(57)【要約】      （修正有）【課題】欠陥が低く、高次シランの混入のない高品質なアモルファスシリコン薄膜を得ることができるプラズマＣＶＤ装置、及びプラズマＣＶＤ法を提供する。【解決手段】プラズマＣＶＤ装置は、真空容器２と、該真空容器２内の真空度を保持する排気系と、被成膜基板５を置くための接地電極４と、該被成膜基板５を加熱するための加熱機構７と、原料ガスを供給可能な放電電極３と、該原料ガスにプラズマを発生させるために該放電電極３に高周波電力を印加する高周波電源９と、を備えた平行平板型プラズマＣＶＤ装置１において、該放電電極３には該真空容器２内に原料ガスを供給するための凹部８が設けられており、該凹部８の壁面には原料ガスを凹部内に供給するための原料ガス供給孔が設けられており、該原料ガス供給孔は原料ガスを該凹部８内に凹部の壁面の方向に向けて放出するように形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、
該真空容器内の真空度を保持する排気系と、
被成膜基板を置くための接地電極と、
該被成膜基板を加熱するための加熱機構と、
原料ガスを供給可能な放電電極と、
該原料ガスにプラズマを発生させるために該放電電極に高周波電力を印加する高周波電源と、を備えた平行平板型プラズマＣＶＤ装置において、
該放電電極には該真空容器内に原料ガスを供給するための凹部が設けられており、該凹部の壁面には原料ガスを凹部内に供給するための原料ガス供給孔が設けられており、該原料ガス供給孔は原料ガスを該凹部内に凹部の壁面に向けて放出するように形成されているプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記原料ガスを供給するための凹部の直径をＤ（ｍｍ）、深さをＨ（ｍｍ）としたとき、２ｍｍ≦Ｄ≦３０ｍｍ、かつ、Ｄ≦Ｈ≦５Ｄである請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記放電電極に、該放電電極を加熱する加熱機構を有する請求項１又は２に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記原料ガスを供給するための凹部の開口側に、凹部の開口の開孔率を制限するための表面プレートが設けられた請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】
真空容器内を真空に保持し、
放電電極から原料ガスを供給し、
放電電極に高周波電力を印加して原料ガスにプラズマを発生させ、
接地電極に置かれて加熱されている被成膜基板に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ法において、
該放電電極には該真空容器内に原料ガスを供給するための凹部が設けられており、該凹部の壁面から凹部内に凹部の壁面に向けて原料ガスを放出するプラズマＣＶＤ法。
【請求項６】
請求項５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】
本発明はプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法に関するものである。特にシリコン薄膜太陽電池や、薄膜トランジスタなどに利用される高品質なアモルファスシリコン薄膜を形成する、ためのプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法に関するものである．
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池に用いられるようなアモルファスシリコン薄膜を作製するための技術としてプラズマＣＶＤ法が採用されている。このような従来のプラズマＣＶＤ装置を図３に示す．図３に示す従来のプラズマＣＶＤ装置１には真空度を保持する排気系を備えた真空容器２内には放電電極３と、基板を保持する接地電極４が設置されている。接地電極４上には基板５が保持されており、接地電極４の内部には基板を加熱するための加熱機構７が内蔵されている。原料ガスは放電電極３内部へと絶縁物を介しガス供給管１０により供給され、放電電極３の内部を通じシャワープレート１３より、基板５上へ均一に導入される。また放電電極３には高周波電源９が接続されており、排気系により一定の圧力に保持し、放電電極３に高周波電力を印加してプラズマを発生させ、基板表面にアモルファスシリコン薄膜を形成する。
