JPH0745540A - Chemical plasma evaporating device - Google Patents

Chemical plasma evaporating device

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Publication number
JPH0745540A
JPH0745540A JP5188073A JP18807393A JPH0745540A JP H0745540 A JPH0745540 A JP H0745540A JP 5188073 A JP5188073 A JP 5188073A JP 18807393 A JP18807393 A JP 18807393A JP H0745540 A JPH0745540 A JP H0745540A
Authority
JP
Japan
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reaction gas
plasma
electrode
thin film
electrodes
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5188073A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Daiichi Kojo
大一 古城
Masayoshi Murata
正義 村田
Yoshiaki Takeuchi
良昭 竹内
Kazutaka Uda
和孝 宇田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Publication of JPH0745540A publication Critical patent/JPH0745540A/en
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

Abstract

PURPOSE:To enable the amorphous silicon thin film capable of evenly sustaining the distribution of a reaction gas between electrodes as well as the film thickness distribution within a specific range to be manufactured. CONSTITUTION:A plasma producing electrode 101 opposing a grounding electrode 3 arranged in a reaction vessel 1 is provided with plural reaction gas leading-in ports 102 and after feeding the rear surface of the plasma producing electrode 102 with a reaction gas, the reaction gas can be efficienctly led into the space between the electrodes 3 and 101 by feeding the reaction gas to the space through the intermediary of the reaction gas leading-in ports 102. Furthermore, the reaction gas distribution can be made even so that the large area amorphous thin film can be rapidly formed by glow discharge plasma thereby enabling the title chemical plasma evaporating device having notably high industrial value in the manufacturing field of amorphous silicon solar cell, liquid crystal displaying thin film transistor and photoelectronic device, etc., to be realized.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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、薄膜トランジスタ、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
適用されるプラズマ化学蒸着装置(以下プラズマCVD
装置とする)に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma chemical vapor deposition apparatus (hereinafter referred to as plasma CVD) applied to the production of large-area thin films used in various electronic devices such as amorphous silicon solar cells, thin film transistors, photosensors, and semiconductor protective films.
With equipment).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の大面積アモルファスシリコン薄膜
を製造するために適用されるプラズマCVD装置の構成
について、図9を参照して説明する。なお、これに関し
ては、本出願人の先願に係る特願平4ー113336号
がある。
2. Description of the Related Art The structure of a conventional plasma CVD apparatus applied to manufacture a large-area amorphous silicon thin film will be described with reference to FIG. Regarding this, there is Japanese Patent Application No. 4-113336, which is a prior application of the present applicant.

【0003】図9において、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と接地電極3
が互いに対向して配置されている。電極2には、高周波
電源4から例えば13.56MHzの周波数の電力が、
インピーダンスマッチング回路5、第1の高周波ケーブ
ル6及び電力導入端子7を介して供給される。接地電極
3は、反応容器1及び第2高周波ケーブル8を介してア
ース9に接続されている。また、上記インピーダンスマ
ッチング回路5の接地側端子は第3の高周波ケーブル1
0により、反応容器1に接続されている。
In FIG. 9, an electrode 2 and a ground electrode 3 for generating glow discharge and plasma are provided in a reaction vessel 1.
Are arranged to face each other. Electric power having a frequency of, for example, 13.56 MHz is supplied to the electrode 2 from the high frequency power source 4.
It is supplied via the impedance matching circuit 5, the first high frequency cable 6 and the power introduction terminal 7. The ground electrode 3 is connected to the ground 9 via the reaction vessel 1 and the second high frequency cable 8. The ground side terminal of the impedance matching circuit 5 is the third high frequency cable 1
It is connected to the reaction container 1 by 0.

【0004】反応容器1内には、流量計を有する図示し
ないボンベから反応ガス導入管11を通して、例えばモ
ノシラン等の反応ガスが供給され、反応容器1内のガス
は、排気管12を通して真空ポンプ(図示せず)により
排気される。基板13は、電極2,3と平行に、すなわ
ち電極2,3により発生する電界に直交するように配置
される。
A reaction gas such as monosilane is supplied into the reaction vessel 1 from a cylinder (not shown) having a flow meter through a reaction gas introduction pipe 11, and the gas in the reaction vessel 1 is passed through an exhaust pipe 12 to a vacuum pump ( It is exhausted by (not shown). The substrate 13 is arranged parallel to the electrodes 2 and 3, that is, orthogonal to the electric field generated by the electrodes 2 and 3.

【0005】反応容器1の周囲には、第1〜第4の厚み
のある有限長ソレノイドコイル14a,14b,15
a,15bが配設されており、第1及び第2のソレノイ
ドコイル14a,14bが対をなし、第3及び第4のソ
レノイドコイル15a,15bが対をなして、それぞれ
の軸芯が互いに直交する方向、すなわちx軸方向及びy
軸方向に合致するように配置されている。
Around the reaction vessel 1, there are finite length solenoid coils 14a, 14b, 15 having first to fourth thicknesses.
a and 15b are arranged, the first and second solenoid coils 14a and 14b form a pair, and the third and fourth solenoid coils 15a and 15b form a pair, and their respective axes are orthogonal to each other. Direction, ie x-axis direction and y
It is arranged to match the axial direction.

