JP2019112725A - Plasma CVD device - Google Patents

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Abstract

To provide a plasma CVD device that can solve the problem in which it is difficult to effectively terminate a dangling bond on the surface of a film and in the film for higher quality of the film, because a hydrogen radical cannot be effectively transported without loss from a generation region to a film growth region in conventional plasma CVD devices using a mixed gas of silane and hydrogen.SOLUTION: A plasma CVD device deposits a film by alternately repeating a first step and a second step. In the first step with intermittent feeding means of a raw material gas, a thin film is deposited on the surface of a substrate by forming plasma of a mixed gas of a raw material gas and hydrogen. In the second step, a dangling bond on the surface of the film and in the film is terminated by forming plasma of hydrogen gas in a time zone different from a time zone of the first step.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、プラズマCVD装置に関する。特に、高品質の薄膜を形成するプラズマCVD装置に関する。   The present invention relates to a plasma CVD apparatus. In particular, the present invention relates to a plasma CVD apparatus for forming a high quality thin film.

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には、シリコン系薄膜を形成するプラズマCVD装置が活用されている。また、プラズマCVD装置はダイヤモンドライクカーボン(DLC)やカーボン系薄膜等の製造にも応用されている。   A plasma CVD apparatus for forming a silicon-based thin film is utilized to form a photoelectric conversion film, an insulating film, a passivation film, a barrier film or the like in a solar cell, a liquid crystal display TFT, an organic EL and various semiconductor devices. Plasma CVD apparatuses are also applied to the production of diamond like carbon (DLC) and carbon-based thin films.

プラズマCVD装置を用いたシリコン系薄膜を形成では、一般に、シラン系原料ガスに水素ガスを適正量添加してプラズマを生成する方法が用いられる。なお、高品質の膜の形成には水素ラジカルによるングリングボンドの終端化が必要であり、効果的であることが知られている。即ち、製膜中の膜表面及び膜中のダングリングボンド(未結合手)を水素ラジカルで補修することが必要であり、効果的であることが知られている。
しかしながら、上記の方法では、SiHガスとHガスを含む混合ガスのプラズマの電子温度がHガスの希釈率に依存し、水素ガスの添加量を増大し過ぎると、プラズマ特性がシラン型から水素型へ変化するので、プラズマの電子温度が高くなり、粗悪膜要因のSiHラジカルの発生量が多くなり、高品質膜を形成できない、という問題がある。そのため、膜質の更なる改善への対応は困難である。
In forming a silicon-based thin film using a plasma CVD apparatus, generally, a method of generating a plasma by adding an appropriate amount of hydrogen gas to a silane-based source gas is used. It is known that formation of high quality films requires termination of bond bonds by hydrogen radicals, which is effective. That is, it is known that it is necessary to repair the film surface during film formation and dangling bonds (unbonds) in the film with hydrogen radicals, which is known to be effective.
However, in the above method, the electron temperature of the plasma of the mixed gas containing SiH 4 gas and H 2 gas depends on the dilution rate of H 2 gas, and if the amount of added hydrogen gas is increased too much, the plasma characteristics become silane type Since the plasma temperature changes to hydrogen, the electron temperature of the plasma increases, and the amount of SiH 2 radicals generated due to the rough film increases, which causes a problem that a high-quality film can not be formed. Therefore, it is difficult to cope with further improvement of the film quality.

近年、結晶シリコン系太陽電池の光電変換効率の更なる向上を目指した研究開発が盛んに行われている。特に、単結晶シリコンを用いたヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池は、発電効率を決定する要素である3つの性能、即ち、セルの開放電圧Voc(V)と、短絡電流密度Jsc(mA/cm)と、曲線因子(%)の向上に関し、優れた特徴を有することから注目されている。 ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池の構造は、例えば、特許文献1に示されている。
特許文献1には次に示す構造が記載されている。即ち、一導電型を示す不純物を含む結晶系半導体と、 前記結晶系半導体の前記一面の第1の領域を含んで全面に形成された真性の第1の非晶質系半導体膜と、 前記第1の領域上の前記第1の非晶質系半導体膜中に他導電型を示す不純物を拡散させることにより形成された第2の非晶質系半導体膜と、前記結晶系半導体の前記一面の第2の領域上を含んで前記第1の非晶質系半導体膜上の全面に形成された、前記一導電型を示す不純物を含む非晶質系半導体層と、前記第1の領域上における前記非晶質系半導体層上に形成された第1の電極と、 前記第2の領域上における前記非晶質系半導体層上に形成された第2の電極と、 前記結晶系半導体の他面に形成された、真性の非晶質系半導体膜及び反射防止膜と、を備えたことを特徴とする光起電力素子。
In recent years, research and development aiming at further improvement of the photoelectric conversion efficiency of crystalline silicon solar cells have been actively conducted. In particular, heterojunction back contact solar cells using single crystal silicon have three performance factors that determine the power generation efficiency: cell open circuit voltage Voc (V) and short circuit current density Jsc (mA / cm 2). ) And the improvement of the fill factor (%), attention is paid to having excellent characteristics. The structure of the heterojunction back contact solar cell is shown, for example, in Patent Document 1.
Patent Document 1 describes the following structure. That is, a crystalline semiconductor including an impurity exhibiting one conductivity type, an intrinsic first amorphous semiconductor film formed on the entire surface including the first region of the one surface of the crystalline semiconductor, and A second amorphous semiconductor film formed by diffusing an impurity having the other conductivity type into the first amorphous semiconductor film on the first region, and the second surface of the crystalline semiconductor An amorphous semiconductor layer containing an impurity showing the one conductivity type, formed on the entire surface of the first amorphous semiconductor film, including the second region; and on the first region A first electrode formed on the amorphous semiconductor layer, a second electrode formed on the amorphous semiconductor layer on the second region, and the other surface of the crystalline semiconductor And an intrinsic amorphous semiconductor film and an antireflective film formed thereon. Force element.

ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池は、エネルギーバンドギャップが約1.1eVの単結晶Si基板に、約1.8eVの非晶質系半導体膜を接合した構成を有することが特徴であり、その非晶質系半導体膜としては、真性の非晶質系半導体膜(以下、i型a―Si膜と呼ぶ)、p型非晶質半導体膜(以下、p型a―Si膜と呼ぶ)及びn型非晶質半導体膜(以下、n型a―Si膜と呼ぶ)が用いられる。
上記太陽電池の製造に際しては、高品質の非晶質系半導体膜、即ち、膜中の欠陥密度の少ない膜が求められる(膜中の欠陥はシリコン原子の未結合手、あるいはダングリングボンドとも呼ばれる)。特に太陽電池への応用では、膜表面及び膜中の欠陥は光電効果で生成されるキャリア(電子と正孔)を消失し、発電効率を低下させるので、欠陥密度の低い膜が必要である。
しかしながら、従来のプラズマCVD装置では、膜表面及び膜中のダングリングボンドを効果的に終端化することが困難であり、更なる膜の高品質化には対応できないという問題がある。また、従来のプラズマCVD装置を用いて製膜される膜の欠陥密度は、1015〜1016個/cm級であり、単結晶Si基板に比べて数桁も多い。
A heterojunction back contact solar cell is characterized in that it has a configuration in which an amorphous semiconductor film of about 1.8 eV is joined to a single crystal Si substrate having an energy band gap of about 1.1 eV, and its amorphous state. Intrinsic semiconductor films (hereinafter referred to as i-type a-Si films), p-type amorphous semiconductor films (hereinafter referred to as p-type a-Si films) and n-type An amorphous semiconductor film (hereinafter referred to as an n-type a-Si film) is used.
In the production of the above solar cell, a high quality amorphous semiconductor film, that is, a film having a low defect density in the film is required (a defect in the film is also called a dangling bond of silicon atoms or a dangling bond). ). In particular, in the application to a solar cell, the film surface and the defects in the film lose the carriers (electrons and holes) generated by the photoelectric effect to reduce the power generation efficiency, so a film with a low defect density is required.
However, in the conventional plasma CVD apparatus, it is difficult to effectively terminate dangling bonds in the film surface and in the film, and there is a problem that it can not cope with the further quality improvement of the film. Further, the defect density of a film formed using a conventional plasma CVD apparatus is 10 15 to 10 16 pieces / cm 3, which is several orders of magnitude higher than that of a single crystal Si substrate.

粗悪膜形成要因であるSラジカルの生成を無くして、高品質のシリコン系薄膜を形成する方法及びそれを用いる装置が、特許文献2に記載されている。その特徴は次の通りである。
第1に、次の特徴がある。プラズマ化学蒸着により基板上に原料ガスの薄膜を生成するためのプラズマ製膜方法であって、 真空中に水素ガスを導入して高周波電界を印加し、前記水素ガスがプラズマ状態に励起された水素ラジカルを生成するとともに、前記原料ガスを前記水素ガスとは別系統から供給し、該原料ガスと前記水素ラジカルとをプラズマのない空間で反応させて前記基板上に製膜することを特徴とするプラズマ製膜方法。
第2に、次の特徴がある。プラズマ化学蒸着により基板上に原料ガスの薄膜を形成するためのプラズマ製膜方法であって、 真空中に水素ガスを導入して高周波電界を印加し、前記水素ガスのプラズマを生成する第1のプラズマ生成領域と、 真空中に水素ガス及び原料ガスの混合ガスを導入して高周波電界を印加し、前記混合ガスのプラズマを生成する第2のプラズマ生成領域とを設け、 前記第1のプラズマ生成領域をON・OFF制御し、前記第1のプラズマ制御領域で生成される水素ラジカルを前記第2のプラズマ生成領域へ間欠供給して製膜することを特徴とするプラズマ製膜方法。
Eliminating the generation of S i H 2 radicals is poor film forming factors, the method of forming a high quality silicon-based thin film and a device using the same is described in US Pat. The features are as follows.
First, there are the following features. A plasma deposition method for producing a thin film of a source gas on a substrate by plasma enhanced chemical vapor deposition, wherein hydrogen gas is introduced into a vacuum and a high frequency electric field is applied, and the hydrogen gas is excited into a plasma state. While generating radicals, the source gas is supplied from a system different from the hydrogen gas, and the source gas and the hydrogen radicals are reacted in a space without plasma to form a film on the substrate. Plasma film forming method.
Second, there are the following features. A plasma deposition method for forming a thin film of a source gas on a substrate by plasma enhanced chemical vapor deposition, comprising introducing hydrogen gas into a vacuum and applying a high frequency electric field to generate plasma of the hydrogen gas. And a second plasma generation region for generating a plasma of the mixed gas by introducing a mixed gas of hydrogen gas and a source gas into a vacuum and applying a high frequency electric field to the vacuum, and forming the first plasma. A plasma film forming method comprising: ON / OFF controlling an area and intermittently supplying hydrogen radicals generated in the first plasma control area to the second plasma generation area to form a film.

特許4155899Patent 4155899 特開2006−100551Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-100551

