(57)【要約】【課題】高品質な半導体薄膜を形成する製造方法及びその製造方法を実現するプラズマＣＶＤ装置を提供する。【解決手段】４族元素の原子と水素原子とを含む化合物をプラズマと活性種とに分解する工程と、活性種を基板上に堆積させる工程とを備え、分解する工程において、プラズマ生成エネルギーは休止期間と供給期間とを繰り返すように間欠的に供給され、プラズマ生成エネルギーは供給期間において時間的に変動する。【選択図】図３
2013033806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体薄膜の製造方法であって、
４族元素の原子と水素原子とを含む化合物をプラズマと活性種とに分解する工程と、
前記活性種を基板上に堆積させる工程とを備え、
前記分解する工程において、プラズマ生成エネルギーは休止期間と供給期間とを繰り返すように間欠的に供給され、
前記プラズマ生成エネルギーは前記供給期間において時間的に変動する、半導体薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記プラズマ生成エネルギーは、電圧振幅の異なる２つのパルスが合成された信号に基づいて高周波電源によって発生される、請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項３】
プラズマＣＶＤ装置であって、
高周波電力発生手段と、
基板配設部に配設された基板に処理を施す反応室とを備え、
前記プラズマＣＶＤ装置は、前記反応室内において、４族元素の原子と水素原子とを含む化合物をプラズマと活性種とに分解し、前記活性種を基板上に堆積させ、
前記高周波電力発生手段の出力を変調させるための基準信号であって電圧振幅の異なる２つのパルスが合成された間欠信号を発生する変調基準信号発生手段をさらに備えるプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記変調基準信号発生手段は、
複数の間欠信号発生手段と、
前記複数の間欠信号発生手段の各々から出力された出力信号を合成する信号合成手段とを含む、請求項３に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】
前記複数の間欠信号発生手段の出力信号は、互いに同期しておりかつ同じ周期を有し、デューティー比が異なる、請求項４に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項６】
前記複数の間欠信号発生手段の出力信号は、互いに同期しており、かつ前記複数の間欠信号発生手段の出力信号のうちの１つの周期の整数倍の周期であって互いに異なる周期を有し、かつデューティー比が異なる、請求項４に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体薄膜の製造方法および製造装置に関し、特にシリコン薄膜太陽電池における水素化アモルファスシリコン薄膜の製造に用いられるプラズマ励起化学気相成長法を有する製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素化アモルファスシリコン膜は液晶表示デバイスにおける各表示画素のスイッチ素子や、太陽電池などに応用されている。水素化アモルファスシリコン膜を堆積させる方法としては、連続的な高周波放電を行わせてシラン系のガスを分解することで成膜するプラズマ励起化学気相成長法（以下、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法という。）が広く用いられている。
【０００３】
この連続放電プラズマＣＶＤ法を拡張した薄膜形成法として、従来、高周波放電を間欠的に行わせて原料ガスを分解させるＣＶＤ法（以下、間欠放電プラズマＣＶＤ法という。）が提案されている。
【０００４】
図９は、従来の間欠放電プラズマＣＶＤ装置１００の概略を示す図である。図９を参照して、間欠放電プラズマＣＶＤ装置１００は、反応室１とマッチング回路５と高周波電源３と、変調用電源４とを含む。間欠放電プラズマＣＶＤ装置１００の高周波電源３では、ゲートパルス信号を入力することで発振状態と停止状態を高速で切り替えできる高周波発振器が用いられる。
