JPH0891987A - プラズマ化学蒸着装置 - Google Patents

プラズマ化学蒸着装置

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JPH0891987A
JPH0891987A JP22939494A JP22939494A JPH0891987A JP H0891987 A JPH0891987 A JP H0891987A JP 22939494 A JP22939494 A JP 22939494A JP 22939494 A JP22939494 A JP 22939494A JP H0891987 A JPH0891987 A JP H0891987A
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JP
Japan
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heating
substrate
gas
heater
reactional
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Withdrawn
Application number
JP22939494A
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English (en)
Inventor
Daiichi Kojo
大一 古城
Masayoshi Murata
正義 村田
Yoshiaki Takeuchi
良昭 竹内
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 反応ガスを基板近くで十分に加熱し、緻密で
低欠陥密度の薄膜の成膜が可能な装置を実現する。 【構成】 反応ガス導入管6と排気管7が設けられた反
応容器1内に対向して配設され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を備えたプラズマ
化学蒸着装置において、上記基板加熱用ヒータ3内に配
設され上記反応ガス導入管6より反応ガスを導入し上記
高周波電極2と基板加熱用ヒータ3の間の空間に排出す
るガス加熱管14を備えたことによって、反応容器1内
に導入される反応ガスはガス加熱管14を通過する際に
基板加熱用ヒータ3で加熱されるため、膜表面に吸着し
た反応ガスラジカルの拡散距離が長くなり、緻密で低欠
陥密度の薄膜を成膜させることが可能となる。

