JP2011146745A - Plasma cvd apparatus and method for manufacturing silicon based film using plasma cvd apparatus - Google Patents
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Abstract
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 producing a silicon-based film using the plasma CVD apparatus.
In addition, the present invention is used to form an insulating thin film (silicon nitride film, silicon oxide film, etc.) such as an amorphous Si film and a microcrystalline Si film, which are power generation films of a thin film solar cell, and a thin film transistor such as a liquid crystal display. 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 silicon-based film manufacturing method 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２０に示す。図２０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. 20, a
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
図２０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、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２、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ＳｉＨ３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、ＳｉＨ２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ＳｉＨ２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
When 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 is increased, powder (particle) is generated in the gas phase of the plasma, and the powder is mixed into the film to be formed. As a result, a poor film is formed. That is also generally known
製膜されたシリコン系薄膜の膜厚分布は、図２０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）＝ｃｏｓ２（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λ０＝２２．１ｍ）、プラズマ中での波長短縮率λ／λ０が０．６５の場合、ｃｏｓ２（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. 20 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
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 peripheral direction, 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 having a diameter of about 1.8 m.
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。
In order to solve the problem, the following invention is described. That is, the invention described in
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、（ＳｉＨ４）／（ＳｉＨ４＋Ｈ２）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（ＳｉＨ４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、ＳｉＨ２、ＳｉＨ、Ｓｉが多量に生成され、気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。
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 for the purpose of increasing 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. There is a problem that a silicon film having many defects is generated.
In order to solve the problem, the following invention is described. 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。
In order to solve the problem, the following invention is shown. That is,
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。
In order to solve the problem, the following invention is shown. That is, the invention described in
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。
In order to solve the problem, the following invention is shown. That is, the invention described in
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
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
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ＳｉＨ３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ＳｉＨ２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、ＳｉＨ３ラジカル濃度の増大についての手段、ＳｉＨ２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、ＳｉＨ２及びＳｉＨ３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、ＳｉＨ３ラジカルの濃度増大化、ＳｉＨ２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ＳｉＨ２ラジカルはＳｉＨ４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ＳｉＨ３ラジカルはＳｉＨ４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
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
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 configuration of the apparatus, since it is necessary to manufacture in the form of a double pipe comprising a huge number of silane gas blowing circular tubes and the hydrogen gas blowing through holes, it is technically difficult and the production 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、ＳｉＨ３ラジカル発生とＳｉＨ２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、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２、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、ＳｉＨ２ラジカルの濃度が増大し、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）及びテトラシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ３Ｈ８→Ｓｉ４Ｈ１０）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
However, in order to form a high-quality silicon-based thin film under high-speed film forming conditions, a control means regarding 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 means 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 to increase the plasma density and, as a result, achieve high-speed film formation.
Further, according to the invention described in
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 frequently clean it 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 due to the hollow cathode discharge effect in the vicinity of the reactive gas ejection hole, 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 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、ＳｉＨ３ラジカル発生の増大化とＳｉＨ２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、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２、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、ＳｉＨ２ラジカルの濃度が増大し、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）及びテトラシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ３Ｈ８→Ｓｉ４Ｈ１０）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
In order to form a high-quality silicon-based thin film under high-speed film forming conditions, a 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
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 due to the hollow cathode discharge effect in the vicinity of the reactive gas ejection hole, 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 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、ＳｉＨ３ラジカル発生の増大化とＳｉＨ２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、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２、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、ＳｉＨ２ラジカルの濃度が増大し、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）及びテトラシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ３Ｈ８→Ｓｉ４Ｈ１０）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
In order to form a high-quality silicon-based thin film under high-speed film forming conditions, a 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
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 due to the hollow cathode discharge effect in the vicinity of the reactive gas ejection hole, 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 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、
前記第１の電極（２）の第２の電極（３）と対向する対向面に複数の凹部（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ）又は穴（８ｆ、８ｇ）が形成され、該複数の凹部又は穴の底面に前記原料ガス（１０ｂ）又は該原料ガスと前記希釈ガスの混合ガス（１０ｂ）を噴出する原料ガス噴出孔（７ａ）が設置されるとともに、該対向面の該複数の凹部又は穴の部分を除く平坦部（６ａ、６ｂ、６ｆ）に前記希釈ガス（１０ａ）を噴出する希釈ガス噴出孔（５ａ、５ｂ、５ｃ）が設置されるという構成を有することを特徴とする。
A plasma CVD apparatus according to a first aspect of the present invention includes a vacuum vessel provided with an exhaust system,
A source 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 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 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,
A plurality of recesses (8a, 8b, 8c, 8d) or holes (8f, 8g) are formed on the opposing surface of the first electrode (2) facing the second electrode (3). A raw material gas ejection hole (7a) for ejecting the raw material gas (10b) or a mixed gas (10b) of the raw material gas and the dilution gas is installed at the bottom of the hole, and the plurality of recesses or holes on the opposing surface A dilution gas ejection hole (5a, 5b, 5c) for ejecting the dilution gas (10a) is installed in the flat portions (6a, 6b, 6f) except for the above portion.
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、前記希釈ガス（１０ａ）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の電極の第２の電極と対向する対向面に配置される希釈ガス噴出孔（５ａ、５ｂ、５ｃ）が用いられるとともに、前記原料ガス（１０ｂ）又は原料ガスと希釈ガスの混合ガス（１０ｂ）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の電極第１の電極の第２の電極と対向する対向面に配置される原料ガス噴出孔（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 dilution gas (10a) is ejected between the first and second electrodes. The first gas header (13a) disposed on the side surface of the first electrode, the first cave-type gas introduction path (15a) disposed inside the first electrode, and the first electrode of the first electrode The dilution gas injection holes (5a, 5b, 5c) disposed on the opposing surface facing the two electrodes are used, and the source gas (10b) or the mixed gas (10b) of the source gas and the dilution gas is used as the first gas. When the gas is ejected between the second electrode and at least the second gas header (13b) disposed on the side surface of the first electrode, and the second cave-type gas disposed inside the first electrode Introduction path (15b), first electrode first Characterized in that the raw material gas ejection holes which are disposed on opposite surfaces (7a) are used to face the poles of the second electrode.
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あるいは第２の発明のプラズマＣＶＤ装置のいずれか一つのプラズマＣＶＤ装置において、前記凹部の断面形状は、矩形（８ａ、８ｂ）、台形（８ｄ）、又は波形（８ｃ）であることを特徴とする。 A plasma CVD apparatus according to a third aspect of the present invention is the plasma CVD apparatus according to any one of the first or second aspects of the present invention, wherein the recess has a rectangular cross section (8a, 8b). ), Trapezoid (8d), or waveform (8c).
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あるいは第２の発明のプラズマＣＶＤ装置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 fourth aspect of the present invention is the plasma CVD apparatus according to any one of the first or second aspects of the present invention, wherein the hole has a cylindrical shape (8f) or It is characterized by a conical shape (8 g).
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４の発明のいずれか一つのプラズマＣＶＤ装置において、前記希釈ガス噴出孔（５ｂ、５ｃ）は、該希釈ガスの噴出の方向が前記第２の電極（３）の表面の法線方向以外の方向へ向くように配置されるということを特徴とする。 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 fourth aspects of the present invention, wherein the dilution gas ejection holes (5b, 5c) are formed of the dilution gas. It is characterized by being arranged such that the direction of ejection is directed in a direction other than the normal direction of the surface of the second electrode (3).
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又は原料ガスと希釈ガスの混合ガスを噴出する複数の原料ガス噴出孔（７ａ）と前記希釈ガスを噴出する複数の希釈ガス噴出孔（５ａ、５ｂ、５ｃ）に分離し、該希釈ガス噴出孔（５ａ、５ｂ、５ｃ）を第２の電極の表面から近い位置である第１の位置に配置させ、該原料ガス噴出孔（７ａ）を第２の電極の表面から遠い位置である第２の位置に配置させることにより、該原料ガス噴出孔（７ａ）から噴出する原料ガス（１８）又は原料ガスと希釈ガスの混合ガス（１８）が該一対の電極から印加される電界の強さと、該希釈ガス噴出孔（５ａ、５ｂ、５ｃ）から噴出する希釈ガス（１７）が該一対の電極から印加される電界の強さ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 on which are mounted, and a high-frequency power supply system that supplies high-frequency power to the pair of electrodes, and a film is formed on a substrate installed in the vacuum vessel And a plurality of source gas jet holes (7a) for jetting the source gas or a mixture gas of source gas and dilution gas through the gas jet hole. A plurality of jets of the dilution gas The diluting gas ejection holes (5a, 5b, 5c) are separated, and the diluting gas ejection holes (5a, 5b, 5c) are arranged at a first position that is close to the surface of the second electrode. By disposing the ejection hole (7a) at a second position that is far from the surface of the second electrode, the source gas (18) or the source gas and the dilution gas that are ejected from the source gas ejection hole (7a) The strength of the electric field applied by the mixed gas (18) from the pair of electrodes and the electric field applied by the dilution gas (17) ejected from the dilution gas ejection holes (5a, 5b, 5c) from the pair of electrodes. It is characterized by having different strengths.
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、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（１８）を含む原料ガスと、少なくとも水素ガス（１７）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。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a silicon-based film manufacturing method using the plasma CVD apparatus according to the seventh aspect of 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 containing at least a silane gas (18) and a dilution gas containing at least a hydrogen gas (17).
本発明によれば、ガス噴出孔を有する電極に、凹部と平坦部を設け、該凹部に原料ガス又は原料ガスと希釈ガスの混合ガスを噴出する複数の原料ガス噴出孔を配置し、該平坦部に希釈ガスを噴出する複数の希釈ガス噴出孔を配置させるとともに、該希釈ガス噴出孔の方向が基板表面の法線方向以外に向くように設置させたプラズマＣＶＤ装置を実現化できる。これにより、電界の弱い空間領域、即ち、上記凹部と第２の電極間で原料ガスをプラズマ化するとともに、電界の強い空間領域、即ち、上記平坦部と第２の電極間で希釈ガスをプラズマ化することが可能となり、かつ、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を促進することが可能である。
これにより、ＳｉＨ４ガスを過度の解離を抑制した形で、即ち、粗悪な膜形成要因のＳｉＨ２を抑制した形で、ＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３の反応を促進するとともに、ＳｉＨ４ガスに比べて解離しにくいＨ２ガスを強い電界でラズマ化することにより、Ｈ２→Ｈ＋Ｈの反応を促進させることが可能である。更に、プラズマ化したＳｉＨ４ガスとプラズマ化したＨ２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ＳｉＨ３を生成（ＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３、Ｈ２→Ｈ＋Ｈ）し、かつ、粗悪な膜形成要因のＳｉＨ２を消滅（ＳｉＨ２＋Ｈ２→ＳｉＨ４）することが可能である。その結果、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 recess and a flat portion are provided in an electrode having gas ejection holes, and a plurality of source gas ejection holes for ejecting a source gas or a mixed gas of a source gas and a dilution gas are arranged in the recess, and the flat It is possible to realize a plasma CVD apparatus in which a plurality of dilution gas injection holes for injecting dilution gas are arranged in the part and installed such that the direction of the dilution gas injection holes is directed to directions other than the normal direction of the substrate surface. Thereby, the raw material gas is turned into plasma between the space region where the electric field is weak, that is, between the concave portion and the second electrode, and the dilution gas is turned into plasma between the space region where the electric field is strong, ie, the flat portion and the second electrode. In addition, it is possible to promote contact and mixing of the source gas and the dilution gas after being plasmatized.
This promotes the reaction of SiH 4 → H + SiH 3 in a form in which excessive dissociation of the SiH 4 gas is suppressed, that is, in a form in which SiH 2 as a poor film forming factor is suppressed, and compared with SiH 4 gas. It is possible to promote the reaction of H 2 → H + H by making the H 2 gas that is difficult to dissociate into a plasma with a strong electric field. Furthermore, since 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 high quality film are generated (SiH 4 → H + SiH 3 , H 2 → H + H) and, and, it is possible to eliminate the SiH 2 of poor film formation factors (SiH 2 + H 2 → SiH 4). As a result, high quality and high speed film formation of a silicon-based film, which is regarded as 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.