【0006】上記第1及び第2のソレノイドコイル14
a,14bには、位相可変2出力発振器16の一方の出
力端子から、第1の電力増幅器17を介して正弦波形の
電力が供給される。また、第3及び第4のソレノイドコ
イル15a,15bには、位相可変2出力発振器16の
他方の出力端子から、第2の電力増幅器18を介して正
弦波形の電力が供給される。
The above first and second solenoid coils 14
A sinusoidal waveform of electric power is supplied to a and 14b from one output terminal of the variable phase two-output oscillator 16 via the first power amplifier 17. Further, the third and fourth solenoid coils 15a and 15b are supplied with sinusoidal power from the other output terminal of the phase variable two-output oscillator 16 via the second power amplifier 18.

【0007】上記位相可変2出力発振器16は、2つの
正弦波信号を、それぞれの相対位相を任意に設定して出
力することができ、第1及び第2のソレノイドコイル1
4a,14b並びに第3及び第4のソレノイドコイル1
5a,15bが発生する磁界は、軸芯の方向にほぼ一様
な強さの分布になっている。
The phase variable two-output oscillator 16 can output two sine wave signals with their relative phases arbitrarily set, and outputs the first and second solenoid coils 1.
4a, 14b and third and fourth solenoid coils 1
The magnetic fields generated by 5a and 15b have a substantially uniform strength distribution in the axial direction.

【0008】次に、上記装置を用いて行う薄膜の製造に
ついて、以下に説明する。まず、真空ポンプ(図示せ
ず)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11を通して、例えばモノシランと水素との
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、高周波電源4から電極2,3に電圧
を印加し、電極2,3間にグロー放電プラズマを発生す
る。
Next, the production of a thin film using the above apparatus will be described below. First, the inside of the reaction container 1 is evacuated by driving a vacuum pump (not shown). After that, for example, a mixed gas of monosilane and hydrogen is supplied through the reaction gas introduction pipe 11 to adjust the pressure in the reaction vessel 1 to 0.05 to
While maintaining at 0.5 Torr, a voltage is applied from the high frequency power source 4 to the electrodes 2 and 3, and glow discharge plasma is generated between the electrodes 2 and 3.

【0009】一方、第1及び第2のソレノイドコイル1
4a,14b並びに第3及び第4のソレノイドコイル1
5a,15bには、位相可変2出力発振器16からの2
出力を印加する。これは、例えば位相を90°ずらした
周波数10Hzの正弦波電力である。
On the other hand, the first and second solenoid coils 1
4a, 14b and third and fourth solenoid coils 1
2a from the phase variable 2-output oscillator 16 are connected to 5a and 15b.
Apply output. This is, for example, sine wave power having a frequency of 10 Hz with a phase shifted by 90 °.

【0010】この正弦波電力が印加されると、第1及び
第2のソレノイドコイル14a,14bによる磁界B1
と、第3及び第4のソレノイドコイル15a,15bに
よる磁界B2 が発生し、これらは合成されて合成磁界B
を形成する。この合成磁界Bは、電極2,3の間の電界
Eに対して直交方向に一定の角速度20π(ラジアン/
sec )で回転しながら、上記グロー放電プラズマに作用
する。
When this sine wave power is applied, the magnetic field B 1 generated by the first and second solenoid coils 14a and 14b
And a magnetic field B 2 is generated by the third and fourth solenoid coils 15a and 15b, which are combined to generate a combined magnetic field B 2.
To form. This combined magnetic field B has a constant angular velocity 20π (radian / radian / radian / direction) with respect to the electric field E between the electrodes 2 and 3.
It acts on the glow discharge plasma while rotating for sec sec).

【0011】この結果、グロー放電プラズマは、一定の
角速度で回転する力(E・Bドリフト)を受ける。した
がって、電極2と3との間のプラズマは、基板13と平
行な面内を全方向に揺り動かされる。なお、合成磁界B
の強さは20〜100ガウス程度でよい。
As a result, the glow discharge plasma receives a force (EB drift) that rotates at a constant angular velocity. Therefore, the plasma between the electrodes 2 and 3 is swung in all directions in a plane parallel to the substrate 13. The synthetic magnetic field B
The strength may be about 20 to 100 gauss.

【0012】上記反応ガス導入管11から供給されたガ
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。分解された水素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F1 =qE
と、磁界8によるローレンツ力F2 =q(V・B)(こ
こで、V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。
The gas supplied from the reaction gas introducing pipe 11 is decomposed by glow discharge plasma generated between the electrodes 2 and 3. The decomposed charged particles such as hydrogen ions have a Coulomb force F 1 = qE due to the electric field E between the electrodes 2 and 3.
And the Lorentz force F 2 = q (V · B) by the magnetic field 8 (where V is the velocity of the charged particle), the so-called E ·
Causes a B drift movement.

