[go: up one dir, main page]

JP2010212277A - Film forming apparatus - Google Patents

Film forming apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2010212277A
JP2010212277A JP2009053450A JP2009053450A JP2010212277A JP 2010212277 A JP2010212277 A JP 2010212277A JP 2009053450 A JP2009053450 A JP 2009053450A JP 2009053450 A JP2009053450 A JP 2009053450A JP 2010212277 A JP2010212277 A JP 2010212277A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
gas
hollow discharge
film
forming apparatus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009053450A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Miyazaki
篤 宮崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2009053450A priority Critical patent/JP2010212277A/en
Publication of JP2010212277A publication Critical patent/JP2010212277A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a semiconductor film excellent in crystallinity. <P>SOLUTION: A film forming apparatus includes a processing chamber 10, and a first electrode 21 and a second electrode 25 which are disposed opposing to each other in the inside of the processing chamber 10. A recess portion 22 having a gas inlet port 23 in the inside is provided on the second electrode 25 side of the first electrode 21. The recess portion 22 has a hollow discharging portion 22h configured to improve the electron density in a plasma state of a material gas introduced from the gas inlet port 23, and a buffer portion 22b for promoting a reaction of the material gas dissociated in the hollow discharging portion 22h and supplying the material gas to the inside of the processing chamber 10. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、成膜装置に関するものである。   The present invention relates to a film forming apparatus.

プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法は、プラズマを利用して半導体膜等を成膜する方法として知られており、集積回路、液晶表示パネル、有機エレクトロルミネッセンス素子及び太陽電池等の製造に使用されている。   The plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method is known as a method for forming a semiconductor film or the like using plasma, and is used for manufacturing integrated circuits, liquid crystal display panels, organic electroluminescence elements, solar cells, and the like. Yes.

このプラズマCVD法を用いて成膜を行うプラズマCVD装置は、処理室の内部に互いに対向するように配置されたカソード電極及びアノード電極を備えている。例えば、アノード電極は、処理室の上壁部に配置された基板ホルダー内に設けられ、その基板ホルダーによってカソード電極側の表面にガラス基板等の被処理基板が装着される。カソード電極には、成膜用の原料ガスを処理室内に導入するための複数のガス導入口がアノード電極側に形成されている。   A plasma CVD apparatus for forming a film by using this plasma CVD method includes a cathode electrode and an anode electrode arranged so as to face each other inside a processing chamber. For example, the anode electrode is provided in a substrate holder disposed on the upper wall portion of the processing chamber, and a substrate to be processed such as a glass substrate is mounted on the surface on the cathode electrode side by the substrate holder. In the cathode electrode, a plurality of gas inlets for introducing a source gas for film formation into the processing chamber are formed on the anode electrode side.

このプラズマCVD装置は、アノード電極上に被処理基板を装着して真空ポンプ等で処理室の内部を減圧した状態で、各ガス導入口から原料ガスを処理室内に導入し、カソード電極とアノード電極との間に電圧を印加することにより、発生した電界の絶縁破壊によってグロー放電現象として原料ガスのプラズマ状態を生じさせる。これにより、カソード電極の近傍において比較的強い電界が形成されるカソードシース部やその付近では、原料ガス(気体分子)の解離が促進されてラジカルが生成される。そして、このように生成されたラジカルが、被処理基板にまで拡散し、その基板表面に堆積することにより、薄膜が成膜される。   In this plasma CVD apparatus, a substrate to be processed is mounted on an anode electrode, and the inside of the processing chamber is decompressed with a vacuum pump or the like, and a source gas is introduced into the processing chamber from each gas inlet, and a cathode electrode and an anode electrode By applying a voltage between the two, a plasma state of the source gas is generated as a glow discharge phenomenon by dielectric breakdown of the generated electric field. Thus, dissociation of the source gas (gas molecules) is promoted and radicals are generated in the cathode sheath portion where the relatively strong electric field is formed in the vicinity of the cathode electrode and in the vicinity thereof. The radicals generated in this way diffuse to the substrate to be processed and deposit on the surface of the substrate, thereby forming a thin film.

このプラズマCVD装置として、例えば特許文献1には、各ガス導入口に連通するようにそれら各ガス導入口よりも径の大きい複数のガス吹き出し穴がカソード電極の上側に設けられ、各ガス吹き出し穴の直径がこれら各穴の内面付近に形成されるプラズマシースの距離との関係で適切な大きさに設定された装置が開示されている。そして、これによれば、より安定したプラズマを生成して均一な膜厚及び膜質を有する薄膜を高速で成膜できる、と記載されている。   As this plasma CVD apparatus, for example, in Patent Document 1, a plurality of gas blowing holes larger in diameter than the respective gas inlets are provided on the upper side of the cathode electrode so as to communicate with the respective gas inlets. An apparatus is disclosed in which the diameter is set to an appropriate size in relation to the distance of the plasma sheath formed near the inner surface of each hole. According to this, it is described that a more stable plasma can be generated and a thin film having a uniform film thickness and film quality can be formed at a high speed.

特開2001−155997号公報JP 2001-155997 A

ところで、プラズマCVD装置を用いて形成される薄膜トランジスタ等を高性能化する手段として、アモルファスシリコン膜よりも高いキャリア移動度を有する微結晶シリコン膜(結晶成分と非晶質成分とが混在した状態のシリコン膜)等の結晶質シリコン膜で半導体層を構成することが挙げられる。   By the way, as a means for improving the performance of a thin film transistor formed using a plasma CVD apparatus, a microcrystalline silicon film having a higher carrier mobility than an amorphous silicon film (a state in which a crystalline component and an amorphous component are mixed) For example, the semiconductor layer may be formed of a crystalline silicon film such as a silicon film.

しかし、上述のプラズマCVD装置では、原料ガスの解離により生成されたラジカルが処理室内に拡散しやすいため、結晶成分が生成されるようにラジカル同士の反応が促進され難く、十分な結晶性を有するシリコン膜を成膜することが困難である。   However, in the above-described plasma CVD apparatus, since radicals generated by dissociation of the source gas are likely to diffuse into the processing chamber, the reaction between radicals is difficult to promote so that crystal components are generated, and the crystal CVD has sufficient crystallinity. It is difficult to form a silicon film.

本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、結晶性の良好な半導体膜を成膜することにある。   The present invention has been made in view of such various points, and an object thereof is to form a semiconductor film having good crystallinity.

上記の目的を達成するために、この発明では、第1電極に設けられた凹部が、ガス導入口から導入された原料ガスのプラズマ状態における電子密度を高めるように構成されたホロー放電部と、そのホロー放電部で解離させた原料ガスの反応を促進させて処理室の内部に供給するためのバッファ部とを有しているようにした。   In order to achieve the above object, according to the present invention, a hollow discharge portion in which the concave portion provided in the first electrode is configured to increase the electron density in the plasma state of the raw material gas introduced from the gas introduction port; And a buffer section for promoting the reaction of the source gas dissociated in the hollow discharge section and supplying it to the inside of the processing chamber.

具体的に、本発明に係る成膜装置は、処理室と、上記処理室の内部に互いに対向するように配置された第1電極及び第2電極とを備え、上記第1電極の上記第2電極側に上記処理室の内部に原料ガスを導入するためのガス導入口が設けられ、上記第1電極と上記第2電極との間に電圧を印加することにより上記原料ガスをプラズマ状態にし、該プラズマ状態の原料ガスに被処理基板を晒すことによって該被処理基板に半導体膜を成膜する成膜装置であって、上記第1電極には、上記ガス導入口を内部に有する凹部が設けられ、上記凹部は、上記ガス導入口から導入された上記原料ガスのプラズマ状態における電子密度を高めるように構成されたホロー放電部と、該ホロー放電部で解離させた上記原料ガスの反応を促進させて上記処理室の内部に供給するためのバッファ部とを有していることを特徴とする。   Specifically, a film forming apparatus according to the present invention includes a processing chamber, and a first electrode and a second electrode disposed so as to face each other inside the processing chamber, and the second electrode of the first electrode. A gas inlet for introducing a raw material gas into the inside of the processing chamber is provided on the electrode side, and the raw material gas is brought into a plasma state by applying a voltage between the first electrode and the second electrode, A film forming apparatus for forming a semiconductor film on a substrate to be processed by exposing the substrate to be processed to the plasma source gas, wherein the first electrode is provided with a recess having the gas introduction port therein. And the concave portion promotes a reaction between the hollow discharge portion configured to increase the electron density in the plasma state of the source gas introduced from the gas inlet and the source gas dissociated in the hollow discharge portion. Let the inside of the processing chamber Characterized in that it has a buffer for supplying.

上記構成によると、第1電極にガス導入口を内部に有する凹部が設けられ、その凹部が、ガス導入口から導入された原料ガスのプラズマ状態における電子密度を高めるように構成されたホロー放電部と、そのホロー放電部で解離させた原料ガスの反応を促進させて処理室の内部に供給するためのバッファ部とを有している。そのことにより、ガス導入口から原料ガスを導入すると共に第1電極と第2電極との間に電圧を印加したときに、ホロー放電部でホロー放電が発生し、ホロー放電部内及びその開口付近において、プラズマ状態の原料ガス中の電子密度が高められるため、原料ガス(気体分子)の解離が促進されて高密度のラジカルが生成される。そして、バッファ部において、原料ガスの分散が抑制されることにより、ホロー放電部で生成された原料ガス中のラジカル同士の反応頻度が増加し、結晶成分の生成が促進される。したがって、結晶性の良好な半導体膜が被処理基板に成膜される。   According to the above configuration, the first electrode is provided with a recess having a gas inlet therein, and the recess is configured to increase the electron density in the plasma state of the source gas introduced from the gas inlet. And a buffer part for promoting the reaction of the source gas dissociated in the hollow discharge part and supplying it to the inside of the processing chamber. As a result, when a source gas is introduced from the gas inlet and a voltage is applied between the first electrode and the second electrode, a hollow discharge occurs in the hollow discharge portion, and in the hollow discharge portion and in the vicinity of the opening. Since the electron density in the plasma source gas is increased, dissociation of the source gas (gas molecules) is promoted to generate high-density radicals. In the buffer portion, the dispersion of the raw material gas is suppressed, whereby the reaction frequency between radicals in the raw material gas generated in the hollow discharge portion is increased, and the generation of the crystal component is promoted. Therefore, a semiconductor film with favorable crystallinity is formed on the substrate to be processed.

尚、本明細書においてホロー放電とは、電極に設けられた凹部や貫通孔等の空洞部分において発生し、その空洞部分及び開口付近で原料ガスのプラズマ状態における電子密度(プラズマ密度)が高くなる放電現象のことである。   In this specification, the hollow discharge is generated in a hollow portion such as a recess or a through hole provided in the electrode, and the electron density (plasma density) in the plasma state of the source gas is increased in the vicinity of the hollow portion and the opening. It is a discharge phenomenon.

上記ガス導入口は、上記凹部の底部に形成され、上記ホロー放電部は、上記凹部の底側に相対的に小さい内径で筒状に形成され、上記バッファ部は、上記ホロー放電部に連通するように、上記凹部の開口側に相対的に大きい内径で筒状に形成されていることが好ましい。   The gas inlet is formed at the bottom of the recess, the hollow discharge portion is formed in a cylindrical shape with a relatively small inner diameter on the bottom side of the recess, and the buffer portion communicates with the hollow discharge portion. Thus, it is preferable that it is formed in a cylindrical shape with a relatively large inner diameter on the opening side of the recess.

この構成によると、ホロー放電部が筒状に形成されているため、ホロー放電部が溝状等に形成されている場合に比べて、ホロー放電部でのホロー放電によって原料ガス中の電子密度がより高められ、原料ガスの解離率がより高められる。そして、バッファ部が筒状に形成されていることにより、バッファ部が溝状等に形成されている場合に比べて、バッファ部での原料ガスの分散がより抑制されるため、原料ガス中のラジカル同士の反応頻度がさらに増加し、結晶成分の生成が良好に促進される。   According to this configuration, since the hollow discharge part is formed in a cylindrical shape, the electron density in the source gas is increased by the hollow discharge in the hollow discharge part compared to the case where the hollow discharge part is formed in a groove shape or the like. The dissociation rate of the raw material gas is further increased. Since the buffer portion is formed in a cylindrical shape, the dispersion of the raw material gas in the buffer portion is further suppressed as compared with the case where the buffer portion is formed in a groove shape or the like. The frequency of reaction between radicals further increases, and the generation of crystal components is favorably promoted.

