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JP3372384B2 - Plasma CVD equipment - Google Patents

Plasma CVD equipment

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Publication number
JP3372384B2
JP3372384B2 JP02169195A JP2169195A JP3372384B2 JP 3372384 B2 JP3372384 B2 JP 3372384B2 JP 02169195 A JP02169195 A JP 02169195A JP 2169195 A JP2169195 A JP 2169195A JP 3372384 B2 JP3372384 B2 JP 3372384B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
gas
reaction vessel
substrate
ladder
Prior art date
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Application number
JP02169195A
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Japanese (ja)
Other versions
JPH08218176A (en
Inventor
良昭 竹内
正義 村田
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.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP02169195A priority Critical patent/JP3372384B2/en
Publication of JPH08218176A publication Critical patent/JPH08218176A/en
Application granted granted Critical
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  • Plasma Technology (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【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、半導体保護膜絶縁膜な
どを形成する化学蒸着型(Chemical Vapour Deposition,
以下CVDという)薄膜形成に用いられる高周波プラ
ズマCVD装置に関する。 【0002】 【従来の技術】大面積のa−Si系薄膜を製造するため
に、従来より用いられているプラズマCVD装置の構成
の一例を図8および図9を参照して説明する。この技術
的手段は、例えば特開平4−236781号などに開示
されている装置である。 【0003】図8はプラズマCVD装置の断面図で、反
応容器(1)内には、グロー放電プラズマを発生させる
ための梯子状平面形コイル電極(2)(以下ラダー電極
という)が配置されている。このラダー電極(2)は図
9の電極平面図に示すように、2本の線材に対して垂直
に複数本の線材を梯子状に組んで、接続した構造を有
し、外周部が四角形をなしている。ラダー電極(2)の
電力供給点(2a),(2b)には高周波電源(7)か
ら、例えば13.56 MHz の高周波数の電力(RadioFreque
ncy;以下RF電力という)がインピーダンス整合器
(8)を介して供給される。 【0004】反応容器(1)内には、図示しないボンベ
から反応ガス供給管(6)を介して、例えばモノシラン
と水素の混合ガスが供給される。反応容器(1)内のガ
スは排気管(9)を通して真空ポンプ(10)により反
応容器(1)外へ排気される。薄膜を蒸着する基板(1
2)はラダー電極(2)と平行に設置され、図示しない
基板ホルダによって基板加熱ヒータ(11)上に支持さ
れる。 【0005】この装置を用いて以下のように薄膜を作製
する。まず、真空ポンプ(10)を駆動して反応容器
(1)内を排気する。次に反応ガス供給管(6)を通し
て、例えばモノシランと水素の混合ガスを 100〜200 cc
/min 程度の流量で供給し、反応容器(1)内の圧力を
0.5〜1Torrに保ち、高周波電源(7)からインピーダ
ンス整合器(8)を介してラダー電極(2)にRF電力
を印加すると、ラダー電極(2)と反応容器(1)との
間の空間およびラダー電極(2)の周囲にグロー放電プ
ラズマが発生する。発生したプラズマにより混合ガスが
分解され、基板表面にa−Si薄膜が堆積する。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】前述の従来の装置は、
ラダー電極(2)を用いることにより一般的に用いられ
ている平行平板型電極に比べ、高速・大面積均一成膜が
可能となっている。しかし以下の問題がある。 【0007】1) 図10は従来のラダー電極の電磁場