以下、本発明を実施するための形態について、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。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described 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１１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は図４のＡ２−Ａ２線の断面図である。図７は図４のＡ３−Ａ３線の断面図である。図８は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置により水素ガスのプラズマ生成実験をする際に観測窓から見えるプラズマのシースに関する説明図である。図９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に得られる典型的なデータの説明図である。図１０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を用いてプラズマ生成実験をする際に得られる典型的なデータの説明図である。図１１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に得られる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 (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. FIG. 5 is a sectional view taken along line A1-A1 of FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line A2-A2 of FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line A3-A3 of FIG. FIG. 8 is an explanatory diagram relating to the plasma sheath that can be seen from the observation window when performing a hydrogen gas plasma generation experiment using the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 9 is an explanatory diagram of typical data obtained when a hydrogen gas plasma generation experiment is performed by the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 10 is an explanatory diagram of typical data obtained when performing a plasma generation experiment using silane gas by the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 11 is an explanatory diagram of typical data obtained 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７を参照して説明する。なお、図２ないし図７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。また、図示しないプラズマ観察窓が複数個設置されている。
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の電極と対向する対向面、即ち、第１の電極２の基板側表面には、後述するように、凹部８ａが形成され、その凹部８ａには原料ガス噴出孔７ａが配置される。なお、該第１の電極２の基板側表面上の凹部８ａ以外の面は平坦部であり、ここでは、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 7, the coordinates (X, Y, Z) shown in the drawings are referred to for convenience of explanation.
As will be described later, a
Reference numeral 9 is a substrate. The substrate 9 is installed on the
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
符番１０ａは、原料ガスを希釈する希釈ガスの供給源である。例えば水素ガスの供給源である。これは、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及び希釈ガス噴出孔５ａを介して、第１及び第２の電極２、３間に希釈ガスを供給する。そのガスの量は、希釈ガス供給源１０ａに付属する流量計で制御される。
希釈ガス供給源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／ｃｍ２程度の範囲で調整できる。ここでは、例えば３．５Ｋｇ／ｃｍ２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１１ａは第１のガス供給管で、希釈ガス供給源１０ａから供給される希釈ガスを第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、希釈ガス供給管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希釈ガス、例えば水素ガスを第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から供給された水素ガスを第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から供給される希釈ガスを希釈ガス噴出孔５ａ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。
The dilution
Reference numeral 11a denotes a first gas supply pipe for supplying the dilution gas supplied from the dilution
Reference numeral 14a is a first insulating vacuum flange, which connects the dilution gas supply pipe 11a and the first
符番８ａは、第１電極２の第２電極３と対向する対向面、即ち、基板側の表面に設けられる凹部である。この凹部８ａは、図４に示すように、Ｘ方向及びＹ方向に延在する格子状の溝で、溝の深さは一対の電極２、３間の距離ｄの０．１〜１倍程度、即ち、０．１ｄ〜ｄ程度で、例えば３ｍｍである。そして、その凹部８ａの幅は、Ｘ軸方向に延在する方がＷ１を有し、Ｙ軸方向に延在する方がＷ２を有する。その幅Ｗ１及びＷ２は、それぞれ、４ｍｍ〜２０ｍｍ程度、例えばＷ１＝６ｍｍ、Ｗ２＝６ｍｍとする。なお、この格子状に配置される凹部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。
上記凹部８ａの底面の角及びその開口部の角は、異常放電防止のために、角取り加工を行い、曲面を持たせる。なお、その曲面は、溝の深さに応じて、半径２ｍｍ〜５ｍｍ（２Ｒ〜５Ｒ）程度の丸みを持たせる。
また、凹部８ａの深さは、電極間距離ｄと溝幅Ｗ１、Ｗ２の数値を考慮して選定する必要がある。その際に重要なことは、異常放電を抑制することである。ここでは、凹部８ａによるホローカソード放電等の異常放電を抑制するために、凹部８ａの深さの値は電極間距離ｄと溝幅Ｗ１、Ｗ２に比べて十分に小さい値を選定している。
符番６ａは、第１電極２の第２電極３側の表面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、格子状の凹部８ａに囲まれている。平坦部６ａの幅は、Ｘ軸方向にＷ３を有し、Ｙ方向にＷ４を有する。その幅Ｗ３及びＷ４は、それぞれ、４ｍｍ〜２０ｍｍ程度、例えばＷ３＝６ｍｍ、Ｗ４＝６ｍｍとする。
なお、電極のサイズが、例えば、１２０６ｍｍｘ１２０６ｍｍで、格子状の凹部８ａの幅が例えば、Ｗ１＝６ｍｍ、Ｗ２＝６ｍｍで、平坦部６ａの幅は、Ｗ３＝６ｍｍ、Ｗ４＝６ｍｍの場合、格子状の凹部８ａの個数はＸ方向に１００列、Ｙ方向に１００列、合計１００列ｘ１００列となる。
The corners of the bottom surface of the
In addition, the depth of the
When the electrode size is, for example, 1206 mm × 1206 mm, the width of the lattice-shaped
符番５ａは希釈ガス噴出孔で、直径約０．４〜１．０ｍｍ、例えば直径約０．８ｍｍである。ここでは、第１の電極２の平坦部６ａに、図３の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。
この希釈ガス噴出孔５ａは、第１の洞穴型ガス導入路１５ａから供給される希釈ガス、例えば水素ガスを第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。
符番７ａは原料ガス噴出孔で、原料ガスまたは原料ガスと希釈ガスの混合ガスを噴出する。原料ガス噴出孔７ａは、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、第１の電極２の凹部８ａに、第２の洞穴型ガス導入路１５ｂの奥行き方向（Ｙ軸方向）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。原料ガス噴出孔７ａは、第２の洞穴型ガス導入路１５ｂから供給される原料ガスまたは原料ガスと希釈ガスの混合ガスを第１及び第２の電極２、３間に噴出する。噴出した原料ガスまたは原料ガスと希釈ガスの混合ガスは、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。
The dilution
希釈ガス噴出孔５ａは第１の電極２の平坦部６ａに配置され、原料ガス噴出孔７ａは第１の電極２の凹部８ａに配置されるので、希釈ガス噴出孔５ａと第２の電極３の表面の間の距離は、原料ガス噴出孔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。
一対の平行平板電極を用いてプラズマを生成場合、プラズマ放電開始電圧Ｖｓ（Ｖ）と、圧力ｐ（Ｐａ）と電極間距離ｄ（ｃｍ）の積ｐｄ（Ｐａ・ｃｍ）の関係は、例えば、図２１に示すようなパッシェンの曲線（パッシェンの法則）に従うことが、一般に知られている。なお、図２１において、縦軸はプラズマ放電開始電圧Ｖｓ（Ｖ）、横軸は圧力ｐ（Ｐａ）と電極間距離ｄ（ｃｍ）の積ｐｄ（Ｐａ・ｃｍ）である。
この場合、ｐｄ積の値が３５０〜７００Ｐａ・ｃｍにおいて、一対の電極間の電界Ｅ（Ｖ／ｃｍ）はプラズマ放電開始電圧Ｖｓ（Ｖ）と電極間距離ｄ（ｃｍ）に依存し、Ｅ＝Ｖｓ／ｄで表わされる。
このことは、ｐｄ積の値が３５０〜７００Ｐａ・ｃｍにおいて、電界Ｅは電極間距離ｄに反比例している、ということを意味している。即ち、上記平坦部６ａと第２の電極３の間の空間（ここでは、強電界領域と呼ぶ）での電界は、上記凹部８ａと第２の電極３の間の空間（ここでは、弱電界領域と呼ぶ）での電界より強くなる、ということを意味している。
一対の電極２、３間において、強い電界が印加された空間に供給されるガスは、強い電界でプラズマ化されて解離されるので、強いプラズマが生成する。他方、弱い電界が印加された空間に供給されるガスは、弱い電界でプラズマ化されて解離されるので、弱いプラズマが生成する。
したがって、上記強電界領域に噴出する希釈ガス、例えば水素ガスは、強いプラズマとなり、プラズマ反応及び解離反応が強く促進される。その結果、Ｈ２→Ｈ＋Ｈの反応が容易に起こり易いという作用がある。
また、上記強電界領域に噴出する原料ガスまたは原料ガスと希釈ガスの混合ガスは、弱いプラズマになる。原料ガスがＳｉＨ４の場合、ＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３の反応が起こり易いという作用がある。強いプラズマでＳｉＨ４ガスをプラズマ化すれば、過度の分解反応が起こり、ＳｉＨ２が容易に発生する。なお、プラズマでの電子エネルギーが８．７５ｅＶ以上であればＳｉＨ３が生成され、９．４７ｅＶ以上であればＳｉＨ２が生成されることが、一般に知られている。
即ち、一対の電極２、３間に強電界領域と弱電界領域を設定し、強電界領域に水素ガスを噴出し、弱電界領域に原料ガスまたは原料ガスと水素ガスの混合ガスを噴出することにより、Ｈ２→Ｈ＋Ｈの反応（多量の原子状Ｈを生成）及びＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３の反応（多量のＳｉＨ３ラジカルを生成）が起こり易くなるという条件が整う。
Since the dilution
When plasma is generated using a pair of parallel plate electrodes, the relationship between the plasma discharge start voltage Vs (V) and the product pd (Pa · cm) of the pressure p (Pa) and the interelectrode distance d (cm) is, for example, It is generally known to follow Paschen's curve (Paschen's law) as shown in FIG. In FIG. 21, the vertical axis represents the plasma discharge start voltage Vs (V), and the horizontal axis represents the product pd (Pa · cm) of the pressure p (Pa) and the interelectrode distance d (cm).
In this case, when the value of the pd product is 350 to 700 Pa · cm, the electric field E (V / cm) between the pair of electrodes depends on the plasma discharge start voltage Vs (V) and the interelectrode distance d (cm), and E = It is expressed by Vs / d.
This means that the electric field E is inversely proportional to the inter-electrode distance d when the value of the pd product is 350 to 700 Pa · cm. That is, the electric field in the space between the
Between the pair of
Therefore, the dilution gas, for example, hydrogen gas, ejected to the strong electric field region becomes strong plasma, and the plasma reaction and the dissociation reaction are strongly promoted. As a result, there is an effect that the reaction of H 2 → H + H easily occurs.
Moreover, the raw material gas or the mixed gas of the raw material gas and the dilution gas ejected to the strong electric field region becomes weak plasma. When the source gas is SiH 4 , there is an effect that the reaction of SiH 4 → H + SiH 3 easily occurs. If SiH 4 gas is turned into plasma with strong plasma, excessive decomposition reaction occurs and SiH 2 is easily generated. It is generally known that SiH 3 is generated when the electron energy in plasma is 8.75 eV or more, and SiH 2 is generated when the electron energy is 9.47 eV or more.
