JPH0971867A - プラズマcvd装置 - Google Patents

プラズマcvd装置

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JPH0971867A
JPH0971867A JP7225089A JP22508995A JPH0971867A JP H0971867 A JPH0971867 A JP H0971867A JP 7225089 A JP7225089 A JP 7225089A JP 22508995 A JP22508995 A JP 22508995A JP H0971867 A JPH0971867 A JP H0971867A
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JP
Japan
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discharge
ladder
substrate
inductance electrode
reaction vessel
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Pending
Application number
JP7225089A
Other languages
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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Publication date
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Publication of JPH0971867A publication Critical patent/JPH0971867A/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応容器(1)内で放電用電極(10)と対
向して基板(9)を配置し、放電用電極(10)からグ
ロー放電プラズマを発生させて基板(9)上に非晶質薄
膜を形成するプラズマCVD装置において、放電用電極
(10)に実質的に供給される高周波電力を増加させ、
成膜速度を高めること。 【解決手段】 放電用電極(10)を構成する線材を、
細線を束ねて形成させたり、横断面形状を放射状の星形
としたりして、断面積を増すことなく表面積を増大させ
る。これにより高周波電流の表皮効果による抵抗増加が
抑制され、高周波電力が実質的に増加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】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化学蒸着(Ch
emical Vapour Depositon, 本明細書では「CVD」と
いう)型薄膜形成に適した高周波プラズマCVD装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】アモルファスシリコン(以下「a−S
i」という)薄膜や窒化シリコン(以下「SiNx」と
いう)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装置の構成を図8および図9を参照して
説明する。
【0003】図8はプラズマCVD装置の一例を示す断
面図で、反応容器(1)内には、グロー放電プラズマを
発生させるための梯子状平面型の放電用ラダーインダク
タンス電極(2)と基板加熱用ヒータ(3)とが平行に
配置されている。この放電用ラダーインダクタンス電極
(2)は図9の電極平面図に示すように、2本の線材に
対して垂直に複数本の線材を梯子状に組んで接続した構
造を有し、外周部が四角形をなしている。
【0004】図9の放電用ラダーインダクタンス電極
(2)の電力供給点(2a),(2b)には、高周波電
源(4)から例えば13.56MHzの高周波数(Radi
o Frequency )の電力がインピーダンス整合器(5)を
介して供給される。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、放電用ラダーインダクタンス電極(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。
【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、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、放電用ラダーインダクタンス電極(2)により発生
したグロー放電プラズマにより分解され、基板加熱用ヒ
ータ(3)上に保持されて所定の温度に加熱された基板
(9)上に堆積する。また反応容器(1)内のガスは、
排気管(7)を通して真空ポンプ(8)により反応容器
(1)外へ排出される。
【0006】上記装置を用い、以下のようにして薄膜を
製造する。まず真空ポンプ(8)を駆動して反応容器
(1)内を排気する。それ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を供給し
て反応容器内の圧力を0.05〜0.5Torrに保ち、高
周波電源(4)から放電用ラダーインダクタンス電極
(2)に電力を印加すると、グロー放電プラズマが発生
する。反応ガスは放電用ラダーインダクタンス電極
(2)と基板加熱用ヒータ(3)との間に生じるグロー
放電プラズマによって分解される。この結果、Si
3 ,SiH2 などのSiを含むラジカルが発生し、基
板(9)の表面に付着して、a−Si薄膜が形成され
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来のプラズ
マCVD装置には、次のような解決すべき課題があっ
た。
【0008】1)従来装置において、放電用ラダーイン
ダクタンス電極に印加する電力は例えば13.56MH
zのような高周波電流であるため、導体断面内を一様に
流れず、電流密度は導体表面の方が大きくなる。この現
象を表皮効果と呼ぶ。
【0009】導体表面における電流密度の1/eになる
深さδを、表皮効果の深さと呼び、δ=1/√(πfμ
σ)で表わされる。ここでeは自然対数の底,fは周波
数,μは透磁率,σは導電率である。半径aの導体に直
流電流を流す場合、長さLの導体の抵抗は、RDC=L/
(πa2σ) となるが、半径a,長さLの導体に高周波電
流を流す場合は RRF=L/(2πaδσ) となり、R
RF>RDCとなる。
【0010】以上で述べたように、放電用ラダーインダ
クタンス電極に高周波電力を印加する場合、図5に示す
ように、周波数の増加とともに抵抗も増加するため、電
圧が一定ならば電流が減少することになる。すなわち、
実質的に放電用ラダーインダクタンス電極に供給される
電力は減少する。そのため、モノシランの分解が促進さ
れず、SiH3 などのSiを含むラジカルの発生が抑制
されるので、薄膜の高速成膜化が不十分であった。
【0011】2)従来のプラズマCVD装置の放電用ラ
ダーインダクタンス電極において、表皮効果の影響を少
なくするためには、表面積の増加させることが必要であ
る。しかし、そのために放電用ラダーインダクタンス電
極の構造部材の直径を大きくしたり、本数を増やしたり
すると、反応ガスの流れが不均一になり、膜厚分布を悪
化させていた。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記従来の
課題を解決するために、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
容された複数本の線材からなる梯子状平面型の放電用ラ
