(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、基板が載置されるアノード電極と、
前記アノード電極に対向する位置に配置されるカソード電極を有するカソードユニットと、
原料ガスが供給されるガス供給部と、
前記チャンバ内のガスを排気するガス排気部と、
を備えており、
前記カソードユニットは、前記カソード電極に前記ガス供給部と連通する複数のガス供給孔が一方向に沿って配列されて形成されており、
前記ガス排気部と連通するガス排気溝が前記カソード電極に隣接する位置にガス供給孔の配列方向に沿って連続的に開口して形成されており、
さらに、前記カソードユニットには、前記カソード電極が複数並べて設けられており、それぞれのカソード電極同士の間には、カソード電極同士の放電を防止するアースシールドが設けられ、このアースシールドとカソード電極との間に、前記ガス排気溝が設けられていることを特徴とするＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記カソードユニットには、前記カソード電極が複数並べて設けられており、それぞれのカソード電極同士の間には、前記カソード電極に隣接する位置に前記ガス排気溝がガス供給孔の配列方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記すべてのガス供給孔は、前記ガス排気溝から等距離になる位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜半導体、特に、アモルファスシリコン又は微結晶シリコン薄膜太陽電池に適したＣＶＤ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、アモルファスシリコン膜を用いた太陽電池の研究が進められており、実用化に至っている。このような太陽電池は、プラズマＣＶＤ装置を用いて形成されている。一般には、チャンバ内にカソード電極とアノード電極とが配置されており、プラズマが励起したカソード電極−アノード電極間にモノシランガス等の原料ガスが供給されると、原料ガスが分解されることにより、生成された製膜ラジカルが基板上に堆積してアモルファスシリコン膜が形成される。その際、原料ガスの分解により製膜ラジカルの生成と同時に高次シラン等の高エネルギ粒子（短寿命ラジカルを含む製膜に不要な粒子）が生成されるが、チャンバに設けられた排気口から排気されるようになっている。
【０００３】
近年では、形成されるアモルファスシリコン膜の膜質を向上させるために、カソード電極に排ガス用穴が形成されたものも知られている。具体的には、下記特許文献１に記載されているように、カソード電極（ホローカソード電極）には、ガス導入用穴の近くに排ガス用穴が形成されており、カソード電極に高周波電源が投入されるとガス導入用穴にプラズマが発生するようになっている。そして、ガス導入用穴に原料ガスが供給されると原料ガスがガス導入用穴のプラズマに分解されることにより、製膜ラジカルが生成される。ここで、製膜ラジカルの生成と同時に高エネルギ粒子も生成されるが、ガス導入用穴の近くに設けられた排ガス用穴から排出されるため、効率よく高エネルギ粒子を排気することができる。この特許文献１のＣＶＤ装置は、ガス導入用穴の近くには必ず排ガス用穴が配置されるという規則的なパターンで電極表面が構成されているため、それぞれのガス導入用穴の排気環境がほぼ同一となる。したがって、電極表面全体に原料ガスから製膜ラジカルが一様に生成することができ、基板上には膜全体に亘って膜質が均一なアモルファスシリコン膜が形成できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２１４２９６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に記載のＣＶＤ装置では、製膜レート（製膜速度）を向上させることができないという問題があった。すなわち、上記カソード電極には、一つのガス導入用穴の近くに必ず排ガス用穴が配置されているため、一定面積で比較した場合、一つのガス導入用穴の近くに必ず排ガス用穴を配置する領域が必要になり、一定面積を占めるガス導入用穴の割合を増加させることができない。すなわち、電極表面におけるガス導入用穴の占める割合が排ガス用穴を設ける領域に制限されてしまうため、製膜ラジカルの生成量を増加させることができず、製膜レートを思うように向上させることができないという問題があった。