【０００３】
このようなアモルファスシリコン薄膜の形成に際し、高品質な膜を得るためには、未結合種である欠陥（ダングリングボンド）が少なく、高次シラン（（ＳｉＨ２）ｎ：ｎ＝２〜５）の取り込みを抑制しなければならない。その欠陥を抑制する手段として基板表面温度は２２０℃から２５０℃が好適であるとされている（非特許文献１）。これはこの範囲より低温であると成膜中のアモルファスシリコン薄膜表面での表面反応が抑制され、欠陥の多い膜となってしまい、またこれより高温となると表面からの水素の脱離が発生し欠陥が多くなったり、太陽電池を作製する際に下地へのダメージが問題になったりするからである。またプラズマ中のガス温度も重要な因子である。これはプラズマ中のガス温度が低下すると、高次シランを生成する際に起こる３体反応が促進され膜中への高次シランの取り込みが懸念されるからである（非特許文献２）。この高次シランはアモルファスシリコンの光劣化を引き起こすものとして膜中への取り込みは出来るだけ抑えられなければならない。
【０００４】
このような問題を解決するためにいくつかの手段が提案されている。例えば特許文献１ではプラズマ雰囲気中に導入する反応ガスを加熱し、基板を加熱することにより、基板温度の低下を抑制する方法が開示されている（特許文献１）。さらに電極中に導入するガス温度を変化させることにより、基板の表面温度を制御する手段等が開示されている（特許文献２）。
【非特許文献１】A.Matsuda et al. Solar Energy Materials & Sollar Cells 78 (2003) 3-26
【非特許文献２】Madoka Takai et al. APPLIED PHYSICS LETTERS 77 (2000) 2828
【特許文献１】特開平８−９１９８７号公報
【特許文献２】特開２０００−２７３６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のようにガス加熱を行ったとしても、シャワーヘッド内から真空チャンバ内にガスを導入しようとすると流速は数ｍ／ｓ以上となり、ガス加熱を行おうとしても加熱機構の能力が現実的ではないという問題がある。また基板として一般的に用いられるガラスは熱伝導度の低い材料である。そのため設置する電極を加熱し、ガラス裏面より加熱しても、表面がガスにより冷やされた場合、ガラス表層の温度が下がってしまうことは十分考えられる。またいくら加熱が可能であったとしてもシャワーヘッド内から真空容器内に導入された際に圧力差によって断熱膨張をおこし、周囲の温度を下げてしまうことが予想される。
【０００６】
本発明は上記のような事情を鑑みてなされたものであり、欠陥が低く、高次シランの混入のない高品質なアモルファスシリコン薄膜を得ることを目的とする。
【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、本発明のプラズマＣＶＤ装置は、
真空容器と、
該真空容器内の真空度を保持する排気系と、
被成膜基板を置くための接地電極と、
該被成膜基板を加熱するための加熱機構と、
原料ガスを供給可能な放電電極と、
該原料ガスにプラズマを発生させるために該放電電極に高周波電力を印加する高周波電源と、を備えた平行平板型プラズマＣＶＤ装置において、
該放電電極には該真空容器内に原料ガスを供給するための凹部が設けられており、該凹部の壁面には原料ガスを凹部内に供給するための原料ガス供給孔が設けられており、該原料ガス供給孔は原料ガスを該凹部内に凹部の壁面に向けて放出するように形成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明のプラズマＣＶＤ法は、
真空容器内を真空に保持し、
放電電極から原料ガスを供給し、
放電電極に高周波電力を印加して原料ガスにプラズマを発生させ、
接地電極に置かれて加熱されている被成膜基板に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ法において、
該放電電極には該真空容器内に原料ガスを供給するための凹部が設けられており、該凹部の壁面から凹部内に凹部の壁面に向けて原料ガスを放出することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、原料ガスが放電電極の凹部内に凹部の壁面に向けて放出されることにより、原料ガス流が直接基板に到達するのを防ぎ、原料ガス流が被成膜基板から熱を奪うことを防ぎ、被成膜基板表面温度の低下を防ぐことができる。その結果、低欠陥密度でかつ、高次シランの混入のない高品質なアモルファスシリコン薄膜を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。
