JPS63274125A - 高周波印加電極体構造 - 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、グロー放電により、高性能の半導体薄膜を高
速で形成する製造装置における高周波印加電極に関する
ものである。

［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は、光−電気
エネルギーの変換能力に優れ、光起電力素子（すなわち
、非晶質シリコン系太陽電池）に好適に利用されている
。しかして、産業や生活に利用される、いわゆる大電力
用太陽電池とするためには、大面積の太陽電池を製造す
る必要があるが、この点においても、非晶質シリコン系
太陽電池は、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、通常用いられているグロー放電において
、大面積の非晶質シリコン系の薄膜を均一に、かつ、高
速度で形成するには、いくつかの問題があった。

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
接地されている電極の間において、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。

しかして、高周波印加電極が大面積となると、高周波を
流独特の表皮効果が生じ、有効に高周波電流を導入する
ことができず、また、電気力線にもとすく端効果および
先の表皮効果の結果、高周波印加電極周辺部のグロー放
電が強くなり、得られた薄膜の特性は、不均一となり、
また有効に高周波を導入できない。

また、高速形成を目的として、グロー放電を発生させる
場合、高周波印加電極周辺部のグローはより強くなり、
条件によっては、異常グロー放電も生じ、一般に高速形
成時には、異常放電が生じ易く、粉発生を起こすという
問題があった。

［発明の目的コ 本発明の目的は、高周波印加電極と接地電極間において
、均一なプラズマを有効に生じさせ、被着される基板上
に均一な半導体薄膜を高速に形成することのできる半導
体薄膜製造装置に具備されるべき高周波印加電極体を提
供することである。

［基本的着Ｌ”、］ しかして、本発明者らは、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、高周波印加電極と
接地電極間の空間においてプラズマを均一、かつ電力的
に有効に生じさせるためには、高周波印加電極と高周波
印加電極周辺をエア・ギャップにて囲むようにシールド
板を配置し、該シールド板の空間に存在する反応性ガス
雰囲気を薄くなるよう制御することが重要であり、かか
る知見に基づけば、上記目的を達成することが出来るこ
とを見出し、本発明を完成した。

〔発明の開示］ すなわち、本発明は、グロー放電を用いた薄膜半導体形
成装置において、グロー放電を発生させるために設けら
れた高周波印加電極と、咳高周波印加電極の周辺にエア
・ギャップを保ちながら囲むように配置されたシールド
板とを備えた高周波印加電極体とし、かつ、該エア・ギ
ャップ内に積極的にパージ・ガスの導入を可能にしたガ
ス導入手段を具備したことを特徴とする高周波印加電極
体構造、である。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明における高周波印加電極とは、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、円板状ある
いは四角状が製作の容易性および放電特性の点において
、好ましい形状である。材質については、とくに制限さ
れるものではないが、形成される半導体薄膜に与える不
純物量、電気伝導性、熱的安定性等を考慮するとステン
レス鋼である５ＵＳ３１６や５ＩＩＳ３０４が好適に用
いられ、アルミニウムも好ましい材料である。

本高周波印加電極体の構造は、添付第１図に示されてい
るように、基本的には、高周波が印加され、高周波電流
が流れる高周波印加電極１と、該高周波印加電極をエア
・ギャップを保ちながら囲むように配置されたシールド
板２からなる。このシールド板には、エア・ギャップ６
内に積極的にパージ・ガスを導入するためのガス導入手
段を具備している。ここでは、例えば、接続コネクター
７が付帯し、パージガス流量計２０からパージ・ガスを
導入できる構造になっている。

ここでいうパージ・ガスとは、ヘリウム、ネオン、アル
ゴン、クリプトン、キセノン等の不活性ガスや水素ガス
等である０本発明は、かかるパージ・ガスを導入し、エ
ア・ギャップ内の反応性ガスを希薄にするか、あるいは
、より好ましくは、実質的に存在させないようにするも
のであるが、その流量については、このような目的を達
成するために必要十分とすることが好ましく、具体的に
は、大略、５　”−１０００ｃｃ／ｎ＋ｉｎ　、より好
ましくは、５〜５００　ｃｃ／ｗｉｎ程度である。これ
より少ないと、本発明の効果が十分に得られず、また、
これよりあまりに大きい流量の場合は、薄膜形成反応に
撹乱を及ぼす。

本発明に用いるプラズマＣＶＤ装置、すなわちグロー放
電を用いた薄膜半導体形成装置は、上記した如く、グロ
ー放電を発生させるために設けられた高周波印加電極と
、該高周波印加電極の周辺にエア・ギャップを保ちなが
ら囲むように配置されたシールド板とを備えた高周波印
加電極体とし、かつ、該エア・ギャップ内に積極的にパ
ージ・ガスの導入を可能にしたガス導入手段を具備した
高周波印加電極体構造を特徴とするものであるが、その
他、装置を構成するために基本的に必要とされる要素は
当然具備している。例えば、反応ガス導入手段および排
気手段を備えた金属製の反応容器を主体とし、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、および基板キ
ャリヤーを移動させるための搬送手段等である。

反応容器の材質は、ステンレス、ニッケルおよびその合
金、アルミニウムおよびその合金などであるが、加工性
、耐蝕性および取扱上、ステンレス（例えば、５ＵＳ３
１６．５１１５３０４　）あるいはアルミニウムが好ま
しい。

