JPH11106933A

JPH11106933A - 非磁性膜成膜装置

Info

Publication number: JPH11106933A
Application number: JP9310471A
Authority: JP
Inventors: Tatsufumi Aoi; 辰史青井; Shoji Morita; 章二森田; Yoshiaki Takeuchi; 良昭竹内; Masayoshi Murata; 正義村田; Kazuaki Oshima; 一晃大嶋
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-08-07
Filing date: 1997-11-12
Publication date: 1999-04-20

Abstract

(57)【要約】【課題】基板への成膜速度を落とすことなく高品質膜の
成膜が可能とし、かつプラズマの遮蔽性が経時的に変化
するのを抑制する。【解決手段】真空容器21と、反応ガス導入管37と、排気
管38と、真空容器内に配置されたプラズマ発生用電極22
と、真空容器内でかつプラズマ発生用電極と平行に配置
され、上面に被処理物がセットされる接地電極23と、プ
ラズマ発生用電極と接地電極間に電圧を印加する高周波
電源24と、プラズマ発生用電極と被処理物間に設けられ
た基板表面加熱用ヒータ31と、被処理物と平行方向に磁
界を発生させる磁界発生装置36ａ，36ｂとを具備し、基
板表面加熱用ヒータが、互いに離間した複数と強磁性体
33と、これら強磁性体の両端部側に配置された非磁性体
と、強磁性体及び非磁性体を固定する絶縁性枠を有して
いることを特徴とする非磁性膜成膜装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は非磁性膜成膜装置に
関し、特に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、半導体保護膜等各種電子デバイスに
使用される非磁性薄膜の成膜装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、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装置として
は、例えば図10に示すものが知られている（特開平７−
９９１５９）。

【０００３】図中の付番１は真空容器である。この真空
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が互いに対向した配置されている。
前記電極２には、高周波電源４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を介して接続されている。前記高周波電源４から例え
ば１３．５６ＭＨｚの周波数の電力が前記電極２に供給
される。

【０００４】前記接地電極３は、真空容器１及び第２の
高周波ケーブル８を介してアース９に接続されている。
前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10を介して真空容器１に接続され
ている。前記接地電極３上には、基板11が電極２，接地
電極３と平行に、即ち電極２，接地電極３により発生す
る電界に直交するように配置されている。前記基板11の
真上には、プラズマ中のラジカル（活性種）を加熱する
ためのメッシュ状ヒータ12が設置され、該ヒータ12は加
熱用の交流又は直流電源13に接続されている。前記真空
容器１には、流量計を有するボンベ（図示せず）から該
真空容器１内に例えばモノシラン等の反応ガスを供給す
る反応ガス導入管14，及び真空容器１内のガスを真空ポ
ンプ（図示せず）により排気する排気管15が接続されて
いる。

【０００５】次に、こうした構成のプラズマＣＶＤ装置
を用いて基板表面に非晶質薄膜又は微結晶薄膜を形成す
る方法について説明する。まず、真空ポンプ（図示せ
ず）を用いて真空容器１内を排気する。その後、反応ガ
ス導入管14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、真空容器１内の圧力を０．０５〜０．５
Ｔｏｒｒに保ち、高周波電源４から電極２，接地電極３
間に電圧を印加する。その結果、上記高周波電源による
電界で、電極２，接地電極３間にグロー放電プラズマ15
が点火，維持される。このプラズマ15により非晶質薄膜
又は微結晶薄膜を形成するラジカルが生成され、基板11
の表面に非晶質薄膜又は微結晶薄膜が形成される。その
際、メッシュ状ヒータ12を通電加熱し、気相中のラジカ
ルを加熱することで高品質膜が成膜される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
プラズマＣＶＤ装置によれば、下記に述べる問題点を有
する。 (1) メッシュ状ヒータ12にプラズマ中のラジカルが衝突
して非晶質膜として付着するため、線間が目詰まりし、
例えば基板11での積算膜厚が１００μｍ程度で成膜速度
が初期の１／２以下まで減少する。従って、メンテナン
ス周期が短くなり、実用的な成膜装置には不向きであっ
た。

【０００７】(2) メッシュ状ヒータ12の間隔を粗くした
場合、成膜速度の増加を図るためにプラズマの密度をあ
る程度高くすると、電極近傍で発生したプラズマがメッ
シュ状ヒータ12の隙間から漏れて成膜基板に直接接する
ので、膜質を悪化させる短寿命のラジカル（例えばＳｉ
Ｈ₄ プラズマ中のＳｉＨ，ＳｉＨ₂ ）も基板11に付着
し、その結果、高品質膜（膜低欠陥化）成膜ができなか
った。

