JPH02192720A - 薄膜形成方法 - Google Patents

薄膜形成方法

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JPH02192720A
JPH02192720A JP1012832A JP1283289A JPH02192720A JP H02192720 A JPH02192720 A JP H02192720A JP 1012832 A JP1012832 A JP 1012832A JP 1283289 A JP1283289 A JP 1283289A JP H02192720 A JPH02192720 A JP H02192720A
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Shingo Okamoto
真吾 岡本
Hisaki Tarui
久樹 樽井
Noboru Nakamura
昇 中村
Shinya Tsuda
津田 信哉
Shoichi Nakano
中野 昭一
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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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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体薄膜などの薄膜を形成する薄膜形成方
法に関する。
〔従来の技術〕
一般に、光エネルギによって原料ガスを分解し、薄膜形
成用基板上に薄膜を形成する光CVD法は、低温成長が
可能であり、しかも成長膜への夕゛メージが少ないなど
の利点から、非常に注目されている。
しかし、原料ガスを分解するのに必要な光エネルギは主
に紫外領域にあり、真空容器に形成した窓を通して、こ
の容器内に外部から光を照射する場合に、波長110n
m以下の短波長光を透過する適当な窓材がないために、
110nm以下の短波長光を利用できないことや、成膜
反応の経過に伴って窓材表面にも成膜して透過率の低下
を招くなどの不都合がある。
そこで、例えば昭和59年(1984年)第31回応用
物理学関係連合講演会講演予稿集P391 r29a−
R−4窓なし光CVD法によるa−5lの析出(1月に
記載されているように、真空容器内においてプラズマを
発生させ、プラズマの発光エネルギにより原料ガスを分
解して薄膜を形成することが考えられている。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の窓なし光CVD法の場合、プラズマの発生領域と
基板の設置位置とが近接しているため、ブラズマ中のイ
オンや電子などの荷電粒子が基板に衝突し、基板や成長
膜がダメージを受け、成長膜の膜質の低下を招くという
問題点がある。
そこで、イオンが基板に衝突しないように、基板にバイ
アスをかけることや、プラズマ発生領域と基板との間に
メツシュ状電極を設け、この電極の電位を制御すること
により、荷電粒子の基板への到達を防止する対策が考え
られているが、すべての荷電粒子を防止することは不可
能である。
本発明は、前記の点に留意してなされ、荷電粒子の基板
への到達を防止し、荷電粒子の衝突による基板及び成長
膜のダメージを防止できるようにすることを目的とする
〔課題を解決するための手段〕
前記目的を達成するために、本発明の薄膜形成方法では
、プラズマ室においてマイクロ波エネルギによりプラズ
マ用ガスのプラズマを生成し、前記プラズマ室に形成し
た磁気鏡型磁場により該磁場中に前記プラズマの荷電粒
子を閉じ込め、前記プラズマの発光エネルギ及び中性ラ
ジカルのエネルギにより、前記プラズマ室に連通した反
応室に導入した原料ガスを分解し、前記反応室に配設し
た薄膜形成用基板上に薄膜を形成することを特徴として
いる。
〔作用〕
以北のように構成されているため、荷電粒子の基板への
衝突が防止され、荷電粒子の衝突による基板及び成長膜
のダメージが防止される。
また、窓が不要であるため、プラズマ用ガスの選択によ
り、波長110nm以下の高エネルギの短波長光を有効
に利用することが可能となる。
〔実施例〕
実施例について図面を参照して説明する。
まず、磁気鏡による荷電粒子の閉じ込めの原理について
、第2図を用いて説明する。
第2図(こおいて、(la)、(lb)は同軸に配設さ
れた2個の空心コイルであり、両コイル(la)、(l
b)により、両コイル(la)、(lb)の近傍で最大
磁界となり、両コイル(la)、(lb)の中間で最小
、磁界となる紡錘型の磁気鏡型磁場が形成される。
