JPH0891987A - プラズマ化学蒸着装置 - Google Patents
プラズマ化学蒸着装置Info
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- JPH0891987A JPH0891987A JP22939494A JP22939494A JPH0891987A JP H0891987 A JPH0891987 A JP H0891987A JP 22939494 A JP22939494 A JP 22939494A JP 22939494 A JP22939494 A JP 22939494A JP H0891987 A JPH0891987 A JP H0891987A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 反応ガスを基板近くで十分に加熱し、緻密で
低欠陥密度の薄膜の成膜が可能な装置を実現する。 【構成】 反応ガス導入管６と排気管７が設けられた反
応容器１内に対向して配設され平行平板型電極を形成す
る高周波電極２と基板加熱用ヒータ３を備えたプラズマ
化学蒸着装置において、上記基板加熱用ヒータ３内に配
設され上記反応ガス導入管６より反応ガスを導入し上記
高周波電極２と基板加熱用ヒータ３の間の空間に排出す
るガス加熱管１４を備えたことによって、反応容器１内
に導入される反応ガスはガス加熱管１４を通過する際に
基板加熱用ヒータ３で加熱されるため、膜表面に吸着し
た反応ガスラジカルの拡散距離が長くなり、緻密で低欠
陥密度の薄膜を成膜させることが可能となる。
低欠陥密度の薄膜の成膜が可能な装置を実現する。 【構成】 反応ガス導入管６と排気管７が設けられた反
応容器１内に対向して配設され平行平板型電極を形成す
る高周波電極２と基板加熱用ヒータ３を備えたプラズマ
化学蒸着装置において、上記基板加熱用ヒータ３内に配
設され上記反応ガス導入管６より反応ガスを導入し上記
高周波電極２と基板加熱用ヒータ３の間の空間に排出す
るガス加熱管１４を備えたことによって、反応容器１内
に導入される反応ガスはガス加熱管１４を通過する際に
基板加熱用ヒータ３で加熱されるため、膜表面に吸着し
た反応ガスラジカルの拡散距離が長くなり、緻密で低欠
陥密度の薄膜を成膜させることが可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アモルファスシリコン
太陽電池、薄膜半導体、光センサ、半導体保護膜などの
各種電子デバイスに使用される薄膜の製造に適用される
プラズマ化学蒸着装置に関する。
太陽電池、薄膜半導体、光センサ、半導体保護膜などの
各種電子デバイスに使用される薄膜の製造に適用される
プラズマ化学蒸着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のアモルファスシリコン（以下ａ−
Ｓｉと記す）薄膜を製造するために用いられているプラ
ズマ化学蒸着（以下ＣＶＤと記す）装置について、図６
を参照して説明する。
Ｓｉと記す）薄膜を製造するために用いられているプラ
ズマ化学蒸着（以下ＣＶＤと記す）装置について、図６
を参照して説明する。
【０００３】図６に示す従来の装置は、反応容器１内に
高周波電極２と基板加熱用ヒータ３とが平行に配置され
ている。高周波電極２には、高周波電源４からインピー
ダンス整合器５を介して例えば１３．５６ＭＨＺの高周
波電力が供給される。基板加熱用ヒータ３は、反応容器
１とともに接地され、接地電極となっている。したがっ
て、高周波電極２と基板加熱用ヒータ３との間でグロー
放電プラズマが発生する。
高周波電極２と基板加熱用ヒータ３とが平行に配置され
ている。高周波電極２には、高周波電源４からインピー
ダンス整合器５を介して例えば１３．５６ＭＨＺの高周
波電力が供給される。基板加熱用ヒータ３は、反応容器
１とともに接地され、接地電極となっている。したがっ
て、高周波電極２と基板加熱用ヒータ３との間でグロー
放電プラズマが発生する。
【０００４】反応容器１内には、図示しないボンベから
