JP2002008982A

JP2002008982A - プラズマｃｖｄ装置

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Publication number: JP2002008982A
Application number: JP2000182767A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Yamamoto; 泰幸山本; Masanobu Azuma; 正信東
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2000-06-19
Filing date: 2000-06-19
Publication date: 2002-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】安定したプラズマが得られ、欠陥の少ない高
品質のシリコン薄膜を短時間で生産性良く形成すること
が可能なプラズマＣＶＤ装置を提供する。【解決手段】本体がステンレス鋼等の導電性材料で構
成されており、その内部を真空状態に維持できる反応チ
ャンバーと、該反応チャンバー内にシラン系ガス等の反
応ガスを供給するための反応ガス供給手段と、該反応チ
ャンバー内に供給された反応ガスをプラズマ化して高電
子密度の反応ガスプラズマを発生させるための反応ガス
プラズマ発生手段と、その表面に薄膜が形成される基材
を保持するための基材保持手段とを有するプラズマＣＶ
Ｄ装置において、反応チャンバー内の反応ガスプラズマ
が接触する部分の少なくとも一部が、当該部分を絶縁体
で被覆する等の方法により反応チャンバー本体と電気的
に絶縁されているプラズマＣＶＤ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、プラズマＣＶＤ装
置及び該装置を用いて薄膜を形成する製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、非晶質シリコン、微細結晶粒シリ
コン、酸化シリコン、窒化シリコンなどの薄膜は、薄膜
トランジスタなどの半導体素子、光電変換素子などに広
範に用いられている。特に、この中でも、非晶質シリコ
ンは、高い光導電率及び低い暗導電率などの優れた電気
特性を有し、しかも耐久性が高いため、太陽電池などの
光電変換素子などに用いられている。

【０００３】このような非晶質シリコン薄膜を形成する
一般的な方法としては、ＣＶＤ（化学気相蒸着）法、例
えば、高周波プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、電子サイ
クロトン共鳴（ＥＣＲ）ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法などがあ
る。

【０００４】これらの方法の中でも、容量結合型プラズ
マの一種である高周波プラズマＣＶＤ法が、ダングリン
グボンド（未結合手）等の構造的欠陥の生成を低く抑
え、３次元的なシリコン網目構造を効率的に形成するこ
とが可能であることなどから広く用いられている。

【０００５】この方法は、モノシラン（ＳｉＨ₄）、ジ
シラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）等の原料ガスを希釈用の水素ガスに
同伴させて真空反応チャンバー内に導入するとともに、
真空反応チャンバー内に互いに対向して配置された２つ
の電極間に高周波電力を印加して、高周波電界を発生さ
せて、この電界内で電子を原料ガスの中性分子に衝突さ
せて、高周波プラズマを形成して原料ガスを分解し、一
方の電極上に設置された基材表面にシリコン薄膜を形成
する方法である。

【０００６】この高周波プラズマＣＶＤ法では、プラズ
マ密度が、例えば、１０⁹ｃｍ^-3以下と低く、シリコン
薄膜の形成速度が遅いため比較的高品質な膜が得られ易
い。しかしながら、高いガス圧力を必要とするので、気
相中での２次反応によりポリマー状の分解生成物が生成
したり、反応チャンバー内の放電によるチャンバー壁へ
の付着物質による汚染、または電極への付着物質による
汚染によって薄膜品質の低下をきたすおそれがあった。

【０００７】このため、最近では、容量結合型プラズマ
の代わりに、誘導結合型プラズマを利用した誘導結合型
プラズマＣＶＤ法が用いられるようになっている。この
誘導結合型プラズマ法は、高周波コイル（ＲＦアンテ
ナ）に高周波電力を印加して、誘導結合型プラズマを発
生させて、高周波コイルに対向して配置された基材上
に、シリコン薄膜を形成する方法である。この誘導結合
型プラズマ法では、例えば、１０¹⁰〜１０¹²ｃｍ^― ³程
度の高いプラズマ密度が得られ、プラズマ発生条件の調
整により有効ラジカル種（ＳｉＨ₃ラジカル）を多く発
生させることも可能である。しかも薄膜の成長表面或い
は積層時の界面に悪影響を及ぼすと思われているイオン
の発生が少なく、例えば、０．１〜５０ｍＴｏｒｒの低
い圧力でも反応を行うことができるようになっている。

【０００８】また、この誘導結合型プラズマＣＶＤの装
置は、従来の容量結合型プラズマＣＶＤ装置とは異な
り、対向電極を使用する必要がないため、装置内部の空
間に自由度がある。このため、例えば、基材ステージに
対向して反応ガス供給ノズルを設置して、反応ガスの有
効利用率を高くすることも可能である。