さらに、上記原料ガスの圧力と上記ホロー放電部の内径との積の値は、0.2Pa・m以上且つ1.0Pa・m以下の範囲にあり、上記ホロー放電部の深さは、該ホロー放電部の内径の2倍以上且つ3倍以下の範囲にあることが好ましい。   Further, the product value of the pressure of the source gas and the inner diameter of the hollow discharge portion is in a range of 0.2 Pa · m to 1.0 Pa · m, and the depth of the hollow discharge portion is It is preferably in the range of 2 to 3 times the inner diameter of the discharge part.

仮に、原料ガスの圧力とホロー放電部の内径との積の値が0.2Pa・m未満又は1.0Pa・mよりも大きい場合には、ホロー放電部にホロー放電が発生し難く、原料ガスのプラズマ状態における電子密度が高まり難い。また、仮に、ホロー放電部の深さがそのホロー放電部の内径の2倍未満である場合には、ホロー放電部の内部面積が比較的小さいため、このホロー放電部での原料ガスの解離率が比較的低い。一方、ホロー放電部の深さがそのホロー放電部の内径の3倍よりも大きい場合には、ホロー放電部の深さがそのホロー放電部の内径の3倍以下である場合に比べて、原料ガスの解離率が高まり難い。   If the product of the pressure of the raw material gas and the inner diameter of the hollow discharge part is less than 0.2 Pa · m or larger than 1.0 Pa · m, the hollow discharge part is unlikely to generate a hollow discharge, and the raw material gas It is difficult to increase the electron density in the plasma state. Also, if the depth of the hollow discharge part is less than twice the inner diameter of the hollow discharge part, the internal area of the hollow discharge part is relatively small, so the dissociation rate of the source gas in this hollow discharge part Is relatively low. On the other hand, when the depth of the hollow discharge part is larger than three times the inner diameter of the hollow discharge part, the depth of the hollow discharge part is less than three times the inner diameter of the hollow discharge part. It is difficult to increase the gas dissociation rate.

これに対して、上記構成のように、原料ガスの圧力とホロー放電部の内径との積の値が0.2Pa・m以上且つ1.0Pa・m以下の範囲にあり、ホロー放電部の深さがそのホロー放電部の内径の2倍以上且つ3倍以下の範囲にある場合には、ホロー放電部でホロー放電が確実に発生して原料ガスのプラズマ状態における電子密度が良好に高められ、原料ガスの解離率が十分に高められる。   On the other hand, as in the above configuration, the product of the pressure of the source gas and the inner diameter of the hollow discharge portion is in the range of 0.2 Pa · m to 1.0 Pa · m, and the depth of the hollow discharge portion is Is in the range of not less than 2 times and not more than 3 times the inner diameter of the hollow discharge part, hollow discharge is reliably generated in the hollow discharge part, and the electron density in the plasma state of the source gas is favorably increased, The dissociation rate of the source gas is sufficiently increased.

上記バッファ部の深さは、該バッファ部の内径の2倍以上且つ3倍以下の範囲にあることが好ましい。   The depth of the buffer portion is preferably in the range of 2 to 3 times the inner diameter of the buffer portion.

仮に、バッファ部の深さがそのバッファ部の内径の2倍未満である場合には、バッファ部内で原料ガスが広がる領域(内径)に対して原料ガスの拡散が抑制される距離(深さ)が比較的短いため、原料ガスの反応が十分に促進され難い。一方、バッファ部の深さがそのバッファ部の内径の3倍よりも大きい場合には、バッファ部の深さがそのバッファ部の内径の3倍以下である場合に比べて、原料ガスの反応が促進され難い。   If the depth of the buffer portion is less than twice the inner diameter of the buffer portion, the distance (depth) at which the diffusion of the source gas is suppressed relative to the region (inner diameter) where the source gas spreads in the buffer portion. Is relatively short, it is difficult to sufficiently promote the reaction of the raw material gas. On the other hand, when the depth of the buffer portion is larger than three times the inner diameter of the buffer portion, the reaction of the raw material gas is smaller than when the depth of the buffer portion is not more than three times the inner diameter of the buffer portion. Hard to be promoted.

これに対して、上記構成にように、バッファ部の深さがそのバッファ部の内径の2倍以上且つ3倍以下の範囲にある場合には、バッファ部において原料ガスの反応が十分に促進される。   In contrast, as described above, when the depth of the buffer portion is in the range of 2 to 3 times the inner diameter of the buffer portion, the reaction of the source gas is sufficiently promoted in the buffer portion. The

第1電極は、カソード電極であり、第2電極は、アノード電極であってもよい。   The first electrode may be a cathode electrode, and the second electrode may be an anode electrode.

この構成によっても、カソード電極でのホロー放電であるホローカソード放電がホロー放電部で発生することにより、ホロー放電部内及びその開口付近でプラズマ状態の原料ガス中の電子密度が高められて原料ガス中に高密度のラジカルが生成され、バッファ部において原料ガス中のラジカル同士の反応頻度が増加して結晶成分の生成が促進されて、本発明の作用効果が具体的に奏される。   Even in this configuration, the hollow cathode discharge, which is a hollow discharge at the cathode electrode, is generated in the hollow discharge portion, so that the electron density in the raw material gas in the plasma state is increased in the hollow discharge portion and in the vicinity of the opening thereof, and thus in the raw material gas. In the buffer portion, the frequency of reaction between radicals in the raw material gas is increased and the generation of crystal components is promoted, so that the effects of the present invention are specifically demonstrated.

上記第1電極と上記第2電極との間に上記第2基板に接触させた状態で上記被処理基板を保持する基板保持手段を有していてもよい。   You may have a board | substrate holding means which hold | maintains the said to-be-processed substrate in the state contacted with the said 2nd board | substrate between the said 1st electrode and the said 2nd electrode.

この構成によると、本発明の作用効果が奏されて結晶性の良好な半導体膜を被処理基板に成膜することが可能である。   According to this configuration, it is possible to form a semiconductor film with good crystallinity on the substrate to be processed due to the effects of the present invention.

また、上記第2電極を介して上記第1電極に対向するように上記被処理基板を保持する基板保持手段を有し、上記第2電極には、上記基板保持手段によって保持された被処理基板側に上記原料ガスを流すための貫通孔が形成されていてもよい。   Further, the substrate holding means for holding the substrate to be processed is provided so as to face the first electrode through the second electrode, and the substrate to be processed held by the substrate holding means is provided on the second electrode. A through hole for flowing the source gas may be formed on the side.

この構成によっても、本発明の作用効果が奏されて結晶性の良好な半導体膜を被処理基板に成膜することが可能である。そして、第1電極と第2電極との間で第2基板上に被処理基板を保持した状態において被処理基板に半導体膜を成膜する場合には、プラズマ状態の原料ガス中のイオンが被処理基板の表面に形成される第2電極のシース部で加速され、被処理基板の成膜表面がイオン衝撃によるダメージを受けるのに対して、上記構成によると、被処理基板の表面にシース部が形成されないので、被処理基板の成膜表面へのイオン衝撃が抑制され、高品質な半導体膜を成膜することが可能になる。   Also with this configuration, it is possible to form a semiconductor film with favorable crystallinity on the substrate to be processed due to the effects of the present invention. When a semiconductor film is formed on the substrate to be processed while the substrate to be processed is held on the second substrate between the first electrode and the second electrode, ions in the source gas in the plasma state are not covered. The film is accelerated by the sheath portion of the second electrode formed on the surface of the processing substrate, and the film formation surface of the processing substrate is damaged by ion bombardment. Therefore, ion bombardment on the film formation surface of the substrate to be processed is suppressed, and a high-quality semiconductor film can be formed.

上記貫通孔は、上記原料ガスのプラズマ状態における電子密度を高めるように構成されたホロー放電部を有していることが好ましい。   The through-hole preferably has a hollow discharge portion configured to increase the electron density in the plasma state of the source gas.

この構成によると、第1電極と第2電極との間に電圧を印加したときに、貫通孔のホロー放電部でホロー放電が発生することにより、貫通孔のホロー放電部内及びその開口付近において、原料ガスのプラズマ状態における電子密度が高くなり、未反応の原料ガス(気体分子)の解離が促進されてラジカルがさらに生成されるため、被処理基板への成膜速度が高められる。   According to this configuration, when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode, a hollow discharge is generated in the hollow discharge portion of the through hole, so that in the hollow discharge portion of the through hole and in the vicinity of the opening thereof, Since the electron density in the plasma state of the source gas is increased and the dissociation of the unreacted source gas (gas molecules) is promoted to further generate radicals, the deposition rate on the substrate to be processed is increased.

上記貫通孔のホロー放電部は筒状に形成され、上記原料ガスの圧力と貫通孔のホロー放電部の内径との積の値は、0.2Pa・m以上且つ1.0Pa・m以下の範囲にあり、上記貫通孔のホロー放電部の長さは、該ホロー放電部の内径の2倍以上且つ3倍以下の範囲にあることが好ましい。   The hollow discharge portion of the through hole is formed in a cylindrical shape, and the product value of the pressure of the source gas and the inner diameter of the hollow discharge portion of the through hole is in a range of 0.2 Pa · m to 1.0 Pa · m. The length of the hollow discharge portion of the through hole is preferably in the range of 2 to 3 times the inner diameter of the hollow discharge portion.

仮に、原料ガスの圧力と貫通孔のホロー放電部の内径との積の値が0.2Pa・m未満又は1.0Pa・mよりも大きい場合には、貫通孔のホロー放電部にホロー放電が発生し難く、原料ガスのプラズマ状態における電子密度が高まり難い。また、仮に、貫通孔のホロー放電部の長さがそのホロー放電部の内径の2倍未満である場合には、原料ガスの解離率が比較的低くなる。一方、貫通孔のホロー放電部の長さがそのホロー放電部の内径の3倍よりも大きい場合には、貫通孔のホロー放電部の深さがそのホロー放電部の内径の3倍以下である場合に比べて、原料ガスの解離率が高まり難い。   If the value of the product of the pressure of the source gas and the inner diameter of the hollow discharge portion of the through hole is less than 0.2 Pa · m or greater than 1.0 Pa · m, then hollow discharge occurs in the hollow discharge portion of the through hole. It is difficult to generate and the electron density in the plasma state of the source gas is difficult to increase. In addition, if the length of the hollow discharge portion of the through hole is less than twice the inner diameter of the hollow discharge portion, the dissociation rate of the source gas is relatively low. On the other hand, when the length of the hollow discharge portion of the through hole is larger than three times the inner diameter of the hollow discharge portion, the depth of the hollow discharge portion of the through hole is not more than three times the inner diameter of the hollow discharge portion. Compared to the case, it is difficult to increase the dissociation rate of the source gas.

これに対して、上記構成のように、原料ガスの圧力と貫通孔のホロー放電部の内径との積の値が0.2Pa・m以上且つ1.0Pa・m以下の範囲にあり、貫通孔のホロー放電部の長さがそのホロー放電部の内径の2倍以上且つ3倍以下の範囲にある場合には、貫通孔のホロー放電部でホロー放電が確実に発生して原料ガスのプラズマ状態における電子密度が良好に高められ、原料ガスの解離率が十分に高められる。   On the other hand, as in the above configuration, the product of the pressure of the source gas and the inner diameter of the hollow discharge portion of the through hole is in the range of 0.2 Pa · m to 1.0 Pa · m, and the through hole When the length of the hollow discharge part is in the range of 2 to 3 times the inner diameter of the hollow discharge part, the hollow discharge is reliably generated in the hollow discharge part of the through hole, and the plasma state of the source gas The electron density in is improved satisfactorily, and the dissociation rate of the source gas is sufficiently increased.