上述したように、従来のプラズマCVD装置では、膜表面及び膜中のダングリングボンドを効果的に終端化することが困難であり、更なる膜の高品質化には対応できないという問題がある。
例えば、特許文献2に記載の第1の特徴を有するプラズマCVD法及びそれを用いる装置は、水素プラズマで生成した水素ラジカルと、原料ガスのシラン(S)を混合し、次式の反応により、製膜の前駆体であるSラジカルを生成し、膜を形成するものである。
+H→S+H
この方法は粗悪膜形成要因のSラジカルの生成が無いという特長を有するが、高品質膜の形成は困難であると、危惧される。即ち、高品質膜の形成には、膜表面及び膜中のダングリングボンドを終端化する作用を有する水素ラジカルを膜面へ効果的に輸送する必要があるが、上記第1の特徴を有するプラズマCVD法及びその装置では、水素ラジカルの大部分が気相中でSとの上記反応で消費されるので、膜面に到達する水素ラジカルの量が少なく、高品質膜の形成は困難ということが、危惧される。
例えば、特許文献2に記載の第2の特徴を有するプラズマCVD法及びその装置は、真空中に水素ガスを導入して高周波電界を印加し、前記水素ガスのプラズマを生成する第1のプラズマ生成領域と、真空中に水素ガス及び原料ガスの混合ガスを導入して高周波電界を印加し、前記混合ガスのプラズマを生成する第2のプラズマ生成領域と、を設け、前記第1のプラズマ生成領域をON・OFF制御し、前記第1のプラズマ制御領域で生成される水素ラジカルを前記第2のプラズマ生成領域へ間欠供給して製膜することを特徴とするので、前記ON制御状態で生成された前記水素ラジカルの大部分は、気相中でSと反応し消失され、基板表面の成長膜に到達する水素ラジカルの量が少なく、高品質膜の形成は困難ということが、危惧される。
上述したように、従来のプラズマCVD装置では、水素ラジカルとシラン分子の強い反応により水素ラジカルの大部分が消滅するので、水素ラジカルをその生成領域から膜成長領域に、損失無く効果的に輸送する手段がない。そのため、膜表面及び膜中のダングリングボンドを終端化することが困難であり、更なる膜の高品質化には対応できないという問題がある。
上記問題により、現状技術で形成される膜に比べて更に高品質の膜を形成したいというニーズへの対応が困難である。そのため、水素ラジカルを膜成長面へ効果的に輸送することが可能な新たなプラズマCVD装置の創出が望まれている。
本発明は、上記問題を解消可能なプラズマCVD装置を提供することを目的とする。
As described above, in the conventional plasma CVD apparatus, it is difficult to effectively terminate dangling bonds in the film surface and in the film, and there is a problem that it is not possible to cope with further film quality improvement.
For example, a plasma CVD method and apparatus using the same having a first feature described in Patent Document 2, hydrogen radicals generated by the hydrogen plasma, the raw material gas silane (S i H 4) were mixed, the following equation The reaction generates Si H 3 radicals, which are precursors of film formation, to form a film.
S i H 4 + H → S i H 3 + H 2
This method has the advantage that there is no generation of S i H 2 radicals of poor film formation factors, the formation of high-quality film when it is difficult, is feared. That is, to form a high-quality film, it is necessary to effectively transport hydrogen radicals having the function of terminating dangling bonds in the film surface and in the film to the film surface, but the plasma having the first feature described above In the CVD method and its apparatus, most of hydrogen radicals are consumed in the above reaction with Si H 4 in the gas phase, so the amount of hydrogen radicals reaching the film surface is small, and formation of a high quality film is difficult It is feared that.
For example, a plasma CVD method and apparatus having the second feature described in Patent Document 2 introduce a hydrogen gas into a vacuum and apply a high frequency electric field to generate a plasma of the hydrogen gas. A region and a second plasma generation region for introducing a mixed gas of hydrogen gas and a source gas into vacuum to apply a high frequency electric field to generate plasma of the mixed gas; providing the first plasma generation region The film formation is performed by intermittently supplying hydrogen radicals generated in the first plasma control region to the second plasma generation region, thereby forming the film in the ON control state. and most of the hydrogen radicals is reacted with S i H 4 in the gas phase loss, small amount of hydrogen radicals to reach the growing film on the substrate surface, is that difficulties are formed of a high-quality film, fear It is.
As described above, in the conventional plasma CVD apparatus, most of the hydrogen radicals disappear due to the strong reaction between hydrogen radicals and silane molecules, so the hydrogen radicals are effectively transported from the formation region to the film growth region without loss. There is no means. Therefore, it is difficult to terminate dangling bonds in the film surface and the film, and there is a problem that it can not cope with the further quality improvement of the film.
Due to the above-mentioned problems, it is difficult to meet the need to form a film of higher quality compared to the film formed by the current technology. Therefore, the creation of a new plasma CVD apparatus capable of effectively transporting hydrogen radicals to a film growth surface is desired.
An object of the present invention is to provide a plasma CVD apparatus capable of solving the above problems.

上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、排気手段を備えた反応容器内に、基板保持手段と電極を対向させて配置し、前記反応容器内にSi(シリコン)含有ガス、N(窒素)含有ガス、C(炭素)含有ガス、B(ボロン)含有ガス及びP(リン)含有ガスから選ばれる少なくとも一つから成る原料ガスと希釈ガスである水素ガスを導入するとともに、前記電極に高周波電力を供給することにより前記原料ガス及び水素ガスをプラズマ化し、前記基板保持手段に載置した基板の表面に薄膜を形成するプラズマCVD装置において、
前記水素ガスの供給源と前記原料ガスの供給源を分離して配置し、前記電極にガス噴出孔を配設するともに、
前記原料ガスの供給源と、前記原料ガスを前記ガス噴出孔に間欠的に供給する間欠ガス供給手段と、前記ガス噴出孔と、をこの順に配管接続し、
前記水素ガスの供給源と、前記水素ガスを前記ガス噴出孔に連続して供給する水素ガス供給手段と、前記ガス噴出孔と、をこの順に配管接続し、
前記間欠ガス供給手段から供給される原料ガスと前記水素ガス供給手段から供給される水素ガスの混合ガスをプラズマ化して前記基板保持手段に載置した基板の表面に薄膜を形成する第1の工程と、前記第1の工程の時間帯と異なる時間帯に前記水素ガスをプラズマ化して生成される水素ラジカルによる前記薄膜の水素ラジカル処理を行う第2の工程と、を時間的に交互に繰り返して製膜するように構成したことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems, a substrate holding means and an electrode are disposed opposite to each other in a reaction vessel provided with an exhaust means, and Si (silicon) containing gas is disposed in the reaction vessel A source gas comprising at least one selected from an N (nitrogen) -containing gas, a C (carbon) -containing gas, a B (boron) -containing gas and a P (phosphorus) -containing gas, and a hydrogen gas which is a dilution gas; A plasma CVD apparatus for plasmatizing the source gas and the hydrogen gas by supplying a high frequency power to the electrode and forming a thin film on a surface of the substrate placed on the substrate holding means;
The hydrogen gas supply source and the source gas supply source are separated and disposed, and gas injection holes are provided in the electrode;
Piping-connecting the source gas source, an intermittent gas supply means for intermittently supplying the source gas to the gas injection holes, and the gas injection holes in this order;
Piping-connecting the hydrogen gas supply source, the hydrogen gas supply means for continuously supplying the hydrogen gas to the gas injection holes, and the gas injection holes in this order;
A first process of forming a thin film on the surface of a substrate mounted on the substrate holding means by plasmatizing a mixed gas of a source gas supplied from the intermittent gas supply means and a hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply means And a second step of performing hydrogen radical treatment of the thin film with hydrogen radicals generated by plasmatizing the hydrogen gas in a time zone different from the time zone of the first step, alternately in time It is characterized in that it is configured to form a film.

本発明の第1の発明によれば、原料ガスと水素ガスをプラズマ化して基板に薄膜を形成するに際し、前記原料ガスと前記水素ガスの混合ガスのプラズマ化により生成されるラジカルによって薄膜を形成する第1の工程と、前記第1の工程の時間帯と異なる時間帯に前記水素ガスのプラズマ化により生成される水素ラジカルを用いて前記薄膜の表面及び膜中の水素ラジカル処理を行う第2の工程と、を時間的に交互に繰り返しながら薄膜を形成することが可能となる。本発明によれば、前記水素ラジカルが前記基板表面に確実に、効果的に到達するので、前記水素ラジカルによる膜表面及び膜中のダングリングボンドの終端化が確実に、効果的に行われ、欠陥密度が少ない高品質の薄膜を形成することが可能となる。   According to the first aspect of the present invention, when forming the thin film on the substrate by plasmatizing the source gas and the hydrogen gas, the thin film is formed by radicals generated by plasmatizing the mixed gas of the source gas and the hydrogen gas. A second step of performing hydrogen radical treatment on the surface of the thin film and in the film using hydrogen radicals generated by plasmatizing the hydrogen gas in a time zone different from the time zone of the first step and the second process It is possible to form a thin film while alternately repeating the steps of and in time. According to the present invention, since the hydrogen radicals reliably and effectively reach the substrate surface, termination of dangling bonds in the film surface and the film by the hydrogen radicals is reliably and effectively performed. It becomes possible to form a high quality thin film with a low defect density.

本発明の第2の発明は、第1の発明において、前記間欠ガス供給手段は、マスフローコントローラーと、真空用電磁弁と、を備えていることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the intermittent gas supply means includes a mass flow controller and a vacuum solenoid valve.

本発明の本発明の第2の発明によれば、第1の発明を容易に、かつ、簡便に実施できる。   According to the second aspect of the present invention of the present invention, the first aspect can be implemented easily and simply.

本発明の第3の発明は、第2の発明において、前記真空用電磁弁は、前記原料ガスが前記ガス噴出孔に供給される時間帯Tと前記原料ガスが前記ガス噴出孔に供給されない時間帯Tを含むサイクルでのデユーテイ(Duty)比、即ち、前記原料ガスが供給される時間帯T/(前記原料ガスが供給される時間帯T+前記原料ガスが供給されない時間帯T)を30%〜90%の範囲で任意に設定できる制御装置を備えていることを特徴とする。 A third aspect of the present invention, in the second invention, the solenoid valve for the vacuum, the raw material gas and the time zone T 1, wherein the raw material gas is supplied to the gas ejection hole is not supplied to the gas ejection hole Deyutei (Duty) ratio of the cycle, including the time zone T 2, i.e., the time period the material gas is supplied T 1 / (time period in which the time period T 1 + the raw gas material gas is supplied is not supplied It is characterized by including a control device capable of arbitrarily setting T 2 ) in the range of 30% to 90%.

本発明の第3の発明によれば、第2の発明を効果的に、かつ、簡便に実施できる。   According to the third aspect of the present invention, the second aspect can be implemented effectively and simply.

本発明の第4の発明は、第1の発明から第3の発明のいずれか一つの発明において、前記電極は、中空の金属管で構成されることを特徴とする。   According to a fourth invention of the present invention, in the invention according to any one of the first invention to the third invention, the electrode is formed of a hollow metal tube.

本発明の第4の発明によれば、第1の発明から第3の発明を容易に、かつ、簡便に実施できる。   According to the fourth invention of the present invention, the first to third inventions can be implemented easily and simply.

本発明の第5の発明は、第1の発明から第3の発明のいずれか一つの発明において、前記電極は、平板型であることを特徴とする。   According to a fifth invention of the present invention, in the invention according to any one of the first invention to the third invention, the electrode is flat.

本発明の第5の発明によれば、第1の発明から第3の発明を容易に、かつ、簡便に実施できる。   According to the fifth invention of the present invention, the first to third inventions can be implemented easily and simply.

本発明の第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、前記基板保持手段は、前記基板の温度を150℃〜300℃に設定することを特徴とする。   According to a sixth invention of the present invention, in the invention according to any one of the first invention to the fifth invention, the substrate holding means sets the temperature of the substrate to 150 ° C. to 300 ° C. .

本発明の第6の発明によれば、第1の発明から第5の発明において、前記基板の温度が150℃〜300℃に設定されるので、前記水素ラジカルの基板への吸着率が高くなり、堆積膜への水素ラジカル処理が効果的に行える。   According to the sixth invention of the present invention, in the first to fifth inventions, since the temperature of the substrate is set to 150 ° C. to 300 ° C., the rate of adsorption of hydrogen radicals to the substrate becomes high. And hydrogen radicals can be effectively processed on the deposited film.

本発明により、従来技術の課題を解消可能という効果を奏する。従来技術では、プラズマで生成される水素ラジカルを成長膜の表面に効果的に輸送できないので、膜表面及び膜中でのダングリングボンドを効果的に終端化させることが困難であるが、本発明ではそれが可能となる。その結果、水素ラジカルを利用した高品質膜(低欠陥密度)の形成というニーズへの対応が可能になるという効果を奏する。
また、従来の技術で製膜される膜の欠陥密度は1015〜1016個/cm級であるが、本発明によれば従来値から1桁ないし2桁少ない1014〜1015個/cm級へ膜質改善が図れるという可能性を有する。
また、本発明によるプラズマCVD装置の各種電子デバイス製品の性能向上への貢献は著しく大きいものがある。
The present invention has the effect of being able to solve the problems of the prior art. In the prior art, it is difficult to effectively terminate dangling bonds in the film surface and in the film because hydrogen radicals generated by plasma can not be effectively transported to the surface of the growth film, but the present invention Then it will be possible. As a result, it is possible to meet the need for forming a high quality film (low defect density) using hydrogen radicals.
Further, the defect density of the film formed by the conventional technique is 10 15 to 10 16 pieces / cm 3 , but according to the present invention, 10 14 to 10 15 pieces / one digit or two digits smaller than the conventional value. There is a possibility that the film quality can be improved to the cm 3 grade.
Further, the contribution of the plasma CVD apparatus according to the present invention to the performance improvement of various electronic device products is extremely significant.