反応ガス導入管６を通して例えばモノシランと水素との
混合ガスが供給される。供給された反応ガスは、ガス加
熱用ヒータ１０へ送られ、加熱板１１により加熱された
後、第１及び第２のスリット板１２，１３を蛇行しなが
ら通過して、高周波電極２と基板加熱用ヒータ３間に供
給される。
反応ガス導入管６を通して例えばモノシランと水素との
混合ガスが供給される。供給された反応ガスは、ガス加
熱用ヒータ１０へ送られ、加熱板１１により加熱された
後、第１及び第２のスリット板１２，１３を蛇行しなが
ら通過して、高周波電極２と基板加熱用ヒータ３間に供
給される。
【０００５】反応容器１内のガスは、排気管７を通して
真空ポンプ８により排気される。基板９は、基板加熱用
ヒータ３上に保持され、ヒータによって所定の温度に加
熱される。
真空ポンプ８により排気される。基板９は、基板加熱用
ヒータ３上に保持され、ヒータによって所定の温度に加
熱される。
【０００６】この装置を用いて行う薄膜の製造につい
て、以下に説明する。まず、真空ポンプ８を駆動して反
応容器１内を排気する。次に、反応ガス導入管６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て反応
容器１内の圧力を０．０５〜０．５Torrに保ち、高周波
電源４から高周波電極２に電圧を印加すると、グロー放
電プラズマが発生する。
て、以下に説明する。まず、真空ポンプ８を駆動して反
応容器１内を排気する。次に、反応ガス導入管６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て反応
容器１内の圧力を０．０５〜０．５Torrに保ち、高周波
電源４から高周波電極２に電圧を印加すると、グロー放
電プラズマが発生する。
【０００７】反応ガスは、ガス加熱用ヒータ１０上の加
熱板１１により熱分解温度（４００℃）以下まで加熱さ
れ、第１及び第２のスリット板１２，１３を通過した
後、高周波電極２と基板加熱用ヒータ３間に生じるグロ
ー放電プラズマによって分解される。この結果、ＳｉＨ
3 ，ＳｉＨ2 などのＳｉを含むラジカルが発生し、これ
が基板９の表面に付着して、ａ−Ｓｉ薄膜が形成され
る。
熱板１１により熱分解温度（４００℃）以下まで加熱さ
れ、第１及び第２のスリット板１２，１３を通過した
後、高周波電極２と基板加熱用ヒータ３間に生じるグロ
ー放電プラズマによって分解される。この結果、ＳｉＨ
3 ，ＳｉＨ2 などのＳｉを含むラジカルが発生し、これ
が基板９の表面に付着して、ａ−Ｓｉ薄膜が形成され
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の装置において
は、下記の課題があった。
は、下記の課題があった。
【０００９】（１）高周波電極に印加する高周波電力、
反応ガス供給量、及び圧力、基板温度や電極間隔及び形
状を一定とした場合、高品質薄膜を形成するには、反応
ガスを加熱して反応ガス温度を上昇させることが必要で
ある。しかしながら、反応ガス加熱の手段であるガス加
熱用ヒータによる加熱が十分でなかったため、薄膜の高
品質化が不十分であった。
反応ガス供給量、及び圧力、基板温度や電極間隔及び形
状を一定とした場合、高品質薄膜を形成するには、反応
ガスを加熱して反応ガス温度を上昇させることが必要で
ある。しかしながら、反応ガス加熱の手段であるガス加
熱用ヒータによる加熱が十分でなかったため、薄膜の高
品質化が不十分であった。
【００１０】（２）反応ガス加熱のためにガス加熱用ヒ
ータを６００℃以上に昇温した場合、反応ガスの一部が
熱分解され、膜中に取り込まれてピンホールを形成する
ため、膜質劣化の原因となっていた。
ータを６００℃以上に昇温した場合、反応ガスの一部が
熱分解され、膜中に取り込まれてピンホールを形成する
ため、膜質劣化の原因となっていた。
【００１１】（３）基板加熱用ヒータとガス加熱用ヒー
タの２種類のヒータを用いており、２種類のヒータ加熱
によりヒータ本体表面から発生する不純物ガス量が増加
して真空度が低下し、膜質劣化を引き起こしていた。
