JP2022090110A - プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマＣＶＤにより高品質の微結晶シリコン膜を高速で形成するには、高水素希釈のシランガスを用い、イオン衝撃を抑制したＶＨＦプラズマＣＶＤ装置又はホローカソード効果を活用したプラズマＣＶＤ装置が用いられる。しかしながら、略１．４ｍｘ１．１ｍ以上の大面積基板では膜厚みが不均一又は電極製作加工費用が増大するという問題がある。この問題を解決可能なプラズマＣＶＤ装置を提供すること。【解決手段】排気孔とシランガス噴出孔と貫通孔を備えた第１電極と、水素ガス噴出孔を備えた第２電極と、を基板保持台の主面からこの順に所定の間隔を置いて配置し、該第１電極と該第２電極の間に高周波電圧を印加して水素プラズマを生成し、該貫通孔を用いて該水素プラズマを該第２電極側から該基板保持台の方へ流入させ、該水素プラズマとシランガスを混合して基板上に微結晶シリコン膜を形成する、という構成を有することを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、プラズマを利用して基板の表面に非晶質シリコン膜又は微結晶シリコン膜を形成するプラズマＣＶＤ装置に関する。

従来、プラズマを利用して基板の表面に非晶質シリコン膜又は微結晶シリコン薄膜を形成するために、基板を保持することが可能な電気的に接地された第１電極と、その第１電極と対向するように配置された非接地の第２電極とを備えた平行平板型のプラズマＣＶＤ装置が主として用いられている。
プラズマＣＶＤ装置の微結晶シリコン膜形成への応用では、高品質微結晶シリコン膜形成条件として、基板にイオン衝撃を与えないこと、多量のＨ原子を発生すること及び多量のＳｉＨ_３ラジカルを発生することが重要であることから、プラズマ生成の条件として、（１）プラズマ電位が低いこと、（２）水素の希釈率が高いこと（例えば、シランガスと水素ガスの流量比［ＳｉＨ₄］／（［Ｈ₂］＝１／５０～１／１００）、（３）プラズマ密度が高いこと等を満たす必要がある。
上記（１）～（３）を実現するために、一般に、低プラズマ電位で高密度のプラズマが生成されるＶＨＦプラズマＣＶＤ装置及び高密度プラズマが生成されるホローカソード放電電極を用いたプラズマＣＶＤ装置が用いられる。
しかしながら、ＶＨＦプラズマＣＶＤ装置の応用では、基板面積が１．１ｍｘ１．４ｍ程度より大きい基板を対象とする場合、膜厚みの不均一化が増大し、応用製品の性能が低下するので実用に供せられない、ということが知られている。また、ホローカソード放電電極を用いたプラズマＣＶＤ装置の場合、電極に膨大の数の穴あるいは凹部を形成する加工が煩雑で多大の労力を要し、製造コスト的に問題があることが知られている。

微結晶シリコン薄膜の高速製膜のためのプラズマＣＶＤ装置に関する技術としては、例えば、特許文献１～特許文献７に記載のものがある。
特許文献１には次のことが記載されている。即ち、 成膜室内に基板ステージとプラズマ電極とが対向して配設され、前記プラズマ電極にシランガスと水素ガスとを供給するとともに高周波電圧を印加してプラズマを生成し、前記基板ステージに保持された基板上に微結晶シリコン薄膜を形成する薄膜形成装置において、前記成膜室の外部から前記プラズマ電極に供給される前記シランガスを前記基板上に吹出させるシランガス供給手段と、前記成膜室の外部から前記プラズマ電極に供給される前記水素ガスを水素プラズマにして、前記シランガス供給手段から吹出される前記シランガスに接触させるように前記基板上に吹出させて、前記シランガスをプラズマ化させる水素ガス供給手段と、を備え、 前記シランガス供給手段は、接地電位にされ、外部から供給される前記シランガスを貯留するシランガス貯留室と、前記シランガス貯留室の前記基板ステージ側に設けられ、前記シランガスを前記基板ステージ側に吹出させる複数の筒状のシランガス吹き出し口と、を有し、前記水素ガス供給手段は、前記シランガス吹き出し口の形成位置に対応して開口が設けられた導電性の平板状部材からなり、前記シランガス供給手段と接触しないように前記シランガス吹き出し口に外挿され、高周波電圧が印加される電極板と、外部から供給される前記水素ガスを前記シランガス貯留室の側面を通って、前記電極板と前記シランガス貯留室との間の空間まで運ぶ水素ガス流通経路と、を有することを特徴とする薄膜形成装置。
特許文献２には次のことが記載されている。即ち、真空排気される真空容器と、この真空容器内に収納されていて、内部にガスが導入されかつ下面にそのガスを噴出させる多数のガス噴出孔を有する高周波電極と、前記真空容器内に高周波電極に対向するように収納されていて、基板を載せるホルダを兼ねるホルダ兼電極とを備えるプラズマＣＶＤ装置において、内部にガスが導入されるものであって、上下に貫通している多数の貫通孔と前記ホルダ兼電極側の面に当該ガスを噴出させる多数のガス噴出孔とを有する中間電極を、前記高周波電極とホルダ兼電極との間に、両電極間の空間を仕切るように設け、この中間電極と高周波電極との間に高周波電力を供給するようにし、しかも前記真空容器内を真空排気するための排気口を前記ホルダ兼電極の裏側に位置するように設け、かつ前記高周波電極内に、膜を形成する原料となる原料ガスを除く全てのガスを導入してそれを当該電極のガス噴出孔から噴出させ、かつ前記中間電極内に、原料ガスまたはそれと希釈ガスとの混合ガスを導入してそれを当該電極のガス噴出孔から噴出させるようにしたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
特許文献３には次のことが記載されている。即ち、 プラズマ処理室内に設置され、基板を保持することが可能な第１電極と、前記プラズマ処理室内に前記第１電極と対向するように設置され、前記複数の第１ノズルの各々の内側に配置された第２ノズルとを含む
第２電極とを備え、 前記第１ノズルがガスの排出、前記第２ノズルがガスの供給が行う場合、前記第１ノズルは、排出ガス流路となる第１ガス流路の主要部に、前記第２ノズルは、供給ガス流路となる第２ガス流路の主要部に、それぞれ接続され、前記第１ノズルがガスの供給、前記第２ノズルがガスの排出が行う場合、前記第１ノズルは、供給ガス流路となる第２ガス流路の主要部に、前記第２ノズルは、排出ガス流路となる第１ガス流路の主要部に、それぞれ接続されており、 前記第１ガス流路の主要部および前記第２ガス流路の主要部の少なくとも一方の断面積は、対応する前記第１ノズルおよび前記第２ノズルの少なくとも一方の断面積よりも大きく、前記第２電極は、前記複数の第１ノズルを有する第１プレートと、前記第１プレートの一方の表面側に配置され、前記複数の第２ノズルを有する第２プレートと、前記第２プレートの前記第１プレートとは反対の表面側に配置された第３プレートとを含み、前記第１ガス流路の主要部は、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に設けられているとともに、前記第２ガス流路の主要部は、前記第２プレートと前記第３プレートとの間に設けられており、前記第１ガス流路に配置され、複数の開口部を有する第１の中間プレートと、前記第２ガス流路に配置され、複数の開口部を有する第２の中間プレートとをさらに含み、前記中間プレートの開口部は、前記第１ノズルおよび前記第２ノズルの少なくとも一方の複数個毎に１つずつ配置されており、前記第１ガス流路の主要部の断面積は、前記第１中間プレートの開口部の断面積よりも大きい、プラズマ処理装置。
特許文献４には次のことが記載されている。即ち、 複数の溝を備え、高周波電圧が印加される第一電極と、前記第一電極に対向するように配置された、基板を保持するための第二電極とを具備し、 前記複数の溝は、前記第一電極を貫通する複数の貫通溝と、前記第一電極を貫通せず前記基板に対向する複数の非貫通溝とを含み、 前記第一電極は、ガスを前記複数の非貫通溝に供給するガス供給機構を備え、前記複数の貫通溝の各々の幅は、前記基板と前記第一電極の間の距離以下であるプラズマＣＶＤ装置。