図1は、本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置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 plasma CVD apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図2は、本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置の構成部材であるガス噴出孔を備えた電極及び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. 2 is a schematic perspective view for explaining an electrode provided with gas injection holes which is a component of the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention and a power supply means. 図3は、本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置を説明するための模式的な断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図4は、本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置の構成部材である間欠ガス供給手段の動作を説明するための原料ガスと水素ガスの供給量の時間的変化を示す模式的ガスフロー図である。FIG. 4 is a schematic gas showing temporal changes in the supply amounts of the source gas and the hydrogen gas for explaining the operation of the intermittent gas supply means which is a component of the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 図5は、本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置を用いてシリコン系薄膜を製膜する際の膜成長の過程を説明する模式的堆積膜の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a typical deposited film for explaining the process of film growth when forming a silicon-based thin film using the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図6は、本発明の第2の実施形態に係わるプラズマCVD装置を説明するための模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining a plasma CVD apparatus according to a second 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 of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the drawings, the same members are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions will be 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 differ from the actual one for convenience of explanation. In addition, the scale may be different from the actual one among the drawings.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置及びその装置を用いた製膜方法について説明する。先ず、プラズマCVD装置の構成について、図1ないし図5を参照して説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置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の実施形態に係わるプラズマCVD装置の構成部材であるガス噴出孔を備えた電極及び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3は、本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置を説明するための模式的な断面図である。図4は、本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置の構成部材である間欠ガス供給手段の動作を説明するための原料ガスと水素ガスの供給量の時間的変化を示す模式的ガスフロー図である。図5は、本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置を用いてシリコン系薄膜を製膜する際の膜成長の過程を説明する模式的堆積膜の断面図である。
First Embodiment
A plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention and a film forming method using the apparatus will be described. First, the configuration of the plasma CVD apparatus will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
FIG. 1 is a schematic perspective view for explaining a plasma CVD apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic perspective view for explaining an electrode provided with gas injection holes which is a component of the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention and a power supply means.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a schematic gas showing temporal changes in the supply amounts of the source gas and the hydrogen gas for explaining the operation of the intermittent gas supply means which is a component of the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of a typical deposited film for explaining the process of film growth when forming a silicon-based thin film using the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention.

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、後述の排気孔2及び排気管5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、プラズマCVDに適用可能な仕様を満たしている。
符号2は、排気孔である。排気孔2は後述の基板保持手段3a側から見て、後述の電極30の背面側に配置され、後述の排気管5、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。
符号5は、排気管である。排気管5は、排気孔2、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、後述の原料ガス及び水素ガスの合計の流量が50sccm〜2000sccm程度であれば、圧力10Pa〜500Pa(75mTorr〜3.75Torr)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。
The code | symbol 1 is a reaction container. The reaction vessel 1 has air tightness and is evacuated by a vacuum pump (not shown) via an exhaust hole 2 and an exhaust pipe 5 described later to achieve a degree of vacuum of 2.66 × 10 −4 Pa (2 × 10 −6 Torr). It becomes degree. Further, the inner wall of the reaction vessel 1 has no adhesion of impurities, and satisfies the specification applicable to plasma CVD.
The code | symbol 2 is an exhaust port. The exhaust hole 2 is disposed on the back side of the electrode 30, which will be described later, as viewed from the substrate holding means 3a, which will be described later, and cooperates with the exhaust pipe 5, which is described later, a vacuum pump (not shown) and a pressure gauge (not shown) Evacuate so as to keep the pressure at a predetermined value.
Reference numeral 5 is an exhaust pipe. The exhaust pipe 5 cooperates with the exhaust hole 2, the vacuum pump (not shown) and the pressure gauge (not shown) to exhaust the pressure in the reaction vessel 1 so as to maintain the pressure at a predetermined value.
Here, if the total flow rate of the source gas and hydrogen gas described later is about 50 sccm to 2000 sccm, the pressure can be set to an arbitrary pressure in the range of about 10 Pa to 500 Pa (75 mTorr to 3.75 Torr) and maintained at a constant pressure It is.

符号23aは、原料ガス供給源である。原料ガス供給源23a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)、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)等、目的とする膜に対応した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用マスフローコントローラー24aを用意する。
ここでは、例えば、シラン(S)ガスを用意する。原料ガス供給源23aは、原料ガスのシラン(S)ガスを、後述の原料ガス用マスフローコントローラー24a、第1原料ガス供給管25a及び真空装置用電磁弁10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24aは、原料ガス用マスフローコントローラーである。原料ガス用マスフローコントローラー24aは、原料ガス供給源23aから供給されるシラン(S)ガスの流量を予め選ばれた任意の流量に設定し、真空装置用電磁弁10及び第2の原料ガス供給管25bを介して、後述のガス混合管26に供給する。なお、ここでは、シラン(S)ガスの流量5sccm〜200sccmの範囲で、任意の流量を設定できる。
Reference numeral 23a is a source gas supply source. Raw material gas supply source 23a is silane (S i H 4), disilane (S i2 H 6), trisilane (S i3 H 8), monomethyl silane (CH 3 S i H 3) , 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 ), etc. It has the corresponding source gas. In addition, when selecting several source gas, the several source gas according to it is prepared. Also, a plurality of raw material gas mass flow controllers 24a are prepared accordingly.
Here, for example, silane (S i H 4) providing a gas. Raw material gas supply source 23a is a raw material gas of silane (S i H 4) gas, which will be described later via the raw material gas mass flow controller 24a, the first source gas supply pipe 25a and a vacuum device for solenoid valve 10 will be described later second To the source gas supply pipe 25b of
Reference numeral 24a is a mass flow controller for the source gas. Raw material gas mass flow controller 24a, the silane is supplied from the source gas supply source 23a (S i H 4) set to an arbitrary flow rates preselected flow rate of the gas, the electromagnetic valve 10 and the second raw material for vacuum device It supplies to the below-mentioned gas mixing pipe 26 via the gas supply pipe 25b. Here, silane (S i H 4) in a range of flow rates 5sccm~200sccm gas can be set to any flow rate.

符号25a、25bは第1及び第2の原料ガス供給管である。第1及び第2の原料ガス供給管25a、25bは、後述の真空装置用電磁弁10で接続されている。第1及び第2の原料ガス供給管25a、25bは、第1の原料ガス供給管25a、真空装置用電磁弁10、第2の原料ガス供給管25bの順で接続され、原料ガス用マスフローコントローラー24aから供給される原料ガスを後述のガス混合管26に供給する。原料ガス供給管25bからガス混合管26へ供給される原料ガスは、第1及び第2の原料ガス供給管25a、25bの間に配設される後述の真空装置用電磁弁10により間欠的に供給される。
なお、後述の真空装置用電磁弁10により原料ガスが間欠的に遮断される際、原料ガスの遮断の切れが良いように(原料ガスがタラタラと流れないように)、第2の原料ガス供給管25bの容積は極小化するのが良い。
Reference numerals 25a and 25b denote first and second source gas supply pipes. The first and second source gas supply pipes 25a and 25b are connected by a vacuum device solenoid valve 10 described later. The first and second source gas supply pipes 25a and 25b are connected in the order of the first source gas supply pipe 25a, the vacuum device solenoid valve 10, and the second source gas supply pipe 25b, and a mass flow controller for the source gas The source gas supplied from 24 a is supplied to the gas mixing pipe 26 described later. The raw material gas supplied from the raw material gas supply pipe 25b to the gas mixing pipe 26 is intermittently operated by the below-mentioned vacuum device solenoid valve 10 disposed between the first and second raw material gas supply pipes 25a and 25b. Supplied.
When the source gas is intermittently shut off by the vacuum device solenoid valve 10 described later, the second source gas is supplied so that the cutoff of the source gas is good (the source gas does not flow with cod). The volume of the tube 25b should be minimized.

符号25cは、水素ガス供給管である。水素ガス供給管25cは、後述の水素ガス用マスフローコントローラー24cから供給される水素ガスを後述のガス混合管26に供給する。
符号24cは、水素ガス用マスフローコントローラーである。水素ガス用マスフローコントローラー24cは、後述の水素ガス供給源23c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、水素ガス供給管25cに供給する。ここでは、水素ガス用マスフローコントローラー24cは、10sccm〜1000sccmの範囲の任意の流量を設定できる。
符号23cは水素ガス供給源である。水素ガス供給源23cは、水素ガスを、水素ガス用マスフローコントローラー24cを介して水素ガス供給管25cへ供給する。なお、水素ガスの流量は一定であり、連続して供給される。
符号26はガス混合管である。ガス混合管26は、第2の原料ガス供給管25bから供給される原料ガスのシラン(S)ガスと水素ガス供給管25cから供給される水素ガスを混合し、後述の真空装置用原料ガス供給管の継ぎ手27を介して、後述の電極30に配設されたガス噴出孔36に供給する。なお、真空装置用電磁弁10により原料ガスが遮断されている時間帯では、ガス混合管26は水素ガスを後述の真空装置用原料ガス供給管の継ぎ手27を介して、後述電極30に配設されたガス噴出孔36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、ガス混合管26から供給される原料ガスと水素ガスの混合ガス、あるいは水素ガスを真空漏れが無いように電極30に配設されたガス噴出孔36に供給する。
符号29はガス合流部である。ガス合流部29は、第2の原料ガス供給管及び水素ガス供給管25cとの接合部である。
Reference numeral 25c is a hydrogen gas supply pipe. The hydrogen gas supply pipe 25c supplies the hydrogen gas supplied from the mass flow controller 24c for hydrogen gas described later to the gas mixing pipe 26 described later.
Reference numeral 24c is a hydrogen gas mass flow controller. The hydrogen gas mass flow controller 24c sets the flow rate of hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply source 23c described later to an arbitrary flow rate selected in advance, and supplies the hydrogen gas to the hydrogen gas supply pipe 25c. Here, the hydrogen gas mass flow controller 24 c can set an arbitrary flow rate in the range of 10 sccm to 1000 sccm.
Reference numeral 23c is a hydrogen gas supply source. The hydrogen gas supply source 23c supplies hydrogen gas to the hydrogen gas supply pipe 25c via the hydrogen gas mass flow controller 24c. The flow rate of hydrogen gas is constant and supplied continuously.
Reference numeral 26 is a gas mixing pipe. Gas mixing tube 26, the hydrogen gas supplied from the second raw material gas supplied from the source gas supply pipe 25b silane (S i H 4) gas and a hydrogen gas supply pipe 25c is mixed, vacuum apparatus described later The gas is supplied to a gas injection hole 36 disposed in an electrode 30 described later via a joint 27 of the source gas supply pipe. During the time period in which the source gas is shut off by the vacuum device solenoid valve 10, the gas mixing tube 26 is provided with hydrogen gas at the electrode 30, which will be described later, via the joint 27 of the source gas supply tube for vacuum device described later. The gas is supplied to the vented gas injection hole 36.
Reference numeral 27 denotes a joint of a raw material gas supply pipe for a vacuum device. The joint 27 of the raw material gas supply pipe for the vacuum device is a gas injection hole 36 disposed in the electrode 30 so that the mixed gas of the raw material gas and the hydrogen gas supplied from the gas mixing pipe 26 or the hydrogen gas does not leak. Supply to
Reference numeral 29 is a gas junction. The gas merging portion 29 is a joint portion between the second source gas supply pipe and the hydrogen gas supply pipe 25c.

符号10は真空装置用電磁弁である。真空装置用電磁弁10は、原料ガス用マスフローコントローラー24aとガス混合管26の間に配設される。真空装置用電磁弁10は、原料ガス用マスフローコントローラー24aから供給される原料ガスを、間欠的に遮断しながら、第2の原料ガス供給管25bを介して、ガス混合管26に供給する。
なお、原料ガス供給源23aとガス噴出孔36の間には、原料ガス用マスフローコントローラー24a、第1の原料ガス供給管25a、真空装置用電磁弁10、第2の原料ガス供給管25b、ガス混合管26、真空装置用原料ガス供給管の継ぎ手27、電極30及びガス噴出孔36が、この順に配管接続される。また、原料ガス用マスフローコントローラー24aと真空装置用電磁弁10の順序を変えて、原料ガス供給源23a、第1の原料ガス供給管25a、真空装置用電磁弁10、原料ガス用マスフローコントローラー24a、第2の原料ガス供給管25b、ガス混合管26、真空装置用原料ガス供給管の継ぎ手27、電極30及びガス噴出孔36の順に配管接続しても良い。
また、原料ガスを間欠的に流す手段は、真空装置用電磁弁10に限定せず、原料ガスを間欠的に供給できる他の手段を用いても良い。
なお、ここで、原料ガス用マスフローコントローラー24aと、真空装置用電磁弁10と、を備え、原料ガス供給源23aから原料ガスをガス噴出孔36に間欠的に供給する手段を、間欠ガス供給手段22と呼ぶ。
The code | symbol 10 is a solenoid valve for vacuum devices. The vacuum apparatus solenoid valve 10 is disposed between the raw material gas mass flow controller 24 a and the gas mixing pipe 26. The vacuum apparatus solenoid valve 10 supplies the gas mixing pipe 26 via the second source gas supply pipe 25 b while intermittently blocking the source gas supplied from the mass flow controller 24 a for the source gas.
Between the source gas supply source 23a and the gas injection holes 36, a source gas mass flow controller 24a, a first source gas supply pipe 25a, a vacuum device solenoid valve 10, a second source gas supply pipe 25b, and a gas. The mixing pipe 26, the joint 27 of the raw material gas supply pipe for vacuum device, the electrode 30, and the gas injection hole 36 are connected by piping in this order. In addition, the order of the raw material gas mass flow controller 24a and the vacuum device electromagnetic valve 10 is changed, and the raw material gas supply source 23a, the first raw material gas supply pipe 25a, the vacuum device electromagnetic valve 10, the raw material gas mass flow controller 24a, The second raw material gas supply pipe 25b, the gas mixing pipe 26, the joint 27 of the raw material gas supply pipe for a vacuum device, the electrode 30, and the gas injection holes 36 may be connected in this order.
Further, the means for intermittently flowing the source gas is not limited to the vacuum device solenoid valve 10, and other means capable of intermittently supplying the source gas may be used.
Here, means for intermittently supplying the raw material gas from the raw material gas supply source 23a to the gas injection holes 36, which is provided with the raw material gas mass flow controller 24a and the vacuum device electromagnetic valve 10, is an intermittent gas supply means. Called 22.

