(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対向する表面が該基板の表面に沿って相対的に移動可能であって、該基板に対向する表面が回転するドラム状の回転電極を用い、該回転電極を前記基板表面に対して所定のギャップを有した状態で回転させることにより前記ギャップに成膜用ガスを供給しつつ、該回転電極に電力を供給することにより前記成膜用ガスに基づくプラズマを発生させ、該プラズマにより前記基板上に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、
前記成膜用ガスは、ＳｉＨ４とＨ２とがＨ２／ＳｉＨ４比＝１〜１０なる比率で混合された反応ガスと、不活性ガスとの混合ガスを含み、
前記回転電極の表面の周速度をＶｒ（ｍ／ｓ）、
前記回転電極の表面の前記基板表面に沿った移動方向に対して垂直な方向である該回転電極の軸方向に沿った前記プラズマ発生領域の長さをａ（ｍ）とするとき、
前記回転電極に供給される電力Ｗ（ｗ）を、前記電力Ｗ（ｗ）を変化させても成膜速度が変化しない電力範囲として、
１５０（Ｗ／ｍ２・ｓ）×（ａ・Ｖｒ）≦Ｗ≦６００（Ｗ／ｍ２・ｓ）×（ａ・Ｖｒ）
に設定することを特徴とする薄膜製造方法。
【請求項２】
前記回転電極の直径が０．３ｍである、請求項１に記載の薄膜製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に対して相対的に移動する表面を有する放電電極を用いて、成膜用ガスに基づくプラズマを発生させ、このプラズマにより基板上に薄膜を形成する薄膜製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｓｉ薄膜に代表される半導体薄膜、ＳｉＮx薄膜に代表される絶縁薄膜は、一般に、プラズマＣＶＤ装置によって製造される。このプラズマＣＶＤ装置による薄膜の製造方法では、高品位の薄膜の量産性を向上させるため、成膜される薄膜の品質を良好に維持しながら、薄膜の成膜速度の高速化を図ることが要求されている。
【０００３】
この要求に応えるための薄膜形成装置として、放電電極として回転電極を用いた薄膜形成装置が、特開平９−１０４９８５号公報に開示されている。
【０００４】
この薄膜形成装置は、回転電極を高速回転させながらこの回転電極に電力を供給してプラズマを発生させることを特徴としており、このことにより、下記の（ａ）〜（ｃ）の作用を得ることができる。
【０００５】
（ａ）プラズマによる成膜を行うチャンバ内に充填された成膜用ガスが、その粘性により、高速回転している回転電極の表面に引き連れられて、基板と回転電極との間に形成されたプラズマ発生空間に導かれる。このため、このプラズマ発生空間に対して、成膜用ガスを高速で均一に供給することができる。
【０００６】
（ｂ）高圧力下でプラズマを安定して発生させるためには、放電電極である回転電極と基板との間のギャップを小さくすることが必要であるが、このようにギャップを小さくしても、回転電極を高速回転させることにより、回転電極と基板との間のギャップに形成されるプラズマ発生空間に効率よく成膜用ガスを供給することができる。
【０００７】
（ｃ）回転電極の高速回転に基づく自己冷却作用により、回転電極の表面を十分に冷却することができるため、回転電極に大きな電力を供給することができる。
【０００８】
上記（ａ）〜（ｃ）に記載したように、回転電極を備えた薄膜形成装置によれば、成膜用ガスの流速、成膜用ガスの圧力、回転電極に供給する電力を高く設定して、成膜速度及び膜の均質性を大幅に向上させることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記の薄膜形成装置は、プラズマを発生させるための放電電極として回転電極を用い、この回転電極の高速回転により成膜用ガスをプラズマ発生領域に供給する構成としているため、成膜用ガスの流速、成膜用ガスの圧力、回転電極への供給電力等の成膜条件に対して制限がほとんどない。例えば、成膜用ガスの流速は１０ｍ／ｓ〜１００ｍ／ｓ程度、成膜用ガスの圧力は１〜７６０Ｔｏｒｒ程度、電力密度は数１０〜数１００Ｗ／ｃｍ2程度と各値を広範囲に設定する事ができ、一般に汎用されている平行平板型のプラズマＣＶＤ装置に比較して成膜条件の自由度が非常に大きく、そのオーダが全く異なっている場合もある。
【００１０】
このことは、成膜特性（成膜速度、及び、成膜された膜の品質）の向上を図る上で非常に望ましい事であるが、その一方で、最適な成膜条件を抽出することが困難になっている。
【００１１】
