JPS61257478A - 薄膜の形成法 - Google Patents

薄膜の形成法

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JPS61257478A
JPS61257478A JP9794685A JP9794685A JPS61257478A JP S61257478 A JPS61257478 A JP S61257478A JP 9794685 A JP9794685 A JP 9794685A JP 9794685 A JP9794685 A JP 9794685A JP S61257478 A JPS61257478 A JP S61257478A
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thin film
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light
material seeds
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JP9794685A
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Nobuhiro Fukuda
福田 信弘
Shinji Ogawa
伸二 小川
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Agency of Industrial Science and Technology
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明はグロー放電により基体上に薄膜を形成する方法
に関し、特に大面積基体への高速、均質形成方法に関す
る。
〔背景技術〕
半導体や絶縁体の薄膜は太陽電池、光センサー、感光ド
ラム等の光電素子やrc、r、sr等の半導体装置に多
用されている。これらの薄膜の形成方法としては、原料
ガスをグロー放電分解して薄膜とするいわゆるプラズマ
CVD法(以下PCVD法と略称する)が主に採用され
ている。
PCVD法はすでに実用に供されているものであるが、
半導体装置の活性領域となるべき薄膜、たとえばアモル
ファスシリコン太陽電池の光活性層たるべき薄膜の形成
速度は高々1〜2X/secと低いものである。
従来技術においてはこの形成速度を増加させると得られ
る半導体装置の性能が低下するばかりか大面積の基体に
均質に薄膜を形成することすら困難であった。さらに従
来は形成速度を増加させるためには、薄膜形成面により
多くの原料種を供給してやる必要があり、必然的にグロ
ー放電分解時の反応室内圧力(反応圧力)が上昇するか
らと考えられていた。それ故に、相当する反応圧力の計
測制御のみにより薄膜形成条件を最適化することにより
、高速、均質形成を達成しようとする試みがあるもその
達成は困難をきわめている。
〔基本的着想〕
本発明者らは上記問題の解明にとり組み、従来技術にお
いて実施されている圧力制御だけでは不充分であり、こ
のような高速膜形成条件においては原料種数そのものを
制御せねばならないことを見出して本発明の完成に到っ
た。
〔発明の開示〕
本発明はグロー放電により原料ガスを分解して薄膜を形
成する方法において基体の薄膜形成主面近傍の原料種数
を少くとも計測し、この数を制御する工程を含むことを
特徴とする薄膜の形成法、である。
さらに具体的には、薄膜形成面から約10711m以内
の原料種数を計測する工程を含むことに特徴がある。
本発明において原料種数の計測には、コヒーレントアン
チストークスラマン分光法(CoherentAnii
stokes Raman 5pectroscopy
 ;以後CAR8と略称する)を用いることが便利であ
る。というのはCaB6光は、反応系を乱さずに非接触
で測定でき空間分解能が高し・からである。
第1図及び第2図にはCARSシステムを原料種数の計
測に用いる例を模式的に示した。以下図面にもとづいて
説明する。励起用のレーザー光23および原料種のスト
ークス光の振動数に等しし・レーザー光24を二色性ミ
ラー26でコリニアへ(co$1near )に重ね合
わせてレンズ28によりグロー放電反応室中に焦点を結
ばせる。この時CaH2光はこの焦点の極く近傍からの
み発生ずる。たとえばCaB6光は、焦点でのスポノト
ザイズ径φ、コーンフォーカル長をlとすれば焦点近傍
の径φ、長さ61の空間からその75%が発生ずる。具
体的示例としては励起用のレーザー光の波長を532n
mとしてレンズ28の焦点距離をf二30cm、レーザ
ービームの径をd = 1.3 mmとずればφ=4λ
f/πdであられされるから、これらの数値を代入して
φ= 4 x 532 x 1.0−9x 30 x 
10−2/π×13×1.0−3(+n) φ’:1..56X]O’[m、1  (=15.6μ
m)またl−πφ2/2λであるから l=πx(1,56X]O’)2/2x532x10−
”=;718xlO’[m)であり、61=6x7.1
8X10−’:4.3X]O−” 〔m)を得る。即ち
具体的には焦点近傍の径15.6μm、長さ4.3罷の
空間からCaB6光の殆んどが得られて、空間分解能が
非常にすぐれていることがわかる。この焦点を移動させ
ることにより、各々の位置における原料種数を求めるこ
とができる。さらに便利なことはCaB6光は励起用の
レーザー光強度■1の2乗に比例し、原料種のストーク
ス光に等しいレーザー光強度工、に比例し、原料種数0
2乗に比例する非常に強度の高い光である。この結果、
放電中においても、非発光種であるところの原料種の計
測が可能となる。
さらにCaB8に用いる励起用およびストークス光用の
レーザー光は、原料ガスを分解しないので系を乱さずに
CaB6光のみ外部へとり出すことができる。またCa
