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JP2649333B2 - Plasma processing equipment - Google Patents

Plasma processing equipment

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Publication number
JP2649333B2
JP2649333B2 JP7045077A JP4507795A JP2649333B2 JP 2649333 B2 JP2649333 B2 JP 2649333B2 JP 7045077 A JP7045077 A JP 7045077A JP 4507795 A JP4507795 A JP 4507795A JP 2649333 B2 JP2649333 B2 JP 2649333B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
substrate
frequency power
electrodes
amplitude
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP7045077A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH07211659A (en
Inventor
邦夫 鈴木
武 深田
美樹雄 金花
雅芳 阿部
克彦 柴田
真人 薄田
典也 石田
朱美 佐竹
康行 荒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=12709280&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP2649333(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP7045077A priority Critical patent/JP2649333B2/en
Publication of JPH07211659A publication Critical patent/JPH07211659A/en
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、振幅変調を加えること
により、プラズマ化学反応を助長せしめたもので、特
に、光電変換装置、または珪素を主成分とする非単結晶
半導体からなる薄膜電界効果トランジスタ等を大型基板
上に大量に生産するためのプラズマ化学気相堆積法を用
いたプラズマ処理装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for enhancing a plasma chemical reaction by adding amplitude modulation, and more particularly to a photoelectric conversion device or a thin film field effect comprising a non-single-crystal semiconductor containing silicon as a main component. The present invention relates to a plasma processing apparatus using a plasma enhanced chemical vapor deposition method for mass-producing transistors and the like on a large substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】プラズマ化学気相堆積法( 以下、本明細
書において、プラズマCVD法と記載する) により形成
される珪素を主成分とした非単結晶半導体薄膜や酸化珪
素、窒化シリコン等の絶縁体薄膜は、太陽電池、イメ−
ジセンサ等の光電変換装置、液晶表示装置等に使用する
薄膜電界効果トランジスタなどの材料として幅広く応用
されている。これらの装置は、性質の異なる複数の薄膜
を積層したものから構成され、大型化および低価格化に
伴い、これら積層膜を工業的に大面積に、かつ大量に作
製することが要望されている。
2. Description of the Related Art Non-single-crystal semiconductor thin films containing silicon as a main component and insulating materials such as silicon oxide and silicon nitride formed by a plasma chemical vapor deposition method (hereinafter, referred to as a plasma CVD method). Body thin film is used for solar cells,
It is widely applied as a material for a thin film field effect transistor used for a photoelectric conversion device such as a disensor and a liquid crystal display device. These devices are configured by laminating a plurality of thin films having different properties. With the increase in size and cost, it is demanded that these laminated films be industrially manufactured in a large area and in large quantities. .

【0003】以下、上記目的を達成する従来のプラズマ
CVD装置について説明する。図1は最も一般的な平行
平板電極を用いたプラズマCVD装置を説明するための
概略断面図である。プラズマCVD装置は、1つの真空
予備室(1) と、2つの反応室(2) 、(3) とから構成され
ている。被膜を形成する基板(11)は、基板支持体(10)上
に設置され、この基板支持体(10)と共に、仕切り弁(8)
を通じて反応室(2) へ搬送される。該反応室(2) におい
て、基板(11)は、ヒ−タ−(6) により加熱され、所定の
温度に達した後、放電電極(4) 、(6) により反応性気体
を分解、活性化させて基板(11)上に薄膜を形成するもの
である。
A conventional plasma CVD apparatus for achieving the above object will be described below. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a plasma CVD apparatus using the most common parallel plate electrode. The plasma CVD apparatus includes one vacuum preliminary chamber (1) and two reaction chambers (2) and (3). A substrate (11) on which a film is formed is placed on a substrate support (10), and together with the substrate support (10), a gate valve (8).
Through the reaction chamber (2). In the reaction chamber (2), the substrate (11) is heated by the heater (6) and after reaching a predetermined temperature, the reactive gas is decomposed by the discharge electrodes (4) and (6) and activated. To form a thin film on the substrate (11).

