(57)【要約】【課題】製膜初期におけるプラズマの放電状態を安定させることにより、膜質の低下を抑えることができるＣＶＤ装置を提供する。【解決手段】チャンバ内に発生させたプラズマにより原料ガスを分解し、基板上にアモルファスシリコン膜を製膜するＣＶＤ装置であって、チャンバと、基板が載置される基板載置部と、載置された基板の温度が製膜に適した温度になるように温度調節可能な基板ヒーター部とを有するアノード電極と、前記基板載置部に載置された基板に対向する位置に設けられるカソード電極と、前記カソード電極と基板載置部との間に設けられ、開状態で基板載置部に載置された基板とカソード電極との対面を許容し、閉状態で基板とカソード電極との対面を遮断するシャッター部と、を備えており、前記シャッター部には、基板の温度に応じた温度に調整可能なヒーター部が設けられている。【選択図】図１
2011108810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内に発生させたプラズマにより原料ガスを分解し、基板上にアモルファスシリコン膜を製膜するＣＶＤ装置であって、
チャンバと、
基板が載置される基板載置部と、載置された基板の温度が製膜に適した温度になるように温度調節可能な基板ヒーター部とを有するアノード電極と、
前記基板載置部に載置された基板に対向する位置に設けられるカソード電極と、
前記チャンバ内に原料ガスを供給するガス供給部と、
前記チャンバ内のガスを排気するガス排気部と、
前記カソード電極と基板載置部との間に設けられ、開状態で基板載置部に載置された基板とカソード電極との対面を許容し、閉状態で基板とカソード電極との対面を遮断するシャッター部と、
を備えており、
前記シャッター部には、基板の温度に応じた温度に調整可能なヒーター部が設けられていることを特徴とするＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記カソード電極には、チャンバ内に開口するとともに、カソード電極に高周波電源を供給するとプラズマが発生する寸法に形成される開口孔が形成されており、この開口孔には、前記ガス供給部又はガス排気部のいずれか一方が連通して接続さ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】
前記シャッター部は、カソード電極よりも基板載置部に載置された基板側に近い位置に設けら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、下記特許文献１に記載されているように、チャンバ内にカソード電極とアノード電極とが互いに対向する位置に配置されており、カソード電極に高周波電力を投入することにより、カソード電極と、基板との間でプラズマを励起させる。そして、プラズマによりチャンバ内に供給された原料ガスが分解されることにより、基板上に製膜ラジカル（長寿命ラジカル）が堆積されてアモルファスシリコン膜が形成される。その際、プラズマを励起した直後はプラズマが不安定であるため、膜質を低下させる高エネルギ粒子（短寿命ラジカルを含む製膜に不要な粒子）が比較的大量に生成される。そのため、特許文献２のプラズマＣＶＤ装置では、カソード電極と基板との間にシャッタが設けられており、プラズマを励起させた直後のプラズマが不安定な状態ではシャッタを閉じることにより、高エネルギ粒子が基板側に侵入するのを抑制し、プラズマが安定した後にシャッタを開くことにより、長寿命ラジカルを基板に堆積させて膜質のよいアモルファスシリコン膜が製膜されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２７３６３７
【特許文献２】特許２６７８２８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述のＣＶＤ装置では、膜質の低下を抑えきれないという問題があった。通常、アモルファスシリコン膜の製膜は、温度依存性が高いため、基板が製膜に適した温度になるように、アノード電極に備えられたヒーターにより製膜に適した温度（１００℃〜４００℃程度）に制御されている。ところが、上述のＣＶＤ装置では、プラズマ生成初期には、シャッタが閉じられているため、カソード電極とシャッタとの間で放電されプラズマが生成されるが、プラズマが安定してシャッタが開かれると、カソード電極と基板との間で放電される。すなわち、シャッタの開閉動作前後でカソード電極の対極となる電極がシャッタから基板に変更されるとカソード電極の対極となる電極が温度変化することにより、プラズマが安定していた放電状態が変化することになる。そして、この放電状態の変化は、高エネルギ粒子の発生する割合を増大させるため、膜質が低下するという問題がある。特に製膜初期に製膜される部分は、膜を積層して作るデバイスの場合は膜同士の界面に当たり、この部分に高エネルギ粒子が堆積すると、デバイスの出来に大きく影響するため、製膜初期の膜質を安定させることは極めて重要である。