【０００９】このような誘導結合型プラズマ法を用いた
方法として、特開平１０−２７７６２号公報には、反応
チャンバーの外部の上部に渦巻状の高周波コイルを配置
し、表面に酸素を含まないシリコン膜を蒸着した石英材
の誘電体窓を反応チャンバー上部に形成するとともに、
この誘電体窓と基材との間にリング状に形成したガス供
給ノズルを備えた誘導結合型プラズマＣＶＤ装置が開示
されている。

【００１０】ところが、このような誘導結合型プラズマ
ＣＶＤ装置では、反応チャンバー外部に高周波コイルを
配設して、誘電体窓を介して高周波を誘導しているため
に、反応圧力を、例えば７×１０^― ²Ｔｏｒｒと比較的
高くしなければ高周波を誘導できないため、プラズマ中
にガスミスト（パウダー）が発生しやすく、その結果、
基材表面のシリコン薄膜に不純物が混入してしまい、均
一で、欠陥の少ない高品質のシリコン薄膜を形成するに
はまだまだ不十分であった。

【００１１】また、この場合、反応チャンバー外部に高
周波コイルを配設して、誘電体窓を介して高周波を誘導
しているために、高周波の伝達が良好ではなく、基材表
面への析出速度が遅く、生産効率が良好ではなかった。

【００１２】一方、「Low Temperature Growth of Amor
phous and Polycrystalline Silicon Films from a Mod
ified Inductively Coupled Plasma」, M.Goto等, Jpn.
J.Appl. Phys. Vol. 36 (1997), pp.3714-3720には、
誘導結合型プラズマＣＶＤ方法において、反応チャンバ
ー内部に高周波コイル（ＲＦアンテナ）を配設して、低
い反応圧力で、低電圧で安定なプラズマを発生すること
の可能な内部励起型の誘導結合型プラズマＣＶＤ装置が
開示されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者等の検討によれば、ＲＦアンテナを内部に配設した上
記誘導結合型プラズマＣＶＤ装置では、作製条件によっ
ては反応ガスプラズマが点滅し不安定になったり、ある
いは反応ガスプラズマが形成されにくくなったりし、高
品質の薄膜を安定して得ることが困難となるといった問
題があることが明らかとなった。また、該装置を用いて
製膜を行う場合、膜厚制御を正確に行うために、シャッ
ターを使用して反応ガスプラズマと基材との接触を一時
的に遮断することが一般的に行われているが、基材とプ
ラズマとの間でシャッターを開閉した場合に、プラズマ
の不安定化が特に起こりやすいという問題、さらには、
膜作製条件を変更するために、基材と高周波コイルの距
離やチャンバー壁と高周波コイルの距離等を変えると、
反応ガスプラズマの発光強度が変化するという問題があ
ることが明らかとなった。

【００１４】そこで、本発明は、高品質の薄膜を効率よ
く製造することが可能なプラズマＣＶＤ装置、より具体
的には、安定な高電子密度の反応ガスプラズマを発生す
ることができるプラズマＣＶＤ装置を提供することを目
的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、この様な
実状を鑑みて、誘導結合型プラズマを薄膜の作製に用い
る場合において、安定したプラズマを容易に得るべく、
鋭意検討を行った。その結果、反応チャンバー内の反応
ガスプラズマと接触する部分をセラミックス等の絶縁体
で被覆する等して反応ガスプラズマと接触する部分と反
応チャンバーとを電気的に絶縁する処置を行うと、安定
な誘導結合型プラズマを発生させることができることを
見出した。そして、更に検討を行ったところ、このよう
な処置を行ったＣＶＤ装置を用いてシリコン膜の堆積を
行ったところ、約１０ｎｍ／秒の高速でシリコン膜が得
られることを見出し、本発明を完成するに至った。

【００１６】即ち、第一の本発明は、本体が導電性材料
で構成されており、その内部を真空状態に維持できる反
応チャンバーと、該反応チャンバー内に反応ガスを供給
するための反応ガス供給手段と、該反応チャンバー内に
供給された反応ガスをプラズマ化して高電子密度の反応
ガスプラズマを発生させるための反応ガスプラズマ発生
手段と、その表面に薄膜が形成される基材を保持するた
めの基材保持手段とを有するプラズマＣＶＤ装置におい
て、反応チャンバー内の反応ガスプラズマが接触する部
分の少なくとも一部が反応チャンバー本体と電気的に絶
縁されていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置であ
る。