そして、このような磁場により、荷電粒子は磁力線(こ
沿って進んだのち、ある所で反射され、これらの繰り返
しにより結果的暑こ磁気鏡内部に荷電粒子が閉じ込めら
れることになる。
ところで、この磁気鏡型磁場の磁束密度の最大値をBm
、最小値をBOとすると、R(−Bm/Bo )をミラ
ー比と言い、磁束密度が最小となる両コイルc1a)*
(1b)の中間で、多数の荷電粒子が等方的な速度分布
を持つと仮定すると、磁気鏡に閉じ込められずに外へ逃
げ出す荷電粒子の割合は1/Rとなり、ミラー比kを十
分大きくすることにより、はとんどすべての荷電粒子を
閉じ込めることが可能となる。
つぎに、薄膜形成装置の概略を示す第1図について説明
する。
第1図において、(2)は筒状のプラズマ室、(3a)
(31υはプラズマ室+21の両端部の外側に配設され
た磁気鏡型磁場形成用の2個の空心電磁コイル、t、4
a)t(,4b月よ両コイル(3a)、(3b)間のプ
ラズマ室(2)の外側1ζ配設された磁場微調整用の2
個の空心電磁コイルであり、これらCD コイルc3a
、J、(3b)、(4a)、(4b)ニよりプラズマ室
(2)に磁気鏡型磁場(、M)が形成される。
さらに、(5)はマグネトロン、(6)はプラズマ室(
2)に連通した導波管、(7)は導波管(6)とプラズ
マ室(2)との間を気密に仕切りプラズマ用ガスの導波
If(fi内への流入を遮断する石英仕切板、(8)は
プラズマ室+21に連通した反応室、(9)は反応室(
8)(こ配設されヒータ(10)を内蔵した基板ホルダ
、(11)はホルダ(9)に保持された薄膜形成用基板
、(12)は、先端部がプラズマ室(21の中央部まで
導入されプラズマ用ガスを供給スルプラズマ用ガスパイ
プ、(圃は先端部が反応室(8)の基板間の近傍まで導
入され原料ガスを供給する原料ガス用パイプ、04)は
反応室+81に形成された排気口、(15)は金属メツ
シュであり、プラズマ室(2)と反応室(8)との間に
設けられ、マイクロ波の反応室(8)への漏洩を防止す
る。
ところで、磁気鏡型磁場(M)の実例値として、磁場(
、M)の中心から、コイル(3a、l、(3b)までの
距離を共に30cm、コイル(4a)、(4b)までの
距離を共1こ20cmとし、各:] コイル3a)、(
31))、(4a)、(4b)の半径を5側とし、コイ
ル(3a)、(3b)に100OOAT’ 、 コイル
(4a)、(4b)ニ500ATの電流を流すと、磁場
CM)の磁束密度の最大値Bmは1263C;auss
、最小値BOは1 B、IGaussとなって、磁場(
M) Q) ミラー比R(=Bm/Bo )はR= 9
6.8となり、この場合的99%の割合で荷電粒子を閉
じ込めることができる。
そして、例えば非晶質Si薄膜を形成する場合、原料ガ
スとしてジシランガス(SizHa)を用い、プラズマ
用ガスとしてキセノン(Xe )ガスを用い、Si2H
6に対して吸収の大きい147nmのXe共鳴線のエネ
ルギにより、S 12116を分解するようにし、この
ときの条件として、Xeガスの流量をIQsccM、反
応室(8)の圧力を0.5Torrとし、マツチング調
整した導波y(61を介してマグネトロン(5)による
マイクロ波を照射すると、プラズマ室(2)でXeガス
がプラズマ化され、磁気鏡型磁場(M)によりXeプラ
ズマが閉じ込められ、プラズマ室(2)において147
nmの共鳴線を含む白色の発光が生じ、このXeプラズ
マの発光のエネルギ及び磁場(M)に閉じ込められない
中性ラジカルのエネルギにより、主として147nmの
共鳴線のエネルギにより、反応室(8)lこおいて5i
zHaが分解され、基板0り上fζ非晶質Si薄膜が形
成される。
つぎEこ、第1図Cζ示す形成装置により光起電力装置
のp、i、nの各層を表1に示す条件で形成し、第3図
に示すような構成の光起電力装置(1)を作成した。
(表 1) ところで、この光起電力装置は周知の構成であり、第3
図に示ア如く、ガラス基板(+6+上1こ、透明導電膜
(1η、非晶質Siからなるppip”層t181 j
 091 j 120)及び裏面’Km@U)r)@次
積層したものであり、表1の条件下沓こおいて、p、n
層Ht @o)の成膜速度を2QA/mi n 、 i
層(19)の成膜速度を70A/minとし、p*1m
n 1m 118j I (19) # e20+の膜
厚はそれぞれ150A、4000A、300Aとした。
そして、作成した光起電力装置(1)の光電変換特性を
測定した結果、表2に示すようになり、比較のために、
i層形成時の磁気鏡型磁場CM)を無しとする以外は表
1に示す条件とすべて同じにして作成した光起電力装置
(It)の光電変換特性も表2に示す。なお、表2の各
層はAM−1,5、l OOmW、’、70.l状態の