【０００６】
一方、一つのガス導入用穴に対して排ガス用穴を設ける部分と、排ガス用穴を設けない部分とを偏在させた場合には、高エネルギ粒子が排気される状態が、すべてのガス導入用穴において一定にすることができない。そのため、電極表面全体において製膜ラジカルの生成状態が一様にすることができず、基板上には膜全体に亘って膜質が均一なアモルファスシリコン膜を形成することができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、製膜レートを下げることなく、膜全体に亘って膜質が均一なアモルファスシリコン膜を形成することができるＣＶＤ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明のＣＶＤ装置は、チャンバと、前記チャンバ内に設けられ、基板が載置されるアノード電極と、前記アノード電極に対向する位置に配置されるカソード電極を有するカソードユニットと、原料ガスが供給されるガス供給部と、前記チャンバ内のガスを排気するガス排気部と、を備えており、前記カソードユニットは、前記カソード電極に前記ガス供給部と連通する複数のガス供給孔が一方向に沿って配列されて形成されており、前記ガス排気部と連通するガス排気溝が前記カソード電極に隣接する位置にガス供給孔の配列方向に沿って連続的に開口して形成されており、さらに、前記カソードユニットには、前記カソード電極が複数並べて設けられており、それぞれのカソード電極同士の間には、カソード電極同士の放電を防止するアースシールドが設けられ、このアースシールドとカソード電極との間に、前記ガス排気溝が設けられていることを特徴としている。
【０００９】
上記ＣＶＤ装置によれば、カソード電極にガス供給孔が一方向に沿って設けられ、かつ、そのガス供給孔の配列方向に沿ってガス排気溝が設けられているため、製膜レートを下げることなく、膜質が均一なアモルファスシリコン膜を形成することができる。すなわち、カソード電極には、ガス供給孔のみが配置されるため、ガス排気溝の配置に影響されることなくガス供給孔を設けることができる。したがって、従来の排ガス用穴をカソード電極に設ける場合に比べて、カソード電極にガス供給孔をより高密度に設けることができるため、生成される製膜ラジカルが増大し、製膜レートを向上させることができる。また、ガス排気溝がカソード電極に隣接する位置に連続的に開口した状態でガス供給孔の配列方向に沿って設けられているため、すべてのガス供給孔に対して一定範囲内にガス排気溝が存在する。これにより、すべてのガス供給孔に対するガス排気環境が一定になるため、高エネルギ粒子が排気される状態をそれぞれのガス供給孔に対して一定にすることができる。したがって、ガス供給孔から供給された原料ガスが分解されることにより、製膜ラジカルの生成状態をカソード電極全体で一様にすることができるため、膜全体に亘って膜質が均一なアモルファスシリコン膜を形成することができる。さらに、カソード電極同士の放電を防止しつつ、ガス排気溝が与えるガス排気環境をカソード電極全体に亘って一定にすることができる。
【００１０】
また、前記カソードユニットには、前記カソード電極が複数並べて設けられており、それぞれのカソード電極同士の間には、前記カソード電極に隣接する位置に前記ガス排気溝がガス供給孔の配列方向に沿って設けられている構成とすることができる。
【００１１】
この構成によれば、製膜ラジカルの生成領域を増やすためにカソード電極の表面積が大きくなった場合であっても、カソード電極を複数に分けて構成し、カソード電極間にガス排気溝を設けることにより、カソード電極に形成されたガス供給孔すべてに対して、ガス排気溝が与えるガス排気環境を一定にすることができる。
【００１４】
また、前記すべてのガス供給孔は、前記ガス排気溝から等距離になる位置に配置されている構成が好ましい。
【００１５】
この構成によれば、ガス排気溝が与えるガス排気環境をすべてのガス供給孔に対して一定にすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のＣＶＤ装置によれば、製膜レートを下げることなく、膜全体に亘って膜質が均一なアモルファスシリコン膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態におけるＣＶＤ装置を示す概略図である。