【0004】この方式は、図1より明らかな如く、基板
(11)と放電電極(4) 、(6) とが平行であるため、大面積
の基板(11)上に薄膜を形成する際に、放電電極(4) 、
(6) の面積を大きくする必要があった。さらに、上記薄
膜形成方法は、一回の工程で、放電電極(4) 、(6) の面
積とほぼ等しい被膜面積にしか形成されないため、基板
(11)の大量処理に不十分であった。これらを解決する一
つの方法として、本出願人らによるプラズマ気相反応装
置(特願昭59-79623号)がある。図2は本出願人が提案
した従来例における被膜形成装置を説明するための概略
断面図である。
[0004] As is apparent from FIG.
Since (11) and the discharge electrodes (4) and (6) are parallel, when forming a thin film on a large-area substrate (11), the discharge electrodes (4)
It was necessary to increase the area of (6). Further, in the above-mentioned thin film forming method, since the film is formed only in a film area almost equal to the area of the discharge electrodes (4) and (6) in one process,
Insufficient for mass processing of (11). As one method for solving these problems, there is a plasma gas phase reactor (Japanese Patent Application No. 59-79623) by the present applicants. FIG. 2 is a schematic sectional view for explaining a film forming apparatus in a conventional example proposed by the present applicant.

【0005】図2において、被膜形成用基板(25)は、平
行平板電極(21)間で、被膜形成面を表面にして互いに重
ね合わせると共に、平行平板電極(21)に対し垂直となる
ように配設されている。上記従来例と比較して、このプ
ラズマ処理装置は、その床面積が従来とほぼ同等である
にもかかわらず、一度に従来の10倍以上のプラズマ処理
を行なうことができる。また、図2に示すプラズマ処理
装置は、上下の平行平板電極(21)の距離を広げていくに
従い、より大きい被膜を被膜形成用基板(25)上に作製す
ることが可能となる。
In FIG. 2, a film-forming substrate (25) is overlapped between the parallel plate electrodes (21) with the film-forming surface facing the surface, and is perpendicular to the parallel plate electrodes (21). It is arranged. Compared with the above conventional example, this plasma processing apparatus can perform plasma processing 10 times or more at one time at a time, even though its floor area is almost the same as the conventional one. Further, in the plasma processing apparatus shown in FIG. 2, as the distance between the upper and lower parallel plate electrodes (21) is increased, a larger coating can be formed on the coating forming substrate (25).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、実際は、上下
の平行平板電極(21)の間隔が広くなるに従い、プラズマ
放電を起こし難くなる。そこで、平行平板電極(21)の間
隔は、通常、平行平板電極(21)の一辺の二倍以内になる
ようにとっている。このような大面積、大量基板処理の
プラズマ気相反応法には、いくつかの欠点が存在する。
すなわち、減圧CVD方法は、膜厚を比較的均一にする
ことができるが、大面積、大量の基板を処理するために
反応性気体を分解または活性化する必要がある。しか
し、反応性気体を分解または活性化を行なうためには、
高周波電力の印加が必要である。高周波電力を電極に印
加すると、電極近傍と電極から離れた所によって放電の
状態が異なり、被膜の膜厚分布ができる。大面積の基板
を電極に対して垂直にして、大量の基板を同時に被膜す
る場合、平行平板電極(21)間の距離が相当長いため、被
膜形成用基板(25)上に形成された被膜は、特定の製膜条
件の場合以外、平行平板電極(21)間方向に膜厚分布を持
ってしまう。
However, in practice, as the distance between the upper and lower parallel plate electrodes (21) increases, plasma discharge becomes less likely to occur. Therefore, the interval between the parallel plate electrodes (21) is usually set to be less than twice a side of the parallel plate electrode (21). The plasma gas phase reaction method for processing a large area and a large number of substrates has some disadvantages.
That is, the reduced pressure CVD method can make the film thickness relatively uniform, but it is necessary to decompose or activate a reactive gas in order to process a large area and a large number of substrates. However, to decompose or activate the reactive gas,
High-frequency power must be applied. When high-frequency power is applied to the electrode, the state of discharge differs depending on the vicinity of the electrode and the position distant from the electrode, and the film thickness distribution of the film is formed. When a large-area substrate is perpendicular to the electrodes and a large number of substrates are simultaneously coated, the distance between the parallel plate electrodes (21) is considerably long. However, except for the specific film forming condition, the film thickness distribution is provided in the direction between the parallel plate electrodes (21).

