JP2019014976A - Catalyst cvd apparatus, catalyst cvd method and method for self-cleaning catalyst cvd apparatus - Google Patents

Catalyst cvd apparatus, catalyst cvd method and method for self-cleaning catalyst cvd apparatus Download PDF

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Abstract

To provide a catalyst CVD apparatus and method, capable of solving the problem that the improvement of apparatus operation rate and yield is difficult when the catalyst CVD apparatus is applied to a mass-production apparatus since the conventional catalyst CVD apparatus forms silicide by reacting a catalyzer with Si included in raw material gas to cause function deterioration and disconnection and further a catalyzer life is reduced by high temperature even when self cleaning is performed by the catalyzer.SOLUTION: The catalyst CVD method comprises: dividing first raw material gas (Si non-containing gas) contacted and decomposed by a catalyzer from second raw material gas (Si containing gas) not contacted and decomposed by the catalyzer; blocking the catalyzer and the second raw material gas by a partition to prevent both from contacting to each other; reducing the partial pressure of the second raw material gas to the partial pressure of the first raw material gas to suppress contact between both gases; and providing a region in which radicals or decomposition species formed by the catalyzer are contacted and mixed with the second raw material gas.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

本発明は、触媒CVD装置(cat−CVD装置)、触媒CVD法(cat−CVD法)及び該触媒CVD装置(cat−CVD装置)のプラズマによるセルフクリーニング法に関する。   The present invention relates to a catalytic CVD apparatus (cat-CVD apparatus), a catalytic CVD method (cat-CVD method), and a self-cleaning method using plasma of the catalytic CVD apparatus (cat-CVD apparatus).

触媒CVD装置(cat−CVD装置)及び触媒CVD法(cat−CVD法)は、荷電粒子による基板の損傷(イオンダメージ)が無いこと、緻密な膜を形成可能であること及び原料ガスの分解効率が高く、高速製膜が可能であること等の特長があり、太陽電池、液晶デイスプレイ用TFT、有機EL及び各種半導体デバイス等における光電変換膜、絶縁膜、パッシベーション膜あるいはバリア膜等の形成への応用がなされつつある。
なお、触媒CVD法は、原料ガスを加熱した触媒体に接触させ、その際に発生する接触分解反応を利用して分解し、その分解された分解種又はラジカルを、濃度勾配及び温度勾配による輸送現象を利用して基板に輸送し、堆積させるという方法である。即ち、触媒CVD法は、原料ガス分子を加熱した触媒体に解離吸着させ、その解離吸着した原子あるいは各種ラジカルを分離したまま気相中に放出(熱脱離)し、拡散現象で移動したその原子状ラジカル又は製膜前駆体が基板に堆積して薄膜を形成する方法である、ということが知られている。
Catalytic CVD apparatus (cat-CVD apparatus) and catalytic CVD method (cat-CVD method) have no substrate damage (ion damage) caused by charged particles, can form a dense film, and decomposition efficiency of source gas And high-speed film formation is possible, such as the formation of photoelectric conversion films, insulating films, passivation films, barrier films, etc. in solar cells, TFTs for liquid crystal displays, organic EL, and various semiconductor devices. Applications are being made.
In the catalytic CVD method, a source gas is brought into contact with a heated catalyst body and decomposed using a catalytic decomposition reaction generated at that time, and the decomposed species or radicals are transported by a concentration gradient and a temperature gradient. It is a method of transporting and depositing on a substrate using a phenomenon. That is, the catalytic CVD method dissociates and adsorbs source gas molecules on a heated catalyst body, releases the dissociated and adsorbed atoms or various radicals into the gas phase with separation (thermal desorption), and moves by diffusion phenomenon. It is known that atomic radicals or film-forming precursors are deposited on a substrate to form a thin film.

触媒CVD法の原理、触媒CVD装置及びその開発状況については、例えば、非特許文献1及び非特許文献2に、詳しく記載されている。   The principle of the catalytic CVD method, the catalytic CVD apparatus and the development status thereof are described in detail in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, for example.

非特許文献1には、次の記載がある。即ち、製膜の具体例として、Sを原料ガスに、W線を触媒体に用いてシリコン(S)系薄膜を形成する場合、W表面に到達したS分子は、触媒体温度が1000℃以上であれば、Sと4つのHに分離してWに吸着する(解離吸着)。触媒体表面に吸着した種は,W触媒体が高温であるため,分離したまま気相中に放出される(熱脱離)。放出されたHラジカルの一部は、未分解のS分子と、気相中で、S+H→S+Hという過程で反応する。その結果、良質な非晶質S膜及び微結晶S膜等の形成の前駆体として知られるSラジカルが生成される。一方、Sラジカルは、付着係数が高く、基板上でのマイグレーションが期待できないため、膜の緻密化の観点からは好ましくないが、気相中での他の分子やラジカルとの衝突頻度が十分であれば、そのほとんどが気相反応により基板に到達することなく、消失する。ただし、気相中での反応がさらに進むと、Sが鎖状に連なったポリマー状のラジカルが生成され、これも緻密で良質な膜の形成を阻害すると言われている。 Non-Patent Document 1 has the following description. That is, as a specific example of film formation, when a silicon (S i ) -based thin film is formed using S i H 4 as a raw material gas and W line as a catalyst body, S i H 4 molecules reaching the W surface are If the catalyst body temperature is 1000 ° C. or higher, it is separated into Si and four H and adsorbed on W (dissociative adsorption). The species adsorbed on the surface of the catalyst body are released into the gas phase while being separated (thermal desorption) because the W catalyst body is hot. Part of the released H radical reacts with undecomposed S i H 4 molecules in the gas phase in the process of S i H 4 + H → S i H 3 + H 2 . As a result, S i H 3 radicals, known as precursors for the formation of such high quality amorphous S i layer and the microcrystalline S i film is produced. On the other hand, Si radicals have a high adhesion coefficient and cannot be expected to migrate on the substrate. Therefore, Si radicals are not preferred from the viewpoint of film densification, but the collision frequency with other molecules and radicals in the gas phase is sufficient. If so, most of them disappear without reaching the substrate by the gas phase reaction. However, the reaction in the gas phase proceeds further, S i is a chain in the continuous polymer shaped radicals are produced, which is also said to inhibit the formation of dense and high-quality film.

また、非特許文献1には、次の記載がある。即ち、Cat−CVD特有の問題の一つに、触媒体の変性が挙げられる。特に、連続生産が求められる量産設備においては、触媒体の長寿命化は大きな課題である。触媒体の変性は、分解させたいガス分子が触媒体表面に解離吸着した際、熱脱離しなかった原子が触媒体構成元素と反応して表面に化合物層を形成することを意味する。この化合物層の成長は、自身に亀裂を発生させながら触媒体内部まで進行し、最終的には断線を引き起こす。化合物層の成長を抑止する、あるいは遅らせるには、触媒体温度を上昇させて、分解種の熱脱離を促進させるのが解決策の一つとなる。   Non-Patent Document 1 has the following description. That is, one of the problems specific to Cat-CVD is modification of the catalyst body. In particular, in a mass production facility that requires continuous production, extending the life of the catalyst body is a major issue. The modification of the catalyst body means that, when gas molecules to be decomposed are dissociated and adsorbed on the surface of the catalyst body, atoms that are not thermally desorbed react with the constituent elements of the catalyst body to form a compound layer on the surface. This growth of the compound layer proceeds to the inside of the catalyst body while generating a crack in itself, and finally causes disconnection. In order to suppress or delay the growth of the compound layer, one solution is to increase the temperature of the catalyst body to promote thermal desorption of decomposed species.

また、非特許文献1には、次の記載がある。即ち、いずれの初期触媒体温度においても、SiH4雰囲気に曝すと、WとSiとの化合物であるタングステンシリサイドが形成されるが、組成分析から、初期温度1450℃ではWSi2が、1750℃ではW5Si3がそれぞれ形成されていることがわかる。これは,触媒体温度が低いほど熱脱離せずにWと化合物層を形成する Siの割合が増加し、よりSi組成の多いシリサイド層が形成されたためと考えられる。WSi2の放射率はW やW5Si3と比べて大きいため、輻射によるエネルギー損失により触媒体温度が低下し、さらに熱脱離が起こりにくくなり、厚いシリサイド層形成、ひいては断線を引き起こす。一方、W5Si3層については、形成された後も2100℃程度の高温熱処理により除去できるという性質があるため、SiH4ガスとW触媒体の組み合わせにおいては、WSi2層を形成させないよう、初期触媒体温度をある程度高く設定する必要がある。
また、非特許文献1には、次の記載がある。即ち、膜堆積時の触媒体温度の上限であるが、2000℃以上の温度で、堆積されるa−Si 膜中にW が混入するという報告があり、デバイス応用上好ましくないため,それ以下での使用が望ましい。
Non-Patent Document 1 has the following description. That is, tungsten silicide, which is a compound of W and Si, is formed when exposed to a SiH4 atmosphere at any initial catalyst body temperature. From composition analysis, WSi2 is formed at an initial temperature of 1450 ° C., and W5Si3 is formed at 1750 ° C. It can be seen that each is formed. This is probably because the lower the temperature of the catalyst body, the higher the proportion of Si that forms W and the compound layer without thermal desorption, and a silicide layer with a higher Si composition was formed. Since the emissivity of WSi2 is larger than that of W or W5Si3, the temperature of the catalyst body is lowered due to energy loss due to radiation, and thermal desorption is less likely to occur, resulting in the formation of a thick silicide layer and consequently disconnection. On the other hand, the W5Si3 layer has the property that it can be removed by high-temperature heat treatment at about 2100 ° C. even after it is formed. Therefore, in the combination of SiH4 gas and W catalyst body, the initial catalyst body temperature is set so as not to form the WSi2 layer. It needs to be set high to some extent.
Non-Patent Document 1 has the following description. That is, although it is the upper limit of the temperature of the catalyst body during film deposition, there is a report that W is mixed in the deposited a-Si film at a temperature of 2000 ° C. or higher, which is not preferable for device application. Is desirable.

非特許文献2には、次の記載がある。即ち、W触媒体上でのSの分解種は原子状シリコン(S)であるものの、支配的な膜堆積種は気相中での原子状水素(H)とSの衝突により生成するシリル(S)であることが明らかになった。
また、非特許文献2には、次の記載がある。即ち、触媒体上にガス分子が解離吸着することにより生成した分解種がどのように基板上に輸送され、薄膜が形成されるかについて考える。使用するガスにもよるが、たとえばSを用いる場合には触媒体表面は1600℃ 以上の高温にしなければならない。この1600℃もの高温はSガスの解離のために必要でないことは、熱CVD法での成膜温度を考えれば明白である。Cat−CVD法においては、触媒体とガス分子の分解種を反応させないことが重要であり、反応により触媒体表面が変性してしまえば、ガスの分解そのものに再現性がなくなる。つまり、1600℃もの高温は分解種が触媒体と反応するのに充分な時間、触媒体表面に滞在することなく、短時間のうちに分解種を気相中に再放出させるために必要なのである。触媒体の温度が低ければ、その分、分解種は触媒体表面に長時間滞在可能となり、分解種と触媒体は反応し、触媒体は変性する。たとえば、触媒体材料に最も頻繁に用いられているWとSの組み合わせでは、Wのシリサイド化が生じる。
Non-Patent Document 2 has the following description. That is, the decomposition species of S i H 4 on the W catalyst body is atomic silicon (S i ), but the dominant film deposition species are atomic hydrogen (H) and S i H 4 in the gas phase. It was clarified that it was silyl (S i H 3 ) produced by the collision.
Non-Patent Document 2 has the following description. That is, consider how decomposed species generated by dissociative adsorption of gas molecules on the catalyst body are transported onto the substrate and a thin film is formed. Depending on the gas used, for example, S i the catalyst surface in the case of using H 4 must be at a high temperature of over 1600 ° C.. It is apparent that the high temperature as high as 1600 ° C. is not necessary for the dissociation of S i H 4 gas in view of the film formation temperature in the thermal CVD method. In the Cat-CVD method, it is important not to react the catalyst body with the decomposition species of the gas molecules. If the surface of the catalyst body is modified by the reaction, the gas decomposition itself is not reproducible. In other words, a high temperature of 1600 ° C. is necessary to re-release the decomposed species into the gas phase in a short time without staying on the catalyst body surface for a sufficient time for the decomposed species to react with the catalyst body. . If the temperature of the catalyst body is low, the decomposed species can stay on the surface of the catalyst body correspondingly, the decomposed species and the catalyst body react, and the catalyst body is denatured. For example, in the combination of W and S i H 4 that is most frequently used for the catalyst body material, silicidation of W occurs.

また、非特許文献2に、次の記載がある。即ち、気相中に放出された分解種は熱拡散とガスの流れの双方により基板上に輸送されるが、Cat−CVD法では通常数100mPaから数Pa程度の低圧を用い、ガス流量も小さく流速が数m/sを超えることはないため、ガスの流れの影響は受けにくい。Cat−CVD法において低圧かつ小流量で実際的な成膜が可能なことも、ガスの分解効率が高いことに起因することは言うまでもない。もちろん分解種の気相反応をともなう場合もあるが、このように分解種の輸送は触媒体からの熱拡散に支配されるので、触媒体の幾何学的配置により膜厚分布が概ね決定される。このことは,ガスの流れの影響を受けやすい他のCVD法に比べて、Cat−CVD法の装置設計が容易になることの一つの理由である。
また、非特許文献2に、次の記載がある。即ち、触媒体一体型シャワーヘッドを用いることで、触媒体ワイヤと電流導入端子の接続部が変性することなく、シャワーヘッド上の任意の位置に任意の長さのワイヤを配置可能となり、このことで大面積堆積にも対応可能となった。実際、触媒体一体型シャワーヘッドを用いることで、960mmx400mmの基板上に堆積速度5.3Å/s、膜厚分布±7.5%でa−Si膜を堆積することに成功している。
また、非特許文献2には、次の記載がある。即ち、触媒体温度1900℃、基板ホルダー温度150℃ の場合のGaAs基板温度は、静電チャックを用いない場合には、触媒体加熱開始後200秒においても飽和することなく360℃程度まで緩慢に昇温を続けるのに対して静電チャックを用いることにより触媒体加熱開始後20〜40秒程度で、わずか180℃で飽和する。
Further, Non-Patent Document 2 has the following description. That is, the decomposed species released into the gas phase are transported onto the substrate by both thermal diffusion and gas flow, but the Cat-CVD method usually uses a low pressure of about several hundred mPa to several Pa and the gas flow rate is small. Since the flow velocity does not exceed several m / s, it is not easily affected by the gas flow. Needless to say, the Cat-CVD method enables practical film formation at a low pressure and a small flow rate, and also results from high gas decomposition efficiency. Of course, there are cases where the decomposition species are accompanied by a gas phase reaction, but since the transport of decomposition species is governed by thermal diffusion from the catalyst body, the film thickness distribution is generally determined by the geometrical arrangement of the catalyst body. . This is one of the reasons that the design of the Cat-CVD method is facilitated compared to other CVD methods that are easily affected by the gas flow.
Further, Non-Patent Document 2 has the following description. That is, by using the shower head integrated with the catalyst body, it becomes possible to place a wire of any length at an arbitrary position on the shower head without modifying the connection portion of the catalyst body wire and the current introduction terminal. This makes it possible to handle large area deposition. In fact, by using a catalyst body integrated shower head, an a-Si film has been successfully deposited on a substrate of 960 mm × 400 mm with a deposition rate of 5.3 Å / s and a film thickness distribution of ± 7.5%.
Non-Patent Document 2 has the following description. That is, the GaAs substrate temperature when the catalyst body temperature is 1900 ° C. and the substrate holder temperature is 150 ° C. is slow to about 360 ° C. without being saturated even after 200 seconds from the start of heating of the catalyst body when the electrostatic chuck is not used. By using an electrostatic chuck while continuing to raise the temperature, it saturates at only 180 ° C. in about 20 to 40 seconds after starting heating of the catalyst body.

非特許文献1及び非特許文献2に記載の上記事項によれば、触媒CVD装置特有の問題の一つに、触媒体の変性(タングステンシリサイド化)による触媒体の断線あるいは機能劣化が挙げられる。
触媒体の変性(タングステンシリサイド化)は、触媒体のタングステンをSiH4雰囲気に曝した場合に発生する化学的現象であり、タングステン触媒体の本質的現象であることから、シラン系原料ガスを用いる触媒CVD装置の工業的応用において、装置稼働率及び製品歩留まり確保の上で重大な問題となる。
しかしながら、現状、触媒体の変性(タングステンシリサイド化)を防止する有効な解決手段は構築されておらず、その解決策を見出すために、鋭意研究開発が行われている状況にある。
また、触媒CVD装置及び触媒CVD法を太陽電池や各種半導デバイス等の量産設備へ応用するに際し、基板への製膜を繰りかして行うと、反応容器内部の基板以外の部材にも膜が形成される。その付着した膜は厚くなると、剥離して落下、あるいは飛散して基板の膜中に混入し、製造する製品の膜質を低下させ、製品歩留まりを著しく低下させる原因になる。そのため、付着した膜を上記各種製品の製膜工程の中で、適当なタイミングで反応容器内部の部材に付着した膜を除去する必要がある。
上記反応容器内部の部材に付着した膜を除去する技術として、例えば、特許文献5に記載のセルフクリーニング法が提案されている。しかしながら、特許文献5に記載のセルフクリーニング技術は、触媒体のタングステンを2000℃以上に加熱する必要があるため、2000℃以上に加熱されたタングステンの蒸発による劣化が発生し、触媒線の短寿命化及び反応容器内部の汚染等の問題を抱えている。
即ち、従来の触媒CVD装置に用いられるセルフクリーニング技術では、触媒線の劣化を促進して寿命が短じかくなるので、触媒線を頻繁に取り換える必要があり、装置稼働率及び製品歩留まり確保の上で重大な問題となっている。
According to the above-described matters described in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, one of the problems unique to the catalytic CVD apparatus is disconnection or functional deterioration of the catalyst body due to modification of the catalyst body (tungsten silicidation).
Modification of the catalyst body (tungsten silicidation) is a chemical phenomenon that occurs when tungsten of the catalyst body is exposed to an SiH4 atmosphere, and is an essential phenomenon of the tungsten catalyst body. In the industrial application of a CVD apparatus, it becomes a serious problem in ensuring the apparatus operation rate and product yield.
However, at present, an effective solution for preventing the modification of the catalyst body (tungsten silicidation) has not been established, and in order to find such a solution, earnest research and development is underway.
In addition, when applying the catalytic CVD apparatus and catalytic CVD method to mass production facilities such as solar cells and various semiconductor devices, when film formation on the substrate is repeated, the film is also applied to members other than the substrate inside the reaction vessel. Is formed. When the attached film becomes thick, it peels off, drops, or scatters and mixes into the film of the substrate, deteriorating the film quality of the product to be manufactured and causing a significant decrease in product yield. For this reason, it is necessary to remove the attached film on the members inside the reaction vessel at an appropriate timing in the film forming process of the various products.
As a technique for removing the film adhering to the members inside the reaction vessel, for example, a self-cleaning method described in Patent Document 5 has been proposed. However, since the self-cleaning technique described in Patent Document 5 needs to heat the tungsten of the catalyst body to 2000 ° C. or more, deterioration due to evaporation of tungsten heated to 2000 ° C. or more occurs, and the life of the catalyst wire is short. And problems such as contamination inside the reaction vessel.
In other words, the self-cleaning technology used in the conventional catalytic CVD apparatus accelerates the deterioration of the catalyst line and shortens its life, so it is necessary to replace the catalyst line frequently, ensuring the apparatus operating rate and product yield. It has become a serious problem.

触媒CVD装置(cat−CVD装置)及び触媒CVD法(cat−CVD法)に関わる従来技術の代表例に、例えば、特許文献1ないし特許文献4がある。   For example, Patent Document 1 to Patent Document 4 are representative examples of conventional techniques related to a catalytic CVD apparatus (cat-CVD apparatus) and a catalytic CVD method (cat-CVD method).

特許文献1には、次のことが掲載されている。即ち、内部を減圧状態に維持することが可能な処理チャンバーと、処理チャンバー内の所定の位置に基板を保持する基板ホルダーと、所定の原料ガスを処理チャンバーに導入するガス導入系と、ガス導入系より導入された原料ガスが表面に接触するか表面付近を通過するようにして処理チャンバー内に設けられた高温媒体と、高温媒体にエネルギーを印加して高温媒体を所定の高温に維持するエネルギー印加機構とを備えており、原料ガスが高温媒体の表面に接触するか又は表面付近を通過することにより生成された生成物が基板に到達することで基板の表面に所定の薄膜が作成される化学蒸着装置であって、
前記基板ホルダーは基板を垂直に保持するものであり、前記高温媒体は、垂直な面であって前記基板ホルダーに保持された基板と平行な平面に沿って設けられており、さらに、前記高温媒体は、別々に取り付けられる複数の媒体エレメントから成るものであることを特徴とする化学蒸着装置。
Patent Document 1 discloses the following. That is, a processing chamber capable of maintaining a reduced pressure inside, a substrate holder for holding a substrate at a predetermined position in the processing chamber, a gas introduction system for introducing a predetermined source gas into the processing chamber, and a gas introduction A high-temperature medium provided in the processing chamber so that the source gas introduced from the system contacts the surface or passes near the surface, and energy for applying the energy to the high-temperature medium and maintaining the high-temperature medium at a predetermined high temperature A predetermined thin film is formed on the surface of the substrate when the product generated by the source gas contacting the surface of the high temperature medium or passing near the surface reaches the substrate. A chemical vapor deposition apparatus,
The substrate holder holds the substrate vertically, and the high temperature medium is provided along a plane that is a vertical surface and parallel to the substrate held by the substrate holder, and further, the high temperature medium Is a chemical vapor deposition apparatus characterized in that it comprises a plurality of media elements that are separately mounted.

特許文献2には、次のことが掲載されている。即ち、内部に触媒体が配置された多数の孔に原料ガスを供給し、前記触媒体で原料ガスを接触分解して生成したラジカル又は分解種を、前記孔から減圧チェンバーへ供給することを特徴とするラジカル発生方法。
また、特許文献2には、次のことが掲載されている。即ち、原料ガスを触媒体で接触分解してラジカル又は分解種を生成するラジカル発生器であって、 原料ガス供給手段から供給される原料ガスを減圧チェンバー内に供給する複数の孔と、前記孔の内部の所定位置に配置され、前記原料ガスを接触分解する触媒体とを備えることを特徴とするラジカル発生器。
Patent Document 2 describes the following. That is, the raw material gas is supplied to a large number of holes in which the catalyst body is arranged, and radicals or decomposition species generated by catalytic decomposition of the raw material gas with the catalyst body are supplied from the holes to the vacuum chamber. Radical generation method.
Patent Document 2 discloses the following. That is, a radical generator that catalytically decomposes a raw material gas with a catalyst body to generate radicals or decomposition species, and a plurality of holes for supplying the raw material gas supplied from the raw material gas supply means into the decompression chamber; And a catalyst body that is disposed at a predetermined position in the inside and catalytically decomposes the raw material gas.