ダーインダクタンス電極と、この放電用ラダーインダク
タンス電極にグロー放電用電力を供給する電源とを有
し、上記反応容器内で上記放電用ラダーインダクタンス
電極に対向して設置された基板の表面に非晶質薄膜を形
成するプラズマCVD装置において、上記放電用ラダー
インダクタンス電極を構成する複数本の線材が細線を束
ねて形成されていることを特徴とするプラズマCVD装
置;ならびに、反応器と、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複
数本の線材からなる梯子状平面型の放電用ラダーインダ
クタンス電極と、この放電用ラダーインダクタンス電極
にグロー放電用電力を供給する電源とを有し、上記反応
容器内で上記放電用ラダーインダクタンス電極に対向し
て設置された基板の表面に非晶質薄膜を形成するプラズ
マCVD装置において、上記放電用ラダーインダクタン
ス電極を構成する複数本の線材の横断面が放射状の星形
であることを特徴とするプラズマCVD装置を提案する
ものである。
【0013】本発明は上記の構成を有し、放電用ラダー
インダクタンス電極を構成する複数本の線材が細線を束
ねて形成されているか、またはそれら線材の横断面が放
射状の星形であるので、放電用ラダーインダクタンス電
極における表皮効果が抑制され、高周波抵抗が減少す
る。したがって投入される高周波電力が増加し、高速成
膜が可能となる。また反応ガスの流れが均一化するの
で、大面積の均一成膜が可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施の一形態に係
るプラズマCVD装置の構成を示す断面図、図2はこの
実施形態における放電用ラダーインダクタンスの平面図
および一部断面拡大図である。
【0015】まず図1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に放電用ラダ
ーインダクタンス電極(10)と基板加熱用ヒータ
(3)とで一対の平行電極が構成されている。放電用ラ
ダーインダクタンス電極(10)には、高周波電源
(4)から例えば13.56MHzの周波数の高周波電
力がインピーダンス整合器(5)を介して供給される。
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の混合ガスが、放電用ラダーイ
ンダクタンス電極(10)裏側から内部へ導入され、放
電用ラダーインダクタンス電極(10)の構造部材間を
通過して、放電用ラダーインダクタンス電極(10)と
基板加熱用ヒータ(3)との間へ供給される。この放電
用ラダーインダクタンス電極(10)は図2に示すよう
に構成材が細線を束ねて形成され、更にそれを捩った撚
り線(よりせん)となっている。
【0016】この装置を用いて、以下のようにして薄膜
を製造する。真空ポンプ(8)を駆動し、排気管(7)
を通して反応容器(1)内のガスを排気する。基板
(9)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。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)を通して供給し、反応容器(1)内の圧力を
0.05〜0.5Torrに保ち、高周波電源(4)からイ
ンピーダンス整合器(5)を介して放電用ラダーインダ
クタンス電極(10)に電圧を印加すると、放電用ラダ
ーインダクタンス電極(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。この結果、反
応ガスが分解して基板(9)上にaーSi薄膜が堆積す
る。
【0017】前記のとおり本実施形態では放電用ラダー
インダクタンス電極の構成材が細線を束ねて形成されて
いるので、表面積が大きく、表皮効果が抑制されるた
め、高周波電流に対する抵抗が減少し、その結果実質的
に放電用ラダーインダクタンス電極(10)に供給され
る高周波電力が増加して、高速成膜が可能となる。この
効果は図3のように細線を束ねたままでも同様である
が、撚り線の方がまとまりやすい。
【0018】放電用ラダーインダクタンス電極の構成材
を、細線を束ねて形成することにより、その表面積を増
加させた効果を確認するため、下記条件で実験を行なっ
た。
【0019】 基板材料: コーニング#7059無アルカリガラス 基板サイズ: 300mm×300mm×1.1 mmt 反応ガスの種類: 水素希釈20%モノシラン 反応ガス流量: 50cc/min 反応容器内圧力: 0.1 Torr 高周波電力: 50〜300W 基板温度: 250℃。
【0020】放電用ラダーインダクタンス電極に供給さ
れる高周波電力の周波数と放電用ラダーインダクタンス
電極の抵抗値との関係を図5に示す。図9に示されるよ
うな従来の放電用ラダーインダクタンス電極(2)は供
給される高周波電力の増加とともに指数的に抵抗値が増
加するが、細線を束ねて表面積を増加させた本発明の放
電用ラダーインダクタンス電極(10)の場合は、抵抗
の増加が抑制され、高周波領域でも低抵抗とすることが
できた。
【0021】次に、aーSi薄膜の成膜速度と高周波電
力の関係を図6に示す。この図に示されるように、本発
明では高周波電力の増加に伴なって成膜速度が増加し、
従来よりも高速の8Å/Sを達成できた。
【0022】またaーSi薄膜の膜厚分布を図7に示
す。この図に示されるように、本発明でも従来と同程度
の大面積均一成膜(膜厚分布5%以内)が達成できた。
【0023】図4には、本発明の実施の他の形態とし
て、放電用ラダーインダクタンス電極の横断面を放射状
の星形とした例を示してある。この実施形態でも、細線
を束ねたものと同様に表面積を増加させることができ、
したがって表皮効果が抑制されて高周波電流に対する抵
抗が減少し、高速成膜を行なうことができる。
【0024】
【発明の効果】以上で述べたように、本発明は放電用ラ
ダーインダクタンス電極の構成部材を細線を束ねて形成
させるか、またはその横断面を放射状の星形とすること
によって、表面積を増加させて表皮効果を抑制し、高周
波電流に対する抵抗を下げて、実質的に供給される高周
波電力を増加させ、高速成膜を実現する。そして、放電
用ラダーインダクタンス電極の表面積を増加させるの
に、構造部材の線径を太くしたり、本数を増やしたりし
て、反応ガスの流れを不均一化することがないから、大
面積均一成膜が可能となる。したがって、a−Si太陽
電池,TFT液晶ディスプレイ,a−Si感光体等の製
造分野での工業的価値が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の実施の第1形態に係るプラズマ
CVD装置の構成を示す断面図である。
【図2】図2は上記実施形態における放電用ラダーイン
ダクタンス電極の一例を示す詳細図である。
【図3】図3は上記実施形態における放電用ラダーイン
ダクタンス電極の他の例を示す詳細図である。
【図4】図4は本発明の実施の第2形態における放電用
ラダーインダクタンス電極の一例を示す詳細図である。
【図5】図5は放電用ラダーインダクタンス電極に供給
される高周波電力の周波数と放電用ラダーインダクタン
ス電極の抵抗との関係を示す図である。
【図6】図6は高周波電力とa−Si膜の成膜速度との
関係を示す図である。
【図7】図7は本発明の装置および従来の装置により得
られたa−Si膜の膜厚分布特性を示す図である。
【図8】図8は従来のプラズマCVD装置の一例を示す
断面図である。
【図9】図9は従来の放電用ラダーインダクタンス電極
の詳細図である。
【符号の説明】
(1) 反応容器 (2) 放電用ラダーインダクタンス電極 (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) 反応ガス導入管 (7) 排気管 (8) 真空ポンプ (9) 基板 (10) 放電用ラダーインダクタンス電極