強度分布の図で、ラダー電極より5mmの位置における電
磁場強度を示している。図示のように、RF=50Wの
低電力域ではほぼ一様な電磁場強度分布であるが、RF
=100 Wの高電力域では、電極線材(2)上は強電磁場
であるのに対し、電極線材(2)間は50Wよりも電磁
場強度が弱くなる。発生するプラズマの密度は電磁場強
度に比例する。したがってRF=50Wと 100Wを比べ
た場合、電極線材(2)近傍では 100Wの方がプラズマ
の密度が高くなっているのに対して電極線材(2)間で
は50Wの方が高くなる。 【0008】従来の方法では、原料となるガスの大部分
は電極線材(2)上を通らず、線材の間を通って供給さ
れるので、成膜速度は電極線材(2)間のプラズマ密度
に比例する。その結果、図11の成膜速度とRF電力と
の関係図に示すように、RF電力を増加していくと、は
じめは成膜速度が増加するが、あるRF電力値からは前
述のように電極間のプラズマ密度が高くならないので、
RF電力を増加しても成膜速度が下がるようになり、そ
れ以上の高速成膜ができなかった。 【0009】2) また、従来の方法では図12の反応
ガス導入管(6)〜ラダー電極(2)〜基板(12)間
のSiH発光強度分布で示すように、この間全体にプラ
ズマが発生してガスを分解しているため、ガス流れの下
流になる基板近傍では次式に示す反応が進んで粉が発生
しやすく、生じた粉が基板(12)の表面に成長する薄
膜中に入るなどして膜質を劣化させていた。 【0010】 SiH4 +e- (電子) → SiH2 +H2 SiH2 +SiH4 → Si2 6 SiH2 +Si2 6 → Si3 8 ・ ・ ・ SiH2 +Sin-1 2n → Sin 2(n+1)(粉) 3) 本発明者らは上記1)および2)の欠点を補うた
め、図13に示すようにラダー電極を中空線材で構成
し、その中空線材の空洞部からガスを供給するととも
に、アースシールドをつけることによって不必要部分で
のプラズマ発生を抑制するように改善し、特願平6−1
28665として特許出願した。しかしながらこの場
合、アースシールドおよび中空ラダー電極の構造が複雑
になること、長期に使用した場合に基板ヒータ(11)
からの熱伝導によってアースシールド(14)が熱変形
し、中空ラダー電極(13)とアースシールド(14)
の間隔が変化してアーク放電等の異常放電が生じるな
ど、長期信頼性に問題があった。 【0011】 【課題を解決するための手段】本発明者は、前記従来の
課題を解決するために、反応容器と、この反応容器内に
反応ガスを導入し排出する手段と、上記反応容器内に収
容された複数本の線材からなる梯子状の平面型放電用電
極と、この放電用電極にグロー放電用電力を供給する電
源とを有し、上記反応容器内で上記放電用電極に対向し
て設置された基板表面に非晶質薄膜を形成するプラズマ
CVD装置において、上記放電用電極の上記基板に対向
していない部分をアースシールド板に間隔を保って埋込
むとともに、上記アースシールド板の上記放電用電極と
対向する面にガス吹出し孔を開口させ、そのガス吹出し
孔から上記放電用電極と上記アースシールド板との間隙
を経て上記反応容器内に反応ガスを供給するようにした
ことを特徴とするプラズマCVD装置を提案するもので
ある。 【0012】 【作用】本発明は前記のとおり構成され、放電用電極の
基板に対向していない部分をアースシールド板に間隔を
保って埋込むとともに、上記アースシールド板の上記放
電用電極と対向する面にガス吹出し孔を開口させ、その
ガス吹出し孔から上記放電用電極と上記アースシールド
板との間隙を経て上記反応容器内に反応ガスを供給する
ようにしたので、反応ガスはガス吹出し孔から放電用電
極とアースシールド板の隙間を通って、放電用電極の基
板に対向する側の電磁場強度の高い部分に導かれ、この
部分に高密度のプラズマが発生する。こうして電極の基
板に対向しない部分での放電を抑え、かつ高密度プラズ
マの部分に反応ガスを供給することができるので、プラ
ズマ内での粉の発生を抑制でき、高速成膜を行なうとと
もに、高品質の非晶質薄膜を形成することができる。 【0013】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体
的に説明する。図1は本発明の一実施例に係わるプラズ
マCVD装置の構成を示す断面図、図2は図1における
ラダー電極を示す平面図、図3はこのラダー電極とアー
スシールド板の関係を示す詳細断面図である。これらの
図において、前記図8および図9により説明した従来の
ものと同様の部分については、冗長になるのを避けるた
め、同一の符号を付け詳しい説明を省く。 【0014】本実施例においては、グロー放電プラズマ
を発生させるために線材を組上げて構成される梯子状平
面型コイル(2)(以下ラダー電極という)が反応容器
(1)内に配置されている。本実施例で使用されるラダ
ー電極(2)も図2の平面図に示すように二本の線材に
対して垂直に複数本の線材を接続し、梯子状に組んだ構
造を有し、外周部は四角形状をなしている。 【0015】このラダー電極の寸法は反応容器(1)の
容量によるが、線材の長さは 100〜1000mm、線材間は1
0〜50mm、の範囲であり、線材の径は2〜10mmが好
ましい。なおラダー電極(2)の外周部は、三角形や六