特許文献５には次のことが記載されている。即ち、 プラズマＣＶＤ反応室と、前記反応室内において成膜用基板を支持するための基板支持電極と、前記基板に対面すべき対向電極とを備え、前記対向電極は中空であって、前記基板に向けて反応ガスを吹出すために、複数のガス吹出孔および複数の差圧調整孔を有するガス吹出面板を含み、前記差圧調整孔は前記ガス吹出孔の入口側の孔径よりも大きな径を有し、前記ガス吹出孔の長さが前記ガス吹出面板の厚さより小さく、そのガス吹出孔の入口側が前記差圧調整孔に接続されており、前記ガス吹出面板が前記基板と対向する面において、プラズマの発生を促進するためのプラズマ促進溝が形成されていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
特許文献６には次のことが記載されている。即ち、反応容器、該容器内に反応ガスを導入する手段、ガスを排出する手段、該容器内に収容されたカソード及びアノードから成る放電用電極並びに該電極に電力を供給する電源を有し、該反応容器内に設置された基板表面に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、該反応ガスを該基板面内に均一に導入するシャワーヘッド型導入口と該カソード電極を一体型とし、該カソード電極表面に複数の筒状凹部を設け、該複数の凹部は、該筒の径より幅の狭い溝により相互に連結されており、該凹部の底部には、該凹部の底部の面積よりも小さな穴を穿ち、該穴を反応ガス導入口としたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
特許文献７には次のことが記載されている。即ち、 反応容器と、前記反応容器内に収容された放電用の第１電極と前記第１電極に対向して置かれた第２電極を含む電極体と、前記第１電極の前記第２電極に対向する側に掘り込まれた凹部で画定されるプラズマ生成領域と、前記第１電極の前記凹部内に設けられた、分解して膜堆積種を生成する第１のガスを導入する第１のガス導入部と、前記反応容器内の前記プラズマ生成領域と異なる箇所であって、前記第１のガス導入部よりも第２電極側に設けられた、前記第１のガスが前記プラズマ生成領域中で分解して生成する分解種の少なくとも一部と気相反応する第２のガスを導入する第２のガス導入部とを設け、前記反応容器中に入れた部材を処理するプラズマプロセス装置。

しかしながら、面積が約１ｍｘ１ｍ以上の基板を対象にした、高品質微結晶シリコン薄膜を、高速で製膜可能なプラズマＣＶＤ装置は、依然として、開発されていない。
したがって、微結晶シリコン系薄膜を応用するシリコン薄膜太陽電池、液晶デイスプレイ及び各種半導体デバイ等の分野において、大面積基板を対象にした微結晶シリコン系薄膜を高品質で高速で製膜可能な、新規のプラズマＣＶＤ装置の創出が望まれている。

特許４９０６８２２ 特許３５４６２００ 特許４６６０２２６ 特許４１１９８２０ 特許４５７８６９３ 特許３８３７５３９ 特許５８９２５８１

プラズマＣＶＤ装置を用いて微結晶シリコン膜を形成するに際し、ＳｉＨ_３ラジカルとＨラジカルの濃度を高くすること及び基板へのイオンダメージを抑制することが重要であることは知られている。それ故、イオン衝撃が少なく、かつ、高プラズマ密度のプラズマ生成するＶＨＦを用いたプラズマＣＶＤ装置及びホローカソード効果を有する多数の凹みが形成された電極を用いたプラズマＣＶＤ装置が注目されている。しかしながら、前記ＶＨＦを用いたプラズマＣＶＤ装置は、定在波発生によりプラズマの強さの空間的分布が非一様になり、膜厚みが不均一になるという問題がある。また、前記多数の凹みを備えた電極を用いたプラズマＣＶＤ装置は、放電電極に形成される多数の穴又は凹部の製作加工が煩雑で、多大の労力が掛かり、製造コストの面で問題がある。
従来技術の問題解決のためには、大面積の基板に対し、イオン衝撃を与えず、多量のＨ原子及び多量のＳｉＨ_３ラジカルを均一に発生可能で、かつ、大面積基板の中央部も周辺部もガス排出機能に偏りがない排気手段を備えた新規のプラズマＣＶＤ装置の創出が必要である。
上記のような問題を鑑みて、本発明は、大面積基板への応用が可能で、かつ、高品質の微結晶シリコン膜を高速で均一に形成可能なプラズマＣＶＤ装置を創出することを課題とし、それを実現可能な装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、 排気系を備えた反応容器と、前記反応容器にシランガスと水素ガスを空間的に分離して導入する原料ガス導入手段と、基板を保持する主面を有する基板保持台と、前記水素ガスをプラズマ化する電気的に非接地の第１電極と電気的に接地の第２電極から成る水素プラズマ生成電極と、前記第１電極と前記第２電極との間及び前記第１電極と前記基板保持台との間に高周波電圧を印加する高周波電源と、を具備し、
前記シランガスと、前記プラズマ生成電極でプラズマ化された水素ガスと、を前記基板保持台の主面に保持された基板に向けて噴出することにより微結晶シリコン膜を形成するプラズマＣＶＤ装置であって、
前記第１電極及び前記第２電極は、前記基板保持台からこの順に所定の間隔を置いで配置され、前記第２電極は、前記第２電極の前記第１電極と対向する部分に前記水素ガスを噴出する複数の水素ガス噴出孔を備え、
前記第１電極は、前記プラズマ化された水素ガスを前記第２電極側から前記基板保持台側へ流入させる複数の水素ガス流入通路を有し、かつ、前記第１電極の前記基板保持台の主面と対向する部分に前記シランガスを噴出する複数のシランガス噴出孔を備えた複数のシランガス流入通路を有し、かつ、前記第１電極の前記基板保持台の主面と対向する他の部分に複数のガス排出孔を備えた複数のガス排出通路を有する、ことを特徴とする。
第２の発明は、第１の発明において、前記第１電極は、前記基板保持台の主面に平行な一平面内に、前記反応容器に絶縁材で固定された前記シランガス噴出孔を備えた中空の金属管で形成されるシランガス流入通路と、前記反応容器に絶縁材で固定された前記ガス排出孔を備えた中空の金属管で形成されるガス排出通路が所定の間隔を有する隙間を設けて並置され、前記隙間が前記水素ガス流入通路として用いられるとともに、前記シランガス流入通路と前記ガス排出通路は電気的に導通である、という構成を有する。
第３の発明は、第１の発明において、前記第１電極は、前記反応容器に絶縁材で固定されて中央部に開口が設けられた金属板を土台とし、前記土台の前記開口部分に、前記シランガス噴出孔を備える断面形状が矩形の金属管で形成されるシランガス流入通路と、前記ガス排出孔を備える断面形状がＬ字形の金属管で形成されるガス排出通路と、を一対とした複数対の金属管をそれぞれ嵌め込むように合体させて前記基板保持台の主面に平行な一平面内に所定の距離を置いて並置し、隣り合う前記複数対の金属管の間に形成される隙間を前記水素ガス流入路として用いるとともに、前記シランガス流入通路と前記ガス排出通路は電気的に導通である、という構成を有することを特徴とする。
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、前記水素ガス流入通路の隙間間隔は、前記第１電極と前記第２電極の間に生成される水素プラズマのシース厚みの略２～１０倍に設定されることを特徴とする。
第５の発明は、第１の発明から第４の発明のいずれか一つの発明において、前記第１電極と前記第２電極の間隔は、前記第１電極と前記基板保持台の間隔に比べて狭いことを特徴とする。
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、前記シランガス噴出孔及び前記水素ガス噴出孔の直径は、略０．４ｍｍ～１ｍｍであることを特徴とする。
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、前記ガス排出孔の断面形状は、円形あるいはスリット形であることを特徴とする。
第８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において、前記高周波電源の出力の周波数は、１３．５６ＭＨｚ又は３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚのＶＨＦ帯域から選ばれることを特徴とする。

