JPH1088358A

JPH1088358A - プラズマｃｖｄ法によるアモルファスシリコン系堆積膜の形成方法

Info

Publication number: JPH1088358A
Application number: JP8242396A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Fujioka; 靖藤岡; Akira Sakai; 明酒井; Shotaro Okabe; 正太郎岡部; Yuzo Koda; 勇蔵幸田; Sunao Yoshisato; 直芳里; Takahiro Yajima; 孝博矢島; Tadashi Sawayama; 忠志澤山; Masahiro Kanai; 正博金井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 1998-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、プラズマＣＶＤ法における高速成
膜時の微粒子発生を抑制することにより、発生した微粒
子が堆積膜に取り込まれて欠陥を生じたり、膜質が低下
することを低減できる、プラズマＣＶＤ法によるアモル
ファスシリコン系堆積膜の形成方法を提供する。その結
果、大面積にわたって欠陥が少なく、高品質で優れた均
一性を有するアモルファスシリコン系堆積膜が、高い成
膜速度で形成することが可能となる。【解決手段】本発明のプラズマＣＶＤ法によるアモル
ファスシリコン系堆積膜の形成方法は、少なくともＳｉ
元素を含有する原料ガスを真空容器内に導入しつつ、前
記真空容器内に設けた放電電極にデューティー比６０％
以上の振幅変調を施した高周波電力を供給し、かつ、前
記放電電極と堆積膜を形成する前記基板との間に、前記
基板側が負の向きの直流電圧を印加することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池、複写機の感
光ドラム、ファクシミリのイメージセンサー、及び液晶
ディスプレー駆動用の薄膜トランジスタ等に用いられる
アモルファスシリコン、アモルファスシリコンゲルマニ
ウム、アモルファス炭化シリコン等のアモルファスシリ
コン系薄膜を形成する、プラズマＣＶＤ法によるアモル
ファスシリコン系堆積膜の形成方法に係る。より詳細に
は、成膜速度を高く維持しながら、プラズマ中に発生し
た微粒子が基板表面に付着することを抑制できる、プラ
ズマＣＶＤ法によるアモルファスシリコン系堆積膜の形
成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマＣＶＤ法により作製されるアモ
ルファスシリコンは、結晶シリコンや多結晶シリコンと
比較して、大面積の半導体膜が得られやすい。そのた
め、大面積の半導体デバイスを比較的容易に形成でき
る。

【０００３】したがって、アモルファスシリコン膜は、
大きな面積を必要とする半導体デバイス、具体的には、
太陽電池、複写機の感光ドラム、ファクシミリのイメー
ジセンサー、液晶ディスプレー用の薄膜トランジスタ等
において多用されている。

【０００４】これらのデバイスは、ＬＳＩやＣＣＤ等の
結晶半導体からなるデバイスと比較し、１つのデバイス
の面積が大きく、例えば、太陽電池の場合、変換効率が
１０％ならば、一般家庭の電力を賄う約３０ｍ²の出力
を得るには１家庭当り約３０ｍ²の面積が必要とされ、
１つの太陽電池素子もかなり大きな面積になる。

【０００５】このようなアモルファスシリコン膜は、一
般にＳｉＨ₄やＳｉ₂Ｈ₆等のＳｉを含有する原料ガスを
高周波放電によって分解してプラズマ状態にし、該プラ
ズマ中に置かれた基板上に作製される、いわゆるプラズ
マＣＶＤ法によって形成される。

【０００６】プラズマＣＶＤ法によりアモルファスシリ
コン膜を作製する場合、成膜速度を高めて生産性を向上
させる方法としては、ＳｉＨ₄やＳｉ₂Ｈ₆等の原料ガス
の流量を増やす方法、或いは高周波放電の電力を高める
方法などが挙げられる。しかし、どちらの方法も成膜速
度を高めようとした場合、プラズマ中でポリマーの微粒
子の発生量が増加するという問題があり、成膜速度を高
める上での障害になっていた。成膜中の微粒子の発生量
が増加すると、発生量が極端に多い場合にはポリマーの
粉が膜に付着し、デバイスの形成が困難になる。また、
発生量がそれ程でなくてもアモルファスシリコンの膜中
に微粒子が混入し、成膜される膜の特性が低下したり、
ピンホール等の欠陥が発生する。

【０００７】また、上述したとおり、アモルファスシリ
コンは大面積に形成され、デバイス化されることが多い
ので、大面積にわたって膜質が均一で、欠陥がなく形成
されることが要求される。

【０００８】特に、太陽電池の場合、半導体デバイスの
中でも非常に大面積の薄膜が必要とされる一方、アモル
ファスシリコン膜の膜厚は高々５００ｎｍ以下と極めて
薄く、しかもｐｉｎ，ｐｉｎｐｉｎ，ｐｉｎｐｉｎｐｉ
ｎ等の多層構造であるため、アモルファスシリコンの膜
中に微粒子が混入すると太陽電池素子にショート等の欠
陥が非常に発生し易くなる。

【０００９】従来、このようなプラズマＣＶＤにおける
成膜速度を高めた時の微粒子の発生の問題に対しては、
以下のような対策が知られている。

【００１０】低い圧力でも放電を維持できるマイクロ
波放電あるいは誘導結合型高周波放電を用い、成膜空間
の圧力を下げ、プラズマ中での微粒子の発生を抑制す
る。

【００１１】高周波電力にパルス状の変調をかけ、放
電を断続的に停止させることで、プラズマ中で微粒子が
大きくなる前に排気する。

【００１２】しかし、これらの方法にも以下のような問
題点があった。

【００１３】すなわち、の方法は、特開平３−３０４
１９号公報等に開示されているが、マイクロ波放電ある
いは誘導結合型高周波放電を用いるため、平行平板電極
を用いた高周波放電に比べ、高密度プラズマが容易に形
成できるものの、大面積に均一なプラズマを形成する事
が難しく、基板を移動させながら成膜するような方法を
とらない限り大面積に均一に成膜することが難しい。

