JPH02236279A - アモルファスシリコン系薄膜の形成装置 - 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】 〔概要〕 アモルファスシリコン系薄膜の形成装置に関し、成膜時
における放電電極へのＳｉ．Ｈ．粉体の付着や放電電極
に堆積した薄膜の剥離を防げるようにすることを目的と
し、 真空容器内に導入した材料ガスを放電電極と接地電極間
に発生させた高周波励起プラズマにより分解，活性化さ
せて生成した活性種を利用して、前記真空容器内に配置
されて加熱される基体の表面にアモルファスシリコン系
薄膜を形成する装直において、プラズマが発生する条件
に応じて前記放電電極に堆積したアモルファスシリコン
系薄膜が剥離しないように、かつ前記放電電極の表面に
粉体が付着，堆積しないように、前記放電電掻の温度を
制御する温度制御手段を設けた構成とする．〔産業上の
利用分野〕 本発明はアモルファスシリコン系薄膜の形成装置に関す
る。

この種の装置で形成される薄膜としては、水素化アモル
ファスシリコン（以下、ａ−Ｓｔ：Ｈと略記する）やＢ
ドープまたはＰドーブしたａ　−Ｓｔ　：｝１　．　水
素化７モルファスシリコンカーバイド，窒化硅素，酸化
硅素等があり、これらは太陽電池，読取センサアレイ，
惑光ドラム，電子デバイス等に適用される。

近年、これらの薄膜の有用性が確かめられ、一部実用化
が進むにつれて、歩留まりを大きくできる薄膜形成装置
が必要とされている。

〔従来の技術〕

従来のアモルファスシリコン系薄膜の形成装置において
は、薄膜形成時の圧力が高いと発生するＳｔ．％Ｈ４等
の粉体が、基体を取り付けた接地電極等の加熱部以外に
付着，堆積せず、真空容器内のどの位置でも薄膜となる
ように、真空容器内全体を加熱していた。または、上記
粉体の付着，堆積を防ぐために、粉体の発生しない低い
圧力で薄膜を形成し、真空容器内のどの部位においても
薄膜が堆積するようにしていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、基体の表面上に堆積した薄膜の特性が良くな
るように決めた条件で薄膜を形成したとき、放電電極に
堆積した薄膜が、イオンダメージや、放電電極の材料と
それに堆積した薄膜の熱膨張係数の違いあるいは真空容
器内の圧力上昇が原因で生じる内部応力により、薄膜形
成中や真空容器を開放し大気圧にしたときに剥離するこ
とがあった。

従って、従来技術のような単純な加熱によって基体に堆
積した薄膜には上記粉体に起因する欠陥はなくすことが
できるが、放電電極の表面に堆積した薄膜が一部剥離し
、その薄膜片が基板に堆積している薄膜の成長表面に付
着することにより欠陥が発生したり、真空容器内を大気
圧にした後開放した際に徐々に剥離．落下してくる薄膜
片を掃除しなければならないといった問題を生じていた
。

また、放電電極表面の薄膜の剥離が長い時間かけて徐々
に起るため、真空容器内に落下して《る薄膜片を掃除す
るクリーニング工程に時間がかかり、このクリーニング
を短時間で済ませてしまうと、次に形成する薄膜に欠陥
が生じる原因になるといった問題をも同時に引き起こし
ていた。

本発明は、成膜時における放電電極へのＳｉ．Ｈ．粉体
の付着や放電電極に堆積した薄膜の剥離を防ぐことので
きるアモルファスシリコン系薄膜の形成装置を提供する
ことを目的としている。

（課題を解決するための手段〕 第１図は本発明の原理説明図で、図中、１は放電電極で
あり、接地電橿２との間にプラズマを発生させるもの、
３は温度制御手段であり、放電電極１の温度を加熱また
は冷却により制御するためのもの、４は接地電極２上に
配置されて図示しないヒータにより加熱される基体であ
り、ａ−ＳｉｓＨ系薄膜を表面に形成しようとするもの
、５はこれらを収納する真空容器である。６は参考に付
記したシールド板で、放電電極１の周囲の不要部分にお
けるプラズマ発生を防止する。

〔作用〕

所定温度に加熱された基体４への成膜は、真空容器５内
に導入した材料ガスを放電電極１と接地電極２間に発生
させた高周波励起プラズマにより分解．活性化させて生
成した活性種を利用して行われる。