B6光は1./1.000〜1/10秒オーダの短時間
に得られるので時間分解能にもすぐれている。さらに、
微弱な光強度でもこれを積算することもできるので極く
微量の原料種も測定することができる。また波長に対す
るCaB6光の強度から原料種の温度を測定することが
できる。このように、CaB6光を計測の手段として用
いることにより原料種数と温度を同時に計測することが
でき、薄膜の形成条件の制御に対し太いに有効である。
というのは薄膜の形成速度や均質性は原料種の数に支配
されるが薄膜の性質は形成温度に支配されると考えられ
るからである。それ故にCAR8光強度が同一になるよ
うに条件を制御することにより原料種数及び温度の均一
性が得られ、大面積基体への高速、均質形成が可能とな
る。
CaB6光の発生位置はガス相であり、薄膜が形成され
る基体主面から10mm以内の領域である。
この発生位置は反応圧力とともに変化するものである。
圧力が低い時には原料ガス種は反応室中に比較的均一に
分布するので発生位置は必ずしも主面から10龍以内に
ある必要はない。しかしながら反応圧力が高くなると原
料種の分布が大きく乱れてくるのでこの発生位置は基板
主面から10mm以内にあることが好ましく、さらに好
ましくは5mm以内である。またこの発生最適位置は薄
膜形成装置形状によっても変化する。発生位置の目安と
して反応圧力が低(0,4,Torr未満においては、
必ずしも10mm以内にある必要はない。たとえば0.
4〜1..OTorrでは10mm以内、]、、0TO
rr以」二では5 mm以内に発生位置をおくことが好
ましい。
本発明において有効に用いることのできる原料ガスはモ
ノシラン、ジシラン、トリシラン等のシリコン水素(I
J71ヤモノフロロシラン、ジフロロシラン、)−’)
フロロシラン、ヘキザフロロジシラン等のフッ素化シラ
ンである。また、ゲルマンやフッ素化ゲルマン等の5i
Ge合金用のガスやジボランやフォスフイン等の不純物
ガス(ドーピングガス)も原料として有効である。これ
らの中でも高速成膜に適し、ラマン共鳴の感受率の高い
ジシランが、本発明にお℃・では特に好ましい原料とし
て用いられる。勿論、とれもの原料は単独あるいは混合
した形態のいずれで用(・てもよく、水素やヘリウム等
のガスで希釈した状態においても有効に用いられる。
また基体としては導電制料や絶縁材料が用いられる。金
属板、金属箔、ガラス、セラミックス、高分子フィルム
、半導体材料は勿論これらの板や箔やフィルムにあらか
じめ薄膜が形成されたものなども有効に用いられる。
薄膜の形成条件は特に限定されるものではない。
CAR3光を有効に得るためには圧力は]、mTorr
以上であることが好ましい。高速成膜条件における原料
ガスの圧力は成膜装置によっても異るが、1、OOmT
orr〜数Torrであり、充分前述の圧力条件を満足
するものである。
〔発明を実施するだめの好ましい形態〕レーザへ光の入
射及びCAR8光の取出しの為の可視光に透明な材料た
とえばガラスや石英などで形成した窓を有するグロー放
電装置を成膜装置として用いる。
原料ガスを導入し、CAR8systemを作動させ基
体の薄膜形成面近傍の原料種数を計測する。この原料種
数が等しくなるように原料ガス流量、反応ガス排気量を
制御する。また該計測を二次元的あるいは三次元的に実
施したときに原料種数が大きく変動する時には原料ガス
導入方法及び排気方法あるし・は成膜装置の形状等を変
更する。しかしながら実施例のような場合は数点の計測
で流量、゛排気量及びガス導入孔に対する排気孔の位置
を変更するだけで充分であった。
また加熱後にCAR8光を計測するととによりガス温度
の計測ができる。CAR8光強度のスペクトルは原料種
温度により一義的に決まるので温度の絶対値を求める必
要はなく、制御のためには波長に対するCAR8光強度
を計測するだけでよい。このC,A、RS光強度のスペ
クトルが一定になるように基体加熱ヒータを制御する。
本発明は、実施例に示すように従来方法で用いられてい
る圧力計測によるグロー放電制御よりも、より精緻な制
御を可能とし、大面積基体への薄膜の形成、特に高速で
均質な形成技術に有用である。
次に実施例をあげて不法をさらに具体的に説明する。
〔実施例〕
容量結合型のグロー放電装置は膜厚の均一性がよいので
工業的にもよく使用されている。この装置によく用いら
れる成膜室の一例を模式的に第1図に示す。グロー放電
反応室1は電力印加電極4、基体保持電極2、ガス導入
手段に接続されたガス導入孔5、この導入孔に接続し該
反応室内にガスを送り込むための多数の小孔を有する多
孔板7、真空排気手段に接続された真空排気孔6,6′
及びレーザー光やCAR8光を通すための可視光に透明
な窓を少くとも有するものである。第1図には示してい
ないが基体加熱手段もまた有している。
のYAGレーザー光は変換器で532 nmであるとこ
ろの第2高調波に変化されYAGレーザーを出ていく。
この2倍の周波数を有するYAGレーザー光23は色素
レーザーに導入される。YAG第2高調波のうち一部は
色素レーザーの発振及び増巾に使用され残りはそのまN
23′として色素レーザーを通過する。色素レーザー光
24はCARSシステムのストークス光に相当するもの
である。これらのレーザー光23′及び24は二色性ミ
ラー26を通してコリニア−に重ね合わせレンズ28で
グロー放電反応室1中に焦点を結ばせる。コリニア−の
レーザー光8は透明窓9を通り反応室1中に導入すると
焦点50のごく近傍において原料種数に応じた強度のC
AR8Al5O12ずる。このCAR8光】1はレーザ
ー光23’、24とともに透明窓9′を通って反応室外
へ混合光10として取り出される。ついでこの混合光1
0を二色性ミラー32で分離し、CAR8Al5O12
リンドリカルレンズ34を通して分光器36に導入する
。分光器で分光された光はダイオードアレイ37で電気
信号に変換され、制御信号として制御系に導入される。