本発明は、プラズマを発生させるための放電電極として回転電極を備えた薄膜形成装置に対して、好ましい成膜速度及び膜質を与える成膜条件を設定するための設定指針を与え、成膜速度及び膜の品質を大幅に向上させることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の薄膜製造方法は、基板に対向する表面が該基板に対して相対的に移動可能になっている放電電極を用い、該放電電極に電力を供給することにより成膜用ガスに基づくプラズマを発生させ、該プラズマにより前記基板上に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、前記放電電極の表面の前記基板に対する移動速度Ｖｒ（ｍ／ｓ）、前記放電電極の表面の移動方向に対して垂直な方向における前記プラズマ発生領域の長さａ（ｍ）、前記放電電極に供給される電力Ｗ（ｗ）の各値を、１５０（Ｗ／ｍ2・ｓ）≦（Ｗ／ａ）／Ｖｒ≦６００（Ｗ／ｍ2・ｓ）となる関係を満たすように設定することを特徴とするものである。
【００１３】
上記本発明において、前記放電電極として、回転する機能を有する回転電極を用いることが好ましい。
【００１４】
上記本発明において、前記成膜用ガスは、反応ガスと不活性ガスとの混合ガスを含むことが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る薄膜製造方法について図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係る薄膜製造方法の実施に使用される薄膜製造装置を示す概略図である。
【００１７】
この薄膜製造装置は、成膜用ガスを充填し、基板４上に薄膜を成膜するための反応場となるチャンバ１０を有しており、このチャンバ１０の内部には、ガラス等の基板４を図１のＸ方向に沿って移動可能に保持する基板ホルダ５が水平状態に設けられている。この基板ホルダ５には、必要に応じて基板４を加熱するための図示しないヒータが内蔵されている。この基板ホルダ５上には、プラズマ発生領域を形成することに適したギャップｇを隔てて、ドラム状の回転電極１が、その軸心方向が水平になるように設けられている。なお、回転電極１の表面は、アルミナ等の誘電体によってコーティングされていることが好ましい。チャンバ１０の外部には、チャンバ１０内の回転電極１に高周波電力を供給するための高周波電源６が設けられている。高周波電源６から供給される高周波電力の周波数としては、例えば１５０ＭＨｚが選択される。
【００１８】
上記の回転電極１には、図示しない回転機構が連結されており、回転電極１は、この回転機構の駆動により、図１の矢印ＤＲ方向に沿って高速回転する。この回転電極１の直径は、例えば、０．３ｍ程度に設定され、その回転速度は、回転機構の調節により自在に変更できるようになっている。
【００１９】
このチャンバ１０には、成膜用ガスを供給する図示しないガス供給手段と、チャンバ１０内のガスを排気するための図示しない排気手段とが接続されている。
【００２０】
次に、上記構成の薄膜製造装置を用いた成膜方法について説明する。
【００２１】
まず、チャンバ１０内を図示しない排気手段により一旦減圧状態とした後、図示しないガス供給手段から所定量の成膜用ガスを導入し、チャンバ１０内を所定の圧力下に保持する。なお、成膜用ガスは、チャンバ１０内に密封された状態にするか、または、図示しない循環系によりチャンバ１０の内外で循環される状態とする。
【００２２】
また、成膜用ガス中に不活性ガスを含んでいると、チャンバ１０内の反応ガスの分圧を高くした場合においてもプラズマを安定して発生、維持する事ができ、さらには、反応ガス分圧を高めることにより、成膜速度を向上させることができるため、成膜用ガスとしては、反応種を生成するための反応ガスと、不活性ガスとを所定の割合で混合した混合ガスを用いることが好ましい。この不活性ガスとしては、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ等のガスを単体として、または、これらを相互に混合したものが用いられる。なお、放電の安定性及び基板への損傷を抑制することに重点をおく場合には、Ｈｅを用いることが好ましく、また、放電の容易性及びコストの低減に重点をおく場合には、Ａｒを用いることが好ましい。
【００２３】
また、反応ガスとしては、基板４上に形成すべき薄膜の種類に応じたガスが用いられる。例えば、Ｓｉ薄膜を成膜する場合には、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6等のＳｉ原子を含むガスが単体で、または、Ｈ2等の他のガスと混合した状態で用いられる。また、薄膜中にドーピング材を導入する場合には、反応ガス中にドーピングガスが適宜混合される。