【００１４】また、の方法は、特開平７−１６６３５
８号公報等に開示されているが、高周波電力のパルス変
調のデューティー比を下げる、即ち放電を停止する時間
の割合を長くすると微粒子が低減するが、パルス変調の
デューティー比を下げると同時に成膜速度も下がるた
め、微粒子の低減と成膜速度の両立という点で限界があ
った。

【００１５】また、プラズマＣＶＤ法において、高周波
電力とともに直流の電圧を印加し、アモルファスシリコ
ン堆積膜の特性を制御する技術が従来より知られてい
る。例えば、JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS Vo
l.22 L34 (1983)には３電極構造の成膜室で基板に直流
電圧を印加して堆積膜の特性を制御する技術が開示され
ている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、プラズマＣ
ＶＤ法における高速成膜時の微粒子発生を抑制すること
により、発生した微粒子が堆積膜に取り込まれて欠陥を
生じたり、膜質が低下することを低減できる、プラズマ
ＣＶＤ法によるアモルファスシリコン系堆積膜の形成方
法を提供することを目的とする。その結果、大面積にわ
たって欠陥が少なく、高品質で優れた均一性を有するア
モルファスシリコン系堆積膜が、高い成膜速度で形成す
ることが可能となる。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマＣＶＤ
法によるアモルファスシリコン系堆積膜の形成方法は、
少なくともＳｉ元素を含有する原料ガスを真空容器内に
導入しつつ、前記真空容器内に設けた放電電極にデュー
ティー比６０％以上の振幅変調を施した高周波電力を供
給し、かつ、前記放電電極と堆積膜を形成する前記基板
との間に、前記基板側が負の向きの直流電圧を印加する
ことを特徴とする。

【００１８】その際、前記直流電圧の印加は、前記放電
電極に高周波電力と同時に正の直流電圧を印加するこ
と、又は前記基板に負の直流電圧を印加することにより
行うことを特徴とする。

【００１９】また、前記直流電圧を、前記高周波電力の
振幅変調に同期させ、かつ、前記振幅変調がＯＦＦ状態
の時又はＬＯＷ状態の時にのみ印加することを特徴とす
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下では、各請求項の作用に関し
て説明する。

【００２１】請求項１に係る発明では、少なくともＳｉ
元素を含有する原料ガスを真空容器内に導入しつつ、前
記真空容器内に設けた放電電極に振幅変調を施した高周
波電力を供給しするため、例えば、特開平７−１６６３
５８号公報等に開示されている通り、プラズマＣＶＤ法
によるアモルファスシリコン膜の成膜において、高周波
電力にパルス変調等の振幅変調を行うと粉の発生を抑制
できる。

【００２２】すなわち、アモルファスシリコン膜を高速
で成膜するために高周波電力を増大させると、ＳｉＨ₂
のイオンやラジカルが発生してこれが気相重合により粒
径の大きなクラスターに成長していき、このクラスター
が黄色い系ポリマーの粉になり、或いはクラスターとし
て膜中に取り込まれて欠陥の発生や膜質低下の原因にな
るが、高周波電力を完全なＯＮ／ＯＦＦの繰り返しや、
ＨＩＧＨ／ＬＯＷの繰り返しでパルス変調することによ
り、ＳｉＨ₂ラジカルが気相重合して粒径を増大させる
前に放電が止まり或いは弱まるので、反応空間中のＳｉ
Ｈ₂ラジカルやさらに大きなクラスターが排出または消
滅し、粒径の増大を抑制でき、粉の発生を抑制できる。

【００２３】しかし、このようなパルス変調によって粉
の発生を抑制する場合、高周波電力のパルス変調のＯＮ
／ＯＦＦ或いはＨＩＧＨ／ＬＯＷのデューティー比をあ
る一定以下に下げないと効果が現われず、デューティー
比を粉の発生が少なくなる約５０％以下にまで下げる
と、成膜速度がかなり下がるため、成膜速度を高く保つ
には高周波電力を更に増大させる必要がある。

【００２４】ところが、高周波電力を増大させればまた
微粒子の発生が増えるので、粉の低減と成膜速度の両立
という点では限界があった。また、パルス変調を行わな
い場合と比較して、放電エネルギーの大きな高周波電源
装置が必要になるという弊害も有った。

【００２５】尚、高周波電力を増大させなくても、より
高い周波数の高周波を用いれば成膜速度の低下は防げる
が、大面積に成膜を行う為に放電電極を大面積の平板と
する場合、周波数を高くして行くと整合がとりにくくな
るとともに、大面積にわたって均一な放電を得る事が難
しくなるという問題もあった。

【００２６】このような問題を解決するため、請求項１
に係る発明では、前記放電電極と堆積膜を形成する前記
基板との間に、前記基板側が負の向きの直流電圧を印加
する。その結果、プラズマ中に発生した微粒子を基板か
ら遠ざけ、振幅変調のデューティー比を高く保ち、成膜
速度を高く維持しながらも、基板表面に微粒子が付着す
ることを抑制できる。