【０００８】(3) メッシュ状ヒータ12を用いてその電界
によりプラズマを遮蔽することが可能であるが、プラズ
マ中のラジカルがメッシュ状ヒータ12に衝突し、非晶質
膜として付着するため、半導体膜が表面に形成される。
その結果、メッシュ状ヒータ12の表面電位の制御が不充
分となり、プラズマの遮蔽性が経時的に変化していた。

【０００９】本発明はこうした事情を考慮してなされた
もので、基板への成膜速度を落とすことなく高品質膜の
成膜が可能であるとともに、プラズマの遮蔽性が経時的
に変化するのを抑制できる非磁性膜成膜装置を提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、真空容器と、
この真空容器内に配置されたプラズマ発生用電極と、前
記真空容器内でかつプラズマ発生用電極と平行に配置さ
れ、上面に被処理物がセットされる接地電極と、前記プ
ラズマ発生用電極、接地電極間に電圧を印加する高周波
電源と、前記プラズマ発生用電極と被処理物間に設けら
れた基板表面加熱用ヒータと、被処理物と平行方向に磁
界を発生させる磁界発生装置とを具備し、前記基板表面
加熱用ヒータが、互いに離間した複数と強磁性体と、こ
れら強磁性体の両端部側に配置された非磁性体と、前記
強磁性体及び非磁性体を固定する絶縁性枠を有している
ことを特徴とする非磁性膜成膜装置である。

【００１１】本発明において、基板表面加熱用ヒータに
用いられる材質は、耐プラズマ性に優れかつ膜への不純
物としての影響が小さいものが望ましい。また、ヒータ
の一構成要素である強磁性体としては例えばカンタル合
金、ニッケルが挙げられ、非磁性体としてはＳＵＳ３０
４、モリブデン、タンタルが挙げられる。

【００１２】本発明において、強磁性体としてワイヤを
用いた場合、ワイヤの直径ＤとワイヤのピッチＬとの関
係は、次の式の範囲を満たすことが、漏れ磁束の減少に
より磁束密度を増加させる点、及び実用上の成膜速度維
持割合０．９を満足する点で好ましい。

【００１３】Ｄ／（Ｌ−Ｄ）＞０．２（Ｌ−Ｄ）＞３ｍｍ本発明において、高周波電源による高周波電力密度は、
欠陥密度を低減できる点から０．２Ｗ／ｃｍ² 以下であ
ることが好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１、
図２、図５及び図６を参照して説明する。ここで、図１
は本発明に係るプラズマＣＶＤ装置の全体を示す説明
図、図２は同装置の一構成である磁界発生装置の説明
図、図５は基板付近の磁力線分布を示す説明図、図６は
同装置の一構成である基板表面加熱用ヒータの説明図を
示す。

【００１５】図中の付番21は真空容器である。この真空
容器21内には、グロー放電プラズマを発生させるための
プラズマ発生用電極22と接地電極23が互いに対向して配
置されている。前記電極22には、高周波電源24がインピ
ーダンスマッチング回路25、第１の高周波ケーブル26及
び電力導入端子27を介して接続されている。前記高周波
電源24から例えば１３．５６ＭＨｚの周波数の電力が前
記電極22に供給されるようになっている。

【００１６】前記接地電極23は、真空容器21及び第２の
高周波ケーブル28を介してアース29に接続されている。
前記インピーダンスマッチング回路25の接地側端子は、
第３の高周波ケーブル41を介して真空容器21に接続され
ている。前記接地電極23上には、基板30が電極22，接地
電極23と平行に、即ち電極22，接地電極23により発生す
る電界に直交するように配置されている。前記基板30の
真上には、プラズマ中のラジカル（活性種）を加熱する
ための輻射型の基板表面加熱用ヒータ（空隙１〜１０ｍ
ｍ程度）31が基板30から５〜１０ｍｍの位置に設置され
ている。

【００１７】前記基板表面加熱用ヒータ31は、図６に示
すように、５ｍｍ程度間隔をおいて配置された複数の直
径φ１ｍｍのカンタル合金ワイヤ（強磁性体32）と、こ
れら強磁性体32の両端部を各々接続したＳＵＳ３０４製
のワイヤ（非磁性体）33と、前記強磁性体32及び非磁性
体33を固定する絶縁性枠34とから構成されている。前記
基板表面加熱用ヒータ31には、加熱用電源35を用いて電
力が供給されるようになっている。前記基板表面加熱用
ヒータ31の横方向に沿う真空容器21の外壁近傍には、基
板30と平行方向の磁界を発生させる磁界発生装置36ａ，
36ｂが設置されている。