【００２４】
このように、チャンバ１０内に所定の成膜用ガスを充填した状態として、回転電極１を図１に矢印ＤＲで示す方向に高速回転させると、成膜用ガスが、その粘性により、回転電極１の外周面１ａに引き連れられて、回転電極１と基板４との間に形成されたギャップｇに安定に供給される。
【００２５】
なお、回転電極１の周速度をＶｒとすると、ギャップｇ内における成膜用ガスの平均流速は、概ね、Ｖｒ／２程度となる。
【００２６】
回転電極１と基板４との間のギャップｇに成膜用ガスが供給された状態として、回転電極１に高周波電力を供給すると、ギャップｇに成膜用ガスに基づくプラズマＰが発生する。そして、プラズマＰ中の反応ガスに基づく反応種（例えば、ＳｉＨ3ラジカル）により、基板４上に所望の薄膜（例えば、アモルファスＳｉ薄膜）が成膜される。
【００２７】
なお、薄膜は、図１において、Ｌによって表示した回転電極１と対向する部分においてのみ成膜されるが、基板ホルダ５によって基板４をＸ方向に沿って移動させることにより、基板４の全面にわたって薄膜を成膜することができる。
【００２８】
次に、この装置を使用して薄膜を成膜するための最適条件を求めるための実施例について説明する。
【００２９】
（実施例１）
この実施例１では、図１に示す薄膜製造装置を用いた薄膜の製造方法によって、ガラス製の基板４上にアモルファスＳｉ薄膜を成膜した実験結果について説明する。
【００３０】
成膜用ガスは、ＳｉＨ4とＨ2とを混合した反応ガスと、不活性ガスであるＨｅとを混合した混合ガスを用い、チャンバ１０内の成膜用ガスの圧力が７６０Ｔｏｒｒとなるように設定した。また、直径０．３ｍ、長さａ＝０．１ｍ（回転電極１の中心軸方向の長さ）とするＡｌ製のドラム状の回転電極１を用い、ギャップｇを２００μｍとした。又、基板ホルダ５の温度は２２０℃に設定した。
【００３１】
そして、回転電極１の周速度Ｖｒと、成膜用ガス中のＳｉＨ4の分圧Ｐｒとを種々変化させて、回転電極１に供給される電力Ｗと、薄膜の成膜速度Ｒとの関係を調べた。なお、反応ガス中のＨ2の分圧は、各々のＳｉＨ4の分圧Ｐｒに対して、その１０倍となるように設定した。
【００３２】
ここで、上記の成膜速度Ｒは、成膜された薄膜の厚さｄ、プラズマ発生領域のＸ方向の長さをＬ（＝１０ｍｍ）、基板のＸ方向の移動速度をｖｓとして、次の（１）式によって評価した
Ｒ＝ｄ／（Ｌ／ｖｓ）                  （１）
図２及び図３は、それぞれ、この実験結果を示すグラフである。
【００３３】
図２及び図３を参照すると、回転電極１への供給電力Ｗと成膜速度Ｒとの関係は、周速度ＶｒやＳｉＨ4の分圧Ｐｒが異なっても、概ね、同様の関係を示すことが分かった。
【００３４】
すなわち、成膜速度Ｒは、供給電力Ｗが増加するにしたがって増加するが、次第に飽和し、ほぼ一定の値（以下、飽和成膜速度Ｒｓと呼ぶ）に漸近する。ただし、図３の◇プロットについては、飽和成膜速度Ｒｓに至った後、供給電力Ｗの増加に伴い、成膜速度Ｒが若干減少する傾向がみられた。
【００３５】
また、飽和成膜速度Ｒｓは、ＳｉＨ4分圧Ｐｒ及び周速度Ｖｒの増加に伴って増加することが分かった。
【００３６】
この結果について、以下の（１）（２）のように考察することができる。
【００３７】
（１）回転電極１の回転によってプラズマ発生空間に供給されたＳｉＨ4分子は、その一部が、供給電力Ｗによって解離されて成膜に寄与するが、解離されなかったＳｉＨ4分子は、そのままガスの流れ（平均ガス流速≒Ｖｒ／２）によって、プラズマ発生空間から排出される。したがって、プラズマ空間にて解離され成膜に寄与したＳｉＨ4分子を成膜消費、解離されずに排出されたＳｉＨ4分子を損失消費と表現すると、次の（２）式で表される関係が成り立つ。
【００３８】
ＳｉＨ4ガス供給量＝成膜消費＋損失消費              （２）
この（２）式においては、供給電力Ｗと周速度Ｖｒとのそれぞれの寄与の大小関係により、プラズマ発生空間におけるＳｉＨ4分子の解離量が変化するため、成膜消費と損失消費との割合も供給電力Ｗ及び周速度Ｖｒの変化によって変化する。
【００３９】
ここで、供給電力Ｗが大きくなり、次の（３）式で表される関係が成り立つと、次の（４）式で表される関係が成立し、成膜速度Ｒは、飽和成膜速度Ｒｓに至る。
【００４０】
成膜消費≫損失消費                             （３）
ＳｉＨ4ガス供給量≒成膜消費                    （４）
（２）上記の（４）式により、飽和成膜速度Ｒｓは、プラズマ発生空間へのＳｉＨ4分子の供給量に依存する。
【００４１】
また、ＳｉＨ4ガス供給量は、次の（５）式によって表すことができる。