【００２７】また、前記真空容器内に設けた放電電極に
供給される高周波電力の振幅変調がデューティー比６０
％以下の場合、堆積速度の低下が大きいとともに、高周
波電力の振幅変調のみでも微粒子の発生が充分抑制され
るため、直流電圧印加の効果は現われない。そのため、
請求項１に係る発明では、微粒子の発生を抑制しつつ、
高い堆積速度を得るために高周波電力の振幅変調のデュ
ーティー比を６０％以上とする。

【００２８】請求項２又は３に係る発明では、基板に対
向する放電電極に基板電位に対して正の直流電圧を印加
する、或いは基板に放電電極に対して負の直流電圧を印
加することによって、基板が放電電極に対して負の電位
になるように直流電圧を印加する。これにより、負に帯
電した微粒子は静電力により基板から離れる方向に力を
受け、基板表面に付着しにくくなり、基板表面に付着す
る前に排気される。

【００２９】かかる作用によって、本発明では高周波の
振幅変調のデューティー比を、約６０％以上と振幅変調
だけでは粉発生抑制効果の少ない領域に高く保ち、成膜
速度を高く維持しながらも、基板表面に微粒子が付着す
ることを抑制することができる。

【００３０】なお、本発明は、第５６回応用物理学会学
術講演会講演予稿集２８ａ−ＺＤ−２（１９９５年８
月）において開示された、プラズマ中の微粒子は負の電
位に帯電するという知見に基づいている。

【００３１】請求項４に係る発明では、前記直流電圧
を、前記高周波電力の振幅変調に同期させ、かつ、前記
振幅変調がＯＦＦ状態の時又はＬＯＷ状態の時にのみ印
加する。すなわち、本発明における直流電圧の印加は、
従来知られているバイアス電圧の印加による堆積膜の特
性制御が目的ではなく、プラズマ中で発生する微粒子の
基板への付着の抑制が目的であり、高周波電力がＯＦＦ
或いはＬＯＷ状態で、膜の堆積が行われていない間にの
み直流電圧を印加する様にしてもよい。

【００３２】この場合、成膜空間のガスの電離度が低
い、高周波電力の振幅変調がＯＦＦ状態の時又はＬＯＷ
状態の時に直流電圧の印加が行われるため、高い直流電
圧を印加してもスパーク等の異常放電が発生しにくい。
そのため、直流電圧を連続的に印加する場合に比べてよ
り高い電圧を印加することが可能で、直流電圧を印加し
ている時間は短くても、微粒子が排気される振幅変調が
ＯＦＦ状態の時又はＬＯＷ状態の時には、基板表面への
微粒子の付着をより効果的に抑制することができる。

【００３３】以下では、本発明に係る実施態様例に関し
て説明する。

【００３４】（振幅変調を施された高周波電力）本発明
において、変調前の基本高周波電力の周波数としては、
原料ガスの分解が効率よく行え、大面積に均一なプラズ
マを生起しうる周波数の範囲として、好ましくは１０ｋ
Ｈｚから５００ＭＨｚ、より好ましくは１ＭＨｚから２
００ＭＨｚに設定される。すなわち、約１０ｋＨｚより
低い周波数では原料ガスの分解効率が低く、約５００Ｍ
Ｈｚより高い周波数では電極による放電が困難で大面積
に均一なプラズマを得る事が難しい。

【００３５】また、振幅変調の周波数としては、放電電
力がＯＦＦまたはＬＯＷの状態で微粒子が充分排気さ
れ、かつ放電が安定して持続可能な範囲として、好まし
くは１０Ｈｚから１００ｋＨｚ、より好ましくは１００
Ｈｚから１０ｋＨｚに設定される。すなわち、約１０Ｈ
ｚより低い周波数では振幅変調を施す事によって安定し
た放電を維持することが困難で、約１００ｋＨｚより高
い周波数では振幅変調のＯＦＦ或いはＬＯＷ状態の時間
が短すぎて微粒子の排気が充分に行われなくなる。

【００３６】本発明において、振幅変調の波形として
は、ＯＮ或いはＨＩＧＨの時に充分な成膜速度が得ら
れ、かつ、ＯＦＦ或いはＬＯＷの時に微粒子の成長を抑
制可能な波形として、立ち上り、立ち下がりの急俊な矩
形波、台形波等の波形が適している。

【００３７】また、ＯＦＦ或いはＬＯＷの時の最小振幅
としては、ＯＮ或いはＨＩＧＨの時の最大振幅の好まし
くは０乃至５０％、より好ましくは０乃至３０％の範囲
に設定される。

【００３８】本発明において、振幅変調のデューティー
比は６０％以上に設定されるが、成膜遠度の低下が少な
く、微粒子の発生を抑制し得る範囲として、好ましくは
６０％乃至９５％に、より好ましくは７０％乃至９０％
に設定される。

【００３９】尚、本発明において振幅変調のデューティ
ー比とは、ＯＮ或いはＨＩＧＨの時間の割合であり、次
の式によって定義する。

【００４０】（振幅変調のデューティー比）＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）但し、Ｘ＝（１周期におけるＯＮ或いはＨＩＧＨ状態の
時間）、Ｙ＝（１周期におけるＯＦＦ或いはＬＯＷ状態
の時間）である。

【００４１】また、本発明において、振幅変調の波形が
台形波等の振幅が連続的に変化する波形の場合、振幅変
調のデューティー比は、変調波形の１周期における振幅
の最大値と最小値の中間値を境として、該中間値より振
幅が大なる時間をＯＮ或いはＨＩＧＨ時間、該中間値よ
り振幅が小なる時間をＯＦＦ或いはＬＯＷ時間と定義
し、前述の式に基づいて算出する。