【0013】荷電粒子は、E・Bドリフトにより初速を
与えられた状態で、電極2,3と直交する方向に駆動さ
れる。したがって、水素イオンなどの荷電粒子は基板1
3を直撃することは少ない。
The charged particles are driven in the direction orthogonal to the electrodes 2 and 3 while being given an initial velocity by the E / B drift. Therefore, charged particles such as hydrogen ions are not
It is rare to hit 3 directly.

【0014】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13に至り、その表面に非晶質薄膜を形成する。ラジ
カルSiは、Lamor軌道を飛んでいく荷電粒子と衝
突するため、第1〜第4のソレノイドコイル14a,1
4b,15a,15bから発生する合成磁界Bを電極
2,3間の基板13と平行な面内を回転させることによ
り、基板13表面に非晶質薄膜を均一に形成することが
可能となる。
The electrically neutral radicals Si are not affected by the magnetic field B, deviate from the orbits of the charged particle group and reach the substrate 13, and form an amorphous thin film on the surface thereof. Since the radical Si collides with the charged particles flying in the Lamor orbit, the first to fourth solenoid coils 14a, 1
By rotating the composite magnetic field B generated from 4b, 15a, and 15b in the plane between the electrodes 2 and 3 parallel to the substrate 13, it is possible to uniformly form an amorphous thin film on the surface of the substrate 13.

【0015】なお、基板13の面積は、反応容器1内の
大きさが許す限り大きくしても問題がないので、大面積
の基板13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。また、磁界によるプラズマ閉じ込め効果に
より、成膜速度を向上することができる。
There is no problem even if the area of the substrate 13 is increased as long as the size of the reaction vessel 1 allows, so that a uniform amorphous thin film can be formed on the surface of the substrate 13 having a large area. Becomes In addition, the plasma confinement effect by the magnetic field can improve the film formation rate.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】従来の装置において
は、グロー放電プラズマを発生させる電極間の放電電界
と直交する方向に発生させた磁界は、基板と平行な面内
を回転することにより、大面積・均一の成膜を容易にで
きるものとしているが、次の課題があった。
In the conventional device, the magnetic field generated in the direction orthogonal to the discharge electric field between the electrodes for generating glow discharge plasma is increased by rotating in a plane parallel to the substrate. Although it is supposed that it is possible to easily form a film having a uniform area, there are the following problems.

【0017】(1)大面積の成膜を行う場合、電極及び
基板は大面積のものを用いる必要があるが、大面積の電
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限り低いほうが容易であるため、数
10〜数100Hzの電源が用いられている。
(1) When a large-area film is formed, it is necessary to use a large-area electrode and substrate, but in order to generate stable plasma using the large-area electrode, the frequency of the power source is used. Is easily as low as possible, so a power supply of several tens to several hundreds of Hz is used.

【0018】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下では、
直流放電の場合と同様に、プラズマの維持は、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発生しないようになり、
この場合、電極表面を常にクリーンに保持する必要があ
る。
However, under the condition that the frequency becomes low and the ion migration distance during the half cycle exceeds the electrode interval,
As in the case of DC discharge, secondary electrons emitted from the cathode due to ion collision play an essential role in maintaining the plasma. Therefore, if a film is attached to the electrode and insulated, no electric discharge will occur at that part,
In this case, it is necessary to always keep the electrode surface clean.

【0019】従って、電極を頻繁に交換、清掃するなど
の作業が必要となり、これがアモルファスシリコン太陽
電池や薄膜トランジスタなどのコスト高の要因の一つと
なっている。
Therefore, it is necessary to frequently replace and clean the electrodes, which is one of the factors for the high cost of the amorphous silicon solar cell, thin film transistor and the like.

【0020】(2)反応ガスは、一方向からプラズマを
発生させる電極間に導入されるため、電極間に存在する
反応ガスの分布は不均一となる。そのため、グロー放電
プラズマを発生させる電極の放電電界と直交する方向の
磁界を基板と平行な面内で回転させても、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1Å/sec 以上に保つ
ことは非常に困難である。本発明は上記の課題を解決し
ようとするものである。
(2) Since the reaction gas is introduced from one direction between the electrodes for generating plasma, the distribution of the reaction gas existing between the electrodes becomes non-uniform. Therefore, even if the magnetic field in the direction orthogonal to the discharge electric field of the electrode for generating glow discharge plasma is rotated in the plane parallel to the substrate, when the large area amorphous silicon thin film is manufactured, the film thickness distribution is ± 20.
% Or less and the film forming rate at 1 Å / sec or more is very difficult. The present invention is intended to solve the above problems.