【００４２】
ＳｉＨ4ガス供給量∝（ＳｉＨ4ガス分圧Ｐｒ）×（周速度Ｖｒ）  （５）
上記（１）（２）の考察に基づいて、回転電極１の単位長さ当たりに供給される電力である電力密度（Ｗ／ａ）（単位：Ｗ／ｍ）を周速度Ｖｒで規格化した規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）を横軸とし、成膜速度Ｒを（ＳｉＨ4ガス分圧Ｐｒ）×（周速度Ｖｒ）（∝ＳｉＨ4ガス供給量）により規格化した規格化成膜速度Ｒ／（Ｐｒ・Ｖｒ）を縦軸として、図２及び図３に示した結果を書き直したグラフを図４に示す。
【００４３】
なお、規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）は、個々のＳｉＨ4ガス分子がプラズマ空間に滞在している間（以下、滞在時間と呼ぶ）に、この空間内に存在するＳｉＨ4分子に対して供給されるエネルギー密度と解釈することができる。
【００４４】
図４を参照すると、ＳｉＨ4ガス分圧Ｐｒ及び回転電極１の周速度Ｖｒが種々変化しても、規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）と規格化成膜速度（Ｒ／（Ｐｒ・Ｖｒ））との関係は、概ね、一本の特性カーブによって表されることが明らかとなった。
【００４５】
さらに、図４のグラフから、規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）が、次の（６）式を満たす場合には、規格化成膜速度（Ｒ／（Ｐｒ・Ｖｒ））は、ほぼ一定値に飽和し、ＳｉＨ4ガス供給量（∝Ｐｒ・Ｖｒ）に応じた高速成膜を実現できることが明らかとなった。
【００４６】
（Ｗ／ａ）／Ｖｒ≧１５０（Ｗ／ｍ2・ｓ）            （６）
また、一方、規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）が、次の（７）式で表される領域になると、規格化成膜速度（Ｒ／（Ｐｒ・Ｖｒ））が低下することが分かった。
【００４７】
（Ｗ／ａ）／Ｖｒ＞６００（Ｗ／ｍ2・ｓ）            （７）
この規格化成膜速度（Ｒ／（Ｐｒ・Ｖｒ））の低下については、規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）が大きくなりすぎたことにより、生成される反応種の種類が異なってきたためであると考えられる。例えば、規格化成膜速度（Ｒ／（Ｐｒ・Ｖｒ））が飽和状態にあるときには、ＳｉＨ3ラジカルが反応種として生成されるのに対して、この状態より規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）を高くすることにより、ＳｉＨ3ラジカルの密度が減少し、ＳｉＨ、ＳｉＨ2等の他種のラジカルが替わりに増加したためであると考えられる。
【００４８】
以上の結果から、規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）が、次の（８）式で表される条件を満たせば、高速成膜を実現することができることが明らかとなった。
【００４９】
150（Ｗ／ｍ2・ｓ）≦（Ｗ／ａ）／Ｖｒ≦600（Ｗ／ｍ2・ｓ）  （８）
次に、上記成膜条件により成膜したアモルファスＳｉ薄膜の品質特性について調べた実験結果について説明する。
【００５０】
図５は、規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）と、光導電率及び暗導電率との関係を示すグラフである。なお、光導電率は、ＡＭ１．５の擬似太陽光を照射して測定した。また、図５中には、高速成膜を実現する上式（８）の規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）の範囲を併せて示している。
【００５１】
図５を参照すると、規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）が、（８）式によって示される範囲では、アモルファスＳｉ薄膜は、概ね、１０-5Ｓ／ｃｍ以上の高い光導電率を示しており、規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）を（８）式で示される範囲に規定することによって、成膜速度を高めることができ、かつ、薄膜の品質も向上させることができることが明らかとなった。また、暗導電率についても、規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）が（８）式で示される範囲にある場合に高い値を示している。