角形等他の多角形状でも、また円状や楕円状等の形状で
もよい。あるいはまた、幾つかのラダー電極を平面状に
ならべた構造のものでもよい。 【0016】このラダー電極(2)を構成する線材の基
板(12)と対向しない半周部分は、図3に示すよう
に、一定の間隔を持ってアースシールド板(3)に埋込
まれている。この電極(2)とアースシールド板(3)
との間隔は 0.5〜2mm程度とし、成膜時の反応容器
(1)内圧力における電子の平均自由行程と同程度かそ
れ以下であることが望ましい。このアースシールド板
(3)はガス混合器(4)を構成する部材の一部であ
り、ラダー電極(2)を構成する線材と対向する面にガ
ス混合器(4)の内部と連通した複数個のガス吹出し孔
(5)が開口している。このガス吹出し孔(5)の径は
0.2〜0.7mm 、孔ピッチは10〜25mmであることが好
ましい。 【0017】ラダー電極(2)の電力供給点(2a),
(2b)には、高周波電源(7)から、例えば13.56 M
Hz の周波数のRF電力がインピーダンス整合器(8)
を介して供給される。ガス混合器(4)にはガス供給管
(6)から例えばモノシランガスが供給され、ガス吹出
し孔(5)からラダー電極(2)とアースシールド板
(3)との間隙を経て反応容器(1)内に送り出され
る。反応容器(1)内のガスは排気管(9)を通じて真
空ポンプ(10)により排気される。薄膜を形成すべき
基板(12)はラダー電極(2)と平行に設置され、図
示しない基板ホルダにより基板加熱ヒータ(11)に支
持される。 【0018】この装置を用い、以下のようにして薄膜を
製作する。まず真空ポンプ(10)を駆動して反応容器
(1)内を排気する。次にガス供給管(6)からガス混
合器(4)へ、反応ガスとして例えばモノシランガスを
20〜100 cc/min 程度の流量で供給し、ガス吹出し孔
(5)からラダー電極(2)とアースシールド板(3)
との間隙に噴出させる。そして反応容器(1)内の圧力
を0.03〜0.2 Torr程度に保ち、高周波電源(7)からイ
ンピーダンス整合器(8)を介してラダー電極(2)に
高周波電力を印加すると、電極(2)のアースシールド
板(3)がない部分の周囲にグロー放電プラズマが発生
する。このプラズマにより反応ガスが分解して、ラダー
電極(2)と対向して配置された基板(12)の表面に
非晶質薄膜が形成される。 【0019】プラズマの密度は、電極線材近傍で大きく
離れるほど小さくなるが、本実施例では図4に示される
ように、常に最もプラズマ密度の高い領域(20)に反
応ガス(21)が供給される。高密度プラズマはこの領
域(20)に発生し、基板(12)上への薄膜の堆積に
は不必要な、電極線材の基板と対向していない部分には
発生しない。また、ガス吹出し孔(5)はプラズマにさ
らされず、膜が堆積しないから、ガス吹出し孔からガス
が突出する勢いによる膜剥離がないので、薄膜の高品質
・高速成膜を可能となることが推測される。 【0020】そこで下記条件で成膜実験を行なった。す
なわち基板材料として無アルカリガラスを用い、基板面
積を 300×300 mm、基板温度を 250℃、反応ガスをSi
4,その流量を70cc/分,反応容器内圧力を30mTo
rr にそれぞれ固定して,印加する高周波電力は20W
から 200Wの範囲で変化させた。こうして得られた成膜
速度と高周波電力との関係を図5に、電子スピン共鳴法
(以下ESRという)で測定した膜中欠陥密度と成膜速
度の関係を図6にそれぞれ示す。 【0021】図5に示されるように、高周波電力を増加
すると成膜速度は増加し、 200Wの高周波電力で23Å
/秒という非常に速い成膜速度が得られた。そしてこの
とき得られた欠陥密度は図6に示すように 2.8×1015
個/ccであり、高品質の膜であることが判った。更に高
周波電力を若干下げて成膜速度10Å/秒以下の条件で
製作した薄膜の欠陥密度は、本実施例で使用したESR
の測定下限界(1×1015個/cc)以下であり、非常に
高品質の膜であることが判った。 【0022】このように本実施例では、放電電極として
図2および図3に示すようにアースシールド板(3)に
埋込んだラダー電極(2)を用いることによって、10
〜25Å/秒という高速成膜速度で、しかも欠陥密度が
3×1015個/cc以下の高品質のa−Si薄膜を製作で
きる。しかもガス混合器(4)とアースシールド板
(3)が一体化されており、かつラダー電極(2)を中
空にする必要がないから、構造が簡単であり、熱変形も
抑制される。 【0023】上記実施例のラダー電極(2)を構成する
線材の断面は円形であり、図3に示すようにその半円部
分がアースシールド板(3)に埋もれた構造となってい
るが、この埋もれた部分の形状は図7(a)に示すよう
に四角形のような多角形でもよい。またアースシールド
板(3)から飛び出した部分の形状も図7(b)のよう
に多角形でもよい。あるいはまた図7(c)のようにア
ースシールド板(3)から突出せずに同一平面になって
いてもよい。 【0024】 【発明の効果】本発明によれば、放電用電極の基板と対
向しない部分をアースシールド板に間隔を保って埋込
み、アースシールド板の放電用電極と対向する面に開口
した吹出し孔より反応ガスを導入して、放電用電極近傍