第3図は各測定位置におけるCA、R8光の強度を任意
目盛でプロットしたものである。なお、排気管は6′の
みを使用した。図中0.8Torrおよび0.4Tor
rは隔膜式圧力計13で測定したグロー放電室の圧力で
ある。本図における測定位置は基体3から3mm離れて
いる気相において−F部電極の中心点をx = Oとす
ると電極外縁がx = 50 mmで表わされる。本図
にお℃・てaおよびl)はそれぞれ電極中心点および電
極外縁を表わす。O,JTorrと圧力の低い場合にお
いてはCAR8光強度yが中心から10 mm程の間で
強いがそれ以外においては原料種は基体近傍の空間に比
較的均一に分配されていることがわかった。しかるに高
速成膜の条件であるところの圧力が0.8Torrと高
い場合にはCAR8光強度yは中心で0.5であり、外
縁で0.94であった。このように圧力によって原料種
の分布は逆転した。いまCAR8光強度yは原料種数n
の2乗に比例するのでy=kn2で表わされる。中心と
外縁の原料種数をそれぞれ”C5neとずればその比の
値(no/no)=(y8/yc)I72で表わされ第
1表のごとくなる。
第1表 いずれにせよ圧力の高低にかかわらず反応室内では原料
種は不均一に分布していることがわかる。
従来は圧力を検出することでのみ反応条件を制御してい
たので、本実施例で示すような原料種が不均一に分布す
ることを把握することができず高速での均一膜形成が困
難になっていた。本発明によりこの不均一性を検出し、
流量、排気量およびガス導入孔に対する気孔の位置を変
更すること等によりこれを制御することにより(すなわ
ちCAR8光強度を一定にすることにより)大面積基体
への高速均質形成が可能になった。
すなわち、20X/secを越える高製膜速度条件(た
とえば0.4 Torr以上)で光導重度10−5s/
儂を越える均質な薄膜を電極直径の8“割の大きさの基
本面に形成することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に用いられるグロー放電装置の一例を示
す断面図である。 第2図は本発明の原料種数検出システムの一例を示すブ
ロック図でありCARSシステムを用いるものである。 第3図はCARSシステムにより検出されたCAR8光
強度の反応器内位置依存性を示すグラフである。 第1図及び第2図において1・・・・グロー放電反応室
、2・・・・基体保持電極、3・・・・基体、4・・・
・放電電力印加電極、5・・・・原料ガス導入部、6,
6′・・・・真空排気孔、8・・・・レーザー光、9,
9′・・・・透明窓、10・・・・CAR8光を示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)グロー放電により原料ガスを分解して薄膜を形成
    する方法において、基体の薄膜形成主面近傍の原料種数
    を少くとも計測し、この数を制御する工程を含むことを
    特徴とする薄膜の形成法。
  2. (2)薄膜形成面から約10mm以内の原料種数を計測
    する工程を含む特許請求の範囲第1項記載の方法。
  3. (3)薄膜を高速で形成する特許請求の範囲第1項記載
    の方法。
JP9794685A 1985-05-10 1985-05-10 薄膜の形成法 Granted JPS61257478A (ja)

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JPS6254870B2 JPS6254870B2 (ja) 1987-11-17

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2473886C1 (ru) * 2011-09-01 2013-01-27 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Государственный Технический Университет Имени Н.Э. Баумана" Способ оценки кинетики образования наноразмерных пленок и изменения их оптических характеристик

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5518783A (en) * 1978-07-25 1980-02-09 Sharp Corp Electronic apparatus with function of counting number of issued slip

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WO2013032359A1 (ru) * 2011-09-01 2013-03-07 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Государственный Технический Университет Имени Н . Э . Баумана" (Мгту Им. Н.Э. Баумана) Способ оценки кинетики образования наноразмерных пленок и изменения их оптических характеристик
EA023105B1 (ru) * 2011-09-01 2016-04-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Способ оценки кинетики образования наноразмерных пленок и их оптических характеристик

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