【0007】図3(A)、(B)、(C)、(D)は図
2に示すプラズマ気相反応装置によって、非単結晶珪素
半導体を被膜形成用基板上に作製した場合、被膜の形成
される状態を説明するための図である。図3(A)にお
いて、X軸方向に高周波電力の大きさを、Y軸方向に反
応圧力をとる。図3(A)の1の領域で示すように、反
応圧力が高めで、高周波電力の投入電力が低い場合、図
3(B)に示すように被膜形成用基板(25)の平行平板電
極(21)方向の上部および下部近傍に形成される被膜は、
厚くなるような膜厚分布を有する。この被膜を作製中、
プラズマ反応を行なっている第1反応室(13)内のプラズ
マ発光領域は、上下の平行平板電極(21)の近傍に集まっ
ているのが観察された。
FIGS. 3 (A), 3 (B), 3 (C), and 3 (D) show a case where a non-single-crystal silicon semiconductor is formed on a film forming substrate by the plasma gas phase reaction apparatus shown in FIG. It is a figure for explaining the state where it is formed. In FIG. 3A, the magnitude of the high-frequency power is taken in the X-axis direction and the reaction pressure is taken in the Y-axis direction. 3A, when the reaction pressure is high and the input power of the high-frequency power is low, as shown in area 1 of FIG. 3A, the parallel plate electrode (25) of the film forming substrate 25 is formed as shown in FIG. 21) The coating formed near the top and bottom in the direction is
It has a thickness distribution such that it becomes thicker. During the production of this coating,
It was observed that the plasma emission region in the first reaction chamber (13) where the plasma reaction was taking place was gathered near the upper and lower parallel plate electrodes (21).

【0008】次に、低い反応圧力で、高い高周波電力を
投入した場合、すなわち高周波電力と反応圧力との関係
が図3(A)の3の領域にある場合、図3(D)に示す
ように被膜形成用基板(25)の平行平板電極(21)方向に対
し、中央部近傍に形成される被膜は、厚くなる膜厚分布
を有する。また、狭い範囲ではあるが、高周波電力と反
応圧力との関係が図3(A)の2の領域で示す関係にあ
る場合、図3(C)に示すような均一な膜厚分布を得る
ことが可能であった。しかし、上記狭い範囲に高周波電
力と反応圧力との関係を制御することは困難であった。
Next, when a high RF power is applied at a low reaction pressure, that is, when the relationship between the RF power and the reaction pressure is in the region 3 in FIG. 3A, as shown in FIG. The film formed near the center of the film forming substrate (25) in the direction of the parallel plate electrode (21) has a thicker film thickness distribution. Further, if the relationship between the high-frequency power and the reaction pressure is in a narrow range, but is in a relationship indicated by a region 2 in FIG. 3A, a uniform film thickness distribution as shown in FIG. Was possible. However, it has been difficult to control the relationship between the high-frequency power and the reaction pressure in the above narrow range.

【0009】このように大面積基板上において、不均一
な膜厚分布を有すると、同一基板上に構成される各半導
体素子の特性、特に物理的および電気的特性には、ひど
いばらつきを生じ、大面積基板上にTFT や光電変換装置
を作製しても工業的な価値を得ることができなかった。
本発明は、以上のような課題を解決するためのもので、
大量の大面積基板上に均一な被膜を作製できるプラズマ
処理装置を提供することを目的とする。
As described above, if the film has a non-uniform film thickness distribution on a large-area substrate, the characteristics of the semiconductor elements formed on the same substrate, particularly the physical and electrical characteristics, vary greatly. Even if a TFT or a photoelectric conversion device is manufactured on a large-area substrate, no industrial value can be obtained.
The present invention is to solve the above problems,
An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of forming a uniform film on a large number of large-area substrates.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】(第1発明) 前記目的を達成するために、本発明におけるプラズマ処
理装置は、減圧状態に保持された反応空間(13)内に
配設された基板(25)の表面に被膜を形成するもの
で、反応性気体を分解または活性化せしめる高周波電力
を発生させる高周波発振器と、前記高周波電力を振幅変
調せしめる手段と、前記振幅変調手段によって変調され
た高周波電力を増幅する増幅器と、前記反応空間(1
3)に配設されると共に、前記振幅変調された高周波電
力を供給する一対の電極(21、23)と、当該一対の
電極(21、23)によって振幅変調された高周波電力
が平行な面内に供給されるように基板(25)が配設さ
れると共に、当該基板(25)を反応空間(13)内に
出入する搬送手段(15)とから構成されていることを
特徴とする。
Means for Solving the Problems (First Invention) In order to achieve the above object, a plasma processing apparatus according to the present invention comprises a substrate (25) provided in a reaction space (13) maintained in a reduced pressure state. A) a high-frequency oscillator for generating high-frequency power for decomposing or activating the reactive gas, a means for amplitude-modulating the high-frequency power, and a high-frequency power modulated by the amplitude modulation means. An amplifier for amplification and the reaction space (1)
3) and a pair of electrodes (21, 23) for supplying the amplitude-modulated high-frequency power ;
High-frequency power amplitude-modulated by the electrodes (21, 23)
The substrate (25) is arranged so that is supplied in parallel planes.
And the substrate (25) is placed in the reaction space (13).
And a carrying means (15) for entering and leaving .