の電磁場強度が強い部分に反応ガスを供給するようにし
たので、高品質の非晶質薄膜を高速で製造することがで
きる。したがって、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製造分野で工
業的価値が大きい。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical vapor deposition method for forming an amorphous silicon solar cell, a thin film semiconductor, an optical sensor, a semiconductor protective film insulating film, and the like.
The present invention relates to a high-frequency plasma CVD apparatus used for forming a thin film. 2. Description of the Related Art An example of the configuration of a plasma CVD apparatus conventionally used for producing a large-area a-Si thin film will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. This technical means is an apparatus disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-236681. FIG. 8 is a cross-sectional view of a plasma CVD apparatus. A ladder-like planar coil electrode (2) (hereinafter referred to as a ladder electrode) for generating glow discharge plasma is arranged in a reaction vessel (1). I have. As shown in the electrode plan view of FIG. 9, the ladder electrode (2) has a structure in which a plurality of wires are assembled in a ladder shape perpendicularly to two wires and connected, and the outer peripheral portion has a square shape. No. Power supply points (2a) and (2b) of the ladder electrode (2) are supplied from a high frequency power supply (7) to a high frequency power (RadioFreque) of, for example, 13.56 MHz.
ncy; hereinafter referred to as RF power) is supplied via the impedance matching unit (8). [0004] In the reaction vessel (1), for example, a mixed gas of monosilane and hydrogen is supplied from a cylinder (not shown) via a reaction gas supply pipe (6). The gas in the reaction vessel (1) is exhausted to the outside of the reaction vessel (1) by a vacuum pump (10) through an exhaust pipe (9). Substrate for depositing thin film (1
2) is installed in parallel with the ladder electrode (2), and is supported on the substrate heater (11) by a substrate holder (not shown). [0005] Using this apparatus, a thin film is produced as follows. First, the inside of the reaction vessel (1) is evacuated by driving the vacuum pump (10). Next, for example, 100 to 200 cc of a mixed gas of monosilane and hydrogen is passed through a reaction gas supply pipe (6).
/ Min at a flow rate of approx.