本発明は、上記課題を解決可能という効果を奏する。即ち、本発明によるプラズマＣＶＤ装置は、基板保持台に載置された基板に向けてプラズマ化された水素ガスとプラズマ化されていないシランガスを空間的に均一に流入させて接触混合させ、かつ、基板近傍のガスを空間的に均一に排気することが可能となり、その結果、微結晶シリコン膜を形成できることから、高速で、高品質の製膜が可能という効果を奏する。即ち、従来装置では困難である大面積基板を対象とし、高品質の微結晶シリコン膜を高速で均一に形成可能なプラズマＣＶＤ装置を提供することが可能である。
本発明によるプラズマＣＶＤ装置は、微結晶シリコン系薄膜を応用するシリコン薄膜太陽電池、液晶デイスプレイ及び各種半導体デバイ等の分野において、大面積基板を対象に微結晶シリコン膜を高品質で高速製膜可能なプラズマＣＶＤ装置として応用可能であり、製品製造コストの低減及び性能向上への貢献度は著しく大きい、と言える。

本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式的斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式的断面図である。 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第１電極を基板側から見た模式的平面図である。 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排出手段の構成を示す模式的斜視図である。 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シランガス導入手段の構成を示す模式的斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置におけるガス排出の状況を示す排出流の説明図である。 本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置における水素プラズマの生成及び水素プラズマ流の説明図である。 本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置におけるシランガスの噴出状況を示すシランガス噴出流の説明図である。 本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置に基板近傍おける水素プラズマ流とシランガス噴出流の混合及びプラズマ化学反応の状況を示す模式的説明図である。 本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成の第１電極の構成を示す基板保持台側から見た模式的斜視図である。

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。

（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成について、図１～図９を参照して、説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式的斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式的断面図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成部材である第１電極を基板側から見た模式的平面図である。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ガス排出手段の構成を示す模式的斜視図である。図５は、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成部材であるシランガス噴出手段の構成を示す模式的斜視図である。図６は、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置におけるガス排出の状況を示す排出流の説明図である。図７は、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置における水素プラズマの生成及び水素プラズマ流の説明図である。図８は、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置におけるシランガスの噴出状況を示すシランガス噴出流の説明図である。図９は、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の基板近傍おける水素プラズマ流とシランガス噴出流の混合及びプラズマ化学反応の状況を示す模式的説明図である。

本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置５００は、図１、図２及び図３に示されるように、排気系を備えた反応容器５０と、反応容器５０にシランガスと水素ガスを空間的に分離して導入する後述の原料ガス導入手段と、基板６１を保持する主面６０ａを有する基板保持台６０と、前記水素ガスをプラズマ化する電気的に非接地の第１電極１００（図３参照）と電気的に接地の第２電極１０から成る水素プラズマ生成電極と、該第１電極１００と該第２電極１０との間及び該第１電極１００と前記基板保持台６０との間に高周波電圧を印加する高周波電源７０と、を備えている。
高周波電源７０は、図１に示されるように、大気用同軸ケーブル７２ａ、整合器７１、大気用同軸ケーブル７２ｂ、真空装置用電流導入端子７３、真空用導電線７５及び給電点７０ａを介して第１電極１００に印加される。給電点７６は、前記真空用導電線７５と第１電極１００を電気的に接続する地点である。給電点７０ａの位置は、図１図示と異なる地点を選ぶことができる。また、給電点７０ａは、複数の地点に設けても良い。
なお、前記原料ガス導入手段は、図５に示されるシランガス導入手段３００と、図１及び図２に示される水素ガス導入管１０ｂを備えている。

反応容器５０の内部には、図４に示されるガス排出手段２００と、図５に示されるシランガス導入手段３００と、図１及び図２に示される水素ガス流入通路６と、を備える第１電極１００と、図１及び図２に示される水素ガス噴出孔１０ａを備える第２電極１０が、基板保持台６０からこの順序で該基板保持台６０の主面６０ａに所定の間隔を置いで配置される。即ち、第１電極１００は、基板保持台６０の主面６０ａと第２電極１０の間に所定の距離を隔てて配置される。
ここでは、反応容器５０は、内部を高真空状態に保てることが可能であり、不純物を発生しない真空容器であり、図示しない真空ポンプに接続された排気口５１ａ、５１ｂ、５１ｃを備えている。なお、排気口５１ａ、５１ｂ、５１ｃは、それぞれ真空容器用排気バルブ５２ａ、５２ｂ、５２ｃを備え、図示しない真空ポンプと組み合わせて稼働させることにより反応容器５０内部を所定の真空度に真空引きすることが可能である。
基板保持台６０は、主面６０ａを有し、該主面６０ａで基板６１と接し、保持する。基板６１の温度は、基板保持台６０の内部に設けられた図示しない基板ヒータにより所定の温度に制御され、保持される。基板６１は、基板搬入搬出用バルブ６２を開閉することにより、大気側から基板保持台６０の主面６０ａに搬入され、目的とする膜を形成した後、大気側へ搬出される。

