JPH01226148A - 膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、グロー放電により薄膜を形成する成膜装置に
関するものであり、とくに、高性能の半導体薄膜を高成
膜速度において均一に形成する成膜装置に関する。

［従来技術］ シリコン化合物のグロー放電分解や光分解により得られ
る非晶質シリコン系の半導体薄膜は、光−電気エネルギ
ーの変換能力に優れ、光起電力素子として利用されてい
る。しかも、電卓等民生用機器ばかりでなく、電力用太
陽電池としての利用も検討されているが、このためには
、大面積の太陽電池を安価に製造する必要がある。この
点においても、非晶質シリコン系太陽電池は、基本的に
面積の拡大が比較的容易であり、大面積化の研究が行わ
れている。

しかしながら、従来の容量結合型の平行平板電極を用い
る成膜装置においては、高性能の半導体薄膜を高成膜速
度で均一に形成するとき、いくつかの問題があった。

すなわち、まず第一にこの成膜方法は高周波が印加され
る電極（高周波印加電極）と接地されている電極（接地
電極）の間に膜が形成される基板が設置されるものであ
るが、この場合、高周波印加電極面内において、グロー
放電の均一性が確保されなければ、薄膜の均一性は得ら
れない。次に、大面積の基板に成膜する場合には、当然
のことながら、高周波印加電極の面積を基板よりも太き
（せねばならないが、大面積の電極においては、高周波
電流独特の表皮効果が生じて有効に高周波電流を導入す
ることができない、また、電気力線にもとず（端効果お
よび先の表皮効果の結果、高周波印加電極周辺部のグロ
ー放電が強（なったり、あるいは逆に弱くなったりすこ
とにより、成膜速度が不均一になるばかりでなく、得ら
れた薄膜の特性も不均一となるうえ、高速成膜条件にお
いては、高周波印加電極周辺部のグロー放電はより一層
強（なり、かかる問題点がさらに一層強調される。

［発明の目的］ 本発明の目的は、高周波印加電極と接地電極間において
、高濃度プラズマを生じさせ、均一な半導体薄膜を高成
膜速度で基板上に形成することのできる半導体薄膜の所
謂プラズマ成膜装置を提供することである。

［基本的着想］ 本発明者らは、かかる観点から鋭意検討した結果、種々
のプラズマＣＶＤ装置およびグロー放電の詳細な検討の
結果、高周波印加電極表面を凹凸に形成することにより
、電極全体に高濃度プラズマが均一に拡がることを見い
だし、更に、凹部における高濃度プラズマが成膜速度の
向上に対して極めて有効であることも見いだして、本発
明を完成するに至った。すなわち、 大面積の平行平板電極においては上記のごと（電極面上
でプラズマが局在すると云う問題点があるところ、本発
明者らは、特定の表面形状の電極を用いると、高密度の
プラズマが電極全面に一様に生成することを見いだし、
これをプラズマ成膜装置による高速成膜に利用したもの
である。

［発明の開示］ 本発明は、プラズマ分解反応を利用して薄膜を形成する
成膜装置において、高周波印加電極表面が凹凸形状を有
することを特徴とするプラズマ成膜装置、であり、より
詳しくは、成膜装置の反応槽内に高周波印加電極と接地
電極を有し、該電極間に基板を設け、該電極間に発生す
るグロー放電により、該基板上に薄膜を形成するプラズ
マ成膜装置において、該高周波印加電極表面を凹凸状に
形成せしめて、特に、凹部における高濃度プラズマを利
用することを特徴とするプラズマ成膜装置、にががるも
のである。

第１図に本発明の一実施例たる具体的な態様を模式的な
断面図で示した。

すなわち、高周波印加電極１と接地電極２の間に発生す
るグロー放電中に、基板（実際には、基板保持具に保持
固定された基板）を設置せしめて該基板上に薄膜を形成
するプラズマ成膜装置において、該高周波印加電極表面
が凹凸状に形成されている成膜装置である。なお、第２
図はその斜視図である。

本発明において、凹凸の形状は特に限定されないが、製
作上からは、断面を矩形に作ることがプラズマの均一性
もそこなわれないので実用的であり好ましい、第１図に
示したものの外に、断面が矩形である高周波印加電極の
凹凸形状における具体的な示例のいくつかを第３図、第
４図、第５図第６図、第７図、第８図、第９図および第
１０図に示す。