【００１７】本発明は理論に拘束されるものではない
が、従来のプラズマＣＶＤ装置においては、プラズマ中
の電離した電子が金属等の導電性材料で構成される反応
チャンバー本体（通常接地されている）に流入し消滅し
てしまうため、プラズマのポテンシャルが低下し、安定
したプラズマを生成し難くなっていたのに対し、上記本
発明のプラズマＣＶＤ装置においては、このような反応
ガスプラズマ中の電子の消滅が起こり難くなっているた
め、反応ガスプラズマの安定化が図られたものと思われ
る。また、本発明のプラズマＣＶＤ装置においては、反
応チャンバーにプラズマが接しても電離した電子が消滅
しにくいため、反応チャンバーの容積を小さくすること
が可能である。さらに、本発明のプラズマＣＶＤ装置の
中で、それが移動することにより反応ガスプラズマと基
材との接触および非接触を制御するシャッターを有する
態様については、反応ガスプラズマを形成する開始時に
シャッターが閉じた状態であっても、プラズマを安定し
て形成することが可能であり、また、シャッターの開閉
によりプラズマの状態が変わることがないため、高周波
回路のマッチングをシャッターの開閉前後で大幅に再調
整する必要が無くなるというメリットもある。

【００１８】また、本発明のプラズマＣＶＤ装置の中で
も、反応チャンバー内に高周波印加コイルが設置された
誘導結合型プラズマＣＶＤ装置は、コイルに高周波電力
を印加することによって、反応チャンバー内に供給する
反応ガスとともに生じる誘導結合型プラズマの発生効率
が良好となるとともに、その反応ガスの反応圧力を低く
することができ、プラズマ中にガスミスト（パウダー）
が発生しにくいため、均一で、欠陥の少ない高品質の薄
膜を高速で形成できるという特徴を有する。

【００１９】また、第二の反発明は、前記本発明のプラ
ズマＣＶＤ装置を用いて、基材上に薄膜を形成すること
を特徴とする薄膜の製造方法である。

【００２０】該本発明の製造方法では、高い電子密度を
有する反応ガスプラズマが安定して得られることから、
原料ガスの分解効率が向上し、高製膜速度で高品質の薄
膜を製造することが可能である。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明のプラズマＣＶＤ装置は、
本体が導電性材料で構成されており、その内部を真空状
態に維持できる反応チャンバーと、該反応チャンバー内
に反応ガスを供給するための反応ガス供給手段と、該反
応チャンバー内に供給された反応ガスをプラズマ化して
高電子密度の反応ガスプラズマを発生させるための反応
ガスプラズマ発生手段と、その表面に薄膜が形成される
基材を保持するための基材保持手段とを有する。

【００２２】本発明のプラズマＣＶＤ装置は、反応チャ
ンバー内の反応ガスプラズマが接触する部分の少なくと
も一部が反応チャンバー本体と電気的に絶縁されている
こと以外は、従来の高電子密度プラズマを用いる誘導結
合型プラズマＣＶＤ装置、電子サイクロトン共鳴（ＥＣ
Ｒ）ＣＶＤ装置等と特に変わる点はない。

【００２３】例えば、反応チャンバーは、その本体がＳ
ＵＳ３０４などのステンレス鋼等の導電性材料で構成さ
れており、真空ポンプ等の排気手段によりその内部を真
空状態に維持することができる容器であれば特に限定さ
れず、円筒状、あるいは中空な（略）球状の形状を有す
る容器等の従来のプラズマＣＶＤ装置で使用されている
公知の反応チャンバーが使用できる。なお、該反応チャ
ンバーは、反応ガスプラズマ発生手段の構造等によって
は、反応ガスプラズマ発生室のような反応チャンバー内
に開口した室を有していてもよい。

【００２４】また、前記反応ガス供給手段は反応チャン
バー内に、プラズマ化して反応し薄膜の原料となる反応
ガスを供給する手段であれば特に限定されないが、通常
は、ガスボンベ（シリンダー）等のガス貯蔵容器から調
圧弁や流量調節器を介し、更に必要に応じてガス混合器
や温度調整器を介して反応チャンバー内に反応ガスを導
入するための配管である。ここで、反応ガスとは、薄膜
の直接原料となるガス（原料ガス）あるいはこれを希釈
したガスを意味する。薄膜の直接原料となるガス（原料
ガス）は、製造する薄膜の種類によって適宜決定され、
例えば、シリコン膜を形成する場合にはシラン系のガス
が、ダイヤモンド膜を形成する場合にはハイドロカーボ
ン系のガスが用いられる。また、希釈ガスとしては、水
素、ヘリウム、アルゴン等が用いられる。

【００２５】また、前記反応ガスプラズマ発生手段は、
反応チャンバー内に供給された反応ガスをプラズマ化し
て高電子密度の反応ガスプラズマを発生させるための手
段であれば特に限定されない。ここで高電子密度の反応
ガスプラズマとは、１０¹⁰〜１０¹²ｃｍ^-3程度の電子密
度を有する反応ガスプラズマであり、このような電子密
度のプラズマを発生することができる誘導結合型プラズ
マ発生機構、ＥＣＲプラズマ発生機構等が該反応ガスプ
ラズマ発生手段に相当する。なお、プラズマの電子密度
はラングミュア・プローブ法でプラズマ診断をすること
により測定することができる。

