(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を加熱するヒータ手段と、該基板に対向して設けられ、高周波電源からケーブルを介して接続してなる線材を使用した電極と、該線材を使用した電極の基板側と異なる側を覆ってプラズマの広がりを防止する電極カバーとからなる高周波プラズマ発生装置において、上記電極カバーと基板ヒータとを導電性の接続手段により、接続してなることを特徴とする高周波プラズマ発生装置。
【請求項２】
請求項１において、電源周波数が３０〜８００ＭＨｚの高周波電源であることを特徴とする高周波プラズマ発生装置。
【請求項３】
請求項１において、上記線材を使用した電極がラダー電極又はコイル型電極であることを特徴とする高周波プラズマ発生装置。
【請求項４】
基板を加熱するヒータ手段と、該基板に対向して設けられ、高周波電源からケーブルを介して接続してなる線材を使用した電極と、該線材を使用した電極の基板側と異なる側を覆ってプラズマの広がりを防止する電極カバーとからなる高周波プラズマ発生装置を用い、上記電極カバーと基板ヒータとを電気的に接続して膜厚速度分布が均一化するようにプラズマを発生することを特徴とする高周波プラズマ発生方法。
【請求項５】
請求項４において、電源周波数が３０〜８００ＭＨｚの高周波電源であることを特徴とする高周波プラズマ発生方法。
【請求項６】
請求項４において、上記線材を使用した電極がラダー電極又はコイル型電極であることを特徴とする高周波プラズマ発生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池や薄膜トランジスタ等に用いられるアモルファスシリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコン、窒化シリコン等の半導体の製膜において、製膜速度分布を極めて安定して行うと共に、高速製膜が可能な高周波プラズマ発生装置及び方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来のアモルファスシリコン半導体薄膜（ａ−Ｓｉ）プラズマ化学蒸着装置（（ＰＣＶＤ）にて製造する場合について、でラダー電極を用いた高周波プラズマ発生装置の一例を図５に示す。
図５に示すように、反応容器０１内に基板０２を加熱する基板ヒータ０３を設置し、電気的に接地する。上記基板ヒータ０３と対向した位置には、基板ヒータ０３から所定間隔を以てラダー型電極０４が配置されている。該ラダー型電極０４は、一般には複数の電極棒を並べたものであるが、該電極棒を直交させてなる網目状のものも含まれる。
上記ラダー型電極０４は、反応容器０１の外部に設けた高周波電源０５とインピーダンス整合器０６及び同軸ケーブル０７を介して接続されている。
また、上記ラダー型電極０４の周囲には、基板ヒータ０３と対向する面と反対側に不要なプラズマが生成しないように、ラダー型電極０４の基板側と異なる側を覆うアースシールドである製膜ユニット０８が配設されている。
【０００３】
上記ａ−Ｓｉ製膜は以下のようにして行う。先ず、例えば２００℃に設定した基板ヒータ上にａ−Ｓｉ薄膜を製膜する基板を挿入する。この挿入の際には、基板ヒータとラダー電極との間は、図６（Ａ）に示すように、拡幅させている。
基板の挿入後、図６（Ｂ）に示すように、所定位置に配設させ、Ｓｉガスを反応容器内に導入（流速：５０ｓｃｃｍ）すると共に、真空ポンプにより、所定圧力に減圧（１００ｍＴｏｒｒ）する。
その後、図７に示すように、高周波電源０５より高周波電力を供給し、基板０２と電極０４との間のプラズマ発生領域Ａにプラズマを発生させる。高周波電力が効率よくプラズマ発生部に供給されるように、インピーダンス整合器０６を調整する。上記プラズマ発生領域Ａのプラズマ中では、ＳｉＨ４  が分解し、基板０２の表面にａ−Ｓｉ膜が製膜される。
【０００４】
上記装置において、図８に示すように、電極から供給された電力は、同軸ケーブル内部を通る間は、ケーブル芯線０７ａとケーブル外皮０７ｂとの間で電圧がかかり、ほぼロスなく伝わっていくが、電極０４に直接つながるＢ地点でケーブル外皮０７ｂは切れてなくなり芯線０７ａのみとなるので、アースがなくなる。この結果、Ｂ地点以降の電圧は芯線０７ａと任意のアースとの間にかかることになる。