【0011】(第2発明) 本発明のプラズマ処理装置における反応空間(13)に
配設された多数の基板(25)は、電極(21、23)
間で、被膜形成面が表面になるように互いに重ね合わせ
ると共に、電極(21、23)に対し垂直となるように
配設されていることを特徴とする。
(Second Invention) In the plasma processing apparatus of the present invention, a large number of substrates (25) provided in a reaction space (13) include electrodes (21, 23).
It is characterized in that the film is superposed on each other so that the surface on which the film is formed becomes the surface, and is disposed so as to be perpendicular to the electrodes (21, 23).

【0012】[0012]

【作 用】本出願人は、従来のように、単に一定振幅
の高周波電力を印加するのをやめて、高周波電力を振幅
変調して反応空間に配設された電極に印加することによ
って、大きい面積の基板上に、より均一な膜厚分布の被
膜が得られることを発見した。すなわち、本発明のプラ
ズマ処理装置は、減圧状態に保持された反応空間に配設
された基板の表面に被膜を均一に作製するものである。
そして、本発明のプラズマ処理装置は、高周波発振器に
よって高周波電力を発生させると共に、振幅変調手段に
よって所望の変調度に変調させる。この振幅変調された
高周波電力は、増幅された後、反応空間において、一対
の電極に印加されることによって、基板表面と平行な面
内で、反応性気体の分解または活性化を大きくしたり、
あるいは小さくする。このような反応性気体の分解また
は活性化の変化は、基板における被膜の膜厚分布をより
一定にする。
[Work] As in the prior art, the present applicant stopped simply applying high-frequency power with a constant amplitude, and amplitude-modulated the high-frequency power and applied it to the electrodes arranged in the reaction space, thereby obtaining a large area. It has been found that a film having a more uniform film thickness distribution can be obtained on the substrate. That is, the plasma processing apparatus of the present invention uniformly forms a coating on the surface of a substrate provided in a reaction space maintained under reduced pressure.
In the plasma processing apparatus of the present invention, high-frequency power is generated by the high-frequency oscillator and modulated to a desired modulation degree by the amplitude modulation means. This amplitude-modulated high-frequency power is amplified, and then applied to a pair of electrodes in a reaction space, so that a plane parallel to the substrate surface is formed.
Within, to increase the decomposition or activation of the reactive gas,
Or make it smaller. Such a change in the decomposition or activation of the reactive gas makes the film thickness distribution of the coating on the substrate more constant.

【0013】また、反応空間内において、反応性気体の
分解または活性化の程度を調節できるため、反応空間内
に被膜形成面が互いに表面になるように空隙を介して
ね合わせると共に、電極に対して垂直に配設して、大量
の基板表面に均一な被膜を形成させることができる。
記基板は、予備室から反応空間へ、また、反応空間から
他のまたは同じ予備室へと搬送できる搬送手段内に配設
される。上記搬送手段は、基板を人手を介することな
く、反応空間内に出入させることができる。たとえば、
振幅変調の程度は、プラズマ放電の安定継続の点より5
0%以下とした。また、反応性気体のラジカルが存在す
る場合は、放電の有無の繰り返しとして振幅変調を行な
ってもよい。かくすると、変調をかけたため放電が弱い
または無い時、減圧CVDと同様の効果を奏し、たとえ
ば凹凸のある基板表面であっても、その側面も上面と同
じ厚さに形成されたり、あるいは反応容器の内壁に発生
するフレークを低減する等の効果がある。
In addition, since the degree of decomposition or activation of the reactive gas can be adjusted in the reaction space, the reaction film is superimposed on the reaction space via a gap so that the surfaces on which the coatings are formed face each other. At the same time, the film is arranged perpendicularly to the electrodes, so that a uniform coating can be formed on a large number of substrate surfaces. Up
The substrate is transferred from the preliminary chamber to the reaction space and from the reaction space.
Arranged in transport means that can be transported to another or the same spare room
Is done. The transfer means does not require manual operation of the substrate.
And can be moved into and out of the reaction space. For example,
The degree of the amplitude modulation is 5 points from the point of the stable plasma discharge.
0% or less. When a reactive gas radical is present, amplitude modulation may be performed as repetition of the presence or absence of discharge. Thus, when the discharge is weak or not due to the modulation, the same effect as the reduced pressure CVD is exerted. For example, even on the surface of the substrate having irregularities, the side surface is also formed to the same thickness as the upper surface, or the reaction vessel This has the effect of reducing the flakes generated on the inner wall of the glass.