【図２】上記ＣＶＤ装置のカソードユニットの正面図である。
【図３】上記カソードユニットの断面図である。
【図４】別の実施形態におけるカソードユニットの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態におけるＣＶＤ装置を示す概略図であり、図２は、カソード電極を示す概略断面図である。
【００１９】
図１、図２に示すように、ＣＶＤ装置は、チャンバ１と、カソードユニット２と、アノード電極３とを有している。そして、カソードユニット２に高周波電力を投入することにより、カソードユニット２と、その対極であるアノード電極３上の基板５との間にプラズマが発生し、ガス供給部２２から供給された原料ガスが分解されることにより製膜ラジカルが生成される。そして、製膜ラジカルが基板５上に堆積することにより、アモルファスシリコン膜が形成されるようになっている。なお、製膜ラジカルとは、製膜に必要な長寿命ラジカルのことであり、その他、製膜ラジカルと同時に発生する均一な製膜の形成を妨げる粒子（短寿命ラジカルを含む）を高エネルギ粒子と呼ぶことにする。
【００２０】
チャンバ１は、その内部で製膜ラジカルを発生させて基板５上にアモルファスシリコン膜を形成させる容器であり、その内部が所定の圧力に保たれるように構成されている。また、チャンバ１全体は、アースされており、カソードユニット２のカソード電極２１とチャンバ１とが放電するのを防止できるようになっている。これにより、カソード電極２１に高周波電源が供給されると、カソード電極２１とアノード電極３上の基板５との間でプラズマが発生するようになっている。
【００２１】
また、このチャンバ１には、このチャンバ１内に原料ガスを供給するガス供給部２２と、チャンバ１内のガスを排気させるガス排気部２３とが設けられている。
【００２２】
ガス排気部２３は、チャンバ１内のガスを排気させるものであり、チャンバ１の上方ほぼ中央部分に設けられている。具体的には、チャンバ１内外を連通するようにカソードユニット２と接続される配管２３ａが設けられており、この配管２３ａの一方端が真空ポンプ２３ｂと接続されている。そして、後述するように、カソードユニット２には、チャンバ１内に開口する排気溝２１ｂが形成されており、この排気溝２１ｂと配管２３ａとが連通して接続されている。したがって、真空ポンプ２３ｂを作動させると、チャンバ１内のガスが排気溝２１ｂから配管２３ａを通じて排気されるようになっている。
【００２３】
ガス供給部２２は、チャンバ１内に原料ガスを供給するものであり、チャンバ１の側壁に設けられている。具体的には、チャンバ１内外を連通するようにカソードユニット２と接続される配管２２ａが設けられており、この配管２２ａの一方端が原料ガスボンベ２２ｂと接続されている。そして、後述するように、カソードユニット２には、カソード電極２１にガス供給孔２１ａが形成されており、原料ガスがガス供給孔２１ａを通じてチャンバ１に供給される。すなわち、配管２２ａの途中に可変バルブ（不図示）が設けられており、この可変バルブを調節することで、原料ガスが所定流量でカソード電極２１のガス供給孔２１ａからチャンバ１内に供給されるようになっている。
【００２４】
また、カソードユニット２は、カソード電極２１をアノード電極３の対向する位置に支持するものであり、アースシールド２６とカソード電極２１とを有している。このカソードユニット２は、チャンバ１のほぼ中央位置に固定されて設けられており、この状態で、カソードユニット２内のカソード電極２１がアノード電極３に対向する位置に支持されるようになっている。具体的には、チャンバ１の壁面には、カソード電極２１の側面全体を覆うアースシールド２６がチャンバ１の中央位置まで延びるように設けられており、アースシールド２６の開口部分がアノード電極３に対向している。そして、図２、図３に示すように、アースシールド２６の開口部分には、平板状の絶縁板２４がアノード電極３とほぼ平行な状態で取付けられており、この絶縁板２４のアノード電極３側にカソード電極２１が取付けられている。これにより、カソード電極２１がアースシールド２６に支持された状態で、カソード電極２１とアノード電極３とが対向するようになっている。
【００２５】