【0021】[0021]

【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、この反応容器に反応ガスを導入し
て排出する手段と、上記反応容器内に収容された接地電
極及びプラズマ発生用電極と、このプラズマ発生用電極
にグロー放電用電力を供給する電源と、上記電極間に直
交し、かつ互いに直交する方向に軸芯を持つように反応
容器を挟んで設置された2対のソレノイドコイルと、こ
れらのソレノイドコイルに磁界発生用電力を供給する交
流電源を有し、上記電極間の電界に直交するように支持
された基板上に非晶質薄膜を形成するプラズマ化学蒸着
装置において、上記プラズマ発生用電極が接地電極との
対向面に貫通する複数の反応ガス導入孔を形成されその
背面より反応ガスを供給されることを特徴としている。
Means for Solving the Problems Plasma CVD of the present invention
The apparatus comprises a reaction vessel, a means for introducing and discharging a reaction gas into the reaction vessel, a ground electrode and a plasma generating electrode housed in the reaction vessel, and glow discharge power to the plasma generating electrode. A power source to be supplied, two pairs of solenoid coils installed across the reaction vessel so as to have axes in directions orthogonal to each other and in directions orthogonal to each other, and power for generating a magnetic field to these solenoid coils. In a plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus that forms an amorphous thin film on a substrate that has an alternating current power supply and that is orthogonal to the electric field between the electrodes, the plasma generation electrode penetrates the surface facing the ground electrode. It is characterized in that a plurality of reaction gas introduction holes are formed and the reaction gas is supplied from the back surface thereof.

【0022】[0022]

【作用】上記において、プラズマ発生用電極の背面に供
給された反応ガスは、反応ガス導入孔を通ってプラズマ
発生用電極と接地電極の間の空間に供給され、この電極
間に発生し、ソレノイドコイルにより回転するグロー放
電プラズマにより分解され、基板上に非晶質薄膜を形成
する。
In the above, the reaction gas supplied to the back surface of the plasma generating electrode is supplied to the space between the plasma generating electrode and the ground electrode through the reaction gas introducing hole, is generated between the electrodes, and is generated by the solenoid. It is decomposed by glow discharge plasma rotated by a coil to form an amorphous thin film on the substrate.

【0023】本発明においては、反応ガスの供給につい
て従来の反応ガス導入管に代えて、プラズマ発生用電極
に設けた多数の反応ガス導入孔を用いているため、電極
間に効率良く反応ガスを導入することができ、かつ、反
応ガスの分布が電極間内において均一となる。
In the present invention, a large number of reaction gas introduction holes provided in the plasma generating electrode are used instead of the conventional reaction gas introduction pipe for supplying the reaction gas, so that the reaction gas can be efficiently supplied between the electrodes. It can be introduced, and the distribution of the reaction gas becomes uniform between the electrodes.

【0024】したがって、電極間のプラズマ密度は、2
対のソレノイドコイルから発生する合成磁界の回転する
力(E・Bドリフト)のみによる平均化よりも、更に時
間的・空間的に平均化される。この結果、基板表面に堆
積された薄膜は、ほぼ均一な膜厚分布を持つ。また、電
極間に十分な量の反応ガスを効率良く導入できるため、
従来の装置に比べて成膜速度を著しく向上させることが
できる。
Therefore, the plasma density between the electrodes is 2
The averaging is performed more temporally and spatially than the averaging based on only the rotating force (E / B drift) of the synthetic magnetic field generated from the pair of solenoid coils. As a result, the thin film deposited on the substrate surface has a substantially uniform film thickness distribution. Moreover, since a sufficient amount of reaction gas can be efficiently introduced between the electrodes,
The deposition rate can be significantly improved as compared with the conventional apparatus.

【0025】[0025]

【実施例】本発明の一実施例に係るプラズマCVD装置
について、図1乃至図5により以下に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A plasma CVD apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0026】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の
電極101と接地電極3が互いに平行に配置されてい
る。このプラズマ発生用電極101は、図2(a),
(b)に示すように、反応ガス導入孔102を均一に配
置したシャワー型構造を有している。隣接する反応ガス
導入孔102は、図3に示すように一定間隔であるた
め、一つの反応ガス導入孔102を中心とすると、他の
反応ガス導入孔102は正六角形の頂点の位置に配置さ
れている。
In FIG. 1, an electrode 101 for generating glow discharge plasma and a ground electrode 3 are arranged parallel to each other in a reaction vessel 1 for reacting a raw material gas. This plasma generating electrode 101 is shown in FIG.
As shown in (b), it has a shower type structure in which the reaction gas introduction holes 102 are uniformly arranged. Since the adjacent reaction gas introduction holes 102 are at regular intervals as shown in FIG. 3, when one reaction gas introduction hole 102 is the center, the other reaction gas introduction holes 102 are arranged at the positions of the vertices of a regular hexagon. ing.

【0027】上記多数の反応ガス導入孔102を有する
シャワー型プラズマ発生用電極101全体は、図4に示
すようにアースシールド103で覆われており、このア
ースシールド103は反応容器1及び第2高周波ケーブ
ル8を介してアース9に接続されている。
The entire shower-type plasma generating electrode 101 having a large number of reaction gas introduction holes 102 is covered with an earth shield 103 as shown in FIG. 4, and this earth shield 103 is provided in the reaction vessel 1 and the second high frequency wave. It is connected to the ground 9 via the cable 8.