When the RF power is applied to the ladder electrode (2) from the high frequency power supply (7) through the impedance matching device (8) while maintaining the pressure at 0.5 to 1 Torr, the space between the ladder electrode (2) and the reaction vessel (1) and Glow discharge plasma is generated around the ladder electrode (2). The mixed gas is decomposed by the generated plasma, and an a-Si thin film is deposited on the substrate surface. [0006] The above-mentioned conventional device is as follows.
The use of the ladder electrode (2) enables high-speed, large-area uniform film formation as compared with a generally used parallel plate type electrode. However, there are the following problems. 1) FIG. 10 is a diagram of the electromagnetic field intensity distribution of a conventional ladder electrode, showing the electromagnetic field intensity at a position 5 mm from the ladder electrode. As shown in the figure, in the low power range of RF = 50 W, the electromagnetic field intensity distribution is almost uniform.
In the high power range of = 100 W, the strong electromagnetic field is present on the electrode wire (2), but the intensity of the electromagnetic field between the electrode wires (2) is weaker than 50W. The density of the generated plasma is proportional to the electromagnetic field intensity. Therefore, when RF = 50 W is compared with 100 W, 100 W has a higher plasma density in the vicinity of the electrode wire (2), whereas 50 W is higher between the electrode wires (2). In the conventional method, most of the gas as a raw material does not pass over the electrode wires (2) but is supplied between the wires, so that the film formation rate is reduced by the plasma density between the electrode wires (2). Is proportional to As a result, as shown in the relationship diagram between the film forming speed and the RF power in FIG. 11, as the RF power is increased, the film forming speed initially increases, but from a certain RF power value, as described above. Since the plasma density between the electrodes does not increase,
Even if the RF power was increased, the film formation speed was reduced, and no further high-speed film formation was possible. 2) In the conventional method, as shown by the SiH emission intensity distribution between the reaction gas introduction pipe (6), the ladder electrode (2) and the substrate (12) in FIG. In the vicinity of the substrate downstream of the gas flow, the reaction expressed by the following formula proceeds, and powder is likely to be generated. The generated powder enters a thin film growing on the surface of the substrate (12). As a result, the film quality was degraded. [0010] SiH 4 + e - (e) → SiH 2 + H 2 SiH 2 + SiH 4 → Si 2 H 6 SiH 2 + Si 2 H 6 → Si 3 H 8 · · · SiH 2 + Si n-1 H 2n → Si n H 2 (n + 1) (powder) 3) In order to compensate for the drawbacks of the above 1) and 2), the present inventors formed a ladder electrode with a hollow wire as shown in FIG. In addition to supplying gas, an improvement has been made to suppress the generation of plasma in unnecessary parts by attaching an earth shield.
Patent application No. 28665. However, in this case, the structure of the earth shield and the hollow ladder electrode becomes complicated, and when the substrate is used for a long time, the substrate heater (11)
The earth shield (14) is thermally deformed by heat conduction from the hollow ladder electrode (13) and the earth shield (14).