タの２種類のヒータを用いており、２種類のヒータ加熱
によりヒータ本体表面から発生する不純物ガス量が増加
して真空度が低下し、膜質劣化を引き起こしていた。
【００１２】本発明は、上記課題を解決しようとするも
のであり、反応ガスの加熱を基板加熱用ヒータで行うこ
とにより反応ガスを十分に加熱し、かつ使用するヒータ
を１種類にすることにより高品質薄膜を成膜することが
できるプラズマＣＶＤ装置を提供しようとするものであ
る。
のであり、反応ガスの加熱を基板加熱用ヒータで行うこ
とにより反応ガスを十分に加熱し、かつ使用するヒータ
を１種類にすることにより高品質薄膜を成膜することが
できるプラズマＣＶＤ装置を提供しようとするものであ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明のプラズマＣＶＤ
装置は、反応ガス導入管と排気管が設けられた反応容
器、同反応容器内に対向して配設され平行平板型電極を
形成する高周波電極と基板加熱用ヒータ、および同高周
波電極に接続された電源を備え、上記高周波電極に対向
する基板加熱用ヒータの面に支持される基板の面に非晶
質薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、上記基
板加熱用ヒータ内に配設され上記反応ガス導入管より反
応ガスが供給され上記高周波電極と基板加熱用ヒータの
間の空間に反応ガスを排出するガス加熱管を備えたこと
を特徴としている。
装置は、反応ガス導入管と排気管が設けられた反応容
器、同反応容器内に対向して配設され平行平板型電極を
形成する高周波電極と基板加熱用ヒータ、および同高周
波電極に接続された電源を備え、上記高周波電極に対向
する基板加熱用ヒータの面に支持される基板の面に非晶
質薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、上記基
板加熱用ヒータ内に配設され上記反応ガス導入管より反
応ガスが供給され上記高周波電極と基板加熱用ヒータの
間の空間に反応ガスを排出するガス加熱管を備えたこと
を特徴としている。
【００１４】
【作用】上記において、反応ガス導入管を介してガス加
熱管に供給された反応ガスは、この内部を通過している
間に基板加熱用ヒータにより十分に加熱され、高周波電
極と基板加熱用ヒータ電極間に供給される。この結果、
従来の装置の場合と比較して格段に反応ガス温度は高く
なり反応ガスエネルギーは大きくなる。
熱管に供給された反応ガスは、この内部を通過している
間に基板加熱用ヒータにより十分に加熱され、高周波電
極と基板加熱用ヒータ電極間に供給される。この結果、
従来の装置の場合と比較して格段に反応ガス温度は高く
なり反応ガスエネルギーは大きくなる。
【００１５】薄膜成長過程において、膜質を決定してい
るのが膜表面における反応過程であり、拡散距離ｌが長
いほど緻密な膜、つまり高品質薄膜を形成することがで
きる。この膜表面へ到達した反応ガスのラジカル、例え
ばＳｉＨ3 ラジカルの拡散距離ｌは次式で与えられる。
るのが膜表面における反応過程であり、拡散距離ｌが長
いほど緻密な膜、つまり高品質薄膜を形成することがで
きる。この膜表面へ到達した反応ガスのラジカル、例え
ばＳｉＨ3 ラジカルの拡散距離ｌは次式で与えられる。
【００１６】ｌ＝（２Ｄs ・τs ）1/2 ここで、Ｄs は表面拡散係数、τs は表面滞在時間であ
る。
る。
【００１７】拡散距離ｌは主として拡散係数Ｄs によっ
て決定され、拡散係数Ｄs と基板表面温度Ｔとの間には
次の関係がある。
て決定され、拡散係数Ｄs と基板表面温度Ｔとの間には
次の関係がある。
【００１８】Ｄs ＝ν0 ・ａ0 2・exp(−ＥS ／ｋＴ） ここで、ν0 は反応ガスラジカルの振動周波数、ａ0 は
拡散ジャンプ長、ＥSは拡散ジャンプのための活性化エ
ネルギーである。
拡散ジャンプ長、ＥSは拡散ジャンプのための活性化エ
ネルギーである。
【００１９】すなわち、反応ガス温度が上がると反応ガ
スの運動エネルギーが増加し、反応ガスラジカル振動周