反応ガス導入手段は、高周波印加電極の表面から、導入
されたガスが吹き出すシャワー・タイプのものが、均一
性、堆積速度および堆積効率の点から、好ましい形態で
あるが、本発明を実施するためには、このタイプのもの
にとくに制限されないことは勿論である。

ガス排気手段については、基板に対して、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、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、一般には、基板は、高
周波印加電極に対して対向させることが好ましい。

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（５１１５
３１６、Ｓυ５３０４　）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ツク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。

本発明で使用する反応性ガスは、主にシリコン化合物ガ
スであり、一般式Ｓ　Ｉ　ｎ　Ｈｚ　、、。才（ここで
ｎは！、２．３、・・−等の自然数　）で示されるシラ
ン、例えばモノシラン、ジシランである。さらに、一般
式ＳＩＨ，Ｆ４−ｙ（χは、Ｏ〜４の整数）　で示され
るフルオロシラン、一般式Ｇ　ｅ　ｓ　Ｈ□。ｚ（ｎは
、１．２．３、・・・等の自然数）で示される水素化ゲ
ルマンなどである。また、目的に応じて、フォスフイン
ＰＨ３、ジポランＢｔＨｂ、ヘリウムＨｅ。

Ｃｙｔｈｙ＊２、ＣＪｔｙ、ＣｖＨｔｙ−ｚ　（ｙは、
１．２．３、−・・等の自然数）で示される炭化水素ガ
ス、モノメチルシラ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。

以下、実施例について、詳細に説明する。

［実施例］ 本発明の高周波印加電極体構造を用い、パージガスとし
てヘリウムを使用し、アモルファスシリコン薄膜を成膜
した０反応性ガスは、モノシラン、水素稀釈モノシラン
、ジシランおよびヘリウム稀釈ジシランのいずれかを用
いた。まず、基板挿入室に基板キャリヤーを設置し、低
真空系と高真空系から１０−’ｔｏｒｒ台まで真空排気
した後、反応室内に基板キャリヤーを搬送手段にて、移
送し、高真空排気系にて、１０−’ｔｏｒｒ台まで排気
し、加熱手段で基板キャリヤーに設置された基板を所定
の温度になるまで加熱する。所定の基板温度に達した後
、反応室内に反応性ガスを流量計を通して導入し所定の
反応圧力に設定し、１３．５６　ＭＨｚの高周波を高周
波印加電極に供給し、グロー放電を生じさせ、成膜した
。これらの結果を以下に示した。

５ｉｚＨ＊　　　　２０　　ｃｃ／ｍｊｎ高周波電力　
５０　　ｍＷ／ｃｍ” 基板温度　　３００　’Ｃ 反応圧力　　０．２　ｔｏｒｒ 基板寸法　　１００ｍＬＯＯｖａｅａ 底厳扛果； 堆積速度　　　３０　　Ａ／ｓｅｃ 堆積速度分布　±ｌＯχ 代表的な光伝導層　３．５本１０−’　　Ｓ／ｃｍ代表
的な暗像導度　１．２＄１０−”　　Ｓ／ｃｔａまた比
較例として、従来型の高周波印加電極を用い、成膜した
結果を以下に示した。

成膜条件；　前記と同条件 或ｍ医； 堆積速度　　　８　　Ａ／ｓｅｃ 堆積速度分布　±３５χ 代表的な光転導度　８．０＊１０−’　　Ｓ／ｃｍ代表
的な暗転導度　１．０１１１０−Ｉ０５／ａｍ［発明の
効果］ 以上のごとく、本発明の高周波印加電極体構造を用いれ
ば、大面積の均質成膜が、高速堆積で、高堆積効率にて
得られ、得られた薄膜の特性も優れ、膜厚分布の良好な
膜の成膜が可能である。

何故、かかる効果が得られるかについての詳細な機構は
勿論明らかではないが、本発明の電極体構造のパージ・
ガス導入手段により、エア・ギツプ部に於ける反応性ガ
ス密度を下げうるため、アースシールド部にグローが入
り、張りつき放電が生ずるのを、効果的に防止すること
が出来るためではないかと推察している。

いずれにせよ、本発明の電極体構造により、以上の顕著
な効果が得られるのであるから、その産業上の利用可能
性は、極めて大きいと言わねばならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による、エア・ギヤツブ内ガス強制導
入型高周波印加電極構造体が真空反応槽に付帯されてい
る断面を模式的に示した模式断面図である。 図において、 １−・・−・・−・−高周波印加電極および薄膜形成用
ガス分散放出電極、２−・・−・−・−高周波シールド
板、３・−・・・・・・・−絶縁碍子製真空シール治具
、４・・−・−−一−−−−基板加熱板、５−・−・・
・・・−・−半導体薄膜が被着される基板、６−・・・
・・・・−・整合回路、７・・・−・・・・−高周波電
源、１０〜１２・−・・・・・−薄膜形成用反応ガス流
量計、２０−・・・・・−・・〜・パージ−・・ガス流
量針

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）グロー放電を用いた薄膜半導体形成装置において
   、グロー放電を発生させるために設けられた高周波印加
   電極と、該高周波印加電極の周辺にエア・ギャップを保
   ちながら囲むように配置されたシールド板とを備えた高
   周波印加電極体とし、かつ、該エア・ギャップ内に積極
   的にパージ・ガスの導入を可能にしたガス導入手段を具
   備したことを特徴とする高周波印加電極体構造。