特許文献3には、次のことが掲載されている。即ち、排気系の稼動により圧力調整可能な反応容器と、前記反応容器内で基板を保持する基板ホルダーと、前記反応容器内に反応ガスを導入するガス導入系と、前記基板ホルダーの基板保持面側と対向するようにして設けた触媒体とを備え、前記ガス導入系から前記反応容器内に導入される反応ガスを通電により高温に加熱された前記触媒体により活性化あるいは分解して生成された堆積種を、前記基板ホルダーに保持された基板に堆積して成膜を行なう触媒CVD装置において、 前記基板ホルダーの基板保持面側と逆側の背面に反応ガス溜め込み容器を設けて、前記基板ホルダーの背面と基板保持面との間を貫通するようにして複数のガス噴出し孔を形成し、前記ガス導入系から前記反応ガス溜め込み容器内に反応ガスを導入して、前記反応ガス溜め込み容器内に溜め込んだ反応ガスを前記ガス噴出し孔を通して前記基板ホルダーの基板保持面側に噴出させる、 ことを特徴とする。
また、特許文献3には、次のことが掲載されている。即ち、前記触媒体を前記反応容器の水平な底面に対して垂直に設置し、前記触媒体を間にしてその外側に前記基板保持面側がそれぞれ対向するようにして2つの前記基板ホルダーを前記反応容器の水平な底面に対して略垂直に設置した、 ことを特徴とする。
Patent Document 3 describes the following. That is, a reaction vessel whose pressure can be adjusted by operating an exhaust system, a substrate holder for holding a substrate in the reaction vessel, a gas introduction system for introducing a reaction gas into the reaction vessel, and a substrate holding surface of the substrate holder The reaction gas introduced from the gas introduction system into the reaction vessel is activated or decomposed by the catalyst body heated to a high temperature by energization. In the catalytic CVD apparatus for depositing the deposited species on the substrate held by the substrate holder to form a film, a reaction gas reservoir is provided on the back surface opposite to the substrate holding surface side of the substrate holder, and the substrate A plurality of gas ejection holes are formed so as to penetrate between the back surface of the holder and the substrate holding surface, and a reaction gas is introduced into the reaction gas reservoir from the gas introduction system, and the reaction gas is removed. The reaction gas stored in the reaction gas storage container is ejected to the substrate holding surface side of the substrate holder through the gas ejection hole.
Patent Document 3 describes the following. In other words, the catalyst body is installed perpendicular to the horizontal bottom surface of the reaction vessel, and the two substrate holders are placed on the reaction body with the catalyst body in between and the substrate holding surface side facing each other. It is characterized by being installed substantially perpendicular to the horizontal bottom of the container.

特許文献4には、次のことが掲載されている。即ち、被製膜基板が載置される基板保持手段を収納し排気手段を備えた反応容器と、前記反応容器に原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記原料ガスに触媒反応を起こす触媒体と、前記触媒体に電力を供給して所定の高温に維持する電力供給手段と、前記原料ガスを前記触媒体に誘導する原料ガス流れ制御手段と、を備えた触媒CVD装置であって、
前記原料ガス供給手段は、前記電力供給手段により供給される電力で高温に維持される前記触媒体で接触分解される第1の原料ガスを供給する第1の原料ガス供給手段と前記触媒体により接触分解をされない第2の原料ガスを供給する第2の原料ガス供給手段を備え、
前記原料ガス流れ制御手段は、前記第1の原料ガスを前記触媒体に接触させるように誘導して前記触媒体により前記第1の原料ガスのラジカル又は分解種を生成するラジカル生成領域を形成し、前記ラジカル生成領域で生成される前記第1の原料ガスのラジカル又は分解種と前記第2の原料ガス供給手段から供給される第2の原料ガスを接触混合させて気相中で製膜前駆体を生成する接触混合領域を形成し、前記接触混合領域で生成される製膜前駆体を温度勾配及び濃度勾配による輸送現象を利用して前記基板保持手段に載置された被製膜基板表面に輸送して堆積させるようにしたことを特徴とする。
Patent Document 4 describes the following. That is, a reaction vessel containing a substrate holding unit on which a substrate to be deposited is placed and provided with an exhaust unit, a source gas supply unit that supplies a source gas to the reaction vessel, and a catalyst that causes a catalytic reaction to the source gas. A catalytic CVD apparatus comprising: a medium; power supply means for supplying power to the catalyst body to maintain the catalyst body at a predetermined high temperature; and source gas flow control means for guiding the source gas to the catalyst body,
The source gas supply means includes a first source gas supply means for supplying a first source gas that is catalytically decomposed by the catalyst body maintained at a high temperature by the power supplied by the power supply means, and the catalyst body. Comprising a second source gas supply means for supplying a second source gas not subjected to catalytic cracking,
The source gas flow control means induces the first source gas to contact the catalyst body to form a radical generation region for generating radicals or decomposition species of the first source gas by the catalyst body. A precursor of film formation in the gas phase by contacting and mixing the radical or decomposition species of the first source gas generated in the radical generation region and the second source gas supplied from the second source gas supply means Forming a contact mixing region for generating a body, and forming a film-forming precursor formed on the substrate holding means by using a transport phenomenon due to a temperature gradient and a concentration gradient of the film-forming precursor generated in the contact mixing region It is characterized in that it is transported to and deposited on.

特開2000−303182JP2000-303182A 特開2005−294559JP-A-2005-294559 特開2005−327995JP 2005-327995 A 特開2018−111887JP2018-1111887 特許4459329Patent 4459329

大平圭介・松村英樹、触媒化学気相堆積法による薄膜形成、表面科学、Vol.31,No.4(2010),178−183Ohira Keisuke and Matsumura Hideki, Thin Film Formation by Catalytic Chemical Vapor Deposition, Surface Science, Vol. 31, no. 4 (2010), 178-183 増田淳、和泉亮、梅本宏信、松村英樹、触媒化学気相成長法/最近の進展と今後の展望、 J.Vac.Soc.Jpn.Vol.46,No.2(2003)、92−97Jun Masuda, Ryo Izumi, Hironobu Umemoto, Hideki Matsumura, Catalytic Chemical Vapor Deposition / Recent Progress and Future Prospects Vac. Soc. Jpn. Vol. 46, no. 2 (2003), 92-97

従来の触媒CVD装置は、触媒体としてタングステンを用いることから、タングステンに起因する特有の問題がある。即ち、シリコン系薄膜を製膜する工程では、触媒体は原料ガスに含まれるSiとの反応によりタングステンシリサイド化して触媒体機能が劣化し、かつ、断線するという問題がある。また、セルフクリーニングの工程では、フッ素含有ガスを用いて触媒体のタングステンを2000℃以上に加熱する必要があるため、2000℃以上という高温化によるタングステンの蒸発により劣化が発生し、触媒体の寿命が短縮化されるという問題がある。
触媒体のタングステンシリサイド化と高温化によるタングステンの短寿命化という問題は、触媒体CVD装置を太陽電池や各種半導体デバイス等製品の量産設備へ応用するに際し、装置稼働率及び製品歩留まりを著しく低下させるという重大な問題の要因になっている。即ち、従来技術では装置稼働率及び製品歩留まりの確保が極めて困難であるため、製品の低コスト化が困難という課題がある。
本発明は、上記触媒体の変性(タングステンシリサイド化)による触媒体の断線及び機能の劣化という問題とタングステンの高温化蒸発による短寿命化という問題を解消し、装置稼働率及び製品歩留まりの向上が可能な触媒CVD装置及び方法を提供することを目的とする。
Since the conventional catalytic CVD apparatus uses tungsten as a catalyst body, there is a problem peculiar to tungsten. That is, in the process of forming a silicon-based thin film, there is a problem that the catalyst body is converted into tungsten silicide by reaction with Si contained in the source gas, the function of the catalyst body is deteriorated, and the catalyst body is disconnected. Further, in the self-cleaning process, it is necessary to heat the tungsten of the catalyst body to 2000 ° C. or higher using a fluorine-containing gas. Therefore, deterioration occurs due to evaporation of tungsten due to a high temperature of 2000 ° C. or higher, and the life of the catalyst body. There is a problem of shortening.
The problem of tungsten silicidation of the catalyst body and the shortening of the lifetime of tungsten due to high temperatures significantly lowers the equipment operation rate and product yield when applying the catalyst CVD apparatus to mass production facilities for products such as solar cells and various semiconductor devices. It is a factor of the serious problem That is, in the prior art, it is extremely difficult to ensure the apparatus operation rate and the product yield, and there is a problem that it is difficult to reduce the cost of the product.
The present invention solves the problems of disconnection and functional deterioration of the catalyst body due to the modification of the catalyst body (tungsten silicidation) and the problem of shortening the service life due to high temperature evaporation of tungsten, thereby improving the apparatus operating rate and product yield. It is an object of the present invention to provide a possible catalytic CVD apparatus and method.

上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、被製膜基板が載置される基板保持手段を収納し排気手段を備えた反応容器と、前記反応容器に原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記原料ガスに触媒反応を起こす線状の触媒体と、前記触媒体に電力を供給して所定の高温に維持する電力供給手段と、を備え、前記原料ガス供給手段から前記反応容器内に導入される原料ガスを前記電力供給手段から供給される電力により高温に加熱された前記触媒体により接触分解して前記基板保持手段に載置される基板に製膜を行なう触媒CVD装置において、
前記原料ガス供給手段は、前記電力供給手段から供給される電力で所定の高温に維持される前記触媒体で接触分解される第1の原料ガスを供給する第1の原料ガス供給手段と前記触媒体で接触分解されない第2の原料ガスを供給する第2の原料ガス供給手段を備え、
前記第1の原料ガスが前記触媒体に接触して生成されるラジカル種又は分解種と前記第2の原料ガスを接触混合させる領域を、前記基板保持手段に保持された基板と前記触媒体の間に設けるとともに、前記触媒体と前記第2の原料ガスを噴出する第2の原料ガス噴出孔の間に開口を備えた隔壁を配置したことを特徴とする。
The first invention of the present invention for solving the above-mentioned problems is a reaction vessel that contains a substrate holding means on which a film-forming substrate is placed and is equipped with an exhaust means, and supplies a source gas to the reaction vessel A raw material gas supply means; a linear catalyst body that causes a catalytic reaction to the raw material gas; and an electric power supply means that supplies electric power to the catalyst body to maintain a predetermined high temperature. A catalyst for forming a film on a substrate placed on the substrate holding means by catalytically decomposing the source gas introduced into the reaction vessel by the catalyst body heated to a high temperature by the power supplied from the power supply means In the CVD apparatus,
The source gas supply means includes a first source gas supply means for supplying a first source gas that is catalytically decomposed by the catalyst body maintained at a predetermined high temperature by the electric power supplied from the power supply means, and the catalyst. A second source gas supply means for supplying a second source gas that is not catalytically decomposed by the medium;
A region in which the first source gas is brought into contact with the catalyst body and the radical species or decomposition species and the second source gas are brought into contact and mixed with each other is defined by the substrate held by the substrate holding means and the catalyst body. In addition, a partition wall having an opening is disposed between the catalyst body and the second source gas ejection hole for ejecting the second source gas.

第2の発明は、第1の発明において、前記隔壁は、通気口となる開口を備え、前記基板保持手段の基板保持面に平行に設置される前記触媒体と前記基板保持面に平行な一面内に配置される前記第2の原料ガスを噴出する第2の原料ガス噴出管に挟まれる位置に配置されるとともに、前記触媒体は前記開口を備えた隔壁と前記基板保持面に平行な一面内に配置される前記第1の原料ガスを噴出する第1の原料ガス噴出孔に挟まれる位置に配置され、かつ、前記第2の原料ガス噴出管は前記開口を備えた隔壁と前記基板保持手段の基板保持面に挟まれる位置に配置されるということを特徴とする。   According to a second invention, in the first invention, the partition includes an opening serving as a vent hole, and the catalyst body installed in parallel to the substrate holding surface of the substrate holding means and one surface parallel to the substrate holding surface The catalyst body is disposed at a position sandwiched between second source gas ejection pipes for ejecting the second source gas disposed therein, and the catalyst body has one surface parallel to the partition wall having the opening and the substrate holding surface. The second source gas ejection pipe is disposed at a position sandwiched between first source gas ejection holes for ejecting the first source gas disposed therein, and the partition having the opening and the substrate holding It is characterized by being arranged at a position sandwiched between the substrate holding surfaces of the means.

第3の発明は、第1の発明あるいは第2の発明のいずれか一つの発明において、前記隔壁は、電気的に接地状態にある金属製の板材で構成され、かつ、複数の開口を有するとともに、前記第2の原料ガス噴出管は、電気的に非接地状態にある金属製の梯子型の管で構成され、かつ、前記第2の原料ガスを噴出する第2の原料ガス噴出孔を備え、かつ、プラズマ生成に用いる高周波電源の出力端子に接続されることを特徴とする。   According to a third invention, in any one of the first invention and the second invention, the partition wall is made of a metal plate that is electrically grounded and has a plurality of openings. The second source gas ejection pipe is formed of a metal ladder tube that is electrically ungrounded, and includes a second source gas ejection hole for ejecting the second source gas. And connected to an output terminal of a high-frequency power source used for plasma generation.

第4の発明は、第1の発明において、前記隔壁は、電気的に接地状態にある金属製の筐体で構成され、前記筐体は開口を有し、かつ、前記筐体の内部に前記第1の原料ガスを噴出する第1の原料ガス噴出孔と前記触媒体が配置され、前記第2の原料ガスを噴出する第2の原料ガス噴出管は、電気的に非接地状態を保ち、かつ、前記筐体の外部周辺に配置されるとともに、プラズマ生成に用いる高周波電源の出力端子に接続されることを特徴とする。   In a fourth aspect based on the first aspect, the partition is formed of a metal casing that is electrically grounded, the casing has an opening, and the casing is provided inside the casing. The first source gas ejection hole for ejecting the first source gas and the catalyst body are arranged, and the second source gas ejection pipe for ejecting the second source gas is kept electrically non-grounded, And it is arrange | positioned at the outer periphery of the said housing | casing, and is connected to the output terminal of the high frequency power supply used for plasma production | generation.

第5の発明は、第2の発明から第4の発明のいずれか一つの発明において、前記隔壁の開口は、円形あるいは矩形あるいは長穴あるいはスリット状の形状を有することを特徴とする。   According to a fifth invention, in any one of the second to fourth inventions, the opening of the partition wall has a circular shape, a rectangular shape, a long hole shape, or a slit shape.

第6の発明は、第1の発明から第5の発明のいずれか一つの発明において、前記第1の原料ガスは、水素(H)、窒素(N)、アンモニア(NH)、ホスフイン(PH)、ジボラン(B)、ゲルマン(GeH)、メタン(CH)及びエタン(C)から選ばれる少なくとも1種を含むガスであることを特徴とする。 According to a sixth invention, in any one of the first to fifth inventions, the first raw material gas is hydrogen (H 2 ), nitrogen (N 2 ), ammonia (NH 3 ), phosphine It is a gas containing at least one selected from (PH 3 ), diborane (B 2 H 6 ), germane (GeH 4 ), methane (CH 3 ), and ethane (C 2 H 6 ).

第7の発明は、第1の発明から第6の発明のいずれか一つの発明において、前記第2の原料ガスは、シラン(S)、ジシラン(Si2)、トリシラン(Si3)、モノメチルシラン(CH)及びフッ素含有のガスから選ばれる少なくとも1種を含むガスであることを特徴とする。 According to a seventh invention, in any one of the first to sixth inventions, the second source gas is silane (S i H 4 ), disilane (S i2 H 6 ), trisilane (S i3 H 8), characterized in that it is a gas containing at least one selected from monomethyl silane (CH 3 S i H 3) and a fluorine-containing gas.

第8の発明は、第3の発明から第5の発明のいずれか一つの発明において、前記第2の原料ガス噴出管は、プラズマ生成のための高周波電力を供給する高周波電源の出力端子に接続され、かつ、フッ素含有ガスを噴出する第2の原料ガス噴出孔を有するとともに、前記第1の原料ガス噴出孔は、窒素あるいは不活性ガスを供給する第1の原料ガス供給手段に連通していることを特徴とする。   In an eighth aspect based on any one of the third aspect to the fifth aspect, the second source gas ejection pipe is connected to an output terminal of a high frequency power source for supplying high frequency power for plasma generation. And has a second source gas jet hole for jetting fluorine-containing gas, and the first source gas jet hole communicates with a first source gas supply means for supplying nitrogen or an inert gas. It is characterized by being.

第9の発明は、第1の発明から第7の発明のいずれか一つの発明の触媒CVD装置を用いる触媒CVD法であって、前記基板保持手段に載置された基板に所望の薄膜を形成するに際し、
前記第1の原料ガスの供給の際の前記反応容器内部の分圧Pを、前記第2の原料ガスの供給の際の分圧Pに比べて高く設定し、かつ、全圧P、即ち、P=P+PをPD積=0.02〜0.68(ただし、Pの単位はPa、Dは前記触媒線と前記隔壁との距離であり、その単位はmである)の範囲に設定し、前記触媒体周りの気体及びラジカル種の流れを分子流と粘性流の間の状態にある中間流にすることにより前記触媒体と前記第2の原料ガスの接触を抑制することを特徴とする触媒CVD法。
A ninth invention is a catalytic CVD method using the catalytic CVD apparatus according to any one of the first to seventh inventions, wherein a desired thin film is formed on the substrate placed on the substrate holding means When doing
Wherein the reaction vessel partial pressure P 1 inside during the supply of the first source gas, is set high as compared to the partial pressure P 2 at the time of supply of the second source gas, and the total pressure P, That is, P = P 1 + P 2 with PD product = 0.02 to 0.68 (where P is the unit Pa, D is the distance between the catalyst wire and the partition, and the unit is m) The contact between the catalyst body and the second raw material gas is suppressed by setting the flow range of the gas and radical species around the catalyst body to an intermediate flow in a state between a molecular flow and a viscous flow. The catalytic CVD method characterized by this.

第10の発明は、第1の発明から第7の発明のいずれか一つの発明の触媒CVD装置のセルフクリーニングに用いられるプラズマによるクリーニング法であって、
前記反応容器内部部材に付着した膜を除去するためのセルフクリーニングを実施するに際し、前記第1の原料ガス噴出孔から窒素ガスあるいは不活性ガスを噴出し、前記第2の原料ガス噴出管からフッ素含有ガスを噴出し、前記高周波電源から前記第2の原料ガス噴出管に電力を供給して前記フッ素含有ガスをプラズマ化することによりフッ素ラジカルを生成して、前記反応容器内部のセルフクリーニングを行うことを特徴とする。
A tenth invention is a plasma cleaning method used for self-cleaning of the catalytic CVD apparatus according to any one of the first to seventh inventions,
When carrying out self-cleaning for removing the film adhering to the reaction container inner member, nitrogen gas or inert gas is ejected from the first source gas ejection hole, and fluorine is ejected from the second source gas ejection pipe. Self-cleaning of the inside of the reaction vessel is performed by jetting a contained gas, supplying electric power from the high-frequency power source to the second source gas jet pipe to generate a fluorine radical by converting the fluorine-containing gas into plasma. It is characterized by that.

第11の発明は、第10の発明において、前記反応容器の内部部材に付着した膜を除去するためのプラズマクリーニングを実施するに際し、前記第2の原料ガス噴出管から噴出するフッ素含有ガスは、NF、CF、C、C、SF、SF、S10、XeF、ClF及びOから選ばれる少なくとも1種を含むガスであることを特徴とする。 In an eleventh aspect based on the tenth aspect, when performing the plasma cleaning for removing the film adhering to the internal member of the reaction vessel, the fluorine-containing gas ejected from the second source gas ejection pipe is: A gas containing at least one selected from NF 3 , CF 4 , C 2 F 6 , C 2 F 8 , SF 4 , SF 6 , S 2 F 10 , XeF 2 , ClF 3 and O 2 To do.

第12の発明は、第10の発明あるいは第11の発明において、前記反応容器の内部部材に付着した膜を除去するためのプラズマクリーニングを実施するに際し、
前記第1の原料ガスの供給の際の前記反応容器内部の分圧Pを、前記第2の原料ガスの供給の際の分圧Pに比べて高く設定し、全圧P、即ち、P=P+PをPD積=0.02〜0.68(ただし、Pの単位はPa、Dは前記触媒線と前記隔壁との距離であり、その単位はmである)の範囲にし、前記触媒体周りの気体及びラジカル種の流れを分子流と粘性流の間の状態にある中間流にすることにより前記触媒体と前記フッ素ラジカルの接触を抑制することを特徴とする。
In a twelfth invention according to the tenth invention or the eleventh invention, when performing plasma cleaning for removing the film adhering to the internal member of the reaction vessel,
The partial pressure P 1 inside the reaction vessel at the time of supplying the first raw material gas is set higher than the partial pressure P 2 at the time of supplying the second raw material gas, and the total pressure P, that is, P = P 1 + P 2 in the range of PD product = 0.02 to 0.68 (where P is Pa, D is the distance between the catalyst wire and the partition, and the unit is m). The contact between the catalyst body and the fluorine radical is suppressed by making the flow of gas and radical species around the catalyst body an intermediate flow in a state between a molecular flow and a viscous flow.

本発明により、従来技術が有する触媒体の変性(タングステンシリサイド化、2000℃以上の高温化による蒸発)による触媒体の断線及び機能の劣化という問題を解消可能という効果を奏する。即ち、本発明により、触媒体の長寿命化が実現可能となり、従来の触媒体CVD装置が有する太陽電池及び各種半導体デバイス等製品に関する量産設備への応用における装置稼働率及び製品歩留まりの向上が困難という問題を解消可能であるので、経済的効果は著しく大きい。   By this invention, there exists an effect that the problem of the disconnection of a catalyst body and deterioration of a function by the modification | denaturation (tungsten silicidation, evaporation by high temperature 2000 degreeC or more) which a prior art has can be solved. That is, the present invention makes it possible to extend the life of the catalyst body, and it is difficult to improve the apparatus operation rate and product yield in application to mass production facilities related to products such as solar cells and various semiconductor devices that the conventional catalyst body CVD apparatus has. Therefore, the economic effect is remarkably large.