【００１８】前記磁界発生装置36ａ，36ｂは、例えば図
２（Ａ），（Ｂ）に示すように、非磁性又は強磁性体の
コア42に導体コイル43を巻きつけた多層巻きコイルに、
直流又は交流電流を通電するための電源44を接続した構
造となっている。磁界発生装置36ａ，36ｂは同じ構造で
かつ１組で使用され、お互いに同方向に通電することに
より磁界発生装置36ａ，36ｂの間に所望の磁界を発生さ
せることができる（図３参照）。図３において、磁界の
方向は一方向のみである。また、このコイルの組を複数
組み合わせた構造として、電磁モータのステータのよう
な構造も該当する（図４参照）。図４は、コイルに流れ
る電流の位相を制御することにより磁界の向きを変更で
きることを特徴とする。なお、図４の付番45は磁性体の
リングである。

【００１９】前記真空容器21には、流量計を有するボン
ベ（図示せず）から真空容器21内に例えばモノシラン等
の反応ガスを供給する反応ガス導入管37，及び真空容器
21内のガスを真空ポンプ（図示せず）により排気する排
気管38が接続されている。

【００２０】次に、こうした構成のプラズマＣＶＤ装置
を用いて基板表面に非晶質薄膜又は微結晶薄膜を形成す
る方法について説明する。まず、真空ポンプ（図示せ
ず）を用いて真空容器21内を排気する。その後、反応ガ
ス導入管37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、真空容器21内の圧力を０．０５〜０．５
Ｔｏｒｒに保ち、高周波電源24からプラズマ発生用電極
22，接地電極23間に電圧を印加する。その結果、上記高
周波電源24による電界で、電極22，接地電極23間にグロ
ー放電プラズマ39が点火，維持される。このプラズマ39
により非晶質薄膜又は微結晶薄膜を形成するラジカルが
生成され、基板30の表面に非晶質薄膜又は微結晶薄膜が
形成される。その際、基板表面加熱用ヒータ31を通電加
熱し、気相中のラジカルを加熱することで高品質膜が成
膜される。

【００２１】しかして、上記実施例に係るプラズマＣＶ
Ｄ装置によれば、下記に述べる効果を有する。 (1) 強磁性体32と非磁性体33を有する輻射型の基板表面
加熱用ヒータ31を、プラズマ発生用電極22と基板30間に
該基板30から所定距離（５〜１０ｍｍ）離して設けるこ
とにより、基板表面加熱用ヒータ31が配置された平面の
磁気抵抗を小さくすることができる。

【００２２】(2) 磁気発生装置36ａ，36ｂを用いて基板
30と平行方向に磁界を印加することにより、図５に示す
様に強磁性体32で磁束40は収束されるため、基板30とプ
ラズマ発生用電極22間に基板30と平行方向に集中した磁
界領域を形成することができる。

【００２３】(3) 基板30と平行方向の磁束によりプラズ
マ39中の電子が補足されるので、基板30に対して効果的
にプラズマが遮蔽され、膜質を悪化させる短寿命のラジ
カル（例えばＳｉＨ₄ プラズマ中のＳｉＨ，ＳｉＨ₂ ）
が基板30に付着するのを抑制することができる。

【００２４】(4) 上記磁束密度は基板表面加熱用ヒータ
31への非晶質膜付着の影響を受けないため、従来のメッ
シュ状ヒータによる電界を利用する方法と比較して安定
したプラズマ遮蔽効果が得られる。同時に、基板表面を
効果的に加熱することができるため、基板表面に付着し
たラジカルの拡散を促進することができる。上記２条件
を合わせ持つことにより、安定した高品質膜成膜が可能
となった。特に、磁性体ワイヤ直径ＤとワイヤピッチＬ
（ワイヤの中心間の距離）を適正化することにより、実
用的かつ磁束集中効果の向上がもたらされる。

【００２５】図７は、磁気回路計算に基づいたＤ／（Ｌ
−Ｄ）に対するワイヤ間の磁束密度の計算値を示す。こ
こで、磁束密度は磁束発生装置値で規格化している。図
７より、Ｄ／（Ｌ−Ｄ）の増加、即ちワイヤ間隔の減少
に伴い、漏れ磁束が減少し、磁束密度が増加することが
判る。実用実績上、磁束密度規格値で０．０５以上、即
ちＤ／（Ｌ−Ｄ）＞０．２が望ましい。

【００２６】次に、図８にワイヤへの膜付着による閉塞
モデルに基づいて計算した、ワイヤとワイヤの間隔（Ｌ
−Ｄ）に対する積算膜厚１００μｍ成膜後の成膜速度維
持割合の計算結果を示す。図８より、ワイヤ間隔の減少
に伴い、ワイヤの閉塞による成膜速度低下が顕著とな
り、実用上成膜速度維持割合０．９を満足するワイヤ間
隔（Ｌ−Ｄ）＞３ｍｍが必要なことが判る。

