JPH04120277A - プラズマcvd装置 - Google Patents

プラズマcvd装置

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JPH04120277A
JPH04120277A JP23922190A JP23922190A JPH04120277A JP H04120277 A JPH04120277 A JP H04120277A JP 23922190 A JP23922190 A JP 23922190A JP 23922190 A JP23922190 A JP 23922190A JP H04120277 A JPH04120277 A JP H04120277A
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JP
Japan
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electrode
substrate
reaction vessel
thin film
discharge
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JP23922190A
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English (en)
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Masayoshi Murata
正義 村田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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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〕 本発明はアモルファスシリコン太陽電池、薄膜半導体、
光センサ、半導体保護膜など各種電子デバイスに使用さ
れる大面積薄膜の製造に適したプラズマCVD装置に関
する。
〔従来の技術〕
大面積のアモルファスシリコン薄膜を製造するために、
従来より用いられているプラズマCVD装置の構成を第
1O図を参照して説明する。この技術的手段は例えば特
開昭62−283236号などに開示されているように
公知である。
反応容器1内には、グロー放電プラズマを発生させるた
めの電極2.3が平行に配置されている。
これら電極2.3には、低周波電源4から例えば60H
zの商用周波数の電力が供給される。なお、電源として
は、直流電源や高周波電源を用いることもできる。反応
容器1の周囲には、これを囲むようにコイル5が巻かれ
ており、交流電源6から交流電力が供給される。反応容
器1内には、図示しないボンベから反応ガス導入管7を
通して例えばモノシランとアルゴンとの混合ガスが供給
される。
反応容器1内のガスは排気管8を通して真空ポンプ9に
より排気される。基板10は、電極2.3が形成する放
電空間の外側に、電極2.3の面と直交するように適宜
の手段で支持される。
この装置を用い、以下のようにして薄膜を製造する。真
空ポンプ9を駆動して反応容器1内を排気する。反応ガ
ス導入管7を通して例えばモノシランとアルゴンとの混
合ガスを供給し、反応容器1内の圧力を0.05〜0 
、5Torrに保ち、低周波電源4から電極2.3に電
圧を印加すると、グロー放電プラズマが発生する。コイ
ル5に例えば100Hzの交流電圧を印加し、電極2.
3間に発生する電界Eと直交する方向に磁界Bを発生さ
せる。この磁界における磁束密度は10ガウス程度でよ
い。
反応ガス導入管7から供給されたガスのうちモノシラン
ガスは電極2.3間に生じるグロー放電プラズマによっ
て分解される。この結果、ラジカルSiが発生し、基板
10表面に付着して薄膜を形成する。
アルゴンイオンなどの荷電粒子は、電極2.3間で電界
Eによるクーロン力F、−qEと、ローレンツ力F 2
− Q (V−B)  (ここで、■は荷電粒子の速度
)とによっていわゆるE−Bドリフト運動を起こす。荷
電粒子は、E−Bドソフトにより初速を与えられた状態
で、電極2.3と直交する方向に飛びだし、基板lOに
向けて飛んでいく。
しかし、電極2.3間に生じる電界の影響が小さい放電
空間では、コイル5により生じた電界Bによるサイクロ
トロン運動により、Larsor軌道を描いて飛んでい
