JPS63142627A - 半導体薄膜の製造装置 - Google Patents

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１反応ガスのプラズマ分解により高性能の半導
体薄膜を形成する製造装置に関し、とくに高能率で薄膜
を形成する製造装置に関する。

［従来技術］ シリコン化合物をグロー放電法などのプラズマ分解によ
り得られる非晶質シリコン系の半導体薄膜が、光−電気
エネルギーの変換能力に優れ、電卓やデジタル時計等の
家電製品の光起電力素子として大量に利用されている。

さらに、主として工業的に利用される。いわゆる大電力
用太陽電池としては大面積の太陽電池を製造する必要が
あり、この点においても、非晶質シリコン系太陽電池は
９面積の拡充が比較的容易であり、大面積化の研究が行
われている。

しかしながら２通常用いられているグロー放電装置を用
いて、大面積に非晶質シリコン系の薄膜を均一に形成す
るに、いくつかの問題がある。

一般に、プラズマＣＶＤ製造装置として生産性に優れて
いるとされている容量結合型の平行平板電極を用いた場
合、高周波が印加される電極である高周波印加電極とグ
ランドされている電極の間のグロー放電が高周波印加電
極面内において、均一に生じなければ均一な薄膜が得ら
れない。さらに、大面積で薄膜を形成するためには、高
周波印加電極も大面積となり、高周波電流独特の表皮効
果が生し、また、電気力線に基づく端効果の結果。

高周波印加電極周辺のグロー放電が強くなり、得られた
薄膜の特性は、不均一なものとなる。

かかる問題を解決するために、薄膜が形成される基板の
大きさに対し、異常に大きな高周波電極を備えた装置と
なるので１　このために、製造装置は高価となり、生産
される製品コストは高くなって仕舞う。

また、一般に用いられている装置において、半導体薄膜
を形成するために高周波印加電極と高周波の印加されな
いグランド電位である電極の間（高周波電極間と以下称
す）に基板を設置するが。

導電性あるいは絶縁性である基板の伝導度により、高周
波電極間の電位状態が変化し、高周波電極間のインピー
ダンスの変化により、高周波電極間でのプラズマが変化
し１反応室壁側に拡がるなど不均一な放電が生じ、均一
な膜が得られないという問題があった。

さらに製造装置としてのプラズマＣＶＤ　ｌｉｄ’置は
。

通常、ステンレス製（Ｓ［ｌ５３１６．あるいは５ＵＳ
３０４等）が最も好ましいが３反応室壁からのガス放出
があるため、真空度が向上しに＜＜、また、形成された
薄膜中に不純物が混入しやすい。そのために、不純物混
入量を低減し、高品質の薄膜を形成するには１反応室壁
を長時間ベーキングする必要がある。

上記のことより、従来の薄膜製造装置においては１反応
室壁が、プラズマの均一性すなわち、形成される薄膜の
均一性に大きな影響を与えるものであった。

［基本的着想］ 本発明者らは１種々のプラズマＣＶＤ装置およびグロー
放電の詳細な検討の結果、高周波電極間に生じるプラズ
マが、高周波印加電極から見た導体や絶縁体の位置変化
により、乱されることのないような、電位分布状況を作
り出すことにより高周波電極間において、安定したプラ
ズマを生しさせることを見いだし１本発明を完成するに
到った。

［発明の目的１ 本発明の目的は、高周波電極間傍にある種々の導体や絶
縁体の変化に対してプラズマが乱されることがなく、高
周波電極内において、均一プラズマが生じ、被着される
基板上に均一な半導体薄膜を得ることのできる薄膜製造
装置を提供するものである。

［発明の開示］ 本発明は９反応性ガスのプラズマ分解法により、半導体
薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、該装置壁
がセラミクス・コーティングされており、かつ接地され
たシールド板を付設された高周波印加電極を有している
ことを特徴とする半導体薄膜の製造装置、を要旨とする
ものである。