【0028】アースシールド103と反応ガス導入孔1
02を有するプラズマ発生用電極101との間隙は、そ
の間隙内にプラズマが発生するのを抑制するため、0.
05〜0.5Torrの圧力範囲における電子の平均自由行
程より短い2mmと設定し、反応ガス導入孔102の直径
も2mmと設定し、隣接する反応ガス導入孔102の間隔
は10mmに設定した。
Earth shield 103 and reaction gas introduction hole 1
The gap between the plasma generating electrode 101 and the plasma generating electrode 101 has a value of 0.
The diameter was set to 2 mm, which was shorter than the mean free path of electrons in the pressure range of 05 to 0.5 Torr, the diameter of the reaction gas introduction hole 102 was also set to 2 mm, and the distance between the adjacent reaction gas introduction holes 102 was set to 10 mm.

【0029】また、アースシールド103とプラズマ発
生用電極101との間隙は、図4に示すように、不導電
性材質のOリング104を数個用いて超高真空にシール
されている。上記プラズマ発生用電極101には、高周
波電源4から例えば13.56MHzの周波数の電力
が、インピーダンス整合器5及び第1の高周波ケーブル
6を介して供給される。
Further, as shown in FIG. 4, the gap between the earth shield 103 and the plasma generating electrode 101 is sealed in ultrahigh vacuum by using several O-rings 104 made of a non-conductive material. Electric power having a frequency of, for example, 13.56 MHz is supplied to the plasma generating electrode 101 from the high frequency power source 4 via the impedance matching device 5 and the first high frequency cable 6.

【0030】反応ガスは、流量計を有する図示しないボ
ンベから反応ガス導入管11を通して、例えばモノシラ
ンがアースシールド103とプラズマ発生用電極101
との間隙に導入される。アースシールド103とプラズ
マ発生用電極101間の反応ガスは、プラズマ発生用電
極101のシャワー状の反応ガス導入孔102を通って
接地電極3とプラズマ発生用電極101との間に供給さ
れ、反応容器1内の反応ガスは排気管12を通って図示
しない真空ポンプにより排気される。
The reaction gas is supplied from a cylinder (not shown) having a flow meter through a reaction gas introducing pipe 11, and monosilane, for example, is supplied to the earth shield 103 and the plasma generating electrode 101.
Is introduced into the gap between. The reaction gas between the earth shield 103 and the plasma generation electrode 101 is supplied between the ground electrode 3 and the plasma generation electrode 101 through the shower-shaped reaction gas introduction hole 102 of the plasma generation electrode 101, and the reaction container The reaction gas in 1 is exhausted through an exhaust pipe 12 by a vacuum pump (not shown).

【0031】基板13は、図1に示すように反応ガス導
入孔102を有するプラズマ発生用電極101と平行
に、接地電極3上に図示しない基板ホルダを介して支持
され設置される。
The substrate 13 is supported and installed on the ground electrode 3 via a substrate holder (not shown) in parallel with the plasma generating electrode 101 having the reaction gas introduction hole 102 as shown in FIG.

【0032】反応容器1の周囲には、第1〜第4の厚み
のある有限長のソレノイドコイル14a,14b,15
a,15bが設置されており、図5に示すように、第1
及び第2のソレノイドコイル14a,14bが対をな
し、第3及び第4のソレノイドコイル15a,15bが
対をなして、それぞれの軸芯が互いに直交する方向、す
なわちx軸方向及びy軸方向に合致するように配置され
ている。
Around the reaction vessel 1, solenoid coils 14a, 14b, 15 of finite length having first to fourth thicknesses are provided.
a and 15b are installed, as shown in FIG.
And the second solenoid coils 14a and 14b form a pair, and the third and fourth solenoid coils 15a and 15b form a pair so that their respective axial cores are orthogonal to each other, that is, in the x-axis direction and the y-axis direction. It is arranged to match.

【0033】第1及び第2のソレノイドコイル14a,
14bには、位相可変2出力発振器16の一方の出力端
子から、第1の電力増幅器17を介して正弦波形の電力
が供給される。また、第3及び第4のソレノイドコイル
15a,15bには、位相可変2出力発振器16の他方
の出力端子から、第2の電力増幅器18を介して正弦波
形の電力が供給される。
The first and second solenoid coils 14a,
14b is supplied with electric power having a sine waveform from one output terminal of the phase variable two-output oscillator 16 via the first power amplifier 17. Further, the third and fourth solenoid coils 15a and 15b are supplied with sinusoidal power from the other output terminal of the phase variable two-output oscillator 16 via the second power amplifier 18.