【００４２】図４に、本発明における、好適な高周波電
力の振幅変調の変調波形の例を示す。図４において、
（ａ）は０，１００％の矩形状の振幅変調波形を、
（ｂ）は０，１００％の台形状の振幅変調波形を、
（ｃ）は最小振幅が０％でない矩形状の振幅変調波形
を、（ｄ）は最小振幅が０％でない台形状の振幅変調波
形を示している。

【００４３】（直流電圧の印加）本発明において、印加
する直流電圧は、電圧の印加によって、帯電した微粒子
が基板から離れる向きに充分な力を受け、しかも電圧の
印加によって高周波電力ＯＦＦの状態で直流放電が生起
しない範囲に設定する。この様な電圧範囲は、成膜ガス
の種類、圧力等によって異なるが、好ましくは１Ｖ乃至
約３００Ｖ、より好ましくは１０Ｖ乃至１００Ｖの範囲
に設定する。

【００４４】尚、本発明において、直流電圧は高周波電
力がＯＦＦ或いはＬＯＷ状態の時にのみ印加する様にし
てもよいが、この場合、プラズマの電離度の低い状態で
直流が印加されるのでスパークが発生しにくく、連続し
て電圧を印加する場合に比較して電圧印加時間は短くな
るものの、比較的高い電圧を印加しうる。ただし、高周
波電力の変調周波数が高い場合には、変調周波数に同期
させる直流電圧の印加時間が極めて短くなり、分子量が
多くて重いポリシラン微粒子を静電力で移動させること
が困難になる、従って、高周波電力がＯＦＦ或いはＬＯ
Ｗ状態の時にのみ直流電圧を印加する場合、高周波電力
の振幅変調の周波数は比較的低くし、好ましくは１０Ｈ
ｚ乃至１ｋＨｚ、より好ましくは１０Ｈｚ乃至１００Ｈ
ｚの範囲に設定する。

【００４５】図５に、直流電圧を印加するタイミングと
高周波電力の振幅変調の波形との関係の一例を示す。
（ａ）は直流電圧を連続的に印加する場合を、（ｂ）は
直流電圧を高周波電力のＯＦＦ乃至ＬＯＷ状態の時にの
み印加する場合を示している。

【００４６】また、本発明において、直流電圧を印加す
る方法としては、基板に対向し、高周波電力を供給する
放電電極に高周波電力と同時に正の直流電圧を印加する
方法、或いは基板を放電室から電気的に絶縁状態にして
基板に負の直流電圧を印加する等の方法が挙げられる。

【００４７】尚、より具体的に、放電電極に高周波電力
と同時に直流電圧を印加するには、高周波電源の整合回
路の出力部のブロッキングコンデンサーと放電電極の間
に、高周波を遮断し直流を透過するチョークコイルを介
して直流電源を接続する等の方法が採用し得る。

【００４８】また、基板を電気的に浮かせた状態にして
基板に直流電圧を印加するには、金属等の導電性を有す
る基板を用い、該導電性基板をセラミック等の絶縁物で
放電電極、放電室壁面から電気的に絶縁し、該導電性基
板に直流電源を接続する等の方法が採用し得る。

【００４９】（原料ガス）本発明で用いられる原料ガス
としては、少なくともシリコン原子を含有したガス化し
得る化合物を含むガスであり、ゲルマニウム原子を含有
したガス化し得る化合物、炭素原を含有したガス化し得
る化合物等、及び該化合物の混合ガスを含有していても
よい。

【００５０】具体的にシリコン原子を含有するガス化し
得る化合物としては、鎖状または環状シラン化合物が用
いられ、具体的には、例えば、ＳｉＨ₄，Ｓｉ₂Ｈ₆，Ｓ
ＦＨ₃，ＳｉＦ₂Ｈ₂，ＳｉＦ₃Ｈ，Ｓｉ₃Ｈ₈，ＳｉＤ₄，
ＳｉＨＤ₃，ＳｉＨ₂Ｄ₂，ＳｉＨ₃Ｄ，ＳｉＦＤ₃，Ｓｉ
Ｆ₂Ｄ₂，Ｓｉ₂Ｄ₃Ｈ₃，（ＳｉＦ₂）₅，（ＳｉＦ₂）₆，
（ＳｉＦ₂）₄，Ｓｉ₂Ｆ₆，Ｓｉ₃Ｆ₈，Ｓｉ₂Ｈ₂Ｆ₄，Ｓ
ｉ₂Ｈ₃Ｆ₃，ＳＣｌ₄，（ＳｉＣｌ₂）₅，ＳｉＢｒ₄，
（ＳｉＢｒ₂）₅，Ｓｉ₂Ｃｌ₆，ＳｉＨＣｌ₃，ＳｉＨ ₂Ｂ
ｒ₂，ＳｉＨ₂Ｃ₂，Ｓｉ₂Ｃｌ₃Ｆ₃などのガス状態のまた
は容易にガス化し得るものが挙げられる。尚、ここで、
Ｄは重水素を表す。

【００５１】具体的にゲルマニウム原子を含有するガス
化し得る化合物としてはＧｅＨ₄，ＧｅＤ₄，ＧｅＦ₄，
ＧｅＦＨ₃，ＧｅＦ₂Ｈ₂，ＧｅＦ₃Ｈ，ＧｅＨＤ₃，Ｇｅ
Ｈ₂Ｄ ₂，ＧｅＨ₃Ｄ，Ｇｅ₂Ｈ₆，Ｇｅ₂Ｄ₆等が挙げられ
る。