【０００５】
従来においては、図９に示すように、外皮０７ｂの剥き出し部分であるＢ地点の電位と基板０２の表面であるＣ地点との電位は、経路Ｄを通して、ほぼ同電位のアースであるとされていた。
これは、経路Ｄは導電性の材質（ＳＵＳ等）で製造されているので、電流的には、抵抗Ｒがほぼ零のためである。なお、任意の２点間に抵抗があれば、二点間に電位が生じる。
しかし、高周波のような電流では、インピーダンスＺは、Ｚ＝Ｒ＋ｉωＬで表される（ここで、ω：角周波数（＝２πｆ：ｆ周波数）、Ｌ：リアクタンス）。
よって、電源周波数ｆを高くするにつれ、Ｚが大きくなる。すなわち、Ｂ地点とＣ地点との間に電位差が生じることになる。
【０００６】
高周波プラズマを生成するためには、電極０４、基板０２間の電圧ＶＰ  を高くする必要がある。
ここで、図１０に示すように、Ｂ地点の芯線０７ａの電位をＶとしたとき、電極０４に直接つながるＢ地点、基板０２の表面のＣ地点、製膜ユニット０８のＥ地点の電位をＶＢ  ，ＶＰ  ，ＶＥ  とすると、以下のようになる。
0003595500.tif 000002
ここで、Ｌはその内部の面積に比例するため、ＬＰ  ＞ＬＥ  となる。尚、Ｉ：電流、Ｚ＝Ｒ＋ｉωＬであるが、Ｒ≪ｉωＬのため、Ｒは無視することにする。
すなわち、ＶＢ  ＞ＶＥ  ＞ＶＰ  となり、基板、電極間の電圧ＶＰ  が小さくなってしまう。
このように、Ｂ地点からＣ地点へのアースの経由する距離（Ｄ経路）が長くなればなるほど、基板と電極間のＶＰ  が小さくなる。
【０００７】
この結果、高周波プラズマ発生においては、良好なプラズマが発生せず、製膜速度分布が不安定となるという問題がある。
よって、従来においては、例えば大面積（１．４ｍ×１．１ｍ）化した場合に、高周波の電源周波数（例えば６０ＭＨｚ）において、ａ−Ｓｉ製膜するすると、製膜速度が５．１Å／ｓの場合、製膜速度分布が±６３．９％と極めて悪いものであった。
【０００８】
従来、プラズマを発生するための高周波電源の周波数として１３．５ＭＨｚを使用していたが、現在、高速製膜化・高品質化を図るために、電源周波数を３０〜８００ＭＨｚに高周波数化する試みが行われているが、上述したように、プラズマは、高周波電力を導入する電極０４と基板０２を置いているアース電極との間に生じる電位差により生じる。
すなわち、アース電極の電位が安定してアース電位になっていることがプラズマ発生には重要であるが、周波数が高くなると直流的にはアースとみられる場所でも、上述したように、表皮抵抗の増加、また周波数の変化と共に変化するインダクタンス・リアクタンス成分により、交流的にはアースとみなせない場所が生じることが判明した。
【０００９】
そのため、現状の技術ではアース電極自体がアース電位になっておらず、入力したパワーが本来消費されるべき放電空間で消費されにくい状態になっていた。
【００１０】
本発明は、以上述べた事情に鑑み、高周波プラズマ発生において、製膜速度分布が安定し、且つ高速製膜が可能な高周波プラズマ発生装置及び方法を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の第１の発明は、基板を加熱するヒータ手段と、該基板に対向して設けられ、高周波電源からケーブルを介して接続してなる線材を使用した電極と、該線材を使用した電極の基板側と異なる側を覆ってプラズマの広がりを防止する電極カバーとからなる高周波プラズマ発生装置において、上記電極カバーと基板ヒータとを導電性の接続手段により、接続してなることを特徴とする。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、電源周波数が３０〜８００ＭＨｚの高周波電源であることを特徴とする。
【００１３】
第３の発明は、第１の発明において、上記線材を使用した電極がラダー電極又はコイル型電極であることを特徴とする。
【００１４】
