JPH0741950A - プラズマ化学蒸着法を用いた非晶質合金薄膜製造方法及び装置 - Google Patents

プラズマ化学蒸着法を用いた非晶質合金薄膜製造方法及び装置

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JPH0741950A
JPH0741950A JP5184969A JP18496993A JPH0741950A JP H0741950 A JPH0741950 A JP H0741950A JP 5184969 A JP5184969 A JP 5184969A JP 18496993 A JP18496993 A JP 18496993A JP H0741950 A JPH0741950 A JP H0741950A
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JP
Japan
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reaction
thin film
gas
alloy thin
heater
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Application number
JP5184969A
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Inventor
Yoshiaki Takeuchi
良昭 竹内
Masayoshi Murata
正義 村田
Daiichi Kojo
大一 古城
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 非晶質合金薄膜を形成する元素の組成比の制
御を容易とし、高品質の薄膜の製造が可能な方法及び装
置を実現する。 【構成】 反応容器1に導入する反応ガスのうち、難分
解性のガスを予めガス加熱用ヒータ11により加熱し、
プラズマ中での分解性を向上させることによって、薄膜
中の元素組成比の制御を容易とし、製造される非晶質合
金薄膜の高品質化を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【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、半導体保護膜などの
各種電子デバイスの製作に適用されるプラズマ化学蒸着
法(以下プラズマCVD法と記す)を用いた非晶質合金
薄膜製造方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のアモルファスシリコン(以下a−
Siと記す)系合金薄膜のプラズマCVD法を用いた製造
方法とその装置について、図6により以下に説明する。
【0003】図6に示す従来の装置においては、原料ガ
スを反応させる反応容器1を備えており、反応容器1内
には、高周波電極2と基板加熱用ヒータ3が平行に配置
されている。
【0004】上記高周波電極2には、高周波電源4から
インピーダンス整合器5を介して、例えば13.56MH
Z の高周波電力が供給されている。また、基板加熱用ヒ
ータ3は、反応容器1とともに接地されており、接地電
極となっている。従って、高周波電極2と基板加熱用ヒ
ータ3の間でグロー放電プラズマが発生する。
【0005】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6を通して原料ガスが供給されるが、例
えばアモルファスシリコンカーボン(以下a−SiC と記
す)薄膜を形成する場合には、モノシランSiH4とメタン
CH4 、及び水素H2との混合ガスが供給される。上記反応
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。また、基板10は、基板加熱用ヒータ3
上に保持され、所定の温度に加熱される。
【0006】次に、この装置を用いて行う薄膜の製造方
法について、以下に説明する。まず、真空ポンプ8を駆
動して反応容器1内を排気する。その後、反応ガス導入
管6を通して、例えばモノシラン、メタン、水素との混
合ガスを供給し、反応容器の圧力を0.05〜0.5To
rrに保ち、高周波電源4から高周波電極2に電圧を印加
し、グロー放電プラズマを発生させる。
【0007】反応ガス導入管6から供給されたガスは、
グロー放電プラズマにより分解され、その結果、モノシ