第２電極１０は、水素ガス導入管１０ｂから導入される水素ガスを噴出する水素ガス噴出孔１０ａを備え、第１電極１００と高周波電源７０と連携することにより、該第２電極１０と該第１電極１００の間に水素プラズマ１１を生成する。水素プラズマ１１は、図２に示されるように、第２電極と第１電極１００の間に生成されるとともに、水素ガス流入通路６の部分にも発生する。
第１電極１００は、図１、図２及び図３に示されるように、金属板１の中央部に設けられた開口１ａと、図４に示されるガス排出手段２００と、図５に示されるシランガス導入手段３００を組み合わせて構成される。即ち、第１電極１００は、図１、図２及び図３に示されるように、中央部に開口１ａが設けられた金属板１を土台とし、前記土台の開口１ａ部分に、シランガス噴出孔３ａを備える断面形状が矩形の金属管で形成されるシランガス流入通路３とガス排出孔５ａを備える断面形状がＬ字形の金属管で形成されるガス排出通路５と、を一対とした複数対の金属管をそれぞれ嵌め込むように合体させて基板保持台６０の主面６０ａに平行な一平面に所定の距離を置いて配置される。そして、隣り合う前記複数対の金属管の間に形成される隙間６ａを、水素ガス流入路６として用いる、という構造を有する。なお、水素ガス流入通路６は、第２電極１０と第１電極１００の間で生成されたＨ原子及びＨ_２ガス等を含む水素プラズマ１１を、第２電極１０側から基板保持台６０に保持された基板６１の方へ流入させる機能を有する。
即ち、第１電極１００は、図１、図２及び図３に示されるように、第２電極１０と基板保持台６０の間に配置される。第１電極１００は、図１、図２及び図３に示されるように、プラズマ化された水素ガスを第２電極１０側から基板保持台６０側へ流入させる複数の水素ガス流入通路６を有し、かつ、第１電極１００の基板保持台６０の主面６０ａと対向する部分にシランガスを噴出する複数のシランガス噴出孔３ａを備えたシランガス流入通路３を有し、かつ、該第１電極１００の基板保持台６０の主面６０ａと対向する他の部分にガス排出孔５ａを備えたガス排出通路５を有する。なお、ここでは、ガス排出孔５ａは溝（スリット）状の構造を有する。円形貫通孔を備えた金属板で形成しても良い。
第１電極１００を組み立て製作する際、図５に示される断面形状が矩形の金属管のシランガス流入通路３の裏面３ｂと、図４に示されるガス排出孔５ａを有する断面形状がＬ字形の金属管で形成されるガス排出通路５の表面５ｂが電気的に導通となるように接触固定する、又は溶接で接続する。また、図３に示される金属板１とガス排出通路５とシランガス流入通路３は電気的に導通となるように接触固定する、又は溶接で接続する。
更に、第１電極１００は、第１電極絶縁支持具２により反応容器５０に電気的に絶縁した状態で、固定される。即ち、第１電極１００は電気的に非接地である。また、ガス排出通路５及びガス排出管５ｃは、真空用絶縁管継手７６により、反応容器５０に電気的に絶縁される。即ち、ガス排出通路５及びガス排出管５ｃは、電気的に非接地である。そして、シランガス流入通路３及びシランガス導入管３ｃは、真空用絶縁管継ぎ手７６により、反応容器５０に電気的に絶縁される。即ち、シランガス流入通路３及びシランガス導入管３ｃは、電気的に非接地である。

水素ガスは、図示しない水素供給源から真空容器用ガス管継ぎ手６３及び水素ガス導入管１０ｂを介して、水素ガス噴出孔１０ａに輸送される。水素ガス噴出孔１０ａは、直径略０．４ｍｍ～略１ｍｍの円形に形成される。ここでは、０．８ｍｍとする。
水素ガス噴出孔１０ａの直径が略１ｍｍより大きい場合、該水素ガス噴出孔１０ａから噴出する水素ガスの噴出量が水素ガス導入管１０ｂの内圧に依存するので、上流側で噴出量が多く、下流側で少なくなることから、第２電極１０から全面に亘り均一に噴出させることが困難である。即ち、空間的に一様に、水素ガスを噴出することが困難である。逆に、該直径が略１ｍｍより小さい場合、水素ガス噴出孔１０ａから噴出する孔１個当たりの水素ガスの噴出量は、該水素ガス導入管１０ｂの内圧に対する依存度が減少し、第２電極１０の全面に亘り、ほぼ均一に噴出させることが容易にできる。しかしながら、該直径が略１ｍｍより小さい場合、孔１個当たりの水素ガスの噴出量が少ないので、所用の水素ガスの流量を確保するには該水素ガス噴出孔１０ａの設置個数を増大する必要がある。その結果、水素ガス噴出孔１０ａの孔加工の労力と加工時間が増大し、加工費用及び製作期間が増大する。即ち、水素ガス噴出孔１０ａの直径を略１ｍｍ以上にすると、水素ガスの噴出量の空間分布が不均一に成り、それを略１ｍｍ以下にすると、空間分布は均一になるが、加工に多大の労力と費用が発生する。

シランガスは、図５に示されるシランガス導入手段３００により反応容器に導入される。 シランガスは、図示しないシランガス供給源から真空容器用絶縁管継ぎ手７６、シランガス導入管３ｃ及びシランガス流入通路３を介して、シランガス噴出孔３ａに輸送される。シランガス噴出孔３ａは、直径略０．４ｍｍ～略１ｍｍの円形に形成される。ここでは、例えば、０．８ｍｍとする。シランガス噴出孔３ａを、直径０．４ｍｍ～１ｍｍの円形に選定する理由は、上記水素ガス噴出孔１０ａの場合と同様である。

ここで、第１電極１００を基板保持台６０の主面６０ａ側から見た平面図（図３）を用いて、第１電極の構造の特徴を説明する。
第１電極１００は、反応容器５０に第１電極用絶縁支持具２を用いて固定される。第１電極１００は反応容器５０と電気的に絶縁されている。即ち、第１電極１００は、電気的に非接地状態にある。
第１電極１００は、第２電極１０と連携して、該第１電極１００と第２の電極１０の間に水素プラズマ１１を発生する。
第１電極１００は、該第１電極１００と第２の電極１０の間に生成された水素プラズマ１１を、該第１電極１００が備える水素ガス流入通路６を介して、第２電極１０側から基板保持台６０の主面６０ａの方向へ通過させる。
第１電極１００は、シランガスを該第１電極１００が備えるシランガス流入通路３を介して、第２電極１０側から基板保持台６０の主面６０ａの方向へ噴出する。
第１電極１００は、該第１電極１が備えるガス排出通路５を介して、該シランガスと、該水素ガスと、該シランガスと該水素プラズマとの反応生成物を反応容器５０の外部へ排出する。
第１電極１００が備える水素ガス流入通路６は、高周波電源７０から高周波電圧が印加される際、ホローカソード効果を伴うプラズマを生成する。なお、ホローカソード効果を伴うプラズマは、例えば、特許文献５及び特許文献６に記載されているように、平行平板型の陰極（非接地電極）と陽極（接地電極）からなる一対の電極を用いてプラズマを生成するに際し、該陰極に隙間ｄ１及び深さｈ１の円筒形の凹みあるいは隙間ｄ２及び深さｈ２の溝（スリット）が設けられ、かつ、該隙間ｄ１、ｄ２が該プラズマのシース厚みの２倍～１０倍であり、かつ、深さｈ１、ｈ２が該プラズマのシース厚みの略２倍～略１０倍であるという条件を満たした場合、該凹みあるいは該溝（スリット）に強い発光を伴うプラズマが生成され、該プラズマはプラズマ密度が著しく増大するという効果を奏する。即ち、平行平板型の陰極（非接地電極）と陽極（接地電極）からなる一対の電極において、ホローカソード効果を発出する条件を満たす凹みあるいは溝（スリット）を設けることにより、高密度のプラズマを生成することが可能である。
ここでは、プラズマのシース厚みが０．５ｍｍ～５ｍｍであるという応用を想定し、第１電極１００が備える水素ガス流入通路６の隙間６ａを１ｍｍ～２５ｍｍとする。例えば、３ｍｍとする。
即ち、水素ガス流入通路６を通過する水素プラズマ１１は、水素ガス流入通路６が有するホローカソード効果により、該プラズマ１１のプラズマ電位を減少させ、かつ、プラズマ密度を増大させる。その結果、水素ガス流入通路６を通過する該水素プラズマ１１は、該プラズマ１１に含まれるＨ原子の個数を減少することなく、それを維持又は増大しながら、第２電極１０側から基板保持台６０の主面６０ａの方向へ輸送される。