この成膜時に、本発明では、放電電極１の温度を、温度
制御手段３により目的とする値に調整することによって
、放電電極１に付着しようとするＳｉ．Ｈ．粉体を薄膜
化するとともに、放電電極１に薄膜７が堆積する条件で
はその薄膜７の内部応力を制御する。このため、薄膜形
成中及び真空容器５開放の際に、放電電極１に堆積した
薄膜７の剥離や放電電極ｌに付着したＳｉｍＦＬｓ粉体
の飛散が起きないようにすることができる。

この結果、形成したａ　−Ｓｉ　：　Ｈ系薄膜の欠陥を
減少させるとともに、真空容器５開放後のクリーニング
工程時間を短縮することができる。

温度制御手段３による制御は、放電電極１の付近に設け
たセンサ（光学式温度器）８の検出温度を基に行われる
。

なお、Ｓｉ．Ｈ，粉体は、放電電極の温度が低くすぎる
と放電電極に付着・堆積し、放電電極に付着した薄膜の
剥離は放電電極の温度が高くなりすぎると発生する。従
って、この両者を満足する（粉体が付着せず、しかも付
着した薄膜が剥離しない）？度が、上記の温度制御手段
により調整されるところの目的とする値になる。

〔実施例〕

以下、第２図及び第３図に関連して本発明の実施例を説
明する。

第２図は本例のアモルファスシリコン系薄膜の形成装置
の構造概要説明図で、二重円筒電極型の通常の高周波（
以下、ＲＦと略記する）プラズマＣＶＤ装置を用い、本
発明を適用しないと放電電極にＳｉ．Ｈ，粉体が付着．
堆積する高い圧力でａＳｉ　：　Ｈを形成する例を示し
ている。

図中、１１は真空容器、１２は放電電掻、１３は接地電
極を兼ねる円筒状基体、ｌ４は温度制御手段である。

放電電極１２と基体１３は、真空容器１１内に設けられ
て二重円筒電極を構成し、基体１３は、これと外径を同
じくする上下の基体ホルダ１５，，１５■により保持さ
れている。基体ホルダ１５■は、モータｌ６に連結され
て成膜時に基体１３を回転させる。

温度刺御手段１４は、成膜時に放電電極１２の温度を所
望値に制御するためのもので、本実施例では放電電極１
２の内周部に設けられたヒータであり、第１図と同様の
センサ８の検出結果によりヒータ（温度制御手段）　１
４への通電を制御する制御部１８により放電電極１２を
所定温度に保つ。

また、ｌ９は放電電極１２に接続する材料ガス導入管、
２０は放電電極Ｉ２から材料ガスを吹き出させるための
ガス吹出口、２１は真空容器１１内の排気用の排気管、
２２は排気バルブ、２３は放電電極１２と基体工３の間
にＲＦ電界を印加してプラズマを発生させるためのＲＦ
電源、２４は供給したＲＦ電力の反射を制御するマソチ
ングボックス、２５は基体加熱用のヒータ、２６は真空
容器１１の壁面加熱用のヒータ、２７はシールド板（第
１図のシールド仮６に相当）である。

この装置による通常の薄膜形成手順は次の通りである。

まず始めに、円筒状基体１３を図示のように取付けた後
、該基体１３をモータ１６により回転させ、真空容器１
１内を排気管２１から図示しないロータリボンブ．ター
ボ分子ボンブを用いて１０−ＳＴｏｒｒ以下に排気する
。次に、ヒータ２５．ヒータ（温度制御手段）１４及び
ヒータ２６を用いて基体１３．放電電極１２，及び真空
容器１１の壁面をそれぞれ加熱する。

各加熱部の温度が目的とする温度で一定となった後、材
料ガス導入管１９から真空容器１１内に材料ガスの流量
を制御しながら導入する。材料ガスは、材料ガス導入管
１９からガス吹出口２０を通り真空容器１１内に入る。

ここで、排気バルブ２２の開度調整により真空容器１１
内を目的とする圧力に設定する。これに続き、ＲＦ電′
ａ２３のスイッチを入れ、所望の電力でプラズマを発生
させる。このとき、マッチングボックス２４の調整はあ
らかじめ反射波が小さくなるように澗整しておき、プラ
ズマ発生によって圧力やＲＦ電力が変化したり反射波が
増大した場合は、それぞれ再調整して目的とする値に保
つ。

以上のようにして薄膜形成を開始した後、目的とする膜
厚の薄膜を形成するのに要する時間が経過した時点で、
ＲＦ電源２３の出力を下げ、スイッチを切り、各ヒータ
２５，１４．２６の加熱用電源をそれぞれ切る。そして
、材料ガスを止め、排気バルブ２２を全開として材料ガ
スを排気する。

