JPH08209353A

JPH08209353A - プラズマプロセス装置及び方法

Info

Publication number: JPH08209353A
Application number: JP7039044A
Authority: JP
Inventors: Hideo Ikegami; 英雄池上; Hiroyuki Aida; 宏之相田; Masao Ando; 正夫安藤; Naoto Chikagawa; 直人近川
Original assignee: Technova Inc
Current assignee: Technova Inc
Priority date: 1995-02-03
Filing date: 1995-02-03
Publication date: 1996-08-13

Abstract

(57)【要約】【目的】大気圧下でプラズマを安定して発生し、ガス
を活性化させて基体上に薄膜を形成させ得るプラズマプ
ロセス装置及び方法を提供する。【構成】増幅器２８が、モノバイブレータＭの二次側
で共振を生ぜしめる周波数の電流を一次側に流すため、
二次側に高電位が発生し、該二次側に接続された電極１
０に常圧下で単極のプラズマ放電を生ぜしめる。この電
極１０のプラズマ放電によって、ガス供給装置２０から
供給されたガスを活性化し、噴出口１２ａから基体１０
に照射して薄膜の形成を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマプロセス装置
及び方法に関し、特に、半導体デバイスを製造するＣＶ
Ｄにおいて用いられるプラズマプロセス装置及び方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造において、原料の
気体に熱、電子、光などのエネールギーを付与して、気
体を分解或いは化学反応を生じさせて固体を得るＣＶＤ
が用いられている。このＣＶＤの一つに、高エネルギー
のプラズマ状態下で原料ガスを分解して活性度の高い化
学種（ラジカル）を作りだすプラズマプロセス方法があ
る。このプラズマプロセス方法を行う従来の装置につい
て図４を参照して説明する。プラズマプロセスは、基体
１００と該基体１００を加熱するハロゲンランプ１２２
とが配置されたプラズマ室１２０を減圧して行う。この
プラズマ室１２０には、ガス導入口１２４と排気口１２
６とが設けられている。該排気口１２６には、プラズマ
室１２０内を減圧するための真空排気装置１３０が接続
されている。そして、外部からのマイクロ波が、石英ガ
ラス窓１２８を介して該プラズマ室１２０側に送られ
る。このプラズマ室１２０では、１Ｔｏｒｒ以下の低圧
でガスをマイクロ波によりプラズマ化し、基体１００と
接触させて固体の成膜を行っている。

【０００３】ここで、プラズマを発生するための従来の
装置について図５を参照して説明する。図５（Ａ）は電
界によりプラズマを発生する装置を示している。この装
置では、一対の電極１１０の間に高周波電圧１１２を印
加することによりプラズマを発生させている。図５
（Ｂ）は磁界によりプラズマを発生する装置を示してい
る。この装置では、管路１１６の外周に巻回されたワー
クコイル１１４に高周波電流を流すことによりプラズマ
を発生せしめている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た図５に示す従来技術に係るプラズマ発生装置では、大
気圧などの常圧下で安定してプラズマを発生することが
難しかった。このため、図４に示すようにプラズマプロ
セスにおいて基体への成膜を行わしめるのに、１Ｔｏｒ
ｒ以下に減圧して行う必要があり、プラズマ室を低圧が
維持できるよう構成せねばならず、また、真空排気装置
１３０を必要とするため、設備が大型化すると共に高価
になった。また、減圧を行う必要性から製造のためのコ
ストが高くなった。

【０００５】代替えエネルギー源として太陽電池が現在
注目を集めている。この太陽電池は、主にシランガス
（ＳｉＨ₄）を用いるプラズマプロセスによって、シリ
コンから成る基体上にアモルファスシリコン層を成膜す
ることにより製造されている。しかしながら、太陽電池
を、上述したように減圧したプラズマ室内で処理してい
るため、プラズマ室よりも小さいものしか製造できなか
った。

