JP2719183B2

JP2719183B2 - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JP2719183B2
Application number: JP1088542A
Authority: JP
Inventors: 幸子岡崎; 益弘小駒; 唯司富川; 順彦藤田; 詳治中釜; 恒暢木本
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1989-04-06
Filing date: 1989-04-06
Publication date: 1998-02-25
Anticipated expiration: 2013-02-25
Also published as: JPH02267272A

Description

【発明の詳細な説明】（ア）技術分野この発明は、大気圧近傍の圧力下でプラズマCVD法に
より、アモルファスシリコン（ａ−Si:amorphous silic
on）や窒化チタン（TiN）などの薄膜を形成する装置に
関する。

例えば、通常膜中に数at％〜数十at％（アトミックパ
ーセント）のＨを含んだアモルファスシリコンａ−Si膜
は、低コスト太陽電池の材料として有望視されている。
このほかにイメージセンサ、光センサ、薄膜トランジス
タ、複写機の感光材料などの用途もある。単結晶Siより
も安価で、大面積のものが得やすいという利点がある。

また、TiNは耐摩耗性等を有した表面保護膜として重
要である。

このような薄膜形成法として、熱CVD法、プラズマCVD
法等が知られている。

熱CVD法は、基板を加熱しなければならないので、耐
熱性のある材料にしか用いる事ができない。

一方、プラズマCVD法は熱CVD法よりも低温で薄膜を形
成することができる。

このため、耐熱性の乏しい低コストガラス基板、高分
子フィルムなどの上に薄膜を形成する事ができ、広く使
用されている。

プラズマCVD法では、励起エネルギーが、熱ではな
く、プラズマ中のエレクトロン、イオンの運動エネルギ
ー、中性のラデイカルの化学エネルギーの形で与えられ
る。このため、基板の温度を熱CVD法より低く出来るの
である。

一例として、アモルファスシリコンａ−Siは、Spear
によりグロー放電による薄膜形成方法が発明され、膜中
に適量のＨを取り込む事ができ、膜中欠陥密度を低減す
る事ができたので、太陽電池やセンサ等のデバイス用途
に耐えうるものが作られるようになった。

W.E.Spear,P,g,Lecomber:Solid Commum.,17,p1193（1
975）これは、平行平板型の電極に、100KHz〜13.56MHzの交
流電圧を印加し、0.1〜2Torrの低圧でSiH₄/H₂、SiH₄−S
iF₄/H₂などの混合ガス中で、グロー放電を起こさせるも
のである。

もちろん、ドーパントを入れる事もある。これは、PH
₃/H₂、B₂H₆/H₂などのガスを混ぜることによって行う。

（イ）従来技術 Spearの発明以来、ａ−Siの製造装置は、改良を重ね
ているが、基本的には、低圧でグロー放電を行うもので
あった。

0.1〜10Torr程度の低圧でなければ、グロー放電が起
こらない。これよりも高い圧力になると、放電が局所的
なアーク放電に移行してしまい、耐熱性の乏しい基板上
への成膜や、大面積への均一な成膜が行えなかった。そ
れで、このような圧力が選ばれる。

従って、容器は高価な真空チャンバを必要とし、また
真空排気装置が設置されていなければならなかった。

特に、ａ−Siなどを用いた太陽電池等の光電変換材料
や、TiNなどの表面保護膜などの場合、大面積の薄膜が
一挙に形成できる、という事がコスト面から強く要求さ
れる。

ところが、プラズマCVD法は、グロー放電を維持して
プラズマを安定に保つ。グロー放電は、真空中（0.1〜1
0Torr程度）でしか安定に維持できない。

真空中でしか成膜出来ないのであるから、大面積のも
のを作ろうとすると、真空容器の全体を大きくしなけれ
ばならない。

真空排気装置も大出力のものが必要になる。そうする
と、設備が著しく高価なものになってしまう。

（ウ）大気圧下プラズマCVD法大面積均一成膜、均一処理は、低コスト化の為にぜひ
とも必要であるが、設備費が高くなれば何にもならな
い。

ところが、最近になって、大気圧下で、プラズマCVD
法を可能とするような発明がなされた。例えば、ｉ特
開昭63−50478号（S.63.3.3公開）がある。

本発明者らは、 ii 特願昭63−199647号（S.63.8.10出願） iii 特願昭63−199648号（S.63.8.10出願） iv 特願昭63−199649号（S.63.8.10出願）ｖ特願昭63−225355号（S.63.9.8 出願） vi 特願昭63−227121号（S.63.9.9 出願） vii 特願昭63−230555号（S.63.9.14出願） viii 特願昭63−233130号（S.63.9.17出願）などの発明をしている。