真空装置用電磁弁10が原料ガスを間欠的に遮断する時間帯は、後述の真空装置用電磁弁用制御装置11で制御される。間欠ガス供給手段22の構成部材である真空装置用電磁弁10は、予め、真空装置用電磁弁の制御装置11に設定されたプログラムによりON/OFF制御される。
例えば、図4(a)に示すように、原料ガスのシランガスは、流量Qで、時間0〜t、t〜t、t〜tという具合に、時間帯Tで供給され、時間t〜t、t〜tという具合に、時間帯Tで遮断される。水素ガスは、図4(b)に示すように、流量Q一定で供給される。即ち、原料ガスと水素ガスの混合ガスがガス噴出孔36に供給される時間帯Tと原料ガスが遮断されて水素ガスだけがガス噴出孔36に供給される時間帯Tを含み、交互に繰り返して間欠的に原料ガスが供給される。
ここで、原料ガスが供給される時間帯Tと原料ガスが遮断される時間帯Tの値は、以下に示す関係式で計算される水素ガスの滞留時間τ、即ち、水素ガスが反応容器に滞留する時間τより長く設定する。
τ=反応容器の圧力(Pa)x反応容器の容積(m)/ガス供給量(Pa・m・s−1
例えば、反応容器の容積=0.2mx0.2mx0.2m、水素ガス流量=200sccm、圧力=40Paの場合、水素ガスの滞留時間τは、次のようになる。即ち、τ=40Pax0.008m/(200sccmx1.69x10−3Pa・m/s・sccm)=0.946sである。
例えば、反応容器の容積=0.2mx0.2mx0.2m、原料ガスのシランガス流量=40sccm、水素ガス流量=200sccm、圧力=40Paの場合、原料ガスと水素ガスの混合ガスの滞留時間τは、次のように計算される。即ち、τ=40Pax0.008m/(240sccmx1.69Pa・m/s・sccm)=0.79sである。
A time zone in which the vacuum device solenoid valve 10 shuts off the source gas intermittently is controlled by a vacuum device solenoid valve control device 11 described later. The vacuum device electromagnetic valve 10 which is a component of the intermittent gas supply means 22 is controlled to be ON / OFF by a program set in advance in the control device 11 of the vacuum device electromagnetic valve.
For example, as shown in FIG. 4 (a), silane source gas at a flow rate Q 1, and so that the time 0~t 1, t 2 ~t 3, t 4 ~t 5, supplied with the time zone T 1 It is, and so that the time t 1 ~t 2, t 3 ~t 4, is cut off in a time period T 2. Hydrogen gas, as shown in FIG. 4 (b), is supplied at a flow rate Q 2 constant. That is, only the raw material gas and hydrogen gas mixed gas is shut off time period T 1 and the raw material gas supplied to the gas ejection hole 36 of the hydrogen gas comprises a time zone T 2 which is supplied to the gas ejection hole 36, alternately The source gas is supplied intermittently intermittently.
Here, the value of the time zone T 2 time zone T 1 and the raw material gas feed gas is supplied is interrupted, the residence time of the hydrogen gas τ calculated by equation shown below, that is, hydrogen gas reaction It is set longer than the time τ for staying in the container.
τ = pressure of reaction vessel (Pa) × volume of reaction vessel (m 3 ) / amount of gas supplied (Pa · m 3 · s −1 )
For example, when the volume of the reaction vessel = 0.2 mx 0.2 mx 0.2 m, the hydrogen gas flow rate = 200 sccm, and the pressure = 40 Pa, the residence time τ of hydrogen gas is as follows. That is, τ = 40Pax0.008m 3 /(200sccmx1.69x10 -3 Pa · m 3 / s · sccm) = 0.946s.
For example, when the volume of the reaction vessel = 0.2 mx 0.2 mx 0.2 m, the flow rate of silane gas of the source gas = 40 sccm, the flow rate of hydrogen gas = 200 sccm, and the pressure = 40 Pa, the residence time τ of the mixed gas of the source gas and hydrogen gas is It is calculated as That is, τ = 40 Pax 0.008 m 3 / (240 sccm × 1.69 Pa · m 3 /s·sccm)=0.79 s.

符号11は真空装置用電磁弁の制御装置である。真空装置用電磁弁の制御装置11は、真空装置用電磁弁10の開閉の時間帯をプログラム制御する。そして、真空装置用電磁弁の制御装置11は、原料ガスを供給する時間帯Tと前記原料ガスを供給しない時間帯Tを含むサイクルでのデユーテイ(Duty)比、即ち、前記原料ガスを供給する時間帯T/(前記原料ガスを供給する時間帯T+前記原料ガスを供給しない時間帯T)を30%〜90%の範囲で任意に設定できる。
なお、デユーテイ(Duty)比が30%程度以下であれば、製膜速度が遅くなり過ぎるし、そして、それが90%程度以上であれば、水素ラジカルの膜表面への供給量が抑制され過ぎるので、30%〜90%の範囲で選ぶのが良い。
Reference numeral 11 is a control device of a vacuum device solenoid valve. The control device 11 of the vacuum device solenoid valve program-controls the open / close time zone of the vacuum device solenoid valve 10. The control device 11 of the electromagnetic valve for vacuum device, the a time period T 1 for supplying a raw material gas feed gas in the cycle, including the time zone T 2 is not supplied Deyutei (Duty) ratio, i.e., the raw material gas time zone supplied T 1 / a (the time period T to supply the raw material gas 1 + the source gas hours T 2 is not supplied) can be set arbitrarily in the range of 30% to 90%.
If the duty ratio is about 30% or less, the film forming speed is too slow, and if it is about 90% or more, the amount of hydrogen radicals supplied to the film surface is excessively suppressed. Therefore, it is good to choose in the range of 30%-90%.

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は反応容器1の内部の主要部分に配置される。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。前記基板温度制御装置は、基板3の温度を30℃〜300℃の範囲で任意の値に設定し、維持できる。
符号3は、目的とする薄膜が形成される基板である。ここでは、基板3として、例えば、サイズ:15cm角x厚み0.63mmのガラスを用いる。
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。
The code | symbol 3a is a board | substrate holding means on which the board | substrate 3 is mounted. The substrate holding means 3 a is disposed at the main part inside the reaction vessel 1. The substrate holding means 3a incorporates a cooling means and a heating means so as to adjust the temperature of the substrate 3, and is provided with a substrate temperature control device. 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 300 ° C.
The code | symbol 3 is a board | substrate with which the target thin film is formed. Here, as the substrate 3, for example, glass of size: 15 cm square x thickness 0.63 mm is used.
The substrate 3 is placed on the substrate holding means 3a from a loading chamber (not shown) by a substrate loading device (not shown), and moved to an unloading chamber (not shown) after film formation is completed. Then, it is carried out of an unloading chamber (not shown).

符号36は、ガス噴出孔である。ガス噴出孔36は、後述の電極30に配設され、原料ガス供給源23aより供給される原料ガスのシラン(S)ガス及び水素ガス供給源23cより供給される水素ガスを噴出する。ガス噴出孔36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。
符号37は、排気の流れを示す。排気の流れ37は、反応容器1の容積V、圧力P、排気孔2及びガス噴出孔36の配置等に従うが、プラズマCVDによる製膜の条件では、分子流と粘性流の中間にあたる中間流の特性を持つ。なお、プラズマCVD装置を用いる製膜において、圧力Pと反応容器1の代表的長さDの積であるPD(Pa・m)の値は、0.02〜0.68Pa・mの範囲にあることが知られている。
Reference numeral 36 is a gas injection hole. Gas jetting holes 36 is disposed on the electrode 30 will be described later, the silane of the raw material gas supplied from the raw material gas supply source 23a (S i H 4) for jetting the hydrogen gas supplied from the gas and a hydrogen gas supply source 23c . The gas injection holes 36 have a diameter of about 0.2 mm to 1.0 mm, and are arranged at intervals of about 2 mm to 10 mm. Here, the diameter of the holes is 0.6 mm, and the distance between the holes is 5 mm.
Reference numeral 37 indicates the flow of exhaust gas. The exhaust flow 37 conforms to the volume V of the reaction vessel 1, the pressure P, the arrangement of the exhaust holes 2 and the gas injection holes 36, etc., but under the conditions of film formation by plasma CVD, an intermediate flow intermediate between molecular flow and viscous flow. With characteristics. In the film formation using a plasma CVD apparatus, the value of PD (Pa · m) which is the product of the pressure P and the representative length D of the reaction vessel 1 is in the range of 0.02 to 0.68 Pa · m. It is known.

符号30は電極である。電極30は中空の金属管で構成される。ここでは、電極30の形状をプラズマ生成が容易にできる梯子型とする。電極30は、ガス噴出孔36を備え、後述の高周波電源60に接続されている。ここでは、電極30として、梯子型を採用するが、ガス噴出孔36の配設が容易であり、プラズマ生成が容易な電極であればよい。電極30の断面形状は、矩形あるいは円形が製作上、容易である。
電極30には、後述の高周波電源60から供給される高周波電力が、インピーダンス整合器61、高周波用電流導入端子62及び真空用ケーブル63を介して、高周波電力供給点65から供給される。
電極30に高周波電力が供給されると、電極30周辺に高周波電界が発生し、ガス噴出孔36から噴出される原料ガスのシラン(S)ガスと水素ガスの混合ガス、あるいは水素ガスがプラズマ化される。
Reference numeral 30 is an electrode. The electrode 30 is comprised of a hollow metal tube. Here, the shape of the electrode 30 is a ladder-like shape that can easily generate plasma. The electrode 30 includes a gas injection hole 36 and is connected to a high frequency power source 60 described later. Here, a ladder type is adopted as the electrode 30, but any electrode may be used as long as the arrangement of the gas injection holes 36 is easy and plasma generation is easy. The cross-sectional shape of the electrode 30 is easy to manufacture in a rectangular shape or a circular shape.
The high frequency power supplied from the high frequency power supply 60 described later is supplied to the electrode 30 from the high frequency power supply point 65 through the impedance matching unit 61, the high frequency current introduction terminal 62, and the vacuum cable 63.
When high frequency power is supplied to the electrode 30, a high frequency electric field is generated around the electrode 30, the silane of the raw material gas ejected from the gas ejection holes 36 (S i H 4) gas mixture of gas and hydrogen gas or hydrogen gas, Is plasmatized.

シラン(S)ガスと水素ガスの混合ガスのプラズマを模式的に、図3に符号31で示す。該混合ガスのプラズマ31には、製膜の前駆体である各種のラジカルが存在する。SiH、SiH、SiH及びH等のラジカルは、図3に符号33で示すように、拡散現象によりプラズマ31から基板3の方へ拡散移動し、例えば、a−Si膜を形成する。
そして、水素ガスのプラズマを模式的に、図3に符号32で示す。水素ガスのプラズマ32には、水素ラジカルが存在する。水素ラジカルは、図3に符号35で示すように、拡散現象によりプラズマ32から基板3の方へ拡散移動し、基板に堆積された膜、例えば、a−Si膜の表面及び膜中のダングリングボンドを終端化する。
なお、プラズマ中の水素ラジカル35は、基板の温度が150℃〜300℃であれば、基板表面の堆積膜へ高吸着率で吸着する。また、プラズマ32と基板3表面の堆積膜の間に水素ラジカル35を消失するシランガスは無いので水素ラジカル35は効率よく、基板に到達する。
Silane (S i H 4) a plasma of a mixed gas of gas and hydrogen gas is schematically indicated by reference numeral 31 in FIG. 3. In the plasma 31 of the mixed gas, various radicals which are precursors of film formation exist. Radicals such as SiH 3 , SiH 2 , SiH and H diffuse and move from the plasma 31 to the substrate 3 by the diffusion phenomenon as shown by reference numeral 33 in FIG. 3 to form, for example, an a-Si film.
The hydrogen gas plasma is schematically shown by reference numeral 32 in FIG. Hydrogen radicals are present in the hydrogen gas plasma 32. The hydrogen radicals diffuse and move from the plasma 32 toward the substrate 3 by the diffusion phenomenon, as indicated by reference numeral 35 in FIG. 3, and dangling the film deposited on the substrate, for example, the surface of the a-Si film and the film. Terminate the bond.
The hydrogen radicals 35 in the plasma are adsorbed at a high adsorption rate to the deposited film on the substrate surface if the temperature of the substrate is 150 ° C. to 300 ° C. In addition, since there is no silane gas that causes hydrogen radicals 35 to disappear between the plasma 32 and the deposited film on the surface of the substrate 3, the hydrogen radicals 35 efficiently reach the substrate.