【００２７】従って、両者の兼ね合いである適正な磁性
体ワイヤ直径ＤとワイヤピッチＬとして、次式を満足す
ることが望ましい。Ｄ／（Ｌ−Ｄ）＞０．２（Ｌ−Ｄ）＞３ｍｍ例えば、ワイヤピッチＬ＝５ｍｍの時、ワイヤ直径０．
８〜２ｍｍ、またワイヤピッチＬ＝４ｍｍの時、ワイヤ
直径０．７〜１ｍｍである。

【００２８】具体的には、直径φ１ｍｍカンタル合金ワ
イヤ（強磁性材料）を５ｍｍ間隔に並べてこれらをＳＵ
Ｓ３０４製のワイヤ（非磁性体材料）にて接続したヒー
タを使用し、これを基板から５〜１０ｍｍ位置に配置し
た状態で、基板表面温度２２０℃、高周波電力密度０．
１Ｗ／ｃｍ² にてＳｉＨ₄ ガス流量３０ｓｃｃｍ、圧力
５０ｍＴｏｒｒの条件下でａ−Ｓｉ膜成膜を実施したと
ころ、ＣＰＭ（Ｃonstant Ｐhoto-current Ｍethod)に
よる膜欠陥密度評価値で２〜７×１０¹⁴個／ｃｃという
値が得られた。これに対し、磁界従来値（２×１０¹⁵〜
１×１０¹⁶個／ｃｃ）よりも膜欠陥密度が１桁低い高品
質成膜が可能となった。

【００２９】ここで、高周波電力密度に関して、基板表
面加熱用ヒータを基板から５ｍｍ位置に配置した状態
で、基板表面温度２２０℃、ＳｉＨ₄ ガス流量３０ｓｃ
ｃｍ、圧力５０ｍＴｏｒｒ条件下において、高周波電力
密度に対して欠陥密度を測定した結果を図９に示す。電
力密度の増加に伴い、膜へのイオンダメージ増加及びシ
ラン微粒子の発生が顕著となるため、高周波電力密度と
しては欠陥密度が低下できる０．２Ｗ／ｃｍ² 以下が望
ましい。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、基
板への成膜速度を落とすことなく高品質膜の成膜が可能
であるとともに、プラズマの遮蔽性が経時的に変化する
のを抑制できる非磁性膜成膜装置を提供できる。

【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。

【図２】図１のプラズマＣＶＤ装置の一構成である磁界
発生装置の説明図であり、図２（Ａ）は断面図、図２
（Ｂ）は図２（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図３】図２の磁界発生装置の配置例の説明図。

【図４】図２の磁界発生装置の別な配置例の説明図。

【図５】図１のプラズマＣＶＤ装置による成膜基板付の
磁力線の様子を示す説明図。

【図６】図１のプラズマＣＶＤ装置の一構成である加熱
用ヒータの説明図。

【図７】強磁性体ワイヤ直径Ｄ、ワイヤピッチＬに対す
るワイヤ間の磁束密度計算結果を示す特性図。

【図８】ワイヤ間隔に対する積算膜厚１００μｍ成膜速
度維持割合計算結果を示す特性図。

【図９】高周波電力密度に対する欠陥密度の測定結果を
示す特性図。

【図１０】従来のプラズマＣＶＤ装置の説明図。

【符号の説明】

21…真空容器、 22…プラズマ発生用電極、 23…接地電極、 24…高周波電源、 25…インピーダンスマッチング回路、 26…第１の高周波ケーブル、 27…電力導入端子、 28…第２の高周波ケーブル、 31…基板表面加熱用ヒータ、 32…強磁性体、 33…非磁性体、 34…絶縁性枠、 35…加熱用電源、 36ａ，36ｂ…磁界発生装置、 37…反応ガス導入管、 38…排気管、 41…第３の高周波ケーブル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村田正義長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号三菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者大嶋一晃長崎県長崎市飽の浦町１番１号三菱重工業株式会社長崎造船所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器と、この真空容器内に配置され
たプラズマ発生用電極と、前記真空容器内でかつプラズ
マ発生用電極と平行に配置され、上面に被処理物がセッ
トされる接地電極と、前記プラズマ発生用電極、接地電
極間に電圧を印加する高周波電源と、前記プラズマ発生
用電極と被処理物間に設けられた基板表面加熱用ヒータ
と、被処理物と平行方向に磁界を発生させる磁界発生装
置とを具備し、前記基板表面加熱用ヒータが、互いに離
間した複数と強磁性体と、これら強磁性体の両端部側に
配置された非磁性体と、前記強磁性体及び非磁性体を固
定する絶縁性枠を有していることを特徴とする非磁性膜
成膜装置。