第２回にiiで示された装置で、電極間の高抵抗体がな
いものを示す。

成膜室１の中には、互いに対向する電極２、３が設け
られる。一方が接地されており、これを接地電極３と呼
ぶ。他方を非接地電極２といって区別する。

電極３の上に試料基板４を置く。対向電極の中間の空
間にガスが供給されるように電極2,3の側方にガス導入
口５とガス排出口８を設ける。原料ガスをHeガスで大量
に希釈した混合ガスはノズル５から導入され、放電空間
に供給され、ガス排出口８より成膜室１の外に排出され
る。ここで放電空間の体積Ｓに対して、放電空間に供給
される混合ガスの流量Ｑは、Q/Sが、1sec^-1〜10²sec^-1
となるようにするのはプラズマ中央部でのガス置換を有
効に行い、大きな面積で均一な成膜を得るためである。

ここで、試料基板４と電極２との距離ｇは10mm〜0.1m
mとなるようにする。

非接地電極２には、高周波電源６を接続する。これ
は、例えば13.56MHzのRF発振器と増幅器とを用いること
ができる。

（エ）発明が解決しようとする課題大気圧下でのプラズマCVD法による薄膜形成は、低コ
スト化にとって極めて有望な方法であるが、プラズマ中
央部でのガス置換を有効に行ない均一な成膜を行なうた
めに、放電空間の体積Ｓに対して、放電空間に供給する
混合ガスの流量ＱをQ/Sが1sec^-1〜10²sec^-1となるよう
にしている。

そのため従来の装置では供給する混合ガスのうち、主
成分であるHEガスが多量に必要となるという問題があっ
た。

特に第２図に示す電極２と試料基板４の間の距離ｇが
小さいときには、成膜室に供給された混合ガスが有効に
放電空間に供給されず、膜そのものがつきにくいという
問題があった。

（オ）目的本発明の目的は、低コスト化に有望な大気圧下でのプ
ラズマCVD法による薄膜形成法において、成膜に使用す
る混合ガス量を節約し、効率良く成膜に用いることによ
り、より低コストで薄膜を形成する装置を提供する事で
ある。

（カ）発明の構成本発明は、成膜に使用する混合ガス量を節約し、効率
的に利用するために、プラズマ形成に用いる互いに対向
した電極を成膜室に対向する壁とする。

第１図は、本発明の一具体例として非接地電極２と、
接地電極３がそれぞれ成膜室１の上面、下面を構成して
いる例を示す。

成膜室１はお互いに対向した非接地電極２と接地電極
３を主体とした上面部、下面部と、お互いに対向した電
極２、３を電気的に絶縁する高抵抗体とにより構成され
る。

電極３の上に試料基板４を置く。原料ガスをHeガスで
大量に希釈した混合ガスは、成膜室１の側面に設けられ
たガス供給口５から導入され、対向するふたつの電極
２、３の間を通り、ガス供給口５の反対側の側面に設け
られたガス排出口８より成膜室１の外に排出される。

ここで放電空間の体積Ｓに対して、放電空間に供給さ
れる混合ガスの流量Ｑは、Q/Sが1sec^-1〜10²sec^-1とな
るようにするのは、プラズマ中央部でのガス置換を有効
に行ない、大きな面積で均一な成膜を得るためである。

