ejecting the hydrogen gas H 2 supplied from the second cave-type gas inlet passage 15b between the first and second electrodes 2 and 3.
The jetted dilution gas is discharged from the exhaust pipes 16a and 16b to the outside of the vacuum vessel 1 by a vacuum pump (not shown).

符番6fは、第1の電極2の対向面6で、平坦部である。この平坦部6fは第1の電極2の対向面に設けられた凹部8f以外の平坦部である。   A reference number 6 f is the flat surface of the facing surface 6 of the first electrode 2. The flat portion 6f is a flat portion other than the concave portion 8f provided on the facing surface of the first electrode 2.

符番5b、5cは原料ガス噴出孔で、前述の実施例と同様のもので、第1電極2の平坦部6fに設置される。原料ガス噴出孔5b、5cは、図15に示すように、平坦部6fの希釈ガス噴出孔7aの近傍に複数個、例えば2個を1組にして設置される。原料ガス噴出孔5b、5cは角度θを有する。なお、複数組の原料ガス噴出孔5b、5cの設置位置は、Y方向で見ると、図13に示すように、略等間隔に、5mm〜20mmの範囲で、例えば12mm間隔とする。   Reference numerals 5b and 5c are source gas ejection holes, which are the same as those in the above-described embodiment, and are installed on the flat portion 6f of the first electrode 2. As shown in FIG. 15, a plurality of, for example, two source gas ejection holes 5b and 5c are installed in the vicinity of the dilution gas ejection hole 7a of the flat portion 6f. The source gas ejection holes 5b and 5c have an angle θ. In addition, the installation positions of the plurality of sets of source gas ejection holes 5b and 5c are approximately equal intervals in the range of 5 mm to 20 mm as shown in FIG.

実施例7においては、上記特徴以外は、実施例6の場合とほぼ同様であるので、詳細な説明は省略する。
なお、実際の応用に際しては、実施例7の場合は、実施例6の場合と同様に、凹部8gがホローカソード放電を起こす形を有するので、希釈ガス噴出孔7aとの組み合わせにより、ホローカソード放電を起こす可能性が高い。これにより、希釈ガスを高密度のプラズマとして生成すること期待される。
Since the seventh embodiment is substantially the same as the sixth embodiment except for the above-described features, detailed description thereof is omitted.
In actual application, in the case of Example 7, as in the case of Example 6, since the recess 8g has a shape that causes hollow cathode discharge, a hollow cathode discharge can be obtained by combining with the diluting gas injection hole 7a. Is likely to cause. Thereby, it is expected that the dilution gas is generated as a high-density plasma.

1・・・真空容器、
2・・・第1の電極、
3・・・第2の電極、
4・・・第1の電極2の支持手段、
5a、5b、5c・・・原料ガス噴出孔、
6・・・第1の電極の第2の電極に対向する対向面
6f・・・第1の電極2の対向面の平坦部、
7a・・・希釈ガス噴出孔、
8a、8c、8d、8e、8f、8g・・・第1の電極の対向面に設けられる溝、または穴、
9・・・基板、
10a・・・原料ガス供給源、
10b・・・希釈ガス供給源、
11a・・・第1のガス供給管、
11b・・・第2のガス供給管、
12a・・・第1のガス導入管、
12b・・・第2のガス導入管、
13a・・・第1のガスヘッダー、
13b・・・第2のガスヘッダー、
14a・・・第1の絶縁性真空フランジ、
14b・・・第2の絶縁性真空フランジ、
15a・・・第1の洞穴型ガス導入路、
15b・・・第2の洞穴型ガス導入路、
17・・・原料ガスの噴流、
18・・・希釈ガスの噴流、
19・・・混合領域、
20・・・発信器、
21・・・電力増幅器、
22・・・インピーダンス整合器、
23a、23b・・・同軸ケーブル、
24・・・電流導入端子、
25・・・電力供給導体、
26・・・給電点。
1 ... Vacuum container,
2 ... 1st electrode,
3 ... second electrode,
4 ... means for supporting the first electrode 2;
5a, 5b, 5c ... Raw material gas ejection holes,
6 ... Opposing surface 6f facing the second electrode of the first electrode ... Flat portion of the facing surface of the first electrode 2,
7a: dilution gas ejection hole,
8a, 8c, 8d, 8e, 8f, 8g ... grooves or holes provided on the opposing surface of the first electrode,
9 ... substrate,
10a ... Source gas supply source,
10b ... dilution gas supply source,
11a: first gas supply pipe,
11b ... second gas supply pipe,
12a: first gas introduction pipe,
12b ... second gas introduction pipe,
13a ... first gas header,
13b ... second gas header,
14a ... first insulating vacuum flange,
14b ... second insulating vacuum flange,
15a: first cave-type gas introduction path,
15b ... second cave-type gas introduction path,
17 ... Raw material gas jet,
18 ... jet of dilution gas,
19 ... mixing region,
20 ... Transmitter,
21 ... Power amplifier,
22 ... impedance matching unit,
23a, 23b ... Coaxial cable,
24 ... Current introduction terminal,
25 ... Electric power supply conductor,
26: Feeding point.