さらに、上記貫通孔は、該貫通孔のホロー放電部における上記第1電極側及び該第1電極とは反対側の少なくとも一方に上記原料ガスの反応を促進させるためのバッファ部を有していることが好ましい。   Further, the through hole has a buffer part for promoting the reaction of the source gas on at least one of the first electrode side and the opposite side of the first electrode in the hollow discharge part of the through hole. It is preferable.

この構成によると、貫通孔がホロー放電部の第1電極側にバッファ部を有する場合には、そのバッファ部において、ホロー放電部の第1電極側の開口付近で生成されたラジカル同士の反応頻度が増加し、結晶成分の生成がより促進される。また、貫通孔がホロー放電部の第1電極とは反対側にバッファ部を有する場合には、そのバッファ部において、原料ガスの分散が抑制され、ホロー放電部を介して生成されたラジカル同士の反応頻度が増加し、結晶成分の生成がより促進される。したがって、成膜される半導体膜の結晶性がさらに高められる。   According to this configuration, when the through hole has a buffer part on the first electrode side of the hollow discharge part, the reaction frequency of radicals generated in the vicinity of the opening on the first electrode side of the hollow discharge part in the buffer part. And the generation of crystal components is further promoted. In addition, when the through hole has a buffer part on the opposite side of the first electrode of the hollow discharge part, the dispersion of the source gas is suppressed in the buffer part, and the radicals generated via the hollow discharge part The frequency of reaction increases and the production of crystal components is further promoted. Therefore, the crystallinity of the semiconductor film to be formed is further improved.

そして、上記貫通孔は、該貫通孔のホロー放電部における上記第1電極側及び該第1電極とは反対側に上記バッファ部を有していることが好ましい。   And it is preferable that the said through-hole has the said buffer part in the said 1st electrode side in the hollow discharge part of this through-hole, and the opposite side to this 1st electrode.

この構成によると、ホロー放電部における第1電極側及びその第1電極とは反対側の双方にバッファ部を有していることにより、原料ガス(気体分子)の解離によって生成されたラジカル同士の反応頻度が可及的に増加するため、成膜される半導体膜の結晶性がより一層高められる。   According to this configuration, since the buffer part is provided on both the first electrode side and the opposite side of the first electrode in the hollow discharge part, the radicals generated by dissociation of the source gas (gas molecule) Since the reaction frequency increases as much as possible, the crystallinity of the deposited semiconductor film is further improved.

本発明によれば、第1電極に設けられた凹部が、ガス導入口から導入された原料ガスのプラズマ状態における電子密度を高めるように構成されたホロー放電部と、そのホロー放電部で解離させた原料ガスの反応を促進させて処理室の内部に供給するためのバッファ部とを有しているので、結晶性の良好な半導体膜を成膜できる。   According to the present invention, the concave portion provided in the first electrode is dissociated between the hollow discharge portion configured to increase the electron density in the plasma state of the raw material gas introduced from the gas introduction port, and the hollow discharge portion. In addition, since it has a buffer portion for promoting the reaction of the source gas and supplying it to the inside of the processing chamber, a semiconductor film with good crystallinity can be formed.

実施形態1のプラズマCVD装置を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the plasma CVD apparatus of Embodiment 1 roughly. 実施形態1のプラズマ放電発生部を概略的に示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view schematically showing a plasma discharge generating part of the first embodiment. 実施形態1のカソード電極の一部を概略的に示す平面図である。3 is a plan view schematically showing a part of the cathode electrode of Embodiment 1. FIG. 実施形態1のカソード電極の一部を概略的に示す断面図である。2 is a cross-sectional view schematically showing a part of the cathode electrode of Embodiment 1. FIG. 比較例1のカソード電極の一部を概略的に示す平面図である。6 is a plan view schematically showing a part of a cathode electrode of Comparative Example 1. FIG. 比較例1のカソード電極の一部を概略的に示す断面図である。4 is a cross-sectional view schematically showing a part of a cathode electrode of Comparative Example 1. FIG. 比較例2のカソード電極の一部を概略的に示す平面図である。6 is a plan view schematically showing a part of a cathode electrode of Comparative Example 2. FIG. 比較例2のカソード電極の一部を概略的に示す断面図である。6 is a cross-sectional view schematically showing a part of a cathode electrode of Comparative Example 2. FIG. 実施例のプラズマCVD装置で成膜した各シリコン膜の成分比率を示すグラフ図である。It is a graph which shows the component ratio of each silicon film formed into a film by the plasma CVD apparatus of an Example. 比較例1のプラズマCVD装置で成膜した各シリコン膜の成分比率を示すグラフ図である。6 is a graph showing the component ratio of each silicon film formed by the plasma CVD apparatus of Comparative Example 1. FIG. 比較例2のプラズマCVD装置で成膜した各シリコン膜の成分比率を示すグラフ図である。6 is a graph showing the component ratio of each silicon film formed by the plasma CVD apparatus of Comparative Example 2. FIG. 実施例及び比較例1,2のプラズマCVD装置で成膜した各シリコン膜のSi−H結合に対するSi−H結合の比率を示すグラフ図である。It is a graph which shows the ratio of the Si-H coupling | bonding with respect to the Si-H2 coupling | bonding of each silicon film formed with the plasma CVD apparatus of the Example and the comparative examples 1 and 2. FIG. 実施例及び比較例1,2のプラズマCVD装置で成膜した各シリコン膜の体積抵抗率を示すグラフ図である。It is a graph which shows the volume resistivity of each silicon film formed into a film by the plasma CVD apparatus of an Example and Comparative Examples 1 and 2. FIG. 実施形態2のプラズマCVD装置を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the plasma CVD apparatus of Embodiment 2 roughly. 実施形態2のプラズマ放電発生部を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows the plasma discharge generation | occurrence | production part of Embodiment 2 roughly. 実施形態2のアノード電極の一部を概略的に示す断面図である。6 is a cross-sectional view schematically showing a part of an anode electrode according to Embodiment 2. FIG. 実施形態3のプラズマCVD装置のアノード電極の一部を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly a part of anode electrode of the plasma CVD apparatus of Embodiment 3. その他の実施形態のプラズマCVD装置のアノード電極の一部を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically a part of anode electrode of the plasma CVD apparatus of other embodiment. その他の実施形態のプラズマCVD装置のアノード電極の一部を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically a part of anode electrode of the plasma CVD apparatus of other embodiment.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の各実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments.

《発明の実施形態1》
図1〜図4は、本発明に係る成膜装置の実施形態1を示している。図1は、本実施形態のプラズマCVD装置1を概略的に示す断面図である。図2は、プラズマCVD装置1のプラズマ放電発生部20を概略的に示す斜視図である。図3は、プラズマ放電発生部20のカソード電極21の一部を概略的に示す平面図である。図4は、カソード電極21の一部を概略的に示す断面図である。
Embodiment 1 of the Invention
1 to 4 show Embodiment 1 of a film forming apparatus according to the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a plasma CVD apparatus 1 of the present embodiment. FIG. 2 is a perspective view schematically showing the plasma discharge generator 20 of the plasma CVD apparatus 1. FIG. 3 is a plan view schematically showing a part of the cathode electrode 21 of the plasma discharge generator 20. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a part of the cathode electrode 21.

本実施形態の成膜装置であるプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)装置1は、図1に示すように、ガラス基板等の被処理基板5が内部に配置される処理室10と、処理室10の内部に設けられたプラズマ放電発生部20とを備え、被処理基板5にプラズマ処理を施して薄膜を成膜するように構成されている。   As shown in FIG. 1, a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus 1 that is a film forming apparatus of the present embodiment includes a processing chamber 10 in which a processing target substrate 5 such as a glass substrate is disposed, and a processing chamber 10. A plasma discharge generator 20 provided inside is provided, and a thin film is formed by performing plasma processing on the substrate 5 to be processed.

プラズマ放電発生部20は、図1及び図2に示すように、処理室10内で上下方向に互いに対向するように配置された第1電極であるカソード電極21と第2電極であるアノード電極25とからなる板状の一対の電極を有している。このプラズマ放電発生部20は、カソード電極21とアノード電極25との間に電圧が印加されることにより、発生した電界の絶縁破壊によってグロー放電現象として成膜用の原料ガス(以下、単にガスという)のプラズマ状態を生じさせるように構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the plasma discharge generation unit 20 includes a cathode electrode 21 that is a first electrode and an anode electrode 25 that is a second electrode that are disposed in the processing chamber 10 so as to face each other in the vertical direction. And a pair of plate-like electrodes. The plasma discharge generation unit 20 is applied with a voltage between the cathode electrode 21 and the anode electrode 25, so that a source gas for film formation (hereinafter simply referred to as a gas) as a glow discharge phenomenon due to dielectric breakdown of the generated electric field. ) To generate a plasma state.

アノード電極25は、図1に示すように、処理室10内で上壁部に固定された基板保持手段である基板ホルダー11内に設けられている。この基板ホルダー11は、アノード電極25の下側表面に被処理基板5を装着するように保持することで、その被処理基板5をカソード電極21とアノード電極25との間に保持するように構成されている。また、この基板ホルダー11は、被処理基板5を加熱するヒーター(図示省略)が背面側(図中上側)に設けられており、成膜処理を行う際には被処理基板5を加熱するように構成されている。   As shown in FIG. 1, the anode electrode 25 is provided in a substrate holder 11 that is a substrate holding means fixed to the upper wall portion in the processing chamber 10. The substrate holder 11 is configured to hold the substrate 5 to be processed between the cathode electrode 21 and the anode electrode 25 by holding the substrate 5 to be mounted on the lower surface of the anode electrode 25. Has been. Further, the substrate holder 11 is provided with a heater (not shown) for heating the substrate to be processed 5 on the back side (upper side in the drawing) so that the substrate to be processed 5 is heated when the film forming process is performed. It is configured.

カソード電極21は、アノード電極25の下方に配置されており、処理室10内に設けられたチャンバ状のガス滞留部16上に板状の誘電体部17を介して設けられている。誘電体部17は、酸化アルミニウム等によって構成され、カソード電極21とガス滞留部16とを電気的に分離するために設けられている。   The cathode electrode 21 is disposed below the anode electrode 25, and is provided on a chamber-like gas retention part 16 provided in the processing chamber 10 via a plate-like dielectric part 17. The dielectric portion 17 is made of aluminum oxide or the like, and is provided to electrically separate the cathode electrode 21 and the gas retention portion 16.

カソード電極21には、図2及び図3に示すように、千鳥状に配置された複数の凹部22がアノード電極25側に設けられている。これら各凹部22は、図3に示すように、平面視で円形に形成され、カソード電極21を厚さ方向に貫通するガス導入口23が底部にそれぞれ形成されている。これら各ガス導入口23は、図1に示すように、カソード電極21と共に誘電体部17を貫通し、各凹部22内とガス滞留部16とを連通するように形成されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the cathode electrode 21 is provided with a plurality of recesses 22 arranged in a staggered pattern on the anode electrode 25 side. As shown in FIG. 3, each of these recesses 22 is formed in a circular shape in plan view, and a gas inlet 23 that penetrates the cathode electrode 21 in the thickness direction is formed at the bottom. As shown in FIG. 1, each of these gas inlets 23 is formed so as to penetrate the dielectric portion 17 together with the cathode electrode 21, and to communicate the inside of each recess 22 and the gas retention portion 16.

そして、各凹部22は、図4に示すように、ガス導入口23から導入されたガスのプラズマ状態における電子密度を高めるように構成されたホロー放電部22hと、そのホロー放電部22hで解離させたガスの反応を促進させて処理室10内に供給するためのバッファ部22bとを有している。   Then, as shown in FIG. 4, each recess 22 is dissociated by a hollow discharge part 22h configured to increase the electron density in the plasma state of the gas introduced from the gas inlet 23, and the hollow discharge part 22h. And a buffer portion 22b for promoting the reaction of the gas and supplying the gas into the processing chamber 10.