第１図に示すような高周波印加電極の凹凸における山の
高さｈ、すなわち、凹部の深さは、０．５ｃａｍ以上、
５ｃｍ以下である。けだし、高速成膜条件においては成
膜時の圧力を高めることが要求されるので、山の高さｈ
が０．５ｃｍ未満のように小さい場合には、電極表面を
凹凸に形成した効果が小さくなり、好ましいものではな
い。また、薄膜の均一性は高周波印加電極と接地電極と
の間隔や高周波印加電極と基板との間隔等の装置形状に
よっても影響されるが、高周波印加電極の凹凸における
山の高さｈを０　、５ｃ＋ｓ以上とすることにより、こ
れらの装置形状による影響をほとんど無くすことが可能
である。

一方、第１図、第２図に示すような高周波印加電極の凹
凸における山の巾Ｗすなわち凸部の幅は、高周波印加電
極の凸部の頂点と基板との間隔（電極間隔）以下、好ま
しくはＯ，１ｍ−以上１０ｃｍ以下である。しかしなが
ら、山の巾Ｗが１０ｃ＋＋＋より広い場合には、電極の
凹凸による均一成膜の効果が小さくなり好ましいもので
はない。

薄膜の均一性は高周波印加電極と接地電極との間隔や高
周波印加電極と基板との間隔等の装置形状によっても影
響されるが、高周波印加電極の山の巾Ｗを電極間隔ｄ以
下とすることにより、これらの装置形状による影響はほ
とんど無くすことが可能である。さらに、この場合も高
周波印加電極と接地電極および基板等との間隔はと（に
限定されるものではない。

さらに、第１図、第２図に示すような、高周波印加電極
の凹凸における谷の巾りは、５１以上である。この場合
もしかあまり広いと電極表面を凹凸状に形成したことに
よる均一成膜の効果は小さくなり、１０ｃｍ以下である
ことが好ましい。

本発明において、凹凸形状の高周波印加電極にアースシ
ールド６を設備することは必須の条件ではないが、高周
波印加電極の周囲にアースシールドを設備することによ
り、放電を有効に対向する接地電極側あるいは基板側に
方向づけることができる。また、アースシールドの設置
に際しては、該アースシールドと高周波印加電極との間
隙を２−纏以下０．１ｍ＋ｓ以上、好ましくは０．５ｍ
ｍであれば充分である。第１図に具体的な示例を示した
。

これら高周波印加電極や接地電極等の材質については、
とくに制限されるものではないが、形成される半導体薄
膜に与える不純物量、電気伝導性、熱的安定性等を考慮
するとステンレス鋼である５ＵＳ３１６や５ｔｌＳ３０
４やアルミニウムが好ましい材料として用いられる。

本発明のプラズマ成膜装置とは、上記したごとく、基板
を成膜室内に設置し、半導体薄膜を形成する装置である
。基板導入室および基板取り出し室、または基板取り出
し室を兼ねる基板導入室を設け、または、これらの機能
を果たす基板導入および基板取り出し手段を設備するこ
とは必須の条件ではないが、これらを具備することによ
り、成膜を効率よく行うことができる。成膜室は反応ガ
ス導入手段および排気手段を備えた金属製の反応容器で
あり、少な（とも基板を加熱するための加熱手段、高密
度のプラズマを発生するための凹凸形状の高周波印加電
極および接地電極が設備されているものである。また、
成膜を効率よ（行うために、基板保持具（基板キャリヤ
ー）を移動させるための搬送手段を設備することもでき
る。なお、基板保持具とは、半導体薄膜が形成される基
板を、はめ込み、設置等により固定して搬送するための
搬送具である。従って、基板の主面が露出しており、こ
の面上に薄膜が形成されうるちのである限り、基板の基
板キャリアへの設置方法については、何ら限定されるも
のはない。通常、基板保持具は、基板と路間−の大きさ
か、これよりやや大きいのが普通である。基板保持真上
に保持された基板は、高周波印加電極と接地電極の間に
発生する高周波プラズマ中を該プラズマに対しては垂直
方向に、高周波印加電極の表面および対向する接地電極
の表面とに対しては平行方向に設置される。また、基板
保持具および搬送手段を用いて、半導体薄膜等を移動中
の基板上に形成させることもできる。

反応容器の材質は限定されるものではないが、好ましい
材質としてはステンレススチール、ニッケルおよびその
合金、アルミニウムおよびその合金などである。加工性
や耐蝕性を考慮した取扱い上からはステンレススチール
（ＳｕＳ３１６，５ＵＳ３０４　）あるいはアルミニウ
ムおよびその合金が好ましいものである。

本発明において、基板の材質は限定されるものではない
、ガラス基板、酸化スズや酸化スズ・インジウムの様な
透明導電膜付きガラス基板、セラミックス基板、アルミ
ニウム、クロム、ステンレス（ＳＵＳ３１６．５ｔｌＳ
３０４　）などの金属薄板やアルミニウム、クロム、ス
テンレス（ＳＵＳ３１６．５ｔｌＳ３０４　）などの金
属を蒸着したセラミックス基板やポリエチレンテレフタ
レートなどの高分子基板、ステンレス基板、多結晶およ
び単結晶シリコンウェハーなどが基板として有効に用い
られる。