Claims (8)

排気系を備えた真空容器と、
原料ガスの供給源及び該原料ガスを希釈する希釈ガスの供給源と、
該原料ガス及び該希釈ガスを該真空容器に導入するガス導入管と、
該原料ガス及び該希釈ガスを噴出するガス噴出孔を有する電気的に非接地の平行平板型の第1の電極及び基板を載置する平行平板型の第2の電極からなる一対の電極と、
該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電力供給系と、を具備し、
該真空容器内に設置された基板に薄膜を形成するプラズマCVD装置において、
前記ガス噴出孔は前記原料ガスのみを噴出する複数の原料ガス噴出孔と前記希釈ガスのみを噴出する複数の希釈ガス噴出孔から構成され、前記第1の電極の第2の電極に対向する対向面に多数の穴又は溝が設置されるとともに、該希釈ガス噴出孔は該多数の穴又は溝の底面に配置され、かつ、該原料ガス噴出孔は該多数の穴又は溝の開口部の縁の近傍に配置されるということを特徴とするプラズマCVD装置。
A vacuum vessel with an exhaust system;
A source of a source gas and a source of a dilution gas for diluting the source gas;
A gas introduction pipe for introducing the source gas and the dilution gas into the vacuum vessel;
A pair of electrodes composed of a first electrode of an electrically non-grounded parallel plate type having a gas ejection hole for ejecting the source gas and the dilution gas, and a second electrode of a parallel plate type on which a substrate is placed;
A high frequency power supply system for supplying high frequency power to the pair of electrodes,
In a plasma CVD apparatus for forming a thin film on a substrate installed in the vacuum vessel,
The gas ejection hole is composed of a plurality of source gas ejection holes for ejecting only the source gas and a plurality of dilution gas ejection holes for ejecting only the dilution gas, and facing the second electrode of the first electrode. A plurality of holes or grooves are provided on the surface, the dilution gas ejection holes are disposed on the bottom surface of the plurality of holes or grooves, and the source gas ejection holes are edges of the openings of the plurality of holes or grooves. A plasma CVD apparatus characterized by being arranged in the vicinity of
請求項1に記載のプラズマCVD装置において、前記原料ガスを前記第1及び第2の電極間に噴出させる際に、少なくとも、第1の電極の側面に配置される第1のガスヘッダーと、第1の電極の内部に配置される第1の洞穴型ガス導入路と、第1の電極の表面に配置される原料ガス噴出孔が用いられるとともに、前記希釈ガスを前記第1及び第2の電極間に噴出させる際に、少なくとも、第1の電極の側面に配置される第2のガスヘッダーと、第1の電極の内部に配置される第2の洞穴型ガス導入路と、第1の電極の表面に配置される希釈ガス噴出孔が用いられるということを特徴とするプラズマCVD装置。   2. The plasma CVD apparatus according to claim 1, wherein when the source gas is ejected between the first and second electrodes, at least a first gas header disposed on a side surface of the first electrode; A first cave-type gas introduction path disposed inside one electrode and a source gas ejection hole disposed on the surface of the first electrode, and the dilution gas is used as the first and second electrodes. And at least a second gas header disposed on the side surface of the first electrode, a second cave-type gas introduction path disposed inside the first electrode, and the first electrode A plasma CVD apparatus characterized in that a dilution gas ejection hole disposed on the surface of the substrate is used. 請求項1に記載のプラズマCVD装置において、前記原料ガス噴出孔は、前記希釈ガス噴出孔より前記第2の電極表面に近い位置に配置されるということを特徴とするプラズマCVD装置。   2. The plasma CVD apparatus according to claim 1, wherein the source gas ejection hole is disposed closer to the second electrode surface than the dilution gas ejection hole. 3. 請求項1から3のいずれか一つに記載のプラズマCVD装置において、前記溝の形状は、矩形、台形、波形、あるいは鋸歯形であることを特徴とするプラズマCVD装置。   The plasma CVD apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the groove has a rectangular shape, a trapezoidal shape, a corrugated shape, or a sawtooth shape. 請求項1から3のいずれか一つに記載のプラズマCVD装置において、前記穴の形状は、円筒形あるいは円錐形であることを特徴とするプラズマCVD装置。   4. The plasma CVD apparatus according to claim 1, wherein the hole has a cylindrical shape or a conical shape. 排気系を備えた真空容器と、
原料ガスの供給源及び該原料ガスを希釈する希釈ガスの供給源と、
該原料ガス及び該希釈ガスを該真空容器に導入するガス導入管と、
該原料ガス及び該希釈ガスを噴出するガス噴出孔を有する電気的に非接地の平行平板型の第1の電極及び基板を載置する平行平板型の第2の電極からなる一対の電極と、
該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電力供給系と、を具備し、該真空容器内に設置された基板に膜を形成するプラズマCVD装置を用いてシリコン系膜を製造する方法であって、
前記ガス噴出孔を前記原料ガスのみを噴出する複数の原料ガス噴出孔と前記希釈ガスのみを噴出する複数の希釈ガス噴出孔から構成し、かつ、該原料ガス噴出孔を第2の電極の表面からの距離で近い位置である第1の位置に配置させ、該希釈ガス噴出孔を該第1の位置よりも遠い位置である第2の位置に配置させて、該原料ガスの噴流及び該希釈ガスの噴流のプラズマに曝される時間が異なるようにしたことを特徴とするプラズマCVD装置を用いたシリコン系膜の製造方法。