【００５２】具体的に炭素原子を含有するガス化し得る
化合物としては、ＣＨ₄，ＣＤ₄，Ｃ _nＨ_2n+2（ｎは整
数），Ｃ₂Ｈ₂，ＣＯ₂，ＣＯ等が挙げられる。

【００５３】また、価電子制御するためにｐ型層または
ｎ型層に導入される物質としては周期率表第ＩＩＩ族原
子及び第Ｖ族原子が挙げられる。

【００５４】第ＩＩＩ族原子導入用の出発物質として有
効に使用されるものとしては、具体的にはホウ素原子導
入用としては、Ｂ₂Ｈ_6, Ｂ₄Ｈ₁₀，Ｂ₅Ｈ₁₁，Ｂ₆Ｈ₁₀，
Ｂ₆Ｈ ₁₂，Ｂ₆Ｈ₁₄等の水素化ホウ素、ＢＦ₃，ＢＣｌ₃等
のハロゲン化ホウ素等を挙げることができる。このほか
にＡｌＣｌ₃，ＧａＣｌ₃，ＩｎＣｌ₃，ＴｌＣｌ₃等も挙
げることができる。持に、Ｂ₂Ｈ₆，ＢＦ₃が適してい
る。

【００５５】第Ｖ族原子導入用の出発物質として有効に
使用されるのは、具体的には燐原子導入用としては、Ｐ
Ｈ₃，Ｐ₂Ｈ₄等の水素化燐、ＰＨ₄Ｉ，ＰＦ₃，ＰＦ₅，Ｐ
Ｃｌ ₃，ＰＣｌ₅，ＰＢｒ₃，ＰＢｒ₅，ＰＩ₃等のハロゲ
ン化燐が挙げられる。このほか、ＡｓＨ₃，ＡｓＦ₃，Ａ
ｓＣｌ₃，ＡｓＢｒ₃，ＡｓＦ₅，ＳｂＨ₃，ＳｂＦ₃，Ｓ
ｂＦ₅，ＳｂＣｌ₃，ＳｂＣｌ₅，ＢｉＨ₃，ＢｉＣｌ₃，
ＢｉＢｒ₃等も挙げることができる。特に、ＰＨ₃，ＰＦ
₃が適している。

【００５６】また、前記ガス化し得る化合物をＨ₂，Ｈ
ｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｘｅ，Ｋｒ等のガスで適宜希釈して成
膜室に導入しても良い。

【００５７】（堆積膜形成装置）本発明の堆積膜形成方
法を実施するにあたっては、各種の堆積膜形成装置を用
いることができるが、例えば図１に模式図を示した構成
の装置を挙げる事ができる。

【００５８】図１に示した装置では、基板に対向した放
電電極に振幅変調を施した高周波電力とともに直流電圧
を印加する構成になっている。図１において、真空容器
１０１の内部で、導電性の基板１０２は、導電性の基板
ホルダー１０３にセットされ、真空容器とともに電気的
に接地されている。基板ホルダー１０３内にはヒーター
１０４が設けられ、基板１０２は所定温度に加熱され
る。基板１０２に対向した位置には平板状の放電電極１
０５が設けられ、放電電極１０５にはガード電極１０６
が設けられている。放電電極１０５には、高周波電源１
０７が、整合回路１０８、ブロッキングコンデンサー１
０９を介して接続され、高周波電源１０７には、高周波
信号発生器１１０が接続されている。高周波電源１０７
の高周波出力は、高周波信号発生器１１０の出力波形に
基づいて振幅変調が施され、高周波信号発生器１１０の
出力波形を変化させることで、振幅変調のデューティー
比や変調の深さを変え得る。

【００５９】また、放電電極１０５には、直流電源１１
１と直流電圧計１１２が、チョークコイル１１３を介し
て接続され、放電電極１０５には、接地された基板電位
に対して正の直流電圧が印加される。

【００６０】また、真空容器１０１には、原料ガスを供
給手段１１４に接続された原料ガス導入管１１５と、真
空排気手段１１６に接続された排気管１１７が設けら
れ、原料ガスの導入と排気が行われる。

【００６１】尚、１１８は排気管に設けられたバルブで
ある。

【００６２】また、本発明の堆積膜形成方法を実施する
にあたっては、図２に模式図を示した構成の装置を用い
ることもできる。

【００６３】図２に示した装置では、基板に対向した放
電電極に振幅変調を施した高周波電力を供給するととも
に、基板に直流電圧を印加する構成になっている。図２
において、２０１〜２１８は図１の１０１〜１１８に対
応している。

【００６４】図２において、真空容器２０１の内部で、
導電性の基板２０２は、導電性の基板ホルダー２０３に
セットされ、接地された真空容器２０１からは電気的に
絶縁されている。

【００６５】導電性の基板ホルダー２０３は、チョーク
コイル２１３を介して直流電源２１１と直流電圧計２１
２に接続され、導電性の基板２０５に、放電電極２０５
の表面電位（自己バイアス電位）に対して負の直流電圧
が印加される。

【００６６】尚、基板ホルダー２０３内にはヒーター２
０４が設けられ、基板２０２を所定の温度に加熱する。

【００６７】一方、基板２０２に対向して平板状の放電
電極２０５が設けられ、放電電極２０５にはガード電極
２０６が設けられている。放電電極２０５には、高周波
電源２０７が、整合回路２０８、ブロッキングコンデン
サー２０９を介して接続され、高周波電源２０７には、
高周波信号発生器２１０が接続されている。高周波電源
２０７の高周波出力は、高周波信号発生器２１０の出力
波形に基づいて振幅変調が施され、高周波信号発生器２
１０の出力波形を変化させることで、振幅変調のデュー
ティー比や変調の深さを変えうる。