【0014】また、形成される被膜の特性上の問題より
振幅変調の回数は、五秒間に一回以上であることを特徴
とするものである。すなわち、振幅変調度を100%に
近づけると、高周波電力の発生しない部分と振幅の大き
い部分との差が大きくなる。また、振幅変調度を小さく
すると単に高周波電力を印加したものと同じになる。さ
らに、振幅変調の回数は、少ないと単に振幅の一定な高
周波電力を印加したことと同じであり、多いと反応性気
体の分解または活性化の変化が大きくなる。以下、実施
例により本発明を説明する。
In addition, the number of times of amplitude modulation is one or more in five seconds due to the problem of characteristics of the formed film. That is, when the amplitude modulation degree approaches 100%, the difference between the portion where no high-frequency power is generated and the portion where the amplitude is large increases. Further, when the amplitude modulation degree is reduced, it becomes the same as the case where high frequency power is simply applied. Furthermore, if the number of times of amplitude modulation is small, it is the same as that of simply applying high-frequency power having a constant amplitude, and if it is large, the change in the decomposition or activation of the reactive gas increases. Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.

【0015】[0015]

【実 施 例】本実施例においては、図2に示すプラズ
マ気相反応装置を使用し、たとえばガラスからなる被膜
形成用基板(25)上に非単結晶半導体被膜を形成した。図
2において、300 mm×400 mmの大きさの被膜形成用
基板(25)を平行平板電極(21)に対して垂直に配置するよ
うに基板支持用トレイ(24)がセッティングされる。本実
施例において、同基板支持用トレイ(24)に被膜形成用基
板(25)を10枚装着してあるが、被膜形成用基板(25)の
被膜面を互いに向かい合わせた際の間隔が20mm以上で
あれば放電するので、より多くの被膜形成用基板(25)上
に被膜形成が可能である。被膜形成用基板(25)の膜厚の
均一性を考えるならば、本実施例の場合、10枚ないし
15枚程度が良い。
EXAMPLE In this example, a non-single-crystal semiconductor film was formed on a film-forming substrate (25) made of, for example, glass using the plasma gas phase reaction apparatus shown in FIG. In FIG. 2, the substrate support tray (24) is set so that a film forming substrate (25) having a size of 300 mm × 400 mm is arranged perpendicular to the parallel plate electrodes (21). In the present embodiment, ten film-forming substrates (25) are mounted on the substrate-supporting tray (24), and the distance between the film surfaces of the film-forming substrates (25) is 20 mm. In the above case, since a discharge is generated, it is possible to form a film on a larger number of film forming substrates (25). Considering the uniformity of the film thickness of the film forming substrate (25), in the case of the present embodiment, about 10 to 15 sheets are preferable.

【0016】なお、この被膜形成用基板(25)の間隔は、
被膜作製時の圧力等他の要素によって変化するので、一
つに固定することは適当ではない。この被膜形成用基板
(25)がセットされた基板支持用トレイ(24)は、プラズマ
CVD装置の予備室(12)内に入れられ、真空排気を行な
った後、ゲイト弁(16)を開き、搬送機構(15)により第1
反応室(13)へ移動させる。その後、図2では描けないの
で省略してあるが、図2の紙面と平行で手前側と奥側に
ある基板加熱用ヒ−タ−により、被膜形成面は、被膜形
成温度である200 ℃ないし300 ℃程度にまで加熱され
る。この状態で、第1反応室(13)内にシランガスを50SC
CMの流量で導入し、排気系のコンダクタンスを制御し
て、第1反応室(13)内の圧力を0.01torrないし0.1torr
に保持した。
The interval between the film forming substrates (25) is
It is not appropriate to fix them together because they change depending on other factors such as the pressure at the time of film formation. This substrate for film formation
The substrate support tray (24) in which (25) is set is placed in the preliminary chamber (12) of the plasma CVD apparatus, and after performing vacuum evacuation, the gate valve (16) is opened and the transfer mechanism (15) By first
Move to reaction chamber (13). Thereafter, although not shown in FIG. 2, it is omitted. However, the substrate-forming heaters, which are parallel to the plane of FIG. Heated to about 300 ° C. In this state, silane gas was introduced into the first reaction chamber (13) for 50 SC.
It is introduced at the flow rate of CM, and the conductance of the exhaust system is controlled to increase the pressure in the first reaction chamber (13) to 0.01 torr to 0.1 torr.
Held.

