(57)【要約】【課題】薄膜シリコン太陽電池の微結晶シリコン膜及び多結晶シリコン太陽電池のパッシベーション膜等を製造するプラズマＣＶＤ装置の応用分野においては、生産性向上及び低コスト化を図るために、大面積基板を対象に高速、高品質のシリコン系膜の形成が可能なプラズマＣＶＤ装置及びその装置を用いたシリコン系膜の製造法が求められている。特に、パウダーの発生を抑制可能なプラズマＣＶＤ技術が強く求められている。【解決手段】一対の平行平板電極を備えたプラズマＣＶＤ装置において、ガス噴出孔を有する電極に、凹凸部を設け、該凸部に原料ガスのみを噴出する複数の原料ガス噴出孔を配置し、該凹部に希釈ガスのみを噴出する複数の希釈ガス噴出孔を配置するとともに、該原料ガス噴出孔を該噴出方向が基板表面の法線方向以外に向くように設置させるということを特徴とする。【選択図】図７
2011101064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系を備えた真空容器と、
原料ガスの供給源及び該原料ガスを希釈する希釈ガスの供給源と、
該原料ガス及び該希釈ガスを該真空容器に導入するガス導入管と、
該原料ガス及び該希釈ガスを噴出するガス噴出孔を有する電気的に非接地の平行平板型の第１の電極及び基板を載置する平行平板型の第２の電極からなる一対の電極と、
該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電力供給系と、を具備し、
該真空容器内に設置された基板に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、
前記ガス噴出孔は前記原料ガスのみを噴出する複数の原料ガス噴出孔と前記希釈ガスのみを噴出する複数の希釈ガス噴出孔から構成され、かつ、該原料ガス噴出孔と該希釈ガス噴出孔は互いに空間的に異なる位置に配置されるということを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置において、前記原料ガス噴出孔は、前記希釈ガス噴出孔より前記第２の電極表面に近い位置に配置されるということを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
請求項１あるいは２のいずれか一つに記載のプラズマＣＶＤ装置において、前記第１の電極に複数の凹部と複数の凸部を形成し、該凸部に原料ガス噴出孔を配置し、該凹部に希釈ガス噴出孔を配置させるということを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載のプラズマＣＶＤ装置において、前記原料ガスを前記第１及び第２の電極間に噴出させる際に、少なくとも、第１の電極の側面に配置される第１のガスヘッダーと、第１の電極の内部に配置される第１の洞穴型ガス導入路と、第１の電極の表面に配置される原料ガス噴出孔が用いられるとともに、前記希釈ガスを前記第１及び第２の電極間に噴出させる際に、少なくとも、第１の電極の側面に配置される第２のガスヘッダーと、第１の電極の内部に配置される第２の洞穴型ガス導入路と、第１の電極の表面に配置される希釈ガス噴出孔が用いられるということを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載のプラズマＣＶＤ装置において、前記原料ガス噴出孔は、該原料ガスの噴出の方向が前記第２の電極の表面の法線方向以外の方向へ向くように配置されるということを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載のプラズマＣＶＤ装置において、前記原料ガス噴出孔は、隣り合う２つの原料ガス噴出孔のそれぞれの噴出方向の間の角度が１〜８０度の範囲に設定されるということを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項７】
請求項３に記載のプラズマＣＶＤ装置において、前記凹部の断面形状は、矩形、台形、波形、鋸歯形、円筒形あるいは円錐形であることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項８】
請求項３に記載のプラズマＣＶＤ装置において、前記凸部の断面形状は、矩形、台形、波形あるいは鋸歯形であることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項９】
排気系を備えた真空容器と、
原料ガスの供給源及び該原料ガスを希釈する希釈ガスの供給源と、
該原料ガス及び該希釈ガスを該真空容器に導入するガス導入管と、
該原料ガス及び該希釈ガスを噴出するガス噴出孔を有する電気的に非接地の平行平板型の第１の電極及び基板を載置する平行平板型の第２の電極からなる一対の電極と、
該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電力供給系と、を具備し、該真空容器内に設置された基板に膜を形成するプラズマＣＶＤ装置を用いてシリコン系膜を製造する方法であって、
前記ガス噴出孔を前記原料ガスのみを噴出する複数の原料ガス噴出孔と前記希釈ガスのみを噴出する複数の希釈ガス噴出孔から構成し、該原料ガス噴出孔を第２の電極の表面から近い位置に配置させ、該希釈ガス噴出孔を第２の電極の表面から遠い位置に配置させて、プラズマに曝される時間が短い該原料ガスとプラズマに曝される時間が長い該希釈ガスを混合領域で接触させ、それらの混合を促進させるようにしたということを特徴とするプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン系膜の製造方法。
【請求項１０】
排気系を備えた真空容器と、
原料ガスの供給源及び該原料ガスを希釈する希釈ガスの供給源と、
該原料ガス及び該希釈ガスを該真空容器に導入するガス導入管と、
該原料ガス及び該希釈ガスを噴出するガス噴出孔を有する電気的に非接地の平行平板型の第１の電極及び基板を載置する平行平板型の第２の電極からなる一対の電極と、
該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電力供給系と、を具備し、
該真空容器内に設置された基板に膜を形成するプラズマＣＶＤ装置を用いてシリコン系膜を製造する方法であって、
前記ガス噴出孔を前記原料ガスのみを噴出する複数の原料ガス噴出孔と前記希釈ガスのみを噴出する複数の希釈ガス噴出孔から構成し、該原料ガス噴出孔と該希釈ガス噴出孔を空間的に異なる位置に配置させ、かつ、該原料ガス噴出孔を該原料ガスの噴出の方向が前記第２の電極の表面の法線方向以外の方向へ向くように配置させ、該原料ガスと該希釈ガスの接触を促進させるとともに、該原料ガスと該希釈ガスの混合を促進させるようにしたということを特徴とするプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン系膜の製造方法。
【請求項１１】
排気系を備えた真空容器と、
原料ガスの供給源及び該原料ガスを希釈する希釈ガスの供給源と、
該原料ガス及び該希釈ガスを該真空容器に導入するガス導入管と、
該原料ガス及び該希釈ガスを噴出するガス噴出孔を有する電気的に非接地の平行平板型の第１の電極及び基板を載置する平行平板型の第２の電極からなる一対の電極と、
該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電力供給系と、を具備し、該真空容器内に設置された基板に膜を形成するプラズマＣＶＤ装置を用いてシリコン系膜を製造する方法であって、
前記ガス噴出孔を前記原料ガスのみを噴出する複数の原料ガス噴出孔と前記希釈ガスのみを噴出する複数の希釈ガス噴出孔から構成し、該原料ガス噴出孔と該希釈ガス噴出孔を空間的に異なる位置に配置させ、かつ、前記原料ガス噴出孔は、隣り合う２つの原料ガス噴出孔のそれぞれの噴出方向の間の角度を１〜８０度の範囲に設定し、該原料ガスと該希釈ガスの接触を促進させるとともに、該原料ガスと該希釈ガスの混合を促進させるようにしたということを特徴とするプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン系膜の製造方法。
【請求項１２】
請求項１から８のいずれか一つに記載のプラズマＣＶＤ装置を用いて、シリコン系膜を製造する方法であって、少なくともシランガスを含む原料ガスと、少なくとも水素ガスを含む希釈ガスを用いて、微結晶シリコン膜を製造することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン系膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを利用して基板の表面に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン系膜の製造方法に関する。
また、本発明は、特に、薄膜太陽電池の発電膜であるアモルファスＳｉ膜及び微結晶Ｓｉ膜、並びに液晶デイスプレイの等薄膜トランジスタ等の絶縁性薄膜（窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等）の形成に用いられるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン系膜の製造方法に関する。
また、多結晶シリコン太陽電池の反射膜及びパッシベーション膜等に用いられる窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜等の形成に用いられるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン系膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法に関する典型的な従来例を図２０に示す。図２０において、真空容器１００にはプラズマを発生させるためのガスシャワー孔（ガス噴出孔）１０１を有する第１の電極１０２と基板１０３を載置する電気的に接地された第２の電極１０４が平行に設置されている。第１及び第２の電極１０２、１０４には、高周波電源１０５、インピーダンス整合器１０６及び同軸ケーブル１０７からなる電力供給系１０８から、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの電力が供給される。
ガスシャワー孔（ガス噴出孔）１０１には、ガス供給源１０９、第１のガス導入管１１０、バルブ１１１及び第２のガス導入管１１２から成るガス供給系１１３から、例えばシランガス（ＳｉＨ４）と水素ガス（Ｈ２）の混合ガス１１４が供給され、該ガスシャワー孔（ガス噴出孔）１０１からその混合ガス１１４が噴出する。噴出した混合ガス１１４は、図示しない真空ポンプにより、排気管１１５ａ、１１５ｂを介して排気される。基板１０３は第２の電極に内蔵された電気ヒータ（図示しない）により所定の温度に加熱される。
【０００３】
図２０の装置を用いて基板１０３の表面に、例えば微結晶Ｓｉ薄膜を形成する場合、ガスシャワー孔（ガス噴出孔）１０１からシランガス（ＳｉＨ４）と水素ガス（Ｈ２）の混合ガス１１４を噴出させ、第１の電極と第２の電極間に、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの電力を供給する。該電力により該一対の電極間に強い電界が発生する。強い電界が発生すると、その電界により加速された電子がシランガス（ＳｉＨ４）と水素ガス（Ｈ２）の分子に衝突し、電離作用が発生する。ガス分子が電離すると、グロー放電即ちプラズマが発生する。プラズマが発生すると、プラズマ中の電子及びイオン等がシランガス（ＳｉＨ４）と水素ガス（Ｈ２）の分子に衝突し、それを解離・分解させるので、種々のプラスイオン及びマイナスイオンの他に、化学的に活性で、電気的には中性の種々のラジカルが発生する。この場合、ラジカルとしては、例えば、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ、Ｈ等が発生する。そして、ラジカルは、プラズマの中から基板表面まで拡散現象で移動し、基板の面上に堆積する。その結果、例えば、アモルファスＳｉあるいは微結晶Ｓｉが基板上に形成される。
なお、高品質のアモルファスＳｉあるいは微結晶Ｓｉを形成させる場合には、プラズマ中のＳｉＨ３の濃度を増大させることと、それを実現するための条件を把握することがキーポイントであることが、一般に知られている。また、粗悪な膜が形成される場合の主たる原因は、ＳｉＨ２プラジカルを主体とした反応であることが、一般に知られている。また、プラズマ中のＳｉＨ２の濃度が増大すると、プラズマの気相中でパウダー（パーテイクル）が発生し、そのパウダーが製膜される膜に混入し、その結果、粗悪な膜が形成されるということも、一般に知られている
【０００４】
製膜されたシリコン系薄膜の膜厚分布は、図１６の装置を用いる場合、非特許文献１に記載のように、概略、次式で表わされる。
Ｉ（ｘ）＝ｃｏｓ２（２πｘ／λ）
ただし、Ｉ（ｘ）は膜の厚み、ｘは基板中央からその周辺方向への距離、λは使用電力の波長（プラズマ中での波長）である。
この式は、膜の均一性は、使用される電力のプラズマ中での波長に依存することを示している。例えば周波数が１３．５６ＭＨｚ（真空中の波長λ０＝２２．１ｍ）、プラズマ中での波長短縮率λ／λ０が０．６５の場合、ｃｏｓ２（２πｘ／λ）の平坦部は基板中央点近傍のλ／８の範囲であるとすると、直径１．８ｍ程度の面積に亘ってほぼ均一な膜が得られる、という意味である。
【０００５】
プラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法の産業分野への応用における代表例として、薄膜太陽電池分野及び液晶デイスプレイ分野がある。そして、そのいずれの応用においても、半導体薄膜製品の高性能化及び低コスト化が求められており、そのニーズに対応するための研究開発が行われている。具体的には、大面積化、高品質化、高速製膜化が可能なプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法の実用化を目指した研究開発が行われている。
最近、高速で高品質の膜を形成するために、ホローカソード放電方式によるプラズマ生成装置の開発例が多くなっている。なお、ホローカソード放電によるプラズマ生成法は、低電力で高密度プラズマが得られるということが、一般に知られている。
しかしながら、上記ニーズに十分に対応できる装置及び方法は発表されていない。即ち、大面積基板を対象にした応用において、高速で、高品質のシリコン系膜を製造可能であるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン系膜の製造方法は、依然として実現されていない。その為、新規技術の創出が望まれている。
【０００６】
特許文献１には、課題として、プラズマによるイオンダメージの抑制、膜の組成比や製膜速度の制御、プラズマ生成の安定性、及びパーテイクル発生の抑制が記載されている。
そして、その課題解決のために、次の発明が記載されている。即ち、特許文献１に記載の発明は、真空排気される真空容器と、この真空容器内に収納されていて、内部にガスが導入され、かつ、下面にそのガスを噴出させる多数のガス噴出孔を有する高周波電極と、前記真空容器内に高周波電極に対向するように収納されていて、基板を載せるホルダ兼電極とを備えるプラズマＣＶＤ装置において、内部にガスが導入されるものであって、上下に貫通している多数の貫通孔と前記ホルダ兼電極の面に当該ガスを噴出させる多数のガス噴出孔とを有する中間電極を、前記高周波電極とホルダ兼電極との間に、両電極の空間を仕切るように設け、この中間電極と高周波電極との間に高周波電力を供給するようにし、しかも前記真空容器内を真空排気するための排気口を前記ホルダ兼電極の裏側のほぼ中央部に位置するように設け、かつ前記高周波電極内に、膜を形成する原料となる原料ガスを除く全てのガスを導入してそれを当該電極のガス噴出孔から噴出させ、かつ前記中間電極内に、原料ガスまたはそれと希釈ガスとの混合ガスを導入してそれを当該電極のガス噴出孔から噴出させるようにしており、更に前記高周波電極内に環状のヒータを設けていることを特徴とする。
【０００７】
特許文献２には、課題として次のことが示されている。薄膜シリコン太陽電池用ｉ型微結晶シリコン薄膜の製造においては、膜厚が２．５μｍの微結晶シリコン薄膜を５分程度の時間で堆積できる高速製膜（例えば、８．３ｎｍ／ｓ以上）を実現することが求められている。従来のプラズマＣＶＤ法による微結晶シリコン薄膜の堆積法では、シランガス／水素ガスの混合ガスにおけるシランガスと水素の流量比、即ち、（ＳｉＨ４）／（ＳｉＨ４＋Ｈ２）を調整することによって、結晶性を制御しようとするため、膜の結晶性と堆積レートとはトレードオフの関係にある。つまり、結晶性を向上させる製膜条件として、水素の流量を増大させると（ＳｉＨ４の流量を減少させる）、堆積レートが大きく低下し、１ｎｍ／ｓ程度以下になり、上記８．３ｎｍ／ｓ以上の堆積レートが得られないという問題がある。
また、従来のプラズマＣＶＤ法による微結晶シリコン薄膜の堆積法では、堆積レートを上げる目的で高周波電力を増加させて製膜する。この場合、シランガスはプラズマ中で電子衝突によって容易に解離するために、高周波電力を増加させてプラズマの電子密度が高くなると、ＳｉＨ２、ＳｉＨ、Ｓｉが多量に生成され、気体相中でパーテイクルが生成されてしまい、欠陥の多いシリコン膜が生成されるという問題があった。
その課題解決のために、次の発明が記載されている。即ち、成膜室内に基板ステージとプラズマ電極とが対向して配設され、前記プラズマ電極にシランガスと水素ガスとを供給するとともに、高周波電圧を印加してプラズマを生成し、前記基板ステージに保持された基板上に微結晶シリコン薄膜を形成する薄膜形成装置において、前記成膜室の外部から前記プラズマ電極に供給される前記シランガスを前記基板上に吹出させるシランガス供給手段と、前記成膜室の外部から前記プラズマ電極に供給される前記水素ガスを水素プラズマにして、前記シランガス供給手段から吹出される前記シランガスに接触させるように前記基板上に吹出させて、前記シランガスをプラズマ化させる水素供給手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
特許文献３には、課題として次のことが示されている。従来のプラズマＣＶＤ装置においては、原料ガスの高圧・枯渇条件を作ることにより高速製膜を図ることができる。しかし、この方法は十分でなく、例えば工業における微結晶シリコン薄膜太陽電池作製に求められる製膜速度（約１０ｎｍ／ｓ）は達成できていない。また、高圧条件下においては気相中でパウダーが形成されやすく、装置の稼働率を低下させている。
そして、その課題解決のために、次の発明が示されている。即ち、特許文献３は、反応容器、該容器内に反応ガスを導入する手段、ガスを排気する手段、該容器内に収容されたカソード及びアノードから成る放電用電極並びに該電極に電力を供給する電源とを有し、反応容器内に設置された基板表面に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、該反応ガスを該基板面内に均一に導入するシャワーヘッド型導入口と該カソード電極を一体型とし、該カソード電極表面に複数の凹部を設け、該凹部の底部に該凹部の短辺よりも小さな穴を穿ち、該穴を反応ガス導入口としたことを特徴とする。
【０００９】