There was a problem in long-term reliability, such as the occurrence of abnormal discharge such as arc discharge due to a change in the distance between the electrodes. In order to solve the above-mentioned conventional problems, the present inventor has set forth a reaction vessel, means for introducing and discharging a reaction gas into and from the reaction vessel, A ladder-shaped flat discharge electrode composed of a plurality of wires accommodated in the electrode, and a power supply for supplying glow discharge power to the discharge electrode, facing the discharge electrode in the reaction vessel. In a plasma CVD apparatus for forming an amorphous thin film on the surface of a substrate placed, a portion of the discharge electrode not facing the substrate is buried at an interval in an earth shield plate, and A gas outlet is opened on a surface facing the discharge electrode, and a reaction gas is supplied from the gas outlet through the gap between the discharge electrode and the earth shield plate into the reaction vessel. The present invention proposes a plasma CVD apparatus characterized by the following. According to the present invention, the portion of the discharge electrode not facing the substrate is embedded in the earth shield plate at an interval, and the portion of the discharge electrode facing the discharge electrode is separated from the substrate. A gas blowing hole is opened on the surface to be blown, and the reaction gas is supplied from the gas blowing hole into the reaction vessel through the gap between the discharge electrode and the earth shield plate. From the electrode through the gap between the discharge electrode and the earth shield plate to a portion of the discharge electrode facing the substrate where the electromagnetic field intensity is high, and high-density plasma is generated in this portion. In this way, discharge can be suppressed in the portion of the electrode not facing the substrate and the reaction gas can be supplied to the high-density plasma portion, so that generation of powder in the plasma can be suppressed, and high-speed film formation can be performed. A quality amorphous thin film can be formed. Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of a plasma CVD apparatus according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view showing a ladder electrode in FIG. 1, and FIG. 3 is a detailed section showing the relationship between the ladder electrode and an earth shield plate. FIG. In these figures, the same parts as those of the related art described with reference to FIGS. 8 and 9 are denoted by the same reference numerals to avoid redundancy, and detailed description is omitted. In the present embodiment, a ladder-shaped planar coil (2) (hereinafter referred to as a ladder electrode) constituted by assembling wires to generate glow discharge plasma is disposed in a reaction vessel (1). . The ladder electrode (2) used in this embodiment also has a structure in which a plurality of wires are connected vertically to two wires as shown in a plan view of FIG. The part has a square shape. The dimensions of the ladder electrode depend on the capacity of the reaction vessel (1), but the length of the wire is 100 to 1000 mm, and the distance between the wires is 1 mm.
The diameter of the wire is preferably 2 to 10 mm. The outer peripheral portion of the ladder electrode (2) may have another polygonal shape such as a triangle or a hexagon, or a shape such as a circle or an ellipse. Alternatively, a structure in which several ladder electrodes are arranged in a plane may be used. As shown in FIG. 3, a half of the wire constituting the ladder electrode (2), which is not opposed to the substrate (12), is embedded in the earth shield plate (3) at a constant interval. . This electrode (2) and earth shield plate (3)
Is preferably about 0.5 to 2 mm, and is equal to or less than the mean free path of electrons at the internal pressure of the reaction vessel (1) during film formation. This earth shield plate (3) is a part of a member constituting the gas mixer (4), and has a plurality of surfaces connected to the inside of the gas mixer (4) on a surface facing the wire constituting the ladder electrode (2). Each gas outlet (5) is open. The diameter of this gas outlet (5) is
Preferably, the hole pitch is 0.2 to 0.7 mm and the hole pitch is 10 to 25 mm. The power supply point (2a) of the ladder electrode (2),
(2b) includes, for example, 13.56 M from the high frequency power supply (7).
RF power of the frequency of Hz is an impedance matching device (8)
Is supplied via For example, a monosilane gas is supplied to the gas mixer (4) from a gas supply pipe (6), and the reaction vessel (1) passes through a gap between a ladder electrode (2) and an earth shield plate (3) from a gas blowing hole (5). Sent out within. The gas in the reaction vessel (1) is exhausted by a vacuum pump (10) through an exhaust pipe (9). A substrate (12) on which a thin film is to be formed is placed in parallel with the ladder electrode (2), and is supported by a substrate heater (11) by a substrate holder (not shown). Using this apparatus, a thin film is manufactured as follows. First, the inside of the reaction vessel (1) is evacuated by driving the vacuum pump (10). Next, for example, monosilane gas is supplied as a reaction gas from the gas supply pipe (6) to the gas mixer (4) at a flow rate of about 20 to 100 cc / min, and the ladder electrode (2) is grounded through the gas blowing hole (5). Shield plate (3)
And squirt into the gap. When the pressure in the reaction vessel (1) is maintained at about 0.03 to 0.2 Torr and high frequency power is applied to the ladder electrode (2) from the high frequency power supply (7) via the impedance matching device (8), the electrode (2) Glow discharge plasma is generated around the portion without the earth shield plate (3). The reaction gas is decomposed by this plasma, and an amorphous thin film is formed on the surface of the substrate (12) arranged opposite to the ladder electrode (2). Although the plasma density decreases as the distance increases in the vicinity of the electrode wire, in this embodiment, as shown in FIG. 4, the reaction gas (21) is always supplied to the region (20) having the highest plasma density. You. The high-density plasma is generated in this region (20), and is not generated in a portion of the electrode wire not facing the substrate, which is unnecessary for depositing a thin film on the substrate (12). Further, since the gas outlet (5) is not exposed to plasma and the film is not deposited, there is no film peeling due to the force of the gas protruding from the gas outlet, so that a high-quality thin film can be formed at high speed. Guessed. Therefore, a film forming experiment was performed under the following conditions. That is, non-alkali glass was used as the substrate material, the substrate area was 300 × 300 mm, the substrate temperature was 250 ° C, and the reaction gas was Si.