波数も増加する。つまり、反応ガス温度の上昇により拡
散係数Ｄs が大きくなるため、反応ガスラジカルの拡散
距離ｌが長くなり、緻密で低欠陥密度の膜を形成するこ
とができる。
スの運動エネルギーが増加し、反応ガスラジカル振動周
波数も増加する。つまり、反応ガス温度の上昇により拡
散係数Ｄs が大きくなるため、反応ガスラジカルの拡散
距離ｌが長くなり、緻密で低欠陥密度の膜を形成するこ
とができる。
【００２０】
【実施例】本発明の一実施例に係るプラズマＣＶＤ装置
について、図１乃至図３により説明する。
について、図１乃至図３により説明する。
【００２１】図１乃至図３に示す本実施例は、真空ポン
プ８が排気管７を介して接続された反応容器１内に配設
されグロー放電プラズマを発生させるための一対の平行
平板型電極を形成する高周波電極２と基板加熱用ヒータ
３、および同高周波電極２にインピーダンス整合器５を
介して接続され例えば１３．５６ＭＨＺの高周波電力を
上記高周波電極２に印加する高周波電源４を備え、上記
基板加熱用ヒータ３の高周波電極２と対向する面に基板
９が配設されるプラズマＣＶＤ装置に係るものである。
プ８が排気管７を介して接続された反応容器１内に配設
されグロー放電プラズマを発生させるための一対の平行
平板型電極を形成する高周波電極２と基板加熱用ヒータ
３、および同高周波電極２にインピーダンス整合器５を
介して接続され例えば１３．５６ＭＨＺの高周波電力を
上記高周波電極２に印加する高周波電源４を備え、上記
基板加熱用ヒータ３の高周波電極２と対向する面に基板
９が配設されるプラズマＣＶＤ装置に係るものである。
【００２２】本実施例に係るプラズマＣＶＤ装置におい
ては、上記基板加熱用ヒータ３内に配設され一端に図示
しないボンベより反応ガス導入管６を介して反応ガスが
供給され上記高周波電極２と基板加熱用ヒータ３の間の
空間に反応ガスを排出する図３に示す形状のガス加熱管
１４を備えている。
ては、上記基板加熱用ヒータ３内に配設され一端に図示
しないボンベより反応ガス導入管６を介して反応ガスが
供給され上記高周波電極２と基板加熱用ヒータ３の間の
空間に反応ガスを排出する図３に示す形状のガス加熱管
１４を備えている。
【００２３】次に、本実施例に係る装置を用いて行う薄
膜の製造について説明する。まず、真空ポンプ８を駆動
し、排気管７を介して反応容器１内を排気する。上記反
応容器１内が所定の真空度となった後、反応ガス、例え
ばモノシランと水素の混合ガスを５０〜１００cc／min
程度の流量で、反応ガス導入管６及び基板加熱用ヒータ
電極３内のガス加熱管１４を通して反応容器１内に供給
し、使用済の反応ガスを排気管７より排出させ、反応容
器１内の圧力を０．０５〜０．５Torrに保つ。
膜の製造について説明する。まず、真空ポンプ８を駆動
し、排気管７を介して反応容器１内を排気する。上記反
応容器１内が所定の真空度となった後、反応ガス、例え
ばモノシランと水素の混合ガスを５０〜１００cc／min
程度の流量で、反応ガス導入管６及び基板加熱用ヒータ
電極３内のガス加熱管１４を通して反応容器１内に供給
し、使用済の反応ガスを排気管７より排出させ、反応容
器１内の圧力を０．０５〜０．５Torrに保つ。
【００２４】上記ガス加熱管１４を通過した反応ガス
は、ガス加熱管１４が基板加熱用ヒータ電極３内に配設
されているため、これを通過する間に十分加熱され、図
４に示すように従来の装置の場合に比較して反応ガス温
度は格段に高くなる。また、基板加熱用ヒータ３に保持
された基板９は所定の温度に保たれている。
は、ガス加熱管１４が基板加熱用ヒータ電極３内に配設
されているため、これを通過する間に十分加熱され、図
４に示すように従来の装置の場合に比較して反応ガス温
度は格段に高くなる。また、基板加熱用ヒータ３に保持
された基板９は所定の温度に保たれている。
【００２５】この状態で、高周波電源４からインピーダ
ンス整合器５を介して高周波電極２に電圧を印加する
と、高周波電極２と基板加熱用ヒータ３との間にグロー
放電プラズマが発生する。