各ホロー放電部22hは、各凹部22の底側に相対的に小さい内径で筒状に形成され、ガス導入口23の上側開口部分から各凹部22の開口側に向かって拡径する凹面状の底部22tを介してガス導入口23と連通している。これら各ホロー放電部22hは、カソード電極21とアノード電極25との間に電圧を印加したときに、カソード電極21でのホロー放電であるホローカソード放電が発生するように構成され、そのことにより各ホロー放電部22h内及びそれら開口付近でガスのプラズマ状態における電子密度を高めるようになっている。各ホロー放電部22hの内径a1及び深さb1は、処理室10内に導入されるガスの圧力によって規定されている。   Each hollow discharge portion 22 h is formed in a cylindrical shape with a relatively small inner diameter on the bottom side of each recess 22, and has a concave shape that expands from the upper opening portion of the gas inlet 23 toward the opening side of each recess 22. The gas inlet 23 communicates with the bottom 22t. Each of these hollow discharge portions 22h is configured to generate a hollow cathode discharge, which is a hollow discharge at the cathode electrode 21, when a voltage is applied between the cathode electrode 21 and the anode electrode 25. The electron density in the plasma state of the gas is increased in the hollow discharge portion 22h and in the vicinity of the openings. The inner diameter a1 and the depth b1 of each hollow discharge portion 22h are defined by the pressure of the gas introduced into the processing chamber 10.

仮に、導入されるガスの圧力と各ホロー放電部22hの内径a1との積の値が0.2Pa・m未満又は1.0Pa・mよりも大きい場合には、各ホロー放電部22hにホローカソード放電が発生し難く、ガスのプラズマ状態における電子密度が高まり難い。また、仮に、各ホロー放電部22hの深さb1がそれら各ホロー放電部22hの内径a1の2倍未満である場合には、各ホロー放電部22hの内部面積が比較的小さいため、ガスの解離率が比較的低い。一方、各ホロー放電部22hの深さb1がそれら各ホロー放電部22hの内径a1の3倍よりも大きい場合には、各ホロー放電部22hの深さb1がそれら各ホロー放電部22hの内径a1の3倍以下である場合に比べて、ガスの解離率が高まり難い。   If the value of the product of the pressure of the introduced gas and the inner diameter a1 of each hollow discharge portion 22h is less than 0.2 Pa · m or greater than 1.0 Pa · m, each hollow discharge portion 22h has a hollow cathode. It is difficult for discharge to occur, and the electron density in the plasma state of the gas is difficult to increase. Further, if the depth b1 of each hollow discharge portion 22h is less than twice the inner diameter a1 of each hollow discharge portion 22h, the internal area of each hollow discharge portion 22h is relatively small, so that the gas dissociation The rate is relatively low. On the other hand, when the depth b1 of each hollow discharge part 22h is larger than three times the inner diameter a1 of each hollow discharge part 22h, the depth b1 of each hollow discharge part 22h is the inner diameter a1 of each hollow discharge part 22h. The gas dissociation rate is unlikely to increase as compared to the case of 3 times or less.

このことから、各ホロー放電部22hは、導入されるガスの圧力とその内径a1との積の値が0.2Pa・m以上且つ1.0Pa・m以下の範囲にあり、その深さb1が内径a1の2倍以上且つ3倍以下の範囲にあるように形成されている。   Therefore, each hollow discharge portion 22h has a product value of the pressure of the introduced gas and its inner diameter a1 in the range of 0.2 Pa · m to 1.0 Pa · m, and the depth b1 thereof is It is formed so as to be in the range of 2 to 3 times the inner diameter a1.

各バッファ部22bは、ホロー放電部22hに連通するように各凹部22の開口側にホロー放電部22hに対して相対的に大きい内径で筒状に形成され、各ホロー放電部22hの上側開口部分から各凹部22の開口側に向かって拡径した後に同径で延びるように形成されている。これら各バッファ部22bの深さb2は、各バッファ部22bの同径部分の内径a2の大きさによって規定されている。   Each buffer part 22b is formed in a cylindrical shape with a relatively large inner diameter relative to the hollow discharge part 22h on the opening side of each concave part 22 so as to communicate with the hollow discharge part 22h, and an upper opening part of each hollow discharge part 22h. Are formed so as to extend with the same diameter after being expanded toward the opening side of each recess 22. The depth b2 of each buffer portion 22b is defined by the size of the inner diameter a2 of the same diameter portion of each buffer portion 22b.

仮に、各バッファ部22bの深さb2がそれら各バッファ部22bの内径a2の2倍未満である場合には、それら各バッファ部22b内でガスが広がる領域(内径a2)に対してガスの拡散が抑制される距離(深さb2)が比較的短いため、ガスの反応が十分に促進され難い。一方、各バッファ部22bの深さb2がそれら各バッファ部22bの内径a2の3倍よりも大きい場合には、各バッファ部22bの深さb2がそれら各バッファ部22bの内径a2の3倍以下である場合に比べて、ガスの反応が促進され難い。   If the depth b2 of each buffer portion 22b is less than twice the inner diameter a2 of each buffer portion 22b, gas diffusion to the region (inner diameter a2) where the gas spreads in each buffer portion 22b. Since the distance (depth b2) in which the gas is suppressed is relatively short, the gas reaction is hardly promoted sufficiently. On the other hand, when the depth b2 of each buffer portion 22b is larger than three times the inner diameter a2 of each buffer portion 22b, the depth b2 of each buffer portion 22b is not more than three times the inner diameter a2 of each buffer portion 22b. Compared with the case where it is, it is hard to promote reaction of gas.

このことから、各バッファ部22bは、その深さb2が内径a2の2倍以上且つ3倍以下の範囲にあるように形成されている。   From this, each buffer part 22b is formed so that the depth b2 is in the range of not less than twice and not more than three times the inner diameter a2.

また、処理室10の外部には、図1に示すように、プラズマ放電発生部20に電力を供給する高周波電源12と、ガスを処理室10内に供給するガス供給部13と、処理室10内のガスを排出するガス排出部14とが設けられている。   Further, as shown in FIG. 1, a high-frequency power source 12 that supplies power to the plasma discharge generation unit 20, a gas supply unit 13 that supplies gas into the processing chamber 10, and the processing chamber 10 are provided outside the processing chamber 10. A gas discharge part 14 for discharging the gas inside is provided.

高周波電源12は、周波数が13.56MHz等の高周波電圧を発生するように構成されており、カソード電極21に接続されている。一方、アノード電極25は接地されている。尚、高周波電源12は、例えば40MHzや100MHz或いはそれよりも高い高周波電圧を発生するように構成されていてもよい。   The high frequency power supply 12 is configured to generate a high frequency voltage having a frequency of 13.56 MHz or the like, and is connected to the cathode electrode 21. On the other hand, the anode electrode 25 is grounded. The high frequency power supply 12 may be configured to generate a high frequency voltage of 40 MHz, 100 MHz or higher, for example.

ガス供給部13は、ガスボンベ等により構成されており、ガス供給管18を介してガス滞留部16に接続されている。ガス排出部14としては、例えばメカニカルブースターポンプやロータリーポンプ等が用いられる。そして、プラズマCVD装置1は、例えば10〜3000Pa程度の圧力となるようにガスを処理室10内に導入可能に構成され、ガスを、ガス供給部13から一旦ガス滞留部16に供給した後、各ガス導入口23及び凹部22を介してカソード電極21とアノード電極25との間の空間へ供給するようになっている。   The gas supply unit 13 includes a gas cylinder or the like, and is connected to the gas retention unit 16 through a gas supply pipe 18. As the gas discharge part 14, a mechanical booster pump, a rotary pump, etc. are used, for example. The plasma CVD apparatus 1 is configured to be able to introduce a gas into the processing chamber 10 so as to have a pressure of, for example, about 10 to 3000 Pa. After supplying the gas from the gas supply unit 13 to the gas retention unit 16 once, The gas is supplied to the space between the cathode electrode 21 and the anode electrode 25 via each gas inlet 23 and the recess 22.

−成膜方法−
次に、上記プラズマCVD装置1を用いて被処理基板5に成膜を行う方法について説明する。本実施形態では、微結晶シリコン膜を成膜する場合を例に挙げて説明する。
-Film formation method-
Next, a method for forming a film on the substrate 5 to be processed using the plasma CVD apparatus 1 will be described. In this embodiment, a case where a microcrystalline silicon film is formed will be described as an example.

まず、搬送ロボット等を用いて、被処理基板5を処理室10内に搬入し、基板ホルダー11に保持させてアノード電極25表面に装着する。次に、ガス排出部14を駆動させることにより、処理室10の内部を減圧する。その後、ガス排出部14を駆動させた状態でガス供給部13を駆動させることによりガスを処理室10内に導入する。ガスには、例えばモノシランガス(SiH)及び水素ガス(H)が用いられる。このガスは、図1中の矢印6で示すように、ガス供給部13から一旦ガス滞留部16に供給された後に、各ガス導入口23から各凹部22を介して処理室10内に導入される。そして、ガスの導入と共に高周波電源12を駆動させてカソード電極21とアノード電極25との間に高周波電圧を印加することにより、発生した電界の絶縁破壊によってグロー放電現象としてガスのプラズマ状態7を生じさせる。 First, the substrate 5 to be processed is carried into the processing chamber 10 using a transfer robot or the like, held on the substrate holder 11 and mounted on the surface of the anode electrode 25. Next, the inside of the processing chamber 10 is decompressed by driving the gas discharge unit 14. Thereafter, the gas is introduced into the processing chamber 10 by driving the gas supply unit 13 while the gas discharge unit 14 is driven. As the gas, for example, monosilane gas (SiH 4 ) and hydrogen gas (H 2 ) are used. As indicated by an arrow 6 in FIG. 1, the gas is once supplied from the gas supply unit 13 to the gas retention unit 16 and then introduced into the processing chamber 10 from each gas introduction port 23 through each recess 22. The When the high-frequency power source 12 is driven together with the introduction of the gas and a high-frequency voltage is applied between the cathode electrode 21 and the anode electrode 25, the plasma state 7 of the gas is generated as a glow discharge phenomenon due to dielectric breakdown of the generated electric field. Let

このとき、カソード電極21では、各凹部22のホロー放電部22hでホローカソード放電が発生し、各ホロー放電部22h内及びそれら開口付近において、プラズマ状態のガス7中の電子密度が高められる。そのことにより、ガス(気体分子)7の解離が促進されて高密度のラジカルが生成される。そして、各バッファ部22bにおいて、各ホロー放電部22hで生成された高密度のラジカルを含むガス7の分散が抑制されることにより、ガス7中のラジカル同士の反応頻度が増加し、結晶成分の生成が促進される。ここで、図1中の矢印8は、結晶成分を含むガス7の流れを示している。このように生成されたラジカルや結晶成分を含むガス7が被処理基板5にまで流れて被処理基板5がガス7に晒されることにより、その基板表面に未反応のラジカルや結晶成分が堆積して微結晶シリコン膜が成膜される。   At this time, in the cathode electrode 21, hollow cathode discharge is generated in the hollow discharge portion 22h of each concave portion 22, and the electron density in the gas 7 in the plasma state is increased in each hollow discharge portion 22h and in the vicinity of the openings. As a result, dissociation of the gas (gas molecules) 7 is promoted, and high-density radicals are generated. And in each buffer part 22b, the dispersion | distribution of the gas 7 containing the high density radical produced | generated in each hollow discharge part 22h is suppressed, the reaction frequency of the radicals in the gas 7 increases, and a crystal | crystallization component Generation is promoted. Here, the arrow 8 in FIG. 1 shows the flow of the gas 7 containing a crystal component. When the gas 7 containing radicals and crystal components generated in this way flows to the substrate 5 to be processed and the substrate 5 is exposed to the gas 7, unreacted radicals and crystal components are deposited on the surface of the substrate. Thus, a microcrystalline silicon film is formed.