H 4 , the flow rate was 70 cc / min, and the pressure in the reaction vessel was 30 mTo
rr, and the applied high frequency power is 20 W
From 200W to 200W. FIG. 5 shows the relationship between the deposition rate and the high-frequency power thus obtained, and FIG. 6 shows the relationship between the defect density in the film measured by the electron spin resonance method (hereinafter referred to as ESR) and the deposition rate. As shown in FIG. 5, when the high-frequency power is increased, the film-forming speed is increased.
/ Sec., A very high film formation rate was obtained. The defect density obtained at this time is 2.8 × 10 15 as shown in FIG.
Pcs / cc, which proved to be a high quality film. Further, the defect density of the thin film manufactured under the condition that the high-frequency power was slightly lowered and the film formation rate was 10 ° / sec or less was determined by the ESR used in this example.
Is below the lower limit of measurement (1 × 10 15 cells / cc), and it was found that the film was very high quality. As described above, in this embodiment, the ladder electrode (2) embedded in the earth shield plate (3) is used as the discharge electrode as shown in FIGS.
It is possible to produce a high-quality a-Si thin film having a high film forming rate of about 25 ° / sec and a defect density of 3 × 10 15 / cc or less. In addition, since the gas mixer (4) and the earth shield plate (3) are integrated and there is no need to make the ladder electrode (2) hollow, the structure is simple and thermal deformation is suppressed. The cross section of the wire constituting the ladder electrode (2) of the above embodiment is circular, and has a structure in which a semicircular portion is buried in the earth shield plate (3) as shown in FIG. The shape of the buried portion may be a polygon such as a square as shown in FIG. Also, the shape of the portion protruding from the earth shield plate (3) may be polygonal as shown in FIG. Alternatively, they may be on the same plane without protruding from the earth shield plate (3) as shown in FIG. 7 (c). According to the present invention, the portion of the discharge electrode that does not face the substrate is embedded in the earth shield plate at an interval, and the outlet hole is opened on the surface of the earth shield plate that faces the discharge electrode. Since the reactant gas is supplied to the portion where the electromagnetic field strength is high near the discharge electrode by introducing the reactant gas, a high-quality amorphous thin film can be manufactured at high speed. Therefore, it has great industrial value in the fields of manufacturing amorphous silicon solar cells, thin film semiconductors, optical sensors, semiconductor protective films, and the like.

