JP3089087B2 - プラズマcvd装置 - Google Patents

プラズマcvd装置

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JP3089087B2 JP04077687A JP7768792A JP3089087B2 JP 3089087 B2 JP3089087 B2 JP 3089087B2 JP 04077687 A JP04077687 A JP 04077687A JP 7768792 A JP7768792 A JP 7768792A JP 3089087 B2 JP3089087 B2 JP 3089087B2
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良昭 竹内
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アモルファスシリコン
太陽電池、薄膜半導体、光センサ半導体保護膜など各種
電子デバイスに使用される大面積薄膜の製造に適したプ
ラズマCVD(化学蒸着)装置に関する。
【0002】
【従来の技術】大面積アモルファスシリコン窒化膜を製
造するために、従来より用いられているプラズマCVD
装置を図5〜図8を参照して説明する。
【0003】反応容器1内には、グロー放電プラズマを
発生させるために、平面形コイル電極12が基板加熱用
ヒータ15と基板16に平行に配置されている。図6お
よび図7に示すように、この平面形コイル電極12は線
材がはしご状に組み合わされた形状を有している。この
平面形コイル電極12には、高周波電源14からインピ
ーダンス整合器13を介して例えば周波数13.56M
Hzの電力が供給される。反応容器1の周囲にはコイル
5が巻かれており、交流電源6から交流電力が供給され
る。反応容器1内には、図示しないボンベから反応ガス
導入管7を通して反応ガスが供給される。反応ガスは、
ガス混合器8の表面に設けられている多数のガス導入孔
9より噴き出される。図8に、ガス混合器8の平面図を
示す。反応容器1内のガスは排気管10を通して真空ポ
ンプ11により排気される。
【0004】この装置を用いて、以下のようにして薄膜
を製造する。真空ポンプ11を駆動して反応容器1内を
排気する。基板16を基板加熱用ヒータ15により所定
の温度に加熱する。反応ガス導入管7を通して、例えば
モノシラン、アンモニアおよび窒素の混合ガスを供給
し、反応容器1内の圧力を0.05〜1.0Torrに
保ち、高周波電源14からインピーダンス整合器13を
介して平面形コイル電極12に電圧を印加することによ
り、グロー放電プラズマを発生させる。コイル5に例え
ば10Hzの交流電圧を印加し、平面形コイル電極12
と基板16間に発生する電界Eと直交する方向に10ガ
ウス程度の磁界Bを発生させる。
【0005】ガス混合器8のガス導入孔9より反応容器
1内に噴き出されたモノシラン、アンモニアなどの反応
ガスは、グロー放電プラズマによって分解される。この
結果、ラジカル種が発生し、基板16表面に薄膜が形成
される。
【0006】基板16と平面形コイル電極12との間に
発生する電界Eに直交する磁界Bは、交流電源14によ
り制御させているので、基板16と平面形コイル電極1
2間にあるグロー放電プラズマは、時間−空間的に均一
化される。また、反応ガス導入管7を通して導入される
数種の反応ガスは、ガス混合器8内でよく混合され、多
数のガス導入孔9より噴き出されるので、グロー放電プ
ラズマ領域へ均一に導入される。この結果、基板16の
表面に非晶質薄膜をある程度まで均一に形成できる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】プラズマCVDにより
大面積非晶質薄膜を均一に形成するためには、空間的に
均一なグロー放電プラズマを形成するとともに、均一な
ガスの流れ、密度分布を形成することが重要である。従
来は、均一なガス流れを形成するために、基板16と同
程度の大きさのガス混合器8に設けられた多数のガス導
入孔9の径とピッチを調節していた。しかし、この方法
では、ガスの混合比、流量、および反応容器内の圧力な
どの条件に応じて、ガス導入孔9の最適径、最適ピッチ
が変わるため、条件を変動させるたびごとにガス混合器
8を交換しなければならなかった。また、成膜する基板
が大きくなるほど、図9に示すように中央部にガスのよ
どみができ、均一かつ均質な成膜を行うことが困難であ
った。本発明の目的は、成膜条件にかかわりなく、大面
積の基板上に均一かつ均質に薄膜を形成できるプラズマ