被処理基板5への成膜を終えた後には、高周波電源12及びガス供給部13の駆動をそれぞれ停止し、ガス排出部14を引き続き駆動させるにより処理室10内のガスを排出する。そして、搬送ロボット等を用いて、成膜処理された被処理基板5を基板ホルダー11から取外して処理室10の外部に搬出する。以上により、被処理基板5への成膜処理が完了する。   After the film formation on the substrate 5 to be processed is finished, the driving of the high-frequency power source 12 and the gas supply unit 13 is stopped, and the gas in the processing chamber 10 is discharged by continuing to drive the gas discharge unit 14. Then, using the transfer robot or the like, the substrate 5 to be processed is removed from the substrate holder 11 and carried out of the processing chamber 10. Thus, the film forming process on the substrate to be processed 5 is completed.

−実施例−
次に、本実施形態のプラズマCVD装置1を用いて実際に微結晶シリコン膜の成膜処理を行った実施例について説明する。
-Example-
Next, an example in which a film forming process of a microcrystalline silicon film is actually performed using the plasma CVD apparatus 1 of the present embodiment will be described.

本実施例のプラズマCVD装置1は、カソード電極21の厚さが15.0mmである。各凹部22は、2.9mmのピッチで隣り合うように設けられている。これら各凹部22において、ホロー放電部22hは内径a1が1.2mm且つ深さb1が2.5mmに形成され、バッファ部22bは内径a2が2.2mm且つ深さb2が6.0mmに形成されている。各ガス導入口23は、内径が0.5mm且つ長さが6.5mmに形成されている。また、高周波電源12としては周波数が40MHzの電源を用いて、プラズマ放電発生部20にパルス放電を生じさせて成膜処理を行った。被処理基板5にはガラス基板を適用した。   In the plasma CVD apparatus 1 of the present embodiment, the cathode electrode 21 has a thickness of 15.0 mm. The recesses 22 are provided adjacent to each other at a pitch of 2.9 mm. In each of these recesses 22, the hollow discharge portion 22h has an inner diameter a1 of 1.2 mm and a depth b1 of 2.5 mm, and the buffer portion 22b has an inner diameter a2 of 2.2 mm and a depth b2 of 6.0 mm. ing. Each gas inlet 23 has an inner diameter of 0.5 mm and a length of 6.5 mm. Further, as the high-frequency power source 12, a power source having a frequency of 40 MHz was used, and a pulse discharge was generated in the plasma discharge generator 20 to perform the film forming process. A glass substrate was applied to the substrate 5 to be processed.

本実施例の成膜処理においては、処理室10内の温度を250℃に維持しながら、モノシランガス及び水素ガスを740Paの圧力となるように処理室10内に導入して、ガラス基板5にシリコン膜を成膜した。そして、本実施例では、モノシランガスの流量と水素ガスの流量との比率を変えて、モノシランガスと水素ガスとが異なる比率の各ガスでシリコン膜をそれぞれ成膜した。具体的には、水素ガスの流量を300sccm(standard cubic centimeter per mitute)に一定にしてモノシランガスの流量を変化させることにより、これらガスの比率を、「R=水素ガスの流量/モノシランガスの流量」で導かれるRが250,227,208,192,178,156,147の値をとるように変えた。ここで、「sccm」とは、0℃において毎分流れる立方センチメートル単位の流量である。   In the film forming process of the present embodiment, monosilane gas and hydrogen gas are introduced into the processing chamber 10 so as to have a pressure of 740 Pa while maintaining the temperature in the processing chamber 10 at 250 ° C. A film was formed. In this example, the ratio of the monosilane gas flow rate to the hydrogen gas flow rate was changed, and the silicon film was formed with each gas having a different ratio between the monosilane gas and the hydrogen gas. Specifically, by changing the flow rate of monosilane gas while keeping the flow rate of hydrogen gas constant at 300 sccm (standard cubic centimeter per mitute), the ratio of these gases is expressed as “R = flow rate of hydrogen gas / flow rate of monosilane gas”. The guided R was changed to take values of 250, 227, 208, 192, 178, 156, and 147. Here, “sccm” is a flow rate in cubic centimeters flowing every minute at 0 ° C.

また、比較例として、カソード電極100の各凹部101にバッファ部を有していない比較例1のプラズマCVD装置、及びカソード電極200に各凹部を有していない比較例2のプラズマCVD装置をそれぞれ用いて、実施例と同様にガラス基板5にシリコン膜の成膜処理を行った。これら比較例1,2のプラズマCVD装置は、カソード電極以外の構成は実施例のプラズマCVD装置1と同様である。これら比較例1,2のプラズマCVD装置におけるカソード電極100,200を図5〜図8に示す。   Moreover, as a comparative example, the plasma CVD apparatus of comparative example 1 that does not have a buffer portion in each recess 101 of the cathode electrode 100 and the plasma CVD apparatus of comparative example 2 that does not have each recess in the cathode electrode 200, respectively. In the same manner as in the example, a silicon film was formed on the glass substrate 5. The plasma CVD apparatuses of Comparative Examples 1 and 2 are the same as the plasma CVD apparatus 1 of the embodiment except for the cathode electrode. Cathode electrodes 100 and 200 in the plasma CVD apparatus of Comparative Examples 1 and 2 are shown in FIGS.

比較例1のプラズマCVD装置は、カソード電極100の厚さが9.5mmである。カソード電極100には、図5及び図6に示すように、千鳥状に配置された複数の凹部101がカソード電極100のアノード電極側に設けられ、これら各凹部101の底部にカソード電極100を貫通するガス導入口102が形成されている。各凹部101は、1.9mmのピッチで隣り合うように設けられ、底部101t及びホロー放電部101hで構成されている。これら底部101t及びホロー放電部101hは、実施例のカソード電極21の底部22t及びホロー放電部22hと同様に形成され、ホロー放電部101hは底部101tを介してガス導入口102に連通している。各ホロー放電部101hは、内径xが1.2mmであり、長さyが2.5mmである。各ガス導入口102は、内径が0.5mm且つ長さが6.5mmに形成されている。この比較例1のプラズマCVD装置については、モノシランガスと水素ガスとの比率を上記Rが250,208,178,156の値をとるように変え、各比率のガスでシリコン膜をそれぞれ成膜した。   In the plasma CVD apparatus of Comparative Example 1, the cathode electrode 100 has a thickness of 9.5 mm. As shown in FIGS. 5 and 6, the cathode electrode 100 is provided with a plurality of recesses 101 arranged in a staggered pattern on the anode electrode side of the cathode electrode 100, and the cathode electrode 100 penetrates the bottom of each recess 101. A gas inlet 102 is formed. Each recess 101 is provided adjacent to each other at a pitch of 1.9 mm, and is composed of a bottom portion 101t and a hollow discharge portion 101h. The bottom portion 101t and the hollow discharge portion 101h are formed in the same manner as the bottom portion 22t and the hollow discharge portion 22h of the cathode electrode 21 of the embodiment, and the hollow discharge portion 101h communicates with the gas inlet 102 via the bottom portion 101t. Each hollow discharge portion 101h has an inner diameter x of 1.2 mm and a length y of 2.5 mm. Each gas inlet 102 has an inner diameter of 0.5 mm and a length of 6.5 mm. In the plasma CVD apparatus of Comparative Example 1, the ratio of monosilane gas to hydrogen gas was changed so that the above R values were 250, 208, 178, and 156, and silicon films were formed with the respective ratio gases.

比較例2のプラズマCVD装置も、カソード電極200の厚さが9.5mmである。カソード電極200には、図7及び図8に示すように、カソード電極200を貫通する複数のガス導入口201が千鳥状に設けられている。各ガス導入口201は、1.9mmのピッチで隣り合うように設けられ、内径が0.5mmに形成されている。この比較例2のプラズマCVD装置については、モノシランガスと水素ガスとの比率を上記Rが250,208,178の値をとるように変え、各比率のガスでシリコン膜をそれぞれ成膜した。   In the plasma CVD apparatus of Comparative Example 2, the cathode electrode 200 has a thickness of 9.5 mm. As shown in FIGS. 7 and 8, the cathode electrode 200 is provided with a plurality of gas introduction ports 201 penetrating the cathode electrode 200 in a staggered manner. Each gas inlet 201 is provided adjacent to each other at a pitch of 1.9 mm, and has an inner diameter of 0.5 mm. In the plasma CVD apparatus of Comparative Example 2, the ratio of monosilane gas to hydrogen gas was changed so that the R had the values of 250, 208, and 178, and silicon films were formed with the respective ratio gases.

そして、これら実施例及び比較例1,2のプラズマCVD装置を用いてガラス基板に成膜した各シリコン膜について、成分分析、シリコンネットワークの形成状態の分析、及び体積抵抗率の測定を行い、それら各シリコン膜の結晶性を評価した。   And about each silicon film formed into a film using the plasma CVD apparatus of these Examples and comparative examples 1 and 2, component analysis, analysis of the formation state of a silicon network, and measurement of volume resistivity were performed, and these The crystallinity of each silicon film was evaluated.

<成分分析>
ラマン分光法による測定で得られるスペクトル波形をピーク分離して、各シリコン膜におけるアモルファス成分、ナノクラスター成分、ナノクリスタル成分、及びマイクロクリスタル成分の比率をこれら各成分の波形面積比から求めた。
<Component analysis>
Spectral waveforms obtained by measurement by Raman spectroscopy were peak-separated, and the ratio of the amorphous component, nanocluster component, nanocrystal component, and microcrystal component in each silicon film was determined from the waveform area ratio of these components.

各シリコン膜の成分比率を図9〜図11に示す。図9〜図11は、各シリコン膜の成分比率を縦軸、モノシランガスと水素ガスとの比率(R)を横軸にそれぞれ示している。図9は、実施例のプラズマCVD装置1を用いて成膜したシリコン膜の成分比率を示すグラフ図である。図10は、比較例1のプラズマCVD装置を用いて成膜したシリコン膜の成分比率を示すグラフ図である。図11は、比較例2のプラズマCVD装置を用いて成膜したシリコン膜の成分比率を示すグラフ図である。   The component ratio of each silicon film is shown in FIGS. 9 to 11 show the component ratio of each silicon film on the vertical axis and the ratio (R) of monosilane gas to hydrogen gas on the horizontal axis. FIG. 9 is a graph showing the component ratio of a silicon film formed using the plasma CVD apparatus 1 of the example. FIG. 10 is a graph showing the component ratio of a silicon film formed using the plasma CVD apparatus of Comparative Example 1. FIG. 11 is a graph showing the component ratio of a silicon film formed using the plasma CVD apparatus of Comparative Example 2.

比較例1のプラズマCVD装置で成膜した各シリコン膜については、図10に示すように、マイクロクリスタル成分がいずれも35%を下回っている。また、比較例2のプラズマCVD装置で成膜したシリコン膜については、図11に示すように、上記Rが250の値をとるシリコン膜のマイクロクリスタル成分が40%を越えるものの、その他の上記Rが208,178の値をとる各シリコン膜のマイクロクリスタル成分が40%を下回っている。   For each silicon film formed by the plasma CVD apparatus of Comparative Example 1, as shown in FIG. 10, the microcrystal components are all below 35%. As for the silicon film formed by the plasma CVD apparatus of Comparative Example 2, as shown in FIG. 11, although the R value of the silicon film having a value of 250 exceeds 40%, the other R Is less than 40% of the microcrystal component of each silicon film having values of 208 and 178.

これに対して、実施例のプラズマCVD装置1で成膜したシリコン膜については、図9に示すように、上記Rが178,156,147の値をとる各シリコン膜のマイクロクリスタル成分が40%を下回るものの、上記Rが250,227,208,192の値をとる各シリコン膜のマイクロクリスタル成分がいずれも40%を越えている。このことから、実施例のプラズマCVD装置1によると、比較例1,2のプラズマCVD装置を用いてシリコン膜を成膜する場合に比べて、モノシランガスと水素ガスとの比率(R)の広い範囲に亘ってマイクロクリスタル成分が多い微結晶シリコン膜を成膜できることがわかった。   On the other hand, in the silicon film formed by the plasma CVD apparatus 1 of the example, as shown in FIG. 9, the R value of 178, 156, 147 is 40% of the microcrystal component of each silicon film. However, the R value of 250, 227, 208, and 192 in each silicon film exceeds 40%. Therefore, according to the plasma CVD apparatus 1 of the example, compared with the case where the silicon film is formed using the plasma CVD apparatus of Comparative Examples 1 and 2, the ratio (R) of monosilane gas to hydrogen gas is wider. It was found that a microcrystalline silicon film having a large amount of microcrystal components can be formed over a long period of time.

