(57)【要約】      （修正有）【課題】シランプラズマ中の発電性能を低下させるＳｉＨ２ラジカルの発生を減少させ、さらに成膜時の基板温度低下を防止させることで、優れた膜質を有する半導体薄膜を製造できるプラズマＣＶＤ装置を提供する。【解決手段】プラズマＣＶＤ装置は、チャンバー１と、該チャンバー１内部を減圧下に保つ排気装置と、電力を供給されることで原料ガスにプラズマを発生させる複数の放電電極１５ａ，１５ｂと、隣り合う該放電電極１５ａ，１５ｂのそれぞれに極性の異なる交流又は高周波電圧を印加する電源と、隣り合う該放電電極１５ａ，１５ｂの間に原料ガスを導入する原料ガス供給管１７と、該原料ガス供給管１７の出口から、原料ガス流れ方向の延長線上であって、かつ被成膜基板１０が置かれる位置までの間に設けられた障壁と、を有する構成をとるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバーと、
該チャンバー内部を減圧下に保つ排気装置と、
電力を供給されることで原料ガスにプラズマを発生させる複数の放電電極と、
隣り合う該放電電極のそれぞれに極性の異なる交流又は高周波電圧を印加する電源と、
隣り合う該放電電極の間に原料ガスを導入する原料ガス供給管と、
該原料ガス供給管の出口から、原料ガス流れ方向の延長線上であって、かつ被成膜基板が置かれる位置までの間に設けられた障壁と、を有するプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記原料ガス供給管の出口が前記隣り合う放電電極の間にあり、原料ガス流れ方向の延長線上に該隣り合う放電電極の一方の放電電極があるように該原料ガス供給管が向けられており、
前記障壁の代わりに該一方の放電電極自体が障壁を兼ねている請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記原料ガス供給管の出口が前記隣り合う放電電極の間にあり、原料ガス流れ方向の延長線上に該隣り合う放電電極のいずれもがないように該原料ガス供給管が向けられている請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記原料ガス供給管の出口が前記隣り合う放電電極の少なくとも一方の放電電極の表面にあり、原料ガス流れ方向の延長線上に、他方の放電電極があるように該原料ガス供給管が向けられており、
前記障壁の代わりに該他方の放電電極自体が障壁を兼ねている請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】
被成膜基板が置かれる位置から前記放電電極を観察した際の放電電極の形状が、二重の渦巻き形状である請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項６】
被成膜基板が置かれる位置から前記放電電極を観察した際の放電電極の形状が、櫛型形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項７】
チャンバー内部を減圧下に保持し、
隣り合う放電電極の間に原料ガス供給管から原料ガスを導入し、
該隣り合う放電電極のそれぞれに極性の異なる交流又は高周波電圧を印加して該原料ガスにプラズマを発生させ、
該原料ガス供給管の出口から、原料ガス流れ方向の延長線上であって、かつ被成膜基板が置かれる位置までの間に障壁を設け、
該原料ガスを該障壁に衝突させた後に被成膜基板に到達させ、被成膜基板に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ法。
【請求項８】
請求項７に記載のプラズマＣＶＤ法を用いて製造された薄膜付基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜形成用プラズマ成膜装置であり、特にアモルファスシリコン薄膜太陽電池、ディスプレイ用薄膜トランジスタ等の半導体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用いた装置として好適な薄膜形成用プラズマ成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ励起化学気相成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法（以下、プラズマＣＶＤ法という）を用いてアモルファスシリコン薄膜を製造する装置は、従来からいくつか知られている。従来は被成膜基板をのせるステージに対向して放電電極が配置されており、放電電極の表面に設けられた多数の穴から原料ガスを供給して放電される。この技術では、ステージ上の被成膜基板とプラズマとの距離が近くなり、被成膜基板に放電によるダメージが加わり、アモルファスシリコン薄膜の特性を低下させてしまう。さらに、プラズマと被成膜基板の距離が近いため、高品質なアモルファスシリコンの成膜に不必要なＳｉＨ２ラジカルが基板に堆積してしまう。
【０００３】
そこで、被成膜基板から所定の位置にある複数の電極間に原料ガスを供給し、被成膜基板から所定の位置でプラズマを発生させ、高品質なアモルファスシリコンの成膜に必要なラジカルだけを被成膜基板に堆積させる技術が開示されていた（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００１−３３８８８５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術では、原料ガスが被成膜基板に直接到達してしまい、被成膜基板付近の温度低下を促進し、アモルファスシリコン膜の欠陥密度を増加させるため、高品質なアモルファスシリコンができにくくなる。