く。したがって、アルゴンイオンなどの荷電粒子が基板
10を直撃することは少ない。
電気的に中性であるラジカルSiは、磁界Bの影響を受
けず、上記荷電粒子群の軌道からそれて基板10に至り
、その表面に非晶質薄膜を形成する。
ラジカルSiはLarmor軌道を飛んでいく荷電粒子
と衝突するため、電極2.3の前方だけでなく、左又は
右に広がった形で非晶質薄膜が形成される。
しかも、磁界Bを交流電源6により変動させているので
、基板10の表面に非晶質薄膜を均一に形成することが
可能となる。なお、電極2.3の長さは、反応容器1の
長さの許すかぎり長くしても何ら問題がないので、基板
10が長尺のものであっても、その表面に均一な非晶質
薄膜を形成することが可能となる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記の従来の装置では、グロー放電プラズマを発生させ
る電極間の放電電界Eと直交する方向に磁界Bを発生さ
せることにより、大面積の成膜を容易に可能としている
。しかし、次のような問題がある。
■大面積の成膜を行う場合、電極として長尺のものを用
いる必要がある。長尺の電極を用いて安定したプラズマ
を発生させるには、その電源の周波数は可能なかぎり低
いほうが容易であるため、数10Hz〜数10 GHz
の電源が用いられている。しかし、周波数が低くなり、
半周期の間のイオン移動距離が電極間隔を越えるような
条件の下では、直流放電の場合と同様に、プラズマを維
持するために、イオン衝突によって陰極より放出された
二次電子が本質的な役割を担うことになる。そのため電
極に膜が付着して絶縁されると、その部分では放電が起
こらないようになる。この場合、電極表面を常にクリー
ンに保つ必要がある。そのため、電極を頻繁に交換した
り頻繁に清掃するなどの煩雑な作業が必要となり、コス
ト高の要因の一つとなっている。
■上記■の欠点を補うために、プラズマ発生源に例えば
13.56MHzの高周波電源を用いると、放電維持に
対する電極放出二次電子は本質的なものでなくなり、電
極上に膜などの絶縁物が存在していても、電極間にはグ
ロー放電が形成される。しかしながら、長尺の電極を用
いる場合には、高周波による表皮効果により電流の大部
分が表面(約Q、01mm)を流れるため、電気抵抗が
増加する。例えば、電極の長さが約1m以上になると、
電極上に電位分布が現れて−様なプラズマが発生しなく
なる。これを分布定数回路で考えると、第11図に示す
ようになる。第11図において、Xは電極の長さ方向の
距離を示している。すなわち、電極の単位長さ当りの抵
抗Rが放電部分のインピーダンスZI Z2、・・・ 
Znに比べて無視できないほど大きくなってくると、電
極内に電位分布が現れる。
したがって、高周波電源を用いる場合には、大面積の成
膜を行うことは非常に困難であり、実際上これまでは実
現できなかった。
■上記■、■の方法では、50aa X 50001以
上の大面積のアモルファスシリコン薄膜を製造する際、
膜厚分布を±20%以下に維持し、かつ成膜速度を1人
/ s e e以上に保つことは非常に困難であった。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のプラズマCVD装置は、反応容器と、この反応
容器内に反応ガスを導入し、排出する手段と、上記反応
容器内に収容された放電用電極と、この放電用電極にグ
ロー放電用電力を供給する電源とを有し、上記放電用電
極と平行に支持された基板に非晶質薄膜を形成するプラ
ズマCVD装置において、上記放電用電極を渦巻状の平
面形コイルで形成したことを特徴とするものである。
本発明において、放電用電極にグロー放電用電力を供給
する電源としては、例えば13.58MHzの高周波電
源を用いることが好ましい。
本発明において、渦巻状の平面形コイルの全体的な形状
は、矩形でもよいし、円形でもよい。矩形渦巻状の平面
形コイル電極では5.隣接する線材間の間隔は35+s
m以下であることが好ましい。この間隔が35■■を超
えると、基板表面に成膜されるアモルファスシリコンの
膜厚分布が±30%以上となるので、好ましくない。円
形渦巻状の平面形コイル電極では、隣接する線材間の間
隔は50IIm以下であることが好ましい。この間隔が
50m1を超えると、基板表面に成膜されるアモルファ
スシリコンの膜厚分布が±30%以上となるので、好ま
しくない。
本発明においては、電源とジグザグ状の平面形コイル電
極との間に、コイルとコンデンサから構成されるインピ
ーダンスマツチング回路を設置し、電極にプラズマ発生
