JP2012134320A - 微結晶半導体薄膜製造装置および微結晶半導体薄膜製造方法 - Google Patents
微結晶半導体薄膜製造装置および微結晶半導体薄膜製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】真空容器10と、基板100に対向して設けられる電極12と、真空容器10に水素を主成分に含むガスを一定量で連続的に供給するガス供給手段22a、22b、22cと、基板100と電極12との間を基板100の面内において複数に分割した分割領域に対して半導体材料ガスを分割領域毎に個別に且つ周期的に供給するガス供給手段22d、22e、22fと、半導体材料ガスの供給と同期して電極12における半導体材料ガスが供給された分割領域に対応する領域に個別に高周波電圧を印加する高周波電源40a、40b、40cと、分割領域への半導体材料ガスの供給のオン/オフを制御するとともに半導体材料ガスの供給に同期させて電極12に印加する高周波電圧に振幅変調を加える制御手段60と、真空容器10内のガスを排気する排気手段20とを備える。
【選択図】図1
Description
図1は、この発明の実施の形態1にかかる微結晶半導体薄膜製造装置の構成の一例を模式的に示す図である。この微結晶半導体薄膜製造装置は、従来のプラズマCVD装置を基本とするものであり、薄膜を形成する雰囲気を内部に形成する真空容器10内に、基板ステージ11と、複数に分割(図1では3つに分割)されたプラズマ電極12a、12b、12cを有するプラズマ電極12とを備え、プラズマ電極12a、12b、12cと基板ステージ11の対向する面が互いに平行となるように設置されている。真空容器10にはガス排気管20が設けられており、このガス排気管20に接続された図示しない真空ポンプによって、真空容器10内のガスが排気され、真空容器10内が所定の真空度に設定される。
実施の形態1の方法によりメートル級基板(たとえば、寸法が1.4m×1.1mの基板)上に微結晶シリコン薄膜を形成する場合には、たとえば図3−1や図3−2に示した様に、真空容器10内へのSiH4ガスの供給をオン/オフする複数個のガスバルブ25c、25d、25eと、分割されたプラズマ電極12a、12b、12cに印加する高周波電圧を個別に変調制御することで、均一な成膜が可能である。さらに高速で微結晶シリコンを成膜する場合には、微結晶シリコンの製膜が可能な繰り返し周波数の範囲内で、可能な限り大きい繰り返し周波数を用いる必要がある。しかし、繰り返し周波数が大きくなるに従って真空容器10内を排気する排気速度が不足し、SiH4ガスが期間Toffまで残留して結晶化率を著しく低下させる。そこで、実施の形態2では、メートル級の大面積基板上に微結晶シリコン薄膜をさらに高速でしかも均一に成膜することができる微結晶半導体薄膜製造装置および微結晶半導体薄膜製造方法について説明する。
実施の形態2では、成膜の高速化について説明したが、さらなる成膜の高速化を実現するためには、プラズマ電極12に印加する高周波電圧として、周波数が30〜150MHzのVHF帯を用いることが好ましい。しかしながら、VHF帯の高周波電圧を用いる場合、高周波電圧の周波数の増加により、高周波電圧の「波」としての性質が顕著に表れ、成膜特性が電極面内で不均一になる。すなわち、電極面内で高周波電圧が干渉を起こし、定在波を形成することで電界強度分布が不均一になり、その結果プラズマ密度が不均一となり、最終的に成膜速度や膜質そのものが不均一になってしまう。また、実施の形態1のように分割されたプラズマ電極12を用いた場合でも、高周波電圧に対して電気的に分離することは難しく、均一なプラズマを形成することが難しい。そこで、実施の形態3では、印加する高周波電圧に30〜150MHzのVHF帯を用いて高速に且つ均一に微結晶薄膜を成膜する実施の形態について説明する。
11 基板ステージ
12、12a、12b、12c、12d プラズマ電極
13、13a、13b、13c ガスシャワーヘッド
20、20a、20b、20c ガス排気管
22a、22b、22c H2ガス供給口
22d、22e、22f SiH4ガス供給口
23a H2ガス供給管
23b SiH4ガス供給管
24a マスフローコントローラ
24b マスフローコントローラ
25a、25b、25c、25d、25e ガスバルブ
26a、26b、26c ガスバルブ
30、30a〜30i ガス導入室
40a、40b、40c 高周波電源部
41a〜41i 給電点
60 制御部
70a、70b インピーダンス整合器
80a、80b 位相変調器
100 基板
Claims (15)
- プラズマCVD法により微結晶半導体薄膜を製造する微結晶半導体薄膜製造装置であって、
基板を保持する基板保持手段を有する真空容器と、
前記真空容器内において前記基板に対向して設けられるプラズマ電極と、
前記真空容器に水素を主成分に含むガスを一定量で連続的に供給する第1のガス供給手段と、
前記基板保持手段に保持された前記基板と前記プラズマ電極との間のプラズマ生成空間を前記基板の面内において複数に分割した分割領域に対して、少なくともシリコンまたはゲルマニウムを含む半導体材料ガスを前記分割領域毎に個別に且つ周期的に供給する第2のガス供給手段と、
前記半導体材料ガスの供給と同期して前記プラズマ電極における前記半導体材料ガスが供給された前記分割領域に対応する領域に個別に高周波電圧を印加する高周波電源と、
前記分割領域への前記半導体材料ガスの供給のオン/オフを制御するとともに前記半導体材料ガスの供給に同期させて前記プラズマ電極に印加する高周波電圧に振幅変調を加える制御手段と、
前記真空容器内のガスを排気する第1排気手段と、