図1は、本発明の第1、第2及び第4の実施形態に係わる触媒CVD装置を説明するための模式的な斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view for explaining a catalytic CVD apparatus according to the first, second and fourth embodiments of the present invention. 図2は、本発明の第1、第2及び第4の実施形態に係わる触媒CVD装置に用いられる第1の原料ガスの供給手段を説明するための模式的な斜視図である。FIG. 2 is a schematic perspective view for explaining the first source gas supply means used in the catalytic CVD apparatus according to the first, second and fourth embodiments of the present invention. 図3は、本発明の第1及び第2の実施形態に係わる触媒CVD装置に用いられる触媒体及び該触媒体への電力供給手段を説明するための模式的な斜視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view for explaining a catalyst body used in the catalytic CVD apparatus according to the first and second embodiments of the present invention and means for supplying power to the catalyst body. 図4は、本発明の第1、第2及び第4の実施形態に係わる触媒CVD装置に用いられる第2の原料ガスの供給手段あるいはプラズマ生成用電力供給手段を説明するための模式的な斜視図である。FIG. 4 is a schematic perspective view for explaining the second source gas supply means or plasma generation power supply means used in the catalytic CVD apparatus according to the first, second and fourth embodiments of the present invention. FIG. 図5は、本発明の第1の実施形態に係わる触媒CVD装置の構成を説明するための模式的断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of the catalytic CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図6は、本発明の第1の実施形態に係わる触媒CVD装置における原子状Hの移動とSiH4ガスの移動と、両者が接触混合する接触混合領域と製膜の前駆体の移動を説明するための模式的断面図である。FIG. 6 is a view for explaining the movement of atomic H and the movement of SiH 4 gas, the contact mixing region where both are in contact with each other, and the movement of the precursor for film formation in the catalytic CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 図7は、本発明の第1の実施形態に係わる触媒CVD装置の接触混合領域における原子状HとSiH4の反応を説明するための模式的説明図である。FIG. 7 is a schematic explanatory view for explaining the reaction between atomic H and SiH 4 in the contact mixing region of the catalytic CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図8は、本発明の第2の実施形態に係わる触媒CVD装置における原子状H、NHラジカル及びSガスの接触混合領域と製膜の前駆体の移動を説明するための模式的説明図である。FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the movement of the contact mixing region of atomic H, NH 2 radicals and S i H 4 gas and the precursor of film formation in the catalytic CVD apparatus according to the second embodiment of the present invention. It is explanatory drawing. 図9は、本発明の第3の実施形態に係わる触媒CVD装置の構成を説明するための模式的断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of a catalytic CVD apparatus according to the third embodiment of the present invention. 図10は、本発明の第3の実施形態に係わる触媒CVD装置に用いられる梯子型の第2の原料ガス噴出管を説明するための模式的斜視図である。FIG. 10 is a schematic perspective view for explaining a ladder-type second source gas ejection pipe used in the catalytic CVD apparatus according to the third embodiment of the present invention. 図11は、本発明の第4の実施形態に係わる触媒CVD装置の構成及び該触媒CVD装置のセルフクリーニング法を説明するための模式的な断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of a catalytic CVD apparatus and a self-cleaning method of the catalytic CVD apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.

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。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。
なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜変更可能である。また、以下に示す図面は、説明の便宜上、各部材の縮尺が、実際と異なる場合がある。また、各図面間においても、縮尺が、実際と異なる場合がある。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same member and the overlapping description is abbreviate | omitted.
In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably. In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual one for convenience of explanation. In addition, the scale may be different between the drawings.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係わる触媒CVD装置及び触媒CVD法について説明する。先ず、触媒CVD装置の構成について説明する。
図1は、本発明の第1、第2及び第4の実施形態に係わる触媒CVD装置を説明するための模式的な斜視図である。
図2は、本発明の第1、第2及び第4の実施形態に係わる触媒CVD装置に用いられる第1の原料ガスの供給手段を説明するための模式的な斜視図である。
図3は、本発明の第1及び第2の実施形態に係わる触媒CVD装置に用いられる触媒体及び該触媒体への電力供給手段を説明するための模式的な斜視図である。
図4は、本発明の第1、第2及び第4の実施形態に係わる触媒CVD装置に用いられる第2の原料ガスの供給手段あるいはプラズマ生成用電力供給手段を説明するための模式的な斜視図である。
図5は、本発明の第1の実施形態に係わる触媒CVD装置の構成を説明するための模式的断面図である。
図6は、本発明の第1の実施形態に係わる触媒CVD装置における原子状Hの移動とSiH4ガスの移動と、両者が接触混合する接触混合領域と製膜の前駆体の移動を説明するための模式的断面図である。
図7は、本発明の第1の実施形態に係わる触媒CVD装置の接触混合領域における原子状HとSiH4の反応を説明するための模式的説明図である。
(First embodiment)
A catalytic CVD apparatus and a catalytic CVD method according to the first embodiment of the present invention will be described. First, the configuration of the catalytic CVD apparatus will be described.
FIG. 1 is a schematic perspective view for explaining a catalytic CVD apparatus according to the first, second and fourth embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a schematic perspective view for explaining the first source gas supply means used in the catalytic CVD apparatus according to the first, second and fourth embodiments of the present invention.
FIG. 3 is a schematic perspective view for explaining a catalyst body used in the catalytic CVD apparatus according to the first and second embodiments of the present invention and means for supplying power to the catalyst body.
FIG. 4 is a schematic perspective view for explaining the second source gas supply means or plasma generation power supply means used in the catalytic CVD apparatus according to the first, second and fourth embodiments of the present invention. FIG.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of the catalytic CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view for explaining the movement of atomic H and the movement of SiH 4 gas, the contact mixing region where both are in contact with each other, and the movement of the precursor for film formation in the catalytic CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 7 is a schematic explanatory view for explaining the reaction between atomic H and SiH 4 in the contact mixing region of the catalytic CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention.

以下の説明において、反応容器1は製膜室を意味する。また、一般に、製膜室は、製膜室内部を大気に曝さないように、ロード室とアンロード室を備えているが、説明の便宜上、製膜室である反応室1のみを図示し、ロード室とアンロード室を省略している。
図1及ないし図6において、符号1は反応容器である。反応容器1は、気密性を有し、図示しない真空ポンプで、第1及び第2の排気孔2a、2bを介して排気することにより、真空到達度は2.66x10−4Pa(2x10−6Torr)程度になる。また、反応容器1の内壁は不純物の付着が無く、触媒CVDに適用可能な仕様を満たしている。
符号2a、2bは、第1及び第2の排気孔である。第1及び第2の排気孔2a、2bは、図示しない真空ポンプ及び図示しない圧力計と連携して、反応容器1内部の圧力を所定の値に保持するように、排気する。ここでは、後述の原料ガスの流量が5sccm〜500sccm程度であれば、圧力0.1Pa〜100Pa(0.75mTorr〜750mTorr)程度の範囲で任意の圧力に設定し、一定圧力に保持可能である。
In the following description, the reaction vessel 1 means a film forming chamber. In general, the film forming chamber includes a loading chamber and an unloading chamber so that the inside of the film forming chamber is not exposed to the atmosphere. For convenience of explanation, only the reaction chamber 1 that is a film forming chamber is illustrated, The load room and unload room are omitted.
1 to 6, reference numeral 1 denotes a reaction vessel. The reaction vessel 1 has airtightness, and the degree of vacuum reached 2.66 × 10 −4 Pa (2 × 10 −6) by exhausting through the first and second exhaust holes 2 a and 2 b with a vacuum pump (not shown). Torr). Further, the inner wall of the reaction vessel 1 does not have impurities attached and satisfies the specifications applicable to catalytic CVD.
Reference numerals 2a and 2b denote first and second exhaust holes. The first and second exhaust holes 2a, 2b are exhausted so as to maintain the pressure inside the reaction vessel 1 at a predetermined value in cooperation with a vacuum pump (not shown) and a pressure gauge (not shown). Here, if the flow rate of the source gas to be described later is about 5 sccm to 500 sccm, the pressure can be set to an arbitrary pressure in the range of about 0.1 Pa to 100 Pa (0.75 mTorr to 750 mTorr) and kept at a constant pressure.

符号3は、被製膜の基板である。基板3は、ガラス、プラススチック、シリコン等の基板である。基板材料は任意に選べる。ここでは、例えば、基板3として、サイズ:15cm角x厚み0.63mmのガラスを用いる。
符号3aは、基板3を載置する基板保持手段である。基板保持手段3aは、基板3の温度を調整するように、冷却手段と加熱手段が内臓され、基板温度制御装置を備えている。後述の触媒体10の温度が1000℃〜1900℃に設定された場合、前記基板温度制御装置は、基板3の温度を30℃〜350℃の範囲で任意の値に設定し、維持できる。
Reference numeral 3 denotes a substrate for film formation. The substrate 3 is a substrate made of glass, plastic, silicon, or the like. The substrate material can be arbitrarily selected. Here, for example, as the substrate 3, glass of size: 15 cm square x thickness of 0.63 mm is used.
Reference numeral 3a denotes a substrate holding means for placing the substrate 3 thereon. The substrate holding means 3a includes a cooling means and a heating means so as to adjust the temperature of the substrate 3, and includes a substrate temperature control device. When the temperature of the below-described catalyst body 10 is set to 1000 ° C. to 1900 ° C., the substrate temperature control device can set and maintain the temperature of the substrate 3 at an arbitrary value in the range of 30 ° C. to 350 ° C.

基板3は、図示しないロード室から図示しない基板搬入装置により、基板保持手段3aに載置され、製膜終了後は図示しないアンロード室へ移動される。そして、図示しないアンロード室から搬出される。
基板保持手段3aと後述の触媒体10の距離は2cm〜20cmの範囲に、ここでは、例えば10cmになるように配置する。
なお、触媒CVD装置は、後述の触媒体10で生成する原料ガスのラジカルまたは分離種を温度勾配及び濃度勾配による輸送現象を利用して基板3の表面へ輸送させることから、膜の厚みの均一化の観点からは、前記触媒体10と基板3の距離は長い方が良い。
The substrate 3 is placed on the substrate holding means 3a by a substrate carry-in device (not shown) from a load chamber (not shown), and is moved to an unload chamber (not shown) after film formation. And it is carried out from the unload chamber which is not illustrated.
The distance between the substrate holding means 3a and the later-described catalyst body 10 is set in a range of 2 cm to 20 cm, for example, 10 cm.
The catalytic CVD apparatus transports the radicals or separated species of the source gas generated by the catalyst body 10 described later to the surface of the substrate 3 using the transport phenomenon due to the temperature gradient and the concentration gradient, so that the film thickness is uniform. From the standpoint of conversion, the distance between the catalyst body 10 and the substrate 3 is preferably long.

符号20は、筐体である。筐体20は、後述の触媒体と後述の第2の原料ガスとの接触を阻止するために、複数設置される。ここでは、例えば、3個が設置されており、それぞれを第1の筐体20a、第2の筐体20b及び第3の筐体20cと呼ぶ。なお、第1の筐体20a、第2の筐体20b及び第3の筐体20cを区別する必要のない場合は、筐体20と呼ぶ。なお、筐体20の寸法は任意に選べるが、ここでは、例えば、縦150mmx横30mmx深さ15mmの矩形の箱型にする。ただし、図1及び図5に示すようにその一面は通気口20dが設けられている。ここでは、通気口を開口20dとも呼ぶ。
筐体20は、金属材で製作され、電気的に反応容器1に接続されており、接地状態にある。筐体20の内部には、後述の第1の原料ガスを噴出する第1の原料ガス噴出孔19aと後述の触媒体10が設置される。また、筐体20は、後述の通気口である開口20dが設けられる。
なお、筐体20は、触媒体10と第2の原料ガス噴出管26bの間に位置する隔壁であり、前記第2の原料ガス噴出管26bから噴出する第2の原料ガスが分子流的に振る舞う場合でも、前記ガス分子が触媒体に接触することは困難である。また、後述するように、筐体20内部に噴出される第1の原料ガスの分圧Pを第2の原料ガスの分圧Pより高く設定することにより、第2の原料ガスが触媒体10に接近することは困難である。
符号20dは通気口である。通気口20dは、筐体20の基板保持手段に載置された基板3に平行な面に設けられた開口である。通気口20dは、後述の第1の原料ガス噴出孔19aから噴出する第1の原料ガスが後述の触媒体10に接触し触媒反応により分解されて生成されるラジカル種又は分解種を通過させる。通気口20dの形状は、円形、矩形、長穴形あるいはスリット状など任意に選べる。通気口20dの開口率は、ラジカル種又は分解種の通気性を高くするために30%以上が良い。ここでは、開口率70%とする。
Reference numeral 20 denotes a housing. A plurality of casings 20 are installed in order to prevent contact between a later-described catalyst body and a later-described second source gas. Here, for example, three are installed, and each is referred to as a first casing 20a, a second casing 20b, and a third casing 20c. Note that the first housing 20a, the second housing 20b, and the third housing 20c are referred to as the housing 20 when it is not necessary to distinguish them. The dimensions of the housing 20 can be arbitrarily selected, but here, for example, a rectangular box shape of 150 mm long × 30 mm wide × 15 mm deep is used. However, as shown in FIGS. 1 and 5, one surface is provided with a vent 20 d. Here, the vent is also referred to as opening 20d.
The housing 20 is made of a metal material, is electrically connected to the reaction vessel 1 and is in a grounded state. Inside the housing 20, a first source gas ejection hole 19 a for ejecting a first source gas described later and a catalyst body 10 described later are installed. Further, the housing 20 is provided with an opening 20d which is a vent hole to be described later.
The casing 20 is a partition wall located between the catalyst body 10 and the second source gas ejection pipe 26b, and the second source gas ejected from the second source gas ejection pipe 26b is molecularly flowed. Even when it behaves, it is difficult for the gas molecules to contact the catalyst body. As will be described later, by setting a high partial pressure P 1 of the first raw material gas ejected in the casing 20 than the partial pressure P 2 of the second source gas, the second source gas catalyst Access to the medium 10 is difficult.
Reference numeral 20d denotes a vent hole. The vent 20 d is an opening provided on a surface parallel to the substrate 3 placed on the substrate holding means of the housing 20. The vent 20d allows a first source gas ejected from a first source gas ejection hole 19a, which will be described later, to contact a catalyst body 10, which will be described later, and pass through radical species or decomposed species that are generated by a catalytic reaction. The shape of the vent 20d can be arbitrarily selected from a circular shape, a rectangular shape, a long hole shape, and a slit shape. The opening rate of the vent 20d is preferably 30% or more in order to increase the air permeability of radical species or decomposed species. Here, the aperture ratio is 70%.

筐体20の内部のガスの流れは、分子流領域(分子の平均自由行程が筐体内部の代表的長さより大きい場合を分子流と呼ぶ:分子同士の衝突はなく、分子は壁と衝突しながら移動する)と粘性流領域(分子の平均自由行程が筐体内部の代表的長さより十分に小さい場合を粘性流と呼ぶ:分子同士が衝突しながら移動する)の間の領域である中間流領域になるように圧力条件を設定する。なお、圧力をP(単位Pa)、筐体の代表的寸法をD(単位m)で表すと、PD積が0.02Pa・m以下であれば、分子流であり、PD積が0.68Pa・m以上であれば、粘性流であり、0.02Pa・m〜0.68Pa・mの範囲であれば中間流であることが、一般に知られている。
例えば、筐体20内部の圧力Pを30Paに設定する場合、筐体の代表的寸法Dを15mmとすれば、PD積=30Pax15x10−3m=0.45Pa・m であり、ガス流れは中間流である。この場合、ガス分子の一部は筐体20の壁と衝突しながら移動し、また、その一部はガス分子同士が衝突しながら移動するという状態にある。
The gas flow inside the housing 20 is a molecular flow region (referred to as molecular flow when the mean free path of molecules is larger than the typical length inside the housing: there is no collision between molecules, and molecules collide with walls. Intermediate flow, which is the region between the viscous flow region (when the mean free path of molecules is sufficiently smaller than the typical length inside the housing is called viscous flow: molecules move while colliding with each other) Set the pressure condition to be in the area. When the pressure is represented by P (unit Pa) and the representative dimension of the housing is represented by D (unit m), if the PD product is 0.02 Pa · m or less, it is a molecular flow and the PD product is 0.68 Pa. It is generally known that if it is m or more, it is a viscous flow, and if it is in the range of 0.02 Pa · m to 0.68 Pa · m, it is an intermediate flow.
For example, when the pressure P inside the housing 20 is set to 30 Pa and the typical dimension D of the housing is 15 mm, the PD product = 30 Pax15 × 10 −3 m = 0.45 Pa · m, and the gas flow is an intermediate flow It is. In this case, some of the gas molecules move while colliding with the wall of the housing 20, and some of the gas molecules move while colliding with each other.

符号23(23a、23b、23c)は、第1の原料ガス供給源である。第1の原料ガス供給源23(23a、23b、23c)は、水素(H)、窒素(N)、アンモニア(NH)、ホスフイン(PH)、ジボラン(B)、ゲルマン(GeH)、メタン(CH)及びエタン(C)から選ばれる少なくとも1種を含む原料ガスを備えている。なお、複数の原料ガスを選ぶ場合は、それに応じた複数の原料ガスを用意する。また、それに応じた複数の原料ガスの流量計24(24a、24b)を用意する。ここでは、例えば、水素ガスを選定する。
符号23aは水素ガス供給源である。水素ガス供給源23aは、原料ガスのHガスを、水素ガス流量計24aを介して後述の第1の原料ガス供給管25aへ供給する。
符号24aは、水素ガス流量計である。水素ガス流量計24aは、水素ガス供給源23aから供給される水素ガスの流量を予め選ばれた任意の流量に設定し、第1の原料ガス供給管25aに供給する。なお、ここでは、水素ガスの流量計24aの流量が5sccm〜500sccmの範囲の任意の流量を設定できる。
Reference numeral 23 (23a, 23b, 23c) denotes a first source gas supply source. The first source gas supply source 23 (23a, 23b, 23c) is hydrogen (H 2 ), nitrogen (N 2 ), ammonia (NH 3 ), phosphine (PH 3 ), diborane (B 2 H 6 ), germane A source gas containing at least one selected from (GeH 4 ), methane (CH 3 ), and ethane (C 2 H 6 ) is provided. In addition, when selecting several raw material gas, several raw material gas according to it is prepared. In addition, a plurality of source gas flow meters 24 (24a, 24b) corresponding thereto are prepared. Here, for example, hydrogen gas is selected.
Reference numeral 23a denotes a hydrogen gas supply source. The hydrogen gas supply source 23a supplies the source gas H 2 gas to the first source gas supply pipe 25a described later via the hydrogen gas flow meter 24a.
Reference numeral 24a is a hydrogen gas flow meter. The hydrogen gas flow meter 24a sets the flow rate of the hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply source 23a to an arbitrary flow rate selected in advance, and supplies it to the first source gas supply pipe 25a. Here, the flow rate of the hydrogen gas flow meter 24a can be set to an arbitrary flow rate in the range of 5 sccm to 500 sccm.

符号25aは第1の原料ガス供給管である。第1の原料ガス供給管25aは、第1の原料ガスの流量計24a、24bを介して第1の原料ガス供給源から供給される第1の原料ガスを後述の第1の原料ガス供給箱26に供給する。
符号27は真空装置用原料ガス供給管の継ぎ手である。真空装置用原料ガス供給管の継ぎ手27は第1の原料ガスを大気側から反応容器1内部へ真空漏れが無いように輸送する。
符号26aは第1の原料ガス供給箱である。第1の原料ガス供給箱26aは、第1の原料ガス供給管25aから供給される第1の原料ガスを後述の第1の原料ガス噴出孔19aに供給する。
Reference numeral 25a denotes a first source gas supply pipe. The first source gas supply pipe 25a supplies the first source gas supplied from the first source gas supply source via the first source gas flow meters 24a and 24b to a first source gas supply box described later. 26.
Reference numeral 27 denotes a joint of a raw material gas supply pipe for a vacuum apparatus. The joint 27 of the raw material gas supply pipe for a vacuum apparatus transports the first raw material gas from the atmosphere side to the inside of the reaction vessel 1 so that there is no vacuum leak.
Reference numeral 26a denotes a first source gas supply box. The first source gas supply box 26a supplies the first source gas supplied from the first source gas supply pipe 25a to the first source gas ejection hole 19a described later.

符号19aは、第1の原料ガス噴出孔である。第1の原料ガス噴出孔19は、第1の原料ガス供給源23(23a、23b)より供給される第1の原料ガスを、筐体20の内部に噴出する。噴出した第1の原料ガスは後述の触媒体10に接触し、接触分解される。
第1の原料ガス噴出孔19aは、孔の直径が0.2mm〜1.0mm程度であり、2mm〜10mm程度の間隔で配置される。ここでは、孔の直径を0.6mm、孔の間隔を5mmとする。第1の原料ガスの噴出流を、図5及び図6に符号35aで示す。
なお、一般に、第1の原料ガス噴射箱26の内部の圧力が略0.3MPa(3kgf/cm)程度以上であれば、前記孔の直径が0.2mm〜1.0mm程度の原料ガス噴出孔19aから噴射される原料ガスの流量は略一定であり、原料ガス噴出孔19aの場所による影響は少ない。即ち、多数の原料ガス噴出孔19aの個々の孔から噴出する流量にバラツキは生じない。即ち、触媒体10に近い領域に噴出する第1の原料ガスの量は、ほぼ一様に噴出される。
また、第1の原料ガス噴出孔19aから噴出する原料ガスの噴流は、その孔から、その直径の約5倍〜10倍の距離だけ離れるとその速度はほぼゼロとなることが、一般に知られている。即ち、原料ガス噴出孔19aからその孔の直径の約5倍〜10倍の距離だけ離れた地点では、噴射流の流れの影響が少なくなり、原料ガスは、原料ガスの濃度勾配及び温度勾配による輸送現象によって移動する。
Reference numeral 19a denotes a first source gas ejection hole. The first source gas ejection hole 19 ejects the first source gas supplied from the first source gas supply source 23 (23 a, 23 b) into the housing 20. The ejected first source gas comes into contact with a catalyst body 10 which will be described later and is catalytically decomposed.
The diameters of the first source gas ejection holes 19a are about 0.2 mm to 1.0 mm, and are arranged at intervals of about 2 mm to 10 mm. Here, the hole diameter is 0.6 mm, and the hole interval is 5 mm. The jet flow of the first source gas is indicated by reference numeral 35a in FIGS.
In general, if the pressure inside the first source gas injection box 26 is about 0.3 MPa (3 kgf / cm 2 ) or more, source gas ejection with the hole diameter of about 0.2 mm to 1.0 mm is performed. The flow rate of the source gas injected from the hole 19a is substantially constant, and the influence of the location of the source gas ejection hole 19a is small. That is, there is no variation in the flow rate ejected from each of the numerous source gas ejection holes 19a. That is, the amount of the first raw material gas ejected to the area close to the catalyst body 10 is ejected substantially uniformly.
Further, it is generally known that the velocity of the jet of the source gas ejected from the first source gas ejection hole 19a becomes almost zero when it is separated from the hole by a distance of about 5 to 10 times its diameter. ing. That is, at a point away from the source gas ejection hole 19a by a distance of about 5 to 10 times the diameter of the hole, the influence of the flow of the jet flow is reduced, and the source gas is caused by the concentration gradient and temperature gradient of the source gas. Move by transport phenomenon.