<シリコンネットワークの形成状態の分析>
ラマン分光法による測定で得られるスペクトル波形をピーク分離して、各シリコン膜におけるSi−H結合とSi−H結合との比率を波形面積比から求めた。この波形面積比の算出には、Si−H結合の波形面積にラマンシフトのピークが2000cm−1近傍の波形面積、Si−H結合の波形面積にラマンシフトのピークが2100cm−1近傍の波形面積をそれぞれ用いた。
<Analysis of silicon network formation>
Spectral waveforms obtained by measurement by Raman spectroscopy were peak-separated, and the ratio of Si—H bonds to Si—H 2 bonds in each silicon film was determined from the waveform area ratio. For calculating the waveform area ratio, the waveform area of the Si-H bond has a Raman shift peak in the vicinity of 2000 cm −1 , and the Si—H 2 bond has a waveform of the Raman shift peak in the vicinity of 2100 cm −1. Each area was used.

このシリコンネットワーク形成状態の分析は、実施例のプラズマCVD装置1で成膜したシリコン膜について上記Rが156、178、208、250の値をとる各シリコン膜に行った。また、比較例1のプラズマCVD装置で成膜したシリコン膜については上記Rが178、208、250の値をとる各シリコン膜、比較例2のプラズマCVD装置で成膜したシリコン膜については全てのシリコン膜に分析をそれぞれ行った。   The analysis of the silicon network formation state was performed on each silicon film having the above R values of 156, 178, 208, and 250 for the silicon film formed by the plasma CVD apparatus 1 of the example. In addition, for silicon films formed by the plasma CVD apparatus of Comparative Example 1, each of the above R films has a value of 178, 208, 250, and for all silicon films formed by the plasma CVD apparatus of Comparative Example 2, Each analysis was performed on the silicon film.

各シリコン膜におけるSi−H結合とSi−H結合との比率を図12に示す。図12は、Si−H結合とSi−H結合との比率を「Si−H結合/Si−H結合」として縦軸に示し、実施例及び比較例1,2の各プラズマCVD装置で成膜したシリコン膜についてのSi−H結合とSi−H結合との比率を横軸方向に順に並べるように図示したグラフ図である。 FIG. 12 shows the ratio of Si—H bonds to Si—H 2 bonds in each silicon film. 12, the ratio of Si-H bonds and Si-H 2 bonds shown on the vertical axis as "Si-H bond / Si-H 2 bonds", in the plasma CVD apparatus of the embodiment and Comparative Examples 1 and 2 is a graph illustrating, as arranged in this order in the horizontal direction the ratio of Si-H bonds and Si-H 2 bonds for the formed silicon film.

図12に示すように、実施例のプラズマCVD装置1で成膜したシリコン膜は、上記Rが178の値をとるシリコン膜について、比較例2のプラズマCVD装置で成膜したシリコン膜よりもSi−H結合に対するSi−H結合の比率が若干低くなっているものの、その他の上記Rが208、250の値をとる各シリコン膜については比較例1,2のプラズマCVD装置で成膜した各シリコン膜よりもSi−H結合に対するSi−H結合の比率が高くなっている、すなわちシリコンの4つの結合手のうち3つが他のシリコンと結合している比率が高くなっている。このことから、実施例のプラズマCVD装置1によると、比較例1,2のプラズマCVD装置を用いてシリコン膜を成膜する場合に比べて、モノシランガスと水素ガスとの比率(R)の広い範囲に亘ってシリコン同士の結合が多い微結晶シリコン膜を成膜できることがわかった。 As shown in FIG. 12, the silicon film formed by the plasma CVD apparatus 1 of the example is more Si-Si than the silicon film formed by the plasma CVD apparatus of Comparative Example 2 with respect to the silicon film in which R has a value of 178. Although the ratio of Si—H bonds to —H 2 bonds is slightly lower, the other silicon films having the above R values of 208 and 250 are formed by the plasma CVD apparatus of Comparative Examples 1 and 2. The ratio of Si—H bonds to Si—H 2 bonds is higher than that of the silicon film, that is, the ratio in which three of the four bonds of silicon are bonded to other silicon is high. Therefore, according to the plasma CVD apparatus 1 of the example, compared with the case where the silicon film is formed using the plasma CVD apparatus of Comparative Examples 1 and 2, the ratio (R) of monosilane gas to hydrogen gas is wider. It was found that a microcrystalline silicon film having many silicon bonds can be formed.

<体積抵抗率の測定>
各シリコン膜の体積抵抗率を高抵抗率計でそれぞれ測定した。この体積抵抗率の測定は、実施例のプラズマCVD装置1で成膜したシリコン膜について上記Rが147、156、178、192、208、250の値をとる各シリコン膜に行った。また、比較例1のプラズマCVD装置で成膜したシリコン膜については上記Rが178、208、250の値をとる各シリコン膜、比較例2のプラズマCVD装置で成膜したシリコン膜については全てのシリコン膜に測定をそれぞれ行った。
<Measurement of volume resistivity>
The volume resistivity of each silicon film was measured with a high resistivity meter. The volume resistivity was measured for each silicon film having the above R values of 147, 156, 178, 192, 208, 250 for the silicon film formed by the plasma CVD apparatus 1 of the example. In addition, for silicon films formed by the plasma CVD apparatus of Comparative Example 1, each of the above R films has a value of 178, 208, 250, and for all silicon films formed by the plasma CVD apparatus of Comparative Example 2, Each measurement was performed on the silicon film.

各シリコン膜の体積抵抗率を図13に示す。図13は、各シリコン膜の体積抵抗率を縦軸に示し、実施例及び比較例1,2の各プラズマCVD装置で成膜したシリコン膜についての体積抵抗率を横軸方向に順に並べるように図示したグラフ図である。   The volume resistivity of each silicon film is shown in FIG. FIG. 13 shows the volume resistivity of each silicon film on the vertical axis, and the volume resistivity of the silicon films formed by the plasma CVD apparatuses of the example and comparative examples 1 and 2 are arranged in order in the horizontal axis direction. FIG.

図13に示すように、比較例1のプラズマCVD装置で成膜した各シリコン膜は体積抵抗率がいずれも1.0×10Ω・cmよりも大きくなっており、また比較例2のプラズマCVD装置で成膜した各シリコン膜は体積抵抗率がいずれも1.0×10Ω・cmよりも大きくなっている。これに対して、実施例のプラズマCVD装置1で成膜したシリコン膜は、上記Rが178、192、208、250の値をとる各シリコン膜の体積抵抗率が1.0×10Ω・cmよりも小さくなっており、同じ上記Rの値をとる比較例1,2の各シリコン膜に比べて体積抵抗率が低く、特に比較例2のプラズマCVD装置で成膜したシリコン膜に対して体積抵抗率が著しく低くなっている。このことから、実施例のプラズマCVD装置1によると、比較例1,2のプラズマCVD装置を用いてシリコン膜を成膜する場合に比べて、体積抵抗率が低い微結晶シリコン膜を成膜できることがわかった。 As shown in FIG. 13, each silicon film formed by the plasma CVD apparatus of Comparative Example 1 has a volume resistivity higher than 1.0 × 10 6 Ω · cm, and the plasma of Comparative Example 2 Each silicon film formed by the CVD apparatus has a volume resistivity higher than 1.0 × 10 7 Ω · cm. On the other hand, in the silicon film formed by the plasma CVD apparatus 1 of the example, the volume resistivity of each silicon film in which R takes values of 178, 192, 208, 250 is 1.0 × 10 6 Ω · The volume resistivity is lower than that of each of the silicon films of Comparative Examples 1 and 2 that have the same R value, and is particularly smaller than that of the silicon film formed by the plasma CVD apparatus of Comparative Example 2. The volume resistivity is extremely low. From this, according to the plasma CVD apparatus 1 of the example, it is possible to form a microcrystalline silicon film having a lower volume resistivity than when a silicon film is formed using the plasma CVD apparatuses of comparative examples 1 and 2. I understood.

以上のことから、実施例のプラズマCVD装置1によると、モノシランガスと水素ガスとの比率(R)の広い範囲に亘ってマイクロクリスタル成分を多く含み且つシリコン同士の結合が多く体積抵抗率が低い結晶性の良好な微結晶シリコン膜を成膜できる有利な効果を奏することがわかった。   As described above, according to the plasma CVD apparatus 1 of the embodiment, a crystal containing a large amount of microcrystal components over a wide range of the ratio (R) of monosilane gas and hydrogen gas, and having a large volume of silicon-to-silicon bonds and a low volume resistivity. It has been found that there is an advantageous effect that a microcrystalline silicon film having good properties can be formed.

−実施形態1の効果−
したがって、この実施形態1によると、カソード電極21にガス導入口23を内部に有する複数の凹部22が設けられ、それら各凹部22が、ガス導入口23から導入されたガスのプラズマ状態における電子密度を高めるように構成されたホロー放電部22hと、そのホロー放電部22hで解離させたガスの反応を促進させて処理室10の内部に供給するためのバッファ部22bとを有していることにより、カソード電極21とアノード電極25との間に電圧を印加したときに、各凹部22のホロー放電部22hでホローカソード放電が発生し、各ホロー放電部22h内及びそれら開口付近において、プラズマ状態のガス中の電子密度が高められるため、ガス(気体分子)の解離が促進されて高密度のラジカルが生成される。そして、各バッファ部22bにおいて、ガスの分散が抑制されることにより、ホロー放電部22hで生成されたガス中のラジカル同士の反応頻度が増加し、結晶成分の生成を促進できる。したがって、結晶性の良好な半導体膜を被処理基板に成膜できる。
-Effect of Embodiment 1-
Therefore, according to the first embodiment, the cathode electrode 21 is provided with the plurality of recesses 22 having the gas introduction ports 23 therein, and each of these recesses 22 has an electron density in the plasma state of the gas introduced from the gas introduction ports 23. A hollow discharge portion 22h configured to increase the pressure and a buffer portion 22b for promoting the reaction of the gas dissociated by the hollow discharge portion 22h and supplying the gas into the processing chamber 10 When a voltage is applied between the cathode electrode 21 and the anode electrode 25, a hollow cathode discharge is generated in the hollow discharge portion 22h of each recess 22, and a plasma state is generated in each hollow discharge portion 22h and in the vicinity of the openings. Since the electron density in the gas is increased, the dissociation of the gas (gas molecules) is promoted and high-density radicals are generated. And in each buffer part 22b, dispersion | distribution of gas is suppressed, the reaction frequency of the radicals in the gas produced | generated by the hollow discharge part 22h increases, and the production | generation of a crystal component can be accelerated | stimulated. Therefore, a semiconductor film with favorable crystallinity can be formed over the substrate to be processed.

さらに、各ホロー放電部22hが筒状に形成されているため、各ホロー放電部が溝状等に形成されている場合に比べて、各ホロー放電部22hでのホロー放電によってガス中の電子密度をより高めることができ、ガスの解離率をより高めることができる。そして、各バッファ部22bが筒状に形成されていることにより、各バッファ部が溝状等に形成されている場合に比べて、各バッファ部22hでのガスの分散をより抑制できるため、ガス中のラジカル同士の反応頻度をさらに増加させることができ、結晶成分の生成を良好に促進できる。   Furthermore, since each hollow discharge part 22h is formed in a cylindrical shape, the electron density in the gas is increased by hollow discharge in each hollow discharge part 22h as compared with the case where each hollow discharge part is formed in a groove shape or the like. The gas dissociation rate can be further increased. And since each buffer part 22b is formed in a cylinder shape, compared with the case where each buffer part is formed in a groove shape or the like, it is possible to further suppress gas dispersion in each buffer part 22h. It is possible to further increase the frequency of reaction between the radicals therein, and to favorably promote the generation of crystal components.