【0017】次に、上下の平行平板電極(21)間に13.56M
Hzの高周波電力を印加し、プラズマ放電は、上下の電極
フ−ド(18)および基板支持用トレイ(24)の側面にて構成
される空間中に閉じ込められ、第1反応室(13)の内壁ま
で到達していない。よって、形成される被膜も、前記の
空間内部にしか形成されず、第1反応室(13)の内壁をク
リ−ニングする必要がないか、またはクリ−ニングの回
数を非常に少なくすることが可能となっている。この平
行平板電極(21)間には、13.56MHzの高周波が供給され
る。すなわち、従来よりの公知のプラズマCVD法は、
電極に印加する電力値または波高値を一定にすることを
よしとしていた。
Next, 13.56M is applied between the upper and lower parallel plate electrodes (21).
Hz high frequency power is applied, and the plasma discharge is confined in a space defined by the upper and lower electrode hoods (18) and the side surfaces of the substrate support tray (24), and the first reaction chamber (13) It has not reached the inner wall. Therefore, the film to be formed is also formed only in the above-mentioned space, and it is not necessary to clean the inner wall of the first reaction chamber (13), or it is possible to reduce the number of times of cleaning very much. It is possible. A high frequency of 13.56 MHz is supplied between the parallel plate electrodes (21). That is, the conventionally known plasma CVD method is:
It has been better to keep the power value or peak value applied to the electrode constant.

【0018】しかし、本発明においては、高周波発信回
路と終段の増幅回路(高周波電力を発生させる手段)と
の間に無線機における振幅変調をさせる変調回路(振幅
変調せしめる手段)を加えたものである。高周波を振幅
変調すると、振幅の波高値が大きくなったり、また小さ
く(ゼロを含む)なったりするいわゆる振幅変調(ampr
ification modutation )をすることができる。そし
て、この振幅変調された高周波電力を反応空間に供給す
る手段である一対の電極に供給した。本実施例は、かく
の如き振幅変調をさせることにより反応性気体の分解ま
たは活性化に変化を持たせる。すなわち、従来のプラズ
マCVDのプラズマ処理方法では、一定の振幅からなる
高周波を印加することによって、反応性気体を分解また
は活性化させて被膜を形成していた。そのため、被膜を
形成する基板の大きさが大きくなると、反応空間に分解
または活性化した反応性気体が均一に広がらない。
However, in the present invention, a modulating circuit (amplitude modulating means) for modulating the amplitude in the radio is added between the high-frequency transmitting circuit and the final-stage amplifier circuit (means for generating high-frequency power). It is. So-called amplitude modulation (ampr) in which amplitude modulation of a high frequency causes the peak value of the amplitude to increase or decrease (including zero)
proof modutation). The amplitude-modulated high-frequency power was supplied to a pair of electrodes which was a means for supplying the reaction space. In this embodiment, the amplitude is modulated as described above to change the decomposition or activation of the reactive gas. That is, in the conventional plasma processing method of plasma CVD, a high frequency having a constant amplitude is applied to decompose or activate a reactive gas to form a film. Therefore, when the size of the substrate on which the film is formed becomes large, the decomposed or activated reactive gas does not spread uniformly in the reaction space.

【0019】これに対して、本実施例は、振幅変調した
高周波電力を印加することで、分解または活性化を変化
させることで反応性気体を広く分散させることになる。
そのため、被膜形成用基板(25)上には、均質に反応性気
体が分散し、被形成面上に到達する。結果として均一な
被膜を形成することができるようになった。従来方法に
おけるプラズマCVD法は、常時一定の強さの高周波電
力を印加することによって、放電が生じているため、そ
の放電を強くしている所で、より放電し易く、放電のし
ないところで放電し難いというプラズマの不安定性にと
もなう膜厚分布のバラツキがおき不均一な膜厚になって
しまった。平行平板電極(21)の間に印加する高周波電力
によって振幅変調される回数は、たとえば1ないし5秒
に一回またはそれ以上とした。
On the other hand, in the present embodiment, the reactive gas is widely dispersed by applying the amplitude-modulated high-frequency power to change the decomposition or activation.
Therefore, the reactive gas is uniformly dispersed on the film forming substrate (25) and reaches the surface on which the reactive gas is to be formed. As a result, a uniform coating can be formed. In the plasma CVD method in the conventional method, since a discharge is generated by constantly applying a high-frequency power having a constant intensity, the discharge is more easily performed where the discharge is intensified, and the discharge is performed where no discharge is performed. The variation in the film thickness distribution due to the instability of the plasma, which is difficult, resulted in an uneven film thickness. The number of times of amplitude modulation by the high frequency power applied between the parallel plate electrodes (21) is, for example, once or more every 1 to 5 seconds.