符号17(17a、17b)は、第2の原料ガス供給源である。第2の原料ガス供給源17(17a、17b)は、シラン(S)、ジシラン(Si2)、トリシラン(Si3)、及びモノメチルシラン(CH)から選ばれる少なくとも1種を含むガス、あるいは、NF、CF、C、C、SF、SF、S10、XeF、ClF及びOから選ばれる少なくとも1種を含むガスを備えている。なお、複数の原料ガスを選ぶ場合は、それに応じた複数の原料ガスを用意する。また、それに応じた複数の原料ガスの流量計17(17a、17b)を用意する。ここでは、例えば、シラン(S)ガスを選定する。
符号17aはシランガス供給源である。シランガス供給源17aは、原料ガスのシランガスを、シランガス流量計18aを介して後述の第2の原料ガス供給管25bへ供給する。
符号18aは、シランガス流量計である。シランガス流量計18aは、シランガス供給源17aから供給されるシランガスの流量を予め選ばれた任意の流量に設定し、第2の原料ガス供給管25bに供給する。なお、ここでは、シランガスの流量計18aの流量が1sccm〜100sccmの範囲の任意の流量を設定できる。
Reference numeral 17 (17a, 17b) denotes a second source gas supply source. The second source gas supply source 17 (17a, 17b) includes silane (S i H 4 ), disilane (S i2 H 6 ), trisilane (S i3 H 8 ), and monomethylsilane (CH 3 S i H 3 ). Or a gas containing at least one selected from NF 3 , CF 4 , C 2 F 6 , C 2 F 8 , SF 4 , SF 6 , S 2 F 10 , XeF 2 , ClF 3 and O 2 A gas containing at least one kind is provided. In addition, when selecting several raw material gas, several raw material gas according to it is prepared. In addition, a plurality of source gas flow meters 17 (17a, 17b) corresponding thereto are prepared. Here, for example, silane (S i H 4 ) gas is selected.
Reference numeral 17a is a silane gas supply source. The silane gas supply source 17a supplies a silane gas, which is a raw material gas, to a second raw material gas supply pipe 25b described later via a silane gas flow meter 18a.
Reference numeral 18a is a silane gas flow meter. The silane gas flow meter 18a sets the flow rate of the silane gas supplied from the silane gas supply source 17a to an arbitrary flow rate selected in advance, and supplies it to the second source gas supply pipe 25b. Here, the flow rate of the silane gas flow meter 18a can be set to an arbitrary flow rate in the range of 1 sccm to 100 sccm.

符号25bは、第2の原料ガス供給管である。第2の原料ガス供給管25bは、シランガス流量計18a及びNFガス流量計18bと連通している。また、第2の原料ガス供給管25bは、後述の真空装置用絶縁物製原料ガス接続管28を介して後述の第2の原料ガス噴出管26bと連通している。
符号28は真空装置用絶縁物製原料ガス接続管である。真空装置用絶縁物製原料ガス接続管28は、第2の原料ガス供給管25bと後述の第2の原料ガス噴出管26bを接続する。
符号26bは第2の原料ガス噴出管である。第2の原料ガス噴出管26bは、第2の原料ガス供給管25bから供給される第2の原料ガスを後述の第2の原料ガス噴出孔19bに供給する。
Reference numeral 25b denotes a second source gas supply pipe. The second source gas supply pipe 25b communicates with the silane gas flow meter 18a and the NF 3 gas flow meter 18b. The second source gas supply pipe 25b communicates with a later-described second source gas ejection pipe 26b through an after-mentioned vacuum device insulating source gas connecting pipe 28.
Reference numeral 28 denotes an insulating material gas connection pipe for a vacuum apparatus. The vacuum source insulating material gas connection pipe 28 connects the second source gas supply pipe 25b and a second source gas ejection pipe 26b described later.
Reference numeral 26b denotes a second source gas ejection pipe. The second source gas ejection pipe 26b supplies the second source gas supplied from the second source gas supply pipe 25b to a second source gas ejection hole 19b described later.

符号19bは第2の原料ガス噴出孔である。第2の原料ガス噴出孔19bは第2の原料ガス噴出管26bに設置され、第2の原料ガスを噴出する。
第2の原料ガス噴出孔19bは、孔の直径が0.2mm〜1.0mm程度であり、2mm〜10mm程度の間隔で配置される。ここでは、孔の直径を0.6mm、孔の間隔を5mmとする。第2の原料ガスの噴出流を、図5及び図6に符号35bで示す。
なお、一般に、第2の原料ガス噴射管26bの内部の圧力が略0.3MPa(3kgf/cm)程度以上であれば、前記孔の直径が0.2mm〜1.0mm程度の原料ガス噴出孔19bから噴射される原料ガスの流量は略一定であり、原料ガス噴出孔19bの場所による影響は少ない。即ち、多数の原料ガス噴出孔19bの個々の孔から噴出する流量にバラツキは生じない。
Reference numeral 19b denotes a second source gas ejection hole. The second source gas ejection hole 19b is installed in the second source gas ejection pipe 26b and ejects the second source gas.
The diameters of the second source gas ejection holes 19b are about 0.2 mm to 1.0 mm, and are arranged at intervals of about 2 mm to 10 mm. Here, the hole diameter is 0.6 mm, and the hole interval is 5 mm. The jet flow of the second source gas is indicated by reference numeral 35b in FIGS.
In general, when the pressure inside the second source gas injection pipe 26b is about 0.3 MPa (3 kgf / cm 2 ) or more, the source gas is ejected with the hole diameter of about 0.2 mm to 1.0 mm. The flow rate of the source gas injected from the hole 19b is substantially constant, and the influence of the location of the source gas ejection hole 19b is small. That is, there is no variation in the flow rate ejected from the individual holes of the large number of source gas ejection holes 19b.

符号10は、線状の触媒体である。線状の触媒体10は、タングステン線(W)を使う。触媒体10の断面形状は、円形あるいは矩形あるいは楕円形から選ぶ。配線の取り扱いは円形の場合が便利であるが、触媒体としての表面積を広く取る場合は、矩形あるいは楕円形の方が良い。触媒体10は、線径0.02〜1.0mmの範囲のW線を選ぶ。ここでは、円形の線径0.6mmのW線を選ぶ。触媒体10の基板3の面と平行方向の長さを略14cmとする。   Reference numeral 10 denotes a linear catalyst body. The linear catalyst body 10 uses a tungsten wire (W). The cross-sectional shape of the catalyst body 10 is selected from a circle, a rectangle, or an ellipse. When the wiring is circular, it is convenient to handle the wiring. However, when the surface area of the catalyst body is large, a rectangular or elliptical shape is better. For the catalyst body 10, a W wire having a wire diameter of 0.02 to 1.0 mm is selected. Here, a W wire having a circular wire diameter of 0.6 mm is selected. The length of the catalyst body 10 in the direction parallel to the surface of the substrate 3 is approximately 14 cm.

符号5a、5bは触媒体に供給する電力の真空用の電流導入端子である。電流導入端子5a、5bは図示しない冷却用冷媒を備えた電流導入端子冷却装置を備えている。なお、真空用の電流導入端子5a、5bは、大気側の電力供給線7a、7bと反応容器1内部の
触媒体支持棒8を真空漏れが無い状態を保ち、電気的に導通する。
符号8は触媒体支持棒である。触媒体支持棒8は、電流導入端子5と触媒体を導通する。ただし、触媒体支持棒8は図示しない絶縁物で、筐体2おと電気的に絶縁されており、非接地状態が保たれている。
符号6は触媒加熱用電源である。触媒加熱用電源6は、電力供給線7a、7b、真空用の電流導入端子5a、5b及び触媒体支持棒8を介して、触媒体10に電力を供給する。なお、触媒加熱用電源6の出力と、触媒体10の温度と、原料ガスの流量及び流量比と、反応容器1の圧力の関係は、予め、把握し、そのデータを基に、所要の温度に設定する。
Reference numerals 5a and 5b denote current introduction terminals for vacuum of electric power supplied to the catalyst body. The current introduction terminals 5a and 5b are provided with a current introduction terminal cooling device provided with a cooling refrigerant (not shown). Note that the vacuum current introduction terminals 5a and 5b are electrically connected to the atmosphere-side power supply lines 7a and 7b and the catalyst support rod 8 inside the reaction vessel 1 with no vacuum leakage.
Reference numeral 8 denotes a catalyst support rod. The catalyst body support rod 8 conducts the current introduction terminal 5 and the catalyst body. However, the catalyst body support rod 8 is an insulator (not shown) and is electrically insulated from the casing 2 and is kept in a non-grounded state.
Reference numeral 6 denotes a power source for heating the catalyst. The catalyst heating power source 6 supplies power to the catalyst body 10 via the power supply lines 7 a and 7 b, the vacuum current introduction terminals 5 a and 5 b, and the catalyst body support rod 8. The relationship between the output of the catalyst heating power source 6, the temperature of the catalyst body 10, the flow rate and flow rate ratio of the raw material gas, and the pressure in the reaction vessel 1 is grasped in advance, and the required temperature is determined based on the data. Set to.

次に、図1ないし図5に示す触媒CVD装置を用いて、ヘテロ接合型太陽電池のパッシベーション膜であるa−S膜を例に取り、その製膜方法について説明する。
ここでは、ヘテロ接合型太陽電池のパッシベーション膜であるa−S膜を例に取り、第1の原料ガスとして水素(H)を、第2の原料ガスとしてシラン(S)を選び、その製膜方法について説明するが、本発明の第1の実施形態に係わる触媒CVD装置及び触媒CVD法がa−S膜の形成に限定されないことは、当然である。
Then, using the catalytic CVD apparatus shown in FIGS. 1 to 5, takes a-S i film is a passivation film heterojunction solar cells, the following description will discuss the film forming method.
Here, take a-S i film is a passivation film heterojunction solar cell as an example, the hydrogen (H 2) as the first material gas, silane as the second source gas (S i H 4) The film forming method will be described, but it should be understood that the catalytic CVD apparatus and the catalytic CVD method according to the first embodiment of the present invention are not limited to the formation of the a- Si film.

例えば、太陽電池のp型a−Si膜を形成する場合は、第1の原料ガスとして水素(H)とジボラン(B)の混合ガスを、第2の原料ガスとしてシラン(S)を選ぶのが良い。
また、例えば、太陽電池のn型a−Si膜を形成する場合は、第1の原料ガスとして水素とホスフイン(PH)の混合ガスを、第2の原料ガスとしてシラン(S)を選ぶのが良い。
また、例えば、非晶質シリコンカーバイド(a−SiC)膜を形成する場合は、第1の原料ガスとして水素(H)と、メタン(CH)あるいはエタン(C)あるいはエチレン(C)を、第2の原料ガスとしてシラン(S)を選ぶのが良い。
また、例えば、非晶質シリコンゲルマニウム(a−SiGe)膜を形成する場合は、第1の原料ガスとして水素(H)とゲルマン(GeH)の混合ガスを、第2の原料ガスとしてシラン(S)を選ぶのが良い。
また、例えば、酸化シリコン(S)膜を形成する場合は、第1の原料ガスとして、酸素(O)と亜酸化窒素(NO)の混合ガスを、第2の原料ガスとしてシラン(S)を選ぶのが良い。
For example, when forming a p-type a-Si film of a solar cell, a mixed gas of hydrogen (H 2 ) and diborane (B 2 H 6 ) is used as the first source gas, and silane (S i H 4 ) is preferred.
For example, when forming an n-type a-Si film of a solar cell, a mixed gas of hydrogen and phosphine (PH 3 ) is used as the first source gas, and silane (S i H 4 ) is used as the second source gas. It is good to choose.
Further, for example, when an amorphous silicon carbide (a-SiC) film is formed, hydrogen (H 2 ), methane (CH 4 ), ethane (C 2 H 6 ), ethylene (as the first source gas) C 2 H 6 ) and silane (S i H 4 ) may be selected as the second source gas.
For example, when an amorphous silicon germanium (a-SiGe) film is formed, a mixed gas of hydrogen (H 2 ) and germane (GeH 4 ) is used as the first source gas, and silane is used as the second source gas. It is better to select (S i H 4 ).
For example, in the case of forming a silicon oxide (S i O 2 ) film, a mixed gas of oxygen (O 2 ) and nitrous oxide (N 2 O) is used as the second source gas as the first source gas. It is preferable to select silane (S i H 4 ).

また、例えば、有機ELデバイスの封止膜としてのSCN膜を形成する場合は、第1の原料ガスとして、水素(H)とアンモニア(NH)の混合ガスを、第2の原料ガスとしてモノメチルシラン(CH)を選ぶのが良い。 For example, in the case of forming an S i CN film as a sealing film of an organic EL device, a mixed gas of hydrogen (H 2 ) and ammonia (NH 3 ) is used as the second raw material as the first raw material gas. is good pick monomethyl silane (CH 3 S i H 3) as a gas.

ここでは、基板3を、例えば、サイズ:150mmx150mmx厚み0.63mmのガラスとする。
図示しないロード室に予め準備されている基板3を該ロード室と反応容器1の間の基板移動扉を開けて、図示しない基板移動装置により基板3を基板保持手段3aに載置する。そして、前記図示しない基板移動扉を閉める。
Here, the substrate 3 is, for example, glass having a size: 150 mm × 150 mm × thickness 0.63 mm.
A substrate moving door between the load chamber and the reaction vessel 1 is opened for a substrate 3 prepared in advance in a load chamber (not shown), and the substrate 3 is placed on the substrate holding means 3a by a substrate moving device (not shown). Then, the substrate moving door (not shown) is closed.

次に、図示しない真空ポンプを稼働して、一旦、反応容器1の内部の圧力を真空到達度、例えば、2.67x10−4Pa(2x10−6Torr)程度まで下げる。
次に、第1の原料ガスである水素ガスの流量計24aにより水素ガスの流量を、10sccm〜200sccm程度、例えば、50sccmに設定する。
そして、図示しない圧力計と図示しない真空ポンプを用いて、反応容器1の内部圧力を、1.33Pa〜30Pa(0.01Torr〜0.225Torr)程度に、例えば、
20Pa(150mTorr)に設定し、維持する。この状態で、図示しない真空ポンプの排気量は一定とする。
次に、第1の原料ガスである水素ガスの圧力が20Paに維持されていることを確認後、第2の原料ガスであるシランガスの流量計17aの図示しない出口弁を少しずつ開きながら、第2の原料ガスの流量を微増させつつ、反応容器1内部の図示しない圧力計の値が30Paになったら、前記第2の原料ガスの流量をその値で一定に保つ。即ち、第1の原料ガス(水素)の分圧を20Pa(150mTorr)とし、第2の原料ガス(シラン)の分圧を10Paとし、全圧P(20Pa+10Pa)を30Pa(225mTorr)に設定し、維持する。
なお、上述の第1の原料ガス及び第2の原料ガスの調整操作は、図示しない電磁弁やデジタル流量制御装置等を用いたコンピュータ制御方式で自動的に行っても良い。
次に、触媒加熱用電源6から、それぞれ、電力供給線7a、7b、真空用電流導入端子5a、5bを介して、触媒体10に電力を供給し、発熱させる。
触媒体10の温度は、1000℃〜 1900℃の範囲で、例えば、1700℃とする。なお、予め把握しているデータ、即ち、触媒加熱用電源6の出力と、触媒体10の温度と、反応容器1の圧力の関係を活用する。
基板3の温度は、80℃〜350℃の範囲で、例えば150℃に設定し、維持する。
Next, a vacuum pump (not shown) is operated, and the pressure inside the reaction vessel 1 is once lowered to a degree of vacuum, for example, about 2.67 × 10 −4 Pa (2 × 10 −6 Torr).
Next, the flow rate of the hydrogen gas is set to about 10 sccm to 200 sccm, for example, 50 sccm by the flow meter 24a of the hydrogen gas that is the first source gas.
Then, using a pressure gauge (not shown) and a vacuum pump (not shown), the internal pressure of the reaction vessel 1 is set to about 1.33 Pa to 30 Pa (0.01 Torr to 0.225 Torr), for example,
Set to 20 Pa (150 mTorr) and maintain. In this state, the displacement of a vacuum pump (not shown) is constant.
Next, after confirming that the pressure of the hydrogen gas that is the first source gas is maintained at 20 Pa, while gradually opening an outlet valve (not shown) of the flow meter 17a of the silane gas that is the second source gas, When the value of a pressure gauge (not shown) inside the reaction vessel 1 reaches 30 Pa while slightly increasing the flow rate of the second source gas, the flow rate of the second source gas is kept constant at that value. That is, the partial pressure of the first source gas (hydrogen) is set to 20 Pa (150 mTorr), the partial pressure of the second source gas (silane) is set to 10 Pa, and the total pressure P (20 Pa + 10 Pa) is set to 30 Pa (225 mTorr). maintain.
Note that the above-described adjustment operation of the first source gas and the second source gas may be automatically performed by a computer control method using a solenoid valve, a digital flow rate control device, or the like (not shown).
Next, electric power is supplied from the catalyst heating power source 6 to the catalyst body 10 through the power supply lines 7a and 7b and the vacuum current introduction terminals 5a and 5b, respectively, to generate heat.
The temperature of the catalyst body 10 is in the range of 1000 ° C. to 1900 ° C., for example, 1700 ° C. In addition, the data grasped in advance, that is, the relationship between the output of the catalyst heating power source 6, the temperature of the catalyst body 10, and the pressure of the reaction vessel 1 is utilized.
The temperature of the substrate 3 is set in the range of 80 ° C. to 350 ° C., for example, 150 ° C. and maintained.

第1の原料ガス噴出孔19aから噴出したHガスは、触媒体10に接触しながら、拡散する。1700℃に設定された高温の触媒体10に接触したHガスは、触媒反応を起こす。即ち、触媒体10の表面に接触したH分子は2つの原子状Hに分離して触媒体10に吸着する(解離吸着)。触媒体10の表面に吸着した原子状Hは,触媒体10が高温であるため、分離したまま気相中に放出される(熱脱離)。なお、ここでは、ここでは、前記放出された原子状Hをラジカルまたは分解種と呼ぶ。
放出された原子状Hは、温度勾配及び濃度勾配による輸送現象により、触媒体10側から基板3の方向へ移動する。Hラジカルが拡散移動する状況を、模式的に図6に符号37aで示す。
The H 2 gas ejected from the first source gas ejection hole 19 a diffuses while contacting the catalyst body 10. The H 2 gas that has contacted the high temperature catalyst body 10 set at 1700 ° C. causes a catalytic reaction. That is, the H 2 molecule that has contacted the surface of the catalyst body 10 is separated into two atomic H and adsorbed on the catalyst body 10 (dissociative adsorption). The atomic H adsorbed on the surface of the catalyst body 10 is released into the gas phase while being separated (thermal desorption) because the catalyst body 10 is at a high temperature. Here, here, the released atomic H is called a radical or a decomposed species.
The released atomic H moves from the catalyst body 10 toward the substrate 3 due to a transport phenomenon caused by a temperature gradient and a concentration gradient. A situation in which the H radical diffuses and moves is schematically indicated by reference numeral 37a in FIG.

他方、第2の原料ガスであるシランガス供給源17aからシランガスの流量計18a、第2の原料ガス供給管25b、真空装置用絶縁物製原料ガス接続管28及び第2の原料ガス噴出孔管26bを介して供給されたシランガスは、第2の原料ガス噴出孔19bから噴出する。噴出したシランガスは、筐体20の間を、温度勾配及び濃度勾配による輸送現象により拡散移動する。
第2の原料ガス噴出孔19bから噴出したシランガスの移動状況を模式的に、図5及び図6に符号35bとして示す。
On the other hand, from the silane gas supply source 17a which is the second source gas, the silane gas flow meter 18a, the second source gas supply pipe 25b, the vacuum source insulator source gas connection pipe 28, and the second source gas ejection hole pipe 26b. The silane gas supplied via is ejected from the second source gas ejection hole 19b. The jetted silane gas diffuses and moves between the casings 20 due to a transport phenomenon caused by a temperature gradient and a concentration gradient.
The movement state of the silane gas ejected from the second source gas ejection hole 19b is schematically shown as reference numeral 35b in FIGS.

上記1700℃に設定された高温の触媒体10により発生したHラジカルと第2の原料ガス噴出孔19bから噴出したシランガスは、反応容器1の内部を拡散移動するが、図6に示すように、互いに接触混合が起こる。この接触混合領域を、図6に符号33aで示す。
接触混合領域33aでは、次式で示す化学反応が起こる。
+H→H+S
なお、接触混合領域33aで起こるSとHの反応を、模式的に図7に示す。
上記反応過程において、Sラジカルは、長寿命で、かつ、温度勾配及び濃度勾配による輸送現象で移動するという特徴を有し、シリコン系薄膜形成の良質の前駆体として基板3の表面の方向移動し、到達し、堆積する。その移動状況を、図6に符号38aで示す
ラジカルは高品質膜を形成する前駆体であるので、基板3に形成されるa−Si膜は高品質の膜である。
なお、a−Si膜の製膜速度は、原料ガスのSと原子状Hの濃度に依存するので、特別に高速の製膜を行う場合は、予め、製膜速度と、前記圧力条件と、原料ガスの供給量及び流量比の関係を把握し、最適化を行うのが良い。
The H radical generated by the high-temperature catalyst body 10 set at 1700 ° C. and the silane gas ejected from the second raw material gas ejection hole 19b diffuse and move inside the reaction vessel 1, but as shown in FIG. Contact mixing occurs with each other. This contact mixing region is indicated by reference numeral 33a in FIG.
In the contact mixing region 33a, a chemical reaction represented by the following formula occurs.
S i H 4 + H → H 2 + S i H 3
Note that the reaction between S i H 4 and H occurring in the contact mixing region 33a is schematically shown in FIG.
In the above reaction process, the S i H 3 radical has a feature that it has a long lifetime and moves by a transport phenomenon due to a temperature gradient and a concentration gradient, and is a good precursor for the formation of a silicon-based thin film. Move, reach and deposit. The S i H 3 radical, which is indicated by the reference numeral 38a in FIG. 6, is a precursor that forms a high-quality film. Therefore, the a-Si film formed on the substrate 3 is a high-quality film.
In addition, since the film-forming speed of the a-Si film depends on the concentration of the source gas S i H 4 and the atomic H, when the film is formed at a particularly high speed, the film-forming speed and the pressure are set in advance. It is preferable to perform optimization by grasping the relationship between the conditions, the supply amount of the raw material gas, and the flow rate ratio.