そして、各ホロー放電部22hは、導入されるガスの圧力とその内径a1との積の値が、0.2Pa・m以上且つ1.0Pa・m以下の範囲にあり、その深さb1が内径a1の2倍以上且つ3倍以下の範囲にあるように形成されているので、各ホロー放電部22hでホローカソード放電が確実に発生してガスのプラズマ状態における電子密度を良好に高めることができ、ガスの解離率を十分に高めることができる。   Each hollow discharge portion 22h has a product value of the pressure of the introduced gas and its inner diameter a1 in the range of 0.2 Pa · m to 1.0 Pa · m, and the depth b1 is the inner diameter. Since it is formed so as to be in the range of not less than 2 times and not more than 3 times a1, a hollow cathode discharge is surely generated in each hollow discharge portion 22h, and the electron density in the plasma state of the gas can be increased satisfactorily. The gas dissociation rate can be sufficiently increased.

また、各バッファ部22bは、その深さb2が内径a2の2倍以上且つ3倍以下の範囲にあるので、それら各バッファ部22bにおいてガスの反応を十分に促進できる。   Moreover, since each buffer part 22b has the depth b2 in the range of 2 times or more and 3 times or less of the inner diameter a2, the reaction of gas can be sufficiently promoted in each buffer part 22b.

《発明の実施形態2》
図14〜図16は、本発明に係る成膜装置の実施形態2を示している。尚、以降の各実施形態では、図1〜図4と同じ部分については同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。図14は、本実施形態のプラズマCVD装置2を概略的に示す断面図である。図15は、本実施形態のプラズマ放電発生部20を概略的に示す斜視図である。図16は、本実施形態のアノード電極25の一部を概略的に示す断面図である。
<< Embodiment 2 of the Invention >>
14 to 16 show Embodiment 2 of the film forming apparatus according to the present invention. In the following embodiments, the same parts as those in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing the plasma CVD apparatus 2 of the present embodiment. FIG. 15 is a perspective view schematically showing the plasma discharge generator 20 of the present embodiment. FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing a part of the anode electrode 25 of the present embodiment.

上記実施形態1では、基板ホルダー11によってカソード電極21とアノード電極25との間でアノード電極25の表面に被処理基板5を装着した状態で成膜処理を行うプラズマCVD装置1について説明したが、本実施形態のプラズマCVD装置2は、アノード電極25を介してカソード電極21に対向するように処理室10内に被処理基板5を保持した状態で成膜処理を行うように構成されている。   In the first embodiment, the plasma CVD apparatus 1 that performs the film forming process with the substrate 5 mounted on the surface of the anode electrode 25 between the cathode electrode 21 and the anode electrode 25 by the substrate holder 11 has been described. The plasma CVD apparatus 2 of the present embodiment is configured to perform a film forming process with the substrate to be processed 5 held in the processing chamber 10 so as to face the cathode electrode 21 with the anode electrode 25 interposed therebetween.

本実施形態のプラズマCVD装置2は、図14に示すように、処理室10及びプラズマ放電発生部20を備え、実施形態1と同様に、高周波電源12、ガス供給部13、ガス排出部14及びガス滞留部16を有している。   As shown in FIG. 14, the plasma CVD apparatus 2 of the present embodiment includes a processing chamber 10 and a plasma discharge generation unit 20, and similarly to the first embodiment, a high-frequency power source 12, a gas supply unit 13, a gas discharge unit 14, and A gas retention part 16 is provided.

処理室10の内部には、基板保持手段である基板支持台30が底部に設けられており、この基板支持台30に被処理基板5が載置されて静電チャック等により保持されるように構成されている。この基板支持台30は、被処理基板5を加熱するヒーター(図示省略)等が背面側(図中下側)に設けられており、成膜処理を行う際には被処理基板5を加熱するように構成されている。   A substrate support 30 as a substrate holding means is provided at the bottom of the processing chamber 10 so that the substrate 5 to be processed is placed on the substrate support 30 and held by an electrostatic chuck or the like. It is configured. The substrate support 30 is provided with a heater (not shown) for heating the substrate 5 to be processed on the back side (lower side in the drawing), and heats the substrate 5 during film formation. It is configured as follows.

プラズマ放電発生部20は、図14及び図15に示すように、基板支持台30に対向するように処理室10の上壁側に設けられ、上記実施形態1と同様に、互いに対向するように設けられた板状のカソード電極21及びアノード電極25を有している。カソード電極21はガス滞留部16の下側に誘電体部17を介して設けられ、アノード電極25はカソード電極21と基板支持台30との間に配置するように設けられている。   As shown in FIGS. 14 and 15, the plasma discharge generator 20 is provided on the upper wall side of the processing chamber 10 so as to face the substrate support 30, and is opposed to each other as in the first embodiment. A plate-like cathode electrode 21 and an anode electrode 25 are provided. The cathode electrode 21 is provided below the gas retention part 16 via the dielectric part 17, and the anode electrode 25 is provided between the cathode electrode 21 and the substrate support 30.

カソード電極21は、上記実施形態1と同様に形成されている。すなわち、カソード電極21のアノード電極25側には千鳥状に配置されて底部にガス導入口23を有する複数の凹部22が設けられ、これら各凹部22は、ガス導入口23から導入されたガスのプラズマ状態における電子密度を高めるように構成されたホロー放電部22hと、そのホロー放電部22hで解離させたガスの反応を促進させて処理室10内に供給するためのバッファ部22bとを有している。   The cathode electrode 21 is formed in the same manner as in the first embodiment. That is, a plurality of recesses 22 are provided on the anode electrode 25 side of the cathode electrode 21 in a zigzag manner and have gas introduction ports 23 at the bottom, and each of these recesses 22 has a gas introduced from the gas introduction port 23. A hollow discharge part 22h configured to increase the electron density in the plasma state, and a buffer part 22b for promoting the reaction of the gas dissociated by the hollow discharge part 22h and supplying the gas into the processing chamber 10 are provided. ing.

アノード電極25には、図15に示すように、基板支持台30側にガスを流すための千鳥状に配置された複数の貫通孔26が形成されている。各貫通孔26は、筒状に形成され、図16に示すように同径で延びている。そして、これら各貫通孔26は、カソード電極21とアノード電極25との間に電圧が印加されたときに、アノード電極25でのホロー放電であるホローアノード放電を発生するように構成されたホロー放電部であり、各貫通孔26内及びそれら開口付近でガスのプラズマ状態における電子密度を高めるようになっている。これら各貫通孔26の内径c及び長さdは、処理室10内に導入されるガスの圧力によって規定されている。   As shown in FIG. 15, the anode electrode 25 is formed with a plurality of through holes 26 arranged in a staggered pattern for flowing gas toward the substrate support base 30. Each through-hole 26 is formed in a cylindrical shape and extends with the same diameter as shown in FIG. Each through hole 26 is configured to generate a hollow anode discharge that is a hollow discharge at the anode electrode 25 when a voltage is applied between the cathode electrode 21 and the anode electrode 25. The electron density in the plasma state of the gas is increased in each through hole 26 and in the vicinity of the openings. The inner diameter c and the length d of each through hole 26 are defined by the pressure of the gas introduced into the processing chamber 10.

仮に、導入されるガスの圧力と各貫通孔26の内径cとの積の値が0.2Pa・m未満又は1.0Pa・mよりも大きい場合には、各貫通孔26にホローアノード放電が発生し難く、ガスのプラズマ状態における電子密度が高まり難い。また、仮に、各貫通孔26の長さdがそれら各貫通孔26の内径cの2倍未満である場合には、各貫通孔26の内部面積が比較的小さいため、ガスの解離率が比較的低い。一方、各貫通孔26の長さdがそれら各貫通孔26の内径cの3倍よりも大きい場合には、各貫通孔26の長さdがそれら各貫通孔26の内径cの3倍以下である場合に比べて、ガスの解離率が高まり難い。   If the value of the product of the pressure of the introduced gas and the inner diameter c of each through hole 26 is less than 0.2 Pa · m or greater than 1.0 Pa · m, a hollow anode discharge is generated in each through hole 26. It is difficult to generate and the electron density in the plasma state of the gas is difficult to increase. Further, if the length d of each through hole 26 is less than twice the inner diameter c of each through hole 26, the internal area of each through hole 26 is relatively small, so the gas dissociation rates are compared. Low. On the other hand, when the length d of each through hole 26 is larger than three times the inner diameter c of each through hole 26, the length d of each through hole 26 is three times or less the inner diameter c of each through hole 26. Compared to the case, it is difficult to increase the gas dissociation rate.

このことから、各貫通孔26は、導入されるガスの圧力とその内径cとの積の値が0.2Pa・m以上且つ1.0Pa・m以下の範囲にあり、その長さdが内径cの2倍以上且つ3倍以下の範囲にあるように形成されている。   From this, each through hole 26 has a product value of the pressure of the introduced gas and its inner diameter c in the range of 0.2 Pa · m to 1.0 Pa · m, and its length d is the inner diameter. It is formed so as to be in the range of 2 to 3 times c.

−成膜方法−
次に、上記プラズマCVD装置2を用いて被処理基板5に成膜を行う方法について説明する。本実施形態においても、微結晶シリコン膜を成膜する場合を例に挙げて説明する。
-Film formation method-
Next, a method for forming a film on the substrate 5 to be processed using the plasma CVD apparatus 2 will be described. Also in this embodiment, the case where a microcrystalline silicon film is formed will be described as an example.

まず、搬送ロボット等を用いて、被処理基板5を処理室10内に搬入して基板支持台30に載置して保持させる。次いで、上記実施形態1と同様に、処理室10の内部を減圧した後、処理室10内にモノシランガス(SiH)及び水素ガス(H)を導入すると共にカソード電極21とアノード電極25との間に高周波電圧を印加することにより、ガスのプラズマ状態7を生じさせる。 First, using the transfer robot or the like, the substrate 5 to be processed is carried into the processing chamber 10 and placed on the substrate support 30 to be held. Next, as in the first embodiment, after reducing the pressure inside the processing chamber 10, monosilane gas (SiH 4 ) and hydrogen gas (H 2 ) are introduced into the processing chamber 10, and the cathode electrode 21 and the anode electrode 25 are connected to each other. A plasma state 7 of gas is generated by applying a high-frequency voltage between them.

このとき、カソード電極21では、上記実施形態1と同様に、各凹部22のホロー放電部22hでホローカソード放電が発生し、各ホロー放電部22h内及びそれら開口付近において、プラズマ状態のガス7中の電子密度が高められる。そのことにより、ガス7の解離が促進されて高密度のラジカルが生成される。そして、各バッファ部22bにおいて、各ホロー放電部22hで生成された高密度のラジカルを含むガス7の分散が抑制されることにより、ガス7中のラジカル同士の反応頻度が増加し、結晶成分の生成が促進される。   At this time, in the cathode electrode 21, as in the first embodiment, a hollow cathode discharge is generated in the hollow discharge portion 22h of each recess 22, and in the gas 7 in the plasma state in each hollow discharge portion 22h and in the vicinity of the opening. The electron density is increased. As a result, dissociation of the gas 7 is promoted and high-density radicals are generated. And in each buffer part 22b, the dispersion | distribution of the gas 7 containing the high density radical produced | generated in each hollow discharge part 22h is suppressed, the reaction frequency of the radicals in the gas 7 increases, and a crystal | crystallization component Generation is promoted.

さらに、アノード電極25では、各貫通孔26でホローアノード放電が発生し、各貫通孔26内及びそれら開口付近においても、プラズマ状態のガス中の電子密度が高められる。そのことにより、未反応のガス7の解離が促進されてラジカルがさらに生成される。このように生成されたラジカルや結晶成分を含むガス7が被処理基板1にまで流れて被処理基板1がガス7に晒されることにより、その基板表面に未反応のラジカルや結晶成分が堆積して微結晶シリコン膜が成膜される。   Further, in the anode electrode 25, a hollow anode discharge is generated in each through hole 26, and the electron density in the plasma state gas is increased also in each through hole 26 and in the vicinity of the openings. Thereby, dissociation of the unreacted gas 7 is promoted, and radicals are further generated. When the gas 7 containing radicals and crystal components generated in this way flows to the substrate 1 to be processed and the substrate 1 is exposed to the gas 7, unreacted radicals and crystal components are deposited on the surface of the substrate. Thus, a microcrystalline silicon film is formed.