【０００５】
図１０は、変調用電源４の出力信号とマッチング回路５の出力信号を示す図である。図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示されているように、横軸に時間が示され、縦軸に出力信号の振幅が示される。
【０００６】
図１０（Ａ）を参照して、変調用電源４の出力信号（間欠放電波形）である信号Ｗ１が示される。信号Ｗ１はゲートパルス信号であり、周期Ｔを有する。この信号Ｗ１の振幅は時刻０〜ｔ１間においては０であり、時刻ｔ１〜ｔ２間（時間Ｔｏｎ１）においてはＶ１を出力している。
【０００７】
図１０（Ｂ）を参照して、マッチング回路５の出力信号である信号Ｗ２が示される。この信号Ｗ２の振幅は、信号Ｗ１のオン・オフ状態に従い、時刻０〜ｔ１間においては０であり、時刻ｔ１〜ｔ２間（時間Ｔｏｎ１）においてはＶ１を出力する。
【０００８】
間欠放電プラズマＣＶＤ装置１００では、ゲートパルス波形を持つ信号Ｗ１がオンのとき（時刻ｔ１〜ｔ２間）に高周波電力が出力され放電を起こすオン状態と、ゲートパルス波形を持つ信号Ｗ１がオフのとき（時刻０〜ｔ１間）に高周波電力を切り放電が休止するオフ状態とを繰り返す間欠的な高周波放電によって水素化アモルファスシリコン膜が堆積される。
【０００９】
この間欠放電プラズマＣＶＤ法では、ゴミ発生の要因となるプラズマ中の活性ラジカルは、放電が休止するオフ状態で消滅するため、従来の連続放電プラズマＣＶＤ法に比べてゴミの発生を抑えられる。
【００１０】
間欠放電プラズマＣＶＤ法については、特開平７−３３５５６０号公報（特許文献１）には、数百から数千ヘルツで変調した間欠放電成膜により放電中のゴミが２桁減少し、これらの変調周波数以外の領域での変調ではゴミ発生の抑制効果がないことが開示されている。さらに、４０Ｈｚ以下の低い変調周波数では従来の連続放電の場合と同様、ゴミの発生が抑えられないことが開示されている。
【００１１】
またプラズマ中の活性ラジカル（例えば、Ｓｉ−Ｈ２）が水素化アモルファスシリコン薄膜中に取り込まれると、膜中のＳｉ−Ｈ２結合密度が増加する。しかし、水素化アモルファスシリコン薄膜中に含まれるＳｉ−Ｈ２結合は、欠陥密度などの膜質に影響し、膜の光導電率、及び光導電率と暗導電率の比（以下、ＳＮ比（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）という。）を低下させ、光半導体デバイスの性能を劣化させる。
【００１２】
間欠放電プラズマＣＶＤ法では、プラズマ中の活性ラジカルがオフ状態で消滅するため、従来の連続放電プラズマＣＶＤ法に比べて活性ラジカル（Ｓｉ−Ｈ２など）の膜への取り込みが少なくなり、高品質な水素化アモルファスシリコンの形成が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平７−３３５５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
液晶表示デバイスにおける各表示画素のスイッチ素子や、太陽電池などの量産プロセスにおいて、製造設備の投資コストの面から、プラズマＣＶＤ装置のスループット向上が重要であり、そのためには成膜速度の高速化技術開発が問題となっている。
【００１５】
この解決手段である間欠放電プラズマＣＶＤ法によって、ある程度良好な膜が得られているものの、間欠放電プラズマＣＶＤ法でさえも、製膜速度を速くすると膜質が劣化するという問題も存在する。
【００１６】
したがって高速成膜時でも高品質な水素化アモルファスシリコン膜の形成方法の開発が引き続き望まれている。
【００１７】
本発明の目的は、上記の課題を解決するためになされたものであり、活性ラジカルの発生を抑制し、太陽電池などの光半導体デバイスとしても十分活用できる高品質な半導体薄膜を形成する製造方法及びその製造方法を実現するプラズマＣＶＤ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この発明のある局面に係わる半導体薄膜の製造方法は、４族元素の原子と水素原子とを含む化合物をプラズマと活性種とに分解する工程と、活性種を基板上に堆積させる工程とを備え、分解する工程において、プラズマ生成エネルギーは休止期間と供給期間とを繰り返すように間欠的に供給され、プラズマ生成エネルギーは供給期間において時間的に変動する。