以下９本発明の詳細な説明する。

本発明に用いるプラズマＣＶＤ装置とは１反応ガス導入
手段および排気手段を（ｑえた金瞑製の反応容器であり
、半導体薄膜が形成される基板を設置固定する治具であ
る基板キャリヤー、基板を加熱するための加熱手段、プ
ラズマを発生するための高周波印加電極および基板キャ
リヤーを移動させる搬送手段からなる。

本発明は、かかるＣＶＤ装置において、該装置壁がセラ
ミクス・コーティングされているものであるが１　ここ
でいうセラミクス・コーティングされる部分とは、プラ
ズマを発生させるために５高周波が印加される高周波印
加電極および基板キャリヤーを除く反応室壁全部分であ
ることが２望ましい。しかして、実用的な観点を考慮し
た場合、高周波印加電極平面と高周波印加電極に付随す
るプラズマ発散防止用のアース・シールドの面をつなぐ
直線の延長と反応室壁との交点より、被着される基板側
の反応室壁に施すだけで、高周波印加電極の背面側には
、コーティングする必要はなく。

本コーティングにより２本発明の目的は十分に達成され
る。

セラミクス・コーティングの材質としては。

５ｉ０２．　ＳＩＣ、５１３Ｎ４　、　ＢｅＯ、ＭｇＯ
、ＡＩｚＯ３，Ｚｒ０ｚ、　Ｃｒｚ（ｈ　、　ＷＣ，Ｔ
ｉｃ　、　Ｂ４Ｃ、Ｃ、ＢＮ等あり、それぞれ単独ある
いは混合して用いる。なかでも、形成される半導体薄膜
への不純物を考えた場合。

５ｉ（ｈ、　ＳｉＣ、５ｉＪａ　、　ＡｈＯｓ　、　Ｚ
ｒ０ｚ、　、　ＷＣ，ＴｉＣが望ましい。さらに、セラ
ミクス・コーティングの中では、工業的に見た場合５グ
ラス・ライニングが望ましく、グラス・ライニングの材
質については、Ｓ１０□を主成分とするケイ酸ガラスで
あり。

Ａｌ２Ｏ，、Ｃｏｏ　、　Ｂ、ｏｆｆ、　ＢａＯ、Ｎａ
ｚＯ等を含むものである。但し、形成される半導体薄膜
へのアルカリ金属の不純物混入を考慮し、　１Ｊａｚｏ
などを含まないホウケイ酸ガラス、他成分を不純物とし
て含まない純５ｉＯｚガラスが好ましい。

また、コーテイング膜の厚さについては、とくに指定さ
れるものではないが、　０．００１ｍｍ〜３０ｍｍ程度
が普通であり、コーティングする場合、工業的にみて０
．００１ｍｍ〜２０ｍｍが好ましい。

反応容器の材質は、ステンレス、ニッケルおよびニッケ
ル合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金などであ
るが、加工性、耐蝕性、取扱上ステンレス（ＳＵＳ３１
６．５ＵＳ３０４）が好ましいことはすでに述べた。

高周波印加電極については１容量結合型の平行平板電極
であり、形状はとくに問わないが２円板状あるいは四角
状が好ましい。

ガス導入手段については、高周波印加電極より吹き出す
シャワー・タイプが均一性、堆積効率および堆積速度の
点から、好ましい形態であるが。

本発明を実施するにおいては、いずれのガス導入手段を
用いても何ら問題を生じない。

ガス排気手段については、基板に対して２対称に排気さ
れることを考慮した排気口より行われることが、望まし
い。

基板の設置方向については１本発明の目的を達成するに
、何ら規定されるものではないが一般には、基板は、高
周波印加電極に対して対向させるものである。また、高
周波電極間（高周波印加電極とグランド電極）に基板を
設置せず、電極に対して垂直方向に設置した場合には、
大発明の効果はより顕著である。