水素プラズマ１１は、第１電極１００と第２の電極１０の間に水素ガスを噴出した状態で、高周波電７０から、第１電極１００と第２の電極１０の間にパッシェン則の曲線に従う高周波電圧を印加することにより。生成される。
即ち、第１電極１００と第２の電極１０の間に生成される水素プラズマのプラズマ生成条件は、主として、第１電極１００と第２の電極１０の間隔ｄと圧力ｐと印加される高周波電圧Ｖに依存する。ここでは、パッシェンの法則に従って、パッシェン曲線の最小値の領域に設定する。例えば、ｐｄ積が、略１３３Ｐａ・ｃｍ～１３３３Ｐａ・ｃｍを満たす値を選ぶ。ここでは、第１電極１００と第２の電極１０の間隔ｄ＝０．５ｃｍ、圧力ｐ＝１３３Ｐａ～１３３３Ｐａとする。
第１電極１００と基板保持台６０の間隔は、第１電極１００と第２の電極１０の間隔に比べて広くする。ここでは、略１ｃｍ～１０ｃｍ程度、例えば、２ｃｍとする。

次に、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置５００の動作について、図１～図９を参照して説明する。
先ず、反応室５０の基板搬入搬出バルブ６２を開いて、基板６１を基板保持台６０の主面６０ａに載せる。次に、基板搬入搬出バルブ６２を閉じた後、図示しない真空ポンプにより、排気バルブ５２ａと排気口５１ａ、排気バルブ５２ｂと排気口５１ｂ、排気バルブ５１ｃと排気口５１ｃとを介して、反応室５０内部を所定の真空度にする。反応容器５０が所定の真空度に到達した後、排気バルブ５２ａ，５２ｂ、５２ｃを閉とする。その後、図示しない水素ガス源から図示しない水素ガスのマスフローコントローラで所定の流量を制御された水素ガスを、第２電極１０に備えられた水素ガス噴出孔１０ａから、第２電極１０と第１電極１００の間に噴出させる。そして、シランガスを図示しないシランガス源から図示しないシランガスのマスフローコントローラで所定の流量を制御されたシランガスを、シランガス流入通路３に備えられたシランガス噴出孔３ａから、第１電極１００と基板保持台６０の間に噴出させる。ここでは、水素ガスとシランガスの流量比を５０倍とし、即ち、水素ガスの流量／シランガスの流量＝５０、とする。
次に、ガス排出手段２００のガス排出管５ｃの真空用絶縁管継手７６に接続されている図示しない排気バルブと図示しない真空ポンプとを用いて、反応容器５０の内部圧力を、略１３３Ｐａ～略１３３３Ｐａに保つように、反応容器５０内部のガスを排出する。ここでは、例えば、５００Ｐａに設定し、維持する。なお、第１電極１００と基板保持台６０の間に存在するガスの排気の流れを、図６に示されるように、排気流１２と呼ぶ。

次に、高周波電源７０の出力電圧を、大気用同軸ケーブル７２ａ、整合器７１、大気用同軸ケーブル７２ｂ、真空装置用電流導入端子７３、及び真空用導電線７５を介して第１電極１００の給電点７０ａに印加する。
高周波電源７０の出力電圧が、第１電極１００と第２電極１０の間に印加されると、図７に示されるように、水素プラズマ１１が発生する。そして、水素プラズマ１１は水素ガス流入通路６を通って、第２電極１０側から基板保持台６０に載置された基板６１の方向へ移動する。ここでは、水素ガス流入通路６の隙間間隔が水素プラズマ１１のシース厚みの２倍～５倍に設定されているので、ホローカソードプラズマが発生する。その結果、水素ガス流入通路６を移動するＨ原子と水素ガスを含む水素プラズマのプラズマ密度は通常のプラズマに比べて高くなり、かつ、プラズマ電位は通常のプラズマに比べて低くなる。ここでは、水素ガス流入通路６から流出するホローカソードプラズマを、図７に示されるように、水素プラズマ流１１ａと呼ぶ。
高周波電源７０の出力電圧が、第１電極１００と基板保持台６０の間に印加されると、図８に示されるように、シランプラズマ１３ａが発生する。シランプラズマ１３ａは前記水素ガスプラズマに比べて弱いプラズマとなる。即ち、ここでは、第１電極１００と基板保持台６０との間隔が、第１電極１００と第２電極１０との間隔の４倍に設定されているので、該第１電極１００と該基板保持台６０との間に発生する電界は、第１電極１００と第２電極１０との間に発生する電界に比べて、約１／４となる。その結果、該第１電極１００と該基板保持台６０との間に発生するプラズマは、第１電極１００と第２電極１０の間に発生する水素プラズマに比べて弱いプラズマになる。なお、一般に、一対の電極間に生成されるプラズマの強さは、該一対の電極間の電界の強さに比例することが、知られている。
ここでは、シランプラズマ１３ａは弱いプラズマであるので、シランガスをプラズマ分解する作用が弱い。即ち、プラズマ中の電子がシランガスに衝突して分解させる作用は弱い。
ここで、シランガス流入通路３のシランガス噴出穴３ａから噴出するシランガスの流れを、図８に示されるように、シランガス噴出流１３と呼ぶ。