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
各種電子デバイスに使用される薄膜の製造に適用される
プラズマ化学蒸着装置に関する。
【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)薄膜を製造するために用いられているプラ
ズマ化学蒸着(以下CVDと記す)装置について、図6
を参照して説明する。
【0003】図6に示す従来の装置は、反応容器1内に
高周波電極2と基板加熱用ヒータ3とが平行に配置され
ている。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13.56MHZの高周
波電力が供給される。基板加熱用ヒータ3は、反応容器
1とともに接地され、接地電極となっている。したがっ
て、高周波電極2と基板加熱用ヒータ3との間でグロー
放電プラズマが発生する。
【0004】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を通して例えばモノシランと水素との
混合ガスが供給される。供給された反応ガスは、ガス加
熱用ヒータ10へ送られ、加熱板11により加熱された
後、第1及び第2のスリット板12,13を蛇行しなが
ら通過して、高周波電極2と基板加熱用ヒータ3間に供
給される。
【0005】反応容器1内のガスは、排気管7を通して
真空ポンプ8により排気される。基板9は、基板加熱用
ヒータ3上に保持され、ヒータによって所定の温度に加
熱される。
【0006】この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8を駆動して反
応容器1内を排気する。次に、反応ガス導入管6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て反応
容器1内の圧力を0.05〜0.5Torrに保ち、高周波
電源4から高周波電極2に電圧を印加すると、グロー放
電プラズマが発生する。
【0007】反応ガスは、ガス加熱用ヒータ10上の加
熱板11により熱分解温度(400℃)以下まで加熱さ
れ、第1及び第2のスリット板12,13を通過した
後、高周波電極2と基板加熱用ヒータ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、SiH
3 ,SiH2 などのSiを含むラジカルが発生し、これ
が基板9の表面に付着して、a−Si薄膜が形成され
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の装置において
は、下記の課題があった。
【0009】(1)高周波電極に印加する高周波電力、
反応ガス供給量、及び圧力、基板温度や電極間隔及び形
状を一定とした場合、高品質薄膜を形成するには、反応
ガスを加熱して反応ガス温度を上昇させることが必要で
ある。しかしながら、反応ガス加熱の手段であるガス加
熱用ヒータによる加熱が十分でなかったため、薄膜の高
品質化が不十分であった。
【0010】(2)反応ガス加熱のためにガス加熱用ヒ
ータを600℃以上に昇温した場合、反応ガスの一部が
熱分解され、膜中に取り込まれてピンホールを形成する
ため、膜質劣化の原因となっていた。
【0011】(3)基板加熱用ヒータとガス加熱用ヒー
タの2種類のヒータを用いており、2種類のヒータ加熱
によりヒータ本体表面から発生する不純物ガス量が増加
して真空度が低下し、膜質劣化を引き起こしていた。
【0012】本発明は、上記課題を解決しようとするも
のであり、反応ガスの加熱を基板加熱用ヒータで行うこ
とにより反応ガスを十分に加熱し、かつ使用するヒータ
を1種類にすることにより高品質薄膜を成膜することが
できるプラズマCVD装置を提供しようとするものであ
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明のプラズマCVD
装置は、反応ガス導入管と排気管が設けられた反応容
器、同反応容器内に対向して配設され平行平板型電極を
形成する高周波電極と基板加熱用ヒータ、および同高周
波電極に接続された電源を備え、上記高周波電極に対向
する基板加熱用ヒータの面に支持される基板の面に非晶
質薄膜を形成するプラズマCVD装置において、上記基
板加熱用ヒータ内に配設され上記反応ガス導入管より反
応ガスが供給され上記高周波電極と基板加熱用ヒータの
間の空間に反応ガスを排出するガス加熱管を備えたこと
を特徴としている。
【0014】
【作用】上記において、反応ガス導入管を介してガス加
熱管に供給された反応ガスは、この内部を通過している
間に基板加熱用ヒータにより十分に加熱され、高周波電
極と基板加熱用ヒータ電極間に供給される。この結果、
従来の装置の場合と比較して格段に反応ガス温度は高く
なり反応ガスエネルギーは大きくなる。
【0015】薄膜成長過程において、膜質を決定してい
るのが膜表面における反応過程であり、拡散距離lが長
いほど緻密な膜、つまり高品質薄膜を形成することがで
きる。この膜表面へ到達した反応ガスのラジカル、例え
ばSiH3 ラジカルの拡散距離lは次式で与えられる。
【0016】l=(2Ds ・τs 1/2 ここで、Ds は表面拡散係数、τs は表面滞在時間であ
る。
【0017】拡散距離lは主として拡散係数Ds によっ
て決定され、拡散係数Ds と基板表面温度Tとの間には
次の関係がある。
【0018】Ds =ν0 ・a0 2・exp(−ES /kT) ここで、ν0 は反応ガスラジカルの振動周波数、a0
拡散ジャンプ長、ESは拡散ジャンプのための活性化エ
ネルギーである。
【0019】すなわち、反応ガス温度が上がると反応ガ
スの運動エネルギーが増加し、反応ガスラジカル振動周
波数も増加する。つまり、反応ガス温度の上昇により拡
散係数Ds が大きくなるため、反応ガスラジカルの拡散
距離lが長くなり、緻密で低欠陥密度の膜を形成するこ
とができる。
【0020】
【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3により説明する。