【００１１】
［第一実施の形態］
図１は本発明の第一実施の形態によるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。本発明のプラズマＣＶＤ装置１には、真空度を保持する排気系を備えた真空容器２と、真空容器２内には放電電極３と、被成膜基板５が置かれる接地電極４が設置されている。被成膜基板５は接地電極４上に動かないように置かれていればよく、例えば接地電極４に座繰りを設けて被成膜基板５をその中に置いたり、別の治具で被成膜基板５を接地電極４に押し付けてもよい。また接地電極４の内部には被成膜基板５を加熱するための加熱機構７が内蔵されている。図１では加熱機構７は接地電極４に内蔵されているが、接地電極を介さずに直接に被成膜基板を加熱する加熱機構を設けてもよい。ただし、真空中では気体を通じた熱伝達が難しいので、加熱機構を設置電極に内蔵するのが効果的な構造である。さらに、放電電極３の内部には放電電極を加熱する加熱機構６が内蔵されていることも好ましい。放電電極３の表面には円筒状の穴が配置され、凹部８を形成している。原料ガスは放電電極３内部へと絶縁物を介しガス供給管１０により供給され、放電電極３の内部を通じ電極表面の凹部８壁面から同じ凹部８内の別の場所の壁面へ向けて放出され、凹部８内つまり真空容器内に導入される。このようにして、原料ガスを放電電極３の凹部８へと導入し、排気系により一定の圧力に保持した後、放電電極３に接続されている高周波電源９により高周波電力を印加してプラズマを発生させ、被成膜基板表面に薄膜を形成する。
【００１２】
このような構成で薄膜を成膜すると、低温の原料ガスが一旦凹部８内にたまり、被成膜基板に直接噴射されるのが防がれるため、熱導電率の低いガラス基板等であっても表面温度を下げることなく成膜が可能である。その結果、薄膜の成長表面での表面反応が促進され欠陥が少ない膜が得られるものと考えられる。また、凹部８内に原料ガスがたまるので、さらに放電電極３を加熱することで原料ガスを効率的に加熱することが可能である。
【００１３】
凹部８の直径は２ｍｍ以上３０ｍｍ以下が好ましく、さらに好ましくは５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、放電圧力により凹部８に放電が入り込まない範囲で適宜選択可能である。また凹部８の深さは、凹部８の直径をＤ（ｍｍ）としたときに、Ｄ以上５Ｄ以下であることが好ましい。凹部８深さがＤ以上であれば、導入された原料ガスが凹部内を十分に拡散するので好ましい。凹部８深さが深くても効果の発現上問題はないが電極が大きくなるので、現実的には凹部８深さの上限は５Ｄ程度である。
【００１４】
［第二実施の形態］
図２は本発明の好ましい第二実施の形態によるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。本発明の第一実施の形態との違いは、さらに放電電極３の凹部８の開口側に、凹部８の開口の開孔率を制限するものとして貫通孔を有する表面プレート１１を設置した。開孔率を制限する目的としては、凹部へ放電が集中することを防ぐためである。凹部へ放電が集中すると凹部内部での電子温度が上昇し、原料ガスの過剰な分解や、ガス導入穴へ膜が付着してしまう。その結果、被成膜基板上にできる薄膜に特性のムラができてしまう。開孔率に関しては凹部８直径より小さなものであれば制限がないがあまり小さいと基板表面上へ向かう流速が大きくなってしまうため、放電が凹部８に入り込まない範囲で出来るだけ大きなものが良い。このようにして、原料ガスを放電電極３の凹部８の壁面へと導入し、排気系により一定の圧力に保持した後、放電電極３に接続されている高周波電源９により高周波電力を印加してプラズマを発生させ、被成膜基板表面に薄膜を形成する。
【００１５】
また表面プレートに施されている凹部８へのプラズマの進入を防ぐ手段として貫通孔でなく、同様の理由で凹部直径を狭めるためのパンチングプレート状のものでもかまわない。
【００１６】
このような構成で薄膜を成膜すると、第一実施形態と同様の優れた薄膜が得られ、さらに凹部への放電の集中を防げるので、凹部の形状自由度も上げることができる。