【００１９】
好ましくは、プラズマ生成エネルギーは、電圧振幅の異なる２つのパルスが合成された信号に基づいて高周波電源によって発生される。
【００２０】
この発明の別の局面に係わるプラズマＣＶＤ装置は、高周波電力発生手段と、基板配設部に配設された基板に処理を施す反応室とを備え、プラズマＣＶＤ装置は、反応室内において、４族元素の原子と水素原子とを含む化合物をプラズマと活性種とに分解し、活性種を基板上に堆積させ、高周波電力発生手段の出力を変調させるための基準信号であって電圧振幅の異なる２つのパルスが合成された間欠信号を発生する変調基準信号発生手段をさらに備える。
【００２１】
好ましくは、変調基準信号発生手段は、複数の間欠信号発生手段と、複数の間欠信号発生手段の各々から出力された出力信号を合成する信号合成手段とを含む。
【００２２】
好ましくは、複数の間欠信号発生手段の出力信号は、互いに同期しておりかつ同じ周期を有し、デューティー比が異なる。
【００２３】
好ましくは、複数の間欠信号発生手段の出力信号は、互いに同期しており、かつ複数の間欠信号発生手段の出力信号のうちの１つの周期の整数倍の周期であって互いに異なる周期を有し、かつデューティー比が異なる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の一実施例によれば、太陽電池などの光半導体デバイスとしても十分活用できる短時間に高品質な半導体薄膜を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】容量結合型プラズマＣＶＤ装置１００Ａの構成を示す図である。
【図２】実施の形態のプラズマＣＶＤ装置１００Ａで行なわれるプラズマ処理を説明するためのフローチャートである。
【図３】信号合成手段１３から出力される変調用基準信号（間欠放電波形）Ｗ１Ａとマッチング回路５から出力される変調高周波電力信号Ｗ２Ａとを示す図である。
【図４】信号合成手段１３から出力される変調用基準信号Ｗ１Ｂとマッチング回路５から出力される変調高周波電力信号Ｗ２Ｂとを示す図である。
【図５】信号合成手段１３から出力される変調用基準信号Ｗ１Ｃとマッチング回路５から出力される変調高周波電力信号Ｗ２Ｃとを示す図である。
【図６】図１の信号合成手段１３からの出力信号Ｗ１Ａを説明するための図である。
【図７】図１の信号合成手段１３からの出力信号Ｗ１Ｃを説明するための図である。
【図８】実施の形態によって製膜された水素化アモルファスシリコン膜の特性と従来例によって製膜された水素化アモルファスシリコン膜の特性とを比較した表を示す図である。
【図９】従来の間欠放電プラズマＣＶＤ装置１００の概略を示す図である。
【図１０】変調用電源４の出力信号とマッチング回路５の出力信号を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一の符号を付してその説明は繰り返さない。
［各実施の形態に共通する容量結合型プラズマＣＶＤ装置１００Ａの構成］
図１は、容量結合型プラズマＣＶＤ装置１００Ａの構成を示す図である。図１を参照して、プラズマＣＶＤ装置１００Ａは、反応室１と、高周波電源３と、変調基準信号発生手段４Ａと、マッチング回路５を含む。
【００２７】
反応室１は、カソード電極２と、アノード電極７と、基板６とを含む。反応室１は密閉可能な筐体から構成される。反応室１内に搬入された基板６は、反応室１内で、ｐ型層、ｎ型層を形成されることが可能となっている。カソード電極２およびアノード電極７は、反応室１内にそれぞれ設置され、平行平板型の電極構造を有する。
【００２８】
カソード電極２およびアノード電極７の電極間距離は、所望の処理条件に従って決定され、たとえば１ｍｍから４０ｍｍであることが好ましい。
【００２９】
カソード電極２に接続されたマッチング回路５と、マッチング回路５に接続された高周波電源３とは、反応室１外にそれぞれ設置される。カソード電極２に高周波電源３および変調用電源４がマッチング回路５を介して接続される。カソード電極２と基板６を固定したアノード電極７との間にプラズマが発生する。
【００３０】