【００２６】上記の誘導結合型プラズマ発生機構とは、
該反応チャンバーの内部又は外部に基材と対向するよう
に配置された高周波印加コイルに高周波電力を印加し
て、該高周波印加コイル近傍に存在する反応ガスをプラ
ズマ化し、圧力差あるいは拡散現象等を利用して反応ガ
スプラズマを基材に誘導するものである。また、ＥＣＲ
プラズマ発生機構とは、磁場を発生させる手段によっ
て、永久磁石型と発散磁場型（電磁石によって磁場を発
生させる）とに分類され、、永久磁石型では基材と対向
するように設置されたアンテナから発せられるマイクロ
波で反応ガスがプラズマ化される。また、発散磁場型の
場合には、電磁石により形成される発散磁場内に存在す
る反応ガスにマイクロ波を照射する等によって反応ガス
をプラズマ化し、発生した反応ガスプラズマを磁場で基
材に誘導するものである。該発散磁場型においては、通
常プラズマ室（或いはプラズマ発生室）と呼ばれ、その
開口部が基材と対向するように設けられた室内でプラズ
マ発生させるためのガス（以下、プラズマ発生ガスとも
いう。通常、水素、ヘリウム或いはアルゴンを用い
る。）あるいは反応ガスをプラズマ化し、プラズマ発生
ガスを用いてプラズマ化した場合には該プラズマに反応
ガスを導入してさらにこれをプラズマ化して反応ガスプ
ラズマとしている。

【００２７】本発明のプラズマＣＶＤ装置が有する前記
基材保持手段とは、その表面に薄膜が形成される基材を
保持することができる手段であれば特に限定されず、例
えば、基材を直接設置するための基材設置部（ステー
ジ）が、反応チャンバー内に該反応チャンバー本体に固
設された支持部材で支持されているか、又は上下等に摺
動可能なように（反応チャンバー内の真空度を維持した
状態で移動できるように）反応チャンバー本体に貫設さ
れた支持部材で支持されている構造からなるものが例示
できる。なお、従来のプラズマＣＶＤ装置においては、
これら支持部材および基材設置部は、作製時の加工の容
易さ等の理由から、金属等の導電性材料で構成されてい
るのが通常である。

【００２８】また、本発明のプラズマＣＶＤ装置は、そ
れが移動することにより反応ガスプラズマと基材との接
触および非接触を制御するためのシャッターをさらに有
していてもよい。このようなシャッターを有することに
より、プラズマ形成開始時の不安定さの影響を受けず
に、堆積時間を制御することが可能となる。該シャッタ
ーは、上記のような機能を果たすものであれば、その構
造は特に限定されないが、代表的なシャッターを例示す
れば、反応チャンバー本体に摺動可能なように（反応チ
ャンバー内の真空度を維持した状態で前後等に移動或い
は回転することができるように）貫設された支持部材で
支持されている板状体からなるシャッターを挙げること
ができる。該シャッターにおいては、板状体は基材より
大きな面積を有しており、その射影が基材を完全に覆う
ようにして該板状体が反応ガスプラズマ発生手段と基材
との間に存在する場合には、反応ガスプラズマと基材と
の接触が物理的に遮断され、支持部材を前後に移動させ
たり、回転させたりして板状体の射影が基材を覆わない
様にすることにより反応ガスプラズマと基材との接触を
回復させることができる。なお、従来のプラズマＣＶＤ
装置においては、これら支持部材およびシャッターは、
作製時の加工の容易さ等の理由から、金属等の導電性材
料で構成されているのが通常である。

【００２９】本発明のプラズマＣＶＤ装置は、上記シャ
ッターの他にも、基材の温度を制御するための基材温度
調整手段（例えば、シーズヒーターを用いたり冷却媒を
通すことにより基材設置部を加熱したり冷却したりする
機構、或いは赤外線ヒーターにより基材を加熱する機構
等）、処理すべき基材を本装置に導入するために出し入
れするロードロック室、真空度を維持した状態で基材を
反応チャンバー内にセットしたり取り出したりするため
の基材移動設備（これを介して基材を移動させるための
遠隔操作可能なロッド、ロードロック室との間に設置さ
れるゲートバルブ等）等を有していてもよい。