【００６８】また、真空容器２０１には、原料ガスを供
給手段２１４に接続された原料ガス導入管２１５と、真
空排気手段２１６に接続された排気管２１７が設けら
れ、原料ガスの導入と排気が行われる。

【００６９】尚、２１８は排気管に設けられたバルブで
ある。

【００７０】

【実施例】以下、本発明に係るプラズマＣＶＤ法による
アモルファスシリコン系堆積膜の形成方法の実施例を示
すが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定される
ものではない。

【００７１】（実施例１）本例では、図１に示した構成
の堆積膜形成装置を用い、放電電極１０５には、高周波
電力と同時に正の直流電圧を印加することにより、アモ
ルファスシリコン膜の高速堆積を行った。そして、高周
波電力の振幅変調のデューティー比に対する基板近傍の
微粒子の発生量と堆積膜形成速度の変化を調べた。ま
た、従来の直流電圧の印加を行わない振幅変調による堆
積膜形成方法と比較した。

【００７２】以下では、工程手順に従って説明する。

【００７３】（１）図１に示した装置において、先ず、
ステンレス製の基板ホルダー１０３に、３０ｃｍ角、
０．１５ｍｍ厚のステンレス基板１０２（ＳＵＳ４３０
−ＢＡ）が接地状態になる様にセットして、真空容器１
０１内を排気手段１１６により１Ｐａ以下に一度真空排
気した。

【００７４】（２）引き続き排気を行いながら、ガス供
給手段１１４からガス導入管１１５を介してＨｅガスを
１００ｓｃｃｍ導入し、排気弁１１８の開度を調整する
ことで真空容器１０１の内圧を１００Ｐａに維持した。

【００７５】（３）上記（２）の状態で、基板ホルダー
１０３内のヒーター１０４により、基板１０２を３００
℃に約６０分間加熱した。基板１０２が充分に均一に加
熱されたら、引き続き加熱しつつ、Ｈｅガスの導入を停
止し、ガス供給手段からの原料ガスをＳｉＨ₄とＨ₂の混
合ガスに切り替えた。ＳｉＨ₄ガスの流量は３００ｓｃ
ｃｍ、Ｈ₂ガスの流量は１０００ｓｃｃｍ、真空容器１
０１の内圧は１００Ｐａに設定した。

【００７６】（４）次に、基板１０２に５ｃｍの距離を
おいて対向するアルミニウム製の放電電極１０５に、高
周波電源１０７から、整合回路１０８、ブロッキングコ
ンデンサー１０９を介して１３．５６ＭＨｚの高周波電
力を供給した。尚、１３．５６ＭＨｚの高周波電力の振
幅変調を施す前の電力は５００Ｗで、高周波信号発生器
１１０からの信号によってデューティー比０〜１００
％、変調度１００％の１ｋＨｚの矩形波状の振幅変調を
施した。高周波電力の供給により、真空容器１０１内に
グロー放電を発生させ、原料ガスをプラズマ分解して、
基板１０２上にアモルファスシリコン膜を堆積させた。

【００７７】また、放電電極１０５には、高周波電力の
供給と同時に、直流電源１１１から、チョークコイル１
１３を介してプラス３０Ｖの直流電圧を印加した。

【００７８】尚、放電電極１０５の表面電位は直流電圧
計１１２によって測定し、基板近傍の微粒子発生量はレ
ーザー光の散乱により、真空中でリアルタイムに検出し
た。また、微粒子の最小検出サイズは、２７０ｎｍとし
た。

【００７９】図３は、高周波電力の振幅変調のデューテ
ィー比に対する、堆積基板近傍の微粒子（パーティク
ル）発生量（図３（ａ））及び堆積速度（図３（ｂ））
を調べた結果を示すグラフである。図３では、振幅変調
なし、すなわち振幅変調デューティー比１００％で、直
流電圧の印加無しの状態における微粒子（パーティク
ル）発生量及び堆積速度を１００とした相対値で示し
た。

【００８０】図３から、本発明の堆積膜形成方法、すな
わち、振幅変調デューティー比を６０％以上とし、基板
側が負の向きに直流電圧を印加することによって、堆積
速度を振幅変調無しの場合の６０％以上に高く保ちなが
ら、微粒子の発生量を振幅変調のみの場合に比べて大幅
に低減できることが分かった。

【００８１】また、振幅変調デューティー比を８０％と
し、直流電圧を印加して堆積した堆積膜の表面を電子顕
微鏡によって観察したところ、堆積膜の表面には５ｍｍ
角に１０００ｎｍ以上の大きさの微粒子の付着は全く認
められなかった。一方、振幅変調デューティー比を８０
％とし、直流電圧を印加しないで堆積した堆積膜には、
堆積膜表面には５ｍｍ角に１０００ｍｍ以上の大きさの
微粒子の付着が平均９箇所確認された。

【００８２】（実施例２）本例では、図２に示した構成
の堆積膜形成装置を用い、放電電極２０５に対向して配
置され、放電電極２０５および真空容器２０１から電気
的に絶縁された、基板２０２を配置した基板ホルダー２
０３に、負の直流電圧を印加することにより、アモルフ
ァスシリコン膜の高速堆積を行った点が実施例１と異な
る。そして、実施例１と同様に、高周波電力の振幅変調
のデューティー比に対する基板近傍の微粒子の発生量と
堆積膜形成速度の変化を調べた。また、従来の直流電圧
の印加を行わない振幅変調による堆積膜形成方法と比較
した。