次に、上記製膜において所定の製膜時間が、例えば1分間が経過したら、図示しない第1の原料ガス供給源23aのバルブ及び図示しない第2の原料ガス供給源17aのバルブを閉にして、原料ガスの供給をストップする。そして、触媒加熱用電源6の出力を落としてゼロにする。
なお、製膜時間は、ここでは触媒体10の温度が1700℃で稼働した時点からの経過時間とする。製膜時間を精度良く実施する場合は、基板3の近傍に開閉可能なシャッター機構を配置し、使用するのが良い。
その後、反応室1と図示しないアンロード室の間の図示しない基板移動扉を開けて、図示しない基板移動装置により基板3を基板保持手段3aから図示しないアンロード室に移動する。そして、図示しない基板移動扉を閉める。
Next, when a predetermined film forming time elapses, for example, for 1 minute in the above film forming, the valve of the first source gas supply source 23a (not shown) and the valve of the second source gas supply source 17a (not shown) are closed. , Stop supplying the source gas. Then, the output of the catalyst heating power source 6 is reduced to zero.
Here, the film forming time is an elapsed time from the time when the temperature of the catalyst body 10 is operated at 1700 ° C. In the case where the film forming time is accurately performed, it is preferable to use a shutter mechanism that can be opened and closed in the vicinity of the substrate 3.
Thereafter, a substrate moving door (not shown) between the reaction chamber 1 and an unloading chamber (not shown) is opened, and the substrate 3 is moved from the substrate holding means 3a to the unloading chamber (not shown) by a substrate moving device (not shown). Then, a substrate moving door (not shown) is closed.

反応室1の基板保持手段3aには被製膜の基板3が無くなったので、新たに、図示しないロード室から基板3を移動させる。上述のように、図示しないロード室に予め準備されている基板3を該ロード室と反応室1の間の基板移動扉を開けて、図示しない基板移動装置により基板3を基板保持手段3aに載置する。そして、図示しない基板移動扉を閉める。
そして、上述の製膜工程を、予め決められた回数、例えば、基板1000枚に対して繰り返し行う。
Since the substrate 3 to be deposited has been removed from the substrate holding means 3a of the reaction chamber 1, the substrate 3 is newly moved from a load chamber (not shown). As described above, the substrate 3 prepared in advance in a load chamber (not shown) is opened, the substrate moving door between the load chamber and the reaction chamber 1 is opened, and the substrate 3 is mounted on the substrate holding means 3a by the substrate moving device (not shown). Put. Then, a substrate moving door (not shown) is closed.
Then, the above-described film forming process is repeated for a predetermined number of times, for example, 1000 substrates.

本発明の第1の実施形態に係わる触媒CVD装置の構成よれば、第2の原料ガス噴出孔19bと触媒体10の間に隔壁として筐体20が設置され、かつ、第2の原料ガス噴出孔19b近傍の温度に比べて触媒体10の温度(1700℃)が著しく高いという状態が維持され、かつ、第1の原料ガスの水素ガス供給時の分圧(例えば、20Pa)が第2の原料ガスのシランガス供給時の分圧(例えば、10Pa)に比べて高い状態に保たれている。
その結果、触媒体10のタングステンシリサイド化の原因であるSガスの分子と触媒体10との接触は阻止される。
即ち、(イ)Sガス分子が他の分子と衝突せずに周辺の壁と衝突しながら移動する(分子流)とした場合、筐体20の壁に衝突して、触媒体10の方向へ移動できない、(ロ)Sガス分子が温度勾配に基づく拡散により移動する場合、温度勾配に基づく拡散力(熱泳動力)は温度の高い側から低い側へ働くので、Sガス分子は触媒体10から遠ざかる方向へ移動する、(ハ)Sガス分子が濃度勾配に基づく拡散により移動する場合、触媒体10周りの分圧が第2の原料ガス噴出孔19b周りの分圧より大きいので、濃度勾配による移動は触媒体10から遠ざかる方向へ移動する。その結果、Si原子とタングステンの接触が起こらないので、触媒体10にタングステンシリサイド化は発生しない。即ち、タングステンシリサイド化による触媒体10の劣化及び断線は発生しない。
According to the configuration of the catalytic CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention, the housing 20 is installed as a partition between the second source gas ejection hole 19b and the catalyst body 10, and the second source gas ejection The state in which the temperature of the catalyst body 10 (1700 ° C.) is significantly higher than the temperature in the vicinity of the hole 19b is maintained, and the partial pressure (for example, 20 Pa) at the time of supplying the hydrogen gas of the first raw material gas is the second value. It is kept at a higher state than the partial pressure (for example, 10 Pa) when the source gas is supplied with silane gas.
As a result, the contact between the catalyst body 10 and the Si H 4 gas molecules that cause the tungsten silicide of the catalyst body 10 is prevented.
That is, when (i) S i H 4 gas molecules do not collide with other molecules and move while colliding with the surrounding walls (molecular flow), they collide with the wall of the casing 20 and the catalyst body 10 (B) When S i H 4 gas molecules move by diffusion based on the temperature gradient, the diffusion force (thermophoretic force) based on the temperature gradient works from the higher temperature side to the lower temperature side. The i H 4 gas molecules move away from the catalyst body 10. (c) When the S i H 4 gas molecules move by diffusion based on the concentration gradient, the partial pressure around the catalyst body 10 is the second raw material gas ejection Since it is larger than the partial pressure around the hole 19b, the movement due to the concentration gradient moves away from the catalyst body 10. As a result, contact between Si atoms and tungsten does not occur, so that tungsten silicidation does not occur in the catalyst body 10. That is, deterioration and disconnection of the catalyst body 10 due to tungsten silicidation do not occur.

本発明の第1の実施形態に係わる触媒CVD装置の構成よれば、従来の触媒CVD及び触媒CVD法が有する触媒体のタングステンシリサイド化による触媒体機能の低下及び断線という問題が、容易に解消できる。即ち、触媒体CVD装置を太陽電池や各種半導体デバイス等製品の量産設備へ応用するに際し、装置稼働率及び製品歩留まりの大幅な向上に貢献できる。   According to the configuration of the catalytic CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention, it is possible to easily solve the problem of deterioration of the catalytic body function and disconnection due to tungsten silicidation of the catalytic body of the conventional catalytic CVD and catalytic CVD method. . That is, when the catalytic CVD apparatus is applied to mass production facilities for products such as solar cells and various semiconductor devices, it can contribute to a significant improvement in apparatus operation rate and product yield.

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係わる触媒CVD装置及び触媒CVD法について、図1ないし図4及び図8を用いて説明する。なお、本発明の第2の実施形態に係わる触媒CVD装置は、本発明の第1の実施形態に係わる触媒CVD装置で用いた部材も併用する。
また、以下に示す図面は、説明の便宜上、各部材の縮尺が、実際と異なる場合がある。また、各図面間においても、縮尺が、実際と異なる場合がある。
(Second Embodiment)
Next, a catalytic CVD apparatus and a catalytic CVD method according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4 and FIG. The catalytic CVD apparatus according to the second embodiment of the present invention also uses the members used in the catalytic CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention.
In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual one for convenience of explanation. In addition, the scale may be different between the drawings.

図8は、本発明の第2の実施形態に係わる触媒CVD装置における原子状H、NHラジカル及びSガスの接触混合領域と製膜の前駆体の移動を説明するための模式的説明図である。 FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the movement of the contact mixing region of atomic H, NH 2 radicals and S i H 4 gas and the precursor of film formation in the catalytic CVD apparatus according to the second embodiment of the present invention. It is explanatory drawing.

図1〜図4において、符号23bはアンモニア供給源である。アンモニア供給源23bは、原料ガスのアンモニア(NH)を、アンモニア流量計24bを介して原料ガス供給管25aへ供給する。
符号24bは、アンモニア流量計である。アンモニア流量計24bは、アンモニア供給源23bから供給されるアンモニア(NH)ガスの流量を予め選ばれた任意の流量に設定し、第1の原料ガス供給管25aに供給する。なお、ここでは、アンモニア(NH)の流量計24bの流量が5sccm〜500sccmの範囲の任意の流量を設定できる。
1-4, the code | symbol 23b is an ammonia supply source. The ammonia supply source 23b supplies the raw material gas ammonia (NH 3 ) to the raw material gas supply pipe 25a via the ammonia flow meter 24b.
Reference numeral 24b is an ammonia flow meter. The ammonia flow meter 24b sets the flow rate of ammonia (NH 3 ) gas supplied from the ammonia supply source 23b to an arbitrary flow rate selected in advance, and supplies it to the first source gas supply pipe 25a. Here, the flow rate of the ammonia (NH 3 ) flow meter 24 b can be set to an arbitrary flow rate in the range of 5 sccm to 500 sccm.

次に、図1ないし図4に示す触媒CVD装置を用いて、ヘテロ接合型太陽電池の反射防止膜であるS膜を例に取り、その製膜方法について説明する。
ここでは、ヘテロ接合型太陽電池の反射防止膜であるS膜を例に取り、その製膜方法について説明するが、本発明の第2の実施形態に係わる触媒CVD装置及び触媒CVD法がS膜の形成に限定されないことは、当然である。
Then, using the catalytic CVD apparatus shown in FIGS. 1 to 4, it takes the S i N x film is the antireflection film heterojunction solar cells, the following description will discuss the film forming method.
Here, the S i N x film, which is an antireflection film of a heterojunction solar cell, will be described as an example, and the film forming method will be described. The catalytic CVD apparatus and catalytic CVD method according to the second embodiment of the present invention Is not limited to the formation of S i N x films.

例えば、有機ELデバイスの封止膜としてのSCN膜を形成する場合は、第1の原料ガスとして、水素(H)とアンモニア(NH)の混合ガスを、第2の原料ガスとして、モノメチルシラン(CH)を選ぶのが良い。 For example, when forming a S i CN film as the sealing film of the organic EL device, as a first raw material gas, a mixed gas of hydrogen (H 2) and ammonia (NH 3), as a second source gas , it is to choose a monomethyl silane (CH 3 S i H 3) .

ここでは、基板3を、例えば、サイズ:150mmx150mmx厚み0.63mmのガラスとする。
図示しないロード室に予め準備されている基板3を該ロード室と反応容器1の間の基板移動扉を開けて、図示しない基板移動装置により基板3を基板保持手段3aに載置する。そして、図示しない基板移動扉を閉める。
Here, the substrate 3 is, for example, glass having a size: 150 mm × 150 mm × thickness 0.63 mm.
A substrate moving door between the load chamber and the reaction vessel 1 is opened for a substrate 3 prepared in advance in a load chamber (not shown), and the substrate 3 is placed on the substrate holding means 3a by a substrate moving device (not shown). Then, a substrate moving door (not shown) is closed.

次に、図示しない真空ポンプを稼働して、反応容器1の内部の圧力を真空到達度、例えば、2.67x10−4Pa(2x10−6Torr)程度まで下げる。
次に、水素ガスの流量計24aにより水素ガスの流量を、5sccm〜500sccm程度、例えば、80sccmに設定する。アンモニア(NH)ガスの流量計24cによりアンモニア(NH)ガスの流量を、5sccm〜500sccm程度、例えば、20sccmに設定する。
そして、図示しない圧力計と図示しない真空ポンプを用いて、反応容器1の内部圧力を、1.33Pa〜30Pa(0.01Torr〜0.225Torr)程度に、例えば、
20Pa(150mTorr)に設定する。この状態で、図示しない真空ポンプの排気量は一定とする。
次に、第1の原料ガスである水素ガスとアンモニア(NH)ガスの圧力が20Paに維持されていることを確認後、第2の原料ガスであるシランガスの流量計17aの図示しない出口弁を少しずつ開きながら、第2の原料ガスの流量を微増させつつ、反応容器1内部の図示しない圧力計の値が30Paになったら、前記第2の原料ガスの流量をその値で一定に保つ。即ち、第1の原料ガス(水素とアンモニアの混合ガス)の分圧を20Pa(150mTorr)とし、第2の原料ガス(シラン)の分圧を10Paとし、全圧P(20Pa+10Pa)を30Pa(225mTorr)に設定し、維持する。
なお、上述の第1の原料ガス及び第2の原料ガスの調整操作は、図示しない電磁弁やデジタル流量制御装置等を用いたコンピュータ制御方式で自動的に行っても良い。
次に、触媒加熱用電源6から、それぞれ、電力供給線7a、7b、真空用電流導入端子5a、5bを介して、触媒体10に電力を供給し、発熱させる。
触媒体10の温度は、1000℃〜 1900℃の範囲で、例えば、1800℃とする。なお、予め把握しているデータ、即ち、触媒加熱用電源6の出力と、触媒体10の温度と、反応容器1の圧力の関係を活用する。
基板3の温度は、80℃〜350℃の範囲で、例えば150℃に設定し、維持する。
Next, a vacuum pump (not shown) is operated to lower the pressure inside the reaction vessel 1 to a vacuum level, for example, about 2.67 × 10 −4 Pa (2 × 10 −6 Torr).
Next, the flow rate of hydrogen gas is set to about 5 sccm to 500 sccm, for example, 80 sccm by the hydrogen gas flow meter 24a. Ammonia flow rate of (NH 3) ammonia (NH 3) flow meter 24c of the gas gas, about 5Sccm~500sccm, for example, set to 20 sccm.
Then, using a pressure gauge (not shown) and a vacuum pump (not shown), the internal pressure of the reaction vessel 1 is set to about 1.33 Pa to 30 Pa (0.01 Torr to 0.225 Torr), for example,
Set to 20 Pa (150 mTorr). In this state, the displacement of a vacuum pump (not shown) is constant.
Next, after confirming that the pressures of the hydrogen gas and ammonia (NH 3 ) gas as the first source gas are maintained at 20 Pa, the outlet valve (not shown) of the flow meter 17a of the silane gas as the second source gas When the value of a pressure gauge (not shown) inside the reaction vessel 1 reaches 30 Pa, the flow rate of the second source gas is kept constant at that value. . That is, the partial pressure of the first source gas (mixed gas of hydrogen and ammonia) is 20 Pa (150 mTorr), the partial pressure of the second source gas (silane) is 10 Pa, and the total pressure P (20 Pa + 10 Pa) is 30 Pa (225 mTorr). ) And maintain.
Note that the above-described adjustment operation of the first source gas and the second source gas may be automatically performed by a computer control method using a solenoid valve, a digital flow rate control device, or the like (not shown).
Next, electric power is supplied from the catalyst heating power source 6 to the catalyst body 10 through the power supply lines 7a and 7b and the vacuum current introduction terminals 5a and 5b, respectively, to generate heat.
The temperature of the catalyst body 10 is in the range of 1000 ° C. to 1900 ° C., for example, 1800 ° C. In addition, the data grasped in advance, that is, the relationship between the output of the catalyst heating power source 6, the temperature of the catalyst body 10, and the pressure of the reaction vessel 1 is utilized.
The temperature of the substrate 3 is set in the range of 80 ° C. to 350 ° C., for example, 150 ° C. and maintained.

第1の原料ガス噴出孔19aから噴出したHガス及びアンモニアガスの混合ガスは、触媒体10に接触しながら、拡散する。図8に、Hガス及びアンモニアガスの混合ガスを符号35aで示す。1800℃に設定された高温の触媒体10に接触したHとNHは、触媒反応を起こす。即ち、触媒体10の表面に接触したH分子とNH分子は原子状HとNHラジカルに接触分解されて、気相中に放出される。放出された原子状H、NHラジカルは、温度勾配及び濃度勾配による輸送現象により、触媒体10側から基板3の方向へ拡散移動する。その状況を、図8に符号37bで示す。 The mixed gas of H 2 gas and ammonia gas ejected from the first source gas ejection hole 19 a diffuses while contacting the catalyst body 10. FIG. 8 shows a mixed gas of H 2 gas and ammonia gas by reference numeral 35a. H 2 and NH 3 in contact with the high temperature catalyst body 10 set at 1800 ° C. cause a catalytic reaction. That is, the H 2 molecule and the NH 3 molecule that have contacted the surface of the catalyst body 10 are catalytically decomposed into atomic H and NH 2 radicals and released into the gas phase. The released atomic H and NH 2 radicals diffuse and move from the catalyst body 10 toward the substrate 3 due to a transport phenomenon caused by a temperature gradient and a concentration gradient. This situation is indicated by reference numeral 37b in FIG.

他方、第2の原料ガスであるシランガス供給源17aからシランガスの流量計18a、第2の原料ガス供給管25b、真空装置用絶縁物製原料ガス接続管28及び第2の原料ガス噴出孔管26bを介して供給されたシランガスは、第2の原料ガス噴出孔19bから噴出する。噴出したシランガスは、筐体20の間を、温度勾配及び濃度勾配による輸送現象により拡散移動する。なお、第2の原料ガス噴出孔19bから噴出したシランガスを、図8に符号35bとして示す。   On the other hand, from the silane gas supply source 17a which is the second source gas, the silane gas flow meter 18a, the second source gas supply pipe 25b, the vacuum source insulator source gas connection pipe 28, and the second source gas ejection hole pipe 26b. The silane gas supplied via is ejected from the second source gas ejection hole 19b. The jetted silane gas diffuses and moves between the casings 20 due to a transport phenomenon caused by a temperature gradient and a concentration gradient. In addition, the silane gas injected from the 2nd source gas injection hole 19b is shown as the code | symbol 35b in FIG.

上記1800℃に設定された高温の触媒体10により発生したHラジカル及びNHラジカルと、第2の原料ガス噴出孔19bから噴出したシランガスは、反応容器1の内部を拡散移動するが、図8に示すように、接触混合が起こる。この接触混合領域を、図8に符号33bで示す。 The H radical and NH 2 radical generated by the high temperature catalyst body 10 set at 1800 ° C. and the silane gas ejected from the second source gas ejection hole 19b diffuse and move inside the reaction vessel 1, but FIG. As shown, contact mixing occurs. This contact mixing area is indicated by reference numeral 33b in FIG.

接触混合領域33bにおいて、第2の原料ガスのSと、原子状H及びNHラジカルは、気相中で、次式で示す反応を起こす。
+H→S+H
+NH→S(NH)+H
NH+H→NH+H
その結果、S膜の形成の前駆体として知られるS(NH)ラジカルが多数、生成される。なお、温度勾配及び濃度勾配による輸送現象で移動という特徴を有するS(NH)ラジカルの移動を、図8に矢印38bで示す。
その結果、S(NH)ラジカルは基板3の表面に到達し、S(NH)ラジカルを前駆体とする高品質のS膜が形成される。
なお、S膜の製膜速度は、第2の原料ガスのSと原子状HとNHラジカルの濃度に依存するので、特別に高速化する場合は、予め、製膜速度と、前記圧力条件と、第1及び第2の原料ガスの供給量の関係を把握し、最適化を行うのが良い。
In the contact mixing region 33b, the second source gas S i H 4 and the atomic H and NH 2 radicals cause a reaction represented by the following formula in the gas phase.
S i H 4 + H → S i H 3 + H 2
S i H 3 + NH 2 → S i H 2 (NH 2) + H
NH 3 + H → NH 2 + H 2
As a result, a large number of S i H 2 (NH 2 ) radicals known as precursors for forming the S i N x film are generated. In addition, the movement of the S i H 2 (NH 2 ) radical having the characteristic of movement due to the transport phenomenon caused by the temperature gradient and the concentration gradient is indicated by an arrow 38b in FIG.
As a result, the S i H 2 (NH 2 ) radical reaches the surface of the substrate 3, and a high-quality S i N x film using the S i H 2 (NH 2 ) radical as a precursor is formed.
Note that the deposition rate of the S i N x film depends on the concentrations of the S i H 4 , the atomic H, and the NH 2 radicals of the second source gas. It is preferable to perform optimization by grasping the relationship between the speed, the pressure condition, and the supply amounts of the first and second source gases.

次に、上記製膜において所定の製膜時間が、例えば1分間が経過したら、第1の原料ガス供給源である水素の供給源23a及びアンモニアの供給源23bの図示しないバルブ、第2原料ガス17aの図示しないバルブを閉にして、原料ガスの供給をストップする。そして、触媒加熱用電源6の出力を落としてゼロにする。
なお、製膜時間は、ここでは触媒体10の温度が1800℃で稼働した時点からの経過時間とする。製膜時間を精度良く実施する場合は、基板3の近傍に開閉可能なシャッター機構を配置し、使用するのが良い。
その後、反応容器1と図示しないアンロード室の間の図示しない基板移動扉を開けて、図示しない基板移動装置により基板3を基板保持手段3aから図示しないアンロード室に移動する。そして、前記基板移動扉を閉める。
Next, when a predetermined film formation time elapses in the film formation, for example, 1 minute, a hydrogen source 23a and an ammonia supply source 23b, which are first source gas supply sources, and a second source gas, not shown, are provided. The valve 17a (not shown) is closed to stop the supply of the source gas. Then, the output of the catalyst heating power source 6 is reduced to zero.
Here, the film forming time is the elapsed time from the time when the temperature of the catalyst body 10 is operated at 1800 ° C. In the case where the film forming time is accurately performed, it is preferable to use a shutter mechanism that can be opened and closed in the vicinity of the substrate 3.
Thereafter, a substrate moving door (not shown) between the reaction vessel 1 and an unloading chamber (not shown) is opened, and the substrate 3 is moved from the substrate holding means 3a to the unloading chamber (not shown) by a substrate moving device (not shown). Then, the substrate moving door is closed.

反応容器1の基板保持手段3aには被製膜の基板3が無くなったので、新たに、図示しないロード室から基板3を移動させる。上述のように、図示しないロード室に予め準備されている基板3を該ロード室と反応容器1の間の基板移動扉を開けて、図示しない基板移動装置により基板3を基板保持手段3aに載置する。そして、図示しない基板移動扉を閉める。
そして、上述の製膜工程を、予め決められた回数、例えば、基板1000枚に対して繰り返し行う。
Since the substrate 3 to be deposited has been removed from the substrate holding means 3a of the reaction vessel 1, the substrate 3 is newly moved from a load chamber (not shown). As described above, the substrate 3 prepared in advance in a load chamber (not shown) is opened, the substrate moving door between the load chamber and the reaction vessel 1 is opened, and the substrate 3 is mounted on the substrate holding means 3a by the substrate moving device (not shown). Put. Then, a substrate moving door (not shown) is closed.
Then, the above-described film forming process is repeated for a predetermined number of times, for example, 1000 substrates.