That is, a strong electric field region and a weak electric field region are set between the pair of
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０．５〜１０ＳＬＭ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
In addition, when there are no source gas and dilution gas, the vacuum ultimate pressure of the
符番１０ｂは、原料ガス供給源であり、原料ガスあるいは原料ガスと希釈ガスの混合ガスを、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及び原料ガス噴出孔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、原料ガス供給源１０ｂに付属する流量計で制御される。
原料ガス供給源１０ｂは、第２のガス供給管１１ｂに供給する原料ガスあるいは原料ガスと希釈ガスの混合ガスの圧力を、１〜１０Ｋｇ／ｃｍ２程度の範囲で調整できる。ここでは、例えば３．５Ｋｇ／ｃｍ２に設定する。また、原料ガスと希釈ガスの混合ガスの流量は、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１１ｂは第２のガス供給管で、原料ガス供給源１０ｂから供給される原料ガスあるいは原料ガスと希釈ガスの混合ガスを第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原料ガスあるいは原料ガスと希釈ガスの混合ガスを第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から供給された原料ガスあるいは原料ガスと希釈ガスの混合ガスを第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から供給される原料ガスあるいは原料ガスと希釈ガスの混合ガスを原料ガス噴出孔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。
A
The source
ここで、希釈ガス噴出孔５ａ及び原料ガス噴出孔７ａと、凹部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７において、希釈ガスは、第１の電極２に設置された第１のガス導入路１５ａから希釈ガス噴出孔５ａに供給され、その孔５ａから希釈ガスの噴流１７として噴出される。希釈ガス噴出孔５ａ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０．８ｍｍ、深さ６ｍｍとする。
複数個の希釈ガス噴出孔５ａから噴出するガスの全体の量は、希釈ガス供給源１０ａ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５ａ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／ｃｍ２程度以上であり、かつ、希釈ガス噴出孔５ａ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 dilution
In FIG. 7, the dilution gas is supplied from a first
The total amount of gas ejected from the plurality of dilution
The amount of gas discharged from each of the plurality of individual dilution
図７において、原料ガスあるいは原料ガスと希釈ガスの混合ガスは、第１の電極２に設置された第２のガス導入路１５ｂから原料ガス噴出孔７ａに供給され、その孔７ａから原料ガスの噴流１８として噴出される。原料ガス噴出孔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。
複数個の原料ガス噴出孔７ａから噴出するガスの全体の量は、原料ガス供給源１０ｂに付属する流量計で制御される。
複数個ある個々の原料ガス噴出孔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／ｃｍ２程度以上であり、かつ、原料ガス噴出孔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. 7, the raw material gas or the mixed gas of the raw material gas and the dilution gas is supplied to the raw material
The total amount of gas ejected from the plurality of source
The amount of gas discharged from each of the plurality of individual source
図７図示の希釈ガスの噴流１７及び原料ガスの噴流１８について説明する。
希釈ガスの噴流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、希釈ガス噴出孔５ａの直径が０．４〜０．８ｍｍ程度、その深さが３ｍｍ〜１０ｍｍ程度であれば、平坦部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、原料ガスの噴流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、原料ガス噴出孔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、希釈ガスの噴流１７と原料ガスの噴流１８は、平坦部６ａの上面から基板の法線方向の距離１０ｍｍ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１８と希釈ガスの噴流１７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、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２、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。
ここで、上述したように、凹部８ａと平坦部６ａの設置により、本発明特有の作用が生まれる。即ち、希釈ガス噴出孔５ａは第１の電極２の平坦部６ａに配置され、原料ガス噴出孔７ａは第１の電極２の凹部８ａに配置されるので、希釈ガス噴出孔５ａと第２の電極３の表面の間の距離は、原料ガス噴出孔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。
一対の電極２、３間において、強い電界が印加された空間に供給されるガスは、強い電界でプラズマ化されて解離されるので、強いプラズマが生成する。他方、弱い電界が印加された空間に供給されるガスは、弱い電界でプラズマ化されて解離されるので、弱いプラズマが生成する。
したがって、上記強電界領域に噴出する希釈ガス、例えば水素ガスは、強いプラズマとなり、プラズマ反応及び解離反応が強く促進される。その結果、Ｈ２→Ｈ＋Ｈの反応が容易に起こり易いという作用がある。
また、上記強電界領域に噴出する原料ガスまたは原料ガスと希釈ガスの混合ガスは、弱いプラズマになる。原料ガスがＳｉＨ４の場合、ＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３の反応が起こり易いという作用がある。強いプラズマでＳｉＨ４ガスをプラズマ化すれば、過度の分解反応が起こり、ＳｉＨ２が容易に発生する。なお、プラズマでの電子エネルギーが８．７５ｅＶ以上であればＳｉＨ３が生成され、９．４７ｅＶ以上であればＳｉＨ２が生成されることが、一般に知られている。
即ち、一対の電極２、３間に強電界領域と弱電界領域を設定し、強電界領域に水素ガスを噴出し、弱電界領域に原料ガスまたは原料ガスと水素ガスの混合ガスを噴出することにより、Ｈ２→Ｈ＋Ｈの反応（多量の原子状Ｈを生成）及びＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３の反応（多量のＳｉＨ３ラジカルを生成）が起こり易くなるという条件が整う。
なお、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及びパーテイクル等は第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
The
On the other hand, in the
Accordingly, the
When electric power is supplied to the first and
When the raw material gas and the dilution gas are turned 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
Here, as described above, the installation of the
Between the pair of
Therefore, the dilution gas, for example, hydrogen gas, ejected to the strong electric field region becomes strong plasma, and the plasma reaction and the dissociation reaction are strongly promoted. As a result, there is an effect that the reaction of H 2 → H + H easily occurs.
Moreover, the raw material gas or the mixed gas of the raw material gas and the dilution gas ejected to the strong electric field region becomes weak plasma. When the source gas is SiH 4 , there is an effect that the reaction of SiH 4 → H + SiH 3 easily occurs. If SiH 4 gas is turned into plasma with strong plasma, excessive decomposition reaction occurs and SiH 2 is easily generated. It is generally known that SiH 3 is generated when the electron energy in plasma is 8.75 eV or more, and SiH 2 is generated when the electron energy is 9.47 eV or more.
That is, a strong electric field region and a weak electric field region are set between the pair of
Of the supplied source gas and dilution gas, the electrically neutral gas and particles in the residual gas that has not been converted into plasma flow between the
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。
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
The
First, for example, an output of about 20 to 30% of the maximum output of the
Next, the reactance (L and C) of the
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 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７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.
When forming the i-type microcrystalline silicon film, the source gas, dilution gas, pressure, power to be applied, and the like are referred to known film forming conditions.
However, specific conditions relating to the plasma CVD apparatus having the above-described configuration must be confirmed and adjusted in advance by the following procedure. Thereafter, a target i-type microcrystalline silicon film is formed.
（ステップ１）では、図１〜図７に示した構成を有するプラズマＣＶＤ装置において、希釈ガス噴出孔５ａを用いて、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２）では、図１〜図７に示した構成を有するプラズマＣＶＤ装置において、原料ガス噴出孔７ａを用いて、例えば、原料ガスあるいは原料ガスと希釈ガスの混合ガス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７に示した構成を有するプラズマＣＶＤ装置において、例えば、シランガスを原料ガス噴出孔７ａから噴出させるとともに、希釈ガス噴出孔５ａから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 7, a preliminary plasma generation experiment is performed using, for example, only hydrogen gas using the dilution
In (Step 2), in the plasma CVD apparatus having the configuration shown in FIG. 1 to FIG. 7, using the source gas ejection holes 7 a, for example, preliminary using a source gas or a mixed gas of source gas and dilution gas. Conduct plasma generation experiments.
In (Step 3), in the plasma CVD apparatus having the configuration shown in FIGS. 1 to 7, for example, silane gas is ejected from the source
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７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を介して希釈ガス噴出孔５ａ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）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)
1 to 7, a substrate 9 is previously placed on the
The size of the substrate 9 is 1 mx length 1 m (
Next, the frequency of the
In this case, the reflected wave of the supplied power can be prevented from returning to the upstream side of the
上記の条件で、１０〜２０分程度の時間、プラズマを生成し、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。
ところで、第１の電極に設けられる凹部８ａの形状が図４ないし図７に示すように格子状の溝の形になっていることから、強電界領域、即ち、平坦部６ａ近傍の空間部分と、弱電界領域、即ち、凹部８ａ近傍の空間部分ではプラズマの発生状況が異なる。この場合、観測窓から見えるプラズマは、図８に示すように、平坦部６ａ近傍のプラズマのシース３１の厚みは凹部８ａ近傍のプラズマのシース３２の厚みに比べて薄くなっている。なお、図８図示の符番３０はシースと発光を伴うプラズマの境界を示す。
凹部８ａ近傍のプラズマのシース３２の厚みが平坦部６ａ近傍のプラズマのシース３１の厚みに比べて厚いということは、凹部８ａ近傍のプラズマの密度は平坦部６ａ近傍のプラズマの密度に比べて、低いということを意味する。即ち、平坦部６ａ近傍のプラズマ密度が１ｘ１０１０ｃｍ−３程度であれば、凹部８ａ近傍のプラズマ密度はそれよりも小さいということである。また、凹部８ａ近傍のプラズマは弱電界領域のプラズマであるので、原料ガスの過度の解離は起こらないと、考えられる。
上記の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た水素プラズマ発光スペクトルの測定であるが、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。
上記の水素プラズマ発光スペクトルの波長４８６ｎｍに着目した測定であるが、例えば、図９に示すようなデータが取得される。図９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９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, and using an 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. To do. The spectral wavelength of 486 nm is a typical wavelength in hydrogen plasma emission generally called Hβ rays.
By the way, since the shape of the
The thickness of the
The measurement of the hydrogen plasma emission spectrum using the above-described emission spectrum spectrometer (not shown) and the measurement probe, the pressure is kept constant at 533.2 Pa (4 Torr), the flow rate of hydrogen gas is kept at 4 SLM, the electric power is changed, The relationship between the emission intensity at a wavelength of 486 nm and the supplied power is grasped.
The measurement is focused on the wavelength 486 nm of the hydrogen plasma emission spectrum, and for example, data as shown in FIG. 9 is acquired. In FIG. 9, 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. 9 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２）
図１〜図７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を介して原料ガス噴出孔７ａからシランガス（９０％）と水素ガス（１０％）の混合ガスを、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）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)
In FIG. 1 to FIG. 7, a substrate 9 is previously placed on the
The size of the substrate 9 is 1 mx length 1 m (
Next, the frequency of the
In this case, the reflected wave of the supplied power can be prevented from returning to the upstream side of the
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）＝ｃｏｓ２（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、即ち、シランガス（９０％）と水素ガス（１０％）の混合ガスの流量と、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１０に示すようなデータが取得される。図１０は、縦軸が製膜速度（ｎｍ／ｓ）、横軸が供給電力（ＫＷ）である。
図１０は、混合ガス供給量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１０のデータでは、製膜速度の最大値は、混合ガスの流量が２ＬＳＭ、４ＬＳＭ、及び６ＬＳＭにおいて、それぞれ、２．２ｎｍ／ｓ、３．１５ｎｍ／ｓ及び４．２５ｎｍ／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、混合ガスの流量２ＬＳＭ、４ＬＳＭ、及び６ＬＳＭにおいて、それぞれ、８ＫＷ（０．５５６Ｗ／ｃｍ２）で２．２ｎｍ／ｓ、９ＫＷで（０．６２５Ｗ／ｃｍ２）で３．１５ｎｍ／ｓ、及び、９ＫＷ（０．６２５Ｗ／ｃｍ２）で４．２５ｍ／ｓである。
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
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 peripheral direction, and λ is the wavelength of the power used (wavelength in the plasma).
Such a film formation experiment is performed using the flow rate of the raw material gas, that is, the mixed gas of silane gas (90%) and hydrogen gas (10%), and the supply power as parameters, and the film formation speed, the flow rate of the raw material gas, and the supply Understand the relationship with electricity.
In this case, for example, data as shown in FIG. 10 is acquired. In FIG. 10, the vertical axis represents the film forming speed (nm / s), and the horizontal axis represents the supplied power (KW).
FIG. 10 shows that, in the mixed 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, the film forming speed 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.
In the data of FIG. 10, the maximum value of the film forming speed is 2.2 nm / s, 3.15 nm / s, and 4.25 nm / s, respectively, when the mixed gas flow rate is 2LSM, 4LSM, and 6LSM. .
In addition, the relationship between the supplied power value and the maximum value of the film formation rate is 2.2 nm / s and 9 kW at 8 kW (0.556 W / cm 2 ), respectively, at the mixed
In the film formation data, powder (particles) may be generated when the supplied power is about 6 KW or more.
（ステップ３）
図１〜図７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を介して希釈ガス噴出孔５ａ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）に維持する。
また、原料ガス供給源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を介して原料ガス噴出孔７ａからシランガスを、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）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／ｃｍ２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)
1 to 7, a substrate 9 is previously placed on the
Further, from the source
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 (
Next, the frequency of the
In this case, the reflected wave of the supplied power can be prevented from returning to the upstream side of the
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）＝ｃｏｓ２（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１１に示すようなデータが取得される。図１１は、縦軸が製膜速度（ｎｍ／ｓ）、横軸が供給電力（ＫＷ）である。
図１１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す。
また、図１１のデータでは、製膜速度の最大値、即ち、供給電力９ＫＷ（０．６２５Ｗ／ｃｍ２）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、３．３ｎｍ／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 film formation, the substrate 9 is taken out from the
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 peripheral direction, 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. 11 is acquired. In FIG. 11, the vertical axis represents the film forming speed (nm / s), and the horizontal axis represents the supplied power (KW).
FIG. 11 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. Exceeding a certain value indicates a tendency to saturate.
In addition, in the data of FIG. 11, the maximum value of the film forming speed, that is, the film forming speed at a 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, and In the case of a supply amount of 6 LSM and a hydrogen gas supply amount of 30 SLM, they are about 3.3 nm / s and 3.9 nm / s, respectively. The crystallization rate is about 60 to 80%, respectively.
以上説明した本発明の第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。
図１〜図７に示したプラズマ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 relating to the method using the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention described above are as follows.