【０００５】
そこで、本発明は、シランプラズマ中の発電性能を低下させるＳｉＨ２ラジカルが基板上に堆積されにくくし、さらに基板温度を制御しやすくして、優れた膜質を有する半導体薄膜を製造できる製造装置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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のプラズマＣＶＤ装置は以下の構成をとるものである。すなわち、  
チャンバーと、
該チャンバー内部を減圧下に保つ排気装置と、
電力を供給されることで原料ガスにプラズマを発生させる複数の放電電極と、
隣り合う該放電電極のそれぞれに極性の異なる交流又は高周波電圧を印加する電源と、
隣り合う該放電電極の間に原料ガスを導入する原料ガス供給管と、
該原料ガス供給管の出口から、原料ガス流れ方向の延長線上であって、かつ被成膜基板が置かれる位置までの間に設けられた障壁と、を有するプラズマＣＶＤ装置である。  
【０００７】
また、本発明のプラズマＣＶＤ法は以下の手順で行うものである。すなわち、
チャンバー内部を減圧下に保持し、
隣り合う放電電極の間に原料ガス供給管から原料ガスを導入し、
該隣り合う放電電極のそれぞれに極性の異なる交流又は高周波電圧を印加して該原料ガスにプラズマを発生させ、
該原料ガス供給管の出口から、原料ガス流れ方向の延長線上であって、かつ被成膜基板が置かれる位置までの間に障壁を設け、
該原料ガスを該障壁に衝突させた後に被成膜基板に到達させ、被成膜基板に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、シランプラズマ中の発電性能を低下させるＳｉＨ２ラジカルの基板への堆積を減少させ、さらに成膜時の基板温度低下を防止させることで、優れた膜質を有する半導体薄膜を製造できる製造装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のプラズマＣＶＤ装置を図を用いて説明する。
【００１０】
本発明のプラズマＣＶＤ装置は、例えば図１や図３や図４に示したような構成の装置である。図１、図３、図４は本発明にかかるプラズマＣＶＤ装置を横から見た概観断面図である。この装置は、内部でプラズマを発生させるためのチャンバー１を備える。チャンバー１内部には複数の放電電極１５が並んでいる。放電電極１５は二種類あり、二種類の放電電極が交互に並んでいる。そして、図１や図３のように放電電極１５の間、もしくは図５のように放電電極１５自身に原料ガス供給管が備わっている。放電電極１５と被成膜基板１０をのせる基板ステージ１１との距離は一定間隔離れている。このため、複数の電極間の間で横方向の放電が起こりプラズマが発生するが、このプラズマが被成膜基板１０に直接当たりにくくなり、プラズマによる被成膜基板１０へのダメージを低減することができる。また、被成膜基板１０とプラズマとが離れているため、プラズマ中で生成した発電性能を低下させるＳｉＨ２ラジカルの被成膜基板１０への堆積を防ぐことができる。
【００１１】
本発明にかかるプラズマＣＶＤ装置は、原料ガス供給管１７からの原料ガス流れ方向の延長線上に、図３のように原料ガスを受ける障壁や、図１や図４のように障壁の代わりの放電電極１５が存在することが特徴である。このような構成とすることで、被成膜基板１０には直接原料ガスが当たらないため、被成膜基板１０がチャンバー１内に供給された原料ガスにより冷やされにくくなり、発電性能を低下させる欠陥の発生を抑制することができる。
【００１２】
以下、本発明にかかるプラズマＣＶＤ装置の具体例について図を用いて詳細に説明する。
【００１３】
〔本発明の第１のプラズマＣＶＤ装置〕
図１は本発明の第１のプラズマＣＶＤ装置を横から見た概観断面図である。このプラズマＣＶＤ装置は、チャンバー１と、このチャンバー１内に原料ガスを供給する原料ガス供給管１７と、真空排気装置１３と、上記チャンバー１内に収容された放電電極１５と基板ステージ１１、この放電電極に電力を供給する高周波電源１４とから構成されている。前記基板ステージ１１に被成膜基板１０を設置し、この被成膜基板表面に薄膜を形成させる。原料ガス供給管１７の出口は放電電極１５の間にあり、原料ガス供給管１７は正面から見て斜めに傾けてある。原料ガス供給管１７を真下ではなく傾けることで、チャンバー内に供給された原料ガスが被成膜基板１０ではなく、先ず放電電極１５に当たる。つまり、放電電極１５が障壁の役割を果たしている。こうすることで供給された原料ガスが直接被成膜基板１０に達することがないため、被成膜基板１０付近が原料ガスにより冷やされることがなく、発電性能を低下させる欠陥が基板上にできにくくなる。原料ガスは放電電極１５に１回当たれば十分であるが、一旦放電電極１５ではね返った原料ガスが、対向する放電電極１５に再度当たることを繰り返すことも好ましい。原料ガスが放電電極１５に２回以上当たることで、電極と電極の間で原料ガスが拡散され、より被成膜基板１０に到達しにくくなるからである。図２は、図１のプラズマＣＶＤ装置の放電電極を上から見た概観図である。原料ガス供給管１７は放電電極１５の間にスリット状に存在する。もちろん原料ガス供給管１７はスリット状でなくとも、複数の孔が極力間隔を狭めて設けられた構成であってもよい。