カソード電極２１は、ステンレスやアルミニウムなどの金属材料で長方形の板状に形成されており、高周波電源６に接続されている。そして、カソード電極２１に高周波電力が投入されると、カソード電極２１とアノード電極３上の基板５との間にプラズマが発生するようになっている。このカソード電極２１の表面には、複数のガス供給孔２１ａが形成されている。具体的には、カソードユニット２には、絶縁板２４のカソード電極２１側と反対側に管状のガスマニホールド２７が設けられている。このガスマニホールド２７は、ガス供給部２２から供給された原料ガスを各ガス供給孔２１ａに供給するものであり、各ガス供給孔２１ａと連通して接続されるとともに、ガス供給部２２の配管２２ａと連通して接続されている。これにより、原料ガスボンベ２２ｂからガスマニホールド２７に原料ガスが供給されると、原料ガスがそれぞれのガス供給孔２１ａからチャンバ１内に供給されるようになっている。
【００２６】
また、本実施形態では、図２に示すように、ガス供給孔２１ａが一方向に沿って配置されて設けられている。すなわち、カソード電極２１の長手方向に沿う方向に配列されており、図２に示す例では、一方向に延びるガス供給孔２１ａが２段に分かれて配置されている。そして、これらのガス供給孔２１ａは、互いに等間隔で配置されており、またカソード電極２１の長辺の縁端部から等距離になる位置に配置されている。図２に示す例では、ガス供給孔２１ａそれぞれが等間隔αで一方向に配列され、かつ、すべてのガス供給孔２１ａがカソード電極２１の縁端部から距離βの位置に配置されている。すなわち、この間隔αと距離βとを適宜調整することにより、カソード電極２１の表面全体にガス供給孔２１ａを自由に設けることができる。すなわち、カソード電極２１の表面には、ガス供給孔２１ａのみが設けられるため、ガス供給孔２１ａを最密（高密度）に設けることにより、チャンバ１内に大量の原料ガスを供給することができる。これにより、製膜ラジカルの生成を増大させて、製膜レートを向上させることができる。
【００２７】
また、カソード電極２１に隣接する位置には、ガス排気溝２１ｂが形成されており、このガス排気溝２１ｂを通じてチャンバ１内のガスが排気されるようになっている。具体的には、ガス排気溝２１ｂは、カソード電極２１の縁端部の長手方向に沿って、換言すれば、カソード電極２１のガス供給孔２１ａの配列方向に沿って形成されていることにより、ガス排気溝２１ｂは、ガス供給孔２１ａから等距離に設けられている。すなわち、すべてのガス供給孔２１ａがカソード電極２１の縁端部から距離βの位置に設けられていることにより、すべてのガス供給孔２１ａは、ガス排気溝２１ｂから等距離（距離γ）に配置されている。そして、ガス排気溝２１ｂは、連続的に開口した状態で形成されており、開口幅が全長に亘って一定寸法（ｔ）で形成されている。これにより、それぞれのガス供給孔２１ａに対して排気状態が一定になるため、それぞれのガス供給孔２１ａにおける排気環境をほぼ等しくすることができ、ガス供給孔２１ａから発生した高エネルギ粒子の排気状態をすべてのガス供給孔２１ａにおいて一定にすることができる。したがって、製膜ラジカルの生成状態をカソード電極２１全体として一様することができるため、アモルファスシリコン膜全体に亘って膜質を均一にすることができる。
【００２８】
また、本実施形態では、カソード電極２１が複数設けられており、それぞれのカソード電極２１に隣接する位置にガス排気溝２１ｂが形成されている。具体的には、カソード電極２１同士の間には、カソード電極２１同士が放電するのを防止するアースシールド２６が設けられており、それぞれのカソード電極２１とアースシールド２６との間にガス排気溝２１ｂが設けられている。すなわち、カソード電極２１とアースシールド２６とが所定の寸法だけ離間させて設けられており、このカソード電極２１とアースシールド２６とで形成される隙間によってガス排気溝２１ｂが形成されている。すなわち、すべてのガス排気溝２１ｂは、チャンバ１内に連続的に開口した状態で、ガス供給孔２１ａの配列方向に沿って形成されている。これにより、複数のカソード電極２１を設けた場合であっても、それぞれのカソード電極２１のガス供給孔２１ａにおける排気環境を一定にすることができるため、基板５が大型化した場合であっても、カソード電極２１の数を増やすことにより、複数のカソード電極２１全体として製膜ラジカルの生成状態を一様にすることができる。なお、この場合、基板５が短冊状に形成されており、この短冊状基板５複数枚を一度に製膜する場合にも適用できる。すなわち、複数のカソード電極２１それぞれと対向する位置に短冊状基板５を配置させることにより、それぞれの短冊状基板５に膜質が均一なアモルファスシリコン膜を同時に形成することができる。