のための電力を供給することが好ましい。
〔作 用〕
本発明においては、プラズマ発生用の電極として、従来
の複数平行平板電極に代えて、渦巻状の平面形コイル電
極を反応容器内に設置したことにより、電極まわりの電
界が強くなりζかつその強度分布が平坦となる。例えば
、反応ガスとしてS i H4を用いた場合、SiH発
光強度分布(波長414nsの発光)は−様な強さとな
る。このため、基板表面に成膜されるアモルファスシリ
コンはほぼ均一な膜厚分布を持ち、かつ高速成膜が可能
になる。したがって、本発明のプラズマCVD装置は、
大面積の非晶質薄膜の製造に適している。本発明におけ
る渦巻状の平面形コイル電極は一種のアンテナであるの
で、その長さgは使用する電源周波数の波長λに対して
pくλ/4であればよい。
〔実施例〕
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 第1図は本発明の一実施例のプラズマCVD装置の構成
を示す断面図である。なお、第1O図と同一部材には同
一番号を付している。反応容器1内には、グロー放電プ
ラズマを発生させるための矩形渦巻状平面形コイル電極
11が配置されている。
この矩形渦巻状平面形コイル電極11は、第2図及び第
3図に示すように、線材を矩形状に一定間隔で巻いた構
造を有している。矩形渦巻状平面形コイル電極11の電
力供給点11aSllbには、高周波電源14から例え
ば13.56MHzの周波数の電力がインピーダンスマ
ツチング回路12を介して供給される。
反応容器1内には、図示しないボンベから反応ガス導入
管7を通して例えばモノシランとアルゴンとの混合ガス
が供給される。反応容器1内のガスは排気管8を通して
真空ポンプ9により排気される。第4図に示すように、
基板10は、矩形渦巻状平面形コイル電極11と平行に
設置され、図示しない基板ホルダに支持される。
この装置を用い、以下のようにして薄膜を製造する。真
空ポンプ9を駆動して反応容器1内を排気する。反応ガ
ス導入管7を通して例えばモノシランとアルゴンとの混
合ガスを100〜200 cc/1」程度の流量で供給
し、反応容器1内の圧力を0.05〜0 、5Torr
に保ち、高周波電源14から、インピーダンスマツチン
グ回路12を介して矩形渦巻状平面形コイル電極11に
電圧を印加すると、電極11の周囲にグロー放電プラズ
マが発生する。その発光状態を、波長414na+近傍
のみの光を通過させる光フィルタを介して観測すると、
第5図のように見える。すなわち、電極11と基板10
との間でほぼ−様な発光強度を示す。このことから、基
板10表面に付着するアモルファスシリコン薄膜は、そ
の膜厚分布が一様になることが推測される。
アモルファスシリコン薄膜の膜厚分布は、反応ガスの流
量、圧力、SiH,濃度、電力などのほか、矩形渦巻状
平面形コイル電極11の隣接する線材間の距離にも依存
する。そこで、下記条件で成膜実験を行った。
基板材料ニガラス、基板面積: 50cm X 50c
m %反応ガスの種類:水素希釈20%SiH4、反応
ガス流量: 100cc/分、反応容器圧カニ 0 、
 BTorrs高周波電カニ150Wにおいて、矩形渦
巻状平面形コイル電極11の隣接する線材間の距離を5
關から40mmの範囲に設定した。そして、膜厚の平均
値が5000人の薄膜を成膜した。隣接する線材間の距
離と膜厚分布との関係を第6図に示す。
第6図に示されるように、線材間の距離が30 ml以
下で±20%以下の膜厚分布が得られている。成膜速度
は2〜5人/ s e cであった。
実施例2 本実施例のプラズマCVD装置は、実施例1における矩
形渦巻状平面形コイル電極11の代わりに、円形渦巻状
平面形コイル電極11を用いている以外は、第1図と同
様の構成を有している。この円形渦巻状平面形コイル電
極11は、第7図及び第8図に示すように、線材を円形
状に一定間隔で巻いた構造を有している。
この装置を用いた場合にも、実施例1と同様な方法で薄
膜の製造が行われる。円形渦巻状平面形コイル電極11
の周囲に発生するグロー放電プラズマの発光状態も、第
5図と同様であり、基板10表面に付着するアモルファ
スシリコン薄膜は、その膜厚分布が一様になることが推
測される。
アモルファスシリコン薄膜の膜厚分布を調べるために、
円形渦巻状平面形コイル電極11の隣接する線材間の距
離を5 mmから5 On+の範囲に設定し、これ以外
の条件は実施例1と同一として、成膜実験を行った。隣
接する線材間の距離と膜厚分布との関係を第9図に示す