本発明の第2の実施形態に係わる触媒CVD装置の構成よれば、第2の原料ガス噴出孔19bと触媒体10の間に隔壁として筐体20が設置され、かつ、第2の原料ガス噴出孔19b近傍の温度に比べて触媒体10の温度(1800℃)が著しく高いという状態が維持され、かつ、第1の原料ガスの水素ガス及びアンモニアガスの混合ガスの供給時の分圧(例えば、20Pa)が第2の原料ガスのシランガス供給時の分圧(例えば、10Pa)に比べて高い状態に保たれている。
その結果、触媒体10のタングステンシリサイド化の原因であるSガスの分子と触媒体10との接触が阻止される。
即ち、(イ)Sガス分子が他の分子と衝突せずに周りの壁と衝突しながら移動する(分子流)とした場合、筐体20の壁に衝突して、触媒体10の方向へ移動できない、(ロ)Sガス分子が温度勾配に基づく拡散により移動する場合、温度勾配に基づく拡散力(熱泳動力)は温度の高い側から低い側へ働くので、Sガス分子は触媒体10から遠ざかる方向へ移動する、(ハ)濃度勾配に基づく拡散により移動する場合、触媒体周りの分圧が第2の原料ガス噴出孔19b周りの分圧より大きいので、濃度勾配による移動は触媒体10から遠ざかる方向へ移動する。その結果、Si原子とタングステンの接触が起こらないので、触媒体10にタングステンシリサイド化は発生しない。即ち、タングステンシリサイド化による触媒体10の劣化及び断線は発生しない。
According to the configuration of the catalytic CVD apparatus according to the second embodiment of the present invention, the casing 20 is installed as a partition between the second source gas ejection hole 19b and the catalyst body 10, and the second source gas ejection The state in which the temperature of the catalyst body 10 (1800 ° C.) is significantly higher than the temperature in the vicinity of the hole 19b is maintained, and the partial pressure at the time of supplying the mixed gas of the first raw material hydrogen gas and ammonia gas (for example, , 20 Pa) is kept higher than the partial pressure (for example, 10 Pa) at the time of supplying the silane gas of the second source gas.
As a result, the contact between the catalyst body 10 and the Si H 4 gas molecules that cause the tungsten silicide of the catalyst body 10 is prevented.
That is, when (i) S i H 4 gas molecules do not collide with other molecules and move while colliding with surrounding walls (molecular flow), they collide with the wall of the casing 20 and the catalyst body 10 (B) When S i H 4 gas molecules move by diffusion based on the temperature gradient, the diffusion force (thermophoretic force) based on the temperature gradient works from the higher temperature side to the lower temperature side. i H 4 gas molecules move away from the catalyst body 10. (c) When moving by diffusion based on the concentration gradient, the partial pressure around the catalyst body is larger than the partial pressure around the second source gas ejection holes 19 b. Therefore, the movement due to the concentration gradient moves in a direction away from the catalyst body 10. As a result, contact between Si atoms and tungsten does not occur, so that tungsten silicidation does not occur in the catalyst body 10. That is, deterioration and disconnection of the catalyst body 10 due to tungsten silicidation do not occur.

本発明の第2の実施形態に係わる触媒CVD装置の構成よれば、従来の触媒CVD及び触媒CVD法が有する触媒体のタングステンシリサイド化による触媒体機能の低下及び断線という問題が、容易に解消できる。即ち、触媒体CVD装置を太陽電池や各種半導体デバイス等製品の量産設備へ応用するに際し、装置稼働率及び製品歩留まりの大幅な向上に貢献できる。   According to the configuration of the catalytic CVD apparatus according to the second embodiment of the present invention, the problem of degradation of the catalytic body function and disconnection due to tungsten silicidation of the catalytic body of the conventional catalytic CVD and catalytic CVD method can be easily solved. . That is, when the catalytic CVD apparatus is applied to mass production facilities for products such as solar cells and various semiconductor devices, it can contribute to a significant improvement in apparatus operation rate and product yield.

(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係わる触媒CVD装置及び触媒CVD法について、図9及び図10を用いて説明する。なお、図9及び図10において、図1ないし図8に示した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、以下に示す図面は、説明の便宜上、各部材の縮尺が、実際と異なる場合がある。また、各図面間においても、縮尺が、実際と異なる場合がある。
(Third embodiment)
Next, a catalytic CVD apparatus and a catalytic CVD method according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10, the same members as those shown in FIGS. 1 to 8 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual one for convenience of explanation. In addition, the scale may be different between the drawings.

図9は、本発明の第3の実施形態に係わる触媒CVD装置の構成を説明するための模式的断面図である。図10は、本発明の第3の実施形態に係わる触媒CVD装置に用いられる梯子型の第2の原料ガス噴出管を説明するための模式的斜視図である。
先ず、本発明の第3の実施形態に係わる触媒CVD装置の構成について説明する。
本発明の第3の実施形態に係わる触媒CVD装置の主たる構成部材は、図9に示すように、基板保持手段3aに対向する反応容器1の内壁に設置された第1の原料ガス噴出箱26aの隣に設置された後述の触媒体空間10aa、前記触媒体空間10aaの隣に設置された後述の第2の原料ガス噴出管26bbの順に配置される。そして、前記第2の原料ガス噴出管26bbと基板保持手段3aに載置される基板3の間に、前記触媒体空間10aaで生成されるラジカル又は分解種と第2の原料ガスが接触混合する領域33aが設けられる。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of a catalytic CVD apparatus according to the third embodiment of the present invention. FIG. 10 is a schematic perspective view for explaining a ladder-type second source gas ejection pipe used in the catalytic CVD apparatus according to the third embodiment of the present invention.
First, the configuration of the catalytic CVD apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described.
The main constituent members of the catalytic CVD apparatus according to the third embodiment of the present invention are, as shown in FIG. 9, a first source gas ejection box 26a installed on the inner wall of the reaction vessel 1 facing the substrate holding means 3a. Are arranged in the order of a later-described catalyst body space 10aa installed next to the second body gas ejection pipe 26bb described later installed next to the catalyst body space 10aa. Then, between the second source gas ejection pipe 26bb and the substrate 3 placed on the substrate holding means 3a, the radicals or decomposition species generated in the catalyst body space 10aa and the second source gas are mixed in contact. A region 33a is provided.

図9において、符号21は隔壁である。隔壁21は、金属製の平板で製作され、電気的に反応容器1と導通状態、即ち、接地状態に保たれる。隔壁21は、通気口となる後述の開口20ddを備えている。隔壁21は、基板保持手段3aの基板保持面に平行に設置される触媒体10と前記基板保持面に平行な一面内に配置される第2の原料ガスを噴出する後述の第2の原料ガス噴出管26bbに挟まれる位置に配置される。
符号20ddは開口である。開口20ddは隔壁21に設けられた貫通孔であり、第1の原料ガス及び触媒体10で生成されたラジカル又は分解種を通過させる。開口20ddの形状は、任意に選べるが、加工の容易さから円形あるいは矩形あるいは長穴あるいはスリット状が良い。また、開口20ddの開口率は任意に選べるが、触媒体10で生成されたラジカル又は分解種を通過させるために、開口率は30%程度より大きくするのが良い。ここでは、例えば50%とする。
In FIG. 9, the code | symbol 21 is a partition. The partition wall 21 is made of a metal flat plate, and is electrically connected to the reaction vessel 1, that is, kept in a grounded state. The partition wall 21 includes an opening 20dd, which will be described later, serving as a vent. The partition wall 21 has a catalyst body 10 installed in parallel to the substrate holding surface of the substrate holding means 3a and a second source gas to be described later for ejecting a second source gas arranged in one plane parallel to the substrate holding surface. It arrange | positions in the position pinched | interposed into the ejection pipe 26bb.
Reference numeral 20dd denotes an opening. The opening 20 dd is a through hole provided in the partition wall 21 and allows the radicals or decomposition species generated by the first source gas and the catalyst body 10 to pass therethrough. The shape of the opening 20dd can be arbitrarily selected, but a circular shape, a rectangular shape, a long hole shape, or a slit shape is preferable for ease of processing. Moreover, although the aperture ratio of the opening 20dd can be arbitrarily selected, the aperture ratio is preferably set to be larger than about 30% in order to allow radicals or decomposition species generated in the catalyst body 10 to pass therethrough. Here, for example, 50%.

符号26bbは第2の原料ガス噴出管である。第2の原料ガス噴出管26bbは、第2の原料ガスを噴出する第2の原料ガス噴出孔19を備えている。第2の原料ガス噴出管26bbは電気的に非接地の状態にする。第2の原料ガス噴出管26bbの形状は、U字型やW字型やジグザグ状の型など、任意に選ばれるが、連通管が良い。ここでは、第2の原料ガス噴出管26bbを、図10に示すように梯子型の形状とし、真空装置用絶縁物製原料ガス接続管28で反応容器1と絶縁し、電気的に非接地状態に保つ。即ち、第2の原料ガス噴出管26bbは電気的に非接地状態になっている。
符号10aaは触媒体空間である。触媒体空間10aaは、第1の原料ガス噴出箱26aと隔壁21で挟まれた空間であり、該空間内に触媒体10が設置される。触媒体10は基板保持手段3aに載置された基板3に平行に設定される。図10に示すように、前記触媒体10に平行に第1の原料ガス噴出箱26aに付属の第1の原料ガス噴出孔19aが配置される。また、前記触媒体10に平行に前記隔壁21の開口20ddが配置される。
第1の原料ガス噴出箱26aは、第1の原料ガス供給管25aを介して、水素ガスの流量計24aと水素ガス供給源23a、アンモニアガスの流量計24bとアンモニアガス供給源23b、窒素ガスの流量計24cと窒素の供給源23c、に連通している。
Reference numeral 26bb denotes a second source gas ejection pipe. The second source gas ejection pipe 26bb is provided with a second source gas ejection hole 19 through which the second source gas is ejected. The second source gas ejection pipe 26bb is electrically ungrounded. The shape of the second source gas ejection pipe 26bb is arbitrarily selected, such as a U-shape, a W-shape, or a zigzag shape, but a communication tube is preferable. Here, the second source gas ejection pipe 26bb is formed in a ladder shape as shown in FIG. 10, insulated from the reaction vessel 1 by the source gas connection pipe 28 made of an insulator for vacuum equipment, and is electrically ungrounded. Keep on. That is, the second source gas ejection pipe 26bb is electrically ungrounded.
Reference numeral 10aa denotes a catalyst body space. The catalyst body space 10aa is a space sandwiched between the first source gas ejection box 26a and the partition wall 21, and the catalyst body 10 is installed in the space. The catalyst body 10 is set parallel to the substrate 3 placed on the substrate holding means 3a. As shown in FIG. 10, a first source gas ejection hole 19 a attached to the first source gas ejection box 26 a is arranged in parallel with the catalyst body 10. Further, an opening 20 dd of the partition wall 21 is arranged in parallel to the catalyst body 10.
The first source gas ejection box 26a includes a hydrogen gas flow meter 24a, a hydrogen gas supply source 23a, an ammonia gas flow meter 24b, an ammonia gas supply source 23b, and a nitrogen gas via a first source gas supply pipe 25a. The flow meter 24c and the nitrogen supply source 23c communicate with each other.

なお、本発明の第3の実施形態に係わる触媒CVD装置の構成の特徴は次の通りである。前記隔壁21は通気口となる開口20ddを備え、前記基板保持手段3aの基板保持面に平行に設置される前記触媒体10と前記基板保持面に平行な一面内に配置される前記第2の原料ガスを噴出する第2の原料ガス噴出管26bbに挟まれる位置に配置されるとともに、前記触媒体10は前記開口20ddを備えた隔壁21と前記基板保持面に平行な一面内に配置される前記第1の原料ガスを噴出する第1の原料ガス噴出孔19aに挟まれる位置に配置され、かつ、前記第2の原料ガス噴出管26bbは前記開口20ddを備えた隔壁21と前記基板保持手段3aの基板保持面に挟まれる位置に配置されるということを特徴とする。
また、前記隔壁21は、電気的に接地状態にある金属製の板材で構成され、かつ、複数の通気口20ddを有するとともに、前記第2の原料ガス噴出管26bbは、電気的に非接地状態にある金属製の梯子型の管で構成され、かつ、前記第2の原料ガスを噴出する第2の原料ガス噴出孔19bが配設され、かつ、プラズマ生成に用いる高周波電源60が接続されることを特徴とする。
The features of the configuration of the catalytic CVD apparatus according to the third embodiment of the present invention are as follows. The partition wall 21 is provided with an opening 20dd serving as a vent, and the catalyst body 10 installed in parallel to the substrate holding surface of the substrate holding means 3a and the second plate arranged in one plane parallel to the substrate holding surface. The catalyst body 10 is disposed in a plane parallel to the partition wall 21 having the opening 20dd and the substrate holding surface, and is disposed at a position sandwiched by the second source gas ejection pipe 26bb for ejecting the source gas. The second source gas ejection pipe 26bb is disposed at a position sandwiched between the first source gas ejection holes 19a for ejecting the first source gas, and the partition 21 having the opening 20dd and the substrate holding means It is arranged at a position sandwiched between the substrate holding surfaces 3a.
The partition wall 21 is made of a metal plate material that is electrically grounded, has a plurality of vent holes 20dd, and the second source gas ejection pipe 26bb is electrically ungrounded. And a second raw material gas injection hole 19b for injecting the second raw material gas, and a high frequency power source 60 used for plasma generation is connected. It is characterized by that.

次に、図9及び図10に示す触媒CVD装置を用いて、ヘテロ接合型太陽電池のパッシベーション膜であるa−S膜を例に取り、その製膜方法について説明する。
ここでは、ヘテロ接合型太陽電池のパッシベーション膜であるa−S膜を例に取り、第1の原料ガスとして水素(H)を、第2の原料ガスとしてシラン(S)を選び、その製膜方法について説明するが、本発明の第3の実施形態に係わる触媒CVD装置及び触媒CVD法がa−S膜の形成に限定されないことは、当然である。
Then, using the catalytic CVD apparatus shown in FIGS. 9 and 10, take a-S i film is a passivation film heterojunction solar cells, the following description will discuss the film forming method.
Here, take a-S i film is a passivation film heterojunction solar cell as an example, the hydrogen (H 2) as the first material gas, silane as the second source gas (S i H 4) The film forming method will be described, but it should be understood that the catalytic CVD apparatus and the catalytic CVD method according to the third embodiment of the present invention are not limited to the formation of the a- Si film.

例えば、太陽電池のp型a−Si膜を形成する場合は、第1の原料ガスとして水素(H)とジボラン(B)の混合ガスを、第2の原料ガスとしてシラン(S)を選ぶのが良い。
また、例えば、太陽電池のn型a−Si膜を形成する場合は、第1の原料ガスとして水素とホスフイン(PH)の混合ガスを、第2の原料ガスとしてシラン(S)を選ぶのが良い。
また、例えば、非晶質シリコンカーバイド(a−SiC)膜を形成する場合は、第1の原料ガスとして水素(H)と、メタン(CH)あるいはエタン(C)あるいはエチレン(C)を、第2の原料ガスとしてシラン(S)を選ぶのが良い。
また、例えば、非晶質シリコンゲルマニウム(a−SiGe)膜を形成する場合は、第1の原料ガスとして水素(H)とゲルマン(GeH)の混合ガスを、第2の原料ガスとしてシラン(S)を選ぶのが良い。
また、例えば、酸化シリコン(S)膜を形成する場合は、第1の原料ガスとして、酸素(O)と亜酸化窒素(NO)の混合ガスを、第2の原料ガスとしてシラン(S)を選ぶのが良い。
For example, when forming a p-type a-Si film of a solar cell, a mixed gas of hydrogen (H 2 ) and diborane (B 2 H 6 ) is used as the first source gas, and silane (S i H 4 ) is preferred.
For example, when forming an n-type a-Si film of a solar cell, a mixed gas of hydrogen and phosphine (PH 3 ) is used as the first source gas, and silane (S i H 4 ) is used as the second source gas. It is good to choose.
Further, for example, when an amorphous silicon carbide (a-SiC) film is formed, hydrogen (H 2 ), methane (CH 4 ), ethane (C 2 H 6 ), ethylene (as the first source gas) C 2 H 6 ) and silane (S i H 4 ) may be selected as the second source gas.
For example, when an amorphous silicon germanium (a-SiGe) film is formed, a mixed gas of hydrogen (H 2 ) and germane (GeH 4 ) is used as the first source gas, and silane is used as the second source gas. It is better to select (S i H 4 ).
For example, in the case of forming a silicon oxide (S i O 2 ) film, a mixed gas of oxygen (O 2 ) and nitrous oxide (N 2 O) is used as the second source gas as the first source gas. It is preferable to select silane (S i H 4 ).

また、例えば、有機ELデバイスの封止膜としてのSCN膜を形成する場合は、第1の原料ガスとして、水素(H)とアンモニア(NH)の混合ガスを、第2の原料ガスとしてモノメチルシラン(CH)を選ぶのが良い。 For example, in the case of forming an S i CN film as a sealing film of an organic EL device, a mixed gas of hydrogen (H 2 ) and ammonia (NH 3 ) is used as the second raw material as the first raw material gas. is good pick monomethyl silane (CH 3 S i H 3) as a gas.

ここでは、基板3を、例えば、サイズ:150mmx150mmx厚み0.63mmのガラスとする。
図示しないロード室に予め準備されている基板3を該ロード室と反応容器1の間の基板移動扉を開けて、図示しない基板移動装置により基板3を基板保持手段3aに載置する。そして、前記図示しない基板移動扉を閉める。
Here, the substrate 3 is, for example, glass having a size: 150 mm × 150 mm × thickness 0.63 mm.
A substrate moving door between the load chamber and the reaction vessel 1 is opened for a substrate 3 prepared in advance in a load chamber (not shown), and the substrate 3 is placed on the substrate holding means 3a by a substrate moving device (not shown). Then, the substrate moving door (not shown) is closed.

次に、図示しない真空ポンプを稼働して、一旦、反応容器1の内部の圧力を真空到達度、例えば、2.67x10−4Pa(2x10−6Torr)程度まで下げる。
次に、第1の原料ガスである水素ガスの流量計24aにより水素ガスの流量を、10sccm〜200sccm程度、例えば、50sccmに設定する。
そして、図示しない圧力計と図示しない真空ポンプを用いて、反応容器1の内部圧力を、1.33Pa〜30Pa(0.01Torr〜0.225Torr)程度に、例えば、
20Pa(150mTorr)に設定し、維持する。
次に、第1の原料ガスである水素ガスの圧力が20Paに維持されていることを確認後、第2の原料ガスであるシランガスの流量計17aの図示しない出口弁を少しずつ開きながら、第2の原料ガスの流量を微増させつつ、反応容器1内部の図示しない圧力計の値が30Paになったら、前記第2の原料ガスの流量をその値で一定に保つ。即ち、第1の原料ガス(水素)の分圧を20Pa(150mTorr)とし、第2の原料ガス(シラン)の分圧を10Paとし、全圧P(20Pa+10Pa)を30Pa(225mTorr)に設定し、維持する。
なお、上述の第1の原料ガス及び第2の原料ガスの調整操作は、図示しない電磁弁やデジタル流量制御装置等を用いたコンピュータ制御方式で自動的に行っても良い。
次に、触媒加熱用電源6から、それぞれ、電力供給線7a、7b、真空用電流導入端子5a、5bを介して、触媒体10に電力を供給し、発熱させる。
触媒体10の温度は、1000℃〜 1900℃の範囲で、例えば、1700℃とする。なお、予め把握しているデータ、即ち、触媒加熱用電源6の出力と、触媒体10の温度と、反応容器1の圧力の関係を活用する。
基板3の温度は、80℃〜350℃の範囲で、例えば150℃に設定し、維持する。
Next, a vacuum pump (not shown) is operated, and the pressure inside the reaction vessel 1 is once lowered to a degree of vacuum, for example, about 2.67 × 10 −4 Pa (2 × 10 −6 Torr).
Next, the flow rate of the hydrogen gas is set to about 10 sccm to 200 sccm, for example, 50 sccm by the flow meter 24a of the hydrogen gas that is the first source gas.
Then, using a pressure gauge (not shown) and a vacuum pump (not shown), the internal pressure of the reaction vessel 1 is set to about 1.33 Pa to 30 Pa (0.01 Torr to 0.225 Torr), for example,
Set to 20 Pa (150 mTorr) and maintain.
Next, after confirming that the pressure of the hydrogen gas that is the first source gas is maintained at 20 Pa, while gradually opening an outlet valve (not shown) of the flow meter 17a of the silane gas that is the second source gas, When the value of a pressure gauge (not shown) inside the reaction vessel 1 reaches 30 Pa while slightly increasing the flow rate of the second source gas, the flow rate of the second source gas is kept constant at that value. That is, the partial pressure of the first source gas (hydrogen) is set to 20 Pa (150 mTorr), the partial pressure of the second source gas (silane) is set to 10 Pa, and the total pressure P (20 Pa + 10 Pa) is set to 30 Pa (225 mTorr). maintain.
Note that the above-described adjustment operation of the first source gas and the second source gas may be automatically performed by a computer control method using a solenoid valve, a digital flow rate control device, or the like (not shown).
Next, electric power is supplied from the catalyst heating power source 6 to the catalyst body 10 through the power supply lines 7a and 7b and the vacuum current introduction terminals 5a and 5b, respectively, to generate heat.
The temperature of the catalyst body 10 is in the range of 1000 ° C. to 1900 ° C., for example, 1700 ° C. In addition, the data grasped in advance, that is, the relationship between the output of the catalyst heating power source 6, the temperature of the catalyst body 10, and the pressure of the reaction vessel 1 is utilized.
The temperature of the substrate 3 is set in the range of 80 ° C. to 350 ° C., for example, 150 ° C. and maintained.