A vacuum vessel with an exhaust system;
A source of a source gas and a source of a dilution gas for diluting the source gas;
A gas introduction pipe for introducing the source gas and the dilution gas into the vacuum vessel;
A pair of electrodes composed of a first electrode of an electrically non-grounded parallel plate type having a gas ejection hole for ejecting the source gas and the dilution gas, and a second electrode of a parallel plate type on which a substrate is placed;
A high-frequency power supply system that supplies high-frequency power to the pair of electrodes, and a method of manufacturing a silicon-based film using a plasma CVD apparatus that forms a film on a substrate installed in the vacuum vessel. ,
The gas ejection hole is composed of a plurality of source gas ejection holes for ejecting only the source gas and a plurality of dilution gas ejection holes for ejecting only the dilution gas, and the source gas ejection hole is formed on the surface of the second electrode. And the dilution gas injection hole is arranged at a second position that is farther from the first position, and the jet of the source gas and the dilution gas are diluted. A method for producing a silicon-based film using a plasma CVD apparatus, characterized in that the time of exposure to plasma of a gas jet is different.
排気系を備えた真空容器と、
原料ガスの供給源及び該原料ガスを希釈する希釈ガスの供給源と、
該原料ガス及び該希釈ガスを該真空容器に導入するガス導入管と、
該原料ガス及び該希釈ガスを噴出するガス噴出孔を有する電気的に非接地の平行平板型の第1の電極及び基板を載置する平行平板型の第2の電極からなる一対の電極と、
該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電力供給系と、を具備し、
該真空容器内に設置された基板に膜を形成するプラズマCVD装置を用いてシリコン系膜を製造する方法であって、
前記ガス噴出孔を前記原料ガスのみを噴出する複数の原料ガス噴出孔と前記希釈ガスのみを噴出する複数の希釈ガス噴出孔から構成し、かつ、該原料ガス噴出孔と該希釈ガス噴出孔を第2の電極表面の法線方向での距離で見て互いに異なる位置に配置させるとともに、隣り合う該原料ガス噴出孔と該希釈ガス噴出孔を接近して配置させることにより、該原料ガスの噴流と該希釈ガスの噴流の混合領域を形成し、両者の混合を促進させるようにしたということを特徴とするプラズマCVD装置を用いたシリコン系膜の製造方法。
A vacuum vessel with an exhaust system;
A source of a source gas and a source of a dilution gas for diluting the source gas;
A gas introduction pipe for introducing the source gas and the dilution gas into the vacuum vessel;
A pair of electrodes composed of a first electrode of an electrically non-grounded parallel plate type having a gas ejection hole for ejecting the source gas and the dilution gas, and a second electrode of a parallel plate type on which a substrate is placed;
A high frequency power supply system for supplying high frequency power to the pair of electrodes,
A method for producing a silicon-based film using a plasma CVD apparatus for forming a film on a substrate installed in the vacuum vessel,
The gas ejection hole is composed of a plurality of source gas ejection holes for ejecting only the source gas and a plurality of dilution gas ejection holes for ejecting only the dilution gas, and the source gas ejection hole and the dilution gas ejection hole By arranging the adjacent source gas ejection holes and the dilution gas ejection holes close to each other as viewed from the distance in the normal direction of the second electrode surface, And a dilute gas jet mixing region to promote the mixing of the two, and a method for producing a silicon-based film using a plasma CVD apparatus.
請求項1から5のいずれか一つに記載のプラズマCVD装置を用いて、シリコン系膜を製造する方法であって、少なくともシランガスを含む原料ガスと、少なくとも水素ガスを含む希釈ガスを用いて、微結晶シリコン膜を製造することを特徴とするプラズマCVD装置を用いたシリコン系膜の製造方法。   A method for producing a silicon-based film using the plasma CVD apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein a source gas containing at least a silane gas and a dilution gas containing at least a hydrogen gas are used. A method for producing a silicon-based film using a plasma CVD apparatus, wherein a microcrystalline silicon film is produced.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114127902A (en) * 2019-07-15 2022-03-01 应用材料公司 Large area high density plasma processing chamber for flat panel display

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