【００３０】本発明のプラズマＣＶＤ装置においては、
反応チャンバー内の反応ガスプラズマが接触する部分の
少なくとも一部が反応チャンバー本体と電気的に絶縁さ
れていることが必須である。反応チャンバー内の反応ガ
スプラズマが接触する部分の全てが反応チャンバー本体
と電気的に接続している場合には、安定な反応ガスプラ
ズマを得ることができず、所期の目的を達成する事がで
きない。効果の観点からは、反応チャンバー内の反応ガ
スプラズマが接触する部分の全部が反応チャンバー本体
と電気的に絶縁されていることが最も好ましいが、効果
に与える影響の大きさから、少なくとも基材設置部と反
応チャンバー本体とは電気的に絶縁されているのが好ま
しく、さらにシャッターを有する場合には、シャッター
も合わせて反応チャンバー本体と電気的に絶縁されてい
るのが特に好ましい。さらに、反応チャンバーの内壁面
に関しては、反応ガスプラズマが接触する部分（プラズ
マＣＶＤ装置が前記プラズマ発生室を有する場合には該
室の内面も含まれる）の部総面積の７０％以上、特に９
０％以上が反応チャンバー本体と電気的に絶縁されてい
るのが好適である。

【００３１】反応チャンバー内の反応ガスプラズマが接
触する部分の少なくとも一部を反応チャンバー本体と電
気的に絶縁する方法は、特に限定されず、反応ガスプラ
ズマが接触する部分の少なくとも一部を絶縁体で構成す
る、或いは反応ガスプラズマが接触する部分の少なくと
も一部と反応チャンバー本体との間に絶縁体を介在させ
る等の方法が採用される。なお、反応ガスプラズマが接
触する部分の少なくとも一部を絶縁体で構成する場合に
は、絶縁したい部分の部材全体を絶縁体で構成してもよ
いし、絶縁体でコーティングする等の方法によりその表
層のみを絶縁体で構成してもよい。この時用いる絶縁体
は、特に限定されず、アルミナ、シリカ、窒化アルミニ
ウム等のセラミックス；ガラス等が使用できる。

【００３２】本発明のプラズマＣＶＤ装置では、安定し
た高電子密度の反応ガスプラズマを得ることができるの
で、該装置を用いてシリコン、ダイヤモンド等の薄膜を
プラズマＣＶＤ法で形成した場合には、高品質な薄膜を
安定して再現性良く、しかも高速で得ることができる。
この時の製膜方法は、本発明のプラズマＣＶＤ装置を用
いる点以外は、従来のプラズマＣＶＤ装置を用いた場合
と特に変わる点はない。

【００３３】以下に、反応ガス発生手段として反応チャ
ンバー内に高周波印加コイルを設置した誘導結合型プラ
ズマ発生機構を採用した本発明のプラズマＣＶＤ装置
（以下、本発明の誘導結合型プラズマＣＶＤ装置とも言
う。図１にその概略を示す。）を用いてシリコン薄膜を
製造する場合を例に、本発明のプラズマＣＶＤ装置、及
び本発明の薄膜の製造方法について更に詳しく説明す
る。

【００３４】図１に示される本発明の誘導結合型プラズ
マＣＶＤ装置１０は、例えば、ＳＵＳ３０４などのステ
ンレス鋼などの導電性材料から構成され、真空状態に維
持される円筒形の反応チャンバー１２を備えており、反
応チャンバー１２の底壁１６に形成された排気口１３を
介して、真空ポンプなどの真空源に接続することによっ
て、一定の真空状態に維持されるようになっている。そ
して、該反応チャンバー１２の内壁の反応ガスプラズマ
と接触する部分は、アルミナや窒化アルミニウム等のセ
ラミックスからなる絶縁体で被覆されている。

【００３５】また、反応チャンバー１２の内部には、表
面にシリコン薄膜等の薄膜を蒸着する基材Ａを設置する
基材設置部（ステージ１４）が配置されている。該のス
テージ１４は、反応チャンバー１２の底壁１６を貫通し
て、図示しない駆動機構によって上下に摺動可能な支持
部材１５によって支持されることにより位置調整可能と
なっているとともに、図示しない、例えばシーズヒータ
などの加熱機構によって、基材Ａを加熱することができ
るようになっている。なお、図示しないが、支持部材１
５と底壁１６との間の摺動部分には、反応チャンバー１
２内の真空度を確保するために、シールリングなどのシ
ール部材が配設されている。そして、該ステージ１４
は、その表面がセラミックス等の絶縁体で被服されるこ
と（図示しない別な態様として、支持部材１５と底壁１
６との間等にセラミック等の絶縁体を介在させること）
によりチャンバー本体と電気的な絶縁が取られている。

【００３６】一方、反応チャンバー１２の上方には、リ
ング形状の高周波印加コイル１８が設けられており、そ
の基端部分２０及び２２が、反応チャンバー１２の頂壁
１７を貫通して、反応チャンバー１２外部に設けられた
高周波電源２４に接続されている。この高周波印加コイ
ル１８と高周波電源２４の間には図示しないマッチング
回路が配設されており、高周波電源２４により発生した
高周波を損失なく高周波印加コイル１８へ伝播できるよ
うになっている。