【００８３】以下では、工程手順に従って説明する。

【００８４】（１）図２に示した装置において、先ず、
ステンレス製の基板ホルダー２０３に、３０ｃｍ角、
０．１５ｍｍ厚のステンレス基板２０２（ＳＵＳ４３０
−ＢＡ）をセットして、真空容器２０１内を排気手段２
１６により１Ｐａ以下に一度真空排気にした。

【００８５】（２）引き続き排気を行いながら、ガス供
給手段２１４からガス導入管２１５を介してＨｅガスを
１００ｓｃｃｍ導入し、排気弁２１８の開度を調整する
ことで真空容器２０１の内圧を１００Ｐａに維持した。

【００８６】（３）上記（２）の状態で、基板ホルダー
２０３内のヒーター２０４により、基板２０２を３００
℃に約６０分間加熱した。基板２０２が充分に均一に加
熱されたら、引き続き加熱しつつ、Ｈｅガスの導入を停
止し、ガス供給手段からの原料ガスをＳｉＨ₄とＨ₂の混
合ガスに切り替えた。Ｈ₄ガスの流量は３００ｓｃｃ
ｍ、Ｈ₂ガスの流量は１０００ｓｃｃｍ、真空容器２０
１の内圧は１００Ｐａに設定した。

【００８７】（４）次に、基板２０２に５ｃｍの距離を
おいて対向するアルミニウム製の放電電極２０５に、高
周波電源２０７から、整合回路２０８、ブロッキングコ
ンデンサー２０９を介して１３．５６ＭＨｚの高周波電
力を供給した。尚、１３．５６ＭＨｚの高周波電力の振
幅変調を施す前の電力は５００Ｗで、高周波信号発生器
２１０からの信号によってデューティー比０〜１００
％、変調度１００％の１ｋＨｚの矩形波状の振幅変調を
施した。高周波電力の供給により、真空容器２０１内に
グロー放電を発生させ、原料ガスをプラズマ分解して、
基板２０２上にアモルファスシリコン膜を堆積させた。

【００８８】尚、実施例１とは逆に、放電電極２０５に
対向し、放電電極２０５および真空容器２０１から電気
的に絶縁された基板ホルダー２０３側に、直流電源２１
１をチョークコイル２１３を介して接続し、マイナス３
０Ｖの直流電圧を印加した。

【００８９】尚、基板２０２および基板ホルダー２０３
の表面電位は直流電圧計２１２によって測定し、基板近
傍の微粒子発生量はレーザー光の散乱により真空中でリ
アルタイムに検出した。

【００９０】また、微粒子の最小検出サイズは、２７０
ｎｍとした。

【００９１】図６は、実施例１と同様に測定した、高周
波電力の振幅変調のデューティー比に対する、堆積基板
近傍の微粒子（パーティクル）発生量（図６（ａ））及
び堆積速度（図６（ｂ））を調べた結果を示すグラフで
ある。図６においても、図３と同様に、振幅変調なし、
すなわち振幅変調デューティー比１００％で、直流電圧
の印加無しの状態における微粒子（パーティクル）発生
量及び堆積速度を１００とした相対値で示した。

【００９２】図６から、実施例１と同様に、本発明の堆
積膜形成方法、すなわち、振幅変調デューティー比を６
０％以上とし、基板側が負の向きに直流電圧を印加する
ことによって、堆積速度を振幅変調無しの場合の６０％
以上に高く保ちながら、微粒子の発生量を振幅変調のみ
を行った場合に比べて大幅に低減できることを確認し
た。

【００９３】また、振幅変訓デューティー比を８０％と
し、直流電圧を印加して堆積した堆積膜の表面を電子顕
微鏡によって観察したところ、堆積膜表面には５ｍｍ角
に１０００ｎｍ以上の大きさの微粒子の付着が平均０．
５箇所と少なかった。一方、振幅変調デューティー比を
８０％とし、直流電圧を印加しないで堆積した堆積膜に
は、堆積膜表面には５ｍｍ角に１０００ｍｍ以上の大き
さの微粒子の付着が平均１０箇所確認された。

【００９４】（実施例３）本例では、高周波電力の振幅
変調の周波数を６０Ｈｚに、直流電圧をマイナス１００
Ｖに、直流電圧の印加時間を高周波電力の振幅変調がＯ
ＦＦの時にのみ行い、アモルファスシリコン膜の堆積を
行った点が実施例２と異なる。他の点は、実施例２と同
様にした。

【００９５】その結果、実施例２と同様に、本発明の堆
積膜形成方法、すなわち、振幅変調デューティー比を６
０％以上とし、基板側が負の向きに直流電圧を印加する
ことによって、堆積速度を振幅変調無しの場合の６０％
以上に高く保ちながら、微粒子の発生量を振幅変調のみ
を行った場合に比べて大幅に低減できることを確認し
た。

【００９６】また、振幅変調デューティー比を８０％と
し、直流電圧を印加して堆積した堆積膜の表面を電子顕
微鏡によって観察したところ、堆積膜表面には５ｍｍ角
に１０００ｍｍ以上の大きさの微粒子の付着が平均０．
５箇所と少なかった。一方、振幅変調デューティー比を
８０％とし、直流電圧を印加しないで堆積した堆積膜に
は、堆積膜表面には５ｍｍ角に１０００ｎｍ以上の大き
さの微粒子の付着が平均１０箇所確認された。

【００９７】（実施例４）本例では、図１に示す構成の
堆積膜形成装置を用い、実施例１と同様にしてステンレ
ス基板上にアモルファスシリコン膜を堆積して、ｎ，
ｉ，ｐ層を積層した光起電力素子の半導体膜を堆積し
た。