A method of manufacturing a silicon-based film using the plasma CVD apparatus shown in FIGS. 1 to 7, wherein a microcrystalline silicon film is manufactured using a source gas containing at least a silane gas and a dilution gas containing at least a hydrogen gas It is characterized by doing.
本発明の第１の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の装置構成上の特徴を、以下に列記する。
第１の特徴は、第１の電極２の表面に、凹部８ａと平坦部６ａが設けられていること。
第２の特徴は、上記凹部８ａは、格子状の溝のような形状を有すること。
第３の特徴は、凹部８ａに原料ガス噴出孔７ａが設けられ、平坦部６ａに希釈ガス噴出孔５ａが設けられていること。これにより、希釈ガス噴出孔５ａは、原料ガス噴出孔７ａより第２の電極表面に近い位置に配置されるということを特徴とする。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、図８図示のプラズマのシースの厚みが凹部８ａでは厚く、平坦部６ａでは薄くなっていることから、凹部８ａ近傍のプラズマ密度は高く、平坦部６ａ近傍のプラズマ密度は低い。また、上記平坦部６ａと第２の電極３の間の空間（強電界領域）での電界（Ｖ／ｃｍ）は、上記凹部８ａと第２の電極３の間の空間（弱電界領域）での電界（Ｖ／ｃｍ）より強いことから、希釈ガスは強いプラズマで解離され、原料ガスは弱いプラズマで解離される。
その結果、水素ガスは容易に原子状Ｈに分解され、ＳｉＨ４ガスは過度のプラズマ分解が抑制されるという条件が整う。これにより、Ｈ２→Ｈ＋Ｈ（多量の原子状Ｈを生成）の反応、及びＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３（多量のＨと多量ＳｉＨ３を生成）の反応が起こるという条件が整う。
第４の特徴は、原料ガス及び希釈ガスを一対の電極２、３間に供給するに際し、原料ガスと希釈ガスは互いに分離して供給されることである。即ち、希釈ガスの一対の電極２、３間への供給路は、希釈ガス供給源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及び希釈ガス噴出孔５ａで構成されるとともに、原料ガスの一対の電極２、３間への供給路は、原料ガス供給源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及び原料ガス噴出孔７ａで構成されていること。これにより、希釈ガスと原料ガスの噴流を異なる空間で、かつ、異なる電界（Ｖ／ｃｍ）でプラズマ化することが可能となる。
第５の特徴は、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。第５の特徴と後述の第６の特徴の組み合わせにより、原料ガスと希釈ガスを分離した形で、電極間に供給可能となる。
第６の特徴は、第１及び第２の洞穴型ガス導入路１５ａ、１５ｂは第１の電極２の第２の電極３側の表面に平行な面内に、かつ、互いに平行な関係を保つように設置されること。第６の特徴と前述の第５の特徴の組み合わせにより、原料ガスと希釈ガスを分離した形で、電極間に供給可能となる。
本実施例での実験においては、上記特徴を有することから、以下に示す条件を満たしていると考えられる。その結果、パウダーの発生はほとんど無い状態で、高速製膜が可能であると判断される。
●条件１：高濃度のＨ原子を生成する条件を満たすこと。上記の第１ないし第６の特徴を有するプラズマＣＶＤ装置を用いて、大量の水素ガスを供給し、プラズマを生成することから、大量の原子状水素Ｈが発生しやすい。即ち、Ｈ２→Ｈ＋Ｈの反応が主反応として、起こりやすい。なお、多量の原子状Ｈが生成（Ｈ原子濃度の増大）されると、一般的に、微結晶シリコン膜の形成が容易に可能であると、言われている。
●条件２：高濃度のＳｉＨ３を生成する条件を満たすこと。上記の第１ないし第６の特徴
を有するプラズマＣＶＤ装置を用いて、大量の水素ガスを供給し、プラズマを生成することから、ＳｉＨ４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、ＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３、及びＨ＋ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ３の反応が起こり易い。また、大量Ｈ２ガスを供給し、プラズマを生成することから大量のＨラジカルが発生しやすい。即ち、Ｈ２→Ｈ＋Ｈ、及びＨ＋ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ３の反応が主反応として起こりやすい。なお、ＳｉＨ３濃度が増大すると、一般に、高品質シリコン系膜の形成が容易に可能であると、言われている。
●条件３：パウダー生成の主要因であるＳｉＨ２ラジカルを減少させる条件を満たすこと。上記実験では、大量の水素を供給し、プラズマ化しているので、励起されたＨ２濃度が高くなることから、ＳｉＨ２を消滅させやすい。即ち、ＳｉＨ２＋Ｈ２→ＳｉＨ４の反応が起こりやすい。なお、ＳｉＨ２濃度が減少すると、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）及びトリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）等のダスト（パウダー）は形成されにくくなる。
Features of the apparatus configuration of the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention are listed below.
The first feature is that a
The second feature is that the
The third feature is that the source
That is, since the thickness of the plasma sheath shown in FIG. 8 is thick in the
As a result, the condition that hydrogen gas is easily decomposed into atomic H and excessive plasma decomposition is suppressed for SiH 4 gas is satisfied. Thus, the condition that the reaction of H 2 → H + H (generates a large amount of atomic H) and the reaction of SiH 4 → H + SiH 3 (generates a large amount of H and a large amount of SiH 3 ) occurs.
The fourth feature is that when the source gas and the dilution gas are supplied between the pair of
A fifth feature is that the first and
A sixth feature is that the first and second cave-type
In the experiment in the present example, it has the above characteristics, so it is considered that the following conditions are satisfied. As a result, it is determined that high-speed film formation is possible with almost no generation of powder.
● Condition 1: The condition for generating a high concentration of H atoms is satisfied. Since a large amount of hydrogen gas is supplied and plasma is generated using the plasma CVD apparatus having the above first to sixth characteristics, a large amount of atomic hydrogen H is likely to be generated. That is, the reaction of H 2 → H + H is likely to occur as the main reaction. Note that it is generally said that when a large amount of atomic H is generated (an increase in H atom concentration), a microcrystalline silicon film can be easily formed.
Condition 2: The condition for generating high-concentration SiH 3 is satisfied. Since the plasma CVD apparatus having the above first to sixth characteristics is used to supply a large amount of hydrogen gas and generate plasma, the condition that excessive plasma decomposition and dissociation of SiH 4 gas does not occur is established. . Thereby, the reaction of SiH 4 → H + SiH 3 and H + SiH 4 → H 2 + SiH 3 is likely to occur. Further, since a large amount of H 2 gas is supplied to generate plasma, a large amount of H radicals are likely to be generated. That is, reactions of H 2 → H + H and H + SiH 4 → H 2 + SiH 3 are likely to occur as main reactions. Note that it is generally said that when the SiH 3 concentration increases, 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. In the above experiment, since a large amount of hydrogen is supplied and turned into plasma, the concentration of excited H 2 becomes high, and thus SiH 2 is easily extinguished. That is, the reaction of SiH 2 + H 2 → SiH 4 is likely to occur. When the SiH 2 concentration decreases, 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、シランガス供給量４ＬＳＭ、水素ガス供給量２０ＳＬＭで、供給電力９ＫＷ（０．６２５Ｗ／ｃｍ２）の場合、製膜速度３．３ｎｍ／ｓ程度で結晶化率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。
また、シランガス供給量６ＬＳＭ、水素ガス供給量３０ＳＬＭで、供給電力９ＫＷ（０．６２５Ｗ／ｃｍ２）の場合、製膜速度３．９ｎｍ／ｓ程度で結晶化率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 amount of silane gas is 4 LSM, the supply amount of hydrogen gas is 20 SLM, and the supply power is 9 KW (0.625 W / cm 2 ), the film formation rate is about 3.3 nm / s and the crystallization rate is about 60 to 80%. It can be seen that an i-type microcrystalline silicon film can be obtained.
In addition, when the supply amount of silane gas is 6 LSM, the supply amount of hydrogen gas is 30 SLM, and the supply power is 9 KW (0.625 W / cm 2 ), the i-type fine crystal having a film formation rate of about 3.9 nm / s and a crystallization rate of about 60 to 80%. It can be seen that a crystalline silicon film 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／ｃｍ２）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を行うことができる。
(Step 4)
In actual application, referring to the results of the above (Step 1) to (Step 3), 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. Thereby, the target high quality i-type microcrystalline silicon film can be 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。
第１の電極２の対向面に凹部８ａ及び平坦部６ａを形成し、かつ、原料ガス噴出孔７ａを凹部８ａに、希釈ガス噴出孔７ａを平坦部６ａに設置し、パッシェンの法則に従うプラズマ生成が可能なプラズマ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、原料ガスの弱電界領域でのプラマ化及び希釈ガスの強電界領域でのプラズマ化を行い、かつ、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、ＳｉＨ４ガスのプラズマ化とＨ２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ＳｉＨ４ガスとプラズマ化したＨ２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ＳｉＨ３を生成（ＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３、Ｈ２→Ｈ＋Ｈ）し、かつ、粗悪な膜形成要因のＳｉＨ２を消滅（ＳｉＨ２＋Ｈ２→ＳｉＨ４）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, the effect as a silicon-based film manufacturing method using the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention will be considered.
The
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 which is 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.
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、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２、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ＳｉＨ２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 converting a mixed gas of silane gas and hydrogen gas into a plasma under high pressure conditions, the supply power is increased, that is, the electron temperature of plasma is increased (9.47 eV or more). When high-density plasma is generated (by generating electrons with 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 occurs in a reaction space that is longer than necessary in a reaction space that is longer than necessary, and as a side effect, a reaction that deteriorates the film quality occurs.
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）ＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３（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ＳｉＨ３を生成）：ＳｉＨ３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）Ｈ２→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＋ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ３（多量のＨ２と多量ＳｉＨ３を生成）：ＳｉＨ３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）ＳｉＨ２＋Ｈ２→ＳｉＨ４（多量のＳｉＨ２を消滅）：ＳｉＨ２濃度の減少により、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）及びトリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）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）ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ２（９．４７ｅＶ以上のエネルギーを持つ電子の衝突により、多量ＳｉＨ２を生成）：ＳｉＨ２ラジカルの濃度が増大し、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）及びテトラシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ３Ｈ８→Ｓｉ４Ｈ１０）等からなるパウダーが生成されるという条件が成立。
（ｆ）ＳｉＨ４→Ｈ＋Ｈ＋ＳｉＨ２（多量ＳｉＨ２を生成）：ＳｉＨ２ラジカルの濃度が増大し、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）及びテトラシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ３Ｈ８→Ｓｉ４Ｈ１０）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 a 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、原料ガスと希釈ガスを、それぞれ、原料ガス噴出孔７ａ及び希釈ガス噴出孔５ａから噴出させて、噴出直後、原料ガスは弱電界領域の空間で、希釈ガスは強電界領域の空間でプラズマ化できるので、Ｈ、ＳｉＨ３ラジカル、励起されたＨ２等の高品質膜形成に貢献するラジカルを多量に発生できる。
これにより、膜の品質を低下させる主たる要因であるＳｉＨ２ラジカルの発生反応は、Ｈ、ＳｉＨ３ラジカル、励起されたＨ２等の高品質膜形成に貢献するラジカルの発生に比べて、大幅に抑制される。
また、大量に供給されるＨ２ガスを、プラズマ化した後に混合領域で、シランガスプラズマと混合させるので、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、ＳｉＨ２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 this embodiment, the source gas and the dilution gas are ejected from the source
As a result, the generation reaction of SiH 2 radicals, which is the main factor for deteriorating the quality of the film, is significantly greater than the generation of radicals that contribute to the formation of high quality films such as H, SiH 3 radicals, and excited H 2. It is suppressed.
In addition, since the H 2 gas supplied in large quantities is mixed with silane gas plasma in the mixing region after being converted to plasma, 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を図１２ないし図１４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 FIGS. Reference is also made to FIGS.
図１２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を示す模式的な平面図（基板側から見た平面図）である。図１３は図１２のＢ２−Ｂ２線の断面図である。図１４は希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃの模式的な説明図である。
FIG. 12 is a schematic plan view (plan view seen from the substrate side) showing the
先ず、装置の構成を、図１２ないし図１４を参照して説明する。なお、図１２及び図１３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２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に設置されている凹部８ａの型が格子状からスリット状に代えられる。
First, the configuration of the apparatus will be described with reference to FIGS. 12 and 13, for convenience of explanation, the coordinates (X, Y, Z) shown in the drawings are referred to as in the explanation of the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention described above. .