【0034】上記位相可変2出力発振器16は、2つの
正弦波信号を、それぞれの相対位相を任意に設定できる
2つの正弦波信号を出力することができる。第1及び第
2のソレノイドコイル14a,14bが発生する磁界
は、図6に示すように軸芯方向(x軸方向)にほぼ一様
な強さの分布になっている。第3及び第4のソレノイド
コイル15a,15bが発生する磁界も、図6と同様に
軸芯の方向(y軸方向)にほぼ一様な強さの分布になっ
ている。
The phase variable two-output oscillator 16 can output two sine wave signals, and two sine wave signals whose relative phases can be arbitrarily set. The magnetic fields generated by the first and second solenoid coils 14a, 14b have a substantially uniform strength distribution in the axial direction (x-axis direction) as shown in FIG. The magnetic fields generated by the third and fourth solenoid coils 15a and 15b also have a substantially uniform strength distribution in the axial direction (y-axis direction) as in FIG.

【0035】次に、上記装置を用いて行う例えばアモル
ファスシリコン薄膜の製造について、以下に説明する。
まず、真空ポンプを駆動して、反応容器1内を十分に排
気(例えば1×10-7Torr)した後、反応ガス導入管1
1を通して例えばモノシランを50〜100cc/minの流
量で供給し、反応容器1内の圧力を0.05〜0.5To
rrに保つ。
Next, the production of, for example, an amorphous silicon thin film using the above apparatus will be described below.
First, the vacuum pump is driven to sufficiently exhaust the inside of the reaction vessel 1 (for example, 1 × 10 −7 Torr), and then the reaction gas introduction pipe 1
1, for example, monosilane is supplied at a flow rate of 50 to 100 cc / min, and the pressure in the reaction vessel 1 is set to 0.05 to 0.5 To.
keep to rr.

【0036】次に、高周波電源4からインピーダンス整
合器5及び電力導入端子7などを介して、プラズマ発生
用電極101に電力を供給し、電極間にモノシランのグ
ロー放電プラズマを発生させる。なお、上記高周波電源
4には、13.56MHzのものを用いることが好まし
い。
Next, power is supplied from the high frequency power source 4 to the plasma generating electrode 101 via the impedance matching device 5 and the power introduction terminal 7 and the like to generate glow discharge plasma of monosilane between the electrodes. The high frequency power source 4 is preferably 13.56 MHz.

【0037】一方、第1及び第2のソレノイドコイル1
4a,14b並びに第3及び第4のソレノイドコイル1
5a,15bには、それぞれ第1及び第2の電力増幅器
17,18を介して位相可変2出力発振器16からの2
出力を印加する。この出力は、例えば位相を90°ずら
した周波数10Hzの正弦波電力である。
On the other hand, the first and second solenoid coils 1
4a, 14b and third and fourth solenoid coils 1
5a and 15b are fed from the phase-variable 2-output oscillator 16 via the first and second power amplifiers 17 and 18, respectively.
Apply output. This output is, for example, sine wave power having a frequency of 10 Hz and a phase shifted by 90 °.

【0038】この正弦波電力が印加されると、第1及び
第2ソレノイドコイル14a,14bによる磁界と、第
3及び第4のソレノイドコイル15a,15bによる磁
界との合成磁界が発生する。この合成磁界はプラズマ発
生用電極101及び接地電極3の間の電界に対して直交
方向に一定の角速度20π(ラジアン/sec )で回転し
ながら、上記グロー放電プラズマに作用する。
When this sinusoidal power is applied, a combined magnetic field of the magnetic fields of the first and second solenoid coils 14a and 14b and the magnetic fields of the third and fourth solenoid coils 15a and 15b is generated. This composite magnetic field acts on the glow discharge plasma while rotating at a constant angular velocity of 20π (radian / sec) in the direction orthogonal to the electric field between the plasma generating electrode 101 and the ground electrode 3.

【0039】この結果、グロー放電プラズマは、一定の
角速度で回転する力(E・Bドリフト)を受ける。した
がって、プラズマ発生用電極101と接地電極3との間
のプラズマは、基板13と平行な面内を全方向に揺り動
かされる。なお、合成磁界の強さは20〜100ガウス
程度でよい。
As a result, the glow discharge plasma receives a force (EB drift) that rotates at a constant angular velocity. Therefore, the plasma between the plasma generating electrode 101 and the ground electrode 3 is swung in all directions in a plane parallel to the substrate 13. The strength of the synthetic magnetic field may be about 20 to 100 Gauss.

【0040】なお、アモルファスシリコン薄膜の膜厚分
布及び成膜速度は、電極の面積、電極間隔、反応ガスの
流量、圧力、電極間に供給される電力、及びグロー放電
プラズマに印加される合成磁界強度などに依存する。
The thickness distribution and deposition rate of the amorphous silicon thin film are determined by the electrode area, electrode spacing, reaction gas flow rate, pressure, power supplied between the electrodes, and synthetic magnetic field applied to the glow discharge plasma. Depends on strength etc.