さらにプラズマＣＶＤ装置１００Ａにおいては、流量コントローラ（図示せず）は１０ｓｃｃｍのシランガスと１３０ｓｃｃｍの水素ガスとを反応室１に流量制御しながら導入し（導入口を図示せず）、一定の流量割合で排気させ、反応室１内の圧力４．０Ｔｏｒｒに維持する。
【００３１】
高周波電源３とマッチング回路５とは接続され、高周波電源３の出力信号は、マッチング回路５に与えられる。
【００３２】
変調基準信号発生手段４Ａは、間欠信号発生源９，１１と、サーキュレータ１０と、アイソレータ１２と、信号合成手段１３とを含む。変調基準信号発生手段４Ａは、高周波電源３とマッチング回路５との間の接続ノードと接続される。間欠信号発生源９の出力がサーキュレータ１０を介して信号合成手段１３に与えられ、また、間欠信号発生源１１からの出力がアイソレータ１２を介して信号合成手段１３に与えられる。
【００３３】
信号合成手段１３は、上記の出力信号を合成し、マッチング回路５に出力する。間欠信号発生源９，１１から出力されたそれぞれの信号が信号合成手段１３に与えられ、合成された信号がマッチング回路５の入力端子に与えられる。
【００３４】
信号合成手段１３と接地電位との間にアイソレータ１２と間欠信号発生源１１とが直列に接続される。また信号合成手段１３と接地電位との間に間欠信号発生源９とサーキュレータ１０とが直列に接続される。
【００３５】
間欠信号発生源９から出力された信号はサーキュレータ１０を介して、信号合成手段１３に入力される。サーキュレータ１０は、信号合成手段１３における反射信号が間欠信号発生源９へ影響を及ぼさないようにするために設置された回路手段である。なお、同様の機能を有する他の回路手段で代用しても構わない。また信号合成手段１３における反射信号が小さく、間欠信号発生源９へ影響を及ぼさないならば、サーキュレータ１０を省略しても構わない。
【００３６】
一方、間欠信号発生源１１からの信号はアイソレータ１２を介して、信号合成手段１３に入力される。アイソレータ１２は信号合成手段１３における反射信号が間欠信号発生源１１へ影響を及ぼさないようにするために設置された回路手段で、同様の機能を有する他の回路手段で代用しても構わない。また信号合成手段１３における反射信号が小さく、間欠信号発生源１１へ影響を及ぼさないならば、アイソレータ１２を省略しても構わない。
【００３７】
高周波電源３からの信号は、信号合成手段１３からの間欠信号によって変調され、マッチング回路５に入力される。マッチング回路５からの出力信号はカソード電極２へ入力される。
【００３８】
図２は、実施の形態のプラズマＣＶＤ装置１００Ａで行なわれるプラズマ処理を説明するためのフローチャートである。図２を参照して、まず、プラズマＣＶＤ処理を行うために、ステップＳ１１において、反応室１に４族元素の原子と水素原子とを含む化合物のガスを注入する。
【００３９】
そして、ステップＳ１２において、アノード電極７およびカソード電極２の間に電圧を印加する。この処理により、注入したガスは電離してプラズマ状態または活性種の状態に分離される。反応室１はプラズマまたは活性種の混合状態となる。
【００４０】
そして、ステップＳ１３において、アノード電極に設置している基板６に、活性種が基板６の表面および表面近傍で化学反応を起こし、基板６の表面上にアモルファスシリコン膜を生成する。
【００４１】
このように、注入したガスをプラズマ状態と活性種の状態にすることにより、基板６の表面上に適切にアモルファスシリコン膜を生成させることが可能となる。
［実施の形態］
図３は、信号合成手段１３から出力される変調用基準信号（間欠放電波形）Ｗ１Ａとマッチング回路５から出力される変調高周波電力信号Ｗ２Ａとを示す図である。図３を参照して、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示されているように、横軸に時間が示され、縦軸に信号の振幅が示される。ここで、変調用基準信号（間欠放電波形）Ｗ１Ａのオン・オフ状態により、変調高周波電力信号Ｗ２Ａの出力信号が変調される。
【００４２】