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帯域、即ち、10MHz〜300MHzの範囲で選ぶ。ここでは、装置の価格が安い13.56MHzの電源を選ぶ。
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、インピーダンスを整合調整すると、高周波電源60から電極30に供給される高周波電力のプラズマ側からの反射波が小さくなる。また、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、高周波用電流導入端子である。高周波用電流導入端子62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63は、高周波用電力伝送導体である。高周波用電力伝送導体63は同軸ケーブルあるいは導線が用いられる。
符号65は、高周波電力供給点である。高周波電力供給点65は、電極30と高周波用電力伝送導体63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、高周波用電流導入端子62及び真空用電力伝送導体63を介して供給される。
なお、ここでは、高周波電力供給点65は1個所のみであるが、大面積のプラズマを生成する場合、複数個所に設けて、プラズマの一様化を図ることができる。
Reference numeral 60 is a high frequency power source. The high frequency power source 60 is selected in the frequency band where the low pressure gas can be easily plasmatized, that is, in the range of 10 MHz to 300 MHz. Here, the 13.56 MHz power supply is selected because the price of the device is low.
The code | symbol 61 is an impedance matching device. The impedance matcher 61 matches the output impedance of the high frequency power source 60 with the impedance of the generated plasma. Note that when the impedance is adjusted, the reflected wave from the plasma side of the high frequency power supplied from the high frequency power source 60 to the electrode 30 is reduced. In addition, since high frequency power has the properties of a traveling wave and a reflected wave as an electromagnetic wave, the traveling wave output from the high frequency power supply 60 is maximized and the reflected wave returned is minimized by using the impedance matching unit 61. It is necessary to.
Reference numeral 62 is a high frequency current introduction terminal. The high frequency current introduction terminal 62 is a vacuum apparatus current introduction terminal with a small transmission loss of high frequency power.
The code | symbol 63 is an electric power transmission conductor for high frequencies. For the high frequency power transmission conductor 63, a coaxial cable or a lead is used.
The code | symbol 65 is a high frequency electric power supply point. The high frequency power supply point 65 is a connection point of the electrode 30 and the high frequency power transmission conductor 63, and the output of the high frequency power source 60 is through the impedance matching unit 61, the high frequency current introduction terminal 62 and the vacuum power transmission conductor 63. Supplied.
In addition, although the high frequency electric power supply point 65 is only one place here, when producing | generating the plasma of a large area, it can provide in multiple places and can achieve equalization | homogenization of plasma.

次に、図1ないし図5を参照して、本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置を用いた製膜方法について、ヘテロ接合型太陽電池のパッシベーション膜であるi型a−S膜を例に取り、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i型a−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1の実施形態に係わるプラズマCVD装置がi型a−S膜の形成に限定されないことは、当然である。
Next, with reference to FIGS. 1 to 5, the film forming method using the plasma CVD apparatus according to a first embodiment of the present invention, a passivation film heterojunction solar cell i-type a-S i Taking a membrane as an example, it will be described.
Here, take the i-type a-S i film is a passivation film heterojunction solar cell as an example will be explained the film forming method, a plasma CVD apparatus i-type according to a first embodiment of the present invention Naturally, it is not limited to the formation of the a- Si film.

太陽電池のp型a−Si膜を形成する場合は、例えば、原料ガスとして水素(H)とジボラン(B)とシラン(S)の混合ガスを選ぶのが良い。
また、太陽電池のn型a−Si膜を形成する場合は、例えば、原料ガスとして水素(H)とホスフイン(PH)とシラン(S)ガスの混合ガスを選ぶのが良い。
また、非晶質シリコンカーバイド(a−SiC)膜を形成する場合は、原料ガスとして、例えば、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)と、シラン(S)の混合ガスを選ぶのが良い。
また、非晶質シリコンゲルマニウム(a−SiGe)膜を形成する場合は、例えば、原料ガスとして水素(H)とゲルマン(GeH)とシラン(S)の混合ガスを選ぶのが良い。
また、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、原料ガスとして、例えば、水素(H)とアンモニア(NH)とモノメチルシラン(CH)の混合ガスを選ぶのが良い。
また、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜を形成する場合は、原料ガスとして、例えば、水素(H)とメタン(CH)を選ぶのが良い。
When forming a p-type a-Si film of a solar cell, for example, a mixed gas of hydrogen (H 2 ), diborane (B 2 H 6 ) and silane (S i H 4 ) may be selected as a source gas.
In the case of forming the n-type a-Si film of the solar cell, for example, hydrogen as a source gas (H 2) and phosphine (PH 3) and silane (S i H 4) better to choose the mixed gas of the gas .
When forming an amorphous silicon carbide (a-SiC) film, for example, hydrogen (H 2 ), methane (CH 4 ), ethane (C 2 H 6 ) or ethylene (C 2 ) is used as a source gas. and H 6), is better to choose a mixed gas of silane (S i H 4).
When forming an amorphous silicon germanium (a-SiGe) film, for example, it is preferable to select a mixed gas of hydrogen (H 2 ), germane (GeH 4 ) and silane (S i H 4 ) as a source gas. good.
In the case of forming a S i CN film as the sealing film of the organic EL device, as a source gas, e.g., hydrogen (H 2) and ammonia (NH 3) and monomethyl silane (CH 3 S i H 3) It is good to choose mixed gas.
When forming a diamond like carbon (DLC) film, it is preferable to select, for example, hydrogen (H 2 ) and methane (CH 3 ) as source gases.

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, a glass of size: 150 mm × 150 mm × thickness 0.63 mm.
The substrate transfer door between the load chamber and the reaction vessel 1 is opened in a load chamber (not shown) and the substrate 3 is placed on the substrate holding means 3a by a substrate transfer device (not shown). Then, the substrate transfer door (not shown) is closed.

次に、図示しない真空ポンプを稼働して、排気孔2から反応容器内を排気して、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、シラン(S)ガスのマスフローコントローラー24aによりシラン(S)ガスの流量を、10sccm〜300sccm程度、例えば、40sccmに設定する。
次に、水素ガス用マスフローコントローラー24cにより水素ガスの流量を、100sccm〜1000sccm程度、例えば、200sccmに設定する。
次に、真空装置用電磁弁10を用いた原料ガスの間欠ガス供給の条件を、真空装置用電磁弁の制御装置11のプログラムに設定する。即ち、原料ガスを供給する時間帯Tと前記原料ガスを供給しない時間帯Tを含むサイクルでのデユーテイ(Duty)比を30%〜90%の範囲とし、原料ガスを供給する時間帯Tを設定する。
Next, a vacuum pump (not shown) is operated to evacuate the reaction vessel from the exhaust hole 2, and once the pressure inside the reaction vessel 1 reaches a vacuum level of, for example, 2.67.times.10.sup.- 4 Pa (2.times.10.sup.- 6). Lower to about Torr).
Then, the flow rate of silane (S i H 4) silane by a mass flow controller 24a of the gas (S i H 4) gas, about 10Sccm~300sccm, for example, set to 40 sccm.
Next, the flow rate of hydrogen gas is set to about 100 sccm to about 1000 sccm, for example, 200 sccm, by the hydrogen gas mass flow controller 24c.
Next, the conditions of the intermittent gas supply of the raw material gas using the vacuum device solenoid valve 10 are set in the program of the control device 11 of the vacuum device solenoid valve. That is, the Deyutei (Duty) ratio of the cycle, including the time zone T 1 and the raw material gas hours T 2 is not supplied to supply the raw material gas is in the range of 30% to 90%, the time zone T to supply the raw material gas Set 1

ここで、原料ガスが供給される時間帯Tと原料ガスが遮断される時間帯Tの値は、以下に示す関係式で計算される水素ガスの滞留時間τ、即ち、水素ガスが反応容器に滞留する時間τより長く設定する。
τ=反応容器の圧力(Pa)x反応容器の容積(m)/ガス供給量(Pa・m・s−1
例えば、反応容器の容積=0.2mx0.2mx0.2m、水素ガス流量=200sccm、圧力=40Paの場合、水素ガスの滞留時間τは、次のようになる。即ち、τ=40Pax0.008m/(200sccmx1.69x10−3Pa・m/s・sccm)=0.946sである。
例えば、反応容器の容積=0.2mx0.2mx0.2m、原料ガスのシランガス流量=40sccm、水素ガス流量=200sccm、圧力=40Paの場合、原料ガスと水素ガスの混合ガスの滞留時間τは、次のように計算される。即ち、τ=40Pax0.008m/(240sccmx1.69Pa・m/s・sccm)=0.79sである。
ここでは、例えば、デユーテイ(Duty)比=50%とし、T=3秒及びT=3秒とする。
なお、予め、目的とする膜の特性とデユーテイ(Duty)比及TびとTをパラメータにしたデータを把握し、そのデータを基に設定するのが良い。
Here, the value of the time zone T 2 time zone T 1 and the raw material gas feed gas is supplied is interrupted, the residence time of the hydrogen gas τ calculated by equation shown below, that is, hydrogen gas reaction It is set longer than the time τ for staying in the container.
τ = pressure of reaction vessel (Pa) × volume of reaction vessel (m 3 ) / amount of gas supplied (Pa · m 3 · s −1 )
For example, when the volume of the reaction vessel = 0.2 mx 0.2 mx 0.2 m, the hydrogen gas flow rate = 200 sccm, and the pressure = 40 Pa, the residence time τ of hydrogen gas is as follows. That is, τ = 40Pax0.008m 3 /(200sccmx1.69x10 -3 Pa · m 3 / s · sccm) = 0.946s.
For example, when the volume of the reaction vessel = 0.2 mx 0.2 mx 0.2 m, the flow rate of silane gas of the source gas = 40 sccm, the flow rate of hydrogen gas = 200 sccm, and the pressure = 40 Pa, the residence time τ of the mixed gas of the source gas and hydrogen gas is It is calculated as That is, τ = 40 Pax 0.008 m 3 / (240 sccm × 1.69 Pa · m 3 /s·sccm)=0.79 s.
Here, for example, the duty ratio is 50%, T 1 = 3 seconds, and T 2 = 3 seconds.
Incidentally, in advance, to grasp the data in which the film characteristics and Deyutei (Duty) ratio及T 1 Vito T 2 of interest as a parameter may be set based on the data.

次に、原料ガス供給源23aの図示しないバルブを開にし、水素ガス供給源23cの図示しないバルブを開にする。なお、水素ガスの流量は一定であり、連続して供給される。
次に、間欠ガス供給手段22を稼働させる。
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、1Pa〜200Pa(7.5mTorr〜1.5Torr)の範囲で、例えば、上記製膜条件である40Pa(300mTorr)に設定し、維持する。
なお、上記原料ガス及び水素ガスの調整操作は、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。また、間欠ガス供給手段10を稼働についても、コンピュータ制御方式で自動的に行っても良い。
基板3の温度は、150℃〜300℃の範囲で、例えば200℃に設定し、維持する。なお、水素ラジカルの基板面への吸着率は200℃前後の温度で、ほぼ100%になること及び高温度になると膜面から水素が脱着することを考慮して、基板3の温度を設定する。
Next, the valve (not shown) of the source gas supply source 23a is opened, and the valve (not shown) of the hydrogen gas supply source 23c is opened. The flow rate of hydrogen gas is constant and supplied continuously.
Next, the intermittent gas supply means 22 is operated.
Then, using a pressure gauge (not shown) and a vacuum pump (not shown), the internal pressure of the reaction vessel 1 is in the range of 1 Pa to 200 Pa (7.5 mTorr to 1.5 Torr), for example, 40 Pa (300 mTorr) as the film forming condition. Set to and maintain.
The adjustment operation of the raw material gas and the hydrogen gas may be automatically performed by a computer control method using a solenoid valve, a digital flow control device or the like (not shown). In addition, the intermittent gas supply means 10 may be automatically operated by a computer control method.
The temperature of the substrate 3 is set and maintained in the range of 150 ° C. to 300 ° C., for example 200 ° C. The temperature of the substrate 3 is set in consideration of the fact that the adsorption rate of hydrogen radicals to the substrate surface becomes approximately 100% at a temperature around 200 ° C. and that hydrogen is desorbed from the film surface when the temperature is high. .

