JPH02113521A - 薄膜形成装置 - 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。

［従来技術とその課題］ 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０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大き
くしなければならないが、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、電気力線にもとすく端効
果および先の表皮効果の結果、高周波印加電極周辺部の
グロー放電が強くなったり、あるいは逆に弱くなったり
ずことにより、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
一層強くなり、かかる問題点がさらに一層強調される。

を発明の目的〕 本発明の目的は、高周波印加電極と接地電極間において
、高密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’ｉｉｌ
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
極表面に突起物および枠を形成しこれを凹凸形状の高周
波印加電極とすることにより電極全体に高密度プラズマ
が均一に拡がることを見いだし、更に、突起物の形状、
数量や枠の大きさを変えることにより、発生するプラズ
マの密度を制御でき、成膜速度を大きく制御できること
も見いだして、本発明を完成するに至また。すなわち、
大面積の平行平板電極においては上記のごとく、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本発
明を完成したのである。

［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、高周波印加電極が凹凸形状を有し、当該凹凸部
分は突起物と少なくともこの突起物の一部を囲む枠とか
らなることを特徴とするプラズマ成膜装置、であり、よ
り具体的には、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に突起
物と枠を形成し、該突起物周囲および枠内部に発生する
高密度プラズマを利用するプラズマ成膜装置、にかかる
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６（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、基本的に該高周波印
加電極表面に枠３および突起物４が設置されている成膜
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、枠の形状は特に限定されないが、突起
物の少なくとも一部を囲むことがプラズマの密度を高め
るので実用的であり好ましい、また枠の数は一つあるい
は複数であってもよい０例えば第３図は、枠が二つ形成
されている状態を示す。勿論、同様にして、枠の数は１
〜２０個程度の範囲で形成することが好ましい。もちろ
ん、さらにそれ以上形成することは自由である。また、
突起物の形状は特に限定されないが、基本的には、表面
積が大きくなるような形状のものほど好ましい。この枠
および突起物は高周波電極として一体型に形成してあっ
ても、また取り外し可能であっても構わない。なお、本
発明においては、［突起物の少なくとも一部をＪ枠で囲
むものであって、第４図のごとく、枠の外に残りの突起
物が存在していてもよい。

第１図に示すような高周波印加電極の枠の高さｈは、０
．５ｃｍ以上、５ｃｍ以下であることが好ましい、ｈが
０．５ｃ■未満のように小さい場合には、電極表面に枠
を形成した効果が小さくなり、好ましいものではない。

一方、第１図に示すような高周波印加電極に形成される
枠の幅ｄは、高周波印加電極の枠の頂点と基板との間隔
（１穫間隔）以下、好ましくは０゜１１ｍｌ１１以上１
０ｃｍ以下である。ｄが１０ｃｍより広い場合には、電
極表面の枠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。

さらに、第１図、第２図に示すような、高周波印加電極
の枠の大きさＷは、特に限定されないが好ましくは２０
ｍｍ以上ｌｏｏｋｍ−以下程度である。

本発明における突起物の形状は限定的なものではないが
、高周波印加電極表面に垂直に設置するため円柱状、角
柱状のものが望ましい、さらに突起物は上記したごと（
、表面積が大きいほど高密度プラズマが生じやすいので
成膜速度を大きくするためには、このような突起物を多
数設けるのが望ましいが、突起物同士が近すぎると逆に
高密度プラズマは得られないので、互いに５ＩＩｍ以上
程度間隔を有して設置するのが好ましい、また、突起物
の高さＨは、０．５ｃｍ以上、５ｃ−以下であって、枠
の高さと同程度でも、また枠より高くても低くてもよい
。くわえて、突起物の高さを全て一定にする必要もない
ことは勿論である。なお、形状としては、円柱状、角柱
状のものが望ましく、この頂部に、球状または皿状の頭
部を形成して、皿ビス状、釘状、針状等に形成してもよ
い。

本発明においては、「突起物の少なくとも一部を」枠で
囲むものであって、枠がなく突起物のみの場合は高密度
プラズマが得られにくく、成膜速度の増加効果は低い、
また、枠のみ、もしくは枠の外側にのみ突起物を形成し
た場合は、やや効果が認められるものの、枠の内側に突
起物を形成する効果に比べると成膜速度増加の効果は低
いものでしかない、さらに、内側とともに枠の外側にも
突起物を設置すると、成膜速度の増加効果は高まる。

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５ＵＳ３０４
やアルミニウム、銅等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４、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枠形状および突起物より
形成される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、成膜を効率よく行うために、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０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。

基板保持具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ｆ　７　Ｌ／　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（ＳｔｌＳ３１６，５ｔｌ
Ｓ３０４　）　ｆＬ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５ｌａＨｚ□！　（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、一般式５ｉＬＦａ−ｘ　（Ｘは、Ｏ〜４の整
数）で示されるフルオロシラン、一般弐Ｇｅ＋＋Ｈｉａ
。ｚ　　（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Ｐｌ（３
、ジボランＢ□ＩＩ６、ヘリウムＨｅ。

炭化水素ガス　ＣｙＨｚｙ−ｔ　、Ｃ，Ｈ＊ｙ　、Ｃｙ
Ｈｇｙ−ｘ（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０，
０１　ｔｏｒｒ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図に示される枠および突起物より形
成されている凹凸形状の高周波印加電極を用い、具体的
には、２００ｏｎ角電極上に外枠１５０ａｍ角、内枠（
＝ｗ　）１３０ｍｍ　、枠幅ｄ＝１０ｍｍ、高さ（・ｈ
　）３０ｍ−の枠を設け、枠内に高さ３０１１１Ｉ、直
径５ｍ−の円柱を９本設置したものを用い、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。

戒ｌｕＥ住； ジシラン　　３０　　ｃｃ／ｓｉｎ 高周波電力　６〇一 基板温度　　３００°Ｃ 反応圧力　　０．０３５ｔｏｒｒ 電極寸法　　２００ｍｍ角 基板寸法　　１５０ｍ−角 炭に詰且； 平均成膜速度　　　２０　　人／ｓｅｅ基板上の成膜速
度分布　　　±５χ 代表的な光導電率　１．６＊１０−’　　Ｓ／ｃｍ代表
的な暗導電率　１．２＊Ｌ０−目　Ｓ／ｃ鶴〔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５人／ｓｅｅ　　前後と小さく、また、高速
成膜しようとすると、成膜速度分布が太き（、高速均一
成膜が極めて困難であることを確認するに到った。

同様にして、実施例と同様にして突起物のみの場合は、
７〜８人／ｓｅｅ　、枠のみの場合は、１０〜１２人／
ｓｅｅ　、突起物を枠の外側にのみ形成した場合は、や
はり１０〜１２人／ｓｅｃであった。

［発明の効果］ 以上のごとく、本発明においては、本発明で規定する表
面に枠およびこれを囲む突起物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、枠および突起物より形成されている高周波印
加電極を有する反応室の模式的な断面図であり、第２図
は本電極の斜視図である。また第３図、第４図は本電極
における枠および突起物の配置の実施の態様の例を示す
斜視図である。　図において、 １・・・・・−・−・・高周波印加電極、２−−−・・
・−・−接地電極、 ３・・−一−−−−−・・・・・枠、 ４−　−ｍ−突起物、 ５　　　　高周波電源、 ６−−〜−−−−−−−−−−−一基板、　　　を示す
。

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、高周波印加電極が凹凸形状を有し、当該
   凹凸部分は突起物と少なくともこの突起物の一部を囲む
   枠とからなることを特徴とするプラズマ成膜装置。