ランからは、シリコンSiを含むラジカルが発生し、メタ
ンからはカーボンCを含むラジカルが発生して基板10
表面に付着し、a−SiC 薄膜が形成される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の非晶質合金薄膜
を製造するための方法及び装置においては、以下の課題
があった。
【0009】プラズマCVD方法を用いて非晶質合金薄
膜を製造するときには、2種類以上の反応ガスを混合
し、原料ガスとして用いる。例えば、a−SiC を製作す
る場合には、珪素の原料であるモノシランと炭素の原料
であるメタンを混合して用いる。
【0010】しかしながら、原料ガス中の各成分ガスの
プラズマ中における解離のしやすさは同じではないた
め、製作した非晶質合金薄膜中の元素組成は、解離しに
くいガスが供給源となる元素が少なくなる。そのため、
薄膜中の元素組成比の制御については、従来は、難解離
性ガスの混合比を多くした原料ガスを用いるか、あるい
は印加する高周波電力を大きくする方法を用いていた。
【0011】この方法は、難解離性ガスの混合比が大き
いという条件、あるいは高周波電力が大きいという条件
では、解離しやすい方のガスは分解が進み、ガスの枯渇
状態になり、その結果、難解離性のガスが分解され、薄
膜中の元素組成が変化することを利用したものである。
【0012】しかしながら、プラズマCVDでは、ガス
の分解が進みすぎると、生成された活性種(ラジカル)
の化学的活性力が強くなり過ぎて、製作した薄膜の特性
は低下してしまう。従って、従来の方法では、解離しや
すいガスの分解が進み過ぎているため、膜質を低下させ
ずに元素組成比を変化させることは困難であった。本発
明は上記の課題を解決しようとするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
(1)本発明のプラズマCVD法を用いた非晶質合金薄
膜製造方法は、反応容器と、この反応容器内に複数の反
応ガスをそれぞれ導入する反応ガス導入管と、反応容器
内のガスを排出する排出管と、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、上記放電用電極に平行に支持された
基板加熱用ヒータとを備えた非晶質合金薄膜製造装置を
用い、上記基板加熱用ヒータ上に支持された基板上に非
晶質合金薄膜を形成する非晶質合金薄膜製造方法におい
て、上記反応容器内に導入される複数の反応ガスのうち
の難分解性の反応ガスについて予め加熱した後、上記複
数の反応ガスを反応容器内に導入し、基板上に非晶質合
金薄膜を形成することを特徴としている。
【0014】(2)本発明のプラズマCVD法を用いた
非晶質合金薄膜製造装置は、反応容器と、この反応容器
内に複数の反応ガスをそれぞれ導入する反応ガス導入管
と、反応容器内のガスを排出する排出管と、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、上記放電用電極に平行
に支持された基板加熱用ヒータとを備え、上記基板加熱
用ヒータ上に支持された基板上に非晶質合金薄膜を形成
する非晶質合金薄膜製造装置において、上記反応容器内
に導入される複数の反応ガスのうちの難分解性の反応ガ
スを反応容器内に導入する反応ガス導入管に設けられた
反応ガス加熱用ヒータを備えたことを特徴としている。
【0015】
【作用】上記発明(1)において、それぞれの反応ガス
導入管を介して反応容器内に導入された複数の反応ガス
は、放電用電極間に発生するグロー放電プラズマにより
分解され、基板上に非晶質合金薄膜を形成する。
【0016】本発明においては、反応容器内に導入され
る反応ガスのうち、難分解性のガスについては予め加熱
されており、先に活性化されている。その結果、グロー
放電プラズマにより難分解性ガスを分解するために必要
な電子のエネルギーを実効的に下げ、他の反応ガスとの
分解率の差を小さくしているため、製造された合金薄膜
中の元素組成比の制御、膜質の向上が可能となる。
【0017】上記難分解性ガスの分解に必要な電子エネ
ルギーの実効的低下について、以下に説明する。グロー
放電プラズマにより分解・生成されるラジカル密度
〔R〕は、電子のエネルギー分布関数をf(ε)、電子
密度をηe 、反応ガス密度をΝとし、電子と反応ガスが
衝突し、ラジカルが生成されるときの反応衝突断面積を
σ(ε)とすると、次式で表すことができる。