次に、高周波電源60から、インピーダンス整合器61、高周波用電流導入端子62、高周波電力供給点65を介して、電極管30に高周波電力を供給する。電極管30に供給する高周波電力は出来る限り、小さく設定する。
なお、高品質のシリコン系膜の形成には、低電力にして、プラズマの電子温度を低くするのが良い。例えば、供給電力のパワー密度は、SiHラジカルの発生を抑制するために、電極30の表面積で高周波電源60の出力を割った値で、50mW/cm以下に設定するのが良い。
Next, high frequency power is supplied from the high frequency power source 60 to the electrode tube 30 through the impedance matching unit 61, the high frequency current introduction terminal 62, and the high frequency power supply point 65. The high frequency power supplied to the electrode tube 30 is set as small as possible.
In order to form a high quality silicon film, it is preferable to lower the plasma electron temperature by reducing the power. For example, the power density of the supplied power may be set to 50 mW / cm 2 or less at a value obtained by dividing the output of the high frequency power source 60 by the surface area of the electrode 30 in order to suppress generation of SiH 2 radicals.

電極管30に高周波電力が供給されると、原料ガスが供給される時間帯Tにおいて、図3に示す原料ガスと水素ガスの混合ガスのプラズマ31が生成され、基板3の表面に混合ガスプラズマで生成されるラジカル33による膜が堆積する。そして、原料ガスを供給しない時間帯Tにおいて、水素プラズマで生成される水素ラジカル35の膜表面及び膜中反応によるダングリングボンドの終端化が行われる。
その結果、図5に示すように、堆積膜50、51、52、53とダングリングボンドの終端化を受けた界面55、56、57、58から構成されるi型a−Si膜が形成される。ここで形成されるシリコン系薄膜は、製膜過程で水素ラジカル表面反応によるダングリングボンドの終端化が行われた膜なので、欠陥密度が少ない高品質のi型a−Si膜となる。
形成された膜の欠陥密度は、一定光電流法(CPM)や電子スピン共鳴法(ESR)等により測定される。Si−H、Si−H結合及びSi−Si結合等の分析、評価は、赤外吸収スペクトル分析法、2次イオン質量分析法、及びラン分光法等により行うことができる。
When high frequency power is supplied to the electrode tube 30, in the time period T 1 in which the raw material gas is supplied, the plasma 31 of a mixed gas of raw material gas and hydrogen gas as shown in FIG. 3 is generated, mixed gas to the surface of the substrate 3 A film is deposited by radicals 33 generated by plasma. Then, in the time period T 2 is not supplied raw material gas, the termination of the dangling bonds due to the film surface and the film during the reaction of hydrogen radicals 35 generated in the hydrogen plasma is performed.
As a result, as shown in FIG. 5, an i-type a-Si film composed of deposited films 50, 51, 52, 53 and interfaces 55, 56, 57, 58 that receive dangling bonds is formed. Ru. Since the silicon-based thin film formed here is a film in which dangling bonds are terminated by a hydrogen radical surface reaction in the film forming process, it becomes a high quality i-type a-Si film with a small defect density.
The defect density of the formed film is measured by a constant photocurrent method (CPM), an electron spin resonance method (ESR) or the like. Si-H 2, Si-H bonds and Si-Si bonds analysis such, evaluation can be carried out infrared absorption spectrometry, secondary ion mass spectrometry, and by the run spectroscopy or the like.

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、高周波電源60の出力を落としてゼロにする。そして、原料ガス供給源23aの図示しないバルブ及び水素ガス供給源23cの図示しないバルブを閉にして、原料ガス及び水素ガスの供給をストップする。
なお、製膜時間は、ここでは電極管30によるプラズマ発生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, in the above-mentioned film formation, when a predetermined film formation time, for example, one minute has elapsed, the output of the high frequency power supply 60 is dropped to zero. Then, the valve (not shown) of the source gas supply source 23a and the valve (not shown) of the hydrogen gas supply source 23c are closed to stop the supply of the source gas and the hydrogen gas.
Here, the film forming time is an elapsed time from the time of generation of plasma by the electrode tube 30 here. In the case of implementing the film forming time with high accuracy, it is preferable to dispose a shutter mechanism that can be opened and closed in the vicinity of the substrate 3 and use it.
Thereafter, a substrate transfer door (not shown) between the reaction chamber 1 and the unload chamber (not shown) is opened, and the substrate 3 is moved from the substrate holding means 3a to the unload chamber (not shown) by the substrate transfer device (not shown). Then, the substrate transfer 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、上述の製膜を、予め決められた回数、例えば、基板100枚に対して繰り返し行う。
アンロード室に移動した基板は図示しない基板取り出し扉から外部に取り出される。取り出されたサイズ:150mmx150mmx厚み0.63mmの基板3には、ほぼ一様な高品質のi型a−Si膜が形成されている。
得られたi型a−Si膜の膜質は、例えば、電子スピン共鳴法で膜中の欠陥密度を測定する。その結果から、基板3に製膜されたi型a−Si膜は、1014〜1015個/cm級の高品質膜であることが評価できる。
Since the substrate 3 of the film to be formed has disappeared in the substrate holding means 3a of the reaction chamber 1, the substrate 3 is newly moved from the load chamber (not shown). As described above, the substrate transfer door between the load chamber and the reaction chamber 1 is opened with the substrate 3 prepared in advance in the load chamber (not shown), and the substrate 3 is loaded on the substrate holding means 3a by the substrate transfer device (not shown). Place. Then, the substrate transfer door (not shown) is closed.
Then, the above-described film formation is repeated a predetermined number of times, for example, on 100 substrates.
The substrate moved to the unloading chamber is taken out from the substrate taking out door (not shown) to the outside. Size taken out: A substantially uniform high quality i-type a-Si film is formed on a 150 mm × 150 mm × 0.63 mm thick substrate 3.
The film quality of the obtained i-type a-Si film is measured, for example, by the electron spin resonance method for the defect density in the film. From the results, it can be evaluated that the i-type a-Si film formed on the substrate 3 is a high quality film of 10 14 to 10 15 pieces / cm 3 grade.

本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置及びその装置を用いた方法によれば、上記説明で示されたように、原料ガスと水素ガスの混合ガスをプラズマ化して製膜を行う第1の工程と、前記第1の工程の時間帯と異なる時間帯に前記水素ラジカルにより前記薄膜の表面での水素ラジカル処理を行う第2の工程と、を時間的に交互に繰り返しながら膜を形成することが可能となる。第2工程では水素ガスのみしか存在しないので、水素ラジカルが確実に生成され、該水素ラジカルは拡散現象により基板表面に確実に到達する。その結果、水素ラジカルによる膜表面及び膜中のダングリングボンドの終端化が行われ、高品質のシリコン系薄膜を形成することが可能となる。
また、本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置及びその装置を用いた方法によれば、前記基板3の温度が水素ラジカルの吸着率が高くなる150℃〜300℃に設定されるので、前記水素ラジカルを前記シリコン系薄膜に表面に拡散移動させて吸着させる際に前記水素ラジカルの吸着率が高くなる。その結果、該膜表面及び膜中のダングリングボンドの終端化が効果的に行なわれる。
上記本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置及びその装置を用いた方法によれば、水素ラジカルを利用した高品質膜(低欠陥密度)の形成というニーズへの対応が可能という効果を奏する。
また、従来の技術で製膜される膜の欠陥密度は1015〜1016個/cm級であるが、本発明によれば従来値から1桁ないし2桁少ない1014〜1015個/cm級へ膜質改善が図れるという可能性を有する。
According to the plasma CVD apparatus and the method using the apparatus according to the first embodiment of the present invention, as shown in the above description, it is possible to form a film by plasmatizing the mixed gas of the source gas and the hydrogen gas The film is formed while alternately repeating temporally the step 1 and the second step of performing hydrogen radical treatment on the surface of the thin film with the hydrogen radical in a time zone different from the time zone of the first step. It is possible to In the second step, since only hydrogen gas is present, hydrogen radicals are reliably generated, and the hydrogen radicals reliably reach the substrate surface by the diffusion phenomenon. As a result, termination of dangling bonds in the film surface and in the film by hydrogen radicals is performed, and a high quality silicon-based thin film can be formed.
Further, according to the plasma CVD apparatus and the method using the apparatus according to the first embodiment of the present invention, the temperature of the substrate 3 is set to 150 ° C. to 300 ° C. at which the adsorption rate of hydrogen radicals becomes high. When the hydrogen radicals are diffused to the surface of the silicon-based thin film and adsorbed, the adsorption rate of the hydrogen radicals is increased. As a result, termination of dangling bonds in the film surface and in the film is effectively performed.
According to the plasma CVD apparatus and the method using the apparatus according to the first embodiment of the present invention, it is possible to meet the needs for the formation of a high quality film (low defect density) using hydrogen radicals. Play.
Further, the defect density of the film formed by the conventional technique is 10 15 to 10 16 pieces / cm 3 , but according to the present invention, 10 14 to 10 15 pieces / one digit or two digits smaller than the conventional value. There is a possibility that the film quality can be improved to the cm 3 grade.

(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係わるプラズマCVD装置及びその装置を用いた製膜方法について説明する。
先ず、本発明の第2の実施形態に係わるプラズマCVD装置の構成について、図6を参照して説明する。
なお、図6において、本発明の第1の実施形態に係わるプラズマCVD装置と同様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。各図面間においても、縮尺が、実際と異なる場合がある。
図6は、本発明の第2の実施形態に係わるプラズマCVD装置を説明するための模式的な断面図である。
Second Embodiment
A plasma CVD apparatus and a film forming method using the apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described.
First, the configuration of a plasma CVD apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In FIG. 6, the same members as those of the plasma CVD apparatus according to the first embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals, and the redundant description will be omitted. In the drawings shown below, the scale of each member may differ from the actual one for convenience of explanation. Even between the drawings, the scale may be different from the actual one.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining a plasma CVD apparatus according to a second embodiment of the present invention.

符号30aは平板型電極である。平板型電極30aは、後述のガス噴出孔36aを備え、後述の絶縁材66を介して反応容器1に固定されている。平板型電極30aは、高周波電源60から、インピーダンス整合器61、高周波用電流導入端子62、真空用ケーブル63及び高周波電力供給点65を介して高周波電力が供給され、ガス噴出孔36aから噴出する原料ガス及び水素ガスをプラズマ化する。
符号66は絶縁材である。絶縁材66は、平板型電極30aを反応容器1から電気的に絶縁する。なお、絶縁材66には不純物の発生が無い高純度のセラミック材が用いられる。
符号36aはガス噴出孔である。ガス噴出孔36aは、電極30aに配設され、原料ガス供給源23aより供給される原料ガスのシラン(S)ガス及び水素ガス供給源23cより供給される水素ガスを噴出する。ガス噴出孔36a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。
符号26aはガス混合箱である。ガス混合箱26aは、ガス混合管26から供給される原料ガス及び水素ガスをガス噴出孔36aに供給する。
符号2a、2bは、排気孔である。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。
Reference numeral 30a is a flat plate type electrode. The flat type electrode 30 a includes gas injection holes 36 a described later, and is fixed to the reaction vessel 1 via an insulating material 66 described later. The flat plate electrode 30a is supplied with high frequency power from the high frequency power supply 60 through the impedance matching device 61, the high frequency current introduction terminal 62, the vacuum cable 63 and the high frequency power supply point 65, and is a raw material ejected from the gas ejection holes 36a. Plasma the gas and hydrogen gas.
The code | symbol 66 is an insulating material. The insulating material 66 electrically insulates the flat plate type electrode 30 a from the reaction vessel 1. As the insulating material 66, a high purity ceramic material free from the generation of impurities is used.
Reference numeral 36a is a gas injection hole. Gas injection holes 36a is disposed in the electrode 30a, the silane source gas supplied from the material gas supply source 23a (S i H 4) for jetting the hydrogen gas supplied from the gas and a hydrogen gas supply source 23c. The gas injection holes 36a have a diameter of about 0.2 mm to 1.0 mm, and are arranged at an interval of about 2 mm to 10 mm. Here, the diameter of the holes is 0.6 mm, and the distance between the holes is 5 mm.
Reference numeral 26a is a gas mixing box. The gas mixing box 26a supplies the raw material gas and the hydrogen gas supplied from the gas mixing pipe 26 to the gas injection holes 36a.
Reference numerals 2a and 2b denote exhaust holes. The exhaust holes 2a and 2b exhaust the pressure in the reaction vessel 1 so as to maintain the pressure at a predetermined value in cooperation with a vacuum pump (not shown) and a pressure gauge (not shown).