【００５２】
この結果を説明する理由としては、（８）式にて規定される範囲内では、成膜速度Ｒがほぼ飽和成膜速度Ｒｓに至っているために、（４）式に示すように、プラズマ空間に供給されたＳｉＨ4分子の大半が解離されて、プラズマ空間内のＳｉＨ4分子の実効的な密度が小さくなっており、この結果、生成された反応種と、ＳｉＨ4分子との２次反応が抑制されているためと考えられる。また、規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）が高すぎないために、ＳｉＨ、ＳｉＨ2等のＳｉ薄膜にとって望ましくないラジカルの生成が抑制されていることが考えられる。尚、（８）式にて規定される範囲内の規格化電力密度において高品質の薄膜が形成される事については、図７に示す光学ギャップの測定結果からも確認する事ができる。
【００５３】
図７は、規格化電力密度（（Ｗ／ａ）Ｖｒ）と、アモルファスＳｉ薄膜の光学ギャップＥｏｐｔとの関係を示すグラフであり、この図７中には、高速成膜と薄膜の高品質化とを実現する上式（８）の規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）の範囲も併せて示している。なお、光学ギャップＥｏｐｔは、以下の（９）式から求めた。ただし、（９）式において、αはアモルファスＳｉ薄膜の光吸収係数、ｈはプランク定数、νは光の振動数、Ｂは定数を表している。
【００５４】
（α・ｈ・ν）1/3＝Ｂ1/3・（ｈ・ν−Ｅｏｐｔ）          （９）
図７を参照して、光学ギャップＥｏｐｔは、規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）の増加に伴って減少し、その後、（８）式を満たす範囲内において、ほぼ一定値をとっている。そして、（８）式の範囲を超えてさらに規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）を増加させると、再び、光学ギャップＥｏｐｔが減少している。
【００５５】
この結果については以下のように解釈する事ができる。すなわち、上式（８）の下限以上にまで規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）を増加させると、上記した２次反応に基づく高次シランの生成が抑制されて、これによって、薄膜内に取り込まれる水素濃度が減少するために光学ギャップＥｏｐｔが減少する。そして、十分に膜中水素濃度が低減された（８）式の範囲内においては、規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）を増加させても、光学ギャップＥｏｐｔはほとんど変化しない。しかしながら、規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）を上式（８）の上限よりも高めると、ＳｉＨ、ＳｉＨ2などの薄膜にとって望ましくないラジカルが生成され、このようなラジカルの影響により薄膜中のネットワークに乱れが生じるために、光学ギャップＥｏｐｔが減少する。高品質の薄膜とは、膜中に含まれる水素濃度が低く、またネットワークに乱れのないものであるから、これらを満たす上式（８）の範囲内の規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）で成膜されたアモルファスＳｉ薄膜が高品質の薄膜である事が、光学ギャップＥｏｐｔによっても確認する事ができる。そして、上式（８）にて規定される規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）は、「規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）を増加させた場合に、光学ギャップＥｏｐｔが一旦減少した後にほぼ一定値をとるような規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）」とも表現する事ができる。
【００５６】
（実施例２）
上記の実施例１では、不活性ガスとしてＨｅを用い、また、Ｈ2／ＳｉＨ4比＝１０の場合における実験結果について説明した。本実施例２では、不活性ガスとして、ＨｅとＡｒとの混合ガスを用い、また、Ｈ2／ＳｉＨ4比を実施例１に対して変化させた場合における実験結果について説明する。
【００５７】