【０００６】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、大気圧
下でプラズマを安定して発生し、ガスを活性化させて基
体上に薄膜を形成させ得るプラズマプロセス装置及び方
法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１では、活性化させたガスを基体に接触させ
ることによって基体表面に薄膜を形成するプラズマプロ
セス装置において、ガスを供給するガス供給手段と、該
ガス供給手段から供給されたガスを活性化する電極と、
前記電極にて活性化されたガスを基体に照射させる照射
手段と、一次側に少ない数の巻線が巻回され、二次側に
多くの数の巻線が巻回され、二次側の一端がフローティ
ング或いは一次側のどちらか一方の端子に接続され他端
が前記電極に接続されたトランスと、トランスの二次側
で共振を生ぜしめる周波数の電流を一次側に流し、トラ
ンスの二次側に接続された前記電極に単極放電を生ぜし
める高電位を発生させる電力供給手段と、から構成され
ることを特徴とする。

【０００８】また、請求項２では、請求項１において、
前記電極に複数の突起が形成されていることを特徴とす
る。

【０００９】上記の目的を達成するため、請求項３で
は、活性化させたガスを基体に接触させることによって
基体表面に薄膜を形成するプラズマプロセス方法におい
て、ガス供給源からガスを供給するステップと、一次側
に少ない数の巻線が巻回され、二次側に多くの数の巻線
が巻回され、二次側の一端がフローティング或いは一次
側のどちらか一方の端子に接続され他端が前記電極に接
続されたトランスに対して、該トランスの二次側で共振
を生ぜしめる周波数の電流を一次側に流し、トランスの
二次側に接続された電極に単極放電を生ぜしめる高電位
を印加するステップと、該電極にて供給されたガスを活
性化するステップと、前記電極にて活性化されたガスを
基体に照射するステップと、から成ることを特徴とす
る。

【００１０】

【作用】請求項１のプラズマプロセス装置では、電力供
給手段が、トランスの二次側で共振を生ぜしめる周波数
の電流をトランスの一次側に流すため、二次側に高電位
が発生し、トランスの二次側に接続された電極に常圧下
で単極放電を生ぜしめる。この電極の単極放電によっ
て、ガス供給手段から供給されたガスを活性化し、照射
手段によって基体に照射して薄膜の形成を行う。このよ
うに常圧下でガスを活性化できるため、プラズマプロセ
ス装置を廉価に構成することができる。

【００１１】請求項２のプラズマプロセス装置では、電
極に複数の突起が形成されている。この突起において電
界密度が高くなるため、効率よくガスを活性化すること
ができる。

【００１２】請求項３のプラズマプロセス方法では、ト
ランスの二次側で共振を生ぜしめる周波数の電流を一次
側に流し、トランスの二次側に高電位を発生させ、該二
次側に接続された電極に常圧下で単極放電を生ぜしめ
る。この電極の単極放電によって、供給されたガスを活
性化し、基体に照射して薄膜の形成を行う。このように
常圧下でガスを活性化できるため、プラズマプロセスを
廉価に行うことができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を具体化した実施例について図
を参照して説明する。図１は本発明の第１実施例に係る
プラズマプロセス装置の概略構成を示している。このプ
ラズマプロセス装置は、平板状の電極１０と、該電極１
０へプラズマプロセス用のガスを供給するガス供給装置
２０と、電極１０への電力を供給する電源装置３０とか
ら構成されている。このプラズマプロセス装置では、ガ
ス供給装置２０からガス管２５を介して電極１０へ供給
されたガスが、電源装置３０から供給された電力による
電極１０からのプラズマ放電により活性化され、基体１
００と接触して該基体１００上に薄膜を形成する。この
電極１０には下方を指向する複数の突起１０ａが形成さ
れ、該突起１０ａ部において、電界密度を高くしてプラ
ズマ放電を効率よく発生せしめ、ガスの活性化を行って
いる。この電極１０は、非導電体からなるカバー１２に
収容され、電極１０の突起１０ａは、カバー１２に形成
された噴出口１２ａから突出するように配置されてい
る。