特許文献４には、課題として、次のことが示されている。薄膜太陽電池の分野では発電能力と生産効率の向上のために大面積化が求められている。ところが、平行平板電極を有するプラズマＣＶＤ装置で製造された薄膜太陽電池の光電変換特性は基板上の局所的な平面位置に依存して変動する傾向が強くなるという事実がある。これは、製膜室内で異常放電が発生することに起因するものである。この傾向は、製膜条件として、高圧力（反応ガス圧が高い場合）、狭電極間隔（基板と対向電極との間の間隔が狭い場合）及び高パワー（高い高周波パワー密度の場合）を選定した場合に顕著となる。なお、この条件で発生するプラズマの状況は、その強度が不均一となり、電極間以外でもプラズマが発生するという異常放電となる。
そして、その課題解決のために、次の発明が示されている。即ち、特許文献４に記載の発明は、プラズマＣＶＤ反応室と、前記反応室内において成膜用基板を支持するための基板支持電極と、前記基板に対面すべき対向電極を備え、前記対向電極は中空であって、前記基板に向けて反応ガスを吹出すために、複数のガス吹出孔及び複数の差圧調整孔を有するガス吹出面板を含み、前記差圧調整孔は前記ガス吹出孔の入口側の孔径よりも大きな孔径を有し、前記ガス吹出孔の長さが前記ガス吹出面板の厚さより小さく、そのガス吹出孔の入口側が前記差圧調整孔に接続されており、前記ガス吹出面板が前記基板と対向する面において、プラズマの発生を促進するためのプラズマ促進溝が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
特許文献５には、課題として、次のことが示されている。従来のホローカソード放電を用いるカソード電極は、平板のカソード電極を構成する板材を切削等の加工によって穴を形成することによって、ホローカソード電極となる凹凸部を形成している。このカソード電極の凹部の底面は一平面で形成され、凸部の端部からの距離およびアノード電極との距離を一定とする構成である。この構成では、凹部内における反応ガスのガス噴出量の分散状況やプラズマ放電の状態等は、カソード電極全面で一様とならず、場所によって異なることが予想される。
そして、その課題解決のために、次の発明が示されている。即ち、特許文献５に記載の発明は、高周波を印加して高周波容量結合型プラズマを形成する電極であって、カソード電極はアノード電極と対向して配置し、アノード電極と対向する対向面は、底面からなる凹部と、当該凹部の底面からアノード電極側に向かって突出する複数の突出部から形成される凸部とからなる凹凸形状を有し、前記凸部の少なくとも何れか一つの突出部は、側面に反応ガスの噴出を可能とする反応ガス噴出孔を少なくとも一つを有し、前記凸部を形成する全ての突出部は、アノード電極側の端部の高さレベルを同一とし、前記凹部を形成する底面は、前記突出部の端部の高さレベルからの距離を異にする複数の底面部分を含むことを特徴とする。
【００１１】
【特許文献１】特許第２６０１１２７号（図１、図２）
【特許文献２】特開２０１０−７３９７０（図１〜図３）
【特許文献３】特開２００４−２９６５２６（図１、図３、図４）
【特許文献４】特許４５７８６９３（図１−図９）
【特許文献５】特開２００９−２５３１０２（図７、図８）
【非特許文献１】Ａ．Ｐｅｒｒｅｔ、Ｐ．Ｃｈａｂｅｒｔ、Ｊ．Ｐ．Ｂｏｏｔｈ、Ｊ．Ｊｏｌｌｙ、Ｊ．Ｇｕｉｌｌｏｎ  ａｎｄ  Ｐｈ．Ａｕｖｒａｙ：Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．８３、Ｎｏ．２（１４  Ｊｕｌｙ  ２００３）、２４３−２４５．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来のプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法には、上記特許文献１〜５に指摘されているようないろいろな課題があり、半導体関連の産業界のニーズへの対応が十分に出来ない。特に、薄膜太陽電池分野及び液晶デイスプレイ分野でのニーズ、即ち、大面積基板に、高速で、高品質の膜を形成可能であるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン系膜の製造方法の実用化に関し、充分に対応することが出来ないという課題がある。
【００１３】
また、上記特許文献に記載されている発明においても、以下に示すような問題を抱えており、上記ニーズに対応することが困難である。
以下に、上記特許文献１〜５に記載の発明によるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法が抱える問題を説明する。
【００１４】
先ず、特許文献１に記載の発明は、原料ガスを除く全てのガス（例えば、希釈ガス、反応性ガス）を高周波電極と中間電極の間（プラズマ発生領域）でプラズマ化し、そのプラズマを中間電極に設けられた貫通孔（開口）から、該中間電極の外側（基板側）へ引き出すとともに、該中間電極の外側（基板側）に設けられた原料ガス（シランガス）またはそれと希釈ガスと混合ガスを噴出する多数のガス噴出孔から吹き出す構造になっている。そして、本発明の技術的特徴として、プラズマ発生領域で発生した励起活性腫は、該プラズマ発生領域からガスの流れによって中間電極の貫通孔を通して該中間電極の外側（基板側）、即ち、プラズマ非発生領域へ導かれるということが記載されている。また、上記中間電極の貫通孔を通して該中間電極の外側へ導かれた励起活性腫と、該プラズマ非発生領域へ導かれた原料ガス（シランガス）は、基板の表面近傍で化学反応を起こして基板の表面に膜が形成されるということが記載されている。
ここで、上記発明では、（い）基板の上に堆積される膜を形成するに必要な励起活性腫は、該中間電極の貫通孔を通して該中間電極の外側へ導かれること、（ろ）上記励起活性腫とプラズマ化されていない原料ガスが基板近傍で化学反応を起こすということを前提に考えられている。
しかしながら、励起活性腫の中の電気的に中性の励起活性腫はガスの流れには余り影響されず、拡散現象に従う。即ち、上記貫通孔を通して流れる中性励起活性腫の量は、中性励起活性腫の濃度の勾配に比例した量になる。このことは、上記発明の構成においては基板近傍に導かれる中性励起活性腫の濃度は余り高くはならないということを意味する。励起活性腫の中の電気を帯びた励起活性腫はガスの流れには余り影響されず、電気的事象に従う。即ち、上記プラズマ発生領域と上記貫通孔の内部のプラズマはそれを囲うシースで保持されているので、該貫通孔を通して流れる電気を帯びた励起活性腫の量は、著しく少ない。このことは、上記発明の構成においては、基板近傍に導かれる電気を帯びた起活性腫の密度（濃度）は余り高くないということを意味する。
したがって、上記（い）及び（ろ）を前提とする上記発明では、高品質で高速製膜が可能なプラズマＣＶＤ装置を実現することが困難である。また、上記発明、あるいは上記発明と同様な構成を有するリモートプラズマ（成膜室の外部で生成するプラズマ）を応用したプラズマＣＶＤ装置は、一般的に、高速製膜に不適である。
【００１５】
次に、特許文献２に記載の発明は、基板が配置される成膜室にプラズマ化された水素ガスと、プラズマ化されていないシランガス（原料ガス）を基板近傍に噴出させて接触させることにより、該水素ガスプラズマにより該シランガスをプラズマ化させ、その結果発生する水素プラズマとシランプラズマの励起活性腫で基板上にシリコン膜を形成させるものである。実施例として示されている装置の構成によれば、成膜室に基板ステージとプラズマ電極が対向して配置され、該プラズマ電極に複数の円形の貫通孔を設け、その複数の貫通孔のそれぞれの中心に、それぞれに円管を配置している。該円管の基板側の端部はシランガスの吹出し口で、貫通孔の基板側の端部は水素ガスの吹出し口である。なお、シランガスは上記複数の吹出し口から基板に向けて噴出され、水素ガスは吹出し口から基板に向けて噴出される。上記シランガスを吹出す円管と上記貫通孔のギャップ（隙間）には高周波電圧が印加され、水素プラズマを生成する。また、プラズマ電極に印加される高周波電圧により、該プラズマ電極と基板ステージの間にシランガスと水素ガスの混合ガスのプラズマが生成される。
なお、上記水素ガスの吹出し口とシランガスの吹出し口は、プラズマ電極の表面に位置しているので、その２つの吹出し口はそれぞれ、基板表面から等しい距離に位置する。また、吹出し口から噴出するガスの方向は基板の法線方向を向いている。
ここで、上記発明では、（は）基板が配置される成膜室にプラズマ化した水素と、プラズマ化されてないシランガスを導入させること、（に）水素プラズマのプラズマ密度は高く、例えば１ｘ１０１０（ｃｍ−３）以上とし、シランプラズマのプラズマ密度は低く、例えば１ｘ１０１０（ｃｍ−３）以下にすること、ということを前提に考えられている。
高品質で高速製膜を実現するには、高品質膜の形成に貢献するＳｉＨ３ラジカルの濃度を増大させ、かつ、高品質膜の形成を阻害する主要因であるＳｉＨ２ラジカルの発生を抑制する手段が必要である。しかしながら、ＳｉＨ３ラジカル濃度の増大についての手段、ＳｉＨ２ラジカル濃度の減少かあるいはその発生の抑制についての手段についての記載はない。また、それを示唆するような記載も無い。
更に、ＳｉＨ２及びＳｉＨ３ラジカル発生でのパラメータは、プラズマ密度の高低ではなく、プラズマのエネルギーの高低、あるいは電子温度の高低であるので、上記特許文献３に記載の発明の特徴、即ち上記（は）、（に）だけでは、ＳｉＨ３ラジカルの濃度増大化、ＳｉＨ２の発生の抑制を行うことは困難である。
なお、粗悪膜の生成に貢献するＳｉＨ２ラジカルはＳｉＨ４に９．４７ｅＶ以上のエネルギーを持つ電子の衝突により発生し、良質膜の生成に貢献するＳｉＨ３ラジカルはＳｉＨ４に８．７５ｅＶ以上のエネルギーを持つ電子の衝突により発生するということが、一般に知られている。
更に、実施例として示されている装置構成によれば、水素プラズマは上記シランガスを吹出す円管と上記貫通孔のギャップ（隙間）と、上記プラズマ電極と基板ステージの間、即ち２つの空間で発生するので、該シランガスを吹出す円管と上記貫通孔のギャップ（隙間）での水素プラズマ生成の条件と、該プラズマ電極と基板ステージの間での水素プラズマ発生条件は著しく異なる。それ故、上記２つの空間領域で、安定したプラズマを同時生成することは困難である。このことは、上記実施例によって上記（は）及び（に）を実現することは極めて困難である、ということを意味でする。
したがって、上記発明においては高品質で高速製膜が可能なプラズマＣＶＤ装置を実現することが困難である。
更に、実施例として示されている装置構成によれば、水素プラズマを生成する空間である上記シランガスを吹出す円管と上記水素ガスを吹出す貫通孔のギャップ（隙間）を寸法を整えて製造することが技術的に困難であるとともに、特に、大面積基板を対象とする場合、製造コストが著しく高くなるということが推察される。
また、大面積基板を対象にして高品質の微結晶シリコン膜を成膜する場合、一般に、原料ガス（シランガス）の他に大量の水素ガスを供給する手法が用いられるが、上記実施例として示されている装置構成によれば、膨大な数のシランガス吹出し円管と上記水素ガス吹出し貫通孔から成る２重管の形で製造する必要があるので、技術的に困難であるとともに、製造コストが著しく高くなるということが推察される。
【００１６】
次に、特許文献３に記載の発明は、カソード電極に設けられた凹部の底面に有るガス噴出孔から反応ガスを噴出させ、該凹部構造が有するホローカソー放電効果により、高密度のプラズマが生成させることを想定している。
しかしながら、高速製膜条件下で高品質のシリコン系薄膜を形成するには、ＳｉＨ３ラジカル発生とＳｉＨ２ラジカル発生に関する制御手段が必要である。カソード電極に設けた凹部構造が有するホローカソー放電の効果を期待するということでは、高密度プラズマの発生が可能というだけであり、典型的なガスシャワー孔付き平行平板電極を用いたプラズマ生成において投入電力を増大してプラズマ密度を増大し、その結果、高速製膜化を図るという従来の常套手段と違いがないと、言える。
また、上記特許文献３に記載の発明によれば、ホローカソー放電効果を有する凹部の底面に有るガス噴出孔から反応ガスを噴出させながら、該反応ガスを高密度プラズマ化させる。その結果、シランガスと水素ガスの混合ガスが高密度のプラズマになると、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ、Ｓｉ、及びＨラジカル等のラジカルが大量に発生し、高速製膜の条件が整う。しかしながら、その条件は基板表面の近傍及び基板表面のみならず、成膜室全体に及ぶ。特に、ガスの流れに澱みが発生する上記ホローカソー放電効果を有する凹部の底面及び側面に対しても、シリコン系膜が高速で堆積する。
この場合、凹部の底面及び側面に堆積したシリコン系膜が反応ガス噴出孔から噴出するガスによって剥げ落ちて、その欠片が基板表面の膜に混入することが考えられる。仮に、凹部の底面及び側面に堆積したシリコン系膜が剥げ落ちないとしても、その場所にはシリコン膜が高速で製膜されるので、生産現場での応用に際しては、頻繁にクリニーングを実施する必要があり、装置の稼働率が落ちると、考えられる。
また、上記反応ガス噴出孔の近傍は、ホローカソー放電効果により高密度のプラズマになるので、ＳｉＨ２ラジカルの濃度が増大し、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）及びテトラシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ３Ｈ８→Ｓｉ４Ｈ１０）等からなるパウダーが生成されるという問題がある。
したがって、上記発明では高品質で高速製膜が可能なプラズマＣＶＤ装置を実現することが困難である、と言える。
【００１７】
次に、特許文献４に記載の発明は、カソード電極に設けられた凹部の底面に有るガス噴出孔から反応ガスを噴出させ、該凹部構造が有するホローカソー放電効果により、高密度のプラズマが生成させることを想定している。また、プラズマ生成の促進効果のあるプラズマ促進溝を有する構造になっている。
高速製膜条件下で高品質のシリコン系薄膜を形成するには、ＳｉＨ３ラジカル発生の増大化とＳｉＨ２ラジカル発生の抑制化に関する制御手段が必要である。しかしながら、カソード電極に設けた凹部構造が有するホローカソー放電の効果及びプラズマ促進溝のプラズマ生成の促進効果を期待するということでは、高密度プラズマの発生が可能というだけであり、典型的なガスシャワー孔付き平行平板電極を用いたプラズマ生成において投入電力を増大してプラズマ密度を増大し、その結果、高速製膜化を図るという従来の常套手段と違いがないと、言える。
また、特許文献４に記載の発明によれば、ホローカソー放電効果を有する凹部の底面に有るガス噴出孔から反応ガスを噴出させながら、該反応ガスを高密度プラズマ化させる。その結果、シランガスと水素ガスの混合ガスが高密度のプラズマになると、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ、Ｓｉ、及びＨラジカル等のラジカルが大量に発生し、高速製膜の条件が整う。しかしながら、その条件は基板表面の近傍及び基板表面のみならず、成膜室全体に及ぶ。特に、ガスの流れに澱みが発生する上記ホローカソー放電効果を有する凹部の底面及び側面に対しても、シリコン系膜が高速で堆積する。
この場合、凹部の底面及び側面に堆積したシリコン系膜が反応ガス噴出孔から噴出するガスによって剥げ落ちて、その欠片が基板表面の膜に混入することが考えられる。仮に、凹部の底面及び側面に堆積したシリコン系膜が剥げ落ちないとしても、その場所にはシリコン膜が高速で製膜されるので、生産現場への応用に際しては、頻繁にクリニーングを実施する必要があり、装置の稼働率が落ちると、考えられる。
また、上記反応ガス噴出孔の近傍は、ホローカソー放電効果により高密度のプラズマになるので、ＳｉＨ２ラジカルの濃度が増大し、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）及びテトラシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ３Ｈ８→Ｓｉ４Ｈ１０）等からなるパウダーが生成されるという問題がある。
したがって、上記発明では高品質で高速製膜が可能なプラズマＣＶＤ装置を実現することが困難である、と言える。
【００１８】
次に、特許文献５に記載の発明は、カソード電極に設けられた複数の深さが異なる凹部の側面に有るガス噴出孔から反応ガスを噴出させ、該凹部構造が有するホローカソー放電効果により、高密度のプラズマが生成させることを想定している。
高速製膜条件下で高品質のシリコン系薄膜を形成するには、ＳｉＨ３ラジカル発生の増大化とＳｉＨ２ラジカル発生の抑制化に関する制御手段が必要である。しかしながら、カソード電極に設けた凹部構造が有するホローカソー放電の効果を期待するということでは、高密度プラズマの発生が可能というだけであり、典型的なガスシャワー孔付き平行平板電極を用いたプラズマ生成において投入電力を増大してプラズマ密度を増大し、その結果、高速製膜化を図るという従来の常套手段と違いがないと、言える。
また、特許文献５に記載の発明によれば、ホローカソー放電効果を有する凹部の側面にあるガス噴出孔から反応ガスを噴出させながら、該反応ガスを高密度プラズマ化させる。その結果、シランガスと水素ガスの混合ガスが高密度のプラズマになると、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ、Ｓｉ、及びＨラジカル等のラジカルが大量に発生し、高速製膜の条件が整う。しかしながら、その条件は基板表面の近傍及び基板表面のみならず、成膜室全体に及ぶ。
特に、ガスの流れに澱みが発生する上記ホローカソー放電効果を有する凹部の底面及び側面に対しても、シリコン系膜が高速で堆積する。
この場合、凹部の底面及び側面に堆積したシリコン系膜が反応ガス噴出孔から噴出するガスによって剥げ落ちて、その欠片が基板表面の膜に混入することが考えられる。仮に、凹部の底面及び側面に堆積したシリコン系膜が剥げ落ちないとしても、その場所にはシリコン膜が高速で製膜されるので、生産現場への応用に際しては、頻繁にクリニーングを実施する必要があり、装置の稼働率が落ちると、考えられる。
また、上記反応ガス噴出孔の近傍は、ホローカソー放電効果により高密度のプラズマになるので、ＳｉＨ２ラジカルの濃度が増大し、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）及びテトラシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ３Ｈ８→Ｓｉ４Ｈ１０）等からなるパウダーが生成されるという問題がある。
したがって、上記発明では高品質で高速製膜が可能なプラズマＣＶＤ装置を実現することが困難である、と言える。
【００１９】
以上説明したように、従来のプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法では、大面積基板に、高速で高品質の膜を形成することができない、という課題がある。
そこで、本発明は、大面積・高品質・高速製膜が可能なプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
以下に、本発明を実施する為の最良の形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決する為の手段を説明する。
これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施する為の最良の形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加したものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００２１】