【実施例】
【００１７】
次に第一実施の形態のプラズマＣＶＤ装置、第二実施の形態のプラズマＣＶＤ装置、従来のプラズマＣＶＤ装置を用いて基板上へアモルファスシリコン薄膜を形成した場合の結果について説明する。欠陥密度は石英上へ成膜したアモルファスシリコン薄膜をＥＳＲを用いて測定した。また高次シランの混入の指標としてシリコン基板に成膜したアモルファスシリコン薄膜をＦＴＩＲを用いて（ＳｉＨ２）密度を測定した。
【００１８】
（実施例１）
図１に示される第一実施形態のプラズマＣＶＤ装置を用いてアモルファスシリコン薄膜を形成した。放電電極３は１５０ｍｍ角、放電電極３と基板５との距離は３０ｍｍとした。放電電極３表面に形成される凹部８の中心の間隔は２０ｍｍとし、６列×６列配置した。凹部８は直径８ｍｍ、深さ２０ｍｍとした。放電電極３および、接地電極４の加熱源の温度は放電電極３を２５０℃、接地電極４が２４０℃とした。放電には６０ＭＨｚの高周波を用い高周波パワー密度０．１Ｗ／ｃｍ２、ＳｉＨ４流量１５ｓｃｃｍ、水素流量５０ｓｃｃｍ、真空容器内の圧力を３０Ｐａとして４０ｍｍ範囲に厚さ４０００Åのアモルファスシリコン薄膜を形成した。このとき得られたアモルファスシリコン薄膜の欠陥密度は５×１０１５ｃｍ−３であり、（ＳｉＨ２）密度は１％以下であった。
【００１９】
（比較例１）
図３に示される従来のプラズマＣＶＤ装置を用いてアモルファスシリコン薄膜を形成した。放電電極３は１５０ｍｍ角、放電電極３と基板５との距離は３０ｍｍとした。放電電極３および、接地電極４の加熱源の温度は放電電極３を２５０℃、接地電極４が２４０℃とした。放電には６０ＭＨｚの高周波を用い高周波パワー密度０．１Ｗ／ｃｍ２、ＳｉＨ４流量１５ｓｃｃｍ、水素流量５０ｓｃｃｍ、真空容器内の圧力を３０Ｐａとして４０ｍｍ範囲に厚さ４０００Åのアモルファスシリコン薄膜を形成した。このとき得られたアモルファスシリコン薄膜の欠陥密度は８×１０１５ｃｍ−３であり、（ＳｉＨ２）密度は４％であった。
【００２０】
（実施例２）
図２に示される第二実施形態のプラズマＣＶＤ装置を用いてアモルファスシリコン薄膜を形成した。凹部８の開口側に、凹部８の開口の開孔率を制限する直径６ｍｍの貫通孔を有する表面プレートを設置した。真空容器内の圧力を１００Ｐａとし、それ以外の成膜条件は実施例２と同様にしてアモルファスシリコン薄膜の成膜を行った。特定の凹部にプラズマが集中することもなく、均一な放電が確認された。このとき得られたアモルファスシリコン薄膜の欠陥密度は７×１０１５ｃｍ−３であり、（ＳｉＨ２）密度は１％以下であった。    
【００２１】
（まとめ）
実施例１および比較例１との比較から明らかなように、同一条件で成膜されているのにも関わらず、本発明にかかる第一実施形態に示されるプラズマＣＶＤ装置を用いると、アモルファスシリコン薄膜中の欠陥密度および（ＳｉＨ２）密度が低く抑えられることが分かる。
【００２２】
また、実施例２より、本発明にかかる第二実施形態に示されるプラズマＣＶＤ装置においては、真空容器内の圧力を高くした場合においても、均一な放電が得られ、アモルファスシリコン薄膜中の欠陥密度および（ＳｉＨ２）密度が低く抑えられることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明にかかる第一実施形態によるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明にかかる第二実施形態によるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。
【図３】従来のプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  プラズマＣＶＤ装置
２  真空容器
３  放電電極
４  接地電極
５  基板
６  放電電極加熱機構
７  基板加熱機構
８  放電電極上に設けられた凹部
９  高周波電源
１０  ガス供給管
１１  表面プレート
１２  開口率制御部
１３  シャワープレート
【図１】
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【図２】
2009239160.tif 000004
【図３】
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