用いる基板は、ガラス基板、酸化スズや酸化スズ・イン
ジウムの様な透明導電性膜付きガラス基板、セラミック
ス基板、アルミニウム、クロム。

ステンレス（ＳＵＳ３０４，３１６）などの金属蒸着し
たセラミックス基板やポリエチレンテレフタレートなど
の樹脂基板、ステンレス基板、多結晶および単結晶シリ
コン基板などである。

ここで用いる反応性ガスは、主にシリコン化合物ガスで
あり、一般式５ｉ６Ｈｚｎ−ｚ　　（ここでｎは。

自然数である）で示されるシラン、例えばモジラン、ジ
シランである。さらに、一般式５ｉＨ）ｔＦａ−８（ｘ
は、Ｏ〜４の整数）で示されるフルオロシラン、一般式
ＧｅｎＨｚ＋＋＋ｚ　　（ｎは、自然数）で示される水
素化ゲルマンなどである。また、目的に応して、フォス
フインＰＨ，、ジボランＢＪ６．水素Ｈｚ。

ヘリウムＨｅ、炭化水素ガスＣｙＨｚｙ、ｚ、　Ｃｖ４
ｈｙ、ＣＪ２１’−２は、自然数）、モノメチルシリコ
ンなどの有機けい素ガスなどを単独ないし添加して用い
る。

［発明を実施するための好ましい形態〕以下において２
本発明の好ましい実施の態様の概略を示す。

第１図は１本発明の半導体薄膜製造装置の好ましい一実
施例を示す概略図である。ここで示している装置は１反
応室３の前後に基（反仕込室４１と取出専用室５１を有
し、ゲート弁８により、各室相互の真空度は隔絶された
構成である。プラズマ発生用に、高周波電源１１が整合
回路１０を介して高周波印加電極１に接続されている。

高周波印加電極１には、１ｍｍギャップのアース・シー
ルド２が付帯されており、プラズマの拡がりを抑えてい
る。反応ガス３５〜３８は（４種類のガスは任意に混合
し導入できるように配管されている）　’Ｊ！ｊｉｔ計
３１〜３４を経て多数の孔が開口せしめられているシャ
ワー・プレートを備えた高周波印加電極１から１反応室
３に導入される。透明導電性膜付きガラス基板４は、基
板キャリヤー５に固定されており、その背面に設置され
ている加熱手段である加熱板６により、所定の温度に加
熱される。

本発明においては１反応室壁には、ホウケイ酸ガラス等
のグラス・ライニング７等のセラミクス・コーテングが
施されている事が特徴である。このグラス・ライニング
により、高周波印加電極周辺にガラス基板などの絶縁体
や金属基を反などの導電体が設けられても、高周波電極
間のプラズマが乱されずに、均一プラズマを維持するこ
とができ、基板上に均一な薄膜が形成されるのである。

ここでは１反応室が単室の装面について説明したが、半
導体薄膜を複数８Ｉ層する場合においては、反応室を複
数個有している装置についても適用できる。

〔実施例〕

上記した薄膜製造装置を用いて、非晶質シリコン薄膜を
形成した。作製条件は以下のとおりである。

高周波電カニ　　３０Ｗ　　（１３，５６ＭＨｚ　）基
板温度：２５０°Ｃ 導入ガス：　ジシラン ガス＠量：　　２０５ＣＣＭ 圧カニ　　　　０．ＩＴｏｒｒ 本発明の装置により形成した薄膜は、平均の堆積速度　
１５Ａ／ｓ　、膜厚分布±７％であった。

同様の条件により、セラミクス・コーテングされてない
対応する従来の従来のＣＶＤ装置を用いた場合、堆積速
度８Ａ／ｓ、膜厚分布±１８％であった

【図面の簡単な説明】

第１図は９本発明によるプラズマＣＶＤ装置の概略を模
式的に示す断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応性ガスのプラズマ分解法により、半導体薄膜
   を形成するプラズマＣＶＤ装置において、該装置壁がセ
   ラミクス・コーティングされており、かつ接地されたシ
   ールド板を付設された高周波印加電極を有していること
   を特徴とする半導体薄膜の製造装置。