第9図に示されるように、線材間の距離が80mm以下
で±10%以下の膜厚分布が得られている。成膜速度は
3〜5人/ s e cであった。
〔発明の効果〕
以上詳述したように本発明によれば、放電用電極として
渦巻状平面形コイル電極を用いることにより、電極近傍
の電界強度が強くなり、かつ均一になったことから、高
速で大面積のアモルファスシリコン薄膜を製造すること
ができる。したがって、アモルファスシリコン太陽電池
、薄膜半導体、光センサ、半導体保護膜などの製造分野
で工業的価値が大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例1におけるプラズマCVD装置
の構成を示す断面図、第2図は同プラズマCVD装置に
用いられる矩形渦巻状平面形コイル電極の平面図、第3
図は第2図のm−■線に沿う断面図、第4図は同プラズ
マCVD装置における電極と基板との配置を示す説明図
、第5図は本発明の実施例における電極近傍のSiH発
光強度分布を示す説明図、第6図は矩形渦巻状平面形コ
イル電極の隣接する線材間の間隔とアモルファスシリコ
ンの膜厚分布との関係を示す特性図、第7図は本発明の
実施例2におけるプラズマCVD装置に用いられる円形
渦巻状平面形コイル電極の平面図、第8図は第7図の■
−■線に沿う断面図、第9図は円形渦巻状平面形コイル
電極の隣接する線材間の間隔とアモルファスシリコンの
膜厚分布との関係を示す特性図、第10図は従来のプラ
ズマCVD装置の構成を示す断面図、第11図は従来の
プラズマCVD装置の欠点を説明する図である。 1・・・反応容器、7・・・反応ガス導入管、8・・・
排気管、9・・・真空ポンプ、1o・・・基板、11・
・・渦巻状平面形コイル電極、12・・・インピーダン
スマツチング回路、14・・・高周波電源。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第 図 第 図 ニ二二二二二二:「 隣接する線材間の距離 第 図 SiH発光強度 管 電極11 第 5図 50(mm) 隣接する線材間の距離 第 図 第 図 50(mm) 隣接する線材間の距離 第 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  反応容器と、この反応容器内に反応ガスを導入し、排
    出する手段と、上記反応容器内に収容された放電用電極
    と、この放電用電極にグロー放電用電力を供給する電源
    とを有し、上記放電用電極と平行に支持された基板に非
    晶質薄膜を形成するプラズマCVD装置において、上記
    放電用電極を渦巻状の平面形コイルで形成したことを特
    徴とするプラズマCVD装置。
JP23922190A 1990-09-10 1990-09-10 プラズマcvd装置 Pending JPH04120277A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5500256A (en) * 1994-08-16 1996-03-19 Fujitsu Limited Dry process apparatus using plural kinds of gas
WO1997022141A1 (fr) * 1995-12-14 1997-06-19 Seiko Epson Corporation Procede de fabrication d'un film semi-conducteur mince et dispositif obtenu par ce procede
US5690781A (en) * 1994-09-16 1997-11-25 Nec Corporation Plasma processing apparatus for manufacture of semiconductor devices
US6189485B1 (en) 1998-06-25 2001-02-20 Anelva Corporation Plasma CVD apparatus suitable for manufacturing solar cell and the like
JP2001516944A (ja) * 1997-09-16 2001-10-02 ラム リサーチ コーポレーション 導電性セグメントを周辺部分に追加したコイルを有する真空プラズマ・プロセッサ

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