JP3615919B2

JP3615919B2 - プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JP3615919B2
Application number: JP30878997A
Authority: JP
Inventors: 良昭竹内; 信一円谷
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-11-11
Filing date: 1997-11-11
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2017-11-11
Also published as: JPH11140653A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマＣＶＤ装置に関し、特にプラズマＣＶＤ法を用いた微結晶及び多結晶系薄膜を製造するプラズマＣＶＤ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
膜中に数ｎｍ〜数百ｎｍの結晶粒を有する所謂微結晶薄膜はアモルファス系の薄膜に対して電気的特性が優れる、経時的に安定である等の理由から、次世代の太陽電池やＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの材料として注目されている。微結晶膜は大面積化が容易、比較的低温で形成できる等の理由からプラズマＣＶＤ法を用いて製作するのが一般的である。図４は、従来の典型的なプラズマＣＶＤ装置の基本構成図を示す。
【０００３】
図中の符番１は真空チャンバを示す。この真空チャンバ１内には、基板２を加熱する機能を有した基板加熱ヒータ３が配置されている。前記真空チャンバ１内には、プラズマを生成するための電極４が基板２と対向するように配置されている。前記電極４は、電気的に接地された成膜ユニット５に図示しない絶縁碍子を介して固定されている。前記電極４には、高周波電源６より電力導入端子７を介してプラズマ生成用の電力が供給される。前記高周波電源６と電力導入端子７には、電極４と高周波電源６のインピーダンス整合をとるためのインピーダンス整合器８が接続されている。前記真空チャンバ１には、前記電極４周辺に原料ガスを導入するガス導入管９、及び真空チャンバ１内の反応ガス等を真空ポンプ（図示せず）により容器外へ排出する排気管１０が設けられている。
【０００４】
こうした構成の装置を用いて微結晶シリコン膜を成膜するには、原料ガスとして水素ガスで希釈したモノシランガスを所定流量流して、圧力を０．２ないし１Ｔｏｒｒ程度に調整し、基板温度を１６０℃ないし２５０℃程度に設定して高周波電力を電極４に印加し、基板加熱ヒータ３と電極４間にプラズマを発生させ、前述の原料ガスを分解して基板２上に膜を堆積させる。
【０００５】
よく知られているように、微結晶シリコン膜を成膜するためには、アモルファスシリコンなどの成膜に比べ高周波電力が数倍〜数十倍必要である。しかしながら、このように高電力を印加した場合、プラズマの電位が増加するので基板２へ入射するイオンのフラックスエネルギーが増大するため、膜表面にイオン衝撃ダメージが増加し、高品質の微結晶シリコン膜を成膜することが困難であった。
【０００６】
このため、図５に示すように基板２と電極４の間にメッシュ電極（グリッド電極）１１を挿入し、これに直流電源１２を接続して負の電圧を印加する方法がある。このようにすると、プラズマがメッシュ電極１１と電極４の間に閉じ込められ、基板２とメッシュ電極１１の間のプラズが弱くなることから成膜時の基板２へのイオン衝撃を低下することができるので、高品質の微結晶シリコン膜が成膜可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法ではメッシュ電極１１が該メッシュ電極１１と電極４の間で生成された膜の基となるラジカルの基板面へ流れを物理的に阻害するため、膜の成長速度が極端に遅くなること、及びメッシュ電極１１への膜堆積によるメッシュの閉塞により成膜速度が経時的に低下するという問題があった。
【０００８】
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、開口部を有する電極に対して被処理物と反対側に電位制御板を配置し、この電位制御板の電位を電位制御電源により制御する構成とすることにより、電極とヒータ間のプラズマ電位を小さくでき、もって膜の結晶性を向上しえるプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