【０００５】
さらに、一般的に、製膜ラジカルの生成は、プラズマが形成される領域の温度に少なからず影響を受ける。ところが、シャッタを閉じた状態から開いた状態にすることにより、基板温度による熱がシャッタにより遮断された状態から一気に開放されるため、シャッタの開閉前後でプラズマが形成される領域（プラズマ形成領域）の温度が影響を受ける。すなわち、プラズマ形成領域が、カソード電極−シャッタ間から、カソード電極−基板間に変化することにより、プラズマ形成領域の温度が急速に変化する。そのため、製膜ラジカルの生成状態がその温度変化の影響を受けて不安定になり、膜質を低下させる要因となっていた。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、製膜初期におけるプラズマの放電状態を安定させることにより、膜質の低下を抑えることができる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】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明のＣＶＤ装置は、チャンバ内に発生させたプラズマにより原料ガスを分解し、基板上にアモルファスシリコン膜を製膜するＣＶＤ装置であって、チャンバと、基板が載置される基板載置部と、載置された基板の温度が製膜に適した温度になるように温度調節可能な基板ヒーター部とを有するアノード電極と、前記基板載置部に載置された基板に対向する位置に設けられるカソード電極と、前記チャンバ内に原料ガスを供給するガス供給部と、前記チャンバ内のガスを排気するガス排気部と、前記カソード電極と基板載置部との間に設けられ、開状態で基板載置部に載置された基板とカソード電極との対面を許容し、閉状態で基板とカソード電極との対面を遮断するシャッター部と、を備えており、前記シャッター部には、基板の温度に応じた温度に調整可能なヒーター部が設けられていることを特徴としている。
【０００８】
上記ＣＶＤ装置によれば、シャッター部の温度が前記ヒーター部により基板の温度とほぼ同じ温度に制御されるため、カソード電極の対極になる電極の温度がほぼ同じ温度に維持することができる。すなわち、シャッター部の温度が基板の温度とほぼ同じ温度に制御されるため、シャッター部を閉状態から開状態にした場合に、カソード電極の対極となる電極がシャッター部から基板に変化しても、対極になる電極の温度変化がないため、シャッター部の開閉動作の前後で放電状態の変化を抑えることができる。これにより、シャッター部の開閉動作にかかわらず、プラズマの放電状態を安定させることができるため、製膜ラジカルを安定して発生させて、膜質の低下を抑えることができる。
【０００９】
また、シャッター部の温度が前記ヒーター部により基板の温度とほぼ同じ温度に制御されるため、シャッター部の開閉状態に関わらず、プラズマ形成領域の温度変化を抑えることができる。すなわち、基板の温度による熱は、シャッター部により遮られるが、シャッター部がヒーター部によって基板とほぼ同じ温度に維持されているため、このシャッター部の温度による熱により、プラズマが発生する基板とシャッター部との間の空間に与えられる影響と、本来シャッター部がない状態で基板から受ける熱の影響とがほぼ等しい状態になる。すなわち、シャッター部を閉状態から開状態にしたときに、基板の温度による熱の影響を受けることによるプラズマ形成領域の温度変化をほぼ無くすことができる。したがって、製膜初期において、プラズマ形成領域の温度変化、カソード電極の対極となる電極の温度変化が生じる従来のＣＶＤ装置に比べて、製膜初期のプラズマの放電状態を安定させて、膜質の低下を抑えることができる。
【００１０】
また、前記カソード電極には、チャンバ内に開口するとともに、カソード電極に高周波電源を供給するとプラズマが発生する寸法に形成される開口孔が形成されており、この開口孔には、前記ガス供給部又はガス排気部のいずれか一方が連通して接続されている構成としてもよい。