本願に係る第１の発明のプラズマＣＶＤ装置は、排気系を備えた真空容器と、原料ガスの供給源及び該原料ガスを希釈する希釈ガスの供給源と、該原料ガス及び該希釈ガスを該真空容器に導入するガス導入管と、該原料ガス及び該希釈ガスを噴出するガス噴出孔を有する電気的に非接地の平行平板型の第１の電極及び基板を載置する平行平板型の第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電力供給系と、を具備し、該真空容器内に設置された基板に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、前記ガス噴出孔は前記原料ガスのみを噴出する複数の原料ガス噴出孔（５ａ、５ｂ、５ｃ）と前記希釈ガスのみを噴出する複数の希釈ガス噴出孔（７ａ）から構成され、かつ、該原料ガス噴出孔と該希釈ガス噴出孔は互いに空間的に異なる位置（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ）（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ）に配置されるということを特徴とする。
【００２２】
本願に係る第２の発明のプラズマＣＶＤ装置は、上記本願に係る第１の発明のプラズマＣＶＤ装置において、前記原料ガス噴出孔（５ａ、５ｂ、５ｃ）は、前記希釈ガス噴出孔（７ａ）より前記第２の電極表面に近い位置に配置されるということを特徴とする。
【００２３】
本願に係る第３の発明のプラズマＣＶＤ装置は、上記本願に係る第１あるいは第２の発明のプラズマＣＶＤ装置において、前記第１の電極に複数の凹部（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ）と複数の凸部（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ）を形成し、該凸部に原料ガス噴出孔（５ａ、５ｂ、５ｃ）を配置し、該凹部に希釈ガス噴出孔（７ａ）を配置させるということを特徴とする。
【００２４】
本願に係る第４の発明のプラズマＣＶＤ装置は、上記本願に係る第１から第３の発明のいずれか一つのプラズマＣＶＤ装置において、前記原料ガスを前記第１及び第２の電極間に噴出させる際に、少なくとも、第１の電極の側面に配置される第１のガスヘッダー（１３ａ）と、第１の電極の内部に配置される第１の洞穴型ガス導入路（１５ａ）と、第１の電極の表面に配置される原料ガス噴出孔（５ａ、５ｂ、５ｃ）が用いられるとともに、前記希釈ガスを前記第１及び第２の電極間に噴出させる際に、少なくとも、第１の電極の側面に配置される第２のガスヘッダー（１３ｂ）と、第１の電極の内部に配置される第２の洞穴型ガス導入路（１５ｂ）と、第１の電極の表面に配置される希釈ガス噴出孔（７ａ）が用いられるということを特徴とする。
【００２５】
本願に係る第５の発明のプラズマＣＶＤ装置は、上記本願に係る第１から第４の発明のいずれか一つのプラズマＣＶＤ装置において、前記原料ガス噴出孔（５ｂ、５ｃ）は、該原料ガスの噴出の方向が前記第２の電極の表面の法線方向以外の方向へ向くように配置されるということを特徴とする。
【００２６】
本願に係る第６の発明のプラズマＣＶＤ装置は、上記本願に係る第１から第５の発明のいずれか一つのプラズマＣＶＤ装置において、前記原料ガス噴出孔（５ｂ、５ｃ）は、隣り合う２つの原料ガス噴出孔（５ｂ、５ｃ）のそれぞれの噴出方向の間の角度が１〜８０度の範囲に設定されるということを特徴とする。
【００２７】
本願に係る第７の発明のプラズマＣＶＤ装置は、上記本願に係る第３の発明のプラズマＣＶＤ装置において、前記凹部の断面形状は、矩形（８ａ、８ｂ））、台形（８ｄ）、波形（８ｃ）、鋸歯形（８ｅ）、円筒形（８ｆ）あるいは円錐形（８ｇ）であることを特徴とする。
【００２８】
本願に係る第８の発明のプラズマＣＶＤ装置は、上記本願に係る第３の発明のプラズマＣＶＤ装置において、前記凸部の断面形状は、矩形（６ｂ）、台形（６ｄ）、波形（６ｃ）あるいは鋸歯形（６ｅ）であることを特徴とする。
【００２９】
本願に係る第９の発明のプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン系膜の製造方法は、排気系を備えた真空容器と、原料ガスの供給源及び該原料ガスを希釈する希釈ガスの供給源と、
該原料ガス及び該希釈ガスを該真空容器に導入するガス導入管と、該原料ガス及び該希釈ガスを噴出するガス噴出孔を有する電気的に非接地の平行平板型の第１の電極及び基板を載置する平行平板型の第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電力供給系と、を具備し、該真空容器内に設置された基板に膜を形成するプラズマＣＶＤ装置を用いてシリコン系膜を製造する方法であって、
前記ガス噴出孔を前記原料ガスのみを噴出する複数の原料ガス噴出孔（５ａ）と前記希釈ガスのみを噴出する複数の希釈ガス噴出孔（７ａ）から構成し、該原料ガス噴出孔（５ａ）を第２の電極（３）の表面から近い位置（６ａ）に配置させ、該希釈ガス噴出孔（７ａ）を第２の電極（３）の表面から遠い位置（８ａ）に配置させて、プラズマに曝される時間が短い該原料ガス（１７）とプラズマに曝される時間が長い該希釈ガス（１８）を混合領域（１９）で接触させ、それらの混合を促進させるようにしたということを特徴とする。
【００３０】
本願に係る第１０の発明のプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン系膜の製造方法は、排気系を備えた真空容器と、原料ガスの供給源及び該原料ガスを希釈する希釈ガスの供給源と、該原料ガス及び該希釈ガスを該真空容器に導入するガス導入管と、該原料ガス及び該希釈ガスを噴出するガス噴出孔を有する電気的に非接地の平行平板型の第１の電極及び基板を載置する平行平板型の第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電力供給系と、を具備し、該真空容器内に設置された基板に膜を形成するプラズマＣＶＤ装置を用いてシリコン系膜を製造する方法であって、
前記ガス噴出孔を前記原料ガスのみを噴出する複数の原料ガス噴出孔（５ｂ、５ｃ）と前記希釈ガスのみを噴出する複数の希釈ガス噴出孔（７ａ）から構成し、該原料ガス噴出孔と該希釈ガス噴出孔を空間的に異なる位置（８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ）（６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ）に配置させ、かつ、該原料ガス噴出孔を該原料ガスの噴出の方向が前記第２の電極の表面の法線方向以外の方向へ向くように配置（５ｂ、５ｃ）させ、該原料ガスと該希釈ガスの接触を促進させるとともに、該原料ガスと該希釈ガスの混合を促進させるようにしたということを特徴とする。
【００３１】
本願に係る第１１の発明のプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン系膜の製造方法は、排気系を備えた真空容器と、原料ガスの供給源及び該原料ガスを希釈する希釈ガスの供給源と、該原料ガス及び該希釈ガスを該真空容器に導入するガス導入管と、該原料ガス及び該希釈ガスを噴出するガス噴出孔を有する電気的に非接地の平行平板型の第１の電極及び基板を載置する平行平板型の第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電力供給系と、を具備し、該真空容器内に設置された基板に膜を形成するプラズマＣＶＤ装置を用いてシリコン系膜を製造する方法であって、
前記ガス噴出孔を前記原料ガスのみを噴出する複数の原料ガス噴出孔（５ｂ、５ｃ）と前記希釈ガスのみを噴出する複数の希釈ガス噴出孔（７ａ）から構成し、該原料ガス噴出孔と該希釈ガス噴出孔を空間的に異なる位置（８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ）（６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ）に配置させ、かつ、前記原料ガス噴出孔（５ｂ、５ｃ）は、隣り合う２つの原料ガス噴出孔（５ｂ、５ｃ）のそれぞれの噴出方向の間の角度を１〜８０度の範囲に設定し、該原料ガスと該希釈ガスの接触を促進させるとともに、該原料ガスと該希釈ガスの混合を促進させるようにしたということを特徴とする。
【００３２】
本願に係る第１２の発明のプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン系膜の製造方法は、上記本願に係る第１から第８の発明のいずれか一つのプラズマＣＶＤ装置を用いて、シリコン系膜を製造する方法であって、少なくともシランガス（１０ａ）を含む原料ガスと、少なくとも水素ガス（１０ｂ）を含む希釈ガスを用いて、微結晶シリコン膜を製造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、一対の平行平板型電極の一方に設置されるガス噴出孔として、原料ガス噴出孔及び希釈ガス噴出孔を、空間的に異なる位置に、かつ、該原料ガス噴出孔及び希釈ガス噴出孔と基板表面までの距離が異なるように、かつ、該原料ガスの噴射方向と該希釈ガスの噴射方向が交差するように配置したプラズマＣＶＤ装置を実現化できるので、原料ガスと希釈ガスを空間的に分離した形でプラズ化し、そして、プラズマ化された後の原料ガスと希釈ガスの接触及び混合を促進することが可能である。これにより、ＳｉＨ４ガスのプラズマ化とＨ２ガスのプラズマ化を空間的に分離して行い、かつ、プラズマ化したＳｉＨ４ガスとプラズマ化したＨ２ガスの接触、混合を促進できるので、高品質膜形成に必要な多量のＨと多量ＳｉＨ３を生成（ＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３、Ｈ２→Ｈ＋Ｈ）し、かつ、粗悪な膜形成要因のＳｉＨ２を消滅（ＳｉＨ２＋Ｈ２→ＳｉＨ４）することが可能である。これにより、従来の装置及び方法では困難視されているシリコン系膜の高品質、高速製膜が可能である。
したがって、薄膜太陽電池の発電膜である微結晶Ｓｉ膜、多結晶シリコン太陽電池のパッシベーション膜、並びに液晶デイスプレイの薄膜トランジスタの絶縁性薄膜（窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等）の製造工場におけるスループットの向上が可能となるという効果を有する。
特に、タンデム型薄膜太陽電池生産工場における大面積基板を対象にした高速、高品質シリコン系膜製造での生産性向上及び製造コストの低減に寄与できる効果は著しく大きい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式的な説明図である。
【図２】図２は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置に用いられる一対の電極の模式的概念図である。
【図３】図３は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置に用いられガス導入路を示す模式的構造図（図２のＣ１−Ｃ１線の断面図）である。
【図４】図４は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置に用いられる第１の電極を示す模式的な平面図（基板側から見た平面図）である。
【図５】図５は図４のＡ１−Ａ１線の断面図である。
【図６】図６は図４のＡ２−Ａ２線の断面図である。
【図７】図７は図４のＡ３−Ａ３線の断面図である。
【図８】図８は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置によりシランガスのプラズマ生成実験をする際の典型的なデータの説明図である。
【図９】図９は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置により水素ガスのプラズマ生成実験をする際の典型的なデータの説明図である。
【図１０】図１０は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置によりシランガスと水素ガスを用いてプラズマ生成実験をする際の典型的なデータの説明図である。
【図１１】図１１は本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置に用いられる第１の電極２を示す模式的な平面図（基板側から見た平面図）である。
【図１２】図１２は図１１のＢ２−Ｂ２線の断面図である。
【図１３】図１３は原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃの模式的な説明図である。
【図１４】図１４は本発明の第３の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置に用いられる第１の電極２を示す模式的な断面図である。
【図１５】図１５は本発明の第４の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置に用いられる第１の電極２を示す模式的な断面図である。
【図１６】図１６は本発明の第５の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置に用いられる第１の電極２を示す模式的な断面図である。
【図１７】図１７は本発明の第６の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置に用いられる第１の電極２を示す模式的な平面図（基板側から見た平面図）である。
【図１８】図１８は図１７のＦ１−Ｆ１線の断面図である。
【図１９】図１９は本発明の第７の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置に用いられる第１の電極２を示す模式的な断面図である。
【図２０】図２０は従来のプラズマＣＶＤ装置の模式的な説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同様の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、以下の実施例での説明では、プラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン膜の製造方法の一例として、太陽電池用のｉ型微結晶半導体層を製作する装置及び方法が記載されているが、本願の発明対象が下記の例に限定されるものではない。
【００３６】
（実施例１）
先ず、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン系膜の製造方法を図１ないし図１０を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式的な説明図である。図２は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置に用いられる一対の電極の模式的概念図である。図３は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置に用いられガス導入路を示す模式的構造図（図２のＣ１−Ｃ１線の断面図）である。図４は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置に用いられる第１の電極を示す模式的な平面図（基板側から見た平面図）である。図５は図４のＡ１−Ａ１線の断面図である。図６は図４のＡ２−Ａ２線の断面図である。図７は図４のＡ３−Ａ３線の断面図である。図８は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置によりシランガスのプラズマ生成実験をする際の典型的なデータの説明図である。図９は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置により水素ガスのプラズマ生成実験をする際の典型的なデータの説明図である。図１０は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置によりシランガスと水素ガスを用いてプラズマ生成実験をする際の典型的なデータの説明図である。
【００３７】
先ず、装置の全体の構成を、図１ないし図７を参照して説明する。なお、図２ないし図７において、説明の便宜上、図に示している座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を参照する。
符番１は真空容である。この真空容器１には、後述の原料ガス及び希釈ガスをプラズマ化する一対の電極、即ち非接地の第１の電極２と図示しない基板ヒータを内臓した接地された第２の電極３が配置されている。
符番２は第１の電極で、絶縁物製の支持手段４を介して真空容器１に固着されている。第１の電極２は、図２に示すように矩形の形状を有し、材料はアルミニウム、アルミニウム系合金、あるいはＳＵＳ等の金属で、例えばアルミニウムである。サイズは、例えば、外寸法で、長さ１．２ｍｘ幅１．２ｍｘ高さ８ｃｍとする。なお、図示しない冷媒を通すパイプを内蔵しており、第１の電極２の温度を制御することが可能である。
この第１の電極２の基板側表面には、後述するように、凹部８ａ及び凸部６ａからなる凹凸形状が設置され、その凹部８ａには希釈ガス噴出孔７ａが、凸部６ａには原料ガス噴出孔５ａが配置される。
符番３は第２の電極で、図示しない基板ヒータを内臓し、その上に設置される基板９の温度を１００〜３５０℃の範囲で、任意の温度に設定可能である。なお、第２の電極３は基板ヒータの他に、冷媒を通すパイプを内蔵しており、基板９の温度を制御することが可能である。また、第２の電極３は、図１及び図２に示すように、矩形平板で、その材料は金属で、第１の電極２に平行に対向して設置される。その具体的なサイズは、例えば、外寸法で、長さ約１．３ｍｘ幅約１．３ｍｘ高さ約８ｃｍとする。
符番４は第１の電極２の支持手段で、第１の電極２を真空容器１に固定する。なお、材質は絶縁物（例えば、高純度のセラミック）である。この支持手段４は、第１の電極２、第１の電極２に接続されている第１のガスヘッダー１３ａ及び第１のガス導入管１２ａを、真空容器１に対し電気的に絶縁する。また、後述の第２のガスヘッダー１３ｂ、第２のガス導入管１２ｂを、真空容器１に対し電気的に絶縁する。
符番９は基板である。基板９は、図示しない基板搬入搬出装置で、第２の電極３に設置され、また、取り出される。
【００３８】
第１及び第２の電極２、３の間隔は、図示しない基板リフターを上下に作動させることにより、予め、任意に設定可能であり、５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲で、例えば１０ｍｍに設定される。
【００３９】
符番１０ａは、原料ガス供給源であり、シランガスＳｉＨ４を、後述の第１のガス供給管１１ａ、第１の絶縁性真空フランジ１４ａ、第１のガス導入管１２ａ、第１のガスヘッダー１３ａ、第１の洞穴型ガス導入路１５ａ及び原料ガス噴出孔５ａを介して、第１及び第２の電極２、３間に供給する。そのガスの量は、原料ガス供給源１０ａに付属する流量計で制御される。
原料ガス供給源１０ａは、第１のガス供給管１１ａに供給する原料ガスの圧力を、１〜１０Ｋｇ／ｃｍ２程度の範囲で調整できる。ここでは、例えば３．５Ｋｇ／ｃｍ２に設定する。また、原料ガスの流量は、０．５〜１０ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）の範囲で設定される。
符番１１ａは第１のガス供給管で、原料ガス供給源１０ａから供給されるシランガスＳｉＨ４を第１の絶縁性真空フランジ１４ａを介して第１のガス導入管１２ａに供給する。