又、本発明は、開口部を有する電極に対して被処理物と反対側に被処理物側が開口した成膜ユニットを配置し、この成膜ユニットの電位を電位制御電源により制御する構成とすることにより、電極とヒータ間のプラズマ電位を小さくでき、もって膜の結晶性を向上しえるとともに、プラズマ電位の制御性に優れたプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願第１の発明は、反応容器と、この反応容器に原料ガスを導入、排出する手段と、前記反応容器内に配置され、被処理物を加熱するヒータと、前記反応容器内に配置され、被処理物側に開口部を有した成膜ユニットと、この成膜ユニットの開口部に前記被処理物と対向するようにセットされ、開口部を有する電極と、前記成膜ユニットの被処理物側と反対側に該成膜ユニットと絶縁して配置された電位制御板と、この電位制御板の電位を制御する電位制御電源と、前記電極とヒータ間、前記電極と電位制御板間にプラズマを発生させる手段とを具備することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置である。
【００１１】
本願第２の発明は、反応容器と、この反応容器に原料ガスを導入、排出する手段と、前記反応容器内に配置され、被処理物を加熱するヒータと、前記反応容器内に配置され、被処理物側に開口部を有した成膜ユニットと、この成膜ユニットの開口部に前記被処理物と対向するようにセットされ、開口部を有する電極と、前記成膜ユニットの電位を制御する電位制御電源と、前記電極とヒータ間、前記電極と成膜ユニット間にプラズマを発生させる手段とを具備することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置である。
【００１２】
本発明において、原料を導入する手段としては、図１に示すようなガス導入管が挙げられる。また、原料ガスを排出する手段としては排気管が挙げられる。
本発明において、開口部を有する電極とは、電極主面に垂直な方向にガスを通過させるような穴あるいは隙間を有した電極を意味し、例えば、図１に示すようなラダー（梯子状）電極、あるいは図５で述べたようなグリッド型電極が挙げられる。
【００１３】
本発明において、プラズマを発生させる手段としては、例えば図１に示すような高周波電源、インピーダンス整合器及び電力導入端子からなる構成部材が挙げられる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
（実施例１）
図１を参照する。図中の符番２１は、反応容器としての真空チャンバを示す。この真空チャンバ２１内には、基板ホルダ（図示せず）に支持されたガラス基板２２を加熱する基板加熱ヒータ２３が配置されている。ここで、ガラス基板２２は中性洗剤あるいは有機溶剤で洗浄したものを用いる。前記真空チャンバ２１内には、プラズマを生成するためのラダー電極２４が基板２２と対向するように配置されている。前記ラダー電極２４は、電気的に接地された成膜ユニット２５に図示しない絶縁体を介して固定されている。前記ラダー電極２４には、高周波電源２６より例えば１３．５６ＭＨｚの高周波をインピーダンス整合器２７、電力導入端子２８を介して印加し、グロー放電プラズマが発生させる。グロー放電プラズマは、基板加熱ヒータ２３とラダー電極２４の間、及びラダー電極２４と後述する電位制御板の間の両方に発生する。前記成膜ユニット２５の底部には絶縁碍子２９を介して電位制御板３０が設けられ、該電位制御板３０には電位制御用電源３０が接続されている。ここで、電位制御用電源３１により電位制御板３０の電位が制御される。前記真空チャンバ２１には、前記ラダー電極２４周辺に原料ガスを導入するガス導入管３２、及び真空チャンバ２１内の反応ガスなどを真空ポンプ（図示せず）により容器外へ排出する排気管３３が設けられている。
【００１５】
こうした装置において、真空チャンバ２１内は真空ポンプにより所定圧力（通常は５×１０^−７Ｔｏｒｒ以下）まで排気すると共に、基板加熱ヒータ２３に通電してガラス基板２２を所定温度、通常１５０℃〜３００℃に加熱し、温度を十分安定させた後、真空チャンバ２１内にガス導入管３２を介して原料ガスとして水素とモノシランの混合ガスを所定流量導入し、真空ポンプによりガス排気管３３を介して排出される。
【００１６】
上記実施例に係るプラズマＣＶＤ装置によれば、ラダー電極２４に対して基板２２と反対側に電位制御板３０を配置し、この電位制御板３０の電位を電位制御電源３１により制御する構成となっているため、以下に述べる効果を有する。
【００１７】
（１）ラダー電極２４を構成する線材の隙間を介してラダー電極２４と基板加熱ヒータ２３間のプラズマとラダー電極２４と電位制御板３０の間のプラズマがつながっているため、電位制御板３０の電位を制御することにより、ラダー電極２４と基板加熱ヒータ２３間のプラズマ電位を小さくすることが可能となる。この結果、イオン衝撃による膜面へのダメージが低減されることから、膜の結晶性が向上する。
【００１８】
（２）基板２２の前面には従来のグリッド電極等のようにラジカルにとって遮蔽物がないことから、成膜速度を損なうことなく結晶性を向上できる。