基体Ｉ３の温度が５０℃以下に冷えた後、真空容器ｌ１
を開け、基体１３を取り出す。

この手順により、基体の温度２５０℃２材料ガスＳｉｚ
｝［６の流量１　０　０　ｓｃｃｍ，真空容器１１内の
圧力Ｉ　Ｔｏｒｒ　，　　ＲＦ電力３００Ｗ．真空容器
１１の壁面の温度１００℃の一定条件で、放電電極１２
の温度を温度制御手段１４により５０℃から２３０℃の
範囲で変えて、膜厚１０μｍのａ−Ｓｉ：　｝Ｉの成膜
を行って効果の調査を行った。なお、基体は、直径１２
０ｍ，長さ２９０ｍｍのものである。調査に際しては、
放電電極１２へのＳｉ．Ｈｎ粉体付着の有無及び放電電
極１２の薄膜剥離の有無の確認を行うとともに、基体１
３の表面に形成した薄膜を顕微鏡で拡大．観察し前記粉
体や薄膜の剥離片による可能性が高い直径１０μｍ以上
の欠陥の数の測定を行った。

これにより得られた粉体付着及び薄膜剥離有無の結果は
次表１の通りである。

表１．粉体と温度 注）記号×、Ｏはそれぞれ有、無を示す。

また、欠陥数の測定結果は第３図に示す通りである。こ
こで、粉体の有無は、粘着力の弱いテープに、放電電極
１２の表面に付着した粉体を移し取り、光学顕微鏡で確
認した。さらに、薄膜の剥離は、真空容器１１の開放後
に、真空容器１１の底に３時間放置したテープ上に落下
して粘り着いた剥離片を光学顕微鏡で確認した。

表１に明らかなように、放電電極１２の温度を１００〜
１９０℃とすることにより、Ｓｉ＋ａＨｒ＋粉体の付着
や薄膜７の剥離を防ぐことができた。また、第３図に明
らかなように、この１００〜１９０’Ｃの温度範囲にお
いて基体１３の表面に形成した薄膜にできる欠陥の数を
少なくすることができた。

さらに、上記結果により、真空容器ｌ１内のクリーニン
グ工程も、粉体や薄膜剥離片の除去が不要となり、時間
短縮が実現された。

本例では、Ｓｉ．．Ｈ，粉体の付着と薄膜７の剥離とを
防ぐことができる温度範囲に関して１００〜１９０℃が
得られたが、ａ　−Ｓｉ　：　Ｈ系薄膜を形成する条件
や薄膜形成装置の構成によってこの温度範囲が変化する
ことが分っている。このため、例えば、基体加熱用ヒー
タ２５によって薄膜形成中の放電電極１２の温度が該放
電電極１２を直接加熱しなくても１３０℃となっている
装置でも、既に薄膜７の剥離が起こるとともに放電電極
ｌ２の温度が６０℃でＳｉ．Ｈ，粉体が発生しないため
、予め冷却し温度を１００℃以下に保たなければならな
い装置もあった。従って、各装置，薄膜の種類薄膜形成
条件に応じて放電電極工２の温度制御範囲を決定（この
ためには、放電電極１２を加熱するだけでなく、放電電
極１２を冷却する手段が必要になることもある）する必
要がある。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、放電電極へのＳｉ
．｝ｌ，粉体の付着や放電電極に堆積した薄膜の剥離を
防ぐことができるため、基体上に形成したａ−Ｓｔ：Ｅ
ｌ系薄膜の欠陥を軽減することが可能になり、ａ　−Ｓ
ｉ　：　Ｈ系薄膜の生産性向上に寄与するところ大であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図は本発明の実施例のアモルファスシリコン系薄膜
の形成装置の構造概要説明図、第３図は同放電電極温度
と薄膜欠陥数の関係を示すグラフで、 図中、 １．１２は放電電極、 ２は接地電極、 ３．１４は温度制御手段、 ４．１３は基体、 ５，１１は真空容器である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 真空容器（５）内に導入した材料ガスを放電電極（１）
   と接地電極（２）間に発生させた高周波励起プラズマに
   より分解、活性化させて形成した活性種を利用して、前
   記真空容器（５）内に設置されて加熱される基体（４）
   の表面にアモルファスシリコン系薄膜を形成する装置に
   おいて、プラズマを発生する条件に応じて前記放電電極
   （１）に堆積したアモルファスシリコン系薄膜が剥離し
   ないように、かつ前記放電電極（１）の表面に粉体が付
   着、堆積しないように、前記放電電極（１）の温度を制
   御する温度制御手段（３）を設けたことを特徴とするア
   モルファスシリコン系薄膜の形成装置。