【0018】
【数1】
【0019】ここで、Ε0 は、ラジカルが生成されるた
めの最低エネルギーであり、σ(ε)のしきい値と等し
い。図3は、電子のエネルギーに対する反応衝突断面積
σ(ε)を示している。
【0020】反応ガスを加熱しない場合は、数1のΕ0
は、図3で示されるΕ1 の値であるが、反応ガスを加熱
した場合には、反応ガス分子の内部エネルギーが増加す
るため、σ(ε)のしきい値は実効的に、例えばΕ2
で低下する。
【0021】その結果、難分解性のガスも容易に分解で
きるようになり、分解しやすい他のガス成分が分解され
過ぎることがなく、製造した合金薄膜の元素組成比の制
御、及び膜質の向上を図ることができる。
【0022】上記発明(2)においては、難分解性のガ
スを導入する反応ガス導入管に反応ガス加熱用ヒータが
設けられ、上記難分解性のガスを反応容器内に導入する
際に加熱するため、上記発明(1)と同様の作用が得ら
れる。
【0023】
【実施例】本発明の一実施例に係るプラズマCVD法を
用いた非晶質合金薄膜製造装置について、図1及び図2
により以下に説明する。
【0024】図1において、原料ガスを反応させる反応
容器1内には、グロー放電プラズマを発生させるために
一対の平行平板型電極を形成する高周波電極2と基板加
熱用ヒータ3とが設けられている。高周波電極2には、
高周波電極4がインピーダンス整合器5を介して接続さ
れ、この高周波電源4からは、例えば13.56MHZ
周波数の電力が供給される。
【0025】反応容器1には、第1と第2の反応ガス導
入管6.7が接続されており、これらの導入管6,7を
介して図示しないボンベからガスが導入されるが、第1
の反応ガス導入管6からは、例えばモノシランと水素の
混合ガスが供給され、第2の反応ガス導入管7からは、
第1の反応ガス導入管6から導入されるガスより難分解
性のガス、例えばメタンガスが加熱用ヒータ11により
加熱された後、供給される。
【0026】上記難分解性のガスを加熱する加熱用ヒー
タ11は、図2に示すように二重管構造をしており、ガ
スは内管12と外管13の間に導入される。内管12の
内部には内管用ヒータ14が設けられ、外管13の外部
には外管用ヒータ15が設けられている。
【0027】上記内管12の一端は溶接にて蓋がされて
おり、内管用ヒータ14が直接反応ガスと接触しないよ
うにしている。また、他端は外管13と溶接されてい
る。内管12と外管13の間には、3枚のスリット板1
6が、スリットの位置がそれぞれ重ならないように取付
けられている。このスリット板16は、内管用ヒータ1
4、外管用ヒータ15により加熱されている。
【0028】なお、本実施例においては、スリット板1
6を使用しているが、これに代えて直径0.3〜2.0
mm程度の無数の穴を開けた板、あるいはメッシュを用い
てもよい。また、スリット板16の枚数は3枚と限らな
くともよい。要は、ヒータの温度を反応ガスに効率良く
伝熱できる構造であればよい。反応容器1内の反応ガス
は、排気管8を通して真空ポンプ9にて排気される。基
板10は基板加熱用ヒータ3に保持され、所定の温度に
保たれる。
【0029】次に、この装置を用いて行う薄膜製造の方
法について、以下に説明する。まず、真空ポンプ8を駆
動して反応容器1内を排気する。その後、反応ガス導入
管6からは、例えばモノシランと水素の混合ガスを20
〜100cc/min程度の流量で供給し、反応ガス導入管7
からはガス加熱用ヒータ11を介して、例えばメタンを
2〜10cc/min程度の流量で供給して反応容器1内の圧
力を0.05〜0.5Torrに保つ。
【0030】この状態で、高周波電源4からインピーダ
ンス整合器5を介して高周波電極2に電圧を印加し、高
周波電極2と基板加熱用ヒータ3の間にグロー放電プラ
ズマを発生させる。このグロー放電プラズマにより反応
ガスは分解され、基板10上に非晶質合金薄膜が形成さ
れる。
【0031】上記の装置と方法については、その有効性
を確認するため、この装置と方法を用いてa−SiC 薄膜
を製造し、製造されたa−SiC 薄膜の性状を確認してお
り、以下にその内容を説明する。
【0032】まず、−SiC 薄膜の製造条件について説明
すると、基板材料としてはガラスを用い、基板の大きさ
は50×50mm、基板温度は200℃、反応ガスとして
はモノシラン、メタン、水素を用い、それぞれの流量は
モノシランが3cc/min、メタンが3cc/min、水素が50