In the plasma CVD apparatus according to the second embodiment of the present invention, the mold of the
符番８ｂは第１の電極２に設けられたスリット状の凹部で、複数個設置される。凹部８ｂの断面形状は矩形である。この凹部８ｂは図１２のＹ方向に延在する溝で、溝の深さは電極間距離ｄの０．１〜１倍程度、即ち、０．１ｄ〜ｄ程度、例えば３ｍｍである。そして、その凹部８ｂの幅はＷ２である。その幅Ｗ２は、６ｍｍ〜１５ｍｍ程度、例えばＷ２＝６ｍｍである。凹部８ｂの開口部の角は異常放電防止のため、実施例１の場合と同様に、角を丸く加工する。
また、凹部８ｂの深さは、電極間距離ｄと溝幅Ｗ１、Ｗ２の数値を考慮して選定する必要がある。その際に重要なことは、異常放電を抑制することである。ここでは、凹部８ｂによるホローカソード放電等の異常放電を抑制するために、凹部８ｂの深さの値は電極間距離ｄと溝幅Ｗ１、Ｗ２に比べて十分に小さい値を選定している。
なお、電極のサイズが、例えば、１２０６ｍｍｘ１２０６ｍｍで、スリット状の凹部８ｂの幅が例えば、Ｗ２＝６ｍｍで後述の平坦部６ｂの幅Ｗ４がＷ４＝６ｍｍ場合、その個数はＸ方向に１００列である。また、このスリット状に配置される凹部８ｂ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。
Further, the depth of the
When the size of the electrode is, for example, 1206 mm × 1206 mm, the width of the slit-shaped
符番７ａは原料ガス噴出孔で、凹部８ｂの底面に、図１２のＹ軸方向に複数個、５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲で、略等間隔に、例えば１２ｍｍ間隔に設置される。原料ガス噴出孔７ａは、第２の洞穴型ガス導入路１５ｂから供給される原料ガス又は原料ガスと希釈ガスの混合ガスを第１及び第２の電極２、３間に噴出する。
噴出した原料ガス又は原料ガスと希釈ガスの混合ガスは、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。
The ejected source gas or the mixed gas of the source gas and the dilution gas is discharged from the
原料ガス噴出孔７ａは第１の電極２の凹部８ｂに配置され、後述の希釈ガス５ｂ、５ｃは第１の電極２ａの平坦部６ｂに配置されるので、希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃと第２の電極３の表面の間の距離は原料ガス噴出孔７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。
一対の平行平板電極を用いてプラズマを生成場合、プラズマ放電開始電圧Ｖｓ（Ｖ）と、圧力ｐ（Ｐａ）と電極間距離ｄ（ｃｍ）の積ｐｄ（Ｐａ・ｃｍ）の関係は、例えば、図２１に示すようなパッシェンの曲線（パッシェンの法則）に従うことが、一般に知られている。なお、図２１において、縦軸はプラズマ放電開始電圧Ｖｓ（Ｖ）、横軸は圧力ｐ（Ｐａ）と電極間距離ｄ（ｃｍ）の積ｐｄ（Ｐａ・ｃｍ）である。
この場合、ｐｄ積の値が３５０〜７００Ｐａ・ｃｍにおいて、一対の電極間の電界Ｅ（Ｖ／ｃｍ）はプラズマ放電開始電圧Ｖｓ（Ｖ）と電極間距離ｄ（ｃｍ）に依存し、Ｅ＝Ｖｓ／ｄで表わされる。
このことは、ｐｄ積の値が３５０〜７００Ｐａ・ｃｍにおいて、電界Ｅは電極間距離ｄに反比例している、ということを意味している。即ち、上記平坦部６ａと第２の電極３の間の空間（ここでは、強電界領域と呼ぶ）での電界は、上記凹部８ａと第２の電極３の間の空間（ここでは、弱電界領域と呼ぶ）での電界より強くなる、ということを意味している。
一対の電極２、３間において、強い電界が印加された空間に供給されるガスは、強い電界でプラズマ化されて解離されるので、強いプラズマが生成する。他方、弱い電界が印加された空間に供給されるガスは、弱い電界でプラズマ化されて解離されるので、弱いプラズマが生成する。
したがって、上記強電界領域に噴出する希釈ガス、例えば水素ガスは、強いプラズマとなり、プラズマ反応及び解離反応が強く促進される。その結果、Ｈ２→Ｈ＋Ｈの反応が容易に起こり易いという作用がある。
また、上記強電界領域に噴出する原料ガスまたは原料ガスと希釈ガスの混合ガスは、弱いプラズマになる。原料ガスがＳｉＨ４の場合、ＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３の反応が起こり易いという作用がある。強いプラズマでＳｉＨ４ガスをプラズマ化すれば、過度の分解反応が起こり、ＳｉＨ２が容易に発生する。なお、プラズマでの電子エネルギーが８．７５ｅＶ以上であればＳｉＨ３が生成され、９．４７ｅＶ以上であればＳｉＨ２が生成されることが、一般に知られている。
即ち、一対の電極２、３間に強電界領域と弱電界領域を設定し、強電界領域に水素ガスを噴出し、弱電界領域に原料ガスまたは原料ガスと水素ガスの混合ガスを噴出することにより、Ｈ２→Ｈ＋Ｈの反応（多量の原子状Ｈを生成）及びＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３の反応（多量のＳｉＨ３ラジカルを生成）が起こり易くなるという条件が整う。
Since the source
When plasma is generated using a pair of parallel plate electrodes, the relationship between the plasma discharge start voltage Vs (V) and the product pd (Pa · cm) of the pressure p (Pa) and the interelectrode distance d (cm) is, for example, It is generally known to follow Paschen's curve (Paschen's law) as shown in FIG. In FIG. 21, the vertical axis represents the plasma discharge start voltage Vs (V), and the horizontal axis represents the product pd (Pa · cm) of the pressure p (Pa) and the interelectrode distance d (cm).
In this case, when the value of the pd product is 350 to 700 Pa · cm, the electric field E (V / cm) between the pair of electrodes depends on the plasma discharge start voltage Vs (V) and the interelectrode distance d (cm), and E = It is expressed by Vs / d.
This means that the electric field E is inversely proportional to the inter-electrode distance d when the value of the pd product is 350 to 700 Pa · cm. That is, the electric field in the space between the
Between the pair of
Therefore, the dilution gas, for example, hydrogen gas, ejected to the strong electric field region becomes strong plasma, and the plasma reaction and the dissociation reaction are strongly promoted. As a result, there is an effect that the reaction of H 2 → H + H easily occurs.
Moreover, the raw material gas or the mixed gas of the raw material gas and the dilution gas ejected to the strong electric field region becomes weak plasma. When the source gas is SiH 4 , there is an effect that the reaction of SiH 4 → H + SiH 3 easily occurs. If SiH 4 gas is turned into plasma with strong plasma, excessive decomposition reaction occurs and SiH 2 is easily generated. It is generally known that SiH 3 is generated when the electron energy in plasma is 8.75 eV or more, and SiH 2 is generated when the electron energy is 9.47 eV or more.
That is, a strong electric field region and a weak electric field region are set between the pair of
符番６ｂは、第１電極２ａの第２電極３側の表面に設けられる平坦部である。この平坦部６ｂはスリット状の凹部８ｂに挟まれている。平坦部６ｂの幅はＷ４である。その幅Ｗ４は、６ｍｍ〜１５ｍｍ程度、例えばＷ４＝６ｍｍとする。
なお、電極のサイズが、例えば、１２０６ｍｍｘ１２０６ｍｍで、凹部８ｂの幅Ｗ２＝６ｍｍで、平坦部６ｂの幅Ｗ４＝６ｍｍの場合、平坦部６ｂの個数はＸ方向に１０１列である。
The
When the size of the electrode is, for example, 1206 mm × 1206 mm, the width W2 of the
符番５ｂ、５ｃは、第１の電極２の平坦部６ｂに設置される原希釈ガス噴出孔で、Ｙ方向に複数個設置される。また、希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃは、図１２に示すように、帯状の平坦部６ｂ上面の原料ガス噴出孔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、複数組みの希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃの設置位置は、Ｙ方向で見ると、図１２に示すように、略等間隔に、５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲で、例えば１２ｍｍ間隔となる。
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。
また、希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃは、図１３及び図１４に示すように、平坦部６ｂの上面に希釈ガス噴出孔５ｂの噴出方向と希釈ガス噴出孔５ｃの噴出方向の間の角度がθになるように設置される。この角度θは、希釈ガス噴出孔５ｂの噴出方向と希釈ガス噴出孔５ｃの噴出方向の間の角度である。
角度θの具体的値は、一対の電極２ａ、３の間隔によるが、数度〜８０度程度の範囲に設定される。例えば角度θ＝２０度とした場合を図１４に示している。この場合は、図１４に示すように、一対の電極２、３の間隔が１０ｍｍであれば、希釈ガス噴出孔５ｂの中心線が第２の電極３の表面と交わる点Ｐ１と、希釈ガス噴出孔５ｃの中心線が第２の電極３の表面と交わる点Ｐ２との距離が、略３．６ｍｍになる。
即ち、希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃが角度θを持って設置されるので、希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃから噴出した希釈ガスは、原料ガス噴出孔７ａから噴出した原料ガス又は原料ガスと希釈ガスの混合ガスを第２の電極３の表面と平行な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。
この場合、原料ガスと希釈ガスの接触の強さあるいは混合の強さは角度θに依存する。当然ながら、第１及び第２の電極２ａ、３の間の圧力にも依存する。
The jetted dilution gas is discharged from the
Further, as shown in FIGS. 13 and 14, the dilution gas ejection holes 5b and 5c have an angle between the ejection direction of the dilution
The specific value of the angle θ depends on the distance between the pair of
That is, since the dilution gas ejection holes 5b and 5c are installed with an angle θ, the dilution gas ejected from the dilution gas ejection holes 5b and 5c is the source gas ejected from the source
In this case, the strength of contact between the source gas and the dilution gas or the strength of mixing depends on the angle θ. Of course, it also depends on the pressure between the first and
希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃが角度θを持って平坦部６ｂの上面に設置されると、上述の希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃと原料ガス噴出孔７ａの位置の違い、即ち、電極間距離に起因する作用に加えて、希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃの有する角度θの作用が発生する。
即ち、希釈ガスと原料ガスを、それぞれ、第２の電極３表面からの距離が異なる位置に設置されている希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃ及び原料ガス噴出孔７ａから噴出させ、その噴出の後に、別々の空間でプラズマ化するとともに、基板９の表面近傍で希釈ガスと原料ガスを接触させ、両者の混合を促進させる。その結果、Ｈ、ＳｉＨ３ラジカル、励起されたＨ２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。
つまり、希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃから噴出した希釈ガスが、原料ガス噴出孔７ａから噴出した原料ガスを第２の電極３の表面と平行な方向へ押し出す形で接触するので、希釈ガスと原料ガスの混合を促進させる。この希釈ガスと原料ガスの混合促進は、次に示す反応（ｂ）〜（ｄ）を促進させるという作用を生む。
即ち、希釈ガスと原料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。
（ｂ）Ｈ２→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＋ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ３（多量のＨ２と多量ＳｉＨ３を生成）：ＳｉＨ３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）ＳｉＨ２＋Ｈ２→ＳｉＨ４（多量のＳｉＨ２を消滅）：ＳｉＨ２濃度の減少により、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）及びトリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）等のダスト（パウダー）形成要因が除去される条件が成立。
When the dilution gas ejection holes 5b and 5c are installed on the upper surface of the
That is, the diluting gas and the source gas are respectively ejected from the diluting gas ejection holes 5b and 5c and the source
That is, since the dilution gas ejected from the dilution gas ejection holes 5b and 5c contacts the source gas ejected from the source
That is, as a result of promoting the mixing of the dilution gas and the raw material gas, the following reaction becomes remarkable as compared with the conventional apparatus.
(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 a 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.
次に、図１２〜図１４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-type thin film solar cell using a plasma CVD apparatus using the
When forming the i-type microcrystalline silicon film, the source gas, dilution gas, pressure, power to be applied, and the like are referred to known film forming conditions.
However, specific conditions relating to the plasma CVD apparatus having the above-described configuration must be confirmed and adjusted in advance by the following procedure. Thereafter, a target i-type microcrystalline silicon film is formed.