【００１４】図２は、図１に示す電源装置３０及びガス
供給装置２０の構成を示している。電源装置３０は、商
用電源を昇圧するトランス３１、昇圧された電圧を平滑
する第１平滑回路３２、及び、第２平滑回路３３から成
る電源部３４と、水晶振動子３５を有する発振回路３６
から成る発振部３７と、増幅器３８、第１トランジスタ
ＴＲ１、第２トランジスタＴＲ２、及び、同調用のコン
デンサＣ１から成る増幅部３９と、モノバイブレータＭ
と、発振部３７の発振周波数を該モノバイブレータＭの
共振周波数へ同調させる自動同調回路４１から成る同調
部４０と、から構成される。

【００１５】モノバイブレータＭは、一次Ｌ１側に１４
０ターン巻線が巻回され、二次Ｌ２側に１６０００ター
ン巻線が巻回され１００以上の巻線比にされ、一次Ｌ
１、二次Ｌ２が共通に接続されると共に、一次Ｌ１及び
二次Ｌ２が同心状に配置された空心トランス（以下モノ
バイブレータＭと称する）からなる。該モノバイブレー
タＭの二次Ｌ２側の出力端子は、電極１０に接続される
ことにより開放され、高電位を発生して該電極１０に単
極放電（ここで、単極放電とは、一対の電極間において
発生する放電ではなく、孤立して置かれた一つの電極か
らの大気中への放電を言う）を生ぜしめるよう構成され
ている。

【００１６】ガス供給装置２０は、アルゴン（Ａｒ）ガ
スボンベ２１とシラン（ＳｉＨ₄）ガスボンベ２６とを
備えてなる。このアルゴンガスボンベ２１からのアルゴ
ンガスは、レギュレータ２２で一定の圧力に規定され、
流量計２３にて流量が測定されてから切り換え弁２４を
介して電極１０側へ送られるようになっている。同様
に、シランガスボンベ２６からのシランガスは、レギュ
レータ２７で一定の圧力に規定され、流量計２８にて流
量が測定されてから切り換え弁２９を介して電極１０側
に送られるようになっている。

【００１７】基体１００は、アルミナから成り、表面に
アモルファスシリコン（α−ＳｉＨ）の薄膜が成形され
ることにより太陽電池を構成する。この基体１００は、
基体支持台１０２に固定され、フロート１０４によって
電極１０に対して相対的に移動し得るようになってい
る。なお、この第１実施例では、プラズマ室に収容され
ていない基体１００に常圧下で成膜させる。

【００１８】次に、第１実施例のプラズマプロセス装置
の動作について説明する。先ず、電源部３４のスイッチ
ＳＷ１をオンにする。これにより、トランス３１が通電
されて、第１平滑回路３２からの電圧が発振回路３６に
印加され、該発振回路３６が水晶振動子３５の固有振動
数に従い発振を開始する。この固有振動数は、増幅部３
９のコンデンサＣ１とモノバイブレータＭの一次側Ｌ１
に発振を生ぜしめる周波数〔ｆ１＝１／｛２π√（Ｌ１
・Ｃ１）〕に設定されている。

【００１９】一方、第２平滑回路３３から、ライン３３
ａを介して＋１００Ｖの電位が、また、ライン３３ｃを
介して−１００Ｖの電位が増幅器３８に印加される。該
増幅器３８は、ライン３８ａを介して＋１００Ｖの電位
を第１トランジスタＴＲ１のコレクタに加え、また、ラ
イン３８ｃを介して−１００Ｖの電位を第２トランジス
タＴＲ２のコレクタ側に印加させ、更に、信号ライン３
８ｂを介して第１、第２トランジスタＴＲ１、ＴＲ２の
ベースに、上記発振回路３６からの信号を加える。これ
により、第１、第２トランジスタＴＲ１、ＴＲ２が通電
・停止を繰り返し、上述したようにモノバイブレータＭ
の一次側Ｌ１とコンデンサＣ１との共振する周波数の電
流が、当該モノバイブレータＭの一次側Ｌ１に流され
る。