【００３７】この高周波印加コイル１８の径は通常３〜
３０ｃｍ、好適には５〜２０ｃｍである。このようなコ
イル径であれば、各コイルの中心部付近において薄膜の
厚さが薄くなくことを避けることが出来、しかも製膜速
度を速くすることが出来る。図１には高周波印加コイル
としてリング状のものが１つ設置された態様を示した
が、該コイルは渦巻き状等の他の形状でもよく、設置数
は２以上であってもよい。

【００３８】なお、この高周波コイル１８の材質として
は、金属製、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス
鋼、銅、アルミニウムなどの加工しやすい材質から選択
すれば良く、特に限定されるものではない。また、高周
波コイル１８の表面は、アルミナ、窒化アルミニウム等
の絶縁体で被覆されていてもよい。

【００３９】また、付着したシリコン膜が剥がれにくく
するため等、コイルを加熱する場合においては、例え
ば、シーズヒータを高周波コイル１８の内部に埋設する
加熱手段や熱媒体のシリコーンオイルをコイル中に循環
させるなどの方法によって、高周波コイルを加熱するこ
とも勿論可能である。

【００４０】また、反応チャンバー１２には、該反応チ
ャンバー１２の頂壁１７を貫通して、リング形状の高周
波印加コイル１８の中心を通過する様に、複数のガス吹
き出し孔を有するシャワーノズル状（或いはリング状）
の反応ガス導入ノズル２５が設けられており、該反応ガ
ス導入ノズル２５から反応ガスが図示しない反応ガス供
給源から図示しない流量計を通して導入される。

【００４１】反応ガス供給源は、例えば、モノシラン
（ＳｉＨ₄）、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）等の原料ガスをそ
のまま、或いは水素、ヘリウム、アルゴン、キセノン等
の希釈用のガスと混合して供給できるように、各種ガス
シリンダー、調圧弁、および必要に応じてガス混合器を
具備している。

【００４２】また、高周波コイル１８とステージ１４の
間にはシャッター１９が設置されており、この開閉によ
って堆積時間が制御される。なお、シャッター１９の表
面は、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミックスで
被覆されることによって｛図示しない別の態様として
は、又は、シャッターの支持部材にセラミックス等の絶
縁体（ガイシなど）をはさんでもよい｝反応チャンバー
本体と電気的な絶縁が取れるようになっている。

【００４３】さらに、反応チャンバー１２の側部には、
図示しないゲートバルブがあり、これを介して、処理す
べき基材Ａを出し入れするためのロードロック室（図示
していない）に接続されている。

【００４４】このように構成される本発明の誘導結合型
プラズマＣＶＤ装置を用いた誘導結合型プラズマＣＶＤ
による薄膜の作製方法について以下に説明する。

【００４５】先ず、真空ポンプなどの真空源を作動する
ことによって、排気口１３を介して排気することによ
り、反応チャンバー１２内を真空状態に維持する。反応
チャンバー１２内を高真空にすることにより、シリコン
膜の不純物源となる酸素、炭素、窒素等を除去すること
ができる。この時の圧力は、１×１０^-6Ｔｏｒｒ以下と
するのが好適である。

【００４６】次に、反応チャンバー１２の側部に接続さ
れた圧力調整室内に、処理すべき、例えばガラス基板、
金属基板などからなる基材Ａを搬入した後、この圧力調
整室内の圧力を反応チャンバー１２内の圧力と同じ真空
度になるように調整する。そして、ゲートバルブを開放
して、基材Ａを反応チャンバー１２内のステージ１４の
上に載置する。

【００４７】そして、反応チャンバー１２の外部に設け
られた高周波電源２４から高周波印加コイル１８に高周
波を印加するとともに、図示しない反応ガス供給源か
ら、高周波印加コイル１８に形成された反応ガス供給経
路を介して、反応ガスを反応チャンバー１２内に供給す
る。これにより、高周波印加コイル１８に印加された高
周波によって、誘導結合型プラズマを発生させて、ステ
ージ１４に載置された基材Ａの表面にシリコン薄膜を析
出形成するようになっている。

【００４８】なお、この際の反応チャンバー１２内の圧
力（反応圧力）は、好ましくは０．３〜１００ｍＴｏｒ
ｒ、より好ましくは５〜３０ｍＴｏｒｒとするのが望ま
しい。このような圧力に制御することによって、プラズ
マ中にガスミスト（パウダー）の発生を防止し、均一
で、欠陥の少ない高品質のシリコン薄膜を形成すること
ができる。但し、反応チャンバーの形態やガスの導入・
排気の方法等によってはプラズマ中のガスミスト（パウ
ダー）の発生が多少変化するため、反応圧力は一義的に
決定できない。