基板６１が載置された基板保持台６０と第１電極１００に挟まれた領域において、水素プラズマ流１１ａとシランガス噴出流１３を接触混合すると、次に示す反応が発生する。
ＳｉＨ_４＋Ｈ→ ＳｉＨ_３＋Ｈ_２ 反応式（１）
Ｈ＋Ｈ→ Ｈ_２ 反応式（２）
前記領域において、弱いシランガスプラズマが発生すれば、次に示す電子衝突によるＳｉＨ_４の分解反応が発生する。
ＳｉＨ_４＋ｅ→ ＳｉＨ_３＋Ｈ 反応式（３）
ただし、反応式（３）の中のｅは電子の衝突エネルギーを示す。なお、一般に、電子エネルギーが８．７５ｅＶ以上である場合、反応式（３）を発生することが知られている。
前記基板６１が載置された基板保持台６０と第１電極１００に挟まれた領域において、強いシランガスプラズマが発生すれば、次に示す電子衝突によるＳｉＨ_４の分解反応が発生する。
ＳｉＨ_４＋ｅ→ ＳｉＨ_２＋Ｈ_２ 反応式（４）
ただし、反応式（４）の中のｅは電子の衝突エネルギーを示す。なお、一般に、電子エネルギーが９．４７ｅＶ以上である場合、反応式（４）を発生することが知られている。ＳｉＨ_２は、ＳｉＨ_４＋ＳｉＨ_２→ Ｓｉ_２Ｈ_６という反応を起こし、粉を発生するので、高品質膜の形成において有害である。
上記水素プラズマ１１と上記シランプラズマ１３ａが生成されると、主としてＳｉＨ_３ラジカル及びＨ原子の作用により高品質の微結晶シリコン膜が基板６１の上に形成される。該微結晶シリコン膜の厚みは該プラズマ生成時間に比例するので、所定の時間が経過した時点で、高周波電源７０の出力をゼロにする。成膜の時間は、予め取得されたデータに基づいて決められる。ここでは、１分～３０分、例えば５分とする。なお、成膜時間は、電極間隔、基板温度、シランガスの流量、水素ガスの流量、圧力、電力等の関係に係わるデータを予め把握し、そのデータを基に決められる。
目的とする微結晶シリコン膜の製膜が終了後、上記水素ガス及びシランガスの供給を停止し、反応容器５０を大気条件に戻す。反応容器５０が大気条件に戻された後、基板搬入搬出バルブ６２を開とし、基板６１を取り出す。

本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置５００では、上記のとおり、第１電極１００と第２電極１０の間隔はパッシェン曲線の最小値を満たす条件に設定されていることに加えて、ホローカソード効果を有するプラズマ形成条件を満たす構造を有し、かつ、第１電極１００と基板保持台６０の間隔は、第１電極１００と第２電極１０の間隔に比べて広く設定されている。その結果、上述のとおり、強い水素プラズマを発生し、弱いシランガスプラズマを発生することが可能である。
即ち、上記反応式（１）～反応式（３）を促進し、上記反応式（４）を抑制することが可能である。
また、大面積基板への製膜では、第１電極を構成するシランガス流入通路３、ガス排出通路５及び水素ガス流入通路６の設置個数を増加し、その長さを増大することにより対応が可能である。即ち、基板サイズの幅に対してはシランガス流入通路３、ガス排出通路５及び水素ガス流入通路６の本数の増加により対応し、基板サイズの長さに対してはシランガス流入通路３、ガス排出通路５及び水素ガス流入通路６の長さを伸ばすことにより対応することが可能である。
その結果、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置５００は、大面積基板を対象にして、微結晶シリコン膜を、高品質で、高速で形成することが可能である。

（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５０１について、図１０及び図１１を参照して、説明する。
図１０は、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す断面図である。図１１は、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成の第１電極の構成を示す基板保持台側から見た模式的斜視図である。
本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置５０１は、図１０及び図１１に示されるように、排気系を備えた反応容器５０と、反応容器５０にシランガスと水素ガスを空間的に分離して導入する後述の原料ガス導入手段と、基板６１を保持する主面６０ａを有する基板保持台６０と、前記水素ガスをプラズマ化する電気的に非接地の第１電極１０１と電気的に接地の第２電極１０から成る水素プラズマ生成電極と、該第１電極１０１と該第２電極１０との間及び該第１電極１０１と前記基板保持台６０との間に高周波電圧を印加する高周波電源７０と、を備えている。
高周波電源７０は、図１１に示されるように、大気用同軸ケーブル７２ａ、整合器７１、大気用同軸ケーブル７２ｂ、真空装置用電流導入端子７３、真空用導電線７５ａ、真空用電流導入端子７３、真空用導電線７５ａ及び給電点７０ｂを介して第１電極１０１に印加される。給電点７０ｂは、前記真空用導電線７５ａと第１電極１０１を電気的に接続する地点である。給電点７０ｂの位置は、図１１図示と異なる地点を選ぶことができる。また、給電点７０ｂは、複数の地点に設けても良い。

第１電極１０１は、図１１に示されるように、反応容器５０に固定された第１電極用絶縁支持具２に支持された櫛形金属管の水素ガス流入通路３ｅと前記第１電極用絶縁支持具２に支持された櫛形金属管のガス排出通路５ｅを所定の間隔を置いて配置される。
即ち、第１電極１０１は、図１０及び図１１に示されるように、中央部に開口２ｂが設けられた第１電極用絶縁支持具２を土台とし、前記土台の開口２ｂ部分に、シランガス噴出孔３ｆを備える断面形状が矩形の櫛形の金属管で形成されるシランガス流入通路３ｅと、ガス排出孔５ｆを備える断面形状が矩形の櫛形の金属管で形成されるガス排出通路５ｅと、
をそれぞれ基板保持台６０の主面６０ａに平行な一平面に所定の距離を置いて配置される。そして、隣り合う櫛形の金属管の間に形成される隙間６ｆを、水素ガス流入路６ｅとして用いる、という構造を有する。なお、水素ガス流入通路６ｅは、第２電極１０と第１電極１０１の間で生成されたＨ原子及びＨ_２ガス等を含む水素プラズマ１１ｅを、第２電極１０側から基板保持台６０に保持された基板６１の方へ流入させる機能を有する。
水素ガス流入通路６ｅの隙間間隔は水素プラズマ１１ｅのシース厚みの２倍～５倍に設定する。ここでは、水素プラズマ１１ｅのシース厚みが０．５ｍｍ～５ｍｍであるという応用を想定し、第１電極１０１が備える水素ガス流入通路６ｅの隙間６ｆを１ｍｍ～２５ｍｍとする。例えば、３ｍｍとする。
第１電極１０１は、反応容器５０に第１電極用絶縁支持具２を用いて固定される。第１電極１０１は反応容器５０と電気的に絶縁されている。即ち、第１電極１０１は、電気的に非接地状態にある。即ち、第１電極１０１は、図１０及び図１１に示されるように、第２電極１０と基板保持台６０の間に配置される。第１電極１０１は、図１０及び図１１に示されるように、水素ガスを第２電極１０側から基板保持台６０側へ流入させる複数の水素ガス流入通路６ｅを有し、かつ、第１電極１０１の基板保持台６０の主面６０ａと対向する部分にシランガスを噴出する複数のシランガス噴出孔３ｆを備えたシランガス流入通路３ｅを有し、かつ、該第１電極１０１の基板保持台６０の主面６０ａと対向する他の部分にガス排出孔５ｆを備えたガス排出通路５ｅを有する。なお、ここでは、ガス排出孔５ｆは断面形状が円形の構造とし、その直径は、例えば１ｍｍ～１０ｍｍとする。ここでは、ガス排出孔５ｆの直径を２ｍｍとする。
第１電極１０１を組み立て製作する際、櫛形の金属管で形成されるシランガス流入通路３ｅと櫛形の金属管で形成されるガス排出通路５ｅとを、金属線１０１で電気的に導通となるように、接続する。金属線１０１に代えて、金属板１０１ａを用いてもよい。
なお、第１電極１０１は、第１電極絶縁支持具２により反応容器５０に電気的に絶縁した状態で、固定されている。即ち、第１電極１０１は電気的に非接地である。また、ガス排出通路５ｅ及びガス排出管５ｃは、真空用絶縁管継手７６により、反応容器５０に電気的に絶縁される。即ち、ガス排出通路５ｅ及びガス排出管５ｃは、電気的に非接地である。そして、シランガス流入通路３ｅ及びシランガス導入管３ｃは、真空用絶縁管継ぎ手７６により、反応容器５０に電気的に絶縁される。即ち、シランガス流入通路３ｅ及びシランガス導入管３ｃは、電気的に非接地である。
第１電極１０１と第２電極１０の間隔をｄ＝０．５ｃｍとする。第１電極１０１と基板保持台６０の間隔を略１ｃｍ～１０ｃｍ程度、例えば、２ｃｍとする。
なお、第１電極１０１と第２の電極１０の間に生成される水素プラズマのプラズマ生成条件は、主として、第１電極１０１と第２の電極１０の間隔ｄと圧力ｐと印加される高周波電圧Ｖに依存する。ここでは、パッシェンの法則に従って、パッシェン曲線の最小値の領域に設定する。例えば、ｐｄ積が、略１３３Ｐａ・ｃｍ～１３３３Ｐａ・ｃｍを満たす値を選ぶ。ここでは、第１電極１０１と第２の電極１０の間隔ｄ＝０．５ｃｍ、圧力ｐ＝１３３Ｐａ～１３３３Ｐａとする。