cc/minであり、反応容器内の圧力は0.2Torr、高周波
電力は10W、ガス加熱用ヒータ温度は室温から400
℃の範囲であった。
【0033】上記製造条件により製造されたa−SiC 薄
膜については、含有する炭素Cと珪素Siの組成比のガス
加熱用ヒータ温度に対する依存性を測定しており、その
結果を図4に示す。図4に示すように、ガス加熱用ヒー
タ温度を室温から400℃まで上げることにより、薄膜
中のC/Si組成比が7%から19%に増加した。
【0034】また、上記により得られたC/Si組成比の
異なるa−SiC 薄膜については、空気質量(Air Mass)
1.5、100mW/cm2照射下における導電率を測定して
おり、この結果を図5に示す。図中の点線は従来の方法
で得られてたものであり、従来の方法によるものは、薄
膜中の炭素の含有率が増加すると導電率が低下するのに
対して、本実施例の方法で得られた薄膜の場合、確認し
た範囲では、薄膜中の炭素量が増加しても導電率は低下
せず、高品質の安定した薄膜が得られることが判る。
【0035】
【発明の効果】本発明のプラズマCVD法を用いた非晶
質合金薄膜製造方法及び装置は、反応容器に導入する反
応ガスのうち、難分解性のガスを予めガス加熱用ヒータ
により加熱し、プラズマ中での分解性を向上させること
によって、薄膜中の元素組成比の制御を容易とし、製造
される非晶質合金薄膜の高品質化を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る製造装置の説明図であ
る。
【図2】上記一実施例に係る製造装置に用いられるガス
加熱用ヒータの断面図である。
【図3】上記一実施例に係る薄膜中の元素組成比に及ぼ
す作用の説明図である。
【図4】上記一実施例に係る薄膜中の元素組成比とガス
加熱用ヒータ温度との関係を示す特性図である。
【図5】上記一実施例に係る薄膜の導電率と薄膜中の元
素組成比との関係を示す特性図である。
【図6】従来の装置の説明図である。
【符号の説明】
1 反応容器 2 高周波電極 3 基板加熱用ヒータ 4 高周波電源 5 インピーダンス整合器 6 第1の反応ガス導入管 7 第2の反応ガス導入管 8 排気管 9 真空ポンプ 10 基板 11 加熱用ヒータ 12 内管 13 外管 14 内管用ヒータ 15 外管用ヒータ 16 スリット板

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応容器と、この反応容器内に複数の反
    応ガスをそれぞれ導入する反応ガス導入管と、反応容器
    内のガスを排出する排出管と、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、上記放電用電極に平行に支持された
    基板加熱用ヒータとを備えた非晶質合金薄膜製造装置を
    用い、上記基板加熱用ヒータ上に支持された基板上に非
    晶質合金薄膜を形成する非晶質合金薄膜製造方法におい
    て、上記反応容器内に導入される複数の反応ガスのうち
    の難分解性の反応ガスについて予め加熱した後、上記複
    数の反応ガスを反応容器内に導入し、基板上に非晶質合
    金薄膜を形成することを特徴とするプラズマ化学蒸着法
    を用いた非晶質合金薄膜製造方法。
  2. 【請求項2】 反応容器と、この反応容器内に複数の反
    応ガスをそれぞれ導入する反応ガス導入管と、反応容器
    内のガスを排出する排出管と、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、上記放電用電極に平行に支持された
    基板加熱用ヒータとを備え、上記基板加熱用ヒータ上に
    支持された基板上に非晶質合金薄膜を形成する非晶質合
    金薄膜製造装置において、上記反応容器内に導入される
    複数の反応ガスのうちの難分解性の反応ガスを反応容器
    内に導入する反応ガス導入管に設けられた反応ガス加熱
    用ヒータを備えたことを特徴とするプラズマ化学蒸着法
    を用いた非晶質合金薄膜製造装置。
JP5184969A 1993-07-27 1993-07-27 プラズマ化学蒸着法を用いた非晶質合金薄膜製造方法及び装置 Pending JPH0741950A (ja)

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Effective date: 20021203