図３（Ａ）は、信号合成手段１３から出力される変調用基準信号Ｗ１Ａを示す図である。図３（Ａ）を参照して、変調用電源信号Ｗ１Ａは、周期Ｔの高低２段のパルス振幅を持つパルス信号である。時刻０〜ｔ１間は振幅０のため、電力は供給されない。この時刻０〜ｔ１間は、ゲートパルス信号である信号Ｗ１Ａはオフ状態となる。時刻ｔ１〜ｔ１２（時間Ｔｏｎ１）間は、一定の振幅Ｖ１の電力が供給され、時刻ｔ１２〜ｔ２（時間Ｔｏｎ２）の間は、一定の振幅Ｖ２（Ｖ２＞Ｖ１）の電力が供給される。この時刻ｔ１〜ｔ２間は、ゲートパルス信号である信号Ｗ１Ｂはオン状態となる。信号Ｗ１Ａは周期Ｔで上記のような電力供給を繰り返す。
【００４３】
一方、図１の高周波電源３は発振周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力信号（図示せず）を出力する。この高周波電力信号について直流的にオン・オフの切り替えを一定周期で繰り返す。実施の形態では、間隔オン時間を０．５ｍｓｅｃ、オフ時間は２．０ｍｓｅｃにそれぞれ設定する。
【００４４】
次に、図３（Ｂ）は、マッチング回路５から出力される変調高周波電力信号Ｗ２Ａを示す図である。図３（Ｂ）を参照して、信号Ｗ２Ａは、マッチング回路５において、高周波電源３から出力されるオン時の高周波電力信号が変調用基準信号Ｗ１Ａによって変調された変調高周波電力の信号を示す。
【００４５】
この変調高周波電力はマッチング回路５を介してカソード電極２に供給される。これによりカソード電極２とアノード電極７との間の領域で電位差が生じ、注入されている気体が電離化しプラズマが発生する。このようにして、シランプラズマを両電極間に発生させることによって、基板６の表面上にａ−Ｓｉ：Ｈ膜（水素化アモルファスシリコン膜）を堆積させる。
【００４６】
実施の形態では、高周波電力を直流的にオン・オフ動作が一定周期で繰り返したが、プラズマ生成のための高周波電力を完全にオフ状態にせずとも、プラズマ生成のオン・オフを行うことができればよい。なお、実施の形態においては、基板温度を２００℃に設定した。
【００４７】
実施の形態の入力波形を用いることで、後に説明するように製膜時間が短縮でき高品質な水素化アモルファスシリコン膜を製膜することができる。
【００４８】
［実施の形態の変形例１］
実施の形態と比較しつつ、実施の形態の変形例１を説明する。以下の説明では、実施の形態と異なる部分のみについて説明し、実施の形態と同様な部分については、同一の符号を付して説明は繰り返さない。
【００４９】
図４は、信号合成手段１３から出力される変調用基準信号Ｗ１Ｂとマッチング回路５から出力される変調高周波電力信号Ｗ２Ｂとを示す図である。
【００５０】
図４（Ａ）は、信号合成手段１３から出力される変調用基準信号Ｗ１Ｂを示す図である。図４（Ａ）を参照して、変調用基準信号Ｗ１Ｂは、周期Ｔの高低２段のパルス振幅を持つパルス信号である。時刻０〜ｔ１の間は振幅０のため、電力は供給されない。この時刻０〜ｔ１間は、ゲートパルス信号である信号Ｗ１Ｂはオフ状態となる。時刻ｔ１〜ｔ１２（時間Ｔｏｎ２）間は、一定の振幅Ｖ２の電力が供給され、時刻ｔ１２〜ｔ２（時間Ｔｏｎ１）間は、一定の振幅Ｖ１（Ｖ１＜Ｖ２）の電力が供給される。この時刻ｔ１〜ｔ２間は、ゲートパルス信号である信号Ｗ１Ｂはオン状態となる。信号Ｗ１Ｂは周期Ｔで上記のような電力供給を繰り返す。
【００５１】
一方、図１の高周波電源３は発振周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力信号（図示せず）を出力する。この高周波電力信号について直流的にオン・オフの切り替えが一定周期で繰り返される。
【００５２】
次に、図４（Ｂ）は、マッチング回路５から出力される変調高周波電力信号Ｗ２Ｂを示す図である。図４（Ｂ）を参照して、信号Ｗ２Ｂは、マッチング回路５において、高周波電源３から出力されるオン時の高周波電力信号が変調用基準信号Ｗ１Ｂによって変調された変調高周波電力の信号を示す。
【００５３】
この変調高周波電力は、マッチング回路５を介してカソード電極２に供給される。これによりカソード電極２とアノード電極７との間の領域でプラズマが発生する。
【００５４】
実施の形態の変形例１の入力波形を用いることで、後に説明するように製膜時間が短縮でき高品質な水素化アモルファスシリコン膜を製膜することができる。
【００５５】
［実施の形態の変形例２］
実施の形態と比較しつつ、実施の形態の変形例２を説明する。以下の説明では、実施の形態と異なる部分のみについて説明し、実施の形態と同様な部分については、同一の符号を付して説明は繰り返さない。