次に、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置５０１の動作について、図１０及び図１１を参照して説明する。
先ず、反応室５０の基板搬入搬出バルブ６２を開いて、基板６１を基板保持台６０の主面６０ａに載せる。次に、基板搬入搬出バルブ６２を閉じた後、図示しない真空ポンプにより、排気バルブ５２ａと排気口５１ａ、排気バルブ５２ｂと排気口５１ｂ、とを介して、反応室５０内部を所定の真空度にする。反応容器５０が所定の真空度に到達した後、排気バルブ５２ａ，５２ｂを閉とする。
その後、図示しない水素ガス源から図示しない水素ガスのマスフローコントローラで所定の流量を制御された水素ガスを、第２電極１０に備えられた水素ガス噴出孔１０ａから、第２電極１０と第１電極１０１の間に噴出させる。そして、シランガスを図示しないシランガス源から図示しないシランガスのマスフローコントローラで所定の流量を制御されたシランガスを、シランガス流入通路３ｅに備えられたシランガス噴出孔３ｆから、第１電極１０１と基板保持台６０の間に噴出させる。ここでは、水素ガスとシランガスの流量比を５０倍とし、即ち、水素ガスの流量／シランガスの流量＝５０、とする。
次に、ガス排出管５ｃの真空用絶縁管継手７６に接続されている図示しない排気バルブと図示しない真空ポンプとを用いて、反応容器５０の内部圧力を、略１３３Ｐａ～略１３３３Ｐａに保つように、反応容器５０内部のガスを排出する。ここでは、例えば、５００Ｐａに設定し、維持する。

次に、高周波電源７０の出力電圧を、大気用同軸ケーブル７２ａ、整合器７１、大気用同軸ケーブル７２ｂ、真空装置用電流導入端子７３、及び真空用導電線７５ａを介して第１電極１０１の給電点７０ｂに印加する。なお、給電点７０ｂの位置は、図１１図示と異なる地点を選ぶことができる。また、給電点７０ｂの個数は、複数個、例えば２個～８個設けても良い。
高周波電源７０の出力電圧が、第１電極１０１と第２電極１０の間に印加されると、図１０に示されるように、水素プラズマ１１ｅが発生する。そして、水素プラズマ１１ｅは水素ガス流入通路６ｅを通って、第２電極１０側から基板保持台６０に載置された基板６１の方向へ移動する。ここでは、水素ガス流入通路６ｅの隙間間隔が水素プラズマ１１ｅのシース厚みの２倍～５倍に設定されているので、ホローカソードプラズマが発生する。その結果、水素ガス流入通路６ｅを移動するＨ原子と水素ガスを含む水素プラズマのプラズマ密度は通常のプラズマに比べて高くなり、かつ、プラズマ電位は通常のプラズマに比べて低くなる。ここでは、水素ガス流入通路６ｅから流出するホローカソードプラズマを、図１０に示されるように、水素プラズマ流１１ｂと呼ぶ。
他方、高周波電源７０の出力電圧が、第１電極１０１と基板保持台６０の間に印加されると、シランプラズマ１３ｃが発生する。シランプラズマ１３ｃは前記水素ガスプラズマに比べて弱いプラズマとなる。即ち、ここでは、第１電極１０１と基板保持台６０との間隔が、第１電極１０１と第２電極１０との間隔の略４倍に設定されているので、該第１電極１０１と該基板保持台６０との間に発生する電界は、第１電極１０１と第２電極１０との間に発生する電界に比べて、約１／４となる。その結果、該第１電極１０１と該基板保持台６０との間に発生するシランプラズマ１３ｃは、第１電極１０１と第２電極１０の間に発生する水素プラズマ１１ｅに比べて弱いプラズマになる。なお、一般に、一対の電極間に生成されるプラズマの強さは、該一対の電極間の電界の強さに比例することが、知られている。
ここでは、シランプラズマ１３ｃは弱いプラズマであるので、シランガスをプラズマ分解する作用が弱い。即ち、プラズマ中の電子がシランガスに衝突して分解させる作用は弱い。
ここで、シランガス流入通路３ｅのシランガス噴出穴３ｆから噴出するシランガスの流れを、図１０に示されるように、シランガス噴出流１３ｂと呼ぶ。