【００１４】
〔本発明の第２のプラズマＣＶＤ装置〕
図３は本発明の第２のプラズマＣＶＤ装置の一つを横から見た概観断面図である。前述の第１のプラズマＣＶＤ装置との違いは、原料ガス供給管１７からの原料ガス流れ方向の延長線上で、かつ被成膜基板１０の上方に障壁１８が存在することである。原料ガス供給管１７から流入した原料ガスは、被成膜基板に当たることなく、最初に障壁１８に当たる。プラズマは障壁１８の上方かつ放電電極１５の間で発生する。プラズマが被成膜基板１０に直接当たらないため、発電性能を低下させるＳｉＨ２ラジカルが被成膜基板１０に堆積されにくくなる。また、チャンバー１内に流入した原料ガスは、障壁１８に最初に当たるため、被成膜基板１０に直接原料ガスが当たらないので、被成膜基板１０が原料ガスにより冷やされる確率が減る。
【００１５】
〔本発明の第３のプラズマＣＶＤ装置〕
図４は本発明の第３のプラズマＣＶＤ装置の一つを横から見た概観断面図である。前述の第１のプラズマＣＶＤ装置との違いは、図５のように原料ガス供給管１７が放電電極１５の中にあり、原料ガス供給管の出口が放電電極の表面に存在することである。原料ガス供給管１７を通った原料ガスは放電電極１５間のプラズマ生成空間２に供給される。原料ガス供給管１７からの原料ガス流れ方向の延長線上には対向する放電電極がある。これにより、プラズマを放電電極１５の近傍に閉じ込めることができる。また、供給された原料ガスはまず、他の放電電極１５に当たり、被成膜基板１０に直接当たらないので、被成膜基板１０が供給された原料ガスによって冷やされる確率が減る。
【００１６】
なお、図５では向かい合う二つの放電電極１５の両方から原料ガスを供給しているが、原料ガスの供給は向かい合う放電電極の内のどちらか一方でもいい。好ましくは一方が良い。両方の電極からガスが供給されると、供給されたガス同士が衝突し、電極近傍の圧力が上昇し、良い品質のアモルファスシリコンが得られない場合がある。また、原料ガス流れ方向の延長線上に対向する放電電極があれば、原料ガスが放電電極の表面に対し斜め方向に放出されてもいいが、図５のように原料ガスが放電電極表面に対し垂直方向に放出されることが好ましい。原料ガスが垂直方向に放出されることで、原料ガスがより確実に対向する放電電極に当たるからである。
【００１７】
〔本発明のプラズマＣＶＤ装置の好ましい放電電極形状１〕
図６は本発明にかかる好ましいプラズマＣＶＤ装置の放電電極支持板１６と放電電極１５を下側から見た概略図である。放電電極１５ａと１５ｂが電極支持板１６上を二重に渦を巻いて設置されていることで、均一に発生したプラズマから発生したラジカルが、被成膜基板１０上に均一に輸送されることで、均一な半導体薄膜を得ることができる。
電極表面で縦方向（図６における上下方向）にも横方向（図６における左右方向）にもプラズマが発生するため、より均一にプラズマを面内に分布させることができる。
【００１８】
〔本発明のプラズマＣＶＤ装置の好ましい放電電極形状２〕
図７は本発明にかかる好ましいプラズマＣＶＤ装置の放電電極支持板１６と放電電極１５を下側から見た概略図である。櫛型の放電電極１５ａと１５ｂが電極支持板１６上に交互に設置されていることで、均一に発生したプラズマから発生したラジカルが、被成膜基板１０上に均一に輸送されることで、均一な半導体薄膜を得ることができる。
電極表面で縦方向（図７における上下方向）にも横方向（図７における左右方向）にもプラズマが発生するため、より均一にプラズマを面内に分布させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
以上詳述した本発明によれば、シラン放電プラズマ中の発電性能を低下させるＳｉＨ２ラジカルの被成膜基板への堆積を減少させることができ、原料ガスにより基板が冷やされにくくなるので膜中に欠陥が生成しにくくなるので、優れた半導体薄膜を製造できる。その結果、太陽電池、液晶表示装置の薄膜トランジスタ等に有用なアモルファスシリコン薄膜を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１のプラズマＣＶＤ装置を正面から見た概観断面図。
【図２】本発明の第１のプラズマＣＶＤ装置の放電電極を真下から見た概略図。
【図３】本発明の第２のプラズマＣＶＤ装置を正面から見た概観断面図。
【図４】本発明の第３のプラズマＣＶＤ装置を正面から見た概観断面図。
【図５】本発明の第３のプラズマＣＶＤ装置の放電電極を断面から見た概略図。
【図６】本発明にかかる二重渦巻き形状の放電電極を下側から見た概略図。
【図７】本発明にかかる櫛型形状の放電電極を下側から見た概略図。
【符号の説明】
【００２１】
１…チャンバー、２…プラズマ生成空間、３…ラジカル輸送空間、４…膜成長面、１０…被成膜基板、１１…基板ステージ、１２…基板ヒーター、１３…真空排気装置、１４…高周波電源、１５…放電電極、１６…放電電極支持板、１７…原料ガス供給管、１８…障壁
【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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