【００５６】
図５は、信号合成手段１３から出力される変調用基準信号Ｗ１Ｃとマッチング回路５から出力される変調高周波電力信号Ｗ２Ｃとを示す図である。
【００５７】
図５（Ａ）は、信号合成手段１３から出力される変調用基準信号Ｗ１Ｃを示す図である。図５（Ａ）を参照して、変調用基準信号Ｗ１Ｃは、周期Ｔの高低２段のパルス振幅を持つパルス信号である。時刻０〜ｔＡ１の間は振幅０のため、電力は供給されない。この時刻０〜ｔＡ１間は、ゲートパルス信号である信号Ｗ１Ｃはオフ状態となる。時刻ｔＡ１〜ｔＡ１２（時間Ｔｏｎ１１）の間は、一定の振幅Ｖ１の電力が供給され、時刻ｔＡ１２〜ｔＡ２（時間Ｔｏｎ１２）の間は、一定の振幅Ｖ２（Ｖ２＞Ｖ１）の電力が供給される。この時刻ｔＡ１〜ｔＡ２間は、ゲートパルス信号である信号Ｗ１Ｃはオン状態となる。
【００５８】
時刻ｔＡ２〜ｔＡ３の間は振幅０のため、電力は供給されない。この時刻ｔＡ２〜ｔＡ３間は、ゲートパルス信号である信号Ｗ１Ｃはオフ状態となる。時刻ｔＡ３〜ｔＡ４（時間Ｔｏｎ１１）間は、一定の振幅Ｖ１の電力が供給される。この時刻ｔＡ３〜ｔＡ４（時間Ｔｏｎ１１＋Ｔｏｎ１２）間は、ゲートパルス信号である信号Ｗ１Ｃはオン状態となる。さらに信号Ｗ１Ｃは周期Ｔ１２で上記のような電力供給を繰り返す。実施の形態の波形Ｗ１Ａと比較すると、波形Ｗ１Ｂはオン状態に常に振幅Ｖ２を有さず、振幅Ｖ２は周期Ｔ１２で出力される。
【００５９】
一方、図１の高周波電源３は発振周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力信号（図示せず）を出力する。この高周波電力信号について直流的にオン・オフの切り替えが一定周期で繰り返される。
【００６０】
図５（Ｂ）は、マッチング回路５から出力される変調高周波電力信号Ｗ２Ｃを示す図である。図５（Ｂ）を参照して、信号Ｗ２Ｃは、マッチング回路５において、高周波電源３から出力されるオン時の高周波電力信号が変調用基準信号Ｗ１Ｃによって変調された変調高周波電力の信号である。
【００６１】
この変調高周波電力は、マッチング回路５を介してカソード電極２に供給される。これによりカソード電極２とアノード電極７との間の領域でプラズマが発生する。
【００６２】
実施の形態の変形例２のように、波形Ｗ１Ｃのオン状態のときに常に高低２段のパルス電源が必要なく、一定の周期で高振幅Ｖ２のパルス電源が出力されていればよい。
【００６３】
実施の形態の変形例２の入力波形を用いることで、後に説明するように製膜時間が短縮でき高品質な水素化アモルファスシリコン膜を製膜することができる。
［実施の形態の信号合成手段１３からの出力信号Ｗ１Ａの生成方法］
実施の形態の信号合成手段１３からの変調用基準信号（間欠放電波形）Ｗ１Ａの生成方法について説明する。なお、実施の形態の変形例１の出力信号Ｗ１Ｂについても下記の同様な処理を行うことにより、生成することができるため、説明は繰り返さない。
【００６４】
図６は、図１の信号合成手段１３からの出力信号Ｗ１Ａを説明するための図である。図６を参照して、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）には、各図の横軸に時間が示され、縦軸に出力信号の振幅が示される。
【００６５】
図６（Ａ）には間欠信号発生源９からの出力信号ＷＸ１が示され、図６（Ｂ）には間欠信号発生源１１からの出力信号ＷＹ１が示され、図６（Ｃ）には図２（Ａ）と同様の信号合成手段１３からの出力信号Ｗ１Ａが示される。
【００６６】
ここで、図６（Ａ）の出力信号ＷＸ１と図６（Ｂ）の出力信号ＷＹ１とは、同期しており、同じ周期Ｔを有している。一方、出力信号ＷＸ１の振幅（Ｖ１）と比較し、出力信号ＷＹ１の振幅（Ｖ２）は大きい。また、間欠信号発生源９からの出力信号Ａのオン時間をＴＯＮ１とし、間欠信号発生源１１からの出力信号Ｂのオン時間をＴＯＮ２とすると、ＴＯＮ１とＴＯＮ１とはそれぞれ異なる時間を有する。
【００６７】
図１の信号合成手段１３は、図６（Ａ）の出力信号ＷＸ１と図６（Ｂ）の出力信号ＷＹ１とを合成し、図６（Ｃ）の出力信号Ｗ１Ａを生成する。
【００６８】