符番１４ａは第１の絶縁性真空フランジで、原料ガス供給管１１ａと第１のガス導入管１２ａを接続し、気密性を確保する。電気的には、絶縁性が高く、第１の電極２、並びに第１の電極２に接続されている第１のガスヘッダー１３ａ及び第１のガス導入管１２ａを、真空容器１に対し電気的に絶縁する。また、第２のガスヘッダー１３ｂ、第２のガス導入管１２ｂを、真空容器１に対し電気的に絶縁する。
符番１２ａは第１のガス導入管で、第１のガス供給管１１ａから第１の絶縁性真空フランジ１４ａを介して供給されたシランガスＳｉＨ４を第１のガスヘッダー１３ａに供給する。
符番１３ａは第１のガスヘッダーで、第１のガス導入管１２ａから供給されたシランガスＳｉＨ４を第１の洞穴型ガス導入路１５ａに供給する。なお、図２及び図３（図２のＣ１−Ｃ１線の断面図）に示されているように、第１のガスヘッダー１３ａは第１の電極２の一方の側面に気密性を保持して固着されている。また、複数の第１の洞穴型ガス導入路１５ａに接続されている。
符番１５ａは第１の洞穴型ガス導入路で、第１のガスヘッダー１３ａから供給される原料ガスを原料ガス噴出孔５ａを介して第１及び第２の電極２、３間に供給する。なお、第１の洞穴型ガス導入路１５ａは、深穴加工機（例えば、ガンドリル加工機）で、直径１ｍｍ〜３５ｍｍ、例えば直径６ｍｍに加工され、設定される。
【００４０】
符番８ａは、第１電極２の第２電極３側の表面に設けられる凹部である。この凹部８ａは、図４に示すように、Ｘ方向及びＹ方向に延在する格子状の溝で、溝の深さＨ１は３〜１５ｍｍ程度で、例えば６ｍｍである。そして、その凹部８ａの幅は、Ｘ軸方向に延在する方がＷ１を有し、Ｙ軸方向に延在する方がＷ２を有する。その幅Ｗ１及びＷ２は、それぞれ、６ｍｍ〜１５ｍｍ程度、例えばＷ１＝６ｍｍ、Ｗ２＝６ｍｍとする。なお、この格子状に配置される凹部８ａは、例えばフライス盤、あるいは平削盤で加工し、製作される。
符番６ａは、第１電極２の第２電極３側の表面に設けられる凸部である。この凸部６ａは、図４に示すように、は格子状の凹部８ａに囲まれている。凸部６ａの幅は、Ｘ軸方向にＷ３を有し、Ｙ方向にＷ４を有する。その幅Ｗ３及びＷ４は、それぞれ、６ｍｍ〜２０ｍｍ程度、例えばＷ３＝６ｍｍ、Ｗ４＝６ｍｍとする。凸部６ａ高さＨ２は３〜１５ｍｍ程度で、例えば６ｍｍである。
なお、電極のサイズが、例えば、１２０６ｍｍｘ１２０６ｍｍで、格子状の凹部８ａの幅が例えば、Ｗ１＝６ｍｍ、Ｗ２＝６ｍｍの場合、凸部６ａは、Ｗ３＝６ｍｍ、Ｗ４＝６ｍｍ、高さＨ２＝６ｍｍである。また、格子状の凹部８ａの個数はＸ方向に１００列、Ｙ方向に１００列、合計１００列ｘ１００列となる。
【００４１】
符番５ａは原料ガス噴出孔で、直径約０．４〜１．０ｍｍ、例えば直径約０．５ｍｍである。ここでは、第１の電極２の凸部６ａに、図３のＹ軸方向（第１の洞穴型ガス導入路１５ａの奥行き方向）に複数個、５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲で、略等間隔に、例えば１２ｍｍ間隔に設置される。
この原料ガス噴出孔５ａは、第１の洞穴型ガス導入路１５ａから供給されるシランガスＳｉＨ４を第１及び第２の電極２、３間に噴出する。噴出した原料ガスは、排気管１６ａ、１６ｂから図示しない真空ポンプにより真空容器１の外部へ排出される。
符番７ａは希釈ガス噴出孔で、直径約０．４〜１．０ｍｍ、例えば直径約０．５ｍｍで、多数個が設定される。ここでは、第１の電極２の凹部８ａに、第２の洞穴型ガス導入路１５ｂの奥行き方向（Ｙ軸方向）に複数個、５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲で、略等間隔に、例えば６ｍｍ間隔に設置される。希釈ガス噴出孔７ａは、第２の洞穴型ガス導入路１５ｂから供給される水素ガスＨ２を第１及び第２の電極２、３間に噴出する。噴出した希釈ガスは、排気管１６ａ、１６ｂから図示しない真空ポンプにより真空容器１の外部へ排出される。
【００４２】
原料ガス噴出孔５ａは第１の電極２の凸部６ａに配置され、希釈ガス噴出孔７ａは第１の電極２の凹部８ａに配置されるので、原料ガス噴出孔５ａと第２の電極３の表面の間の距離は希釈ガス噴出孔７ａと第２の電極３の表面の間の距離に比べて、短い。この距離の違いにより、一対の電極２、３間でのプラズマ生成プロセスで、次の作用がある。
即ち、原料ガス噴出孔５ａから噴出した原料ガスがプラズマに曝される時間は、希釈ガス噴出孔７ａから噴出した希釈ガスがプラズマに曝される時間よりも短じかくなる。その結果、ＳｉＨ４ガスの過度のプラズマ分解及び解離が起こらないという条件が整う。
また、噴出孔７ａから噴出した希釈ガスがプラズマに曝される時間は、原料ガス噴出孔５ａから噴出した原料ガスがプラズマに曝される時間よりも長くなる。その結果、Ｈ２→Ｈ＋Ｈ（多量の原子状Ｈを生成）の反応、及びＨ＋ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ３（多量のＨ２と多量ＳｉＨ３を生成）の反応が起こるという条件が整う。
【００４３】
真空容器１内の圧力は、図示しない圧力計によりモニターされ、図示しない圧力調整弁により自動的に所定の値に調整、設定される。なお、ここでは、原料ガスが流量０．５〜２．０ＳＬＭの範囲で、希釈ガスが０．５〜８ＳＬＭの範囲の場合、圧力１．３３３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）〜１３３３Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）程度に調整できる。
なお、原料ガス及び希釈ガスが無い場合、真空容器１の真空到達圧力は２．６６〜３．９９Ｅ−５Ｐａ（２〜３Ｅ−７Ｔｏｒｒ）程度である。
【００４４】
符番１０ｂは、希釈ガス供給源であり、水素ガスＨ２を、後述の第２のガス供給管１１ｂ、第２の絶縁性真空フランジ１４ｂ、第２のガス導入管１２ｂ、第２のガスヘッダー１３ｂ、第２の洞穴型ガス導入路１５ｂ及び希釈ガス噴出孔７ａを介して、第１及び第２の電極２、３間に供給する。そのガスの量は、希釈ガス供給源１０ｂに付属する流量計で制御される。
希釈ガス供給源１０ｂは、第２のガス供給管１１ｂに供給する原料ガスの圧力を、１〜１０Ｋｇ／ｃｍ２程度の範囲で調整できる。ここでは、例えば３．５Ｋｇ／ｃｍ２に設定する。また、希釈ガスの流量は、０．５〜３０ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）の範囲で設定される。
符番１１ｂは第２のガス供給管で、希釈ガス供給源１０ｂから供給される水素ガスＨ２を第２の絶縁性真空フランジ１４ｂを介して第２のガス導入管１２ｂに供給する。
符番１４ｂは第２の絶縁性真空フランジで、第２のガス供給管１１ｂと第２のガス導入管１２ｂを接続し、気密性を確保する。電気的には、絶縁性が高く、第１の電極２、並びに第１の電極２に接続されている第２のガスヘッダー１３ｂ及び第２のガス導入管１２ｂを、真空容器１に対し電気的に絶縁する。また、第１のガスヘッダー１３ａ、第１のガス導入管１２ａを、真空容器１に対し電気的に絶縁する。
符番１２ｂは第２のガス導入管で、第２のガス供給管１１ｂから第２の絶縁性真空フランジ１４ｂを介して供給された水素ガスＨ２を第２のガスヘッダー１３ｂに供給する。
符番１３ｂは第２のガスヘッダーで、第２のガス導入管１２ｂから供給された水素ガスＨ２を第２の洞穴型ガス導入路１５ｂに供給する。
符番１５ｂは第２の洞穴型ガス導入路で、第２のガスヘッダー１３ｂから供給される水素ガスを希釈ガス噴出孔７ａを介して第１及び第２の電極２、３間に供給する。なお、第２の洞穴型ガス導入路１５ｂは、深穴加工機（例えば、ガンドリル加工機）で、直径１ｍｍ〜３５ｍｍ、例えば直径６ｍｍに加工され、設定される。
【００４５】
ここで、原料ガス噴出孔５ａ及び希釈ガス噴出孔７ａと、凹部８ａ及び凸部６ａの構造上の関係並びに作用上の関係を説明する。
図７において、原料ガスは、第１の電極２に設置された第１のガス導入路１５ａから原料ガス噴出孔５ａに供給され、その孔５ａから原料ガスの噴流１７として噴出される。原料ガス噴出孔５ａは直径０．４〜０．８ｍｍ程度、その深さは３ｍｍ〜１０ｍｍ程度の範囲に、例えば、直径０．５ｍｍ、深さ３ｍｍとする。
複数個の原料ガス噴出孔５ａから噴出するガスの全体の量は、原料ガス供給源１０ａに付属する流量計で制御される。
複数個ある個々の原料ガス噴出孔５ａの１個当たりの噴出ガス量は、第１の洞穴型ガス導入路１５ａのガス圧が３Ｋｇ／ｃｍ２程度以上であり、かつ、原料ガス噴出孔５ａの孔の直径が０．４〜０．８ｍｍ程度、その孔の深さが３ｍｍ〜１０ｍｍ程度であれば、個々の孔で違いはなく、ほぼ一定の値の値になることが、一般に知られている。また、その噴出ガスの分散状況も、個々の孔で違いはなくほぼ同じであることが、一般に知られている。
【００４６】
図７において、希釈ガスは、第１の電極２に設置された第２のガス導入路１５ｂから希釈ガス噴出孔７ａに供給され、その孔７ａから希釈ガスの噴流１８として噴出される。希釈ガス噴出孔７ａは直径０．４〜０．８ｍｍ程度、その深さは３ｍｍ〜１０ｍｍ程度の範囲に、例えば、直径０．５ｍｍ、深さ９ｍｍとする。
複数個の希釈ガス噴出孔７ａから噴出するガスの全体の量は、希釈ガス供給源１０ｂに付属する流量計で制御される。
複数個ある個々の希釈ガス噴出孔７ａの１個当たりの噴出ガス量は、第２の洞穴型ガス導入路１５ｂのガス圧が３Ｋｇ／ｃｍ２程度以上であり、かつ、希釈ガス噴出孔７ａの孔の直径が０．４〜０．８ｍｍ程度、その孔の深さが３ｍｍ〜１０ｍｍ程度であれば、個々の孔で違いはなく、ほぼ一定の値の値になることが、一般に知られている。また、その噴出ガスの分散状況も、個々の孔で違いはなくほぼ同じであることが、一般に知られている。
【００４７】
図７図示の原料ガスの噴流１７及び希釈ガスの噴流１８について説明する。
原料ガスの噴流１７は、一対の電極２、３の間のガス圧が１．３３３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）〜１３３３Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）程度の範囲、かつ、原料ガス噴出孔５ａの直径が０．４〜０．８ｍｍ程度、その深さが３ｍｍ〜１０ｍｍ程度であれば、凸部６ａからの距離で５ｍｍ〜１０ｍｍ程度で分散し、その広がりは、直径１０〜２０ｍｍｍ程度の面積に広がることが、一般に知られている。
他方、希釈ガスの噴流１８は、一対の電極２、３の間のガス圧が１．３３３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）〜１３３３Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）程度の範囲、かつ、希釈ガス噴出孔７ａの直径が０．４〜０．８ｍｍ程度、その深さが３ｍｍ〜１０ｍｍ程度であれば、凹部８ａの底面からの距離で５ｍｍ〜１０ｍｍ程度で分散し、その広がりは、直径１０〜２０ｍｍｍ程度の面積に広がることが、一般に知られている。
したがって、原料ガスの噴流１７と希釈ガスの噴流１８は、凸部６ａの上面から基板の法線方向の距離１０ｍｍ程度で、互いに重なり合い、接触し混合される。なお、ここでは、このガス混合が起こる空間を混合領域１９と呼ぶ。
後述の電力供給系から第１及び第２の電極２、３に電力が供給されると、原料ガスの噴流１７と希釈ガスの噴流１８は噴出直後からプラズマ化され、そのプラズマ化された原料ガスと希釈ガスは混合領域１９で混合する。
原料ガスと希釈ガスはプラズマ化されると、種々のプラスイオン及びマイナスイオンの他に、化学的に活性で、電気的には中性の種々のラジカルを発生する。この場合、電気的に中性のラジカル、例えば、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ、Ｈ等は、混合領域１９から基板表面まで拡散現象で移動し、基板の面上に堆積する。
供給された原料ガス及び希釈ガスの中でプラズマ化されなかった残留ガスの中の電気的に中性のものは第１の電極２と基板９の間を周辺に向かって流れ、排出される。
【００４８】
符番２０は発信器である。発信器２０は、周波数１０〜１００ＭＨｚの任意の周波数の正弦波の電圧信号を発生する。
符番２１は電力増幅器である。これは、発信器２０の出力信号が入力されると、その電力を増幅して、１〜２０ＫＷの範囲で、例えば１０ＫＷを出力する。
符番２２はインピーダンス整合器である。インピーダンス整合器２２は、後述の同軸ケーブル２３ｂ、電流導入端子２４、電力供給導体２５及び給電点２６を介して、第１及び第２の電極２、３に電力を供給する際に、その一対の電極２、３の間に発生するプラズマのインピーダンスと電力増幅器２１のインピーダンスの整合を取るものである。
符番２３ａ、２３ｂは同軸ケーブルで、高周波数の電力を流すことができる。
符番２４は電流導入端子で、真空容器１の気密を保持して、同軸ケーブル２３ｂと電力供給導体２５を接続する。
符番２５は電力供給導体で、電流導入端子２４と給電点２６を接続し、高周波電力を送電する。
符番２６は給電点で、電力供給導体２５を介して送電される電力増幅器２１の出力電力を給電する位置である。なお、電力増幅器２１の出力電力が給電点２６に給電されると、一対の電極２、３の間に、プラズマが生成される。
【００４９】
ここで、上記電力増幅器２１の機能について、補足説明をする。
電力増幅器２１には、図示しない出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、その反射波による電力増幅器２１の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターは、次に示すように使われる。
先ず、例えば、電力増幅器２１の最大出力の２０~３０％程度の出力を、インピーダンス整合器２２、同軸ケーブル２３ｂ、電流導入端子２４、電力供給導体２５及び給電点２６を介して、第１及び第２の電極２、３に供給する。
次に、電力増幅器２１に付属した進行波Ｐｆ及び反射波Ｐｒのモニターを見ながら、インピーダンス整合器２２のリアクタンス（ＬとＣ）を調整する。インピーダンス整合器２２のリアクタンス（ＬとＣ）を調整しながら、反射波Ｐｒが最小値になる条件を選定する。そして、電力増幅器２１の出力を所要の数値に設定し、その出力で、再度、インピーダンス整合器２２のリアクタンス（ＬとＣ）を調整しながら、反射波Ｐｒが最小値になる条件を選ぶ。
なお、この整合器の調整、即ち、反射波Ｐｒが最小値になる条件を設定する作業は、プラズマ生成条件を変更しない限り、プラズマのインピーダンスの変化は少ないので、特に多くの時間を必要とはしない。
【００５０】
次に、上述のプラズマＣＶＤ装置、即ち、図１〜図７に示した構成を有するプラズマＣＶＤ装置を用いて、集積化タンデム型薄膜太陽電池用ｉ型微結晶シリコン膜を製膜する方法を説明する。
ｉ型微結晶シリコン膜の製膜に際し、原料ガスや希釈ガス、圧力、投入すべき電力等については、公知の製膜条件を参考に行う。
ただし、上記構成を有するプラズマＣＶＤ装置に係わる特有の諸条件は、以下に示す手順で、予め確認し、調整することが必要である。その後、目的とするｉ型微結晶シリコン膜の製膜を行う。
【００５１】
（ステップ１）では、図１〜図７に示した構成を有するプラズマＣＶＤ装置において、原料ガスだけで、例えば、シランガスのみを用いて予備的なプラズマ生成実験を行う。
（ステップ２）では、図１〜図７に示した構成を有するプラズマＣＶＤ装置において、希釈ガスだけで、例えば、水素ガスのみを用いて予備的なプラズマ生成実験を行う。
（ステップ３）では、図１〜図７に示した構成を有するプラズマＣＶＤ装置において、原料ガスを原料ガス噴出孔から噴出させるとともに、希釈ガス噴出孔から希釈ガスを噴出させて、例えば、シランガス及び水素ガスを噴出させて、目的とするｉ型微結晶シリコン膜の製膜実験を行う。
（ステップ４）では、上記（ステップ１）〜（ステップ３）の結果を参照して、目的とする高品質ｉ型微結晶シリコン膜の製造を行う。
【００５２】
（ステップ１）
図１〜図７において、予め、基板９を第２の電極３の上に設置し、図示しない真空ポンプを稼動させ、真空容器１内の空気及び不純物ガス等を除去した後、原料ガス供給源１０ａから第１のガス供給管１１ａ、第１の絶縁性真空フランジ１４ａ、第１のガス導入管１２ａ、第１のガスヘッダー１３ａ、第１の洞穴型ガス導入路１５ａを介して原料ガス噴出孔５ａからＳｉＨ４ガスを、０．５〜１０ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）の範囲で、例えば２ＳＬＭを供給しつつ、圧力を５３３．２Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）に維持する。基板温度は１００〜３５０℃の範囲、例えば２２０℃に保持する。
なお、基板９のサイズは、第１の電極２のサイズに合わせて、長さ１ｍｘ幅１ｍ（厚み４ｍｍ）とする。
次に、発信器２０の周波数を１３．５６ＭＨｚとし、電力増幅器２１の出力を、例えば３ＫＷとし、インピーダンス整合器２２、同軸ケーブル２３ｂ、電流導入端子２４、電力供給導体２６を介して、給電点２６に供給する。
この場合、インピーダンス整合器２２を調整することにより、その整合器２２の上流側に上記供給電力の反射波が戻らないようにすることができる。一般的には、反射波は進行波の１〜３％程度に抑えることができる。
【００５３】
上記の条件で、４〜６分程度の時間、プラズマを生成すると、基板９にアモルファスシリコン膜が堆積する。製膜後、真空容器１から前記基板９を取り出して、アモルファスシリコン膜の膜厚み分布を評価する。基板９に堆積されたアモルファスシリコン膜の膜厚分布は、正弦的な分布となる。即ち、製膜されたシリコン系薄膜の膜厚分布は、概略、次式で表わされる。
Ｉ（ｘ）＝ｃｏｓ２（２πｘ／λ）
ただし、Ｉ（ｘ）は膜の厚み、ｘは基板中央からその周辺方向への距離、λは使用電力の波長（プラズマ中での波長）である。
このような製膜実験を、原料ガスの流量と、供給電力をパラメータに行い、製膜速度と原料ガスの流量と、供給電力との関係を把握する。
この場合、例えば、図８に示すようなデータが取得される。図８は、縦軸が製膜速度（ｎｍ／ｓ）、横軸が供給電力（ＫＷ）である。
図８は、原料ガス供給量２ＬＳＭ、４ＬＳＭ、及び６ＬＳＭにおいて、製膜速度は供給電力に比例して増加するが、供給電力がある値を超えると、一定の値になる。このように、製膜速度がある値で飽和するのは、製膜速度が原料ガスの供給量に依存することを示している。
また、図８のデータでは、製膜速度の最大値は、原料ガスの流量が２ＬＳＭ、４ＬＳＭ、及び６ＬＳＭにおいて、それぞれ、２．３ｎｍ／ｓ、３．２ｎｍ／ｓ及び４．５ｎｍ／ｓである。
また、供給電力値と製膜速度の最大値との関係は、原料ガスの流量２ＬＳＭ、４ＬＳＭ、及び６ＬＳＭにおいて、それぞれ、６．５ＫＷ（０．４５１Ｗ／ｃｍ２）で２．３ｎｍ／ｓ、７．３ＫＷで（０．５０７Ｗ／ｃｍ２）で３．２ｎｍ／ｓ、及び、８．５ＫＷ（０．５９０Ｗ／ｃｍ２）で４．５ｍ／ｓである。
以上の結果から、真空容器１へ供給するガスが、シランガスのみの場合には、原料ガス供給量２ＬＳＭで、供給電力値６．５ＫＷ（０．４５１Ｗ／ｃｍ２）以上で製膜速度２．３ｎｍ／ｓ、原料ガス供給量４ＬＳＭで、供給電力値７．３ＫＷ（０．５０７Ｗ／ｃｍ２）以上で製膜速度３．２ｎｍ／ｓ、原料ガス供給量６ＬＳＭで、供給電力値８．５ＫＷ（０．５９０Ｗ／ｃｍ２）以上で製膜速度４．５ｎｍ／ｓであることが判る。
なお、上記製膜データにおいて、供給電力が６ＫＷ程度以上になると、パウダー（パーテイクル）が発生することがある。
【００５４】
（ステップ２）