【0020】本実施例においては、上記振幅変調条件の
高周波電力を全体で約20分間放電を行い、非単結晶珪素
半導体を基板上に約5000Åの厚さに形成した。この場
合、300 mm×400 mmの大きさの被膜形成用基板(25)
に形成された被膜は、振幅変調をかけないものと比較し
てより均一になった。本発明の方法を用いて、300 mm
×400 mmの被膜形成用基板(25)の上にP,I,N 構造を有
する太陽電池( 素子面積1.05cm2)を400 個作製した。そ
の特性を以下に示す。 光電変換効率(%) 個 数 11.0〜10.6 12 10.5〜10.1 206 10.0〜 9.6 173 9.5〜 9.1 9 9.0〜 8.6 0
In this embodiment, the high-frequency power under the above amplitude modulation condition was discharged for about 20 minutes in total, and a non-single-crystal silicon semiconductor was formed on the substrate to a thickness of about 5000 mm. In this case, a 300 mm × 400 mm film-forming substrate (25)
The coating formed on the sample was more uniform than that without the amplitude modulation. 300 mm using the method of the present invention.
400 solar cells (element area: 1.05 cm 2 ) having a P, I, N structure were fabricated on a × 400 mm film formation substrate (25). The characteristics are shown below. Photoelectric conversion efficiency (%) Quantity 11.10 to 10.6 12 10.5 to 10.1 206 10.0 to 9.6 173 9.5 to 9.1 9 9.0 to 8.6 0

【0021】このように、本実施例の方法によって形成
された被膜と従来例の方法によって形成された被膜と比
較した場合、本発明の方法によって形成された被膜は、
光電変換効率のばらつきが非常に小さくなっている。こ
れは特に、PIN 型太陽電池のI型半導体層の膜厚のばら
つきが非常に少ないことと深い関係があるためである。
Thus, when the coating formed by the method of the present embodiment and the coating formed by the conventional method are compared, the coating formed by the method of the present invention is as follows.
The variation in photoelectric conversion efficiency is very small. This is particularly because there is a deep relationship with the very small variation in the thickness of the I-type semiconductor layer of the PIN solar cell.

【0022】[0022]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、振
幅変調および増幅された高周波電力が減圧状態に保持さ
れた反応空間内に配設された一対の電極に印加されるた
め、反応性気体が分散され、大きい面積の被膜形成用基
板上に均一な被膜を形成する。本発明によれば、電極間
で、被膜形成面が表面になるように互いに重ね合わせる
と共に、電極に対し垂直となるように配設されているた
め、大型の基板表面に均一な被膜を形成することが可能
となる。これにより、大きい面積の被膜形成用基板よ
り、取り出せる素子数が増加し、さらに、その特性も均
一なものが得られるようになる。本発明によれば、上記
基板を人手を介することなく、予備室から反応空間へ、
また、反応空間から他のまたは同じ予備室へと搬送され
る。 本発明によれば、基板の搬送手段と反応空間におけ
る支持用手段が兼用できる。本発明によれば、大面積の
素子、たとえば太陽電池等は、反応空間の内壁にフレー
クを発生しないので、反応室の内壁等のクリーニングを
する必要がなくなり、効率の高いものを得ることができ
る。本発明によれば、大面積の基板上に凹凸があって
も、その側面にも上面と同じ厚さの膜を均一に形成する
ことができる。
As described above, according to the present invention, the amplitude-modulated and amplified high-frequency power is applied to the pair of electrodes disposed in the reaction space maintained in a reduced pressure state. The reactive gas is dispersed to form a uniform film on a large-area substrate for film formation. According to the present invention, the electrodes are overlapped with each other so that the surface on which the film is formed becomes the surface, and are disposed so as to be perpendicular to the electrodes, so that a uniform film is formed on the surface of the large substrate. It becomes possible. As a result, the number of elements that can be taken out increases from a large-area film-forming substrate, and moreover, uniform characteristics can be obtained. According to the present invention,
The substrate can be transferred from the preliminary chamber to the reaction space without manual intervention.
It is also transferred from the reaction space to another or the same
You. According to the present invention, the substrate transfer means and the reaction space
Support means can also be used. According to the present invention, since a large-area element such as a solar cell does not generate flakes on the inner wall of the reaction space, it is not necessary to clean the inner wall of the reaction chamber and the like, and a highly efficient device can be obtained. . ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if it has unevenness | corrugation on a large-area board | substrate, the film | membrane of the same thickness as an upper surface can be formed uniformly also on the side surface.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】最も一般的な平行平板電極を用いたプラズマC
VD装置を説明するための概略断面図である。
FIG. 1 shows a plasma C using the most common parallel plate electrode.
FIG. 2 is a schematic sectional view for explaining a VD device.