（ステップ１）では、図１〜図３並びに図１２〜図１４図示の第１の電極２を用いたプラズマ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２）では、図１〜図３並びに図１２〜図１４図示の第１の電極２を用いたプラズマＣＶＤ装置において、原料ガス又は原料ガスと希釈ガスの混合ガス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３並びに図１２〜図１４図示の第１の電極２を用いたプラズマ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、それぞれ、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 using the
In (Step 2), in the plasma CVD apparatus using the
In (Step 3), in the plasma CVD apparatus using the
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３並びに図１２〜図１４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を介して希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃから希釈ガス、例えば水素ガスを、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)
1-3 and FIGS. 12-14, the board | substrate 9 was previously installed on the
The size of the substrate 9 is 1 mx length 1 m (
Next, the frequency of the
In this case, the reflected wave of the supplied power can be prevented from returning to the upstream side of the
上記の条件で、１０〜２０分程度の時間、プラズマを生成する。そして、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９に示すようなデータが取得される。図９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９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。
ところで、第１の電極に設けられる凹部８ｂの形状が図１２ないし図１４に示すようにスリット状の溝の形になっていることから、実施例１と同様に、強電界領域、即ち、平坦部６ｂ近傍の空間部分と、弱電界領域、即ち、凹部８ｂ近傍の空間部分ではプラズマの発生状況が異なる。この場合、観測窓から見えるプラズマは、図８に示すように、平坦部６ｂ近傍のプラズマのシース３１の厚みは凹部８ｂ近傍のプラズマのシース３２の厚みに比べて薄くなっている。なお、図８図示の符番３０はシースと発光を伴うプラズマの境界を示す。
凹部８ｂ近傍のプラズマのシース３２の厚みが平坦部６ｂ近傍のプラズマのシース３１の厚みに比べて厚いということは、凹部８ｂ近傍のプラズマの密度は平坦部６ｂ近傍のプラズマの密度に比べて低いということを意味する。即ち、平坦部６ｂ近傍のプラズマ密度が１ｘ１０１０ｃｍ−３程度であれば、凹部８ｂ近傍のプラズマ密度はそれよりも小さいということである。また、凹部８ｂ近傍のプラズマは弱電界領域のプラズマであるので、原料ガスの過度の解離は起こらないと、考えられる。
Under the above conditions, plasma is generated for about 10 to 20 minutes. Then, using an emission spectrum measuring instrument and a measurement probe (not shown), paying attention to 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. 9 is acquired. In FIG. 9, 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. 9 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.
By the way, since the shape of the
The thickness of the
（ステップ２）
図１〜図３並びに図１２〜図１４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を介して原料ガス噴出孔７ａからシランガス（９０％）と水素ガス（１０％）の混合ガスを、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）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)
1-3 and FIGS. 12-14, the board | substrate 9 was previously installed on the
The size of the substrate 9 is 1 mx length 1 m (
Next, the frequency of the
In this case, the reflected wave of the supplied power can be prevented from returning to the upstream side of the
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）＝ｃｏｓ２（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、上記混合ガスの流量と、供給電力をパラメータに行い、製膜速度と上記混合ガスの流量と、供給電力との関係を把握する。
この場合、例えば、図１０に示すようなデータが取得される。図１０は、縦軸が製膜速度（ｎｍ／ｓ）、横軸が供給電力（ＫＷ）である。
図１０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１０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、２．２ｎｍ／ｓ、３．１５ｎｍ／ｓ及び４．２５ｎｍ／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、８ＫＷ（０．５５６Ｗ／ｃｍ２）で２．２ｎｍ／ｓ、９ＫＷで（０．６２５Ｗ／ｃｍ２）で３．１５ｎｍ／ｓ、及び、９ＫＷ（０．６２５Ｗ／ｃｍ２）で４．２５ｎｍ／ｓである。
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
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 peripheral direction, 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 mixed gas and the supplied power as parameters, and the relationship between the film forming speed, the flow rate of the mixed gas, and the supplied power is grasped.
In this case, for example, data as shown in FIG. 10 is acquired. In FIG. 10, the vertical axis represents the film forming speed (nm / s), and the horizontal axis represents the supplied power (KW).
FIG. 10 shows that in the raw material 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, the film forming speed 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.
In the data of FIG. 10, the maximum value of the film formation rate is 2.2 nm / s, 3.15 nm / s, and 4.25 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 forming rate is 2.2 nm / s and 9 kW at 8 kW (0.556 W / cm 2 ), respectively, at the flow rates of the raw material gases 2LSM, 4LSM, and 6LSM ( 0.625 W / cm 2 ) and 3.15 nm / s, and 9 kW (0.625 W / cm 2 ) and 4.25 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３）
図１〜図３並びに図１２〜図１４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を介して希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃ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５３３．２Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）を維持する。
また、原料ガス供給源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を介して原料ガス噴出孔７ａからシランガスを、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５３３．２Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）を維持する。
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／ｃｍ２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を５倍とし、パウダーの発生を抑制する。
(Step 3)
1-3 and FIGS. 12-14, the board | substrate 9 was previously installed on the
Further, from the source
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 (
Next, the frequency of the
In this case, the reflected wave of the supplied power can be prevented from returning to the upstream side of the
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）＝ｃｏｓ２（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１１に示すようなデータが取得される。図１１は、縦軸が製膜速度（ｎｍ／ｓ）、横軸が供給電力（ＫＷ）である。
図１１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す。
また、図１１のデータでは、製膜速度の最大値、即ち、供給電力９ＫＷ（０．６２５Ｗ／ｃｍ２）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、３．３ｎｍ／ｓ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 film formation, the substrate 9 is taken out from the
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 peripheral direction, 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. 11 is acquired. In FIG. 11, the vertical axis represents the film forming speed (nm / s), and the horizontal axis represents the supplied power (KW).
FIG. 11 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. Exceeding a certain value indicates a tendency to saturate.
In addition, in the data of FIG. 11, the maximum value of the film forming speed, that is, the film forming speed at a supply power of 9 kW (0.625 W / cm 2 ) In the case of a supply amount of 6 LSM and a hydrogen gas supply amount of 30 SLM, they are 3.3 nm / s and 3.9 nm / s, respectively. The crystallization rate is about 60 to 80%, respectively.
なお、本発明の第２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。
図１２〜図１４に示すように、スリット状の形を有する凹部８ｂに原料ガス噴出孔７ａを配置し、平坦部６ｂにガス噴出方向が角度θだけ異なる希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃを配置した第１の電極２を備えたプラズマＣＶＤ装置により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。
The features relating to the method using the plasma CVD apparatus according to the second embodiment of the present invention are as follows.
As shown in FIGS. 12 to 14, the raw material gas ejection holes 7 a are disposed in the slit-shaped
ところで、本発明の第２の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の装置構成上の特徴として、次のことが挙げられる。
第１の特徴は、第１の電極２の表面に、凹部８ｂ及び平坦部６ｂが設けられていること。
第２の特徴は、上記凹部８ｂは、スリット状の溝のような形状を有すること。
第３の特徴は、凹部８ｂに原料ガス噴出孔７ａが設けられ、平坦部６ｂに希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃが角度θを持って設けられていること。これにより、原料ガスと希釈ガスの接触と混合が促進されるという条件が整う。即ち、原料ガスのプラズマと希釈ガスのプラズマが基板表面近傍で接触し混合されるということである。また、実施例１の場合と同様に、プラズマのシースの厚みが凹部８ｂ近傍と平坦部６ｂでは異なる。即ち、図８図示のプラズマのシースの厚みが凹部８ｂでは厚く、平坦部６ｂでは薄くなっていることから、凹部８ｂ近傍のプラズマ密度は高く、平坦部６ｂ近傍のプラズマ密度は低いと言える。また、上記平坦部６ｂと第２の電極３の間の空間（強電界領域）での電界は、上記凹部８ｂと第２の電極３の間の空間（弱電界領域）での電界より強いことから、希釈ガスは強いプラズマで解離され、原料ガス弱いプラズマで解離される。
その結果、水素ガスは容易に原子状Ｈに分解され、ＳｉＨ４ガスは過度のプラズマ分解が抑制されるという条件が整う。これにより、Ｈ２→Ｈ＋Ｈ（多量の原子状Ｈを生成）の反応、及びＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３（多量のＨと多量ＳｉＨ３を生成）の反応が起こるという条件が整う。
第４の特徴は、原料ガス及び希釈ガスを一対の電極２、３間に供給するに際し、原料ガスと希釈ガスは互いに分離して供給されることである。即ち、希釈ガスの一対の電極２、３間への供給路は、希釈ガス供給源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及び希釈ガス噴出孔５ａで構成されるとともに、原料ガスの一対の電極２、３間への供給路は、原料ガス供給源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及び原料ガス噴出孔７ａで構成されていること。
第５の特徴は、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。
第６の特徴は、第１及び第２の洞穴型ガス導入路１５ａ、１５ｂは第１の電極２の第２の電極３側の表面に平行な面内に、かつ、互いに平行な関係を保つように設置されること。
本実施例での実験においては、上記特徴を有することから、以下に示す条件を満たしていると考えられる。その結果、パウダーの発生はほとんど無い状態で、高速製膜が可能であると判断される。
●条件１：高濃度のＨ原子を生成する条件を満たすこと。上記の第１ないし第６の特徴を有するプラズマＣＶＤ装置を用いて、大量の水素ガスを供給し、プラズマを生成することから、大量の原子状水素Ｈが発生しやすい。即ち、Ｈ２→Ｈ＋Ｈの反応が主反応として、起こりやすい。なお、多量の原子状Ｈが生成（Ｈ原子濃度の増大）されると、一般的に、微結晶シリコン膜の形成が容易に可能であると、言われている。
●条件２：高濃度のＳｉＨ３を生成する条件を満たすこと。上記の第１ないし第６の特徴
を有するプラズマＣＶＤ装置を用いて、大量の水素ガスを供給し、プラズマを生成することから、ＳｉＨ４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、ＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３、及びＨ＋ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ３の反応が起こり易い。また、大量Ｈ２ガスを供給し、プラズマを生成することから大量のＨラジカルが発生しやすい。即ち、Ｈ＋ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ３の反応が主反応として起こりやすい。なお、ＳｉＨ３濃度が増大すると、一般に、高品質シリコン系膜の形成が容易に可能であると、言われている。
●条件３：パウダー生成の主要因であるＳｉＨ２ラジカルを減少させる条件を満たすこと。上記実験では、大量の水素を供給し、プラズマ化しているので、励起されたＨ２濃度が高くなることから、ＳｉＨ２を消滅させやすい。即ち、ＳｉＨ２＋Ｈ２→ＳｉＨ４の反応が起こりやすい。なお、ＳｉＨ２濃度が減少すると、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）及びトリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）等のダスト（パウダー）は形成されにくくなる。
By the way, the following is mentioned as a characteristic on the apparatus configuration of the plasma CVD apparatus according to the second embodiment of the present invention.
The first feature is that a
The second feature is that the
The third feature is that the source
As a result, the condition that hydrogen gas is easily decomposed into atomic H and excessive plasma decomposition is suppressed for SiH 4 gas is satisfied. Thus, the condition that the reaction of H 2 → H + H (generates a large amount of atomic H) and the reaction of SiH 4 → H + SiH 3 (generates a large amount of H and a large amount of SiH 3 ) occurs.
The fourth feature is that when the source gas and the dilution gas are supplied between the pair of
A fifth feature is that the first and
A sixth feature is that the first and second cave-type
In the experiment in the present example, it has the above characteristics, so it is considered that the following conditions are satisfied. As a result, it is determined that high-speed film formation is possible with almost no generation of powder.
● Condition 1: The condition for generating a high concentration of H atoms is satisfied. Since a large amount of hydrogen gas is supplied and plasma is generated using the plasma CVD apparatus having the above first to sixth characteristics, a large amount of atomic hydrogen H is likely to be generated. That is, the reaction of H 2 → H + H is likely to occur as the main reaction. Note that it is generally said that when a large amount of atomic H is generated (an increase in H atom concentration), a microcrystalline silicon film can be easily formed.