本発明で用いる反応性ガスは、主にシリコン化合物ガス
であり、一般式５ｉａＨｔａ＊ｚ　　（ここでｎは自然
数）で示されるシラン、例えばモノシラン、ジシランで
ある。さらに、−ａ式５ｉＨｘＦａ−ｘ　（Ｘは、０〜
４の整数）で示されるフルオロシラン、一般弐ＧｅｎＨ
ｔｎ＊ｔ　　（ｎは、自然数）で示される水素化ゲルマ
ンなどである。また、目的に応じて、フォスフインＰＨ
３、ジボランＢ１ｎ５、）リウムＨｅ。

炭化水素ガス　ＣｙＨｚｙ＊ｚ　、Ｃｙ）１２ｙ　、　
Ｃ，Ｈｚｙ−ｚ（ｙは、自然数）、モノメチルシランな
どの有機けい素ガスなどを単独ないし混合して用いるこ
とができる。

［実施例］ まず、基板挿入室に基板保持具を設置し、真空系でＱ、
Ｑｌｔｏ’ｒｒ以下に排気しつつ、加熱手段で基板を所
定の温度になるまで加熱する。所定の圧力並びに基板温
度に達した後、第１図に示される形状の凹凸状の高周波
印加電極（ｈ・２０Ｉ１ｍ　、譜・２０１１ＩＩ、Ｌ＝
２０＋＋ａ　）を用い、ジシランの放電を発生させてい
る反応室内に基板保持具に保持せしめて搬送し、接地電
極に固定した後アモルファスシリコン薄膜を成膜した。

底股矢止； ジシラン　　１０　　ｃｃ／ｓｉｎ 高周波電力　５〇一 基板温度　　２５０°Ｃ 反応圧力　　Ｑ、ｌ　ｔｏｒｒ 電極寸法　　１００＋ｎ＋＋＋φ 基板寸法　　２０本８０　　ｍ＋ｍ 底盟慧来； 平均成膜速度　　　２５　　Ａ／ｓｅｃ基板上の成膜速
度分布（第１１図）　　±５ｚ代表的な光導電率　３．
５率１０−’　Ｓ／ｃ鴎代表的な暗導電率　４．６ネ１
０−”　Ｓ／ｃｍ〔比較例〕 成膜条件を実施例と同条件にして電極のみを通常の平行
平板型高周波印加電極を用いて成膜した結果、 成膜速度は１１＾／ｓｅｃ〜２７＾／ｓｅｅの間で変化
し、均一成膜が極めて困難であるを確認した。

［発明の効果］ 以上のごとく、本発明においては、本発明で規定する特
定の表面に凹凸を形成した高周波印加電極を用いること
により、高成膜速度で大面積の基板上に均質に成膜する
ことができる。得られた薄膜の特性は優れたものであり
、本発明の産業上の利用可能性は、極めて大きいもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、表面を凹凸状に形勢した高周波印加電極を有
する反応室の模式的な断面図であり、第２図はおなじく
その斜視図である。 第３図、第４図、第５図（ａ）、伽）、第６図（ａ）、
（ｂ）、第７図、第８図、第９図（ａ）、（ハ）および
第１０回（ａ）、［有］）、（Ｃ）、（６）は、断面が
矩形である高周波印加電極の凹凸形状および配置の実施
の態様の例を示す説明図である。 第１１図は本発明実施例において成膜速度分布を計測し
た基板上の位置を示す説明図である。対角線上に５ｍ鋼
間隔で測定点を設けた。 図において、ｌ・・・・・−・−−一−−−−−高周波
印加電極、２−・−・−・−・・・・−接地電極、３−
・・・・・・−・−・−プラズマ制御電極、４−−−−
−−−・・−・・−・ヒーター、５−・・・・・・−・
・・・・・・基板保持具、６・・・・−・−一一一一−
−−アースシールド、ｈ−−−−・−・・−・・・凹凸
における山の高さ、Ｗ−・−・・・・−・・・・・−凹
凸における山の巾、Ｌ・−・・−・−−−−−−一凹凸
における谷の巾特許出願人　三井東圧化学株式会社 （ｂ） 第５ （ａ） 第６図 第７図 第８図 （ｂ） 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）プラズマ分解反応を利用して薄膜を形成する成膜
   装置において、高周波印加電極表面が凹凸形状を有する
   ことを特徴とするプラズマ成膜装置。