第４の発明は、基板を加熱するヒータ手段と、該基板に対向して設けられ、高周波電源からケーブルを介して接続してなる線材を使用した電極と、該線材を使用した電極の基板側と異なる側を覆ってプラズマの広がりを防止する電極カバーとからなる高周波プラズマ発生装置を用い、上記電極カバーと基板ヒータとを電気的に接続して膜厚速度分布が均一化するようにプラズマを発生することを特徴とする。
【００１５】
第５の発明は、第４の発明において、電源周波数が３０〜８００ＭＨｚの高周波電源であることを特徴とする。
【００１６】
第６の発明は、第４の発明において、上記線材を使用した電極がラダー電極又はコイル型電極であることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１８】
図１は本実施の形態にかかる高周波プラズマ発生装置の概略図である。
本実施の形態にかかる高周波プラズマ発生装置１０は、反応容器１１内に設けられ、基板１２を加熱するヒータ手段１３と、該基板１２に対向して設けられ、高周波電源１５からインピーダンス整合器１６及びケーブル１７を介して接続してなるラダー電極１４と、該ラダー電極１４の基板側と異なる側を覆ってプラズマの広がりを防止する電極カバーである製膜ユニット１８とからなる高周波プラズマ発生装置において、上記製膜ユニット１８と基板ヒータ１３とを導電性の接続手段２０により電気的に接続してなるものである。
ここで、上記接続手段２０による接続は、短い方が好ましい。これにより、成膜ユニット１８に繋がっているケーブル１７の外皮と基板ヒータ１３との高周波的な導電性をとるようにすることができる。
【００１９】
なお、本実施の形態においては、線材を使用した電極としてラダー電極を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばコイル型電極  等のものを用いるようにしてもよい。
また、上記ラダー電極とは複数の電極棒を並べたものや、電極棒を直交させてなる網目状電極等を用いることができる。
【００２０】
図２〜４に、上記接続手段２０の具体例を示す。
［第１の実施例］
図２の場合では、接続手段２０ＡとしてＳＵＳ箔（例えばＳＵＳ製の薄い板）を用いた接続例を示す。
【００２１】
［第２の実施例］
図３の場合では、接続手段２０ＢとしてＳＵＳ製のメッシュ等の金属製弾力素材を用いた接続例を示す。
【００２２】
［第３の実施例］
図４の場合では、接続手段２０ＣとしてＳＵＳ製部品により、製膜ユニット１８と基板ヒータ１３とを一体化させた接続例を示す。
【００２３】
本発明において、高周プラズマ発生とは、電源周波数を２７〜８００ＭＨｚの電源を用いることをいう。
【００２４】
本実施例においては、いずれも導電性の接続手段２０Ａ〜２０Ｃにより製膜ユニット１８と基板ヒータ１３とを電気的に接続するので、導電性の接続手段のＦ地点においても、電気的に接続を行うことにより、ＬＰ’がＬＰ  より大幅に小さくなり、ＶＰ  の増大及び基板電位の安定化を図ることができた。
その結果、下記のような製膜速度分布が安定し、且つ高速製膜が可能となるという、大幅な改善を図ることができた。
【００２５】
▲１▼ａ−Ｓｉ製膜の場合
従来では、大面積（１．４ｍ×１．１ｍ）において、高周波の電源周波数（例えば６０ＭＨｚ）において、製膜速度分布が製膜速度５．１Åの場合、±６３．９％と極めて悪いものが、本実施例にかかる装置を用いることで、同条件において、製膜速度分布が製膜速度１１．６Åの場合、±１９％と極めて安定化することができた。
▲２▼微結晶製膜の場合
従来では、面積（３０ｃｍ×３０ｃｍ）において、高周波の電源周波数（例えば６０ＭＨｚ）において、製膜速度分布が製膜速度２．３２の場合、±１３．９％と極めて悪いものが、本実施例にかかる装置を用いることで、同条件において、製膜速度分布が製膜速度７．４５Åの場合、±６．１％と極めて安定化することができた。
【００２６】
以上のように、本発明では、高周波プラズマにおいて高速製膜・エッチングを可能にするには、高密度プラズマを生成する必要があるが、電極・基板間に効率的に電力を供給する必要があるために、電極１４と基板１２及び周辺構造物を繋ぐアースの構造を適正化することにより、電源より発振した電力のうち電極・基板間に入力されるパワーの比率をあげることができ、またアース電位の安定化を図ることができるため、高速・大面積な製膜・エッチングか可能となる。