【００１１】
この構成によれば、カソード電極にプラズマが発生する開口孔（ホロー）を有するカソード電極（ホローカソード電極）の場合であっても、カソード電極の対極になるシャッター部又は基板の温度がほぼ同じ温度を維持していることにより、開口孔に形成されるプラズマの放電状態が安定する。そして、シャッター部から受ける熱の影響と、本来シャッター部がない状態で基板から受ける熱の影響とがほぼ等しい状態になり、開口孔のプラズマ形成領域の温度変化を抑えることができることにより、製膜ラジカルの生成状態を安定させることができる。
【００１２】
また、前記シャッター部は、カソード電極よりも基板載置部に載置された基板側に近い位置に設けられる構成としてもよい。
【００１３】
この構成によれば、シャッター部から受ける熱の影響が、本来シャッター部がない状態で基板から受ける熱の影響に近くなるため、シャッター部の開閉動作により放電状態に与える影響を少なくすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のＣＶＤ装置によれば製膜初期におけるプラズマの放電状態を安定させることにより、膜質の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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】他の実施形態におけるＣＶＤ装置を示す概略図である。
【図３】シャッター部の開閉動作を示す図であり、（ａ）は閉状態を示す図であり、（ｂ）は開状態を示す図である。
【図４】シャッター部に設けられたヒーター部を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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る。
【００１７】
図１に示すように、ＣＶＤ装置は、チャンバ１と、このチャンバ１内に互いに対向する位置に配置されるカソード電極２と、アノード電極３と、これらカソード電極２とアノード電極３との間に配置されるシャッター部４と、を有している。そして、カソード電極２に高周波電力を投入することにより、カソード電極２と、その対極であるシャッター部４（又はアノード電極３上の基板５）との間にプラズマが発生する。そして、このプラズマによって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、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、均一な製膜の形成を妨げる粒子（短寿命ラジカルを含む製膜に不要な粒子）を高エネルギ粒子と呼ぶことにする。
【００１８】
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、生成した製膜ラジカルが基板５に到達する前に電気的な影響を受けるのを回避できるようになっている。
【００１９】
チャンバ１には、カソード電極２とアノード電極３とが互いに対向する位置に配置されている。カソード電極２は、ステンレスやアルミニウムなどの金属材料で板状に形成されており、チャンバ１に固定されて設けられている。具体的には、チャンバ１の壁面には、アースシールド２１がカソード電極２の側面位置まで延びるように設けられており、カソード電極２は、このアースシールド２１に絶縁板２２を介して取付けられている。そして、カソード電極２の側面全周に亘って覆うように、アースシールド２１の縁端部分が設けられていることにより、カソード電極２に高周波電力が投入されたときにカソード電極２とチャンバ１との間でプラズマが発生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２がアースシールド２１で覆われていない部分、すなわち、カソード電極２と、シャッター部４又は基板５との間でプラズマが発生するようになっている。
【００２０】
また、カソード電極２と対向する位置に、アノード電極３が設けられている。このアノード電極３は、ステンレスやアルミニウム等の金属材料で形成されており、図１に示すように、アースされている。
【００２１】