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
    複数本の線材からなる梯子状平面型の放電用ラダーイン
    ダクタンス電極と、この放電用ラダーインダクタンス電
    極にグロー放電用電力を供給する電源とを有し、上記反
    応容器内で上記放電用ラダーインダクタンス電極に対向
    して設置された基板の表面に非晶質薄膜を形成するプラ
    ズマCVD装置において、上記放電用ラダーインダクタ
    ンス電極を構成する複数本の線材が細線を束ねて形成さ
    れていることを特徴とするプラズマCVD装置。
  2. 【請求項2】 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
    複数本の線材からなる梯子状平面型の放電用ラダーイン
    ダクタンス電極と、この放電用ラダーインダクタンス電
    極にグロー放電用電力を供給する電源とを有し、上記反
    応容器内で上記放電用ラダーインダクタンス電極に対向
    して設置された基板の表面に非晶質薄膜を形成するプラ
    ズマCVD装置において、上記放電用ラダーインダクタ
    ンス電極を構成する複数本の線材の横断面が放射状の星
    形であることを特徴とするプラズマCVD装置。
JP7225089A 1995-09-01 1995-09-01 プラズマcvd装置 Pending JPH0971867A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU715335B2 (en) * 1998-04-28 2000-01-20 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Plasma chemical vapor deposition apparatus
US6189485B1 (en) 1998-06-25 2001-02-20 Anelva Corporation Plasma CVD apparatus suitable for manufacturing solar cell and the like
JP2002212734A (ja) * 2001-01-22 2002-07-31 Mitsubishi Heavy Ind Ltd プラズマcvd装置におけるクリーニングモニタ方法及びプラズマcvd装置

Cited By (4)

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20021210