ものである。
このように、表2かられかるように、光起電力装置(1
)の方がすべての特性について光起電力装置01)を上
回っており、光起電力装置(1)の特性が良好であるこ
とを示している。
さらに、光起電力装置(1) 、 (fl)の収集効率
について、+0.7Vバイアス時の値を−5Vバイアス
時の値で規格化した規格化収集効率スペクトルを測定し
たところ、第4図(こ示すようになり、同図中の実線が
光起電力装置(1)を示し、破線が光起電力装置(fl
)を示しており、@4図から明らかなように、光起”m
刃装置(I)は400〜g Q Qnmの範囲で規格化
収集効率がほぼ一定しているのに対し、光起電力装@ 
([)は400〜500nmの短波長域の規格化収集効
率が低下している。
これは、p層(18)と11台(19)の界面付近の接
合特性が悪化したためと考えられる。
そして、表2及び第4図の結果から、i層(lillの
形成時に磁気鏡型磁場(−M)を無しとしたことにより
、Xeプラズマの荷電粒子の衝突によって下地のp層(
181がダメージを受け、p/i界面の接合特性が悪化
し、その結果光起電力装置の光電変換特性及び規格化収
集効率の低下を招いたことになり、逆に磁気鏡型磁場に
よる荷電粒子の閉じ込めによって、i層(19)の形成
時に下地のp層(181のダメージを防止して良好なp
苅界面の接合特性を得ることができ、光起電力装置の光
電変換特性及び規格化収集効率の向とを図ることが可能
になる。
なお、前記実施例では、プラズマ用ガスとしてXeを用
いる場合について説明したが、これに限るものではなり
、Ar、Kr、Fleなどの希ガスや、N2.N2など
のガスを用いてもよいのは勿論である。
また、前記実施例では非晶質Si薄膜を形成する場合f
コライて説明したが、非晶質のS iC,S ice、
Sign。
SiNなどの薄膜や、微結晶、多結晶の薄膜の形成にも
、本発明を同様に適用できるのは言うまでもない。
〔発明の効果〕
本発明は、以上説明したように構成されているので、以
下に記載する効果を奏する。
プラズマ室に形成した磁気鏡型磁場tζよりプラズマの
荷電粒子を閉じ込め、プラズマの発光エネルギ及び中性
ラジカルのエネルギにより、原料ガスを分解するように
したため、従来のような荷電粒子の基板への衝突を防止
することができ、荷電粒子の衝突による基板及び成長膜
のダメージを阻止することができ、膜質の良好な薄膜を
得ることができ、半導体デバイスの作成に適用した場合
には、特性の優れたデバイスを作成することが可能とな
る。
また、通常の光CVD法のような窓材を必要としないた
め、従来窓材の透過波長の制限から利用不可能であった
llQnm以下の高エネルギの短波長光も、有効に利用
することが可能となり、適用範囲の拡張を図ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
図面は、本発明の薄膜形成方法の1実施例を示し、第1
図は形成装置の概略図、第2図は磁気鏡型磁場の説明図
、第3図は光起電力装置の概略図、第4図は波長と光起
電力装置の規格化収集効率との関係図である。 (21・・・プラズマ室、(5)・・・マグネトロン、
(8)・・反応室、(1す・・・基板、0々・・・プラ
ズマ用ガスパイプ、(1+31・・原料ガスパイプ、(
M)・・・磁気鏡型磁場。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)プラズマ室においてマイクロ波エネルギによりプ
    ラズマ用ガスのプラズマを生成し、前記プラズマ室に形
    成した磁気鏡型磁場により該磁場中に前記プラズマの荷
    電粒子を閉じ込め、前記プラズマの発光エネルギ及び中
    性ラジカルのエネルギにより、前記プラズマ室に連通し
    た反応室に導入した原料ガスを分解し、前記反応室に配
    設した薄膜形成用基板上に薄膜を形成することを特徴と
    する薄膜形成方法。
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JP2009054996A (ja) * 2007-07-27 2009-03-12 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 表示装置の作製方法
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JPWO2016186143A1 (ja) * 2015-05-20 2018-03-29 国立大学法人東北大学 プラズマ処理装置、プラズマ処理方法および半導体製造方法

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