【0041】本実施例においては、その性能確認のため
に本実施例の装置と従来の装置を用いてアモルファスシ
リコン薄膜を製造しており、その内容を以下に説明す
る。この製造に当たっては、電極として直径800mmの
円形電極を用い、基板13として500mm×500mm#
7059無アルカリガラスを用いた。
In this embodiment, an amorphous silicon thin film is manufactured by using the apparatus of this embodiment and the conventional apparatus for confirming the performance, and the contents will be described below. In this manufacturing, a circular electrode having a diameter of 800 mm was used as the electrode, and the substrate 13 was 500 mm × 500 mm #.
7059 non-alkali glass was used.

【0042】反応ガスとしては、100%モノシランガ
スを用い、50cc/minの流量で供給し、反応容器1内の
圧力は0.1Torrに設定した。プラズマ発生用電極10
1には、50Wの高周波電力を印加し、ソレノイドコイ
ル14a,14b,15a,15bにより印加される合
成磁界の強さは、0,20,40,60,80,100
ガウスに設定した。
As the reaction gas, 100% monosilane gas was used, supplied at a flow rate of 50 cc / min, and the pressure in the reaction vessel 1 was set to 0.1 Torr. Plasma generating electrode 10
A high-frequency power of 50 W is applied to 1 and the strength of the synthetic magnetic field applied by the solenoid coils 14a, 14b, 15a, 15b is 0, 20, 40, 60, 80, 100.
Set to Gauss.

【0043】本実施例の装置と従来の装置を用いて製造
したアモルファスシリコン薄膜について、それぞれの膜
厚分布を図7に示す。このときの合成磁界の強さは10
0ガウスに設定した。図7より、従来の装置による場合
と比較して、本実施例の場合は広い面積にわたって一様
の膜厚のものが得られることが判る。
FIG. 7 shows the film thickness distributions of the amorphous silicon thin films manufactured by using the apparatus of this embodiment and the conventional apparatus. The strength of the synthetic magnetic field at this time is 10
It was set to 0 gauss. It can be seen from FIG. 7 that in the case of this embodiment, a film having a uniform film thickness can be obtained over a wide area as compared with the case of the conventional device.

【0044】また、上記製造過程において得られた磁界
強度とアモルファスシリコン薄膜の成膜速度との関係を
図8に示す。図8から、本実施例の装置の場合、従来の
装置に比べ、成膜速度を著しく向上できることがわか
る。また、磁界強度を強くした場合に、成膜速度を向上
させる効果が大きい。
FIG. 8 shows the relationship between the magnetic field strength obtained in the above manufacturing process and the film formation rate of the amorphous silicon thin film. It can be seen from FIG. 8 that the film forming rate can be remarkably improved in the case of the apparatus of this embodiment as compared with the conventional apparatus. Further, when the magnetic field strength is increased, the effect of improving the film formation rate is great.

【0045】なお、本実施例においては、シャワー型プ
ラズマ発生用電極の形状は、円形としているが、円形及
び角形のどちらでもよい。また、プラズマ発生用電極の
反応ガス導入孔の直径は3mm以下であることが好まし
い。
In this embodiment, the shower-type plasma generating electrode has a circular shape, but it may have a circular shape or a rectangular shape. Further, the diameter of the reaction gas introduction hole of the plasma generating electrode is preferably 3 mm or less.

【0046】上記反応ガス導入孔の直径が3mmを超える
と、0.05〜0.5Torrの圧力での電子の平均自由行
程よりも長くなるため、反応ガス導入孔内にプラズマが
発生し、上記電極間のプラズマ密度が低下し不均一とな
り、基板に堆積する非晶質薄膜の成膜速度の低下と、±
30%程度の非晶質薄膜の膜厚分布の不均一性を引き起
こすためである。
When the diameter of the reaction gas introducing hole exceeds 3 mm, it becomes longer than the mean free path of electrons at a pressure of 0.05 to 0.5 Torr, so that plasma is generated in the reaction gas introducing hole, When the plasma density between the electrodes decreases and becomes non-uniform, the deposition rate of the amorphous thin film deposited on the substrate decreases,
This is because it causes non-uniformity of the film thickness distribution of the amorphous thin film of about 30%.

【0047】[0047]

【発明の効果】本発明のプラズマCVD装置は、反応容
器内に配設され接地電極と対向するプラズマ発生用電極
に複数の反応ガス導入孔を設け、反応ガスをプラズマ発
生用電極の背面に供給した後、反応ガス導入孔を介して
電極間に供給することによって、反応ガスを電極間に効
率良く導入することができ、かつ、その分布を均一にす
ることができるため、グロー放電プラズマによる大面積
の非晶質薄膜を高速で成膜することが可能となり、アモ
ルファスシリコン太陽電池、液晶ディスプレイ用薄膜ト
ランジスタ及び光電子デバイスなどの製造分野での工業
的価値が著しく大きい装置を実現する。
According to the plasma CVD apparatus of the present invention, a plurality of reaction gas introduction holes are provided in the plasma generation electrode which is arranged in the reaction vessel and faces the ground electrode, and the reaction gas is supplied to the back surface of the plasma generation electrode. After that, by supplying the reactive gas between the electrodes through the reactive gas introduction hole, the reactive gas can be efficiently introduced between the electrodes and the distribution thereof can be made uniform. It is possible to form an amorphous thin film having a large area at high speed, and to realize a device having an extremely large industrial value in the manufacturing field such as amorphous silicon solar cells, thin film transistors for liquid crystal displays, and optoelectronic devices.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係るプラズマCVD装置の
説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a plasma CVD apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】上記一実施例に係る反応ガス導入孔を有するプ
ラズマ発生用電極の説明図で、(a)は平面図、(b)
は断面図である。
2A and 2B are explanatory views of a plasma generating electrode having a reaction gas introducing hole according to the above embodiment, FIG. 2A is a plan view, and FIG.
Is a sectional view.