【００４９】この場合、高周波電力としては、１０Ｗ〜
３ＫＷであり、高周波の周波数としてはマッチング回路
での調整を考慮すれば、５ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの高周
波とするのが好ましく、さらに好ましくは、１０ＭＨｚ
〜１００ＭＨｚとするのが望ましい。

【００５０】また、反応チャンバー１２内に導入する反
応ガスとしては、例えばシリコン薄膜を形成する場合、
モノシラン（ＳｉＨ₄）、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）等、或
いは、これらの原料ガスに水素、アルゴン、ヘリウム、
ネオン、キセノン等の希釈用ガスを同伴した反応ガスが
使用可能である。さらに、ＳｉＨ_XＣｌ_4-X（但し、Ｘは
０〜３の整数である。）で表されるようなクロルを含む
シランガスを希釈用の水素ガスと同伴させて、反応ガス
として用いることが、析出するシリコン膜の耐光劣化
性、ならびに長時間光電特性を保持できるなど光に対す
る安定性の高いシリコン薄膜を形成することが可能とな
るので望ましい。特に、ジクロロシラン（ＳｉＨ₂Ｃ
ｌ₂）は、その沸点が約１０℃であるためにその取扱い
が容易であるので、クロルを含むシランガスとしては、
これを用いるのが好ましい。

【００５１】原料ガス及び希釈ガスの導入量としては、
原料ガスを単独で反応チャンバー内に導入する場合、及
び、希釈ガスと同伴させて反応チャンバー内へ導入する
場合では異なるが、２０オングストローム毎秒以上の析
出速度が得られる導入量を考慮すれば、総導入量として
は３０ｃｃ／分〜３０００ｃｃ／分となるようにするの
が好ましい。また、原料ガスと希釈ガスとの混合比率は
特に限定されるものではないが、反応ガスに対する希釈
ガスの流量比（希釈ガス／原料ガス）が１０を越えると
シリコン膜の構造に変化が見られる。この希釈ガスの流
量比が１０より小さい場合には、アモルファスシリコン
の析出が支配的であり、１０以上になると結晶質のシリ
コン膜の析出が支配的となる。しかしながら、シリコン
膜の構造変化は、その他の析出条件、すなわち、高周波
電力、基材温度などとも大きく関係するので、一義的に
流量比のみで規定することは困難である。一般的には、
高周波電力が高いほど、希釈率が高いほど、さらに、基
材温度が高いほど結晶質シリコン薄膜の析出が優勢とな
る。

【００５２】また、基材Ａと高周波コイル１８との間の
距離Ｌとしては、主たる堆積前駆体と考えられるＳｉＨ
₃中性ラジカルの寿命を考慮すれば、３ｃｍ〜３０ｃｍ
の範囲とするのが望ましい。

【００５３】さらに、基材Ａは、ステージ１４に設けら
れた加熱装置によって、高品質なシリコン薄膜が析出し
やすいように、約１５０〜約３００℃に加熱されてい
る。

【００５４】このようにすることによって、高周波印加
コイル１８に印加された高周波によって発生した誘導結
合型プラズマによって、ステージ１４に載置された基材
Ａの表面にシリコン薄膜が析出形成される。

【００５５】なお、この薄膜形成の時間は、基材の使用
用途及び装置の形態にもよるが、例えば、シリコン薄膜
の膜厚が２００〜１０００ｎｍとなるように、２０〜１
００秒程度反応処理すればよい。

【００５６】以上、本発明の誘導結合型プラズマＣＶＤ
方法ならびに誘導結合型プラズマＣＶＤ装置の実施例に
ついてシリコン薄膜を形成する例を中心に説明したが、
他のシリコンゲルマニウム膜（ＳｉＧｅ）、シリコンカ
ーバイド膜（ＳｉＣ）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シ
リコン酸化膜（ＳｉＯ₂）、ダイヤモンドライクカーボ
ン膜（ＤＬＣ）などの薄膜を形成する場合にも適用可能
である。また、縦置き型の装置について説明したが、横
置き型の装置に変更するなど種々変更することが可能で
あることは勿論である。

【００５７】

【実施例】以下、実施例及び比較例をあげて本発明を具
体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定される
ものではない。

【００５８】実施例１図１に示した、反応チャンバーの反応プラズマと接触す
る内壁面、基材設置部およびシャッターの表面が絶縁体
で被覆されている本発明のＣＶＤ装置を用いて、基材
（石英ガラス基板、厚さ：０．５ｍｍ、寸法：１０ｃｍ
×１０ｃｍ）基板をステージにセットした。なお、高周
波印加コイルのコイル径は１０ｃｍである。