Condition 2: The condition for generating high-concentration SiH 3 is satisfied. Since the plasma CVD apparatus having the above first to sixth characteristics is used to supply a large amount of hydrogen gas and generate plasma, the condition that excessive plasma decomposition and dissociation of SiH 4 gas does not occur is established. . Thereby, the reaction of SiH 4 → H + SiH 3 and H + SiH 4 → H 2 + SiH 3 is likely to occur. Further, since a large amount of H 2 gas is supplied to generate plasma, a large amount of H radicals are likely to be generated. That is, the reaction of H + SiH 4 → H 2 + SiH 3 is likely to occur as a main reaction. Note that it is generally said that when the SiH 3 concentration increases, 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. In the above experiment, since a large amount of hydrogen is supplied and turned into plasma, the concentration of excited H 2 becomes high, and thus SiH 2 is easily extinguished. That is, the reaction of SiH 2 + H 2 → SiH 4 is likely to occur. When the SiH 2 concentration decreases, 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、シランガス供給量４ＬＳＭ、水素ガス供給量２０ＳＬＭで、供給電力９ＫＷ（０．６２５Ｗ／ｃｍ２）の場合、製膜速度３．３ｎｍ／ｓ程度で結晶化率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。
また、シランガス供給量６ＬＳＭ、水素ガス供給量３０ＳＬＭで、供給電力９ＫＷ（０．６２５Ｗ／ｃｍ２）の場合、製膜速度３．９ｎｍ／ｓ程度で、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 amount of silane gas is 4 LSM, the supply amount of hydrogen gas is 20 SLM, and the supply power is 9 KW (0.625 W / cm 2 ), the film formation rate is about 3.3 nm / s and the crystallization rate is about 60 to 80%. It can be seen that an i-type microcrystalline silicon film can be obtained.
In addition, when the supply amount of silane gas is 6 LSM, the supply amount of hydrogen gas is 30 SLM, and the supply power is 9 KW (0.625 W / cm 2 ), the i-type film formation rate is about 3.9 nm / s and the crystallization rate is about 60 to 80%. It can be seen that a microcrystalline silicon film 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／ｃｍ２）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 the above (Step 1) to (Step 3), 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２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を構成する第１の電極２の表面に凹部８ａと平坦部６ｂを設置し、該凹部８ａに原料ガス噴出孔７ａを設置し、かつ、該平坦部６ｂにガス噴出の方向が第２の電極３の表面の法線方向と異なる方向を向いた希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃ設置し、原料ガスに印加される電界を弱く、希釈ガスに印加される電界を強くすることが可能であり、かつ、プラズマ化された原料ガスと希釈ガスの接触及び混合の促進が可能であるプラズマＣＶＤ装置を実現化できるので、従来の装置では不可能である高品質のシリコン膜を高速で製膜できるという作用効果を有する。
これにより、ＳｉＨ４ガスのプラズマ化とＨ２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ＳｉＨ４ガスとプラズマ化したＨ２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ＳｉＨ３を生成（ＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３、Ｈ２→Ｈ＋Ｈ）し、かつ、粗悪な膜形成要因のＳｉＨ２を消滅（ＳｉＨ２＋Ｈ２→ＳｉＨ４）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, the effect as a method for manufacturing a silicon-based film by the plasma CVD apparatus according to the second embodiment of the present invention will be considered.
A
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 which is 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２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、前記希釈ガスを該希釈ガスの噴出方向が前記第２の電極の表面の法線方向以外の方向に向くように配置された複数の希釈ガス噴出孔と、前記原料ガスを噴出する複数の原料ガス噴出孔から構成され、かつ、該希釈ガス噴出孔と該原料ガス噴出孔は印加される電界の強さが異なる位置に配置される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 second 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 for supplying high-frequency power to an electrode, and in the plasma CVD apparatus for forming a thin film on a substrate installed in the vacuum vessel, the gas ejection hole includes the dilution gas and the dilution gas. A plurality of dilution gas ejection holes arranged such that the ejection direction is in a direction other than the normal direction of the surface of the second electrode, and a plurality of source gas ejection holes for ejecting the source gas, and The dilution gas injection hole and the raw material gas injection Hole is characterized in that the strength of the electric field applied are arranged in different positions.
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、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２、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。
その結果、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ＳｉＨ２に関する反応（ｅ）と（ｆ）が強く起こる。したがって、従来装置では、高品質膜の高速製膜化ができないのである。
In a method using a conventional apparatus, when a film is formed by converting a mixed gas of silane gas and hydrogen gas into a plasma under high pressure conditions, the supply power is increased, that is, the electron temperature of plasma is increased (9.47 eV or more). When high-density plasma is generated (by generating electrons with 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 occurs in a reaction space that is longer than necessary in a reaction space that is longer than necessary, and as a side effect, a reaction that deteriorates the film quality occurs.
As a result, 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. Therefore, the conventional apparatus cannot produce a high-quality film at high speed.
（高品質膜の形成に必要な反応）
（ａ）ＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３（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ＳｉＨ３を生成）：ＳｉＨ３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）Ｈ２→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＋ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ３（多量のＨ２と多量ＳｉＨ３を生成）：ＳｉＨ３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）ＳｉＨ２＋Ｈ２→ＳｉＨ４（多量のＳｉＨ２を消滅）：ＳｉＨ２濃度の減少により、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）及びトリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）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）ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ２（９．４７ｅＶ以上のエネルギーを持つ電子の衝突により、多量ＳｉＨ２を生成）：ＳｉＨ２ラジカルの濃度が増大し、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）及びテトラシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ３Ｈ８→Ｓｉ４Ｈ１０）等からなるパウダーが生成されるという条件が成立。
（ｆ）ＳｉＨ４→Ｈ＋Ｈ＋ＳｉＨ２（多量ＳｉＨ２を生成）：ＳｉＨ２ラジカルの濃度が増大し、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）及びテトラシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ３Ｈ８→Ｓｉ４Ｈ１０）等からなるパウダーが生成されるという条件が成立。
(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 a 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.
これに対して、本実施例では、希釈ガスと原料ガスを、それぞれ、希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃ及び原料ガス噴出孔７ａから噴出させ、該原料ガスを凹部８ｂでプラズマ化し、該希釈ガスを平坦部６ｂでプラズマ化して、その後、それぞれプラマ化した原料ガスと希釈ガスを基板表面の近傍で混合させる。即ち、大量の水素ガスはシランガスと別の空間でプラズマ化し、大量のＨ及びＳｉＨ３ラジカル、並びに励起されたＨ２等の高品質膜形成に貢献するラジカルを多量に発生できる。その結果、膜の品質を低下させる主たる要因であるＳｉＨ２ラジカルの発生は、Ｈ、ＳｉＨ３ラジカル、励起されたＨ２等の高品質膜形成に貢献するラジカルの発生に比べて、大幅に抑制される。
特に、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置では、希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃの噴射方向が第２の電極３の法線方向以外に向いていることから、プラズマ化された後の希釈ガスと原料ガスの接触及び混合が促進されて、上記（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の反応が起きやすくなる。これにより、ＳｉＨ２の発生を抑制する形で、シリコン系膜を形成可能である。
その結果、従来装置に比べて、ＳｉＨ２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 this embodiment, the dilution gas and the raw material gas are ejected from the dilution gas ejection holes 5b and 5c and the raw material
In particular, in the plasma CVD apparatus according to the second embodiment of the present invention, since the injection direction of the dilution
As a result, it is possible to form a silicon-based film in a form that suppresses the generation of SiH 2 compared to the conventional device.
（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２において第１の電極２に設置される凹部８ｂ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-based film manufacturing method using the plasma CVD apparatus will be described with reference to FIG. Reference is also made to FIGS.
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing the
The characteristics of the plasma CVD apparatus according to the third embodiment are characterized in that the cross-sectional shape of the
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である。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は電極間距離ｄの０．１〜１倍程度、即ち、０．１ｄ〜ｄ程度、例えば３ｍｍである。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には原料ガス噴出孔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 provided on the surface of the
A source
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８ｂ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
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２の場合とほぼ同様であるので、詳細な説明は省略する。 Since the third embodiment is substantially the same as the second embodiment except for the above-described features, detailed description thereof is omitted.
（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１６を参照して説明する。図１〜図３も参照する。
図１６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２において第１の電極２に設置される凹部８ｂ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 film manufacturing method using the plasma CVD apparatus will be described with reference to FIG. Reference is also made to FIGS.
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing the
The characteristic of the apparatus configuration of the plasma CVD apparatus according to the fourth embodiment is that the cross-sectional shape of the
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である。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、電極間距離ｄの０．１〜１倍程度、即ち、０．１ｄ〜ｄ程度、例えば３ｍｍ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には原料ガス噴出孔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。
A source
Further, the trapezoidal
符番６ｄ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。
For example, when the electrode size is 1206 mm × 1206 mm, the width W2 of the
実施例４においては、上記特徴以外は、実施例２の場合とほぼ同様であるので、詳細な説明は省略する。 Since the fourth embodiment is substantially the same as the second embodiment except for the above-described features, detailed description thereof is omitted.
（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を図１７及び図１８を参照して説明する。図１〜図３も参照する。
(Example 5)
A plasma CVD apparatus and a silicon-based film manufacturing method using the plasma CVD apparatus according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Reference is also made to FIGS.
図１７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を示す模式的な平面図（基板側から見た平面図）である。図１８は図１７のＦ１−Ｆ１線の断面図である。
FIG. 17 is a schematic plan view (plan view seen from the substrate side) showing the
装置の構成を、図１７及び図１８を参照して説明する。なお、図１７及び図１８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５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に設置されている凹部の型が格子状から多数の円筒形に代えられる。
The configuration of the apparatus will be described with reference to FIGS. 17 and 18. In FIGS. 17 and 18, 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 fifth embodiment of the present invention, the shape of the concave portion provided in the
符番８ｆは、第１の電極２に設けられた円筒状の凹部である。この凹部８ｆは直径２〜２０ｍｍ、例えば５ｍｍである。その深さは、電極間距離ｄの０．１〜１倍程度、即ち、０．１ｄ〜ｄ程度、例えば３ｍｍである。
この凹部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、例えば中心点間の距離で１２ｍｍとする。
A large number of the
符番７ａは原料ガス噴出孔で、多数個ある全ての凹部８ｆの底面に、設置される。なお、図１７及び図１８には１個の凹部８ｆに１個の原料ガス噴出孔７ａを示しているが、複数個でも良い。
この原料ガス噴出孔７ａは、前述の実施例と同様に、第２の洞穴型ガス導入路１５ｂから供給される原料ガス又は原料ガスと希釈ガスの混合ガスを第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。
As in the above-described embodiment, the source
The jetted dilution gas is discharged from the
符番６ｆは、第１電極２ａの第２電極３側の表面の平坦部である。この平坦部６ｆは第１電極２ａの第２電極３側の表面に設けられた凹部８ｆ以外の領域である。
Reference numeral 6f is a flat portion on the surface of the first electrode 2a on the
符番５ｂ、５ｃは希釈ガス噴出孔で、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。稀釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃは、図１８に示すように、平坦部６ｆの原料ガス噴出孔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、複数組の希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃの設置位置は、Ｙ方向で見ると、図１７に示すように、略等間隔に、５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲で、例えば中心点間の距離で１２ｍｍとする。
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。
また、希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃは、図１８に示すように、希釈ガス噴出孔５ｂの噴出方向と希釈ガス噴出孔５ｃの噴出方向の間の角度がθになるように設置される。この角度θは、希釈ガス噴出孔５ｂの噴出方向と希釈ガス噴出孔５ｃの噴出方向の間の角度である。
角度θの具体的値は、一対の電極２ａ、３の間隔によるが、数度〜８０度の範囲に設定される。
即ち、希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃが角度θを持って設置されるので、希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃから噴出した希釈ガスは、原料ガス噴出孔７ａから噴出した原料ガスを第２の電極３の表面と平行な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。