【図2】本出願人が提案した従来例における被膜形成装
置を説明するための概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining a conventional film forming apparatus proposed by the present applicant.

【図3】(A)、(B)、(C)、(D)は図2に示す
プラズマ気相反応装置によって、非単結晶珪素半導体を
被膜形成用基板上に作製した場合、被膜の形成される状
態を説明するための図である。
3 (A), (B), (C) and (D) show the formation of a film when a non-single-crystal silicon semiconductor is formed on a film-forming substrate by the plasma gas phase reaction apparatus shown in FIG. FIG. 7 is a diagram for explaining a state in which the operation is performed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12・・・予備室 21、23・・
・平行平板電極 13・・・第1反応室 24・・・基板
支持用トレイ 14・・・第2反応室 25・・・被膜
形成用基板 15・・・搬送機構 16、17・・・ゲイト弁 18、19、20・・・フード
12 ・ ・ ・ Preparatory room 21,23 ・ ・
・ Parallel plate electrode 13 ・ ・ ・ First reaction chamber 24 ・ ・ ・ Tray for substrate support 14 ・ ・ ・ Second reaction chamber 25 ・ ・ ・ Coating substrate 15 ・ ・ ・ Transport mechanism 16, 17 ・ ・ ・ Gate valve 18, 19, 20 ... food

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 雅芳 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社 半導体エネルギー研究所内 (72)発明者 柴田 克彦 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社 半導体エネルギー研究所内 (72)発明者 薄田 真人 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社 半導体エネルギー研究所内 (72)発明者 石田 典也 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社 半導体エネルギー研究所内 (72)発明者 佐竹 朱美 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社 半導体エネルギー研究所内 (72)発明者 荒井 康行 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社 半導体エネルギー研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−42115(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Masayoshi Abe 398 Hase, Atsugi-shi, Kanagawa Prefecture Semiconductor Energy Research Institute, Inc. (72) Inventor Katsuhiko Shibata 398 Hase, Atsugi-shi, Kanagawa Semiconductor Energy Research Institute, Inc. (72) Inventor Masato Usada 398 Hase, Atsugi-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Noriya Ishida 398 Hase, Atsugi-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Akemi Satake, Atsugi-shi, Kanagawa Prefecture 398 Inside Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Yasuyuki Arai 398 Hase, Atsugi-shi, Kanagawa Inside Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (56) References JP-A-63-42115 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 減圧状態に保持された反応空間内に配設
された基板の表面に被膜を形成するプラズマ処理装置に
おいて、 反応性気体を分解または活性化せしめる高周波電力を発
生させる高周波発振器と、 前記高周波電力を振幅変調せしめる手段と、 前記振幅変調手段によって変調された高周波電力を増幅
する増幅器と、 前記反応空間に配設されると共に、前記振幅変調された
高周波電力を供給する一対の電極と、当該一対の電極によって振幅変調された高周波電力が平
行な面内に供給されるように基板が配設されると共に、
当該基板を反応空間内に出入する搬送手段と、 から構成
されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
1. A plasma processing apparatus for forming a film on a surface of a substrate disposed in a reaction space held under reduced pressure, comprising: a high-frequency oscillator for generating high-frequency power for decomposing or activating a reactive gas; Means for amplitude-modulating the high-frequency power, an amplifier for amplifying the high-frequency power modulated by the amplitude modulation means, and a pair of electrodes provided in the reaction space and supplying the amplitude-modulated high-frequency power The high-frequency power amplitude-modulated by the pair of electrodes is flat.
The substrate is arranged so that it is supplied in the
A transfer means for moving the substrate into and out of the reaction space .
【請求項2】 前記多数の基板は、電極間で、被膜形成
面が表面になるように互いに重ね合わせると共に、電極
に対し垂直となるように配設されていることを特徴とす
る請求項1記載のプラズマ処理装置。
2. The substrate according to claim 1, wherein the plurality of substrates are overlapped with each other between the electrodes so that the surface on which the film is formed is the surface, and are arranged perpendicular to the electrodes. The plasma processing apparatus as described in the above.
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