【図3】上記一実施例に係るプラズマ発生用電極の反応
ガス導入孔の位置関係を示す平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing a positional relationship of reaction gas introduction holes of the plasma generating electrode according to the above-mentioned embodiment.

【図4】上記一実施例に係る反応ガス導入孔を有するプ
ラズマ発生用電極の詳細図である。
FIG. 4 is a detailed view of a plasma generating electrode having a reaction gas introducing hole according to the above embodiment.

【図5】上記一実施例に係る反応容器と2対のソレノイ
ドコイルとの位置関係を示す平面図である。
FIG. 5 is a plan view showing a positional relationship between a reaction container and two pairs of solenoid coils according to the above embodiment.

【図6】上記一実施例に係るソレノイドコイル間の磁界
強度分布の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a magnetic field strength distribution between solenoid coils according to the above-described embodiment.

【図7】上記一実施例の装置及び従来の装置により製造
されたアモルファスシリコン薄膜の膜厚分布を示す特性
図である。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a film thickness distribution of an amorphous silicon thin film manufactured by the apparatus of the one embodiment and a conventional apparatus.

【図8】上記一実施例の装置及び従来の装置により製造
されたアモルファスシリコン薄膜の成膜速度と磁界強度
との関係を示す特性図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the film formation rate and the magnetic field strength of the amorphous silicon thin film manufactured by the apparatus of the one embodiment and the conventional apparatus.

【図9】従来のプラズマCVD装置の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of a conventional plasma CVD apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 反応容器 3 接地電極 4 高周波電源 5 インピーダンス整
合器 9 アース 11 反応ガス導入管 12 排気管 13 基板 14a,14b,15a,15b ソレノイドコイル 16 位相可変2出力発
振器 17,18 増幅器 101 プラズマ発生用電
極 102 反応ガス導入孔 103 アースシールド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reaction container 3 Ground electrode 4 High frequency power supply 5 Impedance matching device 9 Earth 11 Reaction gas introduction pipe 12 Exhaust pipe 13 Substrate 14a, 14b, 15a, 15b Solenoid coil 16 Phase variable 2 output oscillator 17, 18 Amplifier 101 Plasma generation electrode 102 Reaction gas introduction hole 103 Earth shield

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇田 和孝 長崎市深堀町5丁目717番1号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazutaka Uda 5-717-1, Fukahori-cho, Nagasaki City Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Nagasaki Research Institute

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反応容器と、この反応容器に反応ガスを
導入して排出する手段と、上記反応容器内に収容された
接地電極及びプラズマ発生用電極と、このプラズマ発生
用電極にグロー放電用電力を供給する電源と、上記電極
間に直交し、かつ互いに直交する方向に軸芯を持つよう
に反応容器を挟んで設置された2対のソレノイドコイル
と、これらのソレノイドコイルに磁界発生用電力を供給
する交流電源を有し、上記電極間の電界に直交するよう
に支持された基板上に非晶質薄膜を形成するプラズマ化
学蒸着装置において、上記プラズマ発生用電極が接地電
極との対向面に貫通する複数の反応ガス導入孔を形成さ
れその背面より反応ガスを供給されることを特徴とする
プラズマ化学蒸着装置。
1. A reaction vessel, means for introducing and discharging a reaction gas into the reaction vessel, a ground electrode and a plasma generating electrode housed in the reaction vessel, and a glow discharge for the plasma generating electrode. A power supply for supplying electric power, two pairs of solenoid coils installed across the reaction vessel so as to have axes in directions orthogonal to each other and in directions orthogonal to each other, and electric power for generating magnetic fields in these solenoid coils. A plasma chemical vapor deposition apparatus for forming an amorphous thin film on a substrate supported by an alternating current power supply for supplying the electric field between the electrodes, the plasma generation electrode being opposite to a ground electrode. A plurality of reaction gas introduction holes penetrating the substrate are formed, and a reaction gas is supplied from the rear surface of the plasma chemical vapor deposition device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2009041282A1 (en) * 2007-09-28 2009-04-02 Tokyo Electron Limited Film forming apparatus, film forming method, storage medium and gas supplying apparatus

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