図１〜図７において、予め、基板９を第２の電極３の上に設置し、図示しない真空ポンプを稼動させ、真空容器１内の空気及び不純物ガス等を除去した後、希釈ガス供給源１０ｂから第２のガス供給管１１ｂ、第２の絶縁性真空フランジ１４ｂ、第２のガス導入管１２ｂ、第２のガスヘッダー１３ｂ、第２の洞穴型ガス導入路１５ｂを介して希釈ガス噴出孔７ａから水素ガスを、０．５〜３０ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）の範囲で、例えば４ＳＬＭを供給しつつ、圧力を５３３．２Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）維持する。基板温度は１００〜３５０℃の範囲、例えば２２０℃に保持する。
なお、基板９のサイズは、第１の電極２のサイズに合わせて、長さ１ｍｘ幅１ｍ（厚み４ｍｍ）とする。
次に、発信器２０の周波数を１３．５６ＭＨｚとし、電力増幅器２１の出力を、例えば３ＫＷとし、インピーダンス整合器２２、同軸ケーブル２３ｂ、電流導入端子２４、電力供給導体２６を介して、給電点２６に供給する。
この場合、インピーダンス整合器２２を調整することにより、その整合器２２の上流側に上記供給電力の反射波が戻らないようにすることができる。一般的には、反射波は進行波の１〜３％程度に抑えることができる。
【００５５】
上記の条件で、１０〜２０分程度の時間、プラズマを生成する。なお、この場合、第１の電極２に設けられる凹部８ａの形状が図４〜図７に示したように格子状の溝の形になっており、その幅と深さが、それぞれ、６ｍｍになっていることから、プラズマ生成の際の圧力条件によっては、ホローカソード放電による高密度プラズマの生成がなされることが考えられる。そして、図示しない発光分光スペクトル測定器と測定プローブを用いて、水素プラズマ発光スペクトルの波長４８６ｎｍに着目し、その強さを測定、評価する。なお、スペクトル波長４８６ｎｍは一般にＨβ線と呼ばれる水素プラズマ発光での代表的な波長である。
このような発光スペクトル測定実験を、圧力を５３３．２Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）一定とし、水素ガスの流量を４ＳＬＭに保ち、電力を変化させ、波長４８６ｎｍの発光強度と供給電力との関係を把握する。
この場合、例えば、図９に示すようなデータが取得される。図９は、縦軸が波長４８６ｎｍの発光強度（最大値で規格化）で、横軸が供給電力（ＫＷ）である。
図９は、水素ガス供給量４ＬＳＭにおいて、波長４８６ｎｍの発光強度は供給電力に比例して増加することを示している。なお、このようなデータが得られれば、異常放電の発生はないと考えられる。
【００５６】
（ステップ３）
図１〜図７において、予め、基板９を第２の電極３の上に設置し、図示しない真空ポンプを稼動させ、真空容器１内の空気及び不純物ガス等を除去した後、原料ガス供給源１０ａから第１のガス供給管１１ａ、第１の絶縁性真空フランジ１４ａ、第１のガス導入管１２ａ、第１のガスヘッダー１３ａ、第１の洞穴型ガス導入路１５ａを介して原料ガス噴出孔５ａからＳｉＨ４ガスを、０．５〜１０ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）の範囲で、例えば４ＳＬＭを供給しつつ、圧力を５３３．２Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）に維持する。
また、希釈ガス供給源１０ｂから第２のガス供給管１１ｂ、第２の絶縁性真空フランジ１４ｂ、第２のガス導入管１２ｂ、第２のガスヘッダー１３ｂ、第２の洞穴型ガス導入路１５ｂを介して希釈ガス噴出孔７ａから水素ガスを、０．５〜３０ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）の範囲で、例えば２０ＳＬＭを供給しつつ、圧力を５３３．２Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）維持する。
基板温度は１００〜３５０℃の範囲、例えば２２０℃に保持する。
なお、基板９のサイズは、第１の電極２のサイズに合わせて、長さ１ｍｘ幅１ｍ（厚み４ｍｍ）とする。
次に、発信器２０の周波数を１３．５６ＭＨｚとし、電力増幅器２１の出力を、例えば３ＫＷとし、インピーダンス整合器２２、同軸ケーブル２３ｂ、電流導入端子２４、電力供給導体２６を介して、給電点２６に供給する。
この場合、インピーダンス整合器２２を調整することにより、その整合器２２の上流側に上記供給電力の反射波が戻らないようにすることができる。一般的には、反射波は進行波の１〜３％程度に抑えることができる。
なお、パウダー（パーテイクル）の発生の有無をプラズマ生成中に測定するのは、困難であるので、ここでは実施しない。パウダー（パーテイクル）の発生を抑制するために、供給電力は、電力密度０．７Ｗ／ｃｍ２程度以下とする。また、シランガス供給量と水素ガス供給量の比が５倍とし、パウダーの発生を抑制する。
【００５７】
上記の条件で、１０〜２０分程度の時間、プラズマを生成すると、基板９にｉ型微結晶シリコン膜が堆積する。なお、大量の水素ガスが供給されるので、得られる膜はアモルファスＳｉではなく、微結晶膜になる。
製膜後、真空容器１から前記基板９を取り出して、該ｉ型微結晶シリコン膜の膜厚み分布及び結晶化率を評価する。
基板９に堆積されたｉ型微結晶シリコン膜の膜厚分布は、正弦的な分布となる。即ち、製膜されたシリコン系薄膜の膜厚分布は、概略、次式で表わされる。
Ｉ（ｘ）＝ｃｏｓ２（２πｘ／λ）
ただし、Ｉ（ｘ）は膜の厚み、ｘは基板中央からその周辺方向への距離、λは使用電力の波長（プラズマ中での波長）である。
結晶化率の評価には、ラマンスペクトル分析器を用い、膜中の結晶Ｓｉピーク（５１７ｃｍ−１）ＩｃとアモルファスＳｉピーク（４７０〜４８０ｃｍ−１）Ｉａを用い、結晶化率（％）＝１００ｘＩｃ／（Ｉａ＋Ｉｃ）と定義する。
このような製膜実験を、原料ガス及び水素ガスの流量と、供給電力をパラメータに行い、製膜速度、原料ガスの流量、水素ガス及び供給電力の関係を把握する。
この場合、例えば、図１０に示すようなデータが取得される。図１０は、縦軸が製膜速度（ｎｍ／ｓ）、横軸が供給電力（ＫＷ）である。
図１０は、シランガス供給量４ＬＳＭで水素ガス供給量２０ＳＬＭの場合、及びシランガス供給量６ＬＳＭで水素ガス供給量３０ＳＬＭの場合において、製膜速度は供給電力にほぼ比例して増加するが、供給電力がある値を超えると、飽和する傾向になることを示す。
また、図１０のデータでは、製膜速度の最大値、即ち、供給電力１０ＫＷ（０．６９４Ｗ／ｃｍ２）での製膜速度は、シランガス供給量４ＬＳＭで水素ガス供給量２０ＳＬＭの場合、及びシランガス供給量６ＬＳＭで水素ガス供給量３０ＳＬＭの場合において、それぞれ、３．２ｎｍ／ｓ程度及び４．１ｎｍ／ｓである。結晶化率は、それぞれ、６０〜８０％程度が得られる。
【００５８】
なお、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置を用いた方法に関する特徴は、次の通りである。
図１〜図７に示したプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン系膜を製造する方法であって、少なくともシランガスを含む原料ガスと、少なくとも水素ガスを含む希釈ガスを用いて、微結晶シリコン膜を製造することを特徴とする。
【００５９】
ところで、上記実験では以下に示す条件を満たしているので、パウダーの発生はほとんど無いと判断される。
●条件１：高濃度のＨ原子を生成する条件を満たすこと。上記実験では、次に示す第１ないし第６の特徴を有するプラズマＣＶＤ装置を用いて、大量の水素ガスを供給し、プラズマを生成することから、大量の原子状水素Ｈが発生しやすい。即ち、Ｈ２→Ｈ＋Ｈの反応が主反応として、起こりやすい。なお、多量の原子状Ｈが生成（Ｈ原子濃度の増大）されると、一般的に、微結晶シリコン膜の形成が容易に可能であると、言われている。
（本発明の第１の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の装置構成上の特徴）
第１の特徴は、第１の電極２の表面に、凹凸部８ａ、６ａが設けられていること。
第２の特徴は、上記凹部８ａは、格子状の溝のような形状を有すること。
第３の特徴は、凹部８ａに希釈ガス噴出孔７ａが設けられ、凸部６ａに原料ガス噴出孔５ａが設けられていること。これにより、原料ガス噴出孔５ａは、希釈ガス噴出孔７ａより第２の電極表面に近い位置に配置されるということを特徴とする。この距離の違いにより、一対の電極２、３間でのプラズマ生成プロセスで、次の作用がある。
即ち、原料ガス噴出孔５ａから噴出した原料ガスがプラズマに曝される時間は、希釈ガス噴出孔７ａから噴出した希釈ガスがプラズマに曝される時間よりも短じかくなる。その結果、ＳｉＨ４ガスの過度のプラズマ分解及び解離が起こらないという条件が整う。
また、噴出孔７ａから噴出した希釈ガスがプラズマに曝される時間は、原料ガス噴出孔５ａから噴出した原料ガスがプラズマに曝される時間よりも長くなる。その結果、Ｈ２→Ｈ＋Ｈ（多量の原子状Ｈを生成）の反応、及びＨ＋ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ３（多量のＨ２と多量ＳｉＨ３を生成）の反応が起こるという条件が整う。
第４の特徴は、原料ガス及び希釈ガスの供給源が独立して設置され、その原料ガスの真空容器１への供給路は、第１のガス供給管１１ａ、第１の絶縁性真空フランジ１４ａ、第１のガス導入管１２ａ、第１のガスヘッダー１３ａ、第１の洞穴型ガス導入路１５ａ及び原料ガス噴出孔５ａで構成されるとともに、その希釈ガスの真空容器１への供給路は、第２のガス供給管１１ｂ、第２の絶縁性真空フランジ１４ｂ、第２のガス導入管１２ｂ、第２のガスヘッダー１３ｂ、第２の洞穴型ガス導入路１５ｂ及び希釈ガス噴出孔７ａで構成されていること。また、前記原料ガスを前記第１及び第２の電極２、３間に噴出させる際に、少なくとも、第１の電極２の側面に配置される第１のガスヘッダー１３ａと、第１の電極２の内部に配置される第１の洞穴型ガス導入路１５ａと、第１の電極の表面に配置される原料ガス噴出孔５ａが用いられるとともに、前記希釈ガスを前記第１及び第２の電極２、３間に噴出させる際は、少なくとも、第１の電極２の側面に配置される第２のガスヘッダー１３ｂと、第１の電極２の内部に配置される第２の洞穴型ガス導入路１５ｂと、第１の電極の表面に配置される希釈ガス噴出孔７ａが用いられるということを特徴とする。
第５の特徴は、第１及び第２のガスヘッダー１３ａ、１３ｂは第１の電極２の互いに対向しあう位置関係にあり、該第１の電極２側面に設置されていること。
第６の特徴は、第１及び第２の洞穴型ガス導入路１５ａ、１５ｂは第１の電極２の第２の電極３側の表面に平行な面内に、かつ、互いに平行な関係を保つように設置されること。
●条件２：高濃度のＳｉＨ３を生成する条件を満たすこと。上記実験では、上記条件１の下に、希釈ガス噴出孔７ａより第２の電極表面に近い位置に配置された原料ガス噴出孔５ａからシランガスが噴出されるので、シランガスがプラズマに曝される時間は、希釈ガス噴出孔７ａから噴出した希釈ガスがプラズマに曝される時間よりも短じかくなる。その結果、ＳｉＨ４ガスの過度のプラズマ分解及び解離が起こらないという条件が整う。これにより、ＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３、及びＨ＋ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ３の反応が起こり易い。また、
大量Ｈ２ガスを供給し、プラズマを生成することから大量のＨラジカルが発生しやすい。即ち、Ｈ＋ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ３の反応が主反応として起こりやすい。なお、ＳｉＨ３濃度が増大すると、一般に、高品質シリコン系膜の形成が容易に可能であると、言われている。
●条件３：パウダー生成の主要因であるＳｉＨ２ラジカルを減少させる条件を満たすこと。上記実験では、大量の水素を供給し、プラズマ化しているので、励起されたＨ２濃度が高くなることから、ＳｉＨ２を消滅させやすい。即ち、ＳｉＨ２＋Ｈ２→ＳｉＨ４の反応が起こりやすい。なお、ＳｉＨ２濃度が減少すると、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）及びトリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）等のダスト（パウダー）は形成されにくくなる。
【００６０】
以上の結果から、シランガス供給量４ＬＳＭ、水素ガス供給量２０ＳＬＭで、供給電力１０ＫＷ（０．６９４Ｗ／ｃｍ２）の場合、製膜速度３．２ｎｍ／ｓ程度で結晶化率６０〜８０％程度のｉ型微結晶シリコン膜が得られるということが判る。
また、シランガス供給量６ＬＳＭ、水素ガス供給量３０ＳＬＭで、供給電力１０ＫＷ（０．６９４Ｗ／ｃｍ２）の場合、製膜速度４．２ｎｍ／ｓ程度で結晶化率６０〜８０％程度のｉ型微結晶シリコン膜が得られるということが判る。
【００６１】
（ステップ４）
実際の応用においては、上記（ステップ１）〜（ステップ３）の結果を参照して、例えば、製膜条件として、シランガス供給量６ＬＳＭ、水素ガス供給量３０ＳＬＭ、供給電力１０ＫＷ（０．６９４Ｗ／ｃｍ２）を選定し、目的とするｉ型微結晶シリコン膜の製造を行う。これにより、目的とする高品質ｉ型微結晶シリコン膜の製造が行う。
【００６２】
ここで、上述の本発明の第１の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置によるシリコン系膜の製造方法としての効果を考える。
一対の平行平板型電極の一方に設置されるガス噴出孔として、原料ガス噴出孔及び希釈ガス噴出孔に分離して、かつ、空間的に異なる位置に、かつ、該原料ガス噴出孔及び希釈ガス噴出孔と基板表面までの距離が異なるように配置したプラズマＣＶＤ装置を実現化できるので、従来の装置では不可能であった原料ガスと希釈ガスを空間的に分離した形でのプラズマ化と、プラズマ化された後の原料ガスと希釈ガスの接触及び混合の促進が可能となるという効果を有する。
これにより、ＳｉＨ４ガスのプラズマ化とＨ２ガスのプラズマ化を空間的に分離して行い、かつ、プラズマ化したＳｉＨ４ガスとプラズマ化したＨ２ガスの接触、混合を促進できるので、高品質膜形成に必要な多量のＨと多量ＳｉＨ３を生成（ＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３、Ｈ２→Ｈ＋Ｈ）し、かつ、粗悪な膜形成要因のＳｉＨ２を消滅（ＳｉＨ２＋Ｈ２→ＳｉＨ４）することが可能である。これにより、従来の装置及び方法では困難視されているシリコン系膜の高品質、高速製膜が可能である。
【００６３】
また、上記の本発明の第１の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置には、次に示すような特徴がある。
排気系を備えた真空容器と、原料ガスの供給源及び該原料ガスを希釈する希釈ガスの供給源と、該原料ガス及び該希釈ガスを該真空容器に導入するガス導入管と、該原料ガス及び該希釈ガスを噴出するガス噴出孔を有する電気的に非接地の平行平板型の第１の電極及び基板を載置する平行平板型の第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電力供給系と、を具備し、該真空容器内に設置された基板に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、前記ガス噴出孔は前記原料ガスのみを噴出する複数の原料ガス噴出孔と前記希釈ガスのみを噴出する複数の希釈ガス噴出孔から構成され、かつ、該原料ガス噴出孔と該希釈ガス噴出孔は互いに空間的に異なる位置に配置されるということを特徴とする。
これにより、従来の装置方法では困難視されている高品質膜シリコン系膜の形成が可能となる。
【００６４】
従来の装置を用いる方法では、高い圧力条件でシランガスと水素ガスの混合ガスをプラズマ化して製膜する場合、供給電力を増大させて、即ち、プラズマの電子温度を高くして（９．４７ｅＶ以上のエネルギーを持つ電子を発生させて）高密度のプラズマを生成させると、シランガスと水素ガスの混合ガスの高密度プラズマ化により、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ、Ｓｉ、及びＨラジカル等のラジカルが大量に発生し、高速製膜の条件が整う。しかし、その条件は基板表面の近傍及び基板表面のみならず、成膜室全体に及ぶ。その結果、生成されたラジカル同志の反応が必要以上に広い反応空間の中で、必要以上に長い反応時間で反応が起こるので、副作用として膜質を悪くする反応が起こる。その為、高品質膜の形成に必要な下記（ａ）〜（ｄ）の反応に加えて、粗悪な膜を形成するＳｉＨ２に関する反応（ｅ）と（ｆ）が強く起こる。
【００６５】
（高品質膜の形成に必要な反応）
（ａ）ＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３（８．７５ｅｖ以上９．４７ｅＶ以下のエネルギーを持つ電子の衝突により、多量のＨと多量ＳｉＨ３を生成）：ＳｉＨ３濃度の増大により、高品質シリコン系膜形成が容易に可能となる条件が成立。
（ｂ）Ｈ２→Ｈ＋Ｈ（多量の原子状Ｈを生成）：Ｈ原子濃度の増大により、微結晶シリコン膜の形成が容易に可能となる条件が成立。
（ｃ）Ｈ＋ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ３（多量のＨ２と多量ＳｉＨ３を生成）：ＳｉＨ３濃度の増大により、高品質シリコン系膜形成が容易に可能となる条件が成立。
（ｄ）ＳｉＨ２＋Ｈ２→ＳｉＨ４（多量のＳｉＨ２を消滅）：ＳｉＨ２濃度の減少により、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）及びトリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）等のダスト（パウダー）形成要因が除去される条件が成立。
（粗悪な膜を形成する反応）
（ｅ）ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ２（９．４７ｅＶ以上のエネルギーを持つ電子の衝突により、多量ＳｉＨ２を生成）：ＳｉＨ２ラジカルの濃度が増大し、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）及びテトラシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ３Ｈ８→Ｓｉ４Ｈ１０）等からなるパウダーが生成されるという条件が成立。
（ｆ）ＳｉＨ４→Ｈ＋Ｈ＋ＳｉＨ２（多量ＳｉＨ２を生成）：ＳｉＨ２ラジカルの濃度が増大し、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）及びテトラシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ３Ｈ８→Ｓｉ４Ｈ１０）等からなるパウダーが生成されるという条件が成立。
なお、従来の装置は、主として、上記（ｅ）と（ｆ）の反応に起因する問題を抱えており、高品質膜の高速製膜化ができないのである。
【００６６】
これに対して、本実施例では、原料ガスと希釈ガスを、それぞれ、原料ガス噴出孔５ａ及び希釈ガス噴出孔７ａから噴出させて、噴出直後、別々の空間でプラズマ化できるので、Ｈ、ＳｉＨ３ラジカル、励起されたＨ２等の高品質膜形成に貢献するラジカルを多量に発生できる。膜の品質を低下させる主たる要因であるＳｉＨ２ラジカルの発生反応は、Ｈ、ＳｉＨ３ラジカル、励起されたＨ２等の高品質膜形成に貢献するラジカルの発生に比べて、大幅に抑制される。