【0021】図1乃至図3に示す本実施例は、真空ポン
プ8が排気管7を介して接続された反応容器1内に配設
されグロー放電プラズマを発生させるための一対の平行
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、および同高周波電極2にインピーダンス整合器5を
介して接続され例えば13.56MHZの高周波電力を
上記高周波電極2に印加する高周波電源4を備え、上記
基板加熱用ヒータ3の高周波電極2と対向する面に基板
9が配設されるプラズマCVD装置に係るものである。
【0022】本実施例に係るプラズマCVD装置におい
ては、上記基板加熱用ヒータ3内に配設され一端に図示
しないボンベより反応ガス導入管6を介して反応ガスが
供給され上記高周波電極2と基板加熱用ヒータ3の間の
空間に反応ガスを排出する図3に示す形状のガス加熱管
14を備えている。
【0023】次に、本実施例に係る装置を用いて行う薄
膜の製造について説明する。まず、真空ポンプ8を駆動
し、排気管7を介して反応容器1内を排気する。上記反
応容器1内が所定の真空度となった後、反応ガス、例え
ばモノシランと水素の混合ガスを50〜100cc/min
程度の流量で、反応ガス導入管6及び基板加熱用ヒータ
電極3内のガス加熱管14を通して反応容器1内に供給
し、使用済の反応ガスを排気管7より排出させ、反応容
器1内の圧力を0.05〜0.5Torrに保つ。
【0024】上記ガス加熱管14を通過した反応ガス
は、ガス加熱管14が基板加熱用ヒータ電極3内に配設
されているため、これを通過する間に十分加熱され、図
4に示すように従来の装置の場合に比較して反応ガス温
度は格段に高くなる。また、基板加熱用ヒータ3に保持
された基板9は所定の温度に保たれている。
【0025】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に電圧を印加する
と、高周波電極2と基板加熱用ヒータ3との間にグロー
放電プラズマが発生する。
【0026】この結果、反応ガスが分解して基板9上に
a−Si薄膜が堆積するが、上記反応ガスがガス加熱管
14内で十分に加熱され、従来の装置の場合に比べて反
応エネルギーが大きいため、堆積する薄膜は緻密で低欠
陥密度のものを得ることができる。
【0027】本実施例においては、a−Si薄膜の成膜
速度の反応ガス温度に対する依存性を確認するため、下
記の条件で成膜実験を行った。ここで、基板材料はガラ
ス、基板面積は400mm×400mm、反応ガスの種類は
水素希釈20%SiH4 、反応ガス流量は50cc/min
、反応容器1内圧力は0.1Torr、高周波電力は50
wとし、基板加熱用ヒータ3の温度を100℃から40
0℃の範囲に設定した。
【0028】この実験により得られた反応ガス温度と膜
の欠陥密度の関係は図5に示すとおりであり、反応ガス
温度の上昇につれて欠陥密度が減少しており、欠陥密度
10 14個/ccを達成することができた。
【0029】
【発明の効果】本発明のプラズマCVD装置は、反応ガ
ス導入管と排気管が設けられた反応容器内に対向して配
設され平行平板型電極を形成する高周波電極と基板加熱
用ヒータを備えたプラズマCVD装置において、上記基
板加熱用ヒータ内に配設され上記反応ガス導入管より反
応ガスを導入し上記高周波電極と基板加熱用ヒータの間
の空間に排出するガス加熱管を備えたことによって、反
応容器内に導入される反応ガスはガス加熱管を通過する
際に基板加熱用ヒータで加熱されるため、膜表面に吸着
した反応ガスラジカルの拡散距離が長くなり、緻密で低
欠陥密度の薄膜を成膜させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【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。
【図2】上記一実施例に係る基板加熱用ヒータ電極の説
明図である。
【図3】上記一実施例に係るガス加熱管の説明図であ
る。
【図4】上記一実施例に係るヒータ温度と反応ガス温度
の関係図である。
【図5】上記一実施例に係る反応ガス温度と膜欠陥密度
の関係図である。
【図6】従来のプラズマCVD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 6 反応ガス導入管 7 排気管 8 真空ポンプ 9 基板 14 ガス加熱管

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応ガス導入管と排気管が設けられた反
    応容器、同反応容器内に対向して配設され平行平板型電
    極を形成する高周波電極と基板加熱用ヒータ、および同
    高周波電極に接続された電源を備え、上記高周波電極に
    対向する基板加熱用ヒータの面に支持される基板の面に
    非晶質薄膜を形成するプラズマ化学蒸着装置において、
    上記基板加熱用ヒータ内に配設され上記反応ガス導入管
    より反応ガスが供給され上記高周波電極と基板加熱用ヒ
    ータの間の空間に反応ガスを排出するガス加熱管を備え
    たことを特徴とするプラズマ化学蒸着装置。
JP22939494A 1994-09-26 1994-09-26 プラズマ化学蒸着装置 Withdrawn JPH0891987A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100448718B1 (ko) * 2002-01-28 2004-09-13 삼성전자주식회사 플라즈마를 이용한 화학기상증착장치
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GB2478269A (en) * 2009-12-18 2011-09-07 Surrey Nanosystems Ltd Nanomaterials growth system and method

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Effective date: 20020115