また、試料基板４と電極２との距離ｇは10mm〜0.1mm
となるようにする。

非接地電極２には、高周波電源６を接続する。これは
例えば13.56MHzのRF発振器と増幅器とを用いることがで
きる。

第１図に示したように、本発明ではプラズマ形成用の
電極を成膜室の壁としている。そのため成膜室に供給さ
れる混合ガスは、放電空間以外に回り込むことなく、有
効に放電に寄与するため、均一成膜のために必要なQ/S
＝１〜10²sec^-1を維持するために余分な混合ガスを必要
とせず、混合ガス量の節約ができる。

特に電極２と試料基板４との間の距離ｇが小さい場合
に、その効果が大きく従来の装置ではなかなか放電空間
のガス置換を行なうことはむずかしかったのに対し、強
制的にガス置換を行なうことができる。

また、電極が成膜室の外壁となっているため装置自体
も非常にコンパクトにすることができ、装置コストを低
減することができる。

実施例第１図及び第２図に示す装置を用いて、本発明の装置
と従来の装置で電極２と試料基板４との間の距離ｇを変
化させて、ａ−Si膜を形成し、その時成膜速度を比較し
た。

成膜条件を第１表に、結果を第２表に示す。

第１表成膜条件原料ガス流量 5sccm Heガス流量 2500sccm 基板温度 250℃ 成膜圧力大気圧電極面積 40×40mm² RF周波数 13.56MHz RFパワー 30W 電極，基板間距離ｇ 10mm,5mm,1mm 基板石英ガラス（40mm×40mm）本発明の装置では、ガラス供給口５に導入された混合
ガスが全て電極２と試料基板４の間の放電空間に供給で
きるため、従来例に比べ成膜速度が速く、効率よく混合
ガスを使用することができる。特にｇが小さい場合には
本発明の効果が大きい。これは従来例ではガス供給口５
から導入された混合ガスが、本発明に比べ放電空間に入
りにくくなっているためである。

また、本発明法の装置は、従来法の装置に比べてコン
パクトであり装置コストも低減できることは明らかであ
る。

（キ）発明の効果本発明の装置によれば、設備コストの低減が期待でき
る大気圧プラズマCVD法において、成膜に使用する混合
ガスを効率的に用いることができるので、より低コスト
で薄膜を形成することができる。

また、成膜装置自体もコンパクトにできるのでより低
コスト化が可能である。

特に広い面積の成膜を必要とする太陽電池や薄膜ディ
スプレイ用TFTなどの作製に用いると効果的である。

なお、放電空間の体積Ｓというのは、電極の面積Ａと
電極２と試料基板４の距離ｇとをかけたものである。つ
まりＳ＝Ａ・ｇである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の薄膜形成装置の概略断面図の１例。第
２図は特願昭63−199647号で開示された薄膜形成法に用
いられる装置を、特願昭63−230555号で開示された薄膜
形成法に基づいて修正を加えた装置の概略断面図。１……成膜室２……非接地電極３……接地電極４……試料基板５……ガス導入口６……RF電源７……ヒータ８……ガス排出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者富川唯司兵庫県伊丹市昆陽北１丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者藤田順彦兵庫県伊丹市昆陽北１丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者中釜詳治兵庫県伊丹市昆陽北１丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者木本恒暢兵庫県伊丹市昆陽北１丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献特開昭63−50478（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−204880（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−78546（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−11781（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに対向したふたつの電極の対向面の少
なくとも一方に試料基板を設置し、上記試料基板とその
試料基板と対向する電極との間の距離もしくは、上記試
料基板とその試料基板と対向する別の試料基板との間の
距離を10mm以下、0.1mm以上とし、膜形成用ガスとHeか
らなる混合ガスを、放電空間に供給するガス流量Ｑを放
電空間の体積Ｓで割った値Q/Sが１〜10²sec^-1になるよ
うに、試料基板上の放電空間に供給し、大気圧近傍の圧
力下で、対向電極に与えた高周波電圧により、試料基板
とその試料基板に対向する電極との間、もしくは試料基
板とその試料基板に対向する別の試料基板との間にグロ
ー放電を起こさせ、試料基板上に薄膜を形成する薄膜形
成装置において、上記電極を成膜室の対向する壁とする
ことを特徴とする薄膜形成装置。