この場合、原料ガスと希釈ガスの接触の強さあるいは混合の強さは角度θに依存する。当然ながら、第１及び第２の電極２ａ、３の間の圧力にも依存する。
The jetted dilution gas is discharged from the
Further, as shown in FIG. 18, the dilution gas ejection holes 5b and 5c are installed such that the angle between the ejection direction of the dilution
The specific value of the angle θ depends on the distance between the pair of
That is, since the dilution gas ejection holes 5b and 5c are installed with an angle θ, the dilution gas ejected from the dilution gas ejection holes 5b and 5c uses the source gas ejected from the source
In this case, the strength of contact between the source gas and the dilution gas or the strength of mixing depends on the angle θ. Of course, it also depends on the pressure between the first and
希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃが角度θを有することから、前述の希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃと原料ガス噴出孔７ａの位置の違いに起因する作用、即ち、印加される電界の強弱の違いに起因する作用に加えて、希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃの有する角度θの作用が発生する。
即ち、希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃと原料ガス噴出孔７ａの位置の違いに起因する作用は次の通りである。
原料ガス噴出孔７ａは第１の電極２の凹部８ｆに配置され、希釈ガス５ｂ、５ｃは第１の電極２ａの平坦部６ｆに配置されるので、希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃと第２の電極３の表面の間の距離は原料ガス噴出孔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。
一対の平行平板電極を用いてプラズマを生成場合、プラズマ放電開始電圧Ｖｓ（Ｖ）と、圧力ｐ（Ｐａ）と電極間距離ｄ（ｃｍ）の積ｐｄ（Ｐａ・ｃｍ）の関係は、例えば、図２１に示すようなパッシェンの曲線（パッシェンの法則）に従うことが、一般に知られている。なお、図２１において、縦軸はプラズマ放電開始電圧Ｖｓ（Ｖ）、横軸は圧力ｐ（Ｐａ）と電極間距離ｄ（ｃｍ）の積ｐｄ（Ｐａ・ｃｍ）である。この場合、ｐｄ積の値が３５０〜７００Ｐａ・ｃｍにおいて、一対の電極間の電界Ｅ（Ｖ／ｃｍ）はプラズマ放電開始電圧Ｖｓ（Ｖ）と電極間距離ｄ（ｃｍ）に依存し、Ｅ＝Ｖｓ／ｄで表わされる。
このことは、ｐｄ積の値が３５０〜７００Ｐａ・ｃｍにおいて、電界Ｅは電極間距離ｄに反比例している、ということを意味している。即ち、上記平坦部６ｆと第２の電極３の間の空間（ここでは、強電界領域と呼ぶ）での電界は、上記凹部８ｆと第２の電極３の間の空間（ここでは、弱電界領域と呼ぶ）での電界より強くなる、ということを意味している。
一対の電極２、３間において、強い電界が印加された空間に供給されるガスは、強い電界でプラズマ化されて解離されるので、強いプラズマが生成する。他方、弱い電界が印加された空間に供給されるガスは、弱い電界でプラズマ化されて解離されるので、弱いプラズマが生成する。
したがって、上記強電界領域に噴出する希釈ガス、例えば水素ガスは、強いプラズマとなり、プラズマ反応及び解離反応が強く促進される。その結果、Ｈ２→Ｈ＋Ｈの反応が容易に起こり易いという作用がある。
また、上記強電界領域に噴出する原料ガスまたは原料ガスと希釈ガスの混合ガスは、弱いプラズマになる。原料ガスがＳｉＨ４の場合、ＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３の反応が起こり易いという作用がある。強いプラズマでＳｉＨ４ガスをプラズマ化すれば、過度の分解反応が起こり、ＳｉＨ２が容易に発生する。なお、プラズマでの電子エネルギーが８．７５ｅＶ以上であればＳｉＨ３が生成され、９．４７ｅＶ以上であればＳｉＨ２が生成されることが、一般に知られている。
即ち、一対の電極２、３間に強電界領域と弱電界領域を設定し、強電界領域に水素ガスを噴出し、弱電界領域に原料ガスまたは原料ガスと水素ガスの混合ガスを噴出することにより、Ｈ２→Ｈ＋Ｈの反応（多量の原子状Ｈを生成）及びＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３の反応（多量のＳｉＨ３ラジカルを生成）が起こり易くなるという条件が整えることができる。
更に、希釈ガスは、希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃ間の角度θの設定により、第２の電極表面の法線方向と異なる方向に噴出するので、設定されるので、プラズマ化された原料ガスと希釈ガスを接触させ、両者を混合させるという作用が生まれる。つまり、希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃから噴出した希釈ガスが、原料ガス噴出孔７ａから噴出した原料ガスを第２の電極３の表面と平行な方向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を促進させる。この原料ガスと希釈ガスの混合促進は、次に示す反応（ｂ）〜（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顕著となる反応として、次の反応が顕著になる。
（ｂ）Ｈ２→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整う。
（ｃ）Ｈ＋ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ３（多量のＨ２と多量ＳｉＨ３を生成）：ＳｉＨ３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整う。
（ｄ）ＳｉＨ２＋Ｈ２→ＳｉＨ４（多量のＳｉＨ２を消滅）：ＳｉＨ２濃度の減少により、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）及びトリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）等のダスト（パウダー）形成要因が除去される条件が整う。
Since the dilution gas ejection holes 5b and 5c have an angle θ, the action due to the difference in position between the dilution gas ejection holes 5b and 5c and the source
That is, the action resulting from the difference in position between the dilution gas ejection holes 5b and 5c and the source
Since the source
When plasma is generated using a pair of parallel plate electrodes, the relationship between the plasma discharge start voltage Vs (V) and the product pd (Pa · cm) of the pressure p (Pa) and the interelectrode distance d (cm) is, for example, It is generally known to follow Paschen's curve (Paschen's law) as shown in FIG. In FIG. 21, the vertical axis represents the plasma discharge start voltage Vs (V), and the horizontal axis represents the product pd (Pa · cm) of the pressure p (Pa) and the interelectrode distance d (cm). In this case, when the value of the pd product is 350 to 700 Pa · cm, the electric field E (V / cm) between the pair of electrodes depends on the plasma discharge start voltage Vs (V) and the interelectrode distance d (cm), and E = It is expressed by Vs / d.
This means that the electric field E is inversely proportional to the inter-electrode distance d when the value of the pd product is 350 to 700 Pa · cm. That is, the electric field in the space between the flat portion 6f and the second electrode 3 (herein referred to as a strong electric field region) is the space between the
Between the pair of
Therefore, the dilution gas, for example, hydrogen gas, ejected to the strong electric field region becomes strong plasma, and the plasma reaction and the dissociation reaction are strongly promoted. As a result, there is an effect that the reaction of H 2 → H + H easily occurs.
Moreover, the raw material gas or the mixed gas of the raw material gas and the dilution gas ejected to the strong electric field region becomes weak plasma. When the source gas is SiH 4 , there is an effect that the reaction of SiH 4 → H + SiH 3 easily occurs. If SiH 4 gas is turned into plasma with strong plasma, excessive decomposition reaction occurs and SiH 2 is easily generated. It is generally known that SiH 3 is generated when the electron energy in plasma is 8.75 eV or more, and SiH 2 is generated when the electron energy is 9.47 eV or more.
That is, a strong electric field region and a weak electric field region are set between the pair of
Furthermore, since the dilution gas is set in a direction different from the normal direction of the second electrode surface by setting the angle θ between the dilution
That is, as a result of promoting the mixing of the raw material gas and the dilution gas, the following reaction becomes remarkable as a reaction that becomes remarkable as compared with the conventional apparatus.
(B) H 2 → H + H (generates a large amount of atomic H): The conditions under which the microcrystalline silicon film can be easily formed are increased by increasing the H atom concentration.
(C) H + SiH 4 → H 2 + SiH 3 (generates a large amount of H 2 and a large amount of SiH 3 ): The conditions under which a high-quality silicon-based film can be easily formed by increasing the SiH 3 concentration are met.
(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.
実施例５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２ないし実施例４の場合とほぼ同様であるので、装置の取り扱いについての説明を省略する。 Since the fifth embodiment is substantially the same as the second to fourth embodiments except for the above-described features of the apparatus configuration and the operation thereof, description of handling of the apparatus will be omitted.
（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について、図１９を参照して説明する。図１〜図３も参照する。
図１９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を示す模式的な断面図である。
本実施例６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５において第１の電極２に設置される凹部８ｆの構造が円筒形であるのに対して、実施例７の場合は凹部８ｇの構造が円錐形であることである。
(Example 6)
A plasma CVD apparatus and a silicon-based film manufacturing method using the plasma CVD apparatus according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Reference is also made to FIGS.
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing the
The characteristic of the apparatus configuration of the plasma CVD apparatus in the sixth embodiment is that the structure of the
符番８ｇは、第１の電極２に設けられた円錐状の凹部である。その円錐状の凹部８ｇの底面の直径は２〜２０ｍｍ、例えば５ｍｍである。その高さは３〜２０ｍｍ、例えば３ｍｍである。
この凹部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、例えば中心点間の距離で１２ｍｍとする。
Reference numeral 8 g is a conical recess provided in the
A large number of the recesses 8g are installed. At the time of installation, the adjacent interval is 5 mm to 50 mm, for example, the distance between the center points is 12 mm.
符番７ａは原料ガス噴出孔で、多数個ある全ての凹部８ｇの頂点部に、設置される。
この原料ガス噴出孔７ａは、前述の実施例と同様に、第２の洞穴型ガス導入路１５ｂから供給される原料ガス又は原料ガスと希釈ガスの混合ガスを第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。
As in the above-described embodiment, the source
The ejected source gas is discharged from the
符番６ｆは、第１電極２の第２電極３側の表面の平坦部である。この平坦部６ｆは第１電極２の第２電極３側の表面に設けられた凹部８ｇ以外の領域である。
Reference numeral 6f is a flat portion of the surface of the
符番５ｂ、５ｃは希釈ガス噴出孔で、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。希釈ガス噴出孔５ｂ、５ｃは、図１９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１７に示すように、略等間隔に、５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲で、例えば中心点間の距離で１２ｍｍとする。
実施例６においては、上記特徴以外は、実施例５の場合とほぼ同様であるので、詳細な説明は省略する。 Since the sixth embodiment is substantially the same as the fifth embodiment except for the above features, a detailed description is omitted.
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・・・希釈ガス噴出孔、
６ａ、６ｂ、６ｆ・・・第１電極２の第２電極３側の表面に設けられる平坦部、
６ｃ、６ｄ・・・第１電極２の第２電極３側の表面に設けられる凸部、
７ａ・・・原料ガス噴出孔、
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ・・・第１電極２の第２電極との対向面に設けられる凹部、
８ｆ、８ｇ・・・第１電極２の第２電極との対向面に設けられる穴、
９・・・基板、
１０ａ・・・希釈ガス供給源、
１０ｂ・・・原料ガス供給源、
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・・・希釈ガスの噴流、
１８・・・原料ガスの噴流、
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
5a, 5b, 5c... Dilution gas injection hole,
6a, 6b, 6f ... a flat portion provided on the surface of the
6c, 6d ... convex portions provided on the surface of the
7a ... Raw material gas ejection hole,
8a, 8b, 8c, 8d ... a recess provided on the surface of the
8f, 8g ... holes provided on the surface of the
9 ... substrate,
10a ... dilution gas supply source,
10b ... Source 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 ... dilution gas jet,
18 ... Raw material gas jet,
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 (7)
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、
前記第１の電極の第２の電極と対向する対向面に複数の凹部又は穴が形成され、該複数の凹部又は穴の底面に前記原料ガス又は該原料ガスと前記希釈ガスの混合ガスを噴出する原料ガス噴出孔が設置されるとともに、該対向面の該複数の凹部又は穴の部分を除く平坦部に前記希釈ガスを噴出する希釈ガス噴出孔が設置されるという構成を有する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 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 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,
A plurality of recesses or holes are formed on a surface of the first electrode facing the second electrode, and the source gas or a mixed gas of the source gas and the dilution gas is ejected to the bottom surfaces of the plurality of recesses or holes. And a dilution gas injection hole for injecting the dilution gas is installed in a flat portion excluding the plurality of concave portions or hole portions of the opposing surface. A plasma CVD apparatus.
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又は原料ガスと希釈ガスの混合ガスを噴出する複数の原料ガス噴出孔と前記希釈ガスを噴出する複数の希釈ガス噴出孔に分離し、該希釈ガス噴出孔を第２の電極の表面から近い位置である第１の位置に配置させ、該原料ガス噴出孔を第２の電極の表面から遠い位置である第２の位置に配置させることにより、該原料ガス噴出孔から噴出する原料ガス又は原料ガスと希釈ガスの混合ガスが該一対の電極から印加される電界の強さと、該希釈ガス噴出孔から噴出する希釈ガスが該一対の電極から印加される電界の強さ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 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 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 holes are separated into a plurality of source gas ejection holes for ejecting the source gas or a mixed gas of the source gas and the dilution gas, and a plurality of dilution gas ejection holes for ejecting the dilution gas. By disposing the raw material gas ejection holes at a first position that is close to the surface of the second electrode and disposing the raw material gas ejection holes at a second position that is far from the surface of the second electrode, The strength of the electric field applied from the pair of electrodes to the source gas or the mixed gas of the source gas and the diluent gas ejected from the pair, and the strength of the electric field applied from the pair of electrodes to the dilution gas ejected from the dilution gas ejection hole A method for producing a silicon-based film using a plasma CVD apparatus characterized by having different lengths.
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