次に、図6を参照して、本発明の第2の実施形態に係わるプラズマCVD装置を用いた製膜方法について、ヘテロ接合型太陽電池のパッシベーション膜であるi型a−S膜を例に取り、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i型a−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プラズマCVD装置がi型a−S膜の形成に限定されないことは、当然である。
Next, referring to FIG. 6, the film forming method using the plasma CVD apparatus according to the second embodiment of the present invention, the i-type a-S i film is a passivation film heterojunction solar cell example Take it and explain.
Here, take the i-type a-S i film is a passivation film heterojunction solar cell as an example will be explained the film forming method, a plasma CVD apparatus i-type according to a second embodiment of the present invention Naturally, it is not limited to the formation of the a- Si film.

太陽電池のp型a−Si膜を形成する場合は、例えば、原料ガスとして水素(H)とジボラン(B)とシラン(S)の混合ガスを選ぶのが良い。
また、太陽電池のn型a−Si膜を形成する場合は、例えば、原料ガスとして水素(H)とホスフイン(PH)とシラン(S)ガスの混合ガスを選ぶのが良い。
また、非晶質シリコンカーバイド(a−SiC)膜を形成する場合は、原料ガスとして、例えば、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)と、シラン(S)の混合ガスを選ぶのが良い。
また、非晶質シリコンゲルマニウム(a−SiGe)膜を形成する場合は、例えば、原料ガスとして水素(H)とゲルマン(GeH)とシラン(S)の混合ガスを選ぶのが良い。
また、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、原料ガスとして、例えば、水素(H)とアンモニア(NH)とモノメチルシラン(CH)の混合ガスを選ぶのが良い。
また、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜を形成する場合は、原料ガスとして、例えば、水素(H)とメタン(CH)を選ぶのが良い。
When forming a p-type a-Si film of a solar cell, for example, a mixed gas of hydrogen (H 2 ), diborane (B 2 H 6 ) and silane (S i H 4 ) may be selected as a source gas.
In the case of forming the n-type a-Si film of the solar cell, for example, hydrogen as a source gas (H 2) and phosphine (PH 3) and silane (S i H 4) better to choose the mixed gas of the gas .
When forming an amorphous silicon carbide (a-SiC) film, for example, hydrogen (H 2 ), methane (CH 4 ), ethane (C 2 H 6 ) or ethylene (C 2 ) is used as a source gas. and H 6), is better to choose a mixed gas of silane (S i H 4).
When forming an amorphous silicon germanium (a-SiGe) film, for example, it is preferable to select a mixed gas of hydrogen (H 2 ), germane (GeH 4 ) and silane (S i H 4 ) as a source gas. good.
In the case of forming a S i CN film as the sealing film of the organic EL device, as a source gas, e.g., hydrogen (H 2) and ammonia (NH 3) and monomethyl silane (CH 3 S i H 3) It is good to choose mixed gas.
When forming a diamond like carbon (DLC) film, it is preferable to select, for example, hydrogen (H 2 ) and methane (CH 3 ) as source gases.

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, a glass of size: 150 mm × 150 mm × thickness 0.63 mm.
The substrate transfer door between the load chamber and the reaction vessel 1 is opened in a load chamber (not shown) and the substrate 3 is placed on the substrate holding means 3a by a substrate transfer device (not shown). Then, the substrate transfer door (not shown) is closed.

次に、図示しない真空ポンプを稼働して、排気孔2a、2bから反応容器内を排気して、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、シラン(S)ガスのマスフローコントローラー24aによりシラン(S)ガスの流量を、10sccm〜300sccm程度、例えば、40sccmに設定する。
次に、水素ガスのマスフローコントローラー24cにより水素ガスの流量を、100sccm〜1000sccm程度、例えば、200sccmに設定する。
次に、真空装置用電磁弁10を用いた原料ガスの間欠ガス供給の条件を、真空装置用電磁弁の制御装置11のプログラムに設定する。即ち、原料ガスを供給する時間帯Tと前記原料ガスを供給しない時間帯Tを含むサイクルでのデユーテイ(Duty)比を30%〜90%の範囲とし、原料ガスを供給する時間帯Tを設定する。
原料ガスを供給する時間帯Tと水素ガスのみを供給する時間帯Tの設定は、水素ガスが反応容器1内部からほぼ排出されるのに必要な時間、即ち、水素ガスの滞留時間τより長く設定するのが良い。
Next, a vacuum pump (not shown) is operated to evacuate the reaction vessel from the exhaust holes 2a and 2b, and once the pressure inside the reaction vessel 1 reaches a vacuum level of, for example, 2.67 × 10 −4 Pa (2 × 10 6). Lower to -6 Torr).
Then, the flow rate of silane (S i H 4) silane by a mass flow controller 24a of the gas (S i H 4) gas, about 10Sccm~300sccm, for example, set to 40 sccm.
Next, the flow rate of hydrogen gas is set to about 100 sccm to about 1000 sccm, for example, 200 sccm by the hydrogen gas mass flow controller 24c.
Next, the conditions of the intermittent gas supply of the raw material gas using the vacuum device solenoid valve 10 are set in the program of the control device 11 of the vacuum device solenoid valve. That is, the Deyutei (Duty) ratio of the cycle, including the time zone T 1 and the raw material gas hours T 2 is not supplied to supply the raw material gas is in the range of 30% to 90%, the time zone T to supply the raw material gas Set 1
Setting time zone T 2 to supply only the time period T 1 and a hydrogen gas to supply the raw material gas, the time required for the hydrogen gas is substantially exhausted from the inside of the reaction vessel 1, i.e., the residence time of the hydrogen gas τ It is better to set it longer.

ここでのガス供給条件は、例えば、反応容器の容積(ガス混合箱の容積を含む)=0.3mx0.3mx0.2m、原料ガスのシランガス流量=40sccm、水素ガス流量=200sccm、圧力=40Paとする。
時間帯Tで水素ガスのみが供給される場合、水素ガスの滞留時間τは、次のように計算される。即ち、τ=40Pax0.018m/(200sccmx1.69x10−3Pa・m/s・sccm)=2.1sである。
時間帯Tで、原料ガスと水素の混合ガスの滞留時間τは、次のように計算される。即ち、τ=40Pax0.018m/(240sccmx1.69Pa・m/s・sccm)=1.8秒である。
水素の滞留時間τが2.1秒なので、ここでは、例えば、デユーテイ(Duty)比=50%とし、T=3秒及びT=3秒とする。
なお、予め、目的とする膜の特性とデユーテイ(Duty)比及びTとTをパラメータにしたデータを把握し、そのデータを基に設定するのが良い。
次に、原料ガス供給源23aの図示しないバルブを開にし、水素ガス供給源23cの図示しないバルブを開にする。なお、水素ガスの流量は一定であり、連続して供給される。
次に、間欠ガス供給手段22を稼働させる。
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、上記製膜条件である40Pa(300mTorr)に設定し、維持する。
なお、上記原料ガス及び水素ガスの調整操作は、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。また、間欠ガス供給手段10を稼働についても、コンピュータ制御方式で自動的に行っても良い。
基板3の温度は、150℃〜300℃の範囲で、例えば200℃に設定し、維持する。なお、水素ラジカルの基板面への吸着率は200℃前後の温度で、ほぼ100%になること及び高温度になると膜面から水素が脱着することを考慮して、基板3の温度を設定する。
The gas supply conditions here are, for example, the volume of the reaction vessel (including the volume of the gas mixing box) = 0.3 mx 0.3 mx 0.2 m, the silane gas flow rate of the source gas = 40 sccm, the hydrogen gas flow rate = 200 sccm, and the pressure = 40 Pa Do.
If only hydrogen gas in the time zone T 2 is supplied, the residence time τ of the hydrogen gas, is calculated as follows. That is, τ = 40Pax0.018m 3 /(200sccmx1.69x10 -3 Pa · m 3 / s · sccm) = 2.1s.
In the time zone T 1, the residence time τ of the mixed gas of raw material gas and hydrogen, is calculated as follows. That is, τ = 40 Pax 0.018 m 3 / (240 sccm × 1.69 Pa · m 3 /s·sccm)=1.8 seconds.
Since the residence time τ of hydrogen is 2.1 seconds, for example, the duty ratio is 50%, and T 1 = 3 seconds and T 2 = 3 seconds.
Incidentally, in advance, to grasp the data in which the film characteristics and Deyutei (Duty) ratio and T 1 and T 2 of interest as a parameter may be set based on the data.
Next, the valve (not shown) of the source gas supply source 23a is opened, and the valve (not shown) of the hydrogen gas supply source 23c is opened. The flow rate of hydrogen gas is constant and supplied continuously.
Next, the intermittent gas supply means 22 is operated.
Then, the internal pressure of the reaction container 1 is set and maintained at 40 Pa (300 mTorr), which is the film forming condition, using a pressure gauge (not shown) and a vacuum pump (not shown).
The adjustment operation of the raw material gas and the hydrogen gas may be automatically performed by a computer control method using a solenoid valve, a digital flow control device or the like (not shown). In addition, the intermittent gas supply means 10 may be automatically operated by a computer control method.
The temperature of the substrate 3 is set and maintained in the range of 150 ° C. to 300 ° C., for example 200 ° C. The temperature of the substrate 3 is set in consideration of the fact that the adsorption rate of hydrogen radicals to the substrate surface becomes approximately 100% at a temperature around 200 ° C. and that hydrogen is desorbed from the film surface when the temperature is high. .

次に、高周波電源60から、インピーダンス整合器61、高周波用電流導入端子62、高周波電力供給点65を介して、電極30aに高周波電力を供給する。電極30aに供給する高周波電力は出来る限り、小さく設定する。
なお、高品質のシリコン系膜の形成には、低電力にして、プラズマの電子温度を低くするのが良い。例えば、供給電力のパワー密度は、SiHラジカルの発生を抑制するために、電極30aの表面積で高周波電源60の出力を割った値で、50mW/cm以下に設定するのが良い。
Next, high frequency power is supplied from the high frequency power source 60 to the electrode 30 a through the impedance matching unit 61, the high frequency current introduction terminal 62, and the high frequency power supply point 65. The high frequency power supplied to the electrode 30a is set as small as possible.
In order to form a high quality silicon film, it is preferable to lower the plasma electron temperature by reducing the power. For example, the power density of the supplied power may be set to 50 mW / cm 2 or less, which is a value obtained by dividing the output of the high frequency power supply 60 by the surface area of the electrode 30 a to suppress generation of SiH 2 radicals.

電極30aに高周波電力が供給されると、原料ガスが供給される時間帯Tにおいて、図6に示す原料ガスと水素ガスの混合ガスのプラズマ31が生成され、原料ガスプラズマで生成されるラジカル33による膜が基板3の表面に堆積する。そして、原料ガスを供給しない時間帯Tにおいて、図6に示す水素プラズマで生成される水素ラジカル35の膜表面及び膜中反応によるダングリングボンドの終端化が行われる。
その結果、図5に示すように、堆積膜50、51、52、53とダングリングボンドの終端化を受けた界面55、56、57、58から構成されるi型a−Si膜が形成される。ここで形成されるシリコン系薄膜は、製膜過程で水素ラジカル表面反応によるダングリングボンドの終端化が行われた膜なので、欠陥密度が少ない高品質のa−Si膜となる。
形成された膜の欠陥密度は、一定光電流法(CPM)や電子スピン共鳴法(ESR)等により測定される。Si−H、Si−H結合及びSi−Si結合等の分析、評価は、赤外吸収スペクトル分析法、2次イオン質量分析法、及びラン分光法等により行うことができる。
When high frequency power is supplied to the electrodes 30a, radicals in the time period T 1 in which the raw material gas is supplied, the generated plasma 31 of a mixed gas of raw material gas and hydrogen gas as shown in FIG. 6, which is generated by the raw material gas plasma A film 33 is deposited on the surface of the substrate 3. Then, in the time period T 2 is not supplied raw material gas, the termination of the dangling bonds due to the film surface and the film during the reaction of hydrogen radicals 35 generated by hydrogen plasma as shown in FIG. 6 is performed.
As a result, as shown in FIG. 5, an i-type a-Si film composed of deposited films 50, 51, 52, 53 and interfaces 55, 56, 57, 58 that receive dangling bonds is formed. Ru. Since the silicon-based thin film formed here is a film in which dangling bonds are terminated by a hydrogen radical surface reaction in the film forming process, it becomes a high quality a-Si film with a small defect density.
The defect density of the formed film is measured by a constant photocurrent method (CPM), an electron spin resonance method (ESR) or the like. Si-H 2, Si-H bonds and Si-Si bonds analysis such, evaluation can be carried out infrared absorption spectrometry, secondary ion mass spectrometry, and by the run spectroscopy or the like.