第1の原料ガス噴出孔19aから噴出したHガスは、触媒体10に接触しながら、拡散する。1700℃に設定された高温の触媒体10に接触したHガスは、触媒反応を起こす。即ち、触媒体10の表面に接触したH分子は2つの原子状Hに分離して触媒体10に吸着する(解離吸着)。触媒体10の表面に吸着した原子状Hは,触媒体10が高温であるため、分離したまま気相中に放出される(熱脱離)。なお、ここでは、ここでは、前記放出された原子状Hをラジカルまたは分解種と呼ぶ。
放出された原子状Hは、温度勾配及び濃度勾配による輸送現象により、触媒体10側から基板3の方向へ移動する。即ち、触媒体空間10aa内部から隔壁21の開口20ddを通過して、第2の原料ガス噴出管26bbの周りを拡散移動する。
Hラジカルが拡散移動する状況を、模式的に図9に符号37aaで示す。
The H 2 gas ejected from the first source gas ejection hole 19 a diffuses while contacting the catalyst body 10. The H 2 gas that has contacted the high temperature catalyst body 10 set at 1700 ° C. causes a catalytic reaction. That is, the H 2 molecule that has contacted the surface of the catalyst body 10 is separated into two atomic H and adsorbed on the catalyst body 10 (dissociative adsorption). The atomic H adsorbed on the surface of the catalyst body 10 is released into the gas phase while being separated (thermal desorption) because the catalyst body 10 is at a high temperature. Here, here, the released atomic H is called a radical or a decomposed species.
The released atomic H moves from the catalyst body 10 toward the substrate 3 due to a transport phenomenon caused by a temperature gradient and a concentration gradient. That is, it diffuses and moves around the second source gas ejection pipe 26bb from the inside of the catalyst body space 10aa through the opening 20dd of the partition wall 21.
The situation in which the H radicals diffuse and move is schematically indicated by reference numeral 37aa in FIG.

他方、第2の原料ガスであるシランガス供給源17aからシランガスの流量計18a、第2の原料ガス供給管25b、真空装置用絶縁物製原料ガス接続管28及び第2の原料ガス噴出孔管26bbを介して供給されたシランガスは、第2の原料ガス噴出孔19bから噴出する。噴出したシランガスは、温度勾配及び濃度勾配による輸送現象により拡散移動する。
第2の原料ガス噴出孔19bから噴出したシランガスの移動状況を模式的に、図9に符号35bbとして示す。
On the other hand, from the silane gas supply source 17a which is the second source gas, the silane gas flow meter 18a, the second source gas supply pipe 25b, the vacuum source insulator source gas connection pipe 28 and the second source gas ejection hole pipe 26bb. The silane gas supplied via is ejected from the second source gas ejection hole 19b. The ejected silane gas diffuses and moves due to a transport phenomenon caused by a temperature gradient and a concentration gradient.
The movement state of the silane gas ejected from the second source gas ejection hole 19b is schematically shown as reference numeral 35bb in FIG.

上記1700℃に設定された高温の触媒体10により発生したHラジカルと第2の原料ガス噴出孔19bから噴出したシランガスは、反応容器1の内部を拡散移動するが、図9に示す接触混合領域33aで、接触混合が起こる。
接触混合領域33aでは、次式で示す化学反応が起こる。
+H→H+S
なお、接触混合領域33aで起こるSとHの反応を、模式的に図7に示す。
上記反応過程において、Sラジカルは、長寿命で、かつ、温度勾配及び濃度勾配による輸送現象で移動するという特徴を有し、シリコン系薄膜形成の良質の前駆体として基板3の表面の方向移動し、到達し、堆積する。その移動状況を、図9に符号38aで示す
ラジカルは高品質膜を形成する前駆体であるので、基板3に形成されるa−Si膜は高品質の膜である。
なお、a−Si膜の製膜速度は、原料ガスのSと原子状Hの濃度に依存するので、特別に高速の製膜を行う場合は、予め、製膜速度と、前記圧力条件と、原料ガスの供給量及び流量比の関係を把握し、最適化を行うのが良い。
The H radical generated by the high-temperature catalyst body 10 set at 1700 ° C. and the silane gas ejected from the second raw material gas ejection hole 19b diffuse and move inside the reaction vessel 1, but the contact mixing region shown in FIG. At 33a, contact mixing occurs.
In the contact mixing region 33a, a chemical reaction represented by the following formula occurs.
S i H 4 + H → H 2 + S i H 3
Note that the reaction between S i H 4 and H occurring in the contact mixing region 33a is schematically shown in FIG.
In the above reaction process, the S i H 3 radical has a feature that it has a long lifetime and moves by a transport phenomenon due to a temperature gradient and a concentration gradient, and is a good precursor for the formation of a silicon-based thin film. Move, reach and deposit. The S i H 3 radical, which is indicated by the reference numeral 38a in FIG. 9, is a precursor that forms a high-quality film. Therefore, the a-Si film formed on the substrate 3 is a high-quality film.
In addition, since the film-forming speed of the a-Si film depends on the concentration of the source gas S i H 4 and the atomic H, when the film is formed at a particularly high speed, the film-forming speed and the pressure are set in advance. It is preferable to perform optimization by grasping the relationship between the conditions, the supply amount of the raw material gas, and the flow rate ratio.

次に、上記製膜において所定の製膜時間が、例えば1分間が経過したら、第1の原料ガス供給源23aの図示しないバルブ及び第2の原料ガス供給源17aの図示しないバルブを閉にして、原料ガスの供給をストップする。そして、触媒加熱用電源6の出力を落としてゼロにする。
なお、製膜時間は、ここでは触媒体10の温度が1700℃で稼働した時点からの経過時間とする。製膜時間を精度良く実施する場合は、基板3の近傍に開閉可能なシャッター機構を配置し、使用するのが良い。
その後、反応容器1と図示しないアンロード室の間の図示しない基板移動扉を開けて、図示しない基板移動装置により基板3を基板保持手段3aから図示しないアンロード室に移動する。そして、前記図示しない基板移動扉を閉める。
Next, when a predetermined deposition time elapses, for example, for 1 minute in the above-described film formation, a valve (not shown) of the first source gas supply source 23a and a valve (not shown) of the second source gas supply source 17a are closed. , Stop supplying the source gas. Then, the output of the catalyst heating power source 6 is reduced to zero.
Here, the film forming time is an elapsed time from the time when the temperature of the catalyst body 10 is operated at 1700 ° C. In the case where the film forming time is accurately performed, it is preferable to use a shutter mechanism that can be opened and closed in the vicinity of the substrate 3.
Thereafter, a substrate moving door (not shown) between the reaction vessel 1 and an unloading chamber (not shown) is opened, and the substrate 3 is moved from the substrate holding means 3a to the unloading chamber (not shown) by a substrate moving device (not shown). Then, the substrate moving door (not shown) is closed.

反応容器1の基板保持手段3aには被製膜の基板3が無くなったので、新たに、図示しないロード室から基板3を移動させる。上述のように、図示しないロード室に予め準備されている基板3を該ロード室と反応容器1の間の基板移動扉を開けて、図示しない基板移動装置により基板3を基板保持手段3aに載置する。そして、前記図示しない基板移動扉を閉める。
そして、上述の製膜工程を、予め決められた回数、例えば、基板1000枚に対して繰り返し行う。
Since the substrate 3 to be deposited has been removed from the substrate holding means 3a of the reaction vessel 1, the substrate 3 is newly moved from a load chamber (not shown). As described above, the substrate 3 prepared in advance in a load chamber (not shown) is opened, the substrate moving door between the load chamber and the reaction vessel 1 is opened, and the substrate 3 is mounted on the substrate holding means 3a by the substrate moving device (not shown). Put. Then, the substrate moving door (not shown) is closed.
Then, the above-described film forming process is repeated for a predetermined number of times, for example, 1000 substrates.

本発明の第3の実施形態に係わる触媒CVD装置の構成よれば、第2の原料ガス噴出孔19bと触媒体10の間に開口20ddを有する隔壁21が設置され、かつ、第2の原料ガス噴出孔19b近傍の温度に比べて触媒体10の温度(1700℃)が著しく高いという状態が維持され、かつ、触媒体10に接触する第1の原料ガスの水素ガスの供給時の分圧(例えば、20Pa)が第2の原料ガスのシランガス供給時の分圧(例えば、10Pa)に比べて高い状態に保たれているので、濃度勾配によるガス分子の拡散移動方向は触媒体10の方から第2の原料ガス噴出管26bbの方を向いている。
その結果、触媒体10のタングステンシリサイド化の原因であるSガスの分子と触媒体10との接触は阻止される。
即ち、(イ)Sガス分子が他の分子と衝突せずに周辺の壁と衝突しながら移動する(分子流)とした場合、隔壁21の壁に衝突して、触媒体10の方向へ移動できない、(ロ)Sガス分子が温度勾配に基づく拡散により移動する場合、温度勾配に基づく拡散力(熱泳動力)は温度の高い側から低い側へ働くので、Sガス分子は触媒体10から遠ざかる方向へ移動する、(ハ)Sガス分子が濃度勾配に基づく拡散により移動する場合、触媒体10周りの分圧が第2の原料ガス噴出孔19b周りの分圧より大きいので、濃度勾配による移動は触媒体10から遠ざかる方向へ移動する。その結果、Si原子とタングステンの接触が起こらないので、触媒体10にタングステンシリサイド化は発生しない。即ち、タングステンシリサイド化による触媒体10の劣化及び断線は発生しない。
According to the configuration of the catalytic CVD apparatus according to the third embodiment of the present invention, the partition wall 21 having the opening 20dd is installed between the second source gas ejection hole 19b and the catalyst body 10, and the second source gas is provided. The state in which the temperature of the catalyst body 10 (1700 ° C.) is remarkably higher than the temperature in the vicinity of the ejection hole 19b is maintained, and the partial pressure at the time of supply of the hydrogen gas of the first source gas that contacts the catalyst body 10 ( For example, since 20 Pa) is kept higher than the partial pressure (for example, 10 Pa) at the time of supplying the silane gas of the second source gas, the diffusion movement direction of the gas molecules due to the concentration gradient starts from the catalyst body 10. It faces the second source gas ejection pipe 26bb.
As a result, the contact between the catalyst body 10 and the Si H 4 gas molecules that cause the tungsten silicide of the catalyst body 10 is prevented.
That is, (i) When the S i H 4 gas molecules move while colliding with the surrounding wall without colliding with other molecules (molecular flow), it collides with the wall of the partition wall 21, the catalyst 10 can not be moved in the direction, (b) if S i H 4 gas molecules migrate by diffusion based on the temperature gradient, the diffusion force based on the temperature gradient (thermal migration force) acts from the high temperature side to the low side, S i The H 4 gas molecules move in a direction away from the catalyst body 10. (C) When the S i H 4 gas molecules move by diffusion based on the concentration gradient, the partial pressure around the catalyst body 10 is the second raw material gas ejection hole. Since it is larger than the partial pressure around 19 b, the movement due to the concentration gradient moves in a direction away from the catalyst body 10. As a result, contact between Si atoms and tungsten does not occur, so that tungsten silicidation does not occur in the catalyst body 10. That is, deterioration and disconnection of the catalyst body 10 due to tungsten silicidation do not occur.

本発明の第3の実施形態に係わる触媒CVD装置の構成よれば、従来の触媒CVD及び触媒CVD法が有する触媒体のタングステンシリサイド化による触媒体機能の低下及び断線という問題が、容易に解消できる。即ち、触媒体CVD装置を太陽電池や各種半導体デバイス等製品の量産設備へ応用するに際し、装置稼働率及び製品歩留まりの大幅な向上に貢献できる。   According to the configuration of the catalytic CVD apparatus according to the third embodiment of the present invention, the problem of degradation of the catalytic body function and disconnection due to tungsten silicidation of the catalytic body of the conventional catalytic CVD and catalytic CVD method can be easily solved. . That is, when the catalytic CVD apparatus is applied to mass production facilities for products such as solar cells and various semiconductor devices, it can contribute to a significant improvement in apparatus operation rate and product yield.

(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態に係わる触媒CVD装置及び該触媒CVD装置のセルフクリーニング法について、図1ないし図4及び図11を用いて説明する。なお、本発明の第4の実施形態に係わる触媒CVD装置は、本発明の第1ないし第3の実施形態に係わる触媒CVD装置で用いた部材を併用する。
触媒CVD装置のセルフクリーニング法は、a−Si膜やSiNx膜等を製膜した触媒CVD装置の反応容器1の内部部材に付着した膜を除去する際に用いられる。一般に、太陽電池や半導体デバイス等の量産装置では、製品歩留まり及び生産性向上のために必要不可欠の工程として用いられる。
なお、図11において、図1ないし図10に示した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、以下に示す図面は、説明の便宜上、各部材の縮尺が、実際と異なる場合がある。また、各図面間においても、縮尺が、実際と異なる場合がある。
(Fourth embodiment)
Next, a catalytic CVD apparatus according to a fourth embodiment of the present invention and a self-cleaning method of the catalytic CVD apparatus will be described with reference to FIGS. 1 to 4 and FIG. Note that the catalytic CVD apparatus according to the fourth embodiment of the present invention also uses the members used in the catalytic CVD apparatus according to the first to third embodiments of the present invention.
The self-cleaning method of the catalytic CVD apparatus is used when removing the film adhering to the internal member of the reaction vessel 1 of the catalytic CVD apparatus in which an a-Si film, a SiNx film or the like is formed. In general, mass production apparatuses such as solar cells and semiconductor devices are used as indispensable steps for improving product yield and productivity.
In FIG. 11, the same members as those shown in FIG. 1 to FIG.
In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual one for convenience of explanation. In addition, the scale may be different between the drawings.

先ず、装置の構成を説明する。図11は、本発明の第4の実施形態に係わる触媒CVD装置の構成及び該触媒CVD装置のセルフクリーニング法を説明するための模式的な断面図である。
図1〜図4及び図11において、符号17bはNFガス供給源である。NFガス供給源17bは、エッチングガスであるNFガスを、NFガス流量計18bを介して原料ガス供給管25bへ供給する。
符号18bは、NFガス流量計である。NFガス流量計18bは、NFガス供給源17bから供給されるNFガスガスの流量を予め選ばれた任意の流量に設定し、第2の原料ガス供給管25bに供給する。なお、ここでは、NFガスの流量計18bの流量が1sccm〜100sccmの範囲の任意の流量を設定できる。
符号23cは、Nガス供給源である。Nガス供給源23cはNガスを、Nガス流量計24cを介して原料ガス供給管25bへ供給する。
符号24cは、Nガス流量計である。Nガス流量計24cは、Nガス供給源23cから供給されるNガスの流量を予め選ばれた任意の流量に設定し、第2の原料ガス供給管25bに供給する。なお、ここでは、Nガスの流量計24cの流量が10sccm〜200sccmの範囲の任意の流量を設定できる。
First, the configuration of the apparatus will be described. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of a catalytic CVD apparatus and a self-cleaning method of the catalytic CVD apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
In Figures 1-4 and 11, reference numeral 17b is a NF 3 gas supply source. NF 3 gas supply source 17b supplies a NF 3 gas as an etching gas, through the NF 3 gas flow meter 18b to the source gas supply pipe 25b.
Reference numeral 18b is an NF 3 gas flow meter. NF 3 gas flowmeter 18b is set to an arbitrary flow rate preselected flow rate of NF 3 gas-gas supplied from the NF 3 gas supply source 17b, and supplies the second source gas supply pipe 25b. Here, the flow rate of the NF 3 gas flow meter 18b can be set to an arbitrary flow rate in the range of 1 sccm to 100 sccm.
Reference numeral 23c is an N 2 gas supply source. The N 2 gas supply source 23c supplies N 2 gas to the source gas supply pipe 25b via the N 2 gas flow meter 24c.
Reference numeral 24 c is an N 2 gas flow meter. N 2 gas flow meter 24c is set to an arbitrary flow rate preselected flow rate of N 2 gas supplied from N 2 gas supply source 23c, and supplies the second source gas supply pipe 25b. Here, the flow rate of the flow meter 24c of N 2 gas can be set to any flow rate in the range of 10Sccm~200sccm.

図1〜図4及び図11において、第2の原料ガス噴出管26bは、真空装置用絶縁物製原料ガス接続管28で電気的に反応容器1と絶縁され、非接地状態に保たれる。
第2の原料ガス噴出管26bは、第1の筐体20aと第2の筐体20bの間、及び第2の筐体20bと第3の筐体20cの間に設置される。
また、第2の原料ガス噴出管26bは、後述の高周波電源60が発生する高周波電力が、インピーダンス整合器61、電力分配器62、高周波用電流導入端子63及び真空用同軸ケーブル65を介して、高周波電力供給点66から印加される。なお、この場合、第2の原料ガス噴出管26bと筐体20の間に高周波電界が発生し、第2の原料ガス噴出孔19bから噴出される第2の原料ガスのNFガスはプラズマ化される。その結果、Fラジカルが生成され、そのFラジカルにより反応容器内部部材に付着している膜はエッチングされて除去される(セルフクリーニングと呼ばれる)。
1 to 4 and 11, the second source gas ejection pipe 26 b is electrically insulated from the reaction vessel 1 by a vacuum device insulating source gas connection pipe 28 and is kept in a non-grounded state.
The second source gas ejection pipe 26b is installed between the first casing 20a and the second casing 20b and between the second casing 20b and the third casing 20c.
In addition, the second raw material gas ejection pipe 26b receives high-frequency power generated by a high-frequency power source 60 described later via an impedance matching device 61, a power distributor 62, a high-frequency current introduction terminal 63, and a vacuum coaxial cable 65. Applied from a high frequency power supply point 66. In this case, a high-frequency electric field is generated between the second source gas ejection pipe 26b and the casing 20, and the NF 3 gas of the second source gas ejected from the second source gas ejection hole 19b is converted into plasma. Is done. As a result, F radicals are generated, and the film adhering to the internal member of the reaction vessel is removed by etching (referred to as self-cleaning).

図1〜図4及び図11において、符号60は、高周波電源である。高周波電源60は、低圧力のガスを容易にプラズマ化できる周波数10MHz〜300MHzの範囲で選ぶ。ここでは、装置価格が安い13.56MHzを選ぶ。
符号61はインピーダンス整合器である。インピーダンス整合器61は高周波電源60の出力インピーダンスと生成されるプラズマのインピーダンスを整合する。なお、整合調整すると、高周波電源60から第2の原料ガス噴出管26bに供給された高周波電力のプラズマ側からの反射波が小さくなる。なお、高周波電力は電磁波としての進行波及び反射波の性質が現れるので、前記インピーダンス整合器61を用いて、高周波電源60から出力される進行波を最大に、戻ってくる反射波を最小に調整することが必要である。
符号62は電力分配器である。電力分配器62は、高周波電源60の出力を分配する。ここでは、2分配されて、それぞれ、同軸ケーブル67a、67bに伝送する。
符号63は、高周波用電流導入端子である。高周波用電流導入端子63は高周波電力の伝送損失の少ない真空装置用電流導入端子である。
符号65は、真空用電力伝送導体である。真空用電力伝送導体65は同軸ケーブルあるいは導線が用いられる。
符号66は、高周波電力供給点である。高周波電力供給点66は、第2の原料ガス噴出管26bと真空用電力伝送導体65の接続地点であり、高周波電源60の出力が、インピーダンス整合器61、電力分配器62、同軸ケーブル67a、67b、高周波用電流導入端子63及び真空用電力伝送導体65を介して供給される。
1-4 and FIG. 11, the code | symbol 60 is a high frequency power supply. The high-frequency power supply 60 is selected in the frequency range of 10 MHz to 300 MHz at which low pressure gas can be easily converted into plasma. Here, 13.56 MHz is selected because the device price is low.
Reference numeral 61 denotes an impedance matching unit. The impedance matching unit 61 matches the output impedance of the high frequency power supply 60 with the impedance of the generated plasma. When the alignment is adjusted, the reflected wave from the plasma side of the high frequency power supplied from the high frequency power supply 60 to the second source gas ejection pipe 26b is reduced. In addition, since the property of the traveling wave and reflected wave as electromagnetic waves appears in the high frequency power, the traveling wave output from the high frequency power source 60 is adjusted to the maximum and the reflected wave returning is adjusted to the minimum by using the impedance matching unit 61. It is necessary to.
Reference numeral 62 denotes a power distributor. The power distributor 62 distributes the output of the high frequency power supply 60. Here, it is divided into two and transmitted to the coaxial cables 67a and 67b, respectively.
Reference numeral 63 denotes a high-frequency current introduction terminal. The high-frequency current introduction terminal 63 is a vacuum device current introduction terminal with low transmission loss of high-frequency power.
Reference numeral 65 denotes a vacuum power transmission conductor. The vacuum power transmission conductor 65 is a coaxial cable or a conductive wire.
Reference numeral 66 denotes a high-frequency power supply point. The high-frequency power supply point 66 is a connection point between the second source gas ejection pipe 26b and the vacuum power transmission conductor 65, and the output of the high-frequency power source 60 is the impedance matching device 61, the power distributor 62, and the coaxial cables 67a and 67b. The high-frequency current introduction terminal 63 and the vacuum power transmission conductor 65 are supplied.

高周波電源60の出力が第2の原料ガス噴出管26bに供給されると、第2の原料ガス噴出管26bと筐体20の間に高周波電界が発生し、第2の原料ガス噴出管26bから、例えば、NFガスが噴出されると、NFガスはプラズマ化される。NFガスがプラズマ化されれば、Fラジカルが多数発生し、第2の原料ガス噴出管26b、筐体20及び基板保持手段3a等の反応容器1内部部材に付着しているシリコン系の膜と化学反応を起こし、揮発性の高いSとなって反応容器1の外部へ排出される。
図11に、NFガスのプラズマ生成領域を符号70aで示す。また、Fラジカルの拡散による移動を符号70bで示す。
When the output of the high frequency power supply 60 is supplied to the second source gas jet pipe 26b, a high frequency electric field is generated between the second source gas jet pipe 26b and the housing 20, and the second source gas jet pipe 26b For example, when NF 3 gas is ejected, the NF 3 gas is turned into plasma. When the NF 3 gas is turned into plasma, a large number of F radicals are generated, and the silicon-based film adhered to the internal members of the reaction vessel 1 such as the second source gas ejection pipe 26b, the housing 20, and the substrate holding means 3a. And a highly volatile S i F 4 is discharged outside the reaction vessel 1.
FIG. 11 shows a plasma generation region of NF 3 gas by reference numeral 70a. Further, movement due to diffusion of F radicals is indicated by reference numeral 70b.