を備えることを特徴とする微結晶半導体薄膜製造装置。 - 前記プラズマ電極は、
前記分割領域毎に対応して設けられて前記水素を主成分に含むガスおよび前記半導体材料ガスが供給される複数のガス供給室と、
前記プラズマ電極の前記基板保持手段側に前記分割領域毎に対応して設けられて前記ガス供給室に供給された前記水素を主成分に含むガスおよび前記半導体材料ガスを対応する前記分割領域に複数の孔を介して供給する複数のシャワーヘッドと、
を備え、
前記半導体材料ガスが供給された前記ガス供給室に対応する領域に個別に高周波電圧が印加されること、
を特徴とする請求項1に記載の微結晶半導体薄膜製造装置。 - 前記ガス供給室を介して前記真空容器内のガスを排気する第2排気手段を有すること、
を特徴とする請求項1または2に記載の微結晶半導体薄膜製造装置。 - 前記ガス供給室が、前記水素を主成分に含むガスが供給される第1のガス供給室と、前記半導体材料ガスが供給される第2のガス供給室と、に分離され、
前記第2排気手段が、前記第2のガス供給室を介して前記真空容器内のガスを排気すること、
を特徴とする請求項3に記載の微結晶半導体薄膜製造装置。 - 前記プラズマ電極と前記基板との間に局在化したプラズマを形成すること、
を特徴とする請求項1に記載の微結晶半導体薄膜製造装置。 - 前記分割領域毎に対応して設けられて前記水素を主成分に含むガスおよび前記半導体材料ガスが個別に供給される複数のガス供給室と、
前記プラズマ電極の前記基板保持手段側に前記複数のガス供給室を覆って設けられて前記ガス供給室に供給された前記水素を主成分に含むガスおよび前記半導体材料ガスを複数の孔を介して供給する一体型のシャワーヘッドと、
を備え、
前記半導体材料ガスが供給された前記ガス供給室に対応する領域に個別に高周波電圧が印加されること、
を特徴とする請求項5に記載の微結晶半導体薄膜製造装置。 - 前記高周波電圧は、前記複数のガス供給室の外縁部における少なくとも2点の給電点から、時間的に位相を変調して印加されること、
を特徴とする請求項6に記載の微結晶半導体薄膜製造装置。 - 前記制御手段は、前記半導体材料ガスの供給をオンにしているときの前記高周波電圧を前記半導体材料ガスの供給をオフにしているときの前記高周波電圧よりも小さくなるように前記高周波電圧に振幅変調を加えること、
を特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の微結晶半導体薄膜製造装置。 - プラズマCVD法により微結晶半導体薄膜を製造する微結晶半導体薄膜製造方法であって、
プラズマ電極を有する真空容器を備えた微結晶薄膜形成装置の前記真空容器内で、前記プラズマ電極に対向するように基板を保持する基板保持工程と、
前記真空容器に水素を主成分に含むガスを一定量で連続的に供給しながら、少なくともシリコンまたはゲルマニウムを含む半導体材料ガスを断続的に供給するとともに、前記半導体材料ガスが供給される期間と供給されない期間とに同期させて異なる高周波電圧を前記プラズマ電極に印加して前記プラズマ電極と前記基板との間のプラズマ生成空間にプラズマを生成して微結晶半導体薄膜を形成する微結晶半導体薄膜形成工程と、
を含み、
前記微結晶半導体薄膜形成工程では、
前記基板と前記プラズマ電極との間のプラズマ生成空間を前記基板の面内において複数に分割した分割領域に対して、前記半導体材料ガスを前記分割領域毎に個別に且つ周期的に供給し、
前記半導体材料ガスの供給と同期して前記プラズマ電極における前記半導体材料ガスが供給された前記分割領域に対応する領域に個別に高周波電圧を印加し、
前記半導体材料ガスが供給されない期間では、前記真空容器内のガスを排気すること、
を特徴とする微結晶半導体薄膜製造方法。 - 前記半導体材料ガスは、前記分割領域毎に対応して設けられて前記水素を主成分に含むガスおよび前記半導体材料ガスが供給される複数のガス供給室と、前記プラズマ電極の前記基板保持手段側に前記分割領域毎に対応して設けられて前記ガス供給室に供給された前記水素を主成分に含むガスおよび前記半導体材料ガスを対応する前記分割領域に複数の孔を介して供給する複数のシャワーヘッドと、を介して前記分割領域毎に供給されること、
を特徴とする請求項9に記載の微結晶半導体薄膜製造方法。 - 前記半導体材料ガスが供給されない期間では、前記真空容器の側壁部および前記ガス供給室を介して前記真空容器内のガスを排気すること、
を特徴とする請求項9に記載の微結晶半導体薄膜製造方法。 - 前記ガス供給室内に設けられた第1のガス供給室に前記水素を主成分に含むガスを供給し、前記ガス供給室内に設けられた第2のガス供給室に前記半導体材料ガスを供給し、
前記半導体材料ガスが供給されない期間では、前記真空容器の側壁部および前記第2のガス供給室を介して前記真空容器内のガスを排気すること、
を特徴とする請求項11に記載の微結晶半導体薄膜製造方法。 - 前記プラズマ電極と前記基板との間に局在化したプラズマを形成すること、
を特徴とする請求項9に記載の微結晶半導体薄膜製造方法。 - 前記高周波電圧を前記複数のガス供給室の外縁部における少なくとも2点の給電点から、時間的に位相を変調して印加すること、
を特徴とする請求項13に記載の微結晶半導体薄膜製造方法。 - 前記半導体材料ガスの供給をオンにしているときの前記高周波電圧を前記半導体材料ガスの供給をオフにしているときの前記高周波電圧よりも小さくなるように前記高周波電圧に振幅変調を加えること、
を特徴とする請求項9〜14のいずれか1つに記載の微結晶半導体薄膜製造方法。
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