【００５９】反応ガスとしてモノシランガス１００％の
純粋ガスを希釈しないで反応チャンバー内へ供給した。
モノシランガスの流量は１００ｃｃ／分とし、反応チャ
ンバー内の圧力を２０ｍＴｏｒｒに維持して、基材ステ
ージから５０ｍｍ離した高周波コイルに、１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波電源から６００Ｗの出力で高周波を供給し
た。また、基材は２００℃に加熱した。反応ガスプラズ
マの発生は、基材ステージ上方に絶縁処理を施したシャ
ッターを閉じて行ない、その後シャッターを開いて製膜
を行なった。非常に安定したプラズマが得られ、シャッ
ターを開いた後もプラズマの安定性は保たれていた。２
分間処理することにより１．１９μｍ（製膜速度：９．
９ｎｍ／秒）のアモルファスシリコン薄膜が基材上に得
られた。

【００６０】得られたシリコン膜についてその膜厚分布
を測定した。その結果を表１に示した。なお、膜厚分布
の測定は、分光エリプソメーター「ＤＶＡ−３６ＶＭ」
（溝尻光学株式会社製）を用いた。また、中央部厚みと
端部厚みの差を端部厚みで除した値を％で表すことによ
り厚みムラ比率を求めた。一般に、反応ガスプラズマが
点滅したりして不安定な状態になると、厚みムラ比率が
大きくなる。さらに、プラズマが不安定になった場合に
は製膜速度が低下する。

【００６１】

【表１】

【００６２】実施例２反応チャンバー１２の内壁面が絶縁体で被覆されていな
い本発明のプラズマＣＶＤ装置を用いる他は実施例１と
同様にして厚さ１．０７μｍ（製膜速度：８．９ｎｍ／
秒）のアモルファスシリコン薄膜を形成し、得られたシ
リコン膜について膜厚分布の測定を行なった。その結果
を表１に示す。

【００６３】実施例３実施例１に於いて、絶縁処理が施されていないステージ
を用いる以外は、実施例１と同様にして厚さ０．４４μ
ｍ（製膜速度：３．７ｎｍ／秒）のアモルファスシリコ
ン薄膜を形成し、得られたシリコン膜について膜厚分布
の測定を行なった。その結果を表１に示す。なお、製膜
時に反応チャンバーに設けられた絶縁窓から目視で確認
できるほどのプラズマの点滅は見られなかった。実施例
１及び２と比較すると、製膜速度は若干遅く厚みムラ比
率はやや大きな値となっているものの、以下に示す比較
例の値と比較すると、いずれも良好な値であることが分
かる。

【００６４】比較例１反応チャンバーの内壁面、基材設置部およびシャッター
の表面のいずれも絶縁体で被覆されていないプラズマＣ
ＶＤ装置を用いて実施例１と同様にして厚さ０．１３μ
ｍ（製膜速度：１．１ｎｍ／秒）のアモルファスシリコ
ン薄膜を形成し、得られたシリコン膜について膜厚分布
の測定を行った。その結果を表１に示す。

【００６５】なお、該比較例においては、シャッターを
閉じた状態ではプラズマを発生させ難く、また発生した
後においてもシャッターを開にしたところ大幅に反射波
の出力が上がりプラズマの点滅が目視で確認された。

【００６６】

【発明の効果】本発明のプラズマＣＶＤ装置によれば、
安定した高電子密度の反応ガスプラズマを発生すること
ができ、該装置を用いることにより、再現性良く、欠陥
の少ないシリコン膜等の薄膜を高速度で形成することが
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の誘導結合型プラズマＣＶＤ
装置の概略図である。

【符号の説明】

１０誘導結合型プラズマＣＶＤ装置１２反応チャンバー１３排気口１４ステージＡ基材１５支持部材１６底壁１７頂壁１８高周波印加コイル１９シャッター２０、２２基端部分２４高周波電源２５反応ガス導入ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】本体が導電性材料で構成されており、そ
の内部を真空状態に維持できる反応チャンバーと、該反
応チャンバー内に反応ガスを供給するための反応ガス供
給手段と、該反応チャンバー内に供給された反応ガスを
プラズマ化して高電子密度の反応ガスプラズマを発生さ
せるための反応ガスプラズマ発生手段と、その表面に薄
膜が形成される基材を保持するための基材保持手段とを
有するプラズマＣＶＤ装置において、反応チャンバー内
の反応ガスプラズマが接触する部分の少なくとも一部が
反応チャンバー本体と電気的に絶縁されていることを特
徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】移動することにより反応ガスプラズマと
基材との接触および非接触を制御するシャッターを有す
る請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載のプラズマ
ＣＶＤ装置を用いて、基材上に薄膜を形成することを特
徴とする薄膜の製造方法。