【００９８】尚、ｎ，ｉ，ｐ型層のうち、ｎ，ｉ型層は
本発明の堆積膜形成方法で、必要な堆積膜厚が極めて薄
く、堆積速度の低いｐ型層は従来の振幅変調無し直流電
圧の印加無しのプラズマＣＶＤ法によってそれぞれ形成
した。

【００９９】各層の形成条件を表１に示す。また、各層
の形成の間には真空容器内を一度充分に真空排気してか
ら、Ｈｅガスで数回パージを行った。

【０１００】

【表１】

【０１０１】表１に示した形成条件でｎ，ｉ，ｐ層を堆
積した後、堆積膜を形成した基板を冷却後に装置から取
り出し、公知の真空蒸着装置によってその上に７０ｎｍ
厚のＩＴＯ透明導電膜を全面に蒸着した。更にその上に
ピッチ３ｍｍで幅０．１ｍｍの櫛状に厚さ０．１ｎｍの
Ａｇの集電電極を銀ぺーストのスクリーン印刷によって
設け、約３０ｃｍ角の光起電力素子を１００個形成し
た。そして、形成した１００個の光起電力素子につい
て、その電気的特性を測定した。

【０１０２】その結果、ｎ，ｉ型層を本発明の堆積膜形
成方法により形成した１００個の光起電力素子では、微
粒子の付着による半導体膜の短絡の発生が１００個中１
個にしか認められず、高い歩留率を示した。一方、ｎ，
ｉ層を直流電圧の印加を行わず、振幅変調のみを行って
同様に作製した１００個の光起電力素子では、微粒子の
付着による半導体膜の短絡の発生が１００個中１０個に
認められた。

【０１０３】また、ＡＭ１．５，１００ｍＷ／ｃｍ²疑
似太陽光照射時の光電変換効率を測定したところ、ｎ，
ｉ型層を本発明の堆積膜形成方法により形成した短絡の
ない９９個の光起電力素子の変換効率の平均値は、ｎ，
ｉ型層で直流電圧の印加を行わず、振幅変調のみを行っ
て同様に作製した短絡のない９０個の光起電力素子の変
換効率の平均値の１．２倍であった。ゆえに、本発明の
堆積膜形成方法により形成した光起電力素子は、優れた
変換効率を有することが分かった。

【０１０４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来のプラズマＣＶＤ法における高速成膜時に微粒子が
発生し、堆積膜に欠陥を生じたり膜質が低下するという
問題を克服して、大面積にわたって欠陥が少なく、高品
質で優れた均一性を有するアモルファスシリコン系堆積
膜を高い成膜速度で堆積形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る堆積膜形成方法を実施し得る堆積
膜形成装置の構成の一例を示す模式図である。

【図２】本発明に係る堆積膜形成方法を実施し得る堆積
膜形成装置の構成の他の一例を示す模式図である。

【図３】本発明の実施例１に係る、高周波電力の振幅変
調のデューティー比に対する、堆積基板近傍の微粒子
（パーティクル）発生量及び堆積速度を調べた結果を示
すグラフである。

【図４】本発明に係る高周波電力の振幅変調の波形の一
例を示す模式図である。

【図５】本発明に係る直流電圧の印加タイミングの一例
を示す模式図である。

【図６】本発明の実施例２に係る、高周波電力の振幅変
調のデューティー比に対する、堆積基板近傍の微粒子
（パーティクル）発生量及び堆積速度を調べた結果を示
すグラフである。

【符号の説明】

１０１，２０１真空容器、１０２，２０２基板、１０３，２０３基板ホルダー、１０４，２０４ヒーター、１０５，２０５放電電極、１０６，２０６ガード電極、１０７，２０７高周波電源、１０８，２０８整合回路、１０９，２０９ブロッキングコンデンサー、１１０，２１０高周波信号発生器、１１１，２１１直流電源、１１２，２１２直流電圧計、１１３，２１３チョークコイル、１１４，２１４原料ガス供給手段、１１５，２１５原料ガス導入管、１１６，２１６真空排気手段、１１７，２１７排気管、１１８，２１８排気バルブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者幸田勇蔵東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者芳里直東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者矢島孝博東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者澤山忠志東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者金井正博東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともＳｉ元素を含有する原料ガス
を真空容器内に導入しつつ、前記真空容器内に設けた放
電電極にデューティー比６０％以上の振幅変調を施した
高周波電力を供給し、かつ、前記放電電極と堆積膜を形
成する前記基板との間に、前記基板側が負の向きの直流
電圧を印加することを特徴とするプラズマＣＶＤ法によ
るアモルファスシリコン系堆積膜の形成方法。
【請求項２】前記直流電圧の印加が、前記放電電極
に、高周波電力と同時に正の直流電圧を印加することに
より行われることを特徴とする請求項１に記載のプラズ
マＣＶＤ法によるアモルファスシリコン系堆積膜の形成
方法。
【請求項３】前記直流電圧の印加が、前記基板に、負
の直流電圧を印加することにより行われることを特徴と
する請求項１に記載のプラズマＣＶＤ法によるアモルフ
ァスシリコン系堆積膜の形成方法。
【請求項４】前記直流電圧を、前記高周波電力の振幅
変調に同期させ、かつ、前記振幅変調がＯＦＦ状態の時
又はＬＯＷ状態の時にのみ印加することを特徴とする請
求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマＣＶＤ法
によるアモルファスシリコン系堆積膜の形成方法。