また、アノード電極３は、基板ホルダ３１（本発明の基板載置部）を有している。この基板ホルダ３１は、基板５を保持するものであり、アモルファスシリコン膜を形成する基板５の表面がカソード電極２の基板５側表面とほぼ平行をなす姿勢で保持されるようになっている。そして、アノード電極３には、基板ヒーター部３２が設けられており、このヒータにより、基板ホルダ３１に載置された基板５は、アモルファスシリコン膜が製膜されるのに適切な所定の温度になるように制御されている。具体的には、基板ヒーター部３２は、制御装置７０と接続されており、この制御装置７０により基板５の温度が適切な温度になるように制御されている。すなわち、プロセス温度として室温以上であればよく、好ましくは、１００〜４００℃、より好ましくは、２００〜３００℃に制御される。
【００２２】
また、カソード電極２とアノード電極３との間には、シャッター部４が設けられている。このシャッター部４は、カソード電極２と基板５との対面を許容又は遮断するものである。これにより、プラズマ生成初期の段階で、発生した高エネルギ粒子が基板５に到達するのを防止することができる。
【００２３】
シャッター部４は、チャンバ１に固定される支持板４１と、この支持板４１に取付けられるシャッター扉４２とを有している。このシャッター扉４２が開閉動作することにより、カソード電極２と基板５との対面を許容又は遮断することができる。
このシャッター扉４２は、２枚一組で構成されており、このシャッター扉４２が開閉動作することにより、カソード電極２と基板５との対面を許容又は遮断できるようになっている。具体的には、シャッター扉４２は支持板４１に沿って移動できるように構成されており、本実施形態では、基板５に対してほぼ平行な方向に往復動作できるように構成されている。そして、２枚のシャッター扉４２が中央位置で当接する状態、すなわち図３（ａ）に示す閉状態では、カソード電極２と基板５との対面が遮断され、２枚のシャッター扉４２が中央位置から離れた状態、すなわち図３（ｂ）に示す開状態では、カソード電極２と基板５との対面が許容される。
【００２４】
また、シャッター扉４２には、ヒーター部４４が設けられている。このヒーター部４４により、シャッター扉４２が所定の温度に調節できるようになっている。具体的には、図４に示すように、ヒータ部４４は、ヒータ線４４ａで構成されており、シャッター扉４２には、ヒータ線４４ａがほぼ全面に埋設されている。そして、このヒータ線４４ａに電源を投入することにより、シャッター扉４２全体が発熱し、一定温度に維持できるようになっている。また、シャッタ扉４２には、熱電対（不図示）が設けられており、この熱電対と制御装置７０とが接続されている。そして、シャッター扉４２の温度が基板５の温度とほぼ同じ温度になるように制御装置７０により制御される。すなわち、ヒータ線４４ａに接続される電源のＯＮ−ＯＦＦを適宜制御することにより、シャッター扉４２が基板５とほぼ同じ温度、１００〜４００℃、より好ましくは、２００〜３００℃になるように制御される。
【００２５】
また、支持板４１は、チャンバ１と当接する部分に断熱材４１ａを有している。これにより、ヒータ線４４ａからシャッター扉４２に与えられた熱が、チャンバ１に伝熱されて損なわれてしまうのを防止できるようになっている。
【００２６】
このようなシャッター部４は、カソード電極２よりも基板ホルダ３１側に近い位置に設けられている。これにより、プラズマ形成領域がシャッター部４から受ける熱の影響が、本来シャッター部４がない状態で基板５から受ける熱の影響に近い状態になるため、シャッター部４の開閉動作が放電状態に与える影響を少なくすることができる。
【００２７】
また、チャンバ１にはガス供給孔２２ａが設けられており、このガス供給孔２２ａから原料ガスがチャンバ１内に供給できるようになっている。具体的には、ガス供給孔２２ａと原料ガスボンベ２２ｂ（ガス供給部）とが配管によって連結されており、配管に設けられた開閉弁（不図示）を開くことにより、原料ガスがチャンバ１内に供給される。
【００２８】
また、チャンバ１には排気孔２３ａが設けられており、この排気孔２３ａからチャンバ１内のガスが排気されるようになっている。具体的には、排気孔２３ａと真空ポンプ２３ｂ（ガス排気部）とが配管によって連結されており、真空ポンプ２３ｂを作動させることによりチャンバ１内のガスが排気される。
【００２９】