図６は、図４と同様にして、電力密度（Ｗ／ａ）を回転電極の周速度Ｖｒで規格化した規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）を横軸に、成膜速度Ｒを（ＳｉＨ4ガス分圧Ｐｒ）×（周速度Ｖｒ）で規格化した規格化成膜速度（Ｒ／（Ｐｒ・Ｖｒ））をそれぞれとり、不活性ガスの種類と、Ｈ2／ＳｉＨ4比をそれぞれ変更した場合の結果について示すグラフである。なお、図６中には、高速成膜と薄膜の高品質化とを実現する上式（８）の規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）の範囲も併せて示している。
【００５８】
図６のグラフに示す〇プロットは、実施例１の図４に示す結果（Ｈ2／ＳｉＨ4＝１０、不活性ガス：Ｈｅ）を転記したものであり、△プロットは、不活性ガスとして実施例１と同じＨｅを用い、Ｈ2／ＳｉＨ4比を１とした結果を示している。また、▲プロットは、不活性ガスとして、ＨｅとＡｒとの混合ガス（Ａｒ／Ｈｅ＝０．１１）を用い、Ｈ2／ＳｉＨ4比を△プロットと同じく１とした結果を示している。
【００５９】
図６を参照すると、Ｈ2／ＳｉＨ4比及び不活性ガスの種類を変更した場合も、規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）が上記の（８）式で規定される範囲にあれば、規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）の増加に対して、規格化成膜速度（Ｒ／（Ｐｒ・Ｖｒ））は、飽和状態に達しており、ほとんど変化しないことが分かった。この結果、（８）式にて規定される高速成膜と薄膜の高品質化とを実現する規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）の範囲は、Ｈ2／ＳｉＨ4比及び不活性ガスの種類が異なっても、同じであると考えられる。ただし、Ｈ2／ＳｉＨ4比を小さくした場合には、規格化成膜速度（Ｒ／（Ｐｒ・Ｖｒ））は、若干小さくなる傾向が認められる。
【００６０】
また、図８は、図７と同様に、規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）と光学ギャップＥｏｐｔとの関係を示しており、不活性ガスの種類とＨ2／ＳｉＨ4比をそれぞれ変更した場合のグラフである。図８中の各シンボルの意味は、それぞれ図６中の各シンボルの意味と同じである。図８を参照して、Ｈ2／ＳｉＨ4比及び不活性ガスの種類を変更しても、規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）が上記の（８）式で規定される範囲内にあれば、規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）を増加させても光学ギャップＥｏｐｔがほぼ一定値をとっており、実施例１に記載したように高品質の薄膜が形成されている事が読みとれる。また、図８中の△プロットと▲プロットとを比較して、不活性ガスにＡｒを含めた場合には、Ｈｅのみを用いた場合に比べて光学ギャップＥｏｐｔを小さくできる事が分かる。また、△プロットと〇プロットとを比較して、Ｈ2／ＳｉＨ4比を大きくする事により、光学ギャップＥｏｐｔを小さくできる事が分かる。
【００６１】
以上の結果から、（８）式にて規定される高速成膜と薄膜の高品質化とを実現するための規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）は、Ｈ2／ＳｉＨ4比及び不活性ガスの種類に対して、普遍性のあるものであることが確認できた。そして、更に、不活性ガスにＡｒを含めた場合、およびＨ2／ＳｉＨ4比を大きくした場合に、光学ギャップＥｏｐｔを小さくできるという効果を確認できた。
【００６２】
なお、ギャップｇについては、２００μｍに固定して実験を行ったが、ギャップｇが異なって、このためにプラズマ空間へのＳｉＨ4ガス分子の供給量が異なったとしても、ガスの流速が同じであれば、ＳｉＨ4分子がプラズマ空間内に滞在する時間は同じであるため、ギャップｇを変更しても、上記（８）式により規定される規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）の範囲は、同様に適用することができると考えられる。
【００６３】
（実施例３）
この実施例３では、本発明の薄膜製造方法によって成膜したアモルファスＳｉ薄膜を用いて、ＰＩＮ型太陽電池を作製した結果について説明する。
【００６４】
本実施例３にて作製されたＰＩＮ型太陽電池は、Ｐ層及びＮ層には、一般的な特性を有するものを用い、Ｉ層のみを本発明の薄膜製造方法に基づいて成膜した。
【００６５】
ここで、Ｉ層のアモルファスＳｉ薄膜の成膜には、図１に示す薄膜製造装置を用い、成膜用ガスとしては、不活性ガスであるＨｅガスと、反応ガスであるＳｉＨ4とＨ2との混合ガスとを混合したものを用いた。