【００２９】
このようなＣＶＤ装置によりアモルファスシリコン膜を製膜する場合、まずアノード電極３上に基板５を載置した状態で、カソード電極２１に高周波電源６を印加させる。これにより、カソード電極２１と基板５との間にプラズマが発生する。そして、可変バルブを調節することにより、原料ガスボンベ２２ｂから原料ガスを供給しつつ、真空ポンプ２３ｂを作動させてガス排気溝２１ｂから排気させる。これにより、ガス排気溝２１ｂによる排気環境は、それぞれのガス供給孔２１ａにおいて一定となる。そして、それぞれのカソード電極２１のガス供給孔２１ａから原料ガスがチャンバ１内に供給されると、供給された原料ガスがプラズマにより分解され、製膜ラジカルと高エネルギ粒子とが生成される。その際、ガス供給孔２１ａ付近に滞留しやすい高エネルギ粒子は、ガス排気溝２１ｂから排気される。すなわち、それぞれのガス供給孔２１ａから生成される高エネルギ粒子が各ガス供給孔２１ａ毎に同環境で排気されるため、製膜ラジカルの生成状態がカソード電極２１全体に亘ってほぼ一様になる。これにより、基板５上には製膜ラジカルが堆積し、基板５上に膜質が均一なアモルファスシリコン膜が形成される。
【００３０】
このように、上記ＣＶＤ装置によれば、カソード電極２１にガス供給孔２１ａが一方向に沿って設けられ、かつ、そのガス供給孔２１ａの配列方向に沿ってガス排気溝２１ｂが設けられているため、製膜レートを下げることなく、膜質が均一なアモルファスシリコン膜を形成することができる。すなわち、カソード電極２１には、ガス供給孔２１ａのみが配置されるため、ガス排気溝２１ｂの配置に影響されることなくガス供給孔２１ａを設けることができる。したがって、従来の排ガス用穴をカソード電極２１に設ける場合に比べて、カソード電極２１にガス供給孔２１ａをより高密度に設けることができるため、製膜ラジカルの生成が増大し、製膜レートを向上させることができる。また、ガス排気溝２１ｂがカソード電極２１に隣接する位置に連続的に開口した状態でガス供給孔２１ａの配列方向に沿って設けられているため、すべてのガス供給孔２１ａに対して一定範囲内にガス排気溝２１ｂが存在する。これにより、すべてのガス供給孔２１ａに対するガス排気環境が一定になるため、高エネルギ粒子が排気される状態をそれぞれのガス供給孔２１ａに対して一定にすることができる。したがって、ガス供給孔２１ａから供給された原料ガスが分解されることにより、製膜ラジカルの生成状態をカソード電極２１全体で一様にすることができるため、膜全体に亘って膜質が均一なアモルファスシリコン膜を形成することができる。
【００３１】
上記実施形態では、カソード電極２１と基板５との間でプラズマを発生させる例について説明したが、カソード電極２１がホローカソード電極であってもよい。具体的には、図４に示すように、ガス供給孔２１ａの開口径が、カソード電極２１に高周波電源を印加された場合に、プラズマが発生する寸法に設定されているものであってもよい。この場合であっても、ガス排気溝２１ｂによりずべてのガス供給孔２１ａの排気環境を一定にすることができるため、ガス供給孔２１ａに発生したプラズマにより生成された高エネルギ粒子がガス排気溝２１ｂから排気され、製膜ラジカルの生成状態をカソード電極２１全体で一様にすることができる。
【００３２】
また、上記実施形態では、カソード電極２１が複数の場合について説明したが、単体で構成されるカソード電極２１であってもよい。
【００３３】
また、上記実施形態では、カソード電極２１に設けるガス供給孔２１ａは、２段に分かれているものについて説明したが、１段で構成されるものであってもよい。さらに、ガス排気溝２１ｂの排気環境がカソード電極２１表面全体で一様にできれば、３段以上に構成されているものであってもよい。しかし、排気環境を一定にしやすい観点からは、ガス供給孔２１ａの配列ごとに、ガス排気溝２１ｂが設けられていることが好ましい。
【符号の説明】
【００３４】
１  チャンバ
３  アノード電極
５  基板
２１  カソード電極
２１ａ  ガス供給孔
２１ｂ  ガス排気溝
２２  ガス供給部
２３  ガス排気部
【図１】
0005529509.tif 000002
【図２】
0005529509.tif 000003
【図３】
0005529509.tif 000004
【図４】
0005529509.tif 000005