このような本実施形態におけるＣＶＤ装置により、シャッター部４の開閉動作にかかわらず、プラズマの放電状態を安定させることができる。すなわち、シャッター部４が閉じられた状態では、カソード電極２と、その対極に位置するシャッター部４との間がプラズマ形成領域になる。したがって、ガス供給孔２２ａから供給された原料ガスが分解されて製膜ラジカルが生成される。このとき、シャッター部４のシャッター扉４２は、ヒーター部４４により基板５とほぼ同じ温度で維持されている。そのため、シャッター扉４２の温度による熱が、プラズマ形成領域に影響し、プラズマ形成領域には、この熱の影響を受けつつプラズマが発生することになる。その後、シャッター部４のシャッター扉４２が開かれると、カソード電極２と基板５との間がプラズマ形成領域になる。すなわち、カソード電極２の対極になる電極がシャッター部４から基板５に変更されるが、シャッター部４と基板５とがほぼ同じ温度に制御されているため、プラズマの放電状態がほぼ変化することなく変更することができる。さらに、プラズマ形成領域は、基板５の温度による熱の影響を受けるが、基板５がシャッター部４とほぼ同じ温度に制御されているため、プラズマ形成領域の熱による影響もほぼ同等である。したがって、対極となる電極の温度変化がほぼ無くなることにより、シャッター部の開閉動作の前後で放電状態の変化を抑え、かつ、プラズマ形成領域の温度変化をほぼ無くすことができるため、製膜初期における膜質の低下を抑えることができる。
【００３０】
上記実施形態では、平行平板電極を有するＣＶＤ装置の例について説明したが、カソード電極２にホロカソード電極を用いたものであってもよい。具体的には、図２に示すように、カソード電極２に複数の開口孔２４が形成されており、この開口孔２４は、カソード電極に高周波電源を供給するとプラズマが発生する寸法に形成されている。そして、図２の例では、一部の開口孔２４が原料ガスボンベ２２ｂと連通して接続されており、その他の開口孔２４が真空ポンプ２３ｂと連通して接続されている。その他の構成は上記実施形態と同様である。これにより、原料ガスボンベ２２ｂから原料ガスを開口孔２４に供給した状態で高周波電源を供給すると開口孔２４にプラズマが発生し、供給された原料ガスが分解されて製膜ラジカルと高エネルギ粒子とが生成される。そして、製膜ラジカルは基板５に堆積し、高エネルギ粒子はカソード電極２付近に滞留しやすいため開口孔２４を通じて排気される。このホロカソード電極を用いた場合であっても、プラズマ形成領域の温度変化による製膜ラジカルの生成状態を安定させることができる。すなわち、プラズマ生成初期では、シャッター部４が閉じられているが、シャッター部４が基板５の温度とほぼ同じ温度が維持されているため、シャッター部４が開いたときに基板５から受ける熱の影響を当初よりシャッター部４から受けることができるため、シャッター部４の開閉動作によりプラズマ形成領域の温度変化をほぼ無くすことができる。したがって、製膜初期における膜質の低下を抑えることができる。
【００３１】
また、上記実施形態では、シャッター部４の温度が基板５の温度と同じ温度に設定される例について説明したが、シャッター部４及び基板５からカソード電極２までの距離の差により、基板５から受ける熱の影響より、シャッター部４から受ける熱の影響の方が大きい場合には、シャッター部４の温度を基板５の温度よりも低く設定されているものであってもよい。すなわち、プラズマ形成領域が影響を受ける温度が基板５とシャッター部４とで同じになるように設定されていれば、シャッター部４の開閉動作によるプラズマ形成領域の温度変化の影響を抑えることができる。
【００３２】
また、上記実施形態では、図１、図２において、カソード電極２とアノード電極とが上下方向にある例について説明したが、これらが鉛直方向と直交する水平方向に配置されたＣＶＤ装置であってもよい。
【００３３】
また、上記実施形態では、シャッター部４のシャッター扉４２が２枚一組である例について説明したが、シャッター扉４２が１枚で構成されるものであってもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１  チャンバ
２  カソード電極
３  アノード電極
４  シャッター部
５  基板
２２ａ  ガス供給孔
２３ａ  排気孔
４２  シャッター扉
４４  ヒーター部
【図１】
2011108810.tif 000003
【図２】
2011108810.tif 000004
【図３】
2011108810.tif 000005
【図４】
2011108810.tif 000006