また、大量に供給されるＨ２ガスを、プラズマ化した後に混合領域で、シランガスプラズマと混合させるので、従来装置に比べて、上記（ａ）〜（ｄ）の反応が起こり易くなる。その結果、ＳｉＨ２の発生を抑制する形で、シリコン系膜を形成可能である。
【００６７】
（実施例２）
本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン系膜の製造方法を図１１ないし図１３を参照して説明する。図１〜図３も参照する。
【００６８】
図１１は本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置に用いられる第１の電極２を示す模式的な平面図（基板側から見た平面図）である。図１２は図１１のＢ２−Ｂ２線の断面図である。図１３は原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃの模式的な説明図である。
【００６９】
先ず、装置の構成を、図１１ないし図１３を参照して説明する。なお、図１１及び図１２において、説明の便宜上、上述の本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の説明と同様に、図に示している座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を参照する。
本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置では、前述の本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置に用いられた第１の電極２に設置されている凹凸部の型が格子状からスリット状に代えられる。
【００７０】
符番８ｂは第１の電極２に設けられたスリット状の凹部で、複数個設置される。凹部８ｂの断面形状は矩形である。この凹部８ｂは図１１のＹ方向に延在する溝で、溝の深さＨ１は３〜１５ｍｍ程度、例えば６ｍｍである。そして、その凹部８ｂの幅はＷ２である。その幅Ｗ２は、６ｍｍ〜１５ｍｍ程度、例えばＷ２＝６ｍｍである。なお、電極のサイズが、例えば、１２０６ｍｍｘ１２０６ｍｍで、スリット状の凹部８ｂの幅が例えば、Ｗ２＝６ｍｍで後述の凸部６ｂの幅Ｗ４がＷ４＝６ｍｍ場合、その個数はＸ方向に１００列である。また、このスリット状に配置される凹部８ｂは、例えばフライス盤、あるいは平削盤で加工し、製作される。
【００７１】
符番７ａは希釈ガス噴出孔で、凹部８ｂの底面に、図１１のＹ軸方向に複数個、５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲で、略等間隔に、例えば６ｍｍ間隔に設置される。希釈ガス噴出孔７ａは、第２の洞穴型ガス導入路１５ｂから供給される水素ガスＨ２を第１及び第２の電極２、３間に噴出する。
噴出した希釈ガスは、排気管１６ａ、１６ｂから図示しない真空ポンプにより真空容器１の外部へ排出される。
【００７２】
希釈ガス噴出孔７ａは第１の電極２の凹部８ｂに配置され、後述の原料ガス５ｂ、５ｃは第１の電極２ａの凸部６ｂに配置されるので、原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃと第２の電極３の表面の間の距離は希釈ガス噴出孔７と第２の電極３の表面の間の距離に比べて、短い。この距離の違いにより、一対の電極２、間でのプラズマ生成プロセスで、次の作用がある。
即ち、原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃから噴出した原料ガスがプラズマに曝される時間は、希釈ガス噴出孔７ａから噴出した希釈ガスがプラズマに曝される時間よりも短じかくなる。その結果、ＳｉＨ４ガスの過度のプラズマ分解及び解離が起こらないという条件が整う。
また、噴出孔７ａから噴出した希釈ガスがプラズマに曝される時間は、原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃから噴出した原料ガスがプラズマに曝される時間よりも長くなる。その結果、Ｈ２→Ｈ＋Ｈ（多量の原子状Ｈを生成）の反応、及びＨ＋ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ３（多量のＨ２と多量ＳｉＨ３を生成）の反応が起こるという条件が整う。
【００７３】
符番６ｂは、第１電極２ａの第２電極３側の表面に設けられる凸部である。この凸部６ｂはスリット状の凹部８ｂに挟まれている。凸部６ｂの幅はＷ４である。その幅Ｗ４は、６ｍｍ〜１５ｍｍ程度、例えばＷ４＝６ｍｍとする。凸部６ｂ高さＨ２は３〜１５ｍｍ程度、例えば６ｍｍである。
なお、電極のサイズが、例えば、１２０６ｍｍｘ１２０６ｍｍで、凹部８ｂの幅Ｗ２＝６ｍｍで、凸部６ｂＷ４＝６ｍｍの場合、凸部６ｂの個数はＸ方向に１０１列である。
【００７４】
符番５ｂ、５ｃは、第１の電極２の凸部６ｂに設置される原料ガス噴出孔で、Ｘ方向に多数設定される。また、原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃは、図１１に示すように、帯状の凸部６ｂ上面の希釈ガス噴出孔７ａの近傍に複数個、例えば２個を１組にして設置される。なお、複数組みの原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃの設置位置は、Ｙ方向で見ると、図１１に示すように、略等間隔に、５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲で、例えば１２ｍｍ間隔となる。
噴出した原料ガスは、排気管１６ａ、１６ｂから図示しない真空ポンプにより真空容器１の外部へ排出される。
また、原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃは、図１２及び図１３に示すように、凸部６ｂの上面に原料ガス噴出孔５ｂの噴出方向と原料ガス噴出孔５ｃの噴出方向の間の角度がθになるように設置される。この角度θは、原料ガス噴出孔５ｂの噴出方向と原料ガス噴出孔５ｃの噴出方向の間の角度である。
角度θの具体的値は、一対の電極２ａ、３の間隔によるが、１〜８０度の範囲に設定される。例えば角度θ＝２０度とした場合を図１３に示している。この場合は、図１３に示すように、一対の電極２、３の間隔が１０ｍｍであれば、原料ガス噴出孔５ｂの中心線が第２の電極３の表面と交わる点Ｐ１と、原料ガス噴出孔５ｃの中心線が第２の電極３の表面と交わる点Ｐ２との距離が、略３．６ｍｍになる。
即ち、原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃが角度θを持って設置されるので、原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃから噴出した原料ガスは、希釈ガス噴出孔７ａから噴出した希釈ガスを第２の電極３の表面と平行な方向へ押し出す形で接触する。その結果、原料ガスと希釈ガスの混合が促進される。
この場合、原料ガスと希釈ガスの接触の強さあるいは混合の強さは角度θに依存する。当然ながら、第１及び第２の電極２ａ、３の間の圧力にも依存する。
【００７５】
原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃが角度θを持って凸部６ｂの上面に設置されると、上述の原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃと希釈ガス噴出孔７ａの位置の違いに起因する作用に加えて、原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃの有する角度θの作用が発生する。
即ち、原料ガスと希釈ガスを、それぞれ、第２の電極３表面からの距離が異なる位置に設置されている原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃ及び希釈ガス噴出孔７ａから噴出させ、その噴出の後に、別々の空間でプラズマ化するとともに、凹部の深さＨ１離れた位置近傍で原料ガスと希釈ガスを接触させ、両者の混合を促進させる。その結果、Ｈ、ＳｉＨ３ラジカル、励起されたＨ２等の高品質膜形成に貢献するラジカルが多量に発生される。
つまり、原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃから噴出した原料ガスが、希釈ガス噴出孔７ａから噴出した希釈ガスを第２の電極３の表面と平行な方向へ押し出す形で接触するので、原料ガスと希釈ガスの混合を促進させる。この原料ガスと希釈ガスの混合促進は、次に示す反応（ｂ）〜（ｄ）を促進させるという作用を生む。
即ち、原料ガスと希釈ガスの混合促進の結果、従来の装置に比べて、次の反応が顕著になる。
（ｂ）Ｈ２→Ｈ＋Ｈ（多量の原子状Ｈを生成）：Ｈ原子濃度の増大により、微結晶シリコン膜の形成が容易に可能となる条件が成立。
（ｃ）Ｈ＋ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ３（多量のＨ２と多量ＳｉＨ３を生成）：ＳｉＨ３濃度の増大により、高品質シリコン系膜形成が容易に可能となる条件が成立。
（ｄ）ＳｉＨ２＋Ｈ２→ＳｉＨ４（多量のＳｉＨ２を消滅）：ＳｉＨ２濃度の減少により、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）及びトリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）等のダスト（パウダー）形成要因が除去される条件が成立。
【００７６】
次に、図１１図示の第１の電極２を用いたプラズマＣＶＤ装置により集積化タンデム型薄膜太陽電池用ｉ型微結晶シリコン膜を製膜する方法を説明する。
ｉ型微結晶シリコン膜の製膜に際し、原料ガスや希釈ガス、圧力、投入すべき電力等については、公知の製膜条件を参考に行う。
ただし、上記構成を有するプラズマＣＶＤ装置に係わる特有の諸条件は、以下に示す手順で、予め確認し、調整することが必要である。その後、目的とするｉ型微結晶シリコン膜の製膜を行う。
【００７７】
（ステップ１）では、図１〜図３並びに図１１〜図１３に示した構成を有するプラズマＣＶＤ装置において、原料ガスだけで、例えば、シランガスのみを用いて予備的なプラズマ生成実験を行う。
（ステップ２）では、図１〜図３並びに図１１〜図１３に示した構成を有するプラズマＣＶＤ装置において、希釈ガスだけで、例えば、水素ガスのみを用いて予備的なプラズマ生成実験を行う。
（ステップ３）では、図１〜図３並びに図１１〜図１３に示した構成を有するプラズマＣＶＤ装置において、原料ガスを原料ガス噴出孔から噴出させるとともに、希釈ガス噴出孔から希釈ガスを噴出させて、例えば、それぞれシランガス及び水素ガスを噴出させて、目的とするｉ型微結晶シリコン膜の製膜実験を行う。
（ステップ４）では、上記（ステップ１）〜（ステップ３）の結果を参照して、目的とする高品質ｉ型微結晶シリコン膜の製造を行う。
【００７８】
（ステップ１）
図１〜図３並びに図１１〜図１３において、予め、基板９を第２の電極３の上に設置し、図示しない真空ポンプを稼動させ、真空容器１内の空気及び不純物ガス等を除去した後、原料ガス供給源１０ａから第１のガス供給管１１ａ、第１の絶縁性真空フランジ１４ａ、第１のガス導入管１２ａ、第１のガスヘッダー１３ａ、第１の洞穴型ガス導入路１５ａを介して原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃからＳｉＨ４ガスを、０．５〜１０ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）の範囲で、例えば２ＳＬＭを供給しつつ、圧力を５３３．２Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）に維持する。基板温度は１００〜３５０℃の範囲、例えば２２０℃に保持する。
なお、基板９のサイズは、第１の電極２のサイズに合わせて、長さ１ｍｘ幅１ｍ（厚み４ｍｍ）とする。
次に、発信器２０の周波数を１３．５６ＭＨｚとし、電力増幅器２１の出力を、例えば３ＫＷとし、インピーダンス整合器２２、同軸ケーブル２３ｂ、電流導入端子２４、電力供給導体２６を介して、給電点２６に供給する。
この場合、インピーダンス整合器２２を調整することにより、その整合器２２の上流側に上記供給電力の反射波が戻らないようにすることができる。一般的には、反射波は進行波の１〜３％程度に抑えることができる。
【００７９】
上記の条件で、４〜６分程度の時間、プラズマを生成すると、基板９にアモルファスシリコン膜が堆積する。製膜後、真空容器１から前記基板９を取り出して、アモルファスシリコン膜の膜厚み分布を評価する。基板９に堆積されたアモルファスシリコン膜の膜厚分布は、正弦的な分布となる。即ち、製膜されたシリコン系薄膜の膜厚分布は、概略、次式で表わされる。
Ｉ（ｘ）＝ｃｏｓ２（２πｘ／λ）
ただし、Ｉ（ｘ）は膜の厚み、ｘは基板中央からその周辺方向への距離、λは使用電力の波長（プラズマ中での波長）である。
このような製膜実験を、原料ガスの流量と、供給電力をパラメータに行い、製膜速度と原料ガスの流量と、供給電力との関係を把握する。
この場合、例えば、図８に示すようなデータが取得される。図８は、縦軸が製膜速度（ｎｍ／ｓ）、横軸が供給電力（ＫＷ）である。
図８は、原料ガス供給量２ＬＳＭ、４ＬＳＭ、及び６ＬＳＭにおいて、製膜速度は供給電力に比例して増加するが、供給電力がある値を超えると、一定の値になる。このように、製膜速度がある値で飽和するのは、製膜速度が原料ガスの供給量に依存することを示している。
また、図８のデータでは、製膜速度の最大値は、原料ガスの流量が２ＬＳＭ、４ＬＳＭ、及び６ＬＳＭにおいて、それぞれ、２．３ｎｍ／ｓ、３．２ｎｍ／ｓ及び４．５ｎｍ／ｓである。
また、供給電力値と製膜速度の最大値との関係は、原料ガスの流量２ＬＳＭ、４ＬＳＭ、及び６ＬＳＭにおいて、それぞれ、６．５ＫＷ（０．４５１Ｗ／ｃｍ２）で２．３ｎｍ／ｓ、７．３ＫＷで（０．５０７Ｗ／ｃｍ２）で３．２ｎｍ／ｓ、及び、８．５ＫＷ（０．５９０Ｗ／ｃｍ２）で４．５ｎｍ／ｓである。
以上の結果から、真空容器１へ供給するガスが、シランガスのみの場合には、原料ガス供給量２ＬＳＭで、供給電力値６．５ＫＷ（０．４５１Ｗ／ｃｍ２）以上で製膜速度２．３ｎｍ／ｓ、原料ガス供給量４ＬＳＭで、供給電力値７．３ＫＷ（０．５０７Ｗ／ｃｍ２）以上で製膜速度３．２ｎｍ／ｓ、原料ガス供給量６ＬＳＭで、供給電力値８．５ＫＷ（０．５９０Ｗ／ｃｍ２）以上で製膜速度４．５ｎｍ／ｓであることが判る。
なお、上記製膜データにおいて、供給電力が６ＫＷ程度以上になると、パウダー（パーテイクル）が発生することがある。
【００８０】
（ステップ２）
図１〜図３並びに図１１〜図１３において、予め、基板９を第２の電極３の上に設置し、図示しない真空ポンプを稼動させ、真空容器１内の空気及び不純物ガス等を除去した後、希釈ガス供給源１０ｂから第２のガス供給管１１ｂ、第２の絶縁性真空フランジ１４ｂ、第２のガス導入管１２ｂ、第２のガスヘッダー１３ｂ、第２の洞穴型ガス導入路１５ｂを介して希釈ガス噴出孔７ａから水素ガスを、０．５〜３０ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）の範囲で、例えば４ＳＬＭを供給しつつ、圧力を５３３．２Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）維持する。基板温度は１００〜３５０℃の範囲、例えば２２０℃に保持する。
なお、基板９のサイズは、第１の電極２のサイズに合わせて、長さ１ｍｘ幅１ｍ（厚み４ｍｍ）とする。
次に、発信器２０の周波数を１３．５６ＭＨｚとし、電力増幅器２１の出力を、例えば３ＫＷとし、インピーダンス整合器２２、同軸ケーブル２３ｂ、電流導入端子２４、電力供給導体２６を介して、給電点２６に供給する。
この場合、インピーダンス整合器２２を調整することにより、その整合器２２の上流側に上記供給電力の反射波が戻らないようにすることができる。一般的には、反射波は進行波の１〜３％程度に抑えることができる。
【００８１】
上記の条件で、１０〜２０分程度の時間、プラズマを生成する。なお、この場合、第１の電極２に設けられる凹部８ｂの形状が図１１〜図１３に示したようにスリット状の溝の形になっており、その幅と深さが、それぞれ、６ｍｍになっていることから、プラズマ生成の際の圧力条件によっては、ホローカソード放電による高密度プラズマの生成がなされることが考えられる。そして、図示しない発光分光スペクトル測定器と測定プローブを用いて、水素プラズマ発光スペクトルの波長４８６ｎｍに着目し、その強さを測定、評価する。なお、スペクトル波長４８６ｎｍは一般にＨβ線と呼ばれる水素プラズマ発光での代表的な波長である。
このような発光スペクトル測定実験を、圧力を５３３．２Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）一定とし、水素ガスの流量を４ＳＬＭに保ち、電力を変化させ、波長４８６ｎｍの発光強度と供給電力との関係を把握する。
この場合、例えば、図９に示すようなデータが取得される。図９は、縦軸が波長４８６ｎｍの発光強度（最大値で規格化）で、横軸が供給電力（ＫＷ）である。
図９は、水素ガス供給量４ＬＳＭにおいて、波長４８６ｎｍの発光強度は供給電力に比例して増加することを示している。なお、このようなデータが得られれば、異常放電の発生はないと考えられる。
【００８２】
（ステップ３）
図１〜図３並びに図１１〜図１３において、予め、基板９を第２の電極３の上に設置し、図示しない真空ポンプを稼動させ、真空容器１内の空気及び不純物ガス等を除去した後、原料ガス供給源１０ａから第１のガス供給管１１ａ、第１の絶縁性真空フランジ１４ａ、第１のガス導入管１２ａ、第１のガスヘッダー１３ａ、第１の洞穴型ガス導入路１５ａを介して原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃからＳｉＨ４ガスを、０．５〜１０ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）の範囲で、例えば４ＳＬＭを供給しつつ、圧力を５３３．２Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）に維持する。
また、希釈ガス供給源１０ｂから第２のガス供給管１１ｂ、第２の絶縁性真空フランジ１４ｂ、第２のガス導入管１２ｂ、第２のガスヘッダー１３ｂ、第２の洞穴型ガス導入路１５ｂを介して希釈ガス噴出孔７ａから水素ガスを、０．５〜３０ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）の範囲で、例えば２０ＳＬＭを供給しつつ、圧力を５３３．２Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）維持する。
基板温度は１００〜３５０℃の範囲、例えば２２０℃に保持する。
なお、基板９のサイズは、第１の電極２のサイズに合わせて、長さ１ｍｘ幅１ｍ（厚み４ｍｍ）とする。
次に、発信器２０の周波数を１３．５６ＭＨｚとし、電力増幅器２１の出力を、例えば３ＫＷとし、インピーダンス整合器２２、同軸ケーブル２３ｂ、電流導入端子２４、電力供給導体２６を介して、給電点２６に供給する。
この場合、インピーダンス整合器２２を調整することにより、その整合器２２の上流側に上記供給電力の反射波が戻らないようにすることができる。一般的には、反射波は進行波の１〜３％程度に抑えることができる。