この出力信号Ｗ１Ａと図１０（Ａ）の変調用電源４の出力信号Ｗ１とは、間欠放電波形であるが、信号Ｗ１Ａにおいてオン時における高低２段のパルス状の変動（Ｖ１，Ｖ２）があるのに対して、信号Ｗ１においてオン時は振幅Ｖ１が一定で振幅の変動がない点で異なる。
【００６９】
また、信号Ｗ１Ａと信号Ｗ１とにおいて、パルス周波数及びデューティー比は同じである。信号Ｗ１Ａの間欠放電におけるオン時の高振幅Ｖ２の継続時間は２０ｕｓｅｃ（ＴＯＮ２）、オン時の低振幅Ｖ１の継続時間は４８０ｕｓｅｃ（ＴＯＮ１）、オフ時の継続時間は２ｍｓｅｃ（たとえば時刻０〜ｔ１の間）である。また、オン時の高振幅Ｖ２の継続時間（ＴＯＮ２）よりもオン時の低振幅Ｖ１の継続時間（ＴＯＮ１）の方が長い。
【００７０】
一方、信号Ｗ１の間欠放電におけるオン時の振幅Ｖ１の継続時間は５００ｕｓｅｃ、オフ時の継続時間は２ｍｓｅｃである。
【００７１】
図６（Ｃ）に示されるように実施の形態の変形例１における信号合成手段１３からの変調用基準信号Ｗ１Ａは、低振幅Ｖ１の出力信号ＷＸ１の次に高振幅Ｖ２の出力信号ＷＹ１が継続するという時系列になっているが、これに限られない。
【００７２】
たとえば、図３（Ａ）に示されるように実施の形態の変形例１における信号合成手段１３からの変調用基準信号Ｗ１Ｂの場合、すなわち、高振幅Ｖ２の出力信号の次に低振幅Ｖ１の出力信号が継続するという時系列でも同様の効果が得られる。
【００７３】
また、図示はしないが、高振幅Ｖ２の出力信号の前後に、低振幅Ｖ１の出力信号が分割されている場合、すなわち、低振幅Ｖ１の分割された一方の出力信号の次に高振幅Ｖ２の出力信号が継続し、その次に低振幅Ｖ１の分割された他方の出力信号が継続するという時系列でも同様な効果が得られる。
［実施の形態の変形例２の信号合成手段１３からの出力信号Ｗ１Ｃの生成方法］
実施の形態の変形例２の信号合成手段１３からの変調用基準信号（間欠放電波形）Ｗ１Ｃの生成方法について説明する。
【００７４】
図７は、図１の信号合成手段１３からの出力信号Ｗ１Ｃを説明するための図である。図７を参照して、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）には、各図の横軸に時間が示され、縦軸に出力信号の振幅が示される。
【００７５】
図７（Ａ）には間欠信号発生源９からの出力信号ＷＸ２が示され、図５（Ｂ）には間欠信号発生源１１からの出力信号ＷＹ２が示され、図５（Ｃ）には図２（Ａ）と同様の信号合成手段１３からの出力信号Ｗ１Ｃが示される。
【００７６】
ここで、図７（Ａ）の出力信号ＷＸ２と図７（Ｂ）の出力信号ＷＹ２とは、同期している。一方、周期については異なり、出力信号ＷＹ２の周期は、出力信号ＷＸ２の周期の整数倍（２倍）の関係にある。また、出力信号ＷＸ２の振幅（Ｖ１）と比較し、出力信号ＷＹ２の振幅（Ｖ２）は大きい。また、間欠信号発生源９からの出力信号Ａのオン時間をＴＯＮ１１とし、間欠信号発生源１１からの出力信号Ｂのオン時間をＴＯＮ１２とすると、ＴＯＮ１１とＴＯＮ１２とはそれぞれ異なる時間を有する。
【００７７】
図１の信号合成手段１３は、図７（Ａ）の出力信号ＷＸ２と図７（Ｂ）の出力信号ＷＹ２とを合成し、図７（Ｃ）の出力信号Ｗ１Ｃを生成する。
【００７８】
この出力信号Ｗ１Ｃと図１０（Ａ）の変調用電源４の出力信号Ｗ１とは、間欠放電波形であるが、信号Ｗ１Ｃにおいてオン時における高低２段のパルス状の変動（Ｖ１，Ｖ２）があるのに対して、信号Ｗ１においてオン時は振幅Ｖ１が一定で振幅の変動がない点で異なる。
【００７９】
また、信号Ｗ１Ｃと信号Ｗ１とにおいて、パルス周波数及びデューティー比は同じである。信号Ｗ１Ｃの間欠放電におけるオン時の高振幅Ｖ２の継続時間は４０ｕｓｅｃ（ＴＯＮ１２）、オン時の低振幅Ｖ１の合計時間は９６０ｕｓｅｃ（２ＴＯＮ１１）、オフ時の合計時間は４ｍｓｅｃ（たとえば時刻ｔＡ２〜ｔＡ３の間と時刻ｔＡ４〜ｔＡ５の間の総和）である。また、オン時の高振幅Ｖ２の継続時間（ＴＯＮ１２）よりもオン時の低振幅Ｖ１の継続時間（ＴＯＮ１１）の方が長い。
【００８０】
一方、信号Ｗ１の間欠放電におけるオン時の振幅Ｖ１の継続時間は５００ｕｓｅｃ、オフ時の継続時間は２ｍｓｅｃである。
【００８１】