【００２０】モノバイブレータＭの二次側で電位が最高
になるのは、二次Ｌ２側のインダクタンス分と二次側の
浮遊容量Ｃｔとの共振する周期の電流が、一次側Ｌ１に
流されたときである。この浮遊容量Ｃｔは、状態により
変化するため該共振周波数は変動することになる。この
変動する周波数に同調させるため、自動同調回路４１
が、二次Ｌ２側の電位をライン４２からの信号を基に監
視しながら、ライン３６ｂを介して走査信号を発振回路
３６へ送出する。該発振回路３６は、走査信号に基づき
設定された範囲で発振周波数をスキャンし、この発振信
号に基づき増幅器３８がモノバイブレータＭの一次Ｌ１
側に電流を流すことにより、二次Ｌ２側の電位を変動さ
せる。二次Ｌ２側で共振状態となり電位が最高になる
と、これを自動同調回路４１が、二次Ｌ２側のライン４
２からの電位を基に検出し、発振回路３６の周波数を固
定する。このとき、二次Ｌ２に接続された電極１０が単
極放電を発生し得る電位へ達し、該電極１０からプラズ
マ放電が開始される。この時点において、ガス供給装置
２０からシランガスの供給を行い、該電極１０からプラ
ズマ放電によりプラズマ化させ活性度の高い化学種（ラ
ジカル）を作りだす。そして、図１に示したカバー１２
の噴出口１２ａから噴出させ基体１００と接触させる。

【００２１】プラズマ化されたシランガス（ＳｉＨ₄）
が基体１００と接触すると、該基体１００上にアモルフ
ァスシリコン（α−ＳｉＨ）が成膜され、これにより太
陽電池が形成される。ここでは、基体支持台１０２を電
極１０に対して移動することにより、非常に大きな基体
に対しても成膜することができ、また、平板状でなくと
も、任意形状の基体に対して薄膜を形成し得る。このた
め、例えば、車両の形状に適合するように、太陽電池パ
ネルを形成することが可能となる。

【００２２】また、第１実施例の構成に係るプラズマプ
ロセス装置では、モノバイブレータＭの二次側で発振す
るように電力を制御するため、電極１０において常圧下
で単極放電を発生せしめる高電位を容易に発生すること
ができる。そして、常圧下でガスをプラズマ化し得るた
め、減圧のための装置が不要となり、プラズマプロセス
装置を小型且つ廉価に構成できると共に、所望の大きさ
の任意形状の基体に成膜することが可能となる。

【００２３】更に、この第１実施例においては、モノバ
イブレータＭの発振により高電位を発生させる構成を取
っているため、少ない電流量でプラズマを発生させ得
る。従って、図５（Ｂ）を参照して前述した磁界を用い
るプラズマ発生器と比較して、低温でプラズマを発生さ
せ得るため、低温において基体に薄膜を形成し得るガス
に対して好適に用いることができる。

【００２４】次に、本発明の第２実施例について図３を
参照して説明する。ここで、図３は第２実施例のプラズ
マプロセス装置の構成を示している。上述した第１実施
例では、平板状の電極１０をカバー１２内に収容して用
いたが、この第２実施例では、ノズル５２内に針状の電
極１４を配置し、該電極１４からのプラズマ放電により
ガス供給装置から供給されたガスをプラズマ化し、基体
１００へ噴射するように構成されている。そして、この
ノズル５２は、ノズル駆動装置５０により所定の位置へ
移動させ得るようになっている。また、この第２実施例
のプラズマプロセス装置では、ほぼ大気圧に等しいプラ
ズマ室内で薄膜の形成を行うようになっている。なお、
この第２実施例の電源装置３０とガス供給装置２０との
構成及び動作は、上述した第１実施例と同様であるため
説明を省略する。