【００６６】
また、薄膜製造装置のチャンバ１０内の成膜用ガスの圧力を７６０Ｔｏｒｒ、ＳｉＨ4のガス分圧を３．８Ｔｏｒｒ、Ｈ2のガス分圧を３．８Ｔｏｒｒとした。回転電極１には、Ａｌ製の材質で、直径が０．３ｍ、長さａ（中心軸方向の長さ）が０．１ｍのドラム形状のものを用い、その周速度を２７ｍ／ｓに設定した。
【００６７】
この成膜条件において、規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）が（８）式の条件を満たすように、８００Ｗの電力（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ＝３００（Ｗ／ｍ2・ｓ））を回転電極１に供給した。
【００６８】
上記条件により作製された太陽電池の特性を評価したところ、Ｉ層の成膜速度が、約６０ｎｍ／ｓの高速成膜でありながら、平行平板型プラズマＣＶＤ装置（Ｉ層の成膜速度：０．１ｎｍ／ｓ）により作製した太陽電池にほぼ匹敵する（約８割）変換効率が得られた。
【００６９】
この結果、本発明の薄膜製造方法を用いることによって、良好な膜質を維持しながら、高速成膜を実現できることが、デバイス特性としても確認することができた。
【００７０】
上記の各実施例１〜３では、放電電極としてドラム状の回転電極を用いた結果について説明した。
【００７１】
しかしながら、本発明の薄膜製造方法は、放電電極の表面が高速に移動する事によって成膜用ガスをプラズマ空間に供給するものであれば、放電電極は上記の回転電極に限らない。例えば、無端状の金属電極が２個のローラの高速回転によって一方向に高速移動するような構成とした放電電極を用いた場合にも、本発明は適用可能である。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の薄膜製造方法は、基板に対向する表面が該基板に対して相対的に移動可能になっている放電電極を用い、該放電電極に電力を供給することにより成膜用ガスに基づくプラズマを発生させ、該プラズマにより前記基板上に薄膜を形成する場合に、放電電極の表面の基板に対する移動速度Ｖｒ（ｍ／ｓ）、放電電極の表面の移動方向に対して垂直な方向におけるプラズマ発生領域の長さａ（ｍ）、放電電極に供給される電力Ｗ（ｗ）の各値を、
１５０（Ｗ／ｍ2・ｓ）≦（Ｗ／ａ）／Ｖｒ≦６００（Ｗ／ｍ2・ｓ）
となる関係を満たすように設定することにより、良好な膜質を維持しながら、成膜速度を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄膜製造方法を実施するために使用される薄膜製造装置の概略を示す概略図である。
【図２】本発明の実施例１の実験結果を示すグラフであり、横軸に供給電力Ｗ、縦軸に成膜速度Ｒを表し、回転電極の周速度Ｖｒを変化させた場合のそれぞれの関係を示している。
【図３】本発明の実施例１の実験結果を示すグラフであり、横軸に供給電力Ｗ、縦軸に成膜速度Ｒを表し、ＳｉＨ4の分圧Ｐｒを変化させた場合のそれぞれの関係を示している。
【図４】本発明の実施例１の実験結果を示すグラフであり、横軸に規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）、縦軸に規格化成膜速度（Ｒ／（Ｐｒ・Ｖｒ））を表し、これらの関係を示している。
【図５】本発明の実施例１の実験結果を示すグラフであり、規格化電力密度と光導電率及び暗導電率との関係を表している。
【図６】本発明の実施例２の実験結果を示すグラフであり、横軸に規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）、縦軸に規格化成膜速度（Ｒ／（Ｐｒ・Ｖｒ））を表し、Ｈ2／ＳｉＨ4比及び不活性ガスの種類を変更した場合のこれらの関係を示している。
【図７】本発明の実施例１の実験結果を示すグラフであり、規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）と光学ギャップＥｏｐｔとの関係を表している。
【図８】本発明の実施例２の実験結果を示すグラフであり、規格化電力密度（（Ｗ／ａ）／Ｖｒ）と光学ギャップＥｏｐｔとの関係を表している。
【符号の説明】
１  回転電極
１ａ  外周面
４  基板
５  基板ホルダ
６  高周波電源
１０  チャンバ
【図１】
0004165855.tif 000002
【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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