ンス整合器５を介して高周波電極２に電圧を印加する
と、高周波電極２と基板加熱用ヒータ３との間にグロー
放電プラズマが発生する。
【００２６】この結果、反応ガスが分解して基板９上に
ａ−Ｓｉ薄膜が堆積するが、上記反応ガスがガス加熱管
１４内で十分に加熱され、従来の装置の場合に比べて反
応エネルギーが大きいため、堆積する薄膜は緻密で低欠
陥密度のものを得ることができる。
ａ−Ｓｉ薄膜が堆積するが、上記反応ガスがガス加熱管
１４内で十分に加熱され、従来の装置の場合に比べて反
応エネルギーが大きいため、堆積する薄膜は緻密で低欠
陥密度のものを得ることができる。
【００２７】本実施例においては、ａ−Ｓｉ薄膜の成膜
速度の反応ガス温度に対する依存性を確認するため、下
記の条件で成膜実験を行った。ここで、基板材料はガラ
ス、基板面積は４００mm×４００mm、反応ガスの種類は
水素希釈２０％ＳｉＨ4 、反応ガス流量は５０cc／min
、反応容器１内圧力は０．１Torr、高周波電力は５０
ｗとし、基板加熱用ヒータ３の温度を１００℃から４０
０℃の範囲に設定した。
速度の反応ガス温度に対する依存性を確認するため、下
記の条件で成膜実験を行った。ここで、基板材料はガラ
ス、基板面積は４００mm×４００mm、反応ガスの種類は
水素希釈２０％ＳｉＨ4 、反応ガス流量は５０cc／min
、反応容器１内圧力は０．１Torr、高周波電力は５０
ｗとし、基板加熱用ヒータ３の温度を１００℃から４０
０℃の範囲に設定した。
【００２８】この実験により得られた反応ガス温度と膜
の欠陥密度の関係は図５に示すとおりであり、反応ガス
温度の上昇につれて欠陥密度が減少しており、欠陥密度
１０ 14個／ccを達成することができた。
の欠陥密度の関係は図５に示すとおりであり、反応ガス
温度の上昇につれて欠陥密度が減少しており、欠陥密度
１０ 14個／ccを達成することができた。
【００２９】
【発明の効果】本発明のプラズマＣＶＤ装置は、反応ガ
ス導入管と排気管が設けられた反応容器内に対向して配
設され平行平板型電極を形成する高周波電極と基板加熱
用ヒータを備えたプラズマＣＶＤ装置において、上記基
板加熱用ヒータ内に配設され上記反応ガス導入管より反
応ガスを導入し上記高周波電極と基板加熱用ヒータの間
の空間に排出するガス加熱管を備えたことによって、反
応容器内に導入される反応ガスはガス加熱管を通過する
際に基板加熱用ヒータで加熱されるため、膜表面に吸着
した反応ガスラジカルの拡散距離が長くなり、緻密で低
欠陥密度の薄膜を成膜させることが可能となる。
ス導入管と排気管が設けられた反応容器内に対向して配
設され平行平板型電極を形成する高周波電極と基板加熱
用ヒータを備えたプラズマＣＶＤ装置において、上記基
板加熱用ヒータ内に配設され上記反応ガス導入管より反
応ガスを導入し上記高周波電極と基板加熱用ヒータの間
の空間に排出するガス加熱管を備えたことによって、反
応容器内に導入される反応ガスはガス加熱管を通過する
際に基板加熱用ヒータで加熱されるため、膜表面に吸着
した反応ガスラジカルの拡散距離が長くなり、緻密で低
欠陥密度の薄膜を成膜させることが可能となる。
【図１】本発明の一実施例に係るプラズマＣＶＤ装置の
説明図である。
説明図である。
【図２】上記一実施例に係る基板加熱用ヒータ電極の説
明図である。
明図である。
【図３】上記一実施例に係るガス加熱管の説明図であ
る。
る。
【図４】上記一実施例に係るヒータ温度と反応ガス温度
の関係図である。
の関係図である。
【図５】上記一実施例に係る反応ガス温度と膜欠陥密度
の関係図である。
の関係図である。
【図６】従来のプラズマＣＶＤ装置の説明図である。
１ 反応容器 ２ 高周波電極 ３ 基板加熱用ヒータ ４ 高周波電源 ６ 反応ガス導入管 ７ 排気管 ８ 真空ポンプ ９ 基板 １４ ガス加熱管
Claims (1)
- 【請求項１】 反応ガス導入管と排気管が設けられた反
応容器、同反応容器内に対向して配設され平行平板型電
極を形成する高周波電極と基板加熱用ヒータ、および同
高周波電極に接続された電源を備え、上記高周波電極に