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、高周波電源60の出力を落としてゼロにする。そして、原料ガス供給源23aの図示しないバルブ及び水素ガス供給源23cの図示しないバルブを閉にして、原料ガス及び水素ガスの供給をストップする。
なお、製膜時間は、ここでは電極30aによるプラズマ発生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, in the above-mentioned film formation, when a predetermined film formation time, for example, one minute has elapsed, the output of the high frequency power supply 60 is dropped to zero. Then, the valve (not shown) of the source gas supply source 23a and the valve (not shown) of the hydrogen gas supply source 23c are closed to stop the supply of the source gas and the hydrogen gas.
Here, the film forming time is an elapsed time from the time of generation of plasma by the electrode 30a. In the case of implementing the film forming time with high accuracy, it is preferable to dispose a shutter mechanism that can be opened and closed in the vicinity of the substrate 3 and use it.
Thereafter, a substrate transfer door (not shown) between the reaction chamber 1 and the unload chamber (not shown) is opened, and the substrate 3 is moved from the substrate holding means 3a to the unload chamber (not shown) by the substrate transfer device (not shown). Then, the substrate transfer 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、上述の製膜を、予め決められた回数、例えば、基板100枚に対して繰り返し行う。
アンロード室に移動した基板は図示しない基板取り出し扉から外部に取り出される。取り出されたサイズ:150mmx150mmx厚み0.63mmの基板3には、ほぼ一様な高品質のi型a−Si膜が形成されている。
得られたi型a−Si膜の膜質は、例えば、電子スピン共鳴法で膜中の欠陥密度を測定する。その結果から、基板3に製膜されたi型a−Si膜は、1014〜1015個/cm級の高品質膜であることが評価できる。
Since the substrate 3 of the film to be formed has disappeared in the substrate holding means 3a of the reaction chamber 1, the substrate 3 is newly moved from the load chamber (not shown). As described above, the substrate transfer door between the load chamber and the reaction chamber 1 is opened with the substrate 3 prepared in advance in the load chamber (not shown), and the substrate 3 is loaded on the substrate holding means 3a by the substrate transfer device (not shown). Place. Then, the substrate transfer door (not shown) is closed.
Then, the above-described film formation is repeated a predetermined number of times, for example, on 100 substrates.
The substrate moved to the unloading chamber is taken out from the substrate taking out door (not shown) to the outside. Size taken out: A substantially uniform high quality i-type a-Si film is formed on a 150 mm × 150 mm × 0.63 mm thick substrate 3.
The film quality of the obtained i-type a-Si film is measured, for example, by the electron spin resonance method for the defect density in the film. From the results, it can be evaluated that the i-type a-Si film formed on the substrate 3 is a high quality film of 10 14 to 10 15 pieces / cm 3 grade.

本発明の第2の実施形態に係わるプラズマCVD装置及びその装置を用いた製膜方法は、上記説明で示されたように、原料ガスと水素ガスの混合ガスをプラズマ化して製膜を行う第1の工程と、前記第1の工程の時間帯と異なる時間帯に前記水素ラジカルにより前記薄膜の表面での水素ラジカル処理を行う第2の工程と、を時間的に交互に繰り返しながら膜を形成することが可能となる。第2工程では水素ガスのプラズマのみしか存在しないので、水素ラジカルが確実に生成され、該水素ラジカルは拡散現象により基板表面に確実に到達する。その結果、水素ラジカルによる膜表面及び膜中のダングリングボンドの終端化が行われ、高品質の薄膜を形成することが可能となる。
また、本発明の第2の実施形態に係わるプラズマCVD装置及びその装置を用いた方法によれば、前記基板3の温度が水素ラジカルの吸着率が高くなる150℃〜300℃に設定されるので、前記水素ラジカルを前記薄膜の表面に拡散移動させて吸着させる際に前記水素ラジカルの吸着率が高くなる。その結果、該膜表面及び膜中のダングリングボンドの終端化が効果的に行なわれる。
本発明の第2の実施形態に係わるプラズマCVD装置は、水素ラジカルを利用した高品質膜(低欠陥密度)の形成というニーズへの対応が可能という効果を奏する。
また、従来の技術で製膜される膜の欠陥密度は1015〜1016個/cm級であるが、本発明の第2の実施形態に係わるプラズマCVD装置によれば従来値から1桁ないし2桁少ない1014〜1015個/cm級へ膜質改善が図れるという可能性を有する。
The plasma CVD apparatus and the film forming method using the apparatus according to the second embodiment of the present invention are film forming by plasmatizing a mixed gas of a source gas and a hydrogen gas as described in the above description. The film is formed while alternately repeating temporally the step 1 and the second step of performing hydrogen radical treatment on the surface of the thin film with the hydrogen radical in a time zone different from the time zone of the first step. It is possible to In the second step, since only hydrogen gas plasma is present, hydrogen radicals are reliably generated, and the hydrogen radicals reliably reach the substrate surface by the diffusion phenomenon. As a result, termination of dangling bonds in the film surface and in the film by hydrogen radicals is performed, and a high quality thin film can be formed.
Further, according to the plasma CVD apparatus and the method using the apparatus according to the second embodiment of the present invention, the temperature of the substrate 3 is set to 150 ° C. to 300 ° C. at which the adsorption rate of hydrogen radicals becomes high. When the hydrogen radicals are diffused and adsorbed onto the surface of the thin film, the adsorption rate of the hydrogen radicals is increased. As a result, termination of dangling bonds in the film surface and in the film is effectively performed.
The plasma CVD apparatus according to the second embodiment of the present invention has the effect of being able to meet the needs for the formation of a high quality film (low defect density) using hydrogen radicals.
Further, the defect density of the film formed by the conventional technique is 10 15 to 10 16 pieces / cm 3 grade, but according to the plasma CVD apparatus according to the second embodiment of the present invention, the conventional value is one digit There is a possibility that the film quality can be improved to 2 orders of 10 14 to 10 15 pieces / cm 3 .

1・・・反応容器、
2、2a、2b・・・排気孔、
5・・・排気管、
3・・・基板、
3a・・・基板保持手段、
10・・・真空装置用電磁弁、
11・・・真空装置用電磁弁の制御装置、
23a・・・原料ガス供給源、
24a・・・原料ガス用マスフローコントローラー、
23c・・・水素ガス供給源、
24c・・・水素ガス用マスフローコントローラー、
25a、25b・・・第1及び第2の原料ガス供給管、
25c・・・水素ガス供給管、
26・・・ガス混合管、
27・・・真空装置用原料ガス供給管の継ぎ手、
29・・・ガス合流部、
30、30a・・・電極、
31・・・混合ガスのプラズマ、
32・・・水素ガスプラズマ、
33・・・製膜の前駆体である各種のラジカル、
35・・・水素ラジカル、
36、36a・・・ガス噴出孔、
60・・・高周波電源、
61・・・インピーダンス整合器、
65・・・高周波電力供給点。
1 ... reaction vessel,
2, 2a, 2b ... exhaust hole,
5 ・ ・ Exhaust pipe,
3 ... substrate,
3a ... substrate holding means,
10 ... Solenoid valve for vacuum device,
11 ・ ・ ・ Control device for solenoid valve for vacuum device,
23a ... source gas supply source,
24a ... mass flow controller for raw material gas,
23c ... hydrogen gas supply source,
24c ... mass flow controller for hydrogen gas,
25a, 25b: first and second source gas supply pipes,
25c ... hydrogen gas supply pipe,
26 ・ ・ ・ Gas mixing tube,
27 ··· Joint of source gas supply pipe for vacuum device,
29 · · · Gas junction,
30, 30a ... electrode,
31 ... Plasma of mixed gas,
32 ・ ・ ・ Hydrogen gas plasma,
33 ・ ・ ・ Various radicals which are precursors of film formation
35 ・ ・ ・ hydrogen radical,
36, 36a · · · · gas injection holes,
60 ... high frequency power supply,
61: Impedance matching device,
65: High frequency power supply point.

Claims (6)

排気手段を備えた反応容器内に、基板保持手段と電極を対向させて配置し、前記反応容器内にSi(シリコン)含有ガス、N(窒素)含有ガス、C(炭素)含有ガス、B(ボロン)含有ガス及びP(リン)含有ガスから選ばれる少なくとも一つから成る原料ガスと希釈ガスである水素ガスを導入するとともに、前記電極に高周波電力を供給することにより前記原料ガス及び水素ガスをプラズマ化し、前記基板保持手段に載置した基板の表面に薄膜を形成するプラズマCVD装置において、
前記水素ガスの供給源と前記原料ガスの供給源を分離して配置し、前記電極にガス噴出孔を配設するともに、
前記原料ガスの供給源と、前記原料ガスを前記ガス噴出孔に間欠的に供給する間欠ガス供給手段と、前記ガス噴出孔と、をこの順に配管接続し、
前記水素ガスの供給源と、前記水素ガスを前記ガス噴出孔に連続して供給する水素ガス供給手段と、前記ガス噴出孔と、をこの順に配管接続し、
前記間欠ガス供給手段から供給される原料ガスと前記水素ガス供給手段から供給される水素ガスの混合ガスをプラズマ化して前記基板保持手段に載置した基板の表面に薄膜を形成する第1の工程と、前記第1の工程の時間帯と異なる時間帯に前記水素ガスをプラズマ化して生成される水素ラジカルによる前記薄膜の水素ラジカル処理を行う第2の工程と、を時間的に交互に繰り返して製膜するように構成したことを特徴とするプラズマCVD装置。
The substrate holding means and the electrode are disposed opposite to each other in a reaction vessel equipped with an evacuation means, and an Si (silicon) containing gas, an N (nitrogen) containing gas, a C (carbon) containing gas, The source gas and the hydrogen gas are introduced by introducing a source gas comprising at least one selected from a boron-containing gas and a P (phosphorus) -containing gas and a hydrogen gas which is a dilution gas, and supplying high frequency power to the electrodes. In a plasma CVD apparatus for converting into plasma and forming a thin film on the surface of a substrate placed on the substrate holding means,
The hydrogen gas supply source and the source gas supply source are separated and disposed, and gas injection holes are provided in the electrode;
Piping-connecting the source gas source, an intermittent gas supply means for intermittently supplying the source gas to the gas injection holes, and the gas injection holes in this order;
Piping-connecting the hydrogen gas supply source, the hydrogen gas supply means for continuously supplying the hydrogen gas to the gas injection holes, and the gas injection holes in this order;
A first process of forming a thin film on the surface of a substrate mounted on the substrate holding means by plasmatizing a mixed gas of a source gas supplied from the intermittent gas supply means and a hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply means And a second step of performing hydrogen radical treatment of the thin film with hydrogen radicals generated by plasmatizing the hydrogen gas in a time zone different from the time zone of the first step, alternately in time A plasma CVD apparatus configured to form a film.
前記間欠ガス供給手段は、マスフローコントローラーと、真空用電磁弁と、を備えていることを特徴とする請求項1に記載のプラズマCVD装置。 The plasma CVD apparatus according to claim 1, wherein the intermittent gas supply means includes a mass flow controller and a vacuum solenoid valve. 前記真空用電磁弁は、前記原料ガスが前記ガス噴出孔に供給される時間帯Tと前記原料ガスが前記ガス噴出孔に供給されない時間帯Tを含むサイクルでのデユーテイ(Duty)比、即ち、前記原料ガスが供給される時間帯T/(前記原料ガスが供給される時間帯T+前記原料ガスが供給されない時間帯T)を30%〜90%の範囲で任意に設定できる制御装置を備えていることを特徴とする請求項2に記載のプラズマCVD装置。 The solenoid valve for a vacuum, the raw material gas is in the cycle of the raw material gas hours T 1 and supplied to the gas ejection hole comprises said gas ejection holes hours T 2 is not supplied to the Deyutei (Duty) ratio, That is, time period T 1 / (time period T 1 in which the source gas is supplied + time period T 2 in which the source gas is not supplied) in which the source gas is supplied is arbitrarily set in a range of 30% to 90%. The plasma CVD apparatus according to claim 2, further comprising a control device capable of performing the control. 前記電極は、中空の金属管で構成されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のプラズマCVD装置。 The plasma CVD apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrode is formed of a hollow metal tube. 前記電極は、平板型であることを特徴とする特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のプラズマCVD装置。 The said electrode is flat type, The plasma CVD apparatus of any one of the Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 前記基板保持手段は、前記基板の温度を150℃〜300℃に設定す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項に記載のプラズマCVD装置。 The plasma CVD apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the substrate holding means sets the temperature of the substrate to 150 ° C to 300 ° C.
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