CVD装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のプラズマCVD
装置は、反応容器と、この反応容器内に反応ガスを供給
し、排出する手段と、上記反応容器内に収容された、線
材がはしご状に組み合わされた形状の平面形コイル電極
と、この平面形コイル電極にグロー放電用電力を供給す
る電源とを有し、反応容器内に設置された基板表面に非
晶質薄膜を形成するプラズマCVD装置において、上記
平面形コイル電極を構成する線材に、線材の温度を各々
独立に制御できるようにヒータを組み込み、反応容器内
の反応ガス圧力分布を各々の線材の温度により制御する
ことを特徴とするものである。
【0009】本発明において、加熱用のヒータは、放電
用電極を構成する各々の線材に組み込み、線材の温度を
各々独立に制御できるようにすることが好ましい。ただ
し、放電用電極にヒータを組み込むことが困難な場合に
は、放電用電極とガス混合器のガス導入孔が設けられて
いる面との間に、数個の加熱用ヒータを設けてもよい。
【0010】
【作用】本発明においては、はしご状平面形電極を構成
する線材に加熱用ヒータを組み込み、線材の温度を制御
することによりグロー放電プラズマ領域に流れ込む反応
ガスの流れを制御できる。その結果、成膜条件にかかわ
らずガス流れの均一化を達成できる。このため、基板表
面に均一な膜厚で薄膜を形成できる。したがって、本発
明のプラズマCVD装置は、大面積の非晶質薄膜の製造
に適している。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
【0012】図1は本発明の一実施例のプラズマCVD
装置の断面図である。反応容器1内には、グロー放電プ
ラズマを発生させるために、はしご状平面形コイル電極
12が基板加熱用ヒータ15と基板16に平行に配置さ
れている。図6(平面図)に示すように、この平面形コ
イル電極12は、2本の線材に対して垂直に数本の線材
をはしご状に組んだ構造を有している。図2(断面図)
に示すように、平面形コイル電極12を構成する各線材
には、ヒータ17が組み込まれている。この平面形コイ
ル電極12の電力供給端子12a、12bには、高周波
電源14からインピーダンス整合器13を介して例えば
周波数13.56MHzの電力が供給される。反応容器
1の周囲にはコイル5が巻かれており、交流電源6から
交流電力が供給される。反応容器1内には、図示しない
ボンベから反応ガス導入管7を通して反応ガスが供給さ
れる。反応ガスは、ガス混合器8の表面に設けられてい
る多数のガス導入孔9より噴き出される。反応容器1内
のガスは排気管10を通して真空ポンプ11により排気
される。
【0013】この装置を用いて、以下のようにして薄膜
を製造する。真空ポンプ11を駆動して反応容器1内を
排気する。基板16を基板加熱用ヒータ15により所定
の温度に加熱する。反応ガス導入管7を通して、例えば
モノシラン、アンモニアおよび窒素の混合ガスを供給
し、反応容器1内の圧力を0.5〜1.0Torrに保
ち、高周波電源14からインピーダンス整合器13を介
して平面形コイル電極12に電圧を印加することによ
り、グロー放電プラズマを発生させる。コイル5に例え
ば10Hzの交流電圧を印加し、平面形コイル電極12
と基板16間に発生する電界Eと直交する方向に10ガ
ウス程度の磁界Bを発生させる。ガス混合器8のガス導
入孔9より反応容器1内に噴き出されたモノシラン、ア
ンモニアなどの反応ガスは、グロー放電プラズマによっ
て分解される。この結果、ラジカル種が発生し、基板1
6表面に薄膜が形成される。本発明の装置においては、
平面形コイル電極12を構成する各線材に組み込まれた
ヒータ17により、反応ガスの流れを均一化している。
【0014】アモルファスシリコン窒化膜の膜厚分布
は、反応ガスの流量、圧力、モノシランとアンモニアと
窒素の混合比、電力などのほか、グロー放電領域の反応
ガスの流速分布、圧力分布に大きく依存する。そこで、
実際にこの装置を用いて以下のような条件でアモルファ
スシリコン窒化膜を形成した。 基板材料:ガラス 基板面積:40cm×30cm 反応ガス流量:100%SiH4 ; 50cc/mi
n 100%NH3 ; 300cc/min 100%N2 ;1500cc/min 反応容器圧力:1.0Torr 高周波電力:300W ガス混合器8として、0.3mm径のガス導入孔9を1
0mmのピッチで、横30列、縦30行、合計900個
設けたものを用いた。
【0015】はしご状平面形コイル電極12として、線
材の本数が15本、線材の間隔が25mmのものを用い