なお、パウダー（パーテイクル）の発生の有無をプラズマ生成中に測定するのは、困難であるので、ここでは実施しない。パウダー（パーテイクル）の発生を抑制するために、供給電力は、電力密度０．７Ｗ／ｃｍ２程度以下とする。また、シランガス供給量と水素ガス供給量の比を５倍とし、パウダーの発生を抑制する。
【００８３】
上記の条件で、１０〜２０分程度の時間、プラズマを生成すると、基板９にｉ型微結晶シリコン膜が堆積する。なお、大量の水素ガスが供給されるので、得られる膜はアモルファスＳｉではなく、微結晶膜になる。
製膜後、真空容器１から前記基板９を取り出して、該ｉ型微結晶シリコン膜の膜厚み分布及び結晶化率を評価する。
基板９に堆積されたｉ型微結晶シリコン膜の膜厚分布は、正弦的な分布となる。即ち、製膜されたシリコン系薄膜の膜厚分布は、概略、次式で表わされる。
Ｉ（ｘ）＝ｃｏｓ２（２πｘ／λ）
ただし、Ｉ（ｘ）は膜の厚み、ｘは基板中央からその周辺方向への距離、λは使用電力の波長（プラズマ中での波長）である。
結晶化率の評価には、ラマンスペクトル分析器を用い、膜中の結晶Ｓｉピーク（５１７ｃｍ−１）ＩｃとアモルファスＳｉピーク（４７０〜４８０ｃｍ−１）Ｉａを用い、結晶化率（％）＝１００ｘＩｃ／（Ｉａ＋Ｉｃ）と定義する。
このような製膜実験を、原料ガス及び水素ガスの流量と、供給電力をパラメータに行い、製膜速度、原料ガスの流量、水素ガス及び供給電力の関係を把握する。
この場合、例えば、図１０に示すようなデータが取得される。図１０は、縦軸が製膜速度（ｎｍ／ｓ）、横軸が供給電力（ＫＷ）である。
図１０は、シランガス供給量４ＬＳＭで水素ガス供給量２０ＳＬＭの場合、及びシランガス供給量６ＬＳＭで水素ガス供給量３０ＳＬＭの場合において、製膜速度は供給電力にほぼ比例して増加するが、供給電力がある値を超えると、飽和する傾向になることを示す。
また、図１０のデータでは、製膜速度の最大値、即ち、供給電力１０ＫＷ（０．６９４Ｗ／ｃｍ２）での製膜速度は、シランガス供給量４ＬＳＭで水素ガス供給量２０ＳＬＭの場合、及びシランガス供給量６ＬＳＭで水素ガス供給量３０ＳＬＭの場合において、それぞれ、３．２ｎｍ／ｓ及び４．１ｎｍ／ｓである。結晶化率は、それぞれ、６０〜８０％程度が得られる。
【００８４】
なお、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置を用いた方法に関する特徴は、次の通りである。
図１１〜図１３に示すように、スリット状の形を有する凹部８ｂに希釈ガス噴出孔７ａを配置し、凸部６ｂにガス噴出方向が角度θだけ異なる原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃを配置した第１の電極２を備えたプラズマＣＶＤ装置によりシリコン系膜を製造する方法であって、少なくともシランガスを含む原料ガスと、少なくとも水素ガスを含む希釈ガスを用いて、微結晶シリコン膜を製造することを特徴とする。
【００８５】
ところで、上記実験では以下に示す条件を満たしているので、パウダーの発生はほとんど無いと判断される。
●条件１：高濃度のＨ原子を生成する条件を満たすこと。上記実験では、次に示す第１ないし第６の特徴を有するプラズマＣＶＤ装置を用いて、大量の水素ガスを供給し、プラズマを生成することから、大量の原子状水素Ｈが発生しやすい。即ち、Ｈ２→Ｈ＋Ｈの反応が、起こりやすい。なお、多量の原子状Ｈが生成（Ｈ原子濃度の増大）されると、一般的に、微結晶シリコン膜の形成が容易に可能であると、言われている。
（本発明の第２の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の装置構成上の特徴）
第１の特徴は、第１の電極２の表面に、凹凸部８ｂ、６ｂが設けられていること。
第２の特徴は、上記凹部８ｂは、スリット状の溝のような形状を有すること。
第３の特徴は、凹部８ｂに希釈ガス噴出孔７ａが設けられ、凸部６ｂに原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃが角度θを持って設けられていること。これにより、原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃは、希釈ガス噴出孔７ａより第２の電極表面に近い位置に配置され、かつ、原料ガスと希釈ガスの混合を促進できるということを特徴とする。この距離の違いに加えて、噴出方向が異なる原料ガスの噴流、即ち、角度θを持つ２つの原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃからの原料ガスの噴出による一対の電極２、３間でのプラズマ生成プロセスで、次の作用がある。
即ち、原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃから噴出した原料ガスがプラズマに曝される時間は、希釈ガス噴出孔７ａから噴出した希釈ガスがプラズマに曝される時間よりも短じかくなる。その結果、ＳｉＨ４ガスの過度のプラズマ分解及び解離が起こらないという条件が整う。
また、噴出孔７ａから噴出した希釈ガスがプラズマに曝される時間は、原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃから噴出した原料ガスがプラズマに曝される時間よりも長くなる。その結果、Ｈ２→Ｈ＋Ｈ（多量の原子状Ｈを生成）の反応、及びＨ＋ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ３（多量のＨ２と多量ＳｉＨ３を生成）の反応が起こるという条件が整う。
更に、角度θをもつ原料ガス噴出孔５ａ、５ｂからの原料ガス噴出により、該原料ガスと希釈ガスの接触と混合が促進されるという条件が整う。即ち、原料ガスのプラズマと希釈ガスのプラズマが基板表面近傍で接触し混合されるということである。これにより、Ｈ＋ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ３（多量のＨ２と多量ＳｉＨ３を生成）の反応が起こるという条件が整う。
第４の特徴は、原料ガス及び希釈ガスの供給源が独立して設置され、その原料ガスの真空容器１への供給路は、第１のガス供給管１１ａ、第１のガス導入管１４ａ、第１のガス導入管１２ａ、第１のガスヘッダー１３ａ、第１の洞穴型ガス導入路１５ａ及び原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃで構成されるとともに、その希釈ガスの真空容器１への供給路は、第２のガス供給管１１ｂ、第２のガス導入管１４ｂ、第２のガス導入管１２ｂ、第１のガスヘッダー１３ｂ、第２の洞穴型ガス導入路１５ｂ及び原料ガス噴出孔７ａで構成されていること。
第５の特徴は、第１及び第２のガスヘッダー１３ａ、１３ｂは第１の電極２の互いに対向しあう位置関係にあり、該第１の電極２側面に設置されていること。
第６の特徴は、第１及び第２の洞穴型ガス導入路１５ａ、１５ｂは第１の電極２の第２の電極３側の表面に平行な面内に、かつ、互いに平行な関係を保つように設置されること。
●条件２：高濃度のＳｉＨ３を生成する条件を満たすこと。上記実験では、上記条件１の下に、希釈ガス噴出孔７ａより第２の電極表面に近い位置に配置された原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃからシランガスが噴出されるので、シランガスがプラズマに曝される時間は、希釈ガス噴出孔７ａから噴出した希釈ガスがプラズマに曝される時間よりも短じかくなる。その結果、ＳｉＨ４ガスの過度のプラズマ分解及び解離が起こらないという条件が整う。これにより、ＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３、及びＨ＋ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ３の反応が起こり易い。
また、大量のＨ２ガスを凹部８ｂに位置する希釈ガス噴出孔７ａから供給し、水素プラズマのみを生成し、その後、シランガスのプラズマと今後させることから大量のＨラジカル及びＳｉＨ３ラジカルが発生しやすい。即ち、Ｈ＋ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ３の反応が主反応として起こりやすい。
なお、ＳｉＨ３濃度が増大すると、一般に、高品質シリコン系膜の形成が容易に可能であると、言われている。
●条件３：パウダー生成の主要因であるＳｉＨ２ラジカルを減少させる条件を満たすこと。上記実験では、大量のＨ２ガスを凹部８ｂに位置する希釈ガス孔７ａから供給し、水素プラズマのみを生成し、その後、シランガスのプラズマと今後させることから大量のＨラジカル及びＳｉＨ３ラジカルが発生しやすい。また、大量の水素が噴出直後からプラズマ化されているので、励起されたＨ２濃度が高くなることから、ＳｉＨ２を消滅させやすい。即ち、ＳｉＨ２＋Ｈ２→ＳｉＨ４の反応が主反応として起こりやすい。なお、ＳｉＨ２濃度が減少すると、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）及びトリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）等のダスト（パウダー）は形成されにくくなる。
【００８６】
以上の結果から、シランガス供給量４ＬＳＭ、水素ガス供給量２０ＳＬＭで、供給電力１０ＫＷ（０．６９４Ｗ／ｃｍ２）の場合、製膜速度３．２ｎｍ／ｓ程度で結晶化率６０〜８０％程度のｉ型微結晶シリコン膜が得られるということが判る。
また、シランガス供給量６ＬＳＭ、水素ガス供給量３０ＳＬＭで、供給電力１０ＫＷ（０．６９４Ｗ／ｃｍ２）の場合、製膜速度４．２ｎｍ／ｓ程度で結晶化率６０〜８０％程度のｉ型微結晶シリコン膜が得られるということが判る。
【００８７】
（ステップ４）
実際の応用においては、上記（ステップ１）〜（ステップ３）の結果を参照して、例えば、製膜条件として、シランガス供給量６ＬＳＭ、水素ガス供給量３０ＳＬＭ、供給電力１０ＫＷ（０．６９４Ｗ／ｃｍ２）を選定し、目的とするｉ型微結晶シリコン膜の製造を行う。これにより、目的とする高品質ｉ型微結晶シリコン膜の製造が行う。
【００８８】
ここで、上述の本発明の第１の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置によるシリコン系膜の製造方法としての効果を考える。
一対の平行平板型電極の一方に設置されるガス噴出孔として、原料ガス噴出孔及び希釈ガス噴出孔に分離して、かつ、空間的に異なる位置に、かつ、該原料ガス噴出孔及び希釈ガス噴出孔と基板表面までの距離が異なるように配置したプラズマＣＶＤ装置を実現化できるので、従来の装置では不可能であった原料ガスと希釈ガスを空間的に分離した形でのプラズマ化と、プラズマ化された後の原料ガスと希釈ガスの接触及び混合の促進が可能となるという効果を有する。
これにより、ＳｉＨ４ガスのプラズマ化とＨ２ガスのプラズマ化を空間的に分離して行い、かつ、プラズマ化したＳｉＨ４ガスとプラズマ化したＨ２ガスの接触、混合を促進できるので、高品質膜形成に必要な多量のＨと多量ＳｉＨ３を生成（ＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３、Ｈ２→Ｈ＋Ｈ）し、かつ、粗悪な膜形成要因のＳｉＨ２を消滅（ＳｉＨ２＋Ｈ２→ＳｉＨ４）することが可能である。これにより、従来の装置及び方法では困難視されているシリコン系膜の高品質、高速製膜が可能である。
【００８９】
また、上記の本発明の第１の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置には、次に示すような特徴がある。
排気系を備えた真空容器と、原料ガスの供給源及び該原料ガスを希釈する希釈ガスの供給源と、該原料ガス及び該希釈ガスを該真空容器に導入するガス導入管と、該原料ガス及び該希釈ガスを噴出するガス噴出孔を有する電気的に非接地の平行平板型の第１の電極及び基板を載置する平行平板型の第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電力供給系と、を具備し、該真空容器内に設置された基板に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、前記ガス噴出孔は、前記原料ガスのみを該原料ガスの噴出方向が前記第２の電極の表面の法線方向以外の方向に向くように配置された複数の原料ガス噴出孔と、前記希釈ガスのみを噴出する複数の希釈ガス噴出孔から構成され、かつ、該原料ガス噴出孔と該希釈ガス噴出孔は互いに空間的に異なる位置に配置されるということを特徴とする。
これにより、従来の装置方法では困難視されている高品質膜シリコン系膜の形成が可能となる。
【００９０】
従来の装置を用いる方法では、高い圧力条件でシランガスと水素ガスの混合ガスをプラズマ化して製膜する場合、供給電力を増大させて、即ち、プラズマの電子温度を高くして（９．４７ｅＶ以上のエネルギーを持つ電子を発生させて）高密度のプラズマを生成させると、シランガスと水素ガスの混合ガスの高密度プラズマ化により、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ、Ｓｉ、及びＨラジカル等のラジカルが大量に発生し、高速製膜の条件が整う。しかし、その条件は基板表面の近傍及び基板表面のみならず、成膜室全体に及ぶ。その結果、生成されたラジカル同志の反応が必要以上に広い反応空間の中で、必要以上に長い反応時間で反応が起こるので、副作用として膜質を悪くする反応が起こる。
その結果、高品質膜の形成に必要な下記（ａ）〜（ｄ）の反応に加えて、粗悪な膜を形成するＳｉＨ２に関する反応（ｅ）と（ｆ）が強く起こる。したがって、従来装置では、高品質膜の高速製膜化ができないのである。
【００９１】
（高品質膜の形成に必要な反応）
（ａ）ＳｉＨ４→Ｈ＋ＳｉＨ３（８．７５ｅｖ以上９．４７ｅＶ以下のエネルギーを持つ電子の衝突により、多量のＨと多量ＳｉＨ３を生成）：ＳｉＨ３濃度の増大により、高品質シリコン系膜形成が容易に可能となる条件が成立。
（ｂ）Ｈ２→Ｈ＋Ｈ（多量の原子状Ｈを生成）：Ｈ原子濃度の増大により、微結晶シリコン膜の形成が容易に可能となる条件が成立。
（ｃ）Ｈ＋ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ３（多量のＨ２と多量ＳｉＨ３を生成）：ＳｉＨ３濃度の増大により、高品質シリコン系膜形成が容易に可能となる条件が成立。
（ｄ）ＳｉＨ２＋Ｈ２→ＳｉＨ４（多量のＳｉＨ２を消滅）：ＳｉＨ２濃度の減少により、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）及びトリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）等のダスト（パウダー）形成要因が除去される条件が成立。
（粗悪な膜を形成する反応）
（ｅ）ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ２（９．４７ｅＶ以上のエネルギーを持つ電子の衝突により、多量ＳｉＨ２を生成）：ＳｉＨ２ラジカルの濃度が増大し、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）及びテトラシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ３Ｈ８→Ｓｉ４Ｈ１０）等からなるパウダーが生成されるという条件が成立。
（ｆ）ＳｉＨ４→Ｈ＋Ｈ＋ＳｉＨ２（多量ＳｉＨ２を生成）：ＳｉＨ２ラジカルの濃度が増大し、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）及びテトラシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ３Ｈ８→Ｓｉ４Ｈ１０）等からなるパウダーが生成されるという条件が成立。
【００９２】
これに対して、本実施例では、原料ガスと希釈ガスを、それぞれ、原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃ及び希釈ガス噴出孔７ａから噴出させ、該希釈ガスを凹部でプラズマ化し、該原料ガスを凸部でプラズマ化して、その後、それぞれプラマ化した原料ガスと希釈ガスを基板表面の近傍で混合させる。即ち、大量の水素ガスはシランガスと別の空間でプラズマ化し、大量のＨ及びＳｉＨ３ラジカル、並びに励起されたＨ２等の高品質膜形成に貢献するラジカルを多量に発生できる。その結果、膜の品質を低下させる主たる要因であるＳｉＨ２ラジカルの発生は、Ｈ、ＳｉＨ３ラジカル、励起されたＨ２等の高品質膜形成に貢献するラジカルの発生に比べて、大幅に抑制される。
特に、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置では、原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃの噴射方向が第２の電極３の法線方向以外に向いていることから、プラズマ化された後の原料ガスと希釈ガスの接触及び混合が促進されて、上記（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の反応が起きやすくなるので、ＳｉＨ２の発生を抑制する形で、シリコン系膜を形成可能である。
その結果、従来装置に比べて、ＳｉＨ２の発生を抑制する形で、シリコン系膜を形成可能である。
【００９３】
（実施例３）
本発明の第３の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン系膜の製造方法について、図１４を参照して説明する。図１〜図３も参照する。
図１４は本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置に用いられる第１の電極２を示す模式的な断面図である。
本実施例３でのプラズマＣＶＤ装置の装置構成上の特徴は、上述の実施例２において第１の電極２に設置される凹部８ｂの断面形状が矩形であるのに対して、実施例３の場合は断面形状が波形であることである。
【００９４】
符番８ｃは第１電極２の第２電極３側の表面に設けられる凹部である。この凹部８ｃはＹ方向に延在する断面形状が波形の溝で、溝の深さＨ１は３〜１５ｍｍ程度で、例えば６ｍｍである。そして、その凹部８ｃの幅は、Ｗ２を有する。その幅Ｗ２は、６ｍｍ〜１５ｍｍ程度、例えばＷ２＝６ｍｍとする。
なお、この凹部８ｃには希釈ガス噴出孔７ａが設置される。
また、この波形の凹部８ｃは、例えばフライス盤、あるいは平削盤で加工し、製作される。
【００９５】
符番６ｃは、第１電極２の第２電極３側の表面に設けられる凸部である。この凸部６ｃは凹部８ｂに挟まれている。凸部６ｃの幅はＷ４で、凹部８ｃの幅Ｗ２と同じである。その幅Ｗ４は、６ｍｍ〜１５ｍｍ程度、例えばＷ４＝６ｍｍとする。凸部６ｃの高さＨ２は凹部８ｃの高さＨ１と同じである。
なお、電極のサイズが、例えば、１２０６ｍｍｘ１２０６ｍｍで、凹部８ｃの幅Ｗ２＝６ｍｍで、凸部６ｃの幅Ｗ４＝６ｍｍの場合、凸部６ｃの個数はＸ方向に１０１列である。
【００９６】
実施例３においては、上記特徴以外は、実施例２の場合とほぼ同様であるので、詳細な説明は省略する。
なお、実際の応用に際しては、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置を用いる場合、凹部８ｂの断面形状が矩形であり角を有することから、圧力条件によっては異常放電が誘起されることがある。これに対して、本発明の第３の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置を用いる場合、断面形状が波形であり、角が無いのでプラズマ生成が柔らかであり、シリコン系膜の形成に適していると、考えられる。