図７（Ｃ）に示されるように実施の形態の変形例２における信号合成手段１３からの変調用基準信号Ｗ１Ｃがオン状態のときに、ある区間について低振幅Ｖ１の出力信号ＷＸ２の次に高振幅Ｖ２の出力信号ＷＹ２が継続するという時系列になっているが、これに限られない。
【００８２】
次に、実施の形態とその変形例１、２を説明したが、従来例と比較しつつ、実施の形態の構成を取ることにより、製膜された水素化アモルファスシリコン膜の特性について説明を行う。
【００８３】
図８は、実施の形態によって製膜された水素化アモルファスシリコン膜の特性と従来例によって製膜された水素化アモルファスシリコン膜の特性とを比較した表を示す図である。図８を参照して、実施の形態および従来例に対して、ＳｉＨ２結合とＳｉＨ結合の比（以下、ＳｉＨ２／ＳｉＨと略す。）、光導電率（σｐｈ）およびＳＮ比の項目が比較される。さらに、実施の形態の図１の間欠放電波形Ｗ１Ａにて製膜した水素化アモルファスシリコン薄膜および図１０の従来の間欠放電波形Ｗ１にて製膜した水素化アモルファスシリコン薄膜のそれぞれの製膜速度も併記した。測定条件は、上述したように入力波形である間欠放電波形Ｗ１，Ｗ１Ａ以外の条件については同一である。入力波形である間欠放電波形Ｗ１，Ｗ１Ａ以外の条件、たとえば、プロセス条件（ガス流量、反応室１内の圧力、基板温度など）は全て同じである。
【００８４】
比較項目であるＳｉＨ２／ＳｉＨは、その値が小さいほど、水素化アモルファスシリコン膜中に含まれるＳｉＨ２が少ないことを意味し、水素化アモルファスシリコン膜が高品質であることを示している。
【００８５】
比較項目である光導電率（σｐｈ）は、その値が大きいほど、水素化アモルファスシリコン膜中に含まれる欠陥密度が小さいことを意味し、水素化アモルファスシリコン膜が高品質であることを示している。
【００８６】
比較項目であるＳＮ比は、光導電率（σｐｈ）と同様に、その値が大きいほど、アモルファスシリコン膜中に含まれる欠陥密度が小さいことを意味し、水素化アモルファスシリコン膜が高品質であることを示している。
【００８７】
実施の形態である間欠放電波形Ｗ１Ａによって製膜された水素化アモルファスシリコン膜では、従来間欠放電波形Ｗ１にて製膜された水素化アモルファスシリコン膜に対して、Ｓｉ−Ｈ２結合は減少し、光導電率（σｐｈ）及びＳＮ比は約５倍程度増加している。
【００８８】
一般に、製膜速度が小さいと膜質が改善される傾向にあるが、実施の形態である間欠放電波形Ｗ１Ａにて製膜された水素化アモルファスシリコン膜は、従来の間欠放電波形Ｗ１にて製膜された水素化アモルファスシリコン膜に対して製膜速度が大きいにも関わらず、その膜質は良好であった。
【００８９】
従って、実施の形態の構成によって、従来の水素化アモルファスシリコン膜に比較して、製膜時間が短縮できかつ高品質の水素化アモルファスシリコン膜を提供することができる。上記の効果は、実施の形態の変形例１および変形例２についても達成でき、実施の形態と同様に高品質の水素化アモルファスシリコン膜を提供することができる。
【００９０】
以上の実施の形態では、水素化アモルファスシリコン膜を例にとって説明してきたが、これに限ることなく、４族水素化合物を原科ガスとして作製される、狭バンドギャップのａ−ＳｉＧｅ：Ｈ膜あるいは広バンドギャップのａ−ＳｉＣ：Ｈ膜などのアモルファスシリコン系合金膜の同種元素同士の高速化、高品質化にも有効である。
【００９１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９２】
１  反応室、２  カソード電極、３  高周波電源、４  変調用電源、４Ａ  変調基準信号発生手段、５  マッチング回路、６  基板、７  アノード電極、９，１１  間欠信号発生源、１０  サーキュレータ、１２  アイソレータ、１３  信号合成手段、１００，１００Ａ  容量結合型プラズマＣＶＤ装置。
【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】
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【図９】
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【図１０】
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