た。そして、線材の温度は、中央の3本を350℃、そ
の両端の3本ずつを250℃、さらにその外側の3本ず
つを150℃に設定した。
【0016】このように線材の温度を設定した場合、図
10に示すように、平面形コイル電極12の中央部でガ
スの流速が速くなるので、ガスのよどみが解消され、均
一なガス密度分布が実現できる。
【0017】図3は、上記成膜条件において、はしご状
平面形コイル電極12の線材を加熱した場合(本発明)
と加熱しない場合(従来)で、電極近傍のグロー放電プ
ラズマ中の発光状態を、波長414nm近傍のみの光を
通過させる光フィルタを介して観測した結果を示すもの
である。図3に示されるように、本発明では、従来のも
のと比較して、一様性の高いSiH発光強度分布が得ら
れている。
【0018】図4は、上記成膜条件において、はしご状
平面形コイル電極12の線材を加熱した場合(本発明)
と加熱しない場合(従来)で、得られたアモルファスシ
リコン窒化膜の膜厚分布を示すものである。図4に示さ
れるように、本発明では、従来のものと比較して、均一
な膜厚を有する薄膜が得られている。
【0019】さらに、得られた膜の組成を分析したとこ
ろ、膜全体にわたり、N/Si比は1.33±0.1で
あった。このことから、本発明では、均質性にも優れた
薄膜が得られることがわかる。
【0020】
【発明の効果】以上詳述したように本発明のプラズマC
VD装置を用いれば、大面積の基板上に、均一かつ均質
な薄膜を形成でき、薄膜トランジスタ、アモルファスシ
リコン太陽電池、光センサ、半導体保護膜などの分野に
おける工業的価値が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るプラズマCVD装置の断
面図。
【図2】本発明の実施例に係るプラズマCVD装置に用
いられるはしご状平面形コイル電極の断面図。
【図3】本発明および従来の装置を用いた場合の電極近
傍のSiH発光強度分布を示す特性図。
【図4】本発明および従来の装置を用いた場合のアモル
ファスシリコン窒化膜の膜厚分布を示す特性図。
【図5】従来のプラズマCVD装置の断面図。
【図6】プラズマCVD装置に用いられるはしご状平面
形コイル電極の平面図。
【図7】従来のプラズマCVD装置に用いられるはしご
状平面形コイル電極の断面図。
【図8】プラズマCVD装置に用いられるガス混合器の
平面図。
【図9】従来のプラズマCVD装置におけるガスの流れ
を示す説明図。
【図10】本発明のプラズマCVD装置におけるガスの
流れを示す説明図。
【符号の説明】
1…反応容器、5…コイル、6…交流電源、7…反応ガ
ス導入管、8…ガス混合器、9…ガス導入孔、10…排
気管、11…真空ポンプ、12…はしご状平面形コイル
電極、13…インピーダンス整合器、14…高周波電
源、15…基板加熱用ヒータ、16…基板、17…ヒー
タ。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−179879(JP,A) 特開 平1−181513(JP,A) 特開 平4−236781(JP,A) 特開 昭64−74718(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 H01L 21/31 H01L 31/04 C23C 16/509

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応容器と、この反応容器内に反応ガス
    を供給し、排出する手段と、上記反応容器内に収容され
    た、線材がはしご状に組み合わされた形状の平面形コイ
    ル電極と、この平面形コイル電極にグロー放電用電力を
    供給する電源とを有し、反応容器内に設置された基板表
    面に非晶質薄膜を形成するプラズマCVD装置におい
    て、上記平面形コイル電極を構成する線材に、線材の温
    度を各々独立に制御できるようにヒータを組み込み、反
    応容器内の反応ガス圧力分布を各々の線材の温度により
    制御することを特徴とするプラズマCVD装置。
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JP3844274B2 (ja) 1998-06-25 2006-11-08 独立行政法人産業技術総合研究所 プラズマcvd装置及びプラズマcvd方法
JP5199932B2 (ja) * 2009-03-25 2013-05-15 富士フイルム株式会社 ガスバリア膜の製造方法

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