【００９７】
（実施例４）
本発明の第４の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン系膜の製造方法について、図１５を参照して説明する。図１〜図３も参照する。
図１５は本発明の第４の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置に用いられる第１の電極２を示す模式的な断面図である。
本実施例４でのプラズマＣＶＤ装置の装置構成上の特徴は、上述の実施例２において第１の電極２に設置される凹部８ｂの断面形状が矩形であるのに対して、実施例４の場合は断面形状が台形であることである。
【００９８】
符番８ｄは第１電極２の第２電極３側の表面に設けられる凹部である。この凹部８ｄはＹ方向に延在する断面形状が台形の溝で、溝の深さＨ１は３〜１５ｍｍ程度で、例えば６ｍｍである。そして、その凹部８ｄの幅はＷ２を有する。その幅Ｗ２は、６ｍｍ〜１５ｍｍ程度、例えばＷ２＝６ｍｍとする。
なお、この凹部８ｄには希釈ガス噴出孔７ａが設置される。
また、この台形の凹部８ｄは、例えばフライス盤、あるいは平削盤で加工し、製作される。
【００９９】
符番６ｄは、第１電極２の第２電極３側の表面に設けられる凸部である。この凸部６ｄは凹部８ｂに挟まれている。凸部６ｄの幅はＷ４で、凹部８ｄの幅Ｗ２と同じである。その幅Ｗ４は、６ｍｍ〜１５ｍｍ程度、例えばＷ４＝６ｍｍとする。凸部６ｄの高さＨ２は凹部８ｄの高さＨ１と同じである。
なお、電極のサイズが、例えば、１２０６ｍｍｘ１２０６ｍｍで、凹部８ｄの幅Ｗ２＝６ｍｍで、凸部６ｄの幅Ｗ４＝６ｍｍの場合、凸部６ｄの個数はＸ方向に１０１列である。
【０１００】
実施例４においては、上記特徴以外は、実施例２の場合とほぼ同様であるので、詳細な説明は省略する。
なお、実際の応用に際しては、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置を用いる場合、凹部８ｂの断面形状が矩形であり角を有することから、圧力条件によっては異常放電が誘起されることがある。これに対して、本発明の第４の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置を用いる場合、断面形状が台形であるので、同様に、角を有する。したがって、圧力条件によっては異常放電が誘起されることがある。
本発明の第４の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置は、凹凸部に角を有するので、その角の部分での電界強度が強くなり、放電が容易に起こるという特徴を有する。したがって、一般的に安定した放電の持続が困難視される高圧力条件での用途に適していると、考えられる。
【０１０１】
（実施例５）
本発明の第５の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン系膜の製造方法について、図１６を参照して説明する。図１〜図３も参照する。
図１６は本発明の第５の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置に用いられる第１の電極２を示す模式的な断面図である。
本実施例５でのプラズマＣＶＤ装置の装置構成上の特徴は、上述の実施例２において第１の電極２に設置される凹部８ｂの断面形状が矩形であるのに対して、実施例５の場合は断面形状が鋸歯形であることである。
【０１０２】
符番８ｅは第１電極２の第２電極３側の表面に設けられる凹部である。この凹部はＹ方向に延在する断面形状が鋸歯形の溝で、溝の深さＨ１は３〜１５ｍｍ程度で、例えば６ｍｍである。そして、その凹部８ｄの幅はＷ２を有する。その幅Ｗ２は、６ｍｍ〜１５ｍｍ程度、例えばＷ２＝６ｍｍとする。
なお、この凹部８ｅには希釈ガス噴出孔７ａが設置される。
また、この鋸歯形の凹部８ｅは、例えばフライス盤、あるいは平削盤で加工し、製作される。
【０１０３】
符番６ｅは、第１電極２の第２電極３側の表面に設けられる凸部である。この凸部６ｅは凹部８ｅに挟まれている。凸部６ｅの幅はＷ４で、凹部８ｅの幅Ｗ２と同じである。その幅Ｗ４は、６ｍｍ〜１５ｍｍ程度、例えばＷ４＝６ｍｍとする。凸部６ｅの高さＨ２は凹部８ｄの高さＨ１と同じである。
なお、電極のサイズが、例えば、１２０６ｍｍｘ１２０６ｍｍで、凹部８ｅの幅Ｗ２＝６ｍｍで、凸部６ｅの幅Ｗ４＝６ｍｍの場合、凸部６ｅの個数はＸ方向に１０１列である。
【０１０４】
実施例５においては、上記特徴以外は、実施例２の場合とほぼ同様であるので、詳細な説明は省略する。
なお、実際の応用に際しては、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置を用いる場合、凹部８ｂの断面形状が矩形であるので圧力条件によっては異常放電が誘起されることがある。これに対して、本発明の第５の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置を用いる場合、断面形状が鋸歯形であるので、同様に、あるいはそれ以上に、圧力条件によっては異常放電が誘起されることがある。
本発明の第５の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置は、凸部に三角形の角を有するので、その角の部分での電界強度が強くなり、放電が容易に起こるという特徴を有する。したがって、一般的に安定した放電の持続が困難視される高圧力条件での用途に適していると、考えられる。
【０１０５】
（実施例６）
本発明の第６の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン系膜の製造方法を図１７及び図１８を参照して説明する。図１〜図３も参照する。
【０１０６】
図１７は本発明の第６の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置に用いられる第１の電極２を示す模式的な平面図（基板側から見た平面図）である。図１８は図１７のＦ１−Ｆ１線の断面図である。
【０１０７】
装置の構成を、図１７及び図１８を参照して説明する。なお、図１７及び図１８において、説明の便宜上、上述の本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の説明と同様に、図に示している座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を参照する。
本発明の第６の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置では、前述の本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置に用いられた第１の電極２に設置されている凹部の型が格子状から多数の円筒形に代えられる。
【０１０８】
符番８ｆは、第１の電極２に設けられた円筒状の凹部である。この凹部８ｆは直径２〜２０ｍｍ、例えば５ｍｍである。その深さは３〜２０ｍｍ、例えば５ｍｍである。
この凹部８ｆは多数、設置される。設置に際しては、隣り合う間隔が５ｍｍ〜５０ｍｍ、例えば２０ｍｍとする。
この凹部８ｆは、一般に知られているホローカソード放電を起こす形を有するので、後述の希釈ガス噴出孔７ａとの組み合わせにより、ホローカソード放電を起こす可能性が高い。これにより、希釈ガスの高密度プラズマの生成が期待される。
【０１０９】
符番７ａは希釈ガス噴出孔で、多数個ある全ての凹部８ｆの底面に、設置される。なお、図１７及び図１８には１個の凹部８ｆに１個の希釈ガス噴出孔７ａを示しているが、複数個でも良い。
この希釈ガス噴出孔７ａは、前述の実施例と同様に、第２の洞穴型ガス導入路１５ｂから供給される水素ガスＨ２を第１及び第２の電極２、３間に噴出する。
噴出した希釈ガスは、排気管１６ａ、１６ｂから図示しない真空ポンプにより真空容器１の外部へ排出される。
【０１１０】
希釈ガス噴出孔７ａは第１の電極２の凹部８ｆに配置され、後述の原料ガス５ｂ、５ｃは第１の電極２ａの平坦部６ｆに配置されるので、原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃと第２の電極３の表面の間の距離は希釈ガス噴出孔７ａと第２の電極３の表面の間の距離に比べて、短い。この距離の違いにより、一対の電極２、間でのプラズマ生成プロセスで、次の作用がある。
即ち、原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃから噴出した原料ガスがプラズマに曝される時間は、希釈ガス噴出孔７ａから噴出した希釈ガスがプラズマに曝される時間よりも短じかくなる。その結果、ＳｉＨ４ガスの過度のプラズマ分解及び解離が起こらないという条件が整う。
また、噴出孔７ａから噴出した希釈ガスがプラズマに曝される時間は、原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃから噴出した原料ガスがプラズマに曝される時間よりも長くなる。その結果、Ｈ２→Ｈ＋Ｈ（多量の原子状Ｈを生成）の反応、及びＨ＋ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ３（多量のＨ２と多量ＳｉＨ３を生成）の反応が起こるという条件が整う。
【０１１１】
符番６ｆは、第１電極２ａの第２電極３側の表面の平坦部である。この平坦部６ｆは第１電極２ａの第２電極３側の表面に設けられた凹部８ｆ以外の領域である。
【０１１２】
符番５ｂ、５ｃは原料ガス噴出孔で、前述の実施例と同様のもので、第１電極２の平坦部６ｆに設置される。原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃは、図１８に示すように、平坦部６ｆの希釈ガス噴出孔７ａの近傍に複数個、例えば２個を１組にして設置される。なお、複数組の原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃの設置位置は、Ｙ方向で見ると、図１７に示すように、略等間隔に、５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲で、例えば１２ｍｍ間隔とする。
噴出した原料ガスは、排気管１６ａ、１６ｂから図示しない真空ポンプにより真空容器１の外部へ排出される。
また、原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃは、図１８に示すように、原料ガス噴出孔５ｂの噴出方向と原料ガス噴出孔５ｃの噴出方向の間の角度がθになるように設置される。この角度θは、原料ガス噴出孔５ｂの噴出方向と原料ガス噴出孔５ｃの噴出方向の間の角度である。
角度θの具体的値は、一対の電極２ａ、３の間隔によるが、１〜８０度の範囲に設定さ
れる。
即ち、原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃが角度θを持って設置されるので、原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃから噴出した原料ガスは、希釈ガス噴出孔７ａから噴出した希釈ガスを第２の電極３の表面と平行な方向へ押し出す形で接触する。その結果、原料ガスと希釈ガスの混合が促進される。
この場合、原料ガスと希釈ガスの接触の強さあるいは混合の強さは角度θに依存する。当然ながら、第１及び第２の電極２ａ、３の間の圧力にも依存する。
【０１１３】
原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃが角度θを有することから、前述の原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃと希釈ガス噴出孔７ａの位置の違いに起因する作用に加えて、原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃの有する角度θの作用が発生する。
即ち、原料ガスと希釈ガスを、それぞれ、第２の電極３表面からの距離が異なる位置に設置されている原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃ及び希釈ガス噴出孔７ａから噴出させ、その噴出の後に、別々の空間でプラズマ化するとともに、プラズマ化された原料ガスと希釈ガスを接触させ、両者を混合させる。その結果、Ｈ、ＳｉＨ３ラジカル、励起されたＨ２等の高品質膜形成に貢献するラジカルが多量に発生される。
つまり、原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃから噴出した原料ガスが、希釈ガス噴出孔７ａから噴出し、プラズマ化された希釈ガスを第２の電極３の表面と平行な方向へ押し出す形で接触するので、原料ガスと希釈ガスの混合を促進させる。この原料ガスと希釈ガスの混合促進は、次に示す反応（ｂ）〜（ｄ）を促進させるという作用を生む。
即ち、原料ガスと希釈ガスの混合促進の結果、従来の装置に比べて顕著となる反応として、次の反応が顕著になる。
（ｂ）Ｈ２→Ｈ＋Ｈ（多量の原子状Ｈを生成）：Ｈ原子濃度の増大により、微結晶シリコン膜の形成が容易に可能となる条件が成立。
（ｃ）Ｈ＋ＳｉＨ４→Ｈ２＋ＳｉＨ３（多量のＨ２と多量ＳｉＨ３を生成）：ＳｉＨ３濃度の増大により、高品質シリコン系膜形成が容易に可能となる条件が成立。
（ｄ）ＳｉＨ２＋Ｈ２→ＳｉＨ４（多量のＳｉＨ２を消滅）：ＳｉＨ２濃度の減少により、ジシラン（ＳｉＨ２＋ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６）及びトリシラン（ＳｉＨ２＋Ｓｉ２Ｈ６→Ｓｉ３Ｈ８）等のダスト（パウダー）形成要因が除去される条件が成立。
【０１１４】
実施例６においては、上述の装置構成上の特徴及びその作用以外は、実施例２ないし実施例５の場合とほぼ同様であるので、装置の取り扱いについての説明を省略する。
なお、実際の応用に際しては、凹部８ｆがホローカソード放電を起こす形を有するので、希釈ガス噴出孔７ａとの組み合わせにより、ホローカソード放電を起こす可能性が高い。これにより、希釈ガスの高密度プラズマの生成が期待される。
【０１１５】
（実施例７）
本発明の第７の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン系膜の製造方法について、図１９を参照して説明する。図１〜図３も参照する。
図１９は本発明の第７の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置に用いられる第１の電極２を示す模式的な断面図である。
本実施例７でのプラズマＣＶＤ装置の装置構成上の特徴は、上述の実施例６において第１の電極２に設置される凹部８ｆの構造が円筒形であるのに対して、実施例７の場合は凹部８ｇの構造が円錐形であることである。
【０１１６】
符番８ｇは、第１の電極２に設けられた円錐状の凹部である。この凹部８ｇの断面形状は円錐形である。その円錐の底面の直径は２〜２０ｍｍ、例えば５ｍｍである。その高さは３〜２０ｍｍ、例えば５ｍｍである。
この凹部８ｇは多数、設置される。設置に際しては、隣り合う間隔が５ｍｍ〜５０ｍｍ、例えば２０ｍｍとする。
この凹部８ｇは、一般に知られているホローカソード放電を起こす形を有するので、後述の希釈ガス噴出孔７ａとの組み合わせにより、ホローカソード放電を起こす可能性が高い。これにより、希釈ガスの高密度プラズマの生成が期待される。
【０１１７】
符番７ａは希釈ガス噴出孔で、多数個ある全ての凹部８ｇの頂点部に、設置される。
この希釈ガス噴出孔７ａは、前述の実施例と同様に、第２の洞穴型ガス導入路１５ｂから供給される水素ガスＨ２を第１及び第２の電極２、３間に噴出する。
噴出した希釈ガスは、排気管１６ａ、１６ｂから図示しない真空ポンプにより真空容器１の外部へ排出される。
【０１１８】
符番６ｆは、第１電極２の第２電極３側の表面の平坦部である。この平坦部６ｆは第１電極２の第２電極３側の表面に設けられた凹部８ｆ以外の領域である。
【０１１９】
符番５ｂ、５ｃは原料ガス噴出孔で、前述の実施例と同様のもので、第１電極２の平坦部６ｆに設置される。原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃは、図１９に示すように、平坦部６ｆの希釈ガス噴出孔７ａの近傍に複数個、例えば２個を１組にして設置される。原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃは角度θを有する。なお、複数組の原料ガス噴出孔５ｂ、５ｃの設置位置は、Ｙ方向で見ると、図１７に示すように、略等間隔に、５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲で、例えば１２ｍｍ間隔とする。
【０１２０】
実施例７においては、上記特徴以外は、実施例６の場合とほぼ同様であるので、詳細な説明は省略する。
なお、実際の応用に際しては、実施例７の場合は、実施例６の場合と同様に、凹部８ｇがホローカソード放電を起こす形を有するので、希釈ガス噴出孔７ａとの組み合わせにより、ホローカソード放電を起こす可能性が高い。これにより、希釈ガスの高密度プラズマの生成が期待される。
【符号の説明】
【０１２１】
１・・・真空容器、
２・・・第１の電極、
３・・・第２の電極、
４・・・第１の電極２の支持手段、
５ａ、５ｂ、５ｃ・・・原料ガス噴出孔、
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ・・・第１電極２の第２電極３側の表面に設けられる凸部、
６ｆ・・・第１電極２の第２電極３側の表面に設けられる平坦部、
７ａ・・・希釈ガス噴出孔、
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ・・・第１電極２の第２電極３側の表面に設けられる凹部、
９・・・基板、
１０ａ・・・原料ガス供給源、
１０ｂ・・・希釈ガス供給源、
１１ａ・・・第１のガス供給管、
１１ｂ・・・第２のガス供給管、
１２ａ・・・第１のガス導入管、
１２ｂ・・・第２のガス導入管、
１３ａ・・・第１のガスヘッダー、
１３ｂ・・・第２のガスヘッダー、
１４ａ・・・第１の絶縁性真空フランジ、
１４ｂ・・・第２の絶縁性真空フランジ、
１５ａ・・・第１の洞穴型ガス導入路、
１５ｂ・・・第２の洞穴型ガス導入路、
１７・・・原料ガスの噴流、
１８・・・希釈ガスの噴流、
１９・・・混合領域、
２０・・・発信器、
２１・・・電力増幅器、
２２・・・インピーダンス整合器、
２３ａ、２３ｂ・・・同軸ケーブル、
２４・・・電流導入端子、
２５・・・電力供給導体、
２６・・・給電点。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2011101064.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2011101064.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2011101064.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
2011101064.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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