被処理基板1への成膜を終えた後には、上記実施形態1と同様に、高周波電源12及びガス供給部13の駆動をそれぞれ停止し、処理室10内のガスを排出した後、成膜処理された被処理基板5を処理室10の外部に搬出する。以上により、被処理基板5への成膜処理が完了する。   After film formation on the substrate 1 to be processed, as in the first embodiment, the driving of the high-frequency power source 12 and the gas supply unit 13 is stopped, the gas in the processing chamber 10 is discharged, and film formation is performed. The processed substrate 5 to be processed is carried out of the processing chamber 10. Thus, the film forming process on the substrate to be processed 5 is completed.

−実施形態2の効果−
したがって、この実施形態2によっても、カソード電極21にガス導入口23を内部に有する複数の凹部22が設けられ、それら各凹部22がホロー放電部22h及びバッファ部22bを有しているため、結晶性の良好な半導体膜を被処理基板5に成膜できる。
-Effect of Embodiment 2-
Therefore, also in the second embodiment, the cathode electrode 21 is provided with a plurality of recesses 22 having the gas introduction ports 23 therein, and each of the recesses 22 has a hollow discharge portion 22h and a buffer portion 22b. A highly reliable semiconductor film can be formed on the substrate 5 to be processed.

ところで、カソード電極21とアノード電極25との間でアノード電極25上に被処理基板5を保持した状態において被処理基板5に半導体膜を成膜する場合には、プラズマ状態の原料ガス中のイオンが被処理基板5の表面に形成されるアノードシース部で加速され、被処理基板5の成膜表面がイオン衝撃によるダメージを受けやすい。これに対して、この実施形態2では、アノード電極25を介してカソード電極21に対向するように設けられた基板支持台30で被処理基板5を保持するため、被処理基板5の表面にシース部が形成されない。そのことにより、被処理基板5の成膜表面へのイオン衝撃を抑制でき、高品質な半導体膜を成膜できる。   By the way, when a semiconductor film is formed on the substrate to be processed 5 while the substrate to be processed 5 is held on the anode electrode 25 between the cathode electrode 21 and the anode electrode 25, ions in the source gas in the plasma state Is accelerated by the anode sheath portion formed on the surface of the substrate 5 to be processed, and the film forming surface of the substrate 5 is easily damaged by ion bombardment. On the other hand, in the second embodiment, the substrate to be processed 5 is held by the substrate support 30 provided to face the cathode electrode 21 with the anode electrode 25 interposed therebetween. Part is not formed. Thereby, ion bombardment to the film formation surface of the substrate 5 to be processed can be suppressed, and a high-quality semiconductor film can be formed.

また、アノード電極25に形成された各貫通孔26がホローアノード放電が発生するように構成されており、これら各貫通孔26は、導入されるガスの圧力とその内径cとの積の値が0.2Pa・m以上且つ1.0Pa・m以下の範囲にあり、その長さdは内径cの2倍以上且つ3倍以下の範囲にあるように形成されている。そのことにより、カソード電極21とアノード電極25との間に電圧を印加したときに、各貫通孔26でホローアノード放電が確実に発生し、各貫通孔26内及びそれら開口付近において、ガスのプラズマ状態における電子密度が高くなり、未反応のガス(気体分子)の解離が十分に促進されてラジカルがさらに生成される。これにより、被処理基板5への成膜速度を高めることができる。   Further, each through hole 26 formed in the anode electrode 25 is configured to generate a hollow anode discharge, and each through hole 26 has a product value of the pressure of the introduced gas and its inner diameter c. The length d is in the range of not less than 0.2 Pa · m and not more than 1.0 Pa · m, and the length d is in the range of not less than 2 times and not more than 3 times the inner diameter c. As a result, when a voltage is applied between the cathode electrode 21 and the anode electrode 25, a hollow anode discharge is reliably generated in each through hole 26, and gas plasma is generated in each of the through holes 26 and in the vicinity of the openings. The electron density in the state increases, dissociation of unreacted gas (gas molecules) is sufficiently promoted, and radicals are further generated. Thereby, the film-forming speed | rate to the to-be-processed substrate 5 can be raised.

《発明の実施形態3》
図17は、本発明に係る成膜装置の実施形態3を示している。図17は、本実施形態のアノード電極25の一部を概略的に示す断面図である。
<< Embodiment 3 of the Invention >>
FIG. 17 shows Embodiment 3 of the film forming apparatus according to the present invention. FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing a part of the anode electrode 25 of the present embodiment.

上記実施形態2では、アノード電極25の貫通孔26は、同径で延びるホロー放電部であるとしたが、本実施形態では、各貫通孔26は、図17に示すように、ホローアノード放電が発生するように構成されたホロー放電部26hと、ホロー放電部26hのカソード電極21側及び基板支持台30側に設けられてガスの反応を促進させるための一対のバッファ部26bとで構成されている。   In the second embodiment, the through holes 26 of the anode electrode 25 are hollow discharge portions extending with the same diameter. However, in this embodiment, each through hole 26 is subjected to a hollow anode discharge as shown in FIG. A hollow discharge portion 26h configured to generate, and a pair of buffer portions 26b provided on the cathode electrode 21 side and the substrate support base 30 side of the hollow discharge portion 26h to promote a gas reaction. Yes.

本実施形態におけるプラズマCVD装置も、上記実施形態2と同様に、アノード電極25の各貫通孔25が筒状に形成されている。各ホロー放電部26hは、各貫通孔26の中央部分に相対的に小さい内径で筒状に形成されている。これら各ホロー放電部26hは、上記実施形態2の貫通孔26と同様に内径c1及び長さd1が処理室10内に導入されるガスの圧力によって規定され、ガスの圧力とその内径c1との積の値が0.2Pa・m以上且つ1.0Pa・m以下の範囲にあり、その長さd1が内径c1の2倍以上且つ3倍以下の範囲にあるように形成されている。   In the plasma CVD apparatus according to this embodiment, each through-hole 25 of the anode electrode 25 is formed in a cylindrical shape as in the second embodiment. Each hollow discharge portion 26 h is formed in a cylindrical shape with a relatively small inner diameter in the central portion of each through hole 26. Each hollow discharge portion 26h has an inner diameter c1 and a length d1 defined by the pressure of the gas introduced into the processing chamber 10 as in the case of the through hole 26 of the second embodiment, and the gas pressure and the inner diameter c1 The product value is in the range of 0.2 Pa · m to 1.0 Pa · m, and the length d1 is in the range of 2 to 3 times the inner diameter c1.

各バッファ部26bは、各貫通孔26におけるホロー放電部26hのカソード電極21側及び基板支持台30側にホロー放電部26hに対して相対的に大きい内径で筒状に形成されている。これら各バッファ部26bは、カソード電極21の各凹部22におけるバッファ部22bと同形状に形成されている。そして、各バッファ部26bは、カソード電極21の各凹部22におけるバッファ部22bと同様に、その長さd2が、同径部分の内径c2によって規定され、内径c2の2倍以上且つ3倍以下の範囲にあるように形成されている。   Each buffer portion 26b is formed in a cylindrical shape with a relatively large inner diameter relative to the hollow discharge portion 26h on the cathode electrode 21 side and the substrate support base 30 side of the hollow discharge portion 26h in each through hole 26. Each buffer part 26b is formed in the same shape as the buffer part 22b in each concave part 22 of the cathode electrode 21. And each buffer part 26b is the length d2 prescribed | regulated by the internal diameter c2 of the same diameter part similarly to the buffer part 22b in each recessed part 22 of the cathode electrode 21, and is 2 times or more and 3 times or less of the internal diameter c2. It is formed to be in range.

尚、本実施形態のプラズマCVD装置におけるアノード電極25以外の構成については上記実施形態2のプラズマCVD装置2と同様である。また、本実施形態のプラズマCVD装置による成膜方法についても上記実施形態2のプラズマCVD装置2と同様である。   The configuration other than the anode electrode 25 in the plasma CVD apparatus of the present embodiment is the same as that of the plasma CVD apparatus 2 of the second embodiment. The film forming method using the plasma CVD apparatus of the present embodiment is the same as that of the plasma CVD apparatus 2 of the second embodiment.

−実施形態3の効果−
したがって、この実施形態3によっても、上記実施形態2と同様に、結晶性の良好な半導体膜を被処理基板5に成膜でき、且つ被処理基板5への成膜速度を高めることができる。
-Effect of Embodiment 3-
Therefore, according to the third embodiment, similarly to the second embodiment, a semiconductor film with good crystallinity can be formed on the substrate 5 to be processed, and the deposition rate on the substrate 5 can be increased.

そのことに加えて、貫通孔26がホロー放電部26hにおけるカソード電極21側及び基板支持台30側の双方にバッファ部26bを有していることにより、成膜処理を行う際に、ホロー放電部26hのカソード電極21側のバッファ部26bにおいて、ホロー放電部26hのカソード電極21側の開口付近で生成されたラジカル同士の反応頻度が増加し、結晶成分の生成をより促進できる。そして、ホロー放電部26hの基板支持台30側のバッファ部26bにおいて、基板支持台30側に流れるガスの分散が抑制され、ホロー放電部26hを介して生成されたラジカル同士の反応頻度が増加し、結晶成分の生成をさらに促進できる。そのことにより、被処理基板5に成膜される半導体膜の結晶性をより一層高めることができる。   In addition, since the through-hole 26 has the buffer portion 26b on both the cathode electrode 21 side and the substrate support base 30 side in the hollow discharge portion 26h, the hollow discharge portion In the buffer part 26b on the cathode electrode 21 side of 26h, the reaction frequency between radicals generated in the vicinity of the opening on the cathode electrode 21 side of the hollow discharge part 26h increases, and the generation of crystal components can be further promoted. And in the buffer part 26b by the side of the substrate support 30 of the hollow discharge part 26h, dispersion | distribution of the gas which flows into the substrate support stand 30 side is suppressed, and the reaction frequency of the radicals produced | generated via the hollow discharge part 26h increases. Further, the generation of crystal components can be further promoted. Thereby, the crystallinity of the semiconductor film formed on the substrate to be processed 5 can be further enhanced.

《その他の実施形態》
上記実施形態1では、カソード電極21がアノード電極25の下方に配置され、基板ホルダー11によってカソード電極21とアノード電極25との間でアノード電極25の表面に被処理基板5が装着される構成について説明したが、本発明はこれに限られず、アノード電極25がカソード電極21の下方に配置され、そのアノード電極25上に被処理基板5が保持されるように構成されていてもよい。この構成の場合には、例えば、ガス供給部13が処理室10の図1中上側に接続され、ガス排出部14が処理室10の図1中下側に接続されている。また、その他に、カソード電極21とアノード電極25とは、処理室10幅方向(図1中左右方向)に対向するように配置されていてもよい。
<< Other Embodiments >>
In the first embodiment, the cathode electrode 21 is disposed below the anode electrode 25 and the substrate 5 is mounted on the surface of the anode electrode 25 between the cathode electrode 21 and the anode electrode 25 by the substrate holder 11. As described above, the present invention is not limited to this, and the anode electrode 25 may be disposed below the cathode electrode 21, and the substrate 5 to be processed may be held on the anode electrode 25. In the case of this configuration, for example, the gas supply unit 13 is connected to the upper side of the processing chamber 10 in FIG. 1, and the gas discharge unit 14 is connected to the lower side of the processing chamber 10 in FIG. In addition, the cathode electrode 21 and the anode electrode 25 may be disposed so as to face each other in the width direction of the processing chamber 10 (left and right direction in FIG. 1).

また、上記実施形態1では、各凹部22のホロー放電部22hは、ガスの圧力とその内径a1との積の値が0.2Pa・m以上且つ1.0Pa・m以下の範囲にあり、その深さb1が内径a