次に、図示しない真空ポンプを稼働して、反応容器1の内部の圧力を真空到達度、例えば、2.67x10−4Pa(2x10−6Torr)程度まで下げる。
次に、Nガスの流量計24cによりNガスの流量を、5sccm〜500sccm程度、例えば、50sccmに設定する。
そして、図示しない圧力計と図示しない真空ポンプを用いて、反応容器1の内部圧力を、1.33Pa〜50Pa(0.01Torr〜0.375Torr)程度に、例えば、
40Pa(300mTorr)に設定する。
次に、第1の原料ガスであるNガスの圧力が40Paに維持されていることを確認後、第2の原料ガスであるNFガスの流量計18bの図示しない出口弁を少しずつ開きながら、第2の原料ガスの流量を微増させつつ、反応容器1内部の図示しない圧力計の値が53Paになったら、その値を一定に保つ。即ち、第1の原料ガス(Nガス)の分圧を40Pa(300mTorr)とし、第2の原料ガス(NFガス)の分圧を13Paとし、全圧P(40Pa+13Pa)を53Pa(400mTorr)に設定し、維持する。
なお、上述の第1の原料ガス及び第2の原料ガスの調整操作は、図示しない電磁弁やデジタル流量制御装置等を用いたコンピュータ制御方式で自動的に行っても良い。
次に、高周波電源60から、インピーダンス整合器61、電力分配器62、高周波用電流導入端子63、高周波電力供給点66を介して、第2の原料ガス噴出管26bに高周波電力を供給する。
基板3の温度は、80℃〜200℃の範囲で、例えば100℃に設定し、維持する。
Next, a vacuum pump (not shown) is operated to lower the pressure inside the reaction vessel 1 to a vacuum level, for example, about 2.67 × 10 −4 Pa (2 × 10 −6 Torr).
Then, the flow rate of N 2 gas flow meter 24c of N 2 gas, about 5Sccm~500sccm, for example, set to 50 sccm.
Then, using a pressure gauge (not shown) and a vacuum pump (not shown), the internal pressure of the reaction vessel 1 is set to about 1.33 Pa to 50 Pa (0.01 Torr to 0.375 Torr), for example,
Set to 40 Pa (300 mTorr).
Next, after confirming that the pressure of the N 2 gas as the first source gas is maintained at 40 Pa, the outlet valve (not shown) of the flow meter 18b of the NF 3 gas as the second source gas is opened little by little. However, while the flow rate of the second source gas is slightly increased, when the value of a pressure gauge (not shown) inside the reaction vessel 1 reaches 53 Pa, the value is kept constant. That is, the partial pressure of the first raw material gas (N 2 gas) is 40 Pa (300 mTorr), the partial pressure of the second raw material gas (NF 3 gas) is 13 Pa, and the total pressure P (40 Pa + 13 Pa) is 53 Pa (400 mTorr). Set to and maintain.
Note that the above-described adjustment operation of the first source gas and the second source gas may be automatically performed by a computer control method using a solenoid valve, a digital flow rate control device, or the like (not shown).
Next, high-frequency power is supplied from the high-frequency power source 60 to the second source gas ejection pipe 26b through the impedance matching device 61, the power distributor 62, the high-frequency current introduction terminal 63, and the high-frequency power supply point 66.
The temperature of the board | substrate 3 is set to 100 degreeC in the range of 80 to 200 degreeC, for example, and is maintained.

高周波電源60の出力が第2の原料ガス噴出管26bに供給されると、第2の原料ガス噴出管26bと筐体20の間に高周波電界が発生し、第2の原料ガス噴出管26bから噴出するNFガスはプラズマ化される。NFガスがプラズマ化されれば、Fラジカルが多数発生し、第2の原料ガス噴出管26b、筐体20及び基板保持手段3a等の反応容器1内部部材に付着しているシリコン系の膜と化学反応を起こし、揮発性の高いSとなって反応容器1の外部へ排出される。その結果、反応容器1の内部の部材表面に付着している膜は除去される。
セルフクリーニングの時間は、前記反応容器1内部部材に付着しているシリコン系の膜の厚みを考慮して、設定すればよい。例えば、製膜工程とセルフクリーニング工程を時間的に交互に実施する場合、製膜工程で反応容器1の内部部材に堆積する膜の推定膜厚みが1μm程度になってからセルフクリーニング工程を実施する場合、NFガスを用いたセルフクリーニング工程の時間は、60秒〜90秒程度で良い。
When the output of the high frequency power supply 60 is supplied to the second source gas jet pipe 26b, a high frequency electric field is generated between the second source gas jet pipe 26b and the housing 20, and the second source gas jet pipe 26b The ejected NF 3 gas is turned into plasma. When the NF 3 gas is turned into plasma, a large number of F radicals are generated, and the silicon-based film adhered to the internal members of the reaction vessel 1 such as the second source gas ejection pipe 26b, the housing 20, and the substrate holding means 3a. And a highly volatile S i F 4 is discharged outside the reaction vessel 1. As a result, the film adhering to the member surface inside the reaction vessel 1 is removed.
The self-cleaning time may be set in consideration of the thickness of the silicon film attached to the internal member of the reaction vessel 1. For example, when the film forming process and the self-cleaning process are alternately performed in time, the self-cleaning process is performed after the estimated film thickness of the film deposited on the internal member of the reaction vessel 1 in the film forming process becomes about 1 μm. In this case, the time of the self-cleaning process using NF 3 gas may be about 60 seconds to 90 seconds.

本発明に係る第4の実施形態の触媒CVD装置を用いるセルフクリーニング法は、次に示す効果がある。
本発明の第4の実施形態に係わる触媒CVD装置の構成よれば、第2の原料ガス噴出孔19bと触媒体10の間に隔壁として筐体20が設置され、かつ、第2の原料ガス噴出孔19b近傍の分圧に比べて触媒体10近傍の分圧が高いという状態が維持される。
その結果、触媒体10のフッ素によるエッチングは阻止されるので、触媒体10の細線化及び劣化は発生しない。
即ち、(イ)フッ素ラジカルが他の分子と衝突せずに周りの壁と衝突しながら移動する(分子流)とした場合、筐体20の壁に衝突して、触媒体10の方向へ移動できない、(ロ)フッ素ラジカルが濃度勾配に基づく拡散により移動する場合、触媒体周りの分圧が第2の原料ガス噴出孔19b周りの分圧より大きいので、濃度勾配による移動は触媒体10から遠ざかる方向へ移動する。(ハ)フッ素ガスがプラズマ化されている状況において、第1の原料ガス噴出孔19aからNガスが噴出し、高温でない触媒体10の表面をパージするので、フッ素ラジカルは接触できない。
その結果、フッ素ラジカルとタングステンの接触が起こらないので、触媒体10のフッ素ラジカルによる細線化及び劣化は発生しない。
The self-cleaning method using the catalytic CVD apparatus of the fourth embodiment according to the present invention has the following effects.
According to the configuration of the catalytic CVD apparatus according to the fourth embodiment of the present invention, the housing 20 is installed as a partition wall between the second source gas ejection hole 19b and the catalyst body 10, and the second source gas ejection The state in which the partial pressure in the vicinity of the catalyst body 10 is higher than the partial pressure in the vicinity of the hole 19b is maintained.
As a result, etching of the catalyst body 10 with fluorine is prevented, so that the catalyst body 10 is not thinned and deteriorated.
That is, (a) when the fluorine radical moves while colliding with surrounding walls without colliding with other molecules (molecular flow), it collides with the wall of the casing 20 and moves in the direction of the catalyst body 10. (B) When the fluorine radicals move by diffusion based on the concentration gradient, the partial pressure around the catalyst body is larger than the partial pressure around the second source gas ejection hole 19b, and therefore the movement due to the concentration gradient is from the catalyst body 10. Move away. (C) In a situation where the fluorine gas is turned into plasma, N 2 gas is ejected from the first source gas ejection hole 19a and purges the surface of the catalyst body 10 which is not at a high temperature, so that fluorine radicals cannot contact.
As a result, contact between the fluorine radical and tungsten does not occur, so that the catalyst body 10 is not thinned and deteriorated by the fluorine radical.

本発明の第4の実施形態に係わる触媒CVD装置を用いることにより、触媒CVD法による製膜とプラズマによる触媒CVD装置のセルフクリーニング法が併用可能となり、触媒体CVD装置の太陽電池や各種半導体デバイス等製品の量産設備へ応用において、装置稼働率及び製品歩留まりの大幅な向上に貢献できる。   By using the catalytic CVD apparatus according to the fourth embodiment of the present invention, the film formation by the catalytic CVD method and the self-cleaning method of the catalytic CVD apparatus by the plasma can be used together, and the solar cell and various semiconductor devices of the catalytic CVD apparatus In application to mass production facilities such as products, it can contribute to a significant improvement in equipment availability and product yield.

1・・・反応容器、
2a、2b・・・第1及び第2の排気孔、
3・・・基板、
3a・・・基板保持手段、
6・・・触媒体加熱用電源、
10・・・触媒体、
10aa・・・触媒体空間、
19a・・・第1の原料ガス噴出孔、
19b・・・第2の原料ガス噴出孔、
20・・・筐体、
20d・・・通気口、
20dd・・・開口、
21・・・隔壁、
23a・・・第1の原料ガス供給源、水素ガス供給源、
24a・・・第1の原料ガスの流量計、水素ガスの流量計、
17a・・・第2の原料ガス供給源、シランガス供給源、
18a・・・第2の原料ガスの流量計、シランガスの流量計、
25a・・・第1の原料ガス供給管、
25b・・・第2の原料ガス供給管、
26a・・・第1の原料ガス噴出箱、
26b、26bb・・・第2の原料ガス噴出管、
33a、33b・・・接触混合領域、
37a、37aa、37b・・・ラジカルの移動、
38a・・・Sラジカルの移動、
38b・・・S(NH)ラジカルの移動、
17b・・・NFガス供給源、
18b・・・NFガス流量計、
23c・・・Nガス供給源、
24c・・・Nガス流量計、
60・・・高周波電源、
61・・・インピーダンス整合器、
62・・・電力分配器、
66・・・高周波電力供給点。
1 ... reaction vessel,
2a, 2b... First and second exhaust holes,
3 ... substrate
3a ... substrate holding means,
6 ... Power source for heating the catalyst body,
10 ... catalyst body,
10aa ... catalyst body space,
19a ... 1st source gas ejection hole,
19b ... second source gas ejection hole,
20 ... Case,
20d ... Vent,
20dd ... opening,
21 ... partition wall,
23a, a first source gas supply source, a hydrogen gas supply source,
24a... First source gas flow meter, hydrogen gas flow meter,
17a ... second source gas supply source, silane gas supply source,
18a ... Flow meter of second source gas, silane gas flow meter,
25a: first source gas supply pipe,
25b ... second source gas supply pipe,
26a ... first source gas ejection box,
26b, 26bb ... second source gas ejection pipe,
33a, 33b ... contact mixing region,
37a, 37aa, 37b ... radical movement,
Movement of 38a ··· S i H 3 radical,
38b ··· S i H 2 (NH 2) the movement of radical,
17b: NF 3 gas supply source,
18b ... NF 3 gas flow meter,
23c ... N 2 gas supply source,
24c ... N 2 gas flow meter,
60 ... high frequency power supply,
61 ... impedance matching unit,
62 ... Power distributor,
66: High frequency power supply point.

Claims (12)

被製膜基板が載置される基板保持手段を収納し排気手段を備えた反応容器と、前記反応容器に原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記原料ガスに触媒反応を起こす線状の触媒体と、前記触媒体に電力を供給して所定の高温に維持する電力供給手段と、を備え、前記原料ガス供給手段から前記反応容器内に導入される原料ガスを前記電力供給手段から供給される電力により高温に加熱された前記触媒体により接触分解して前記基板保持手段に載置される基板に製膜を行なう触媒CVD装置において、
前記原料ガス供給手段は、前記電力供給手段から供給される電力で所定の高温に維持される前記触媒体で接触分解される第1の原料ガスを供給する第1の原料ガス供給手段と前記触媒体で接触分解されない第2の原料ガスを供給する第2の原料ガス供給手段を備え、
前記第1の原料ガスが前記触媒体に接触して生成されるラジカル種又は分解種と前記第2の原料ガスを接触混合させる領域を、前記基板保持手段に保持された基板と前記触媒体の間に設けるとともに、前記触媒体と前記第2の原料ガスを噴出する第2の原料ガス噴出孔の間に開口を備えた隔壁を配置したことを特徴とする触媒CVD装置。
A reaction vessel containing a substrate holding means on which a substrate to be deposited is placed and provided with an exhaust means, a raw material gas supply means for supplying a raw material gas to the reaction vessel, and a linear shape that causes a catalytic reaction to the raw material gas A catalyst body and power supply means for supplying power to the catalyst body to maintain the catalyst body at a predetermined high temperature, and supplying the source gas introduced into the reaction vessel from the source gas supply means from the power supply means In the catalytic CVD apparatus for performing film formation on the substrate placed on the substrate holding means by catalytic decomposition by the catalyst body heated to a high temperature by the generated electric power,
The source gas supply means includes a first source gas supply means for supplying a first source gas that is catalytically decomposed by the catalyst body maintained at a predetermined high temperature by the electric power supplied from the power supply means, and the catalyst. A second source gas supply means for supplying a second source gas that is not catalytically decomposed by the medium;
A region in which the first source gas is brought into contact with the catalyst body and the radical species or decomposition species and the second source gas are brought into contact and mixed with each other is defined by the substrate held by the substrate holding means and the catalyst body. A catalytic CVD apparatus characterized in that a partition wall provided with an opening is disposed between the catalyst body and a second source gas ejection hole for ejecting the second source gas.
前記隔壁は、通気口となる開口を備え、前記基板保持手段の基板保持面に平行に設置される前記触媒体と前記基板保持面に平行な一面内に配置される前記第2の原料ガスを噴出する第2の原料ガス噴出管に挟まれる位置に配置されるとともに、前記触媒体は前記開口を備えた隔壁と前記基板保持面に平行な一面内に配置される前記第1の原料ガスを噴出する第1の原料ガス噴出孔に挟まれる位置に配置され、かつ、前記第2の原料ガス噴出管は前記開口を備えた隔壁と前記基板保持手段の基板保持面に挟まれる位置に配置されるということを特徴とする請求項1に記載の触媒CVD装置。 The partition includes an opening serving as a vent, and the catalyst body disposed in parallel to the substrate holding surface of the substrate holding means and the second source gas disposed in one plane parallel to the substrate holding surface. The catalyst body is disposed at a position sandwiched between the second raw material gas ejection pipes to be ejected, and the catalyst body has the first raw material gas disposed in a plane parallel to the partition wall having the opening and the substrate holding surface. The second source gas ejection pipe is arranged at a position sandwiched between the first source gas ejection holes to be ejected, and the second source gas ejection pipe is arranged at a position sandwiched between the partition having the opening and the substrate holding surface of the substrate holding means. The catalytic CVD apparatus according to claim 1, wherein: 前記隔壁は、電気的に接地状態にある金属製の板材で構成され、かつ、複数の開口を有するとともに、前記第2の原料ガス噴出管は、電気的に非接地状態にある金属製の梯子型の管で構成され、かつ、前記第2の原料ガスを噴出する第2の原料ガス噴出孔を備え、かつ、プラズマ生成に用いる高周波電源の出力端子に接続されることを特徴とする請求項1あるいは請求項2のいずれか1項に記載の触媒CVD装置。 The partition wall is made of a metal plate that is electrically grounded, has a plurality of openings, and the second source gas ejection pipe is a metal ladder that is electrically ungrounded. And a second source gas ejection hole for ejecting the second source gas, and connected to an output terminal of a high frequency power source used for plasma generation. The catalytic CVD apparatus according to any one of claims 1 and 2. 前記隔壁は、電気的に接地状態にある金属製の筐体で構成され、前記筐体は開口を有し、かつ、前記筐体の内部に前記第1の原料ガスを噴出する第1の原料ガス噴出孔と前記触媒体が配置され、前記第2の原料ガスを噴出する第2の原料ガス噴出管は、電気的に非接地状態を保ち、かつ、前記筐体の外部周辺に配置されるとともに、プラズマ生成に用いる高周波電源の出力端子に接続されることを特徴とする請求項1に記載の触媒CVD装置。 The partition is formed of a metal casing that is electrically grounded, the casing has an opening, and the first raw material that ejects the first source gas into the casing A gas source hole and the catalyst body are arranged, and a second source gas jet pipe for jetting the second source gas is electrically non-grounded and is arranged around the outside of the casing. The catalytic CVD apparatus according to claim 1, wherein the catalytic CVD apparatus is connected to an output terminal of a high-frequency power source used for plasma generation. 前記隔壁の開口は、円形あるいは矩形あるいは長穴あるいはスリット状の形状を有することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の触媒CVD装置。 The catalytic CVD apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the opening of the partition wall has a circular shape, a rectangular shape, a long hole shape, or a slit shape. 前記第1の原料ガスは、水素(H)、窒素(N)、アンモニア(NH)、ホスフイン(PH)、ジボラン(B)、ゲルマン(GeH)、メタン(CH)及びエタン(C)から選ばれる少なくとも1種を含むガスであることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の触媒CVD装置。 The first source gas is hydrogen (H 2 ), nitrogen (N 2 ), ammonia (NH 3 ), phosphine (PH 3 ), diborane (B 2 H 6 ), germane (GeH 4 ), methane (CH 3 ). ) And ethane (C 2 H 6 ). The catalytic CVD apparatus according to claim 1, wherein the gas contains at least one selected from ethane (C 2 H 6 ). 前記第2の原料ガスは、シラン(S)、ジシラン(Si2)、トリシラン(Si3)、モノメチルシラン(CH)及びフッ素含有のガスから選ばれる少なくとも1種を含むガスであることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の触媒CVD装置。 The second source gas, silane (S i H 4), selected from disilane (S i2 H 6), trisilane (S i3 H 8), monomethyl silane (CH 3 S i H 3) and a fluorine-containing gas The catalytic CVD apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the gas is a gas containing at least one kind. 前記第2の原料ガス噴出管は、プラズマ生成のための高周波電力を供給する高周波電源の出力端子に接続され、かつ、フッ素含有ガスを噴出する第2の原料ガス噴出孔を有するとともに、前記第1の原料ガス噴出孔は、窒素あるいは不活性ガスを供給する第1の原料ガス供給手段に連通していることを特徴とする請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の触媒CVD装置。 The second source gas ejection pipe is connected to an output terminal of a radio frequency power source that supplies radio frequency power for plasma generation, and has a second source gas ejection hole for ejecting a fluorine-containing gas. The catalytic CVD according to any one of claims 3 to 5, wherein the one source gas ejection hole communicates with a first source gas supply means for supplying nitrogen or an inert gas. apparatus. 請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の触媒CVD装置を用いる触媒CVD法であって、前記基板保持手段に載置された基板に所望の薄膜を形成するに際し、
前記第1の原料ガスの供給の際の前記反応容器内部の分圧Pを、前記第2の原料ガスの供給の際の分圧Pに比べて高く設定し、かつ、全圧P、即ち、P=P+PをPD積=0.02〜0.68(ただし、Pの単位はPa、Dは前記触媒線と前記隔壁との距離であり、その単位はmである)の範囲に設定し、前記触媒体周りの気体及びラジカル種の流れを分子流と粘性流の間の状態にある中間流にすることにより前記触媒体と前記第2の原料ガスの接触を抑制することを特徴とする触媒CVD法。
A catalytic CVD method using the catalytic CVD apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein a desired thin film is formed on a substrate placed on the substrate holding means.
Wherein the reaction vessel partial pressure P 1 inside during the supply of the first source gas, is set high as compared to the partial pressure P 2 at the time of supply of the second source gas, and the total pressure P, That is, P = P 1 + P 2 with PD product = 0.02 to 0.68 (where P is the unit Pa, D is the distance between the catalyst wire and the partition, and the unit is m) The contact between the catalyst body and the second raw material gas is suppressed by setting the flow range of the gas and radical species around the catalyst body to an intermediate flow in a state between a molecular flow and a viscous flow. The catalytic CVD method characterized by this.
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の触媒CVD装置のセルフクリーニングに用いられるプラズマによるクリーニング法であって、前記反応容器内部部材に付着した膜を除去するためのセルフクリーニングを実施するに際し、前記第1の原料ガス噴出孔から窒素ガスあるいは不活性ガスを噴出し、前記第2の原料ガス噴出管からフッ素含有ガスを噴出し、前記高周波電源から前記第2の原料ガス噴出管に電力を供給して前記フッ素含有ガスをプラズマ化することによりフッ素ラジカルを生成して、前記反応容器内部のセルフクリーニングを行うことを特徴とする触媒CVD装置のセルフクリーニング法。 A plasma cleaning method used for self-cleaning of the catalytic CVD apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein self-cleaning is performed to remove a film attached to the internal member of the reaction vessel. In doing so, nitrogen gas or inert gas is ejected from the first source gas ejection hole, fluorine-containing gas is ejected from the second source gas ejection tube, and the second source gas ejection tube from the high-frequency power source. A self-cleaning method for a catalytic CVD apparatus, wherein electric power is supplied to generate fluorine radicals by converting the fluorine-containing gas into plasma, thereby self-cleaning the inside of the reaction vessel. 前記反応容器の内部部材に付着した膜を除去するためのプラズマクリーニングを実施するに際し、前記第2の原料ガス噴出管から噴出するフッ素含有ガスは、NF、CF、C、C、SF、SF、S10、XeF、ClF及びOから選ばれる少なくとも1種を含むガスであることを特徴とする請求項10に記載の触媒CVD装置のセルフクリーニング法。 When performing plasma cleaning for removing the film adhering to the inner member of the reaction vessel, the fluorine-containing gas ejected from the second source gas ejection pipe is NF 3 , CF 4 , C 2 F 6 , C 2 F 8, SF 4, SF 6, S 2 F 10, XeF 2, self-catalytic CVD apparatus according to claim 10, characterized in that a gas containing at least one selected from ClF 3, and O 2 Cleaning method. 前記反応容器の内部部材に付着した膜を除去するためのプラズマクリーニングを実施するに際し、前記第1の原料ガスの供給の際の前記反応容器内部の分圧Pを、前記第2の原料ガスの供給の際の分圧Pに比べて高く設定し、全圧P、即ち、P=P+PをPD積=0.02〜0.68(ただし、Pの単位はPa、Dは前記触媒線と前記隔壁との距離であり、その単位はmである)の範囲にし、前記触媒体周りの気体及びラジカル種の流れを分子流と粘性流の間の状態にある中間流にすることにより前記触媒体と前記フッ素ラジカルの接触を抑制することを特徴とする請求項10あるいは請求項11のいずれか1項に記載の触媒CVD装置のセルフクリーニング法。 When performing the plasma cleaning for removing the film adhering to the internal member of the reaction vessel, the partial pressure P 1 inside the reaction vessel at the time of supplying the first raw material gas is changed to the second raw material gas. set high as compared to the partial pressure P 2 at the time of supply, the total pressure P, i.e., P = P 1 + P 2 a PD product = from 0.02 to 0.68 (however, the unit of P is Pa, D is The distance between the catalyst line and the partition wall, the unit of which is m), and the flow of gas and radical species around the catalyst body is an intermediate flow in a state between a molecular flow and a viscous flow. 12. The self-cleaning method for a catalytic CVD apparatus according to claim 10, wherein contact between the catalyst body and the fluorine radical is suppressed.
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