対向する基板加熱用ヒータの面に支持される基板の面に
非晶質薄膜を形成するプラズマ化学蒸着装置において、
上記基板加熱用ヒータ内に配設され上記反応ガス導入管
より反応ガスが供給され上記高周波電極と基板加熱用ヒ
ータの間の空間に反応ガスを排出するガス加熱管を備え
たことを特徴とするプラズマ化学蒸着装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22939494A JPH0891987A (ja) | 1994-09-26 | 1994-09-26 | プラズマ化学蒸着装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22939494A JPH0891987A (ja) | 1994-09-26 | 1994-09-26 | プラズマ化学蒸着装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0891987A true JPH0891987A (ja) | 1996-04-09 |
Family
ID=16891520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22939494A Withdrawn JPH0891987A (ja) | 1994-09-26 | 1994-09-26 | プラズマ化学蒸着装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0891987A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100448718B1 (ko) * | 2002-01-28 | 2004-09-13 | 삼성전자주식회사 | 플라즈마를 이용한 화학기상증착장치 |
| JP2007088200A (ja) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Canon Inc | 処理装置及び方法 |
| WO2011052463A1 (ja) | 2009-11-02 | 2011-05-05 | 東レ株式会社 | プラズマｃｖｄ装置、および、シリコン薄膜の製造方法 |
| GB2478269A (en) * | 2009-12-18 | 2011-09-07 | Surrey Nanosystems Ltd | Nanomaterials growth system and method |
-
1994
- 1994-09-26 JP JP22939494A patent/JPH0891987A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100448718B1 (ko) * | 2002-01-28 | 2004-09-13 | 삼성전자주식회사 | 플라즈마를 이용한 화학기상증착장치 |
| JP2007088200A (ja) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Canon Inc | 処理装置及び方法 |
| WO2011052463A1 (ja) | 2009-11-02 | 2011-05-05 | 東レ株式会社 | プラズマｃｖｄ装置、および、シリコン薄膜の製造方法 |
| US9243327B2 (en) | 2009-11-02 | 2016-01-26 | Toray Industries, Inc. | Plasma CVD device and method of manufacturing silicon thin film |
| GB2478269A (en) * | 2009-12-18 | 2011-09-07 | Surrey Nanosystems Ltd | Nanomaterials growth system and method |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020115 |