事実、前記プラズマＣＶＤ装置を用いて電位制御板３０に印加する電圧を変化させ、基板２２上に微結晶Ｓｉ薄膜を成膜した。微結晶Ｓｉ薄膜の膜厚は５０ｎｍとした。成膜した微結晶Ｓｉ薄膜はレーザラマン分光測定により膜質の評価を行った。測定結果のラマン散乱スペクトルを４８０ｃｍ^−１及び５２０ｃｍ^−１を中心値とするガウス分布にて波形分布してそのピーク比を調べた。ここで、４８０ｃｍ^−１はアモルファスＳｉ成分を示し、５２０ｃｍ^−１は結晶Ｓｉ成分を示すものである。
【００１９】
一般的に、その比（５２０ｃｍ^−１のピーク値）／（４８０ｃｍ^−１のピーク値）が大きいものほど、微結晶Ｓｉ膜の結晶性が高く且つ高品質膜とされている。電位制御板３０に印加する電圧とその時に得られた膜の（５２０ｃｍ^−１のピーク値）／（４８０ｃｍ^−１のピーク値）の関係は、図２に示す通りであった。また、比較のために従来のプラズマＣＶＤ法で製作した微結晶Ｓｉ膜の値も示した。更に、この時の成膜速度と電位制御板電位との関係を図３に示す。図２及び図３より、成膜速度を落とさずに高品質の微結晶膜が得られることが確認できた。
【００２０】
（実施例２）
図６を参照する。但し、図１と同部材は同符号を付して説明を省略する。本実施例２は、実施例１と比べ、電位制御板を省き、代わりに電気的に接地されていた成膜ユニット２５に電位制御電源３１を接続して成膜ユニット２５の電位を制御したものである。前記成膜ユニット２５と真空チャンバ２１間、成膜ユニット２５とガス導入管３２間には、夫々板状の絶縁碍子６１、断面が環状の絶縁碍子６２が設けられている。
【００２１】
実施例２に係るプラズマＣＶＤ装置によれば、実施例１と同様な効果を有する他、実施例１の電位制御板よりもプラズマに接している面積が大きくなるので、実施例１よりもプラズマ電位の制御性が優れる。
【００２２】
なお、上記実施例では、微結晶Ｓｉの成膜例を示したが、これに限らず、微結晶ＳｉＣや微結晶ＳｉＧｅなどのＳｉ系微結晶、ダイヤモンド系の微結晶等の成膜に関しても同様に効果がある。
【００２３】
また、上記実施例では、電極はラダー電極を用いたが、グリッド型等の開口部があり、電極の上下のプラズマがつながっているような電極では同様の効果が得られる。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、開口部を有する電極に対して被処理物と反対側に電位制御板を配置し、この電位制御板の電位を電位制御電源により制御する構成とすることにより、電極とヒータ間のプラズマ電位を小さくでき、もって膜の結晶性を向上しえるプラズマＣＶＤ装置を提供できる。
【００２５】
また、本発明によれば、開口部を有する電極に対して被処理物と反対側に被処理物側が開口した成膜ユニットを配置し、この成膜ユニットの電位を電位制御電源により制御する構成とすることにより、電極とヒータ間のプラズマ電位を小さくでき、もって膜の結晶性を向上しえるとともに、プラズマ電位の制御性に優れたプラズマＣＶＤ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係るプラズマＣＶＤ装置の全体図。
【図２】本発明装置及び従来装置による微結晶Ｓｉ薄膜のラマン散乱スペクトルのピーク比（５２０ｃｍ^−１／４８０ｃｍ^−１の比）と電位制御板電位との関係を示す特性図。
【図３】本発明による成膜速度と電位制御板電位との関係を示す特性図。
【図４】従来のプラズマＣＶＤ装置の説明図。
【図５】従来の他のプラズマＣＶＤ装置の説明図。
【図６】本発明の実施例２に係るプラズマＣＶＤ装置の全体図。
【符号の説明】
２１…真空チャンバ、
２２…基板、
２３…基板加熱ヒータ、
２４…ラダー電極、
２５…成膜ユニット、
２６…高周波電源、
２７…インピーダンス整合器、
２８…電力導入端子、
３０…電位制御電源、
３１…電位制御板、
３２…ガス導入管、
３３…ガス排気管。

Claims

反応容器と、この反応容器に原料ガスを導入、排出する手段と、前記反応容器内に配置され、被処理物を加熱するヒータと、前記反応容器内に配置され、被処理物側に開口部を有した成膜ユニットと、この成膜ユニットの開口部に前記被処理物と対向するようにセットされ、開口部を有する電極と、前記成膜ユニットの被処理物側と反対側に該成膜ユニットと絶縁して配置された電位制御板と、この電位制御板の電位を制御する電位制御電源と、前記電極とヒータ間、前記電極と電位制御板間にプラズマを発生させる手段とを具備することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
反応容器と、この反応容器に原料ガスを導入、排出する手段と、前記反応容器内に配置され、被処理物を加熱するヒータと、前記反応容器内に配置され、被処理物側に開口部を有した成膜ユニットと、この成膜ユニットの開口部に前記被処理物と対向するようにセットされ、開口部を有する電極と、前記成膜ユニットの電位を制御する電位制御電源と、前記電極とヒータ間、前記電極と成膜ユニット間にプラズマを発生させる手段とを具備することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。