【図面の簡単な説明】 【図1】図1は本発明の一実施例に係わるプラズマCV
D装置の構成を示す断面図である。 【図2】図2は図1におけるラダー電極を示す平面図で
ある。 【図3】図3は図1におけるラダー電極とアースシール
ド板の関係を示す詳細断面図である。 【図4】図4は上記実施例におけるガス供給とプラズマ
状態を示す図である。 【図5】図5は上記実施例における成膜速度と高周波電
力との関係を示す図である。 【図6】図6は上記実施例における膜中の欠陥密度と成
膜速度との関係を示す図である。 【図7】図7は本発明の他の実施例におけるラダー電極
とアースシールド板の関係を例示する断面図である。 【図8】図8は従来のプラズマCVD装置の構成の一例
を示す断面図である。 【図9】図9は図8におけるラダー電極を示す平面図で
ある。 【図10】図10は従来のラダー電極の電磁場強度分布
を示す図である。 【図11】図11は従来のプラズマCVD装置のラダー
電極における膜堆積の状況を示す概念図である。 【図12】図12は従来のプラズマCVD装置における
ガス吹出し孔・基板間のSiH発光強度分布を示す図で
ある。 【図13】図13は従来のプラズマCVD装置の構成の
他の例を示す断面図である。 【符号の説明】 (1) 反応容器 (2) ラダー電極 (3) アースシールド板 (4) ガス混合器 (5) ガス吹出し孔 (6) 反応ガス供給管 (7) 高周波電源 (8) インピーダンス整合器 (9) ガス排気管 (10) 真空ポンプ (11) 基板加熱ヒータ (12) 基板 (13) 中空ラダー電極 (14) アースシールド (20) 高密度プラズマ領域 (21) ガス流れ
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows a plasma CV according to an embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which shows the structure of D apparatus. FIG. 2 is a plan view showing a ladder electrode in FIG. FIG. 3 is a detailed sectional view showing a relationship between a ladder electrode and an earth shield plate in FIG. 1; FIG. 4 is a diagram showing gas supply and a plasma state in the embodiment. FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a film forming speed and a high-frequency power in the above embodiment. FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a defect density in a film and a film formation rate in the above embodiment. FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the relationship between a ladder electrode and an earth shield plate in another embodiment of the present invention. FIG. 8 is a sectional view showing an example of a configuration of a conventional plasma CVD apparatus. FIG. 9 is a plan view showing a ladder electrode in FIG. 8; FIG. 10 is a diagram showing an electromagnetic field intensity distribution of a conventional ladder electrode. FIG. 11 is a conceptual diagram showing a state of film deposition on a ladder electrode of a conventional plasma CVD apparatus. FIG. 12 is a diagram showing a SiH emission intensity distribution between a gas outlet and a substrate in a conventional plasma CVD apparatus. FIG. 13 is a sectional view showing another example of the configuration of the conventional plasma CVD apparatus. [Description of Signs] (1) Reaction vessel (2) Ladder electrode (3) Earth shield plate (4) Gas mixer (5) Gas outlet (6) Reaction gas supply pipe (7) High frequency power supply (8) Impedance matching (9) Gas exhaust pipe (10) Vacuum pump (11) Substrate heater (12) Substrate (13) Hollow ladder electrode (14) Earth shield (20) High density plasma area (21) Gas flow

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 16/505 C30B 25/00 H01L 21/205 INSPEC(DIALOG) JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C23C 16/505 C30B 25/00 H01L 21/205 INSPEC (DIALOG) JICST file (JOIS)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 反応容器と、この反応容器内に反応ガス
を導入し排出する手段と、上記反応容器内に収容された
複数本の線材からなる梯子状の平面型放電用電極と、こ
の放電用電極にグロー放電用電力を供給する電源とを有
し、上記反応容器内で上記放電用電極に対向して設置さ
れた基板表面に非晶質薄膜を形成するプラズマCVD装
置において、上記放電用電極の上記基板に対向していな
い部分をアースシールド板に間隔を保って埋込むととも
に、上記アースシールド板の上記放電用電極と対向する
面にガス吹出し孔を開口させ、そのガス吹出し孔から上
記放電用電極と上記アースシールド板との間隙を経て上
記反応容器内に反応ガスを供給するようにしたことを特
徴とするプラズマCVD装置。
(57) [Claims 1] A reaction vessel, means for introducing and discharging a reaction gas into and from the reaction vessel, and a ladder-like shape comprising a plurality of wires accommodated in the reaction vessel. A flat-type discharge electrode and a power supply for supplying glow discharge power to the discharge electrode, and forming an amorphous thin film on the surface of the substrate placed opposite to the discharge electrode in the reaction vessel. In the plasma CVD apparatus, a portion of the discharge electrode not facing the substrate is embedded in the earth shield plate at an interval, and a gas blowing hole is formed on a surface of the earth shield plate facing the discharge electrode. A plasma CVD apparatus, wherein a reaction gas is supplied into the reaction vessel from the gas outlet through a gap between the discharge electrode and the earth shield plate.
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