基板６１が載置された基板保持台６０と第１電極１０１に挟まれた領域において、水素プラズマ流１１ｂとシランガス噴出流１３ｂは接触混合されると、次に示す反応が発生する。
ＳｉＨ_４＋Ｈ→ ＳｉＨ_３＋Ｈ_２ 反応式（１）
Ｈ＋Ｈ→ Ｈ_２ 反応式（２）
前記領域において、弱いシランガスプラズマが発生すれば、次に示す電子衝突によるＳｉＨ_４の分解反応が発生する。
ＳｉＨ_４＋ｅ→ ＳｉＨ_３＋Ｈ 反応式（３）
ただし、反応式（３）の中のｅは電子の衝突エネルギーを示す。なお、一般に、電子エネルギーが８．７５ｅＶ以上である場合、反応式（３）を発生することが知られている。
前記基板６１が載置された基板保持台６０と第１電極１００に挟まれた領域において、強いシランガスプラズマが発生すれば、次に示す電子衝突によるＳｉＨ_４の分解反応が発生する。
ＳｉＨ_４＋ｅ→ ＳｉＨ_２＋Ｈ_２ 反応式（４）
ただし、反応式（４）の中のｅは電子の衝突エネルギーを示す。なお、一般に、電子エネルギーが９．４７ｅＶ以上である場合、反応式（４）を発生することが知られている。ＳｉＨ_２は、ＳｉＨ_４＋ＳｉＨ_２→ Ｓｉ_２Ｈ_６という反応を起こし、粉を発生するので、高品質膜の形成において有害である。
上記水素プラズマ１１ｅと上記シランプラズマ１３ｃが生成されると、主としてＳｉＨ_３ラジカル及びＨ原子の作用により高品質の微結晶シリコン膜が基板６１の上に形成される。該微結晶シリコン膜の厚みは該プラズマ生成時間に比例するので、所定の時間が経過した時点で、高周波電源７０の出力をゼロにする。成膜時間は、予め取得されたデータに基づいて決められる。ここでは、１分～３０分、例えば５分とする。なお、成膜時間は、電極間隔、基板温度、シランガスの流量、水素ガスの流量、圧力、電力等の関係に係わるデータを予め把握し、そのデータを基に決められる。
目的とする微結晶シリコン膜の製膜が終了後、上記水素ガス及びシランガスの供給を停止し、反応容器５０を大気条件に戻す。反応容器５０が大気条件に戻された後、基板搬入搬出バルブ６２を開とし、基板６１を取り出す。

本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置５０１では、上記のとおり、第１電極１０１と第２電極１０の間隔はパッシェン曲線の最小値を満たす条件に設定されていることに加えて、ホローカソード効果を有するプラズマ形成条件を満たす構造を有し、かつ、第１電極１０１と基板保持台６０の間隔は、第１電極１０１と第２電極１０の間隔に比べて広く設定されている。その結果、上記のとおり、強い水素プラズマを発生し、弱いシランガスプラズマを発生することが可能である。
即ち、上記反応式（１）～反応式（３）を促進し、上記反応式（４）を抑制することが可能である。
また、大面積基板への製膜では、第１電極を構成するシランガス流入通路３ｅ、ガス排出通路５ｅ及び水素ガス流入通路６ｅの設置個数を増加し、その長さを増大することにより対応が可能である。即ち、基板サイズの幅に対してはシランガス流入通路３ｅ、ガス排出通路５ｅ及び水素ガス流入通路６ｅの本数の増加により対応し、基板サイズの長さに対してはシランガス流入通路３ｅ、ガス排出通路５ｅ及び水素ガス流入通路６ｅの長さを伸ばすことにより対応することが可能である。
その結果、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置５０１は、大面積基板を対象にして、微結晶シリコン膜を、高品質で、高速で形成することが可能である。

３・・・シランガス流入通路、
３ａ・・・シランガス噴出孔、
３ｃ・・・シランガス導入管、
３ｅ・・・櫛形シランガス流入通路、
５・・・ガス排出通路、
５ａ・・・ガス排出孔、
５ｅ・・・櫛形ガス排出通路、
６・・・水素ガス流入通路、
１０・・・第２電極、
１０ａ・・・水素ガス噴出孔、
１０ｂ・・・水素ガス導入管、
１１・・・水素プラズマ、
１１ａ・・・水素プラズマ流、
１２・・・排気流、
１３・・・シランガス噴出流、
１３ａ・・・シランプラズマ、
５０・・・反応容器、
６０・・・基板保持台、
６１・・・基板、
６２・・・基板搬入搬出用バルブ、
７０・・・高周波電源、
１００・・・金属管型第１電極
１０１・・・櫛形第１電極、
１０１ａ・・・金属線、金属板。

Claims (8)

1. 排気系を備えた反応容器と、前記反応容器にシランガスと水素ガスを空間的に分離して導入する原料ガス導入手段と、基板を保持する主面を有する基板保持台と、前記水素ガスをプラズマ化する電気的に非接地の第１電極と電気的に接地の第２電極から成る水素プラズマ生成電極と、前記第１電極と前記第２電極との間及び前記第１電極と前記基板保持台との間に高周波電圧を印加する高周波電源と、を具備し、
   前記シランガスと、前記プラズマ生成電極でプラズマ化された水素ガスと、を前記基板保持台の主面に保持された基板に向けて噴出することにより微結晶シリコン膜を形成するプラズマＣＶＤ装置であって、
   前記第１電極及び前記第２電極は、前記基板保持台からこの順に所定の間隔を置いで配置され、前記第２電極は、前記第２電極の前記第１電極と対向する部分に前記水素ガスを噴出する複数の水素ガス噴出孔を備え、
   前記第１電極は、前記プラズマ化された水素ガスを前記第２電極側から前記基板保持台側へ流入させる複数の水素ガス流入通路を有し、かつ、前記第１電極の前記基板保持台の主面と対向する部分に前記シランガスを噴出する複数のシランガス噴出孔を備えた複数のシランガス流入通路を有し、かつ、前記第１電極の前記基板保持台の主面と対向する他の部分に複数のガス排出孔を備えた複数のガス排出通路を有する、ことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
2. 前記第１電極は、前記基板保持台の主面に平行な一平面内に、前記反応容器に絶縁材で固定された前記シランガス噴出孔を備えた中空の金属管で形成されるシランガス流入通路と、前記反応容器に絶縁材で固定された前記ガス排出孔を備えた中空の金属管で形成されるガス排出通路が所定の間隔を有する隙間を設けて並置され、前記隙間が前記水素ガス流入通路として用いられるとともに、前記シランガス流入通路と前記ガス排出通路は電気的に導通である、という構成を有することを特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
3. 前記第１電極は、前記反応容器に絶縁材で固定されて中央部に開口が設けられた金属板を土台とし、前記土台の前記開口部分に、前記シランガス噴出孔を備える断面形状が矩形の金属管で形成されるシランガス流入通路と、前記ガス排出孔を備える断面形状がＬ字形の金属管で形成されるガス排出通路と、を一対とした複数対の金属管をそれぞれ嵌め込むように合体させて前記基板保持台の主面に平行な一平面内に所定の距離を置いて並置し、隣り合う前記複数対の金属管の間に形成される隙間を前記水素ガス流入路として用いるとともに、前記シランガス流入通路と前記ガス排出通路は電気的に導通である、という構成を有することを特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
4. 前記水素ガス流入通路の隙間間隔は、前記第１電極と前記第２電極の間に生成される水素プラズマのシース厚みの略２～１０倍に設定されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載のプラズマＣＶＤ装置。
5. 前記第１電極と前記第２電極の間隔は、前記第１電極と前記基板保持台の間隔に比べて狭いことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載のプラズマＣＶＤ装置。
6. 前記シランガス噴出孔及び前記水素ガス噴出孔の直径は、略０．４ｍｍ～１ｍｍであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載のプラズマＣＶＤ装置。
7. 前記ガス排出孔の断面形状は、円形あるいはスリット形であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一つに記載のプラズマＣＶＤ装置。
8. 前記高周波電源の出力の周波数は、１３．５６ＭＨｚ又は３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚのＶＨＦ帯域から選ばれることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一つに記載のプラズマＣＶＤ装置。

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