【００２７】
本発明の装置は特に限定されるものではないが、例えば半導体（太陽電池や薄膜トランジスタなどに用いられるアモルファスシリコン、微結晶シリコン、多結晶薄膜シリコン、窒化シリコンなど）の製膜やエッチングに用いて好適である。
【００２８】
また、放電を用いた各種の表面処理に用いても好適である。
【００２９】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の第１の発明によれば、基板を加熱するヒータ手段と、該基板に対向して設けられ、高周波電源からケーブルを介して接続してなる線材を使用した電極と、該線材を使用した電極の基板側と異なる側を覆ってプラズマの広がりを防止する電極カバーとからなる高周波プラズマ発生装置において、上記電極カバーと基板ヒータとを導電性の接続手段により接続してなるので、製膜速度分布が安定し、且つ高速製膜が可能となる。
【００３０】
第２の発明によれば、第１の発明において、電源周波数が３０〜８００ＭＨｚの高周波電源とする場合に、より製膜速度分布が安定し、且つ高速製膜が可能となり、大面積化の製膜に適用することができる。
【００３１】
第３の発明によれば、第１の発明において、上記上記線材を使用した電極がラダー電極又はコイル型電極であるので、製膜が良好となる。
【００３２】
第４の発明によれば、基板を加熱するヒータ手段と、該基板に対向して設けられ、高周波電源からケーブルを介して接続してなる線材を使用した電極と、該線材を使用した電極の基板側と異なる側を覆ってプラズマの広がりを防止する電極カバーとからなる高周波プラズマ発生装置を用い、上記電極カバーと基板ヒータとを電気的に接続して膜厚速度分布が均一化するようにプラズマを発生するので、製膜速度分布が安定し、且つ高速製膜が可能となる。
【００３３】
第５の発明によれば、第４の発明において、電源周波数が３０〜８００ＭＨｚの高周波電源とする場合に、より製膜速度分布が安定し、且つ高速製膜が可能となり、大面積化の製膜に適用することができる。
【００３４】
第６の発明によれば、第４の発明において、上記上記線材を使用した電極がラダー電極又はコイル型電極であるので、製膜が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる高周波プラズマ発生装置の概略図である。
【図２】本発明にかかる第１実施例の高周波プラズマ発生装置の概略図である。
【図３】本発明にかかる第２実施例の高周波プラズマ発生装置の概略図である。
【図４】本発明にかかる第３実施例の高周波プラズマ発生装置の概略図である。
【図５】従来のラダー型プラズマ発生装置の概略図である。
【図６】従来のラダー型プラズマ発生装置の概略図である。
【図７】従来のラダー型プラズマ発生装置の概略図である。
【図８】従来のラダー型プラズマ発生装置の概略図である。
【図９】従来のラダー型プラズマ発生装置の概略図である。
【図１０】従来のラダー型プラズマ発生装置の概略図である。
【符号の説明】
１０  高周波プラズマ発生装置
１１  反応容器
１２  基板
１３  ヒータ手段
１４  ラダー電極
１５  高周波電源
１６  インピーダンス整合器
１７  ケーブル
１８  製膜ユニット
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ  導電性の接続手段
【図１】
0003595500.tif 000003
【図２】
0003595500.tif 000004
【図３】
0003595500.tif 000005
【図４】
0003595500.tif 000006
【図５】
0003595500.tif 000007
【図６】
0003595500.tif 000008
【図７】
0003595500.tif 000009
【図８】
0003595500.tif 000010
【図９】
0003595500.tif 000011
【図１０】
0003595500.tif 000012