【００２５】この第２実施例においては、電源装置３０
から電極１４に高電位が印加され、該電極１４からプラ
ズマ放電がなされると、これにガス供給装置２０からシ
ランガスが供給される。この供給されたシランガスがプ
ラズマ化されてノズル５２から基体１００（単結晶のシ
リコンから成る）に噴射され、ノズル５２の対応位置に
アモルファスシリコン（α−ＳｉＨ）を成膜させる。ノ
ズル駆動装置５０は、ノズル５２を予め設定された部位
へ移動して行き、単結晶シリコンの基体１００上にアモ
ルファスシリコンの特定の回路パターンを成膜させるこ
とにより、半導体回路を構成する。

【００２６】なお、この第２実施例のプラズマプロセス
装置において、ノズル駆動装置５０は、ノズル５２を基
体１００上に均一の薄膜を形成させるように移動させる
ことも、更に、凹凸を有する基体に対して、該凹凸に沿
って移動させることにより均一の厚さの薄膜を形成させ
ることも可能である。

【００２７】以上説明した第１、第２実施例では、自動
同調回路４１が、モノバイブレータＭの二次Ｌ２側で共
振を起こさせるように発振回路３６の発振周波数を走査
し、二次側の電位を検出することにより二次側共振周波
数に一次側の周波数を固定したが、この自動同調回路４
１を設けることなく、二次Ｌ２側で共振を生ぜしめるで
あろう周波数に発振回路３６を設定しておくことも可能
である。また、上述した実施例では、モノバイブレータ
Ｍを高電位発生用のトランスとして用いたが、この代わ
りにテスラーコイルを用いることも可能である。

【００２８】また、上述した実施例では、基体にシラン
ガスを用いてシリコン薄膜を形成する例を挙げたが、本
発明を、他の気体を用いるプラズマプロセス装置及び方
法に適用し得ることは言うまでもない。更に、上述した
第１、第２実施例では、常圧下でプラズマプロセスを行
う例について説明したが、本発明のプラズマプロセス
を、常圧よりも低い圧力下で実施することも勿論可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るプラズマプロセス装
置の構成を示す模式図である。

【図２】図１に示すプラズマプロセス装置の回路構成を
示すブロック図である。

【図３】本発明の第２実施例に係るプラズマプロセス装
置の回路構成を示すブロック図である。

【図４】従来技術のプラズマプロセス装置を示す模式図
である。

【図５】従来技術のプラズマ発生装置の模式図である。

【符号の説明】

１０電極１４電極２０ガス供給装置３０電源装置３７発振部３９増幅部４０同調部１００基体Ｍモノバイブレータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者近川直人北海道札幌市西区山の手１条10丁目２番１ −108

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性化させたガスを基体に接触させるこ
とによって基体表面に薄膜を形成するプラズマプロセス
装置において、ガスを供給するガス供給手段と、該ガス供給手段から供給されたガスを活性化する電極
と、前記電極にて活性化されたガスを基体に照射させる照射
手段と、一次側に少ない数の巻線が巻回され、二次側に多くの数
の巻線が巻回され、二次側の一端がフローティング或い
は一次側のどちらか一方の端子に接続され他端が前記電
極に接続されたトランスと、トランスの二次側で共振を生ぜしめる周波数の電流を一
次側に流し、トランスの二次側に接続された前記電極に
単極放電を生ぜしめる高電位を発生させる電力供給手段
と、から構成されることを特徴とするプラズマプロセス
装置。
【請求項２】前記電極に複数の突起が形成されている
ことを特徴とする請求項１のプラズマプロセス装置。
【請求項３】活性化させたガスを基体に接触させるこ
とによって基体表面に薄膜を形成するプラズマプロセス
方法において、ガス供給源からガスを供給するステップと、一次側に少ない数の巻線が巻回され、二次側に多くの数
の巻線が巻回され、二次側の一端がフローティング或い
は一次側のどちらか一方の端子に接続され他端が前記電
極に接続されたトランスに対して、該トランスの二次側
で共振を生ぜしめる周波数の電流を一次側に流し、トラ
ンスの二次側に接続された電極に単極放電を生ぜしめる
高電位を印加するステップと、該電極にて供給されたガスを活性化するステップと、前記電極にて活性化されたガスを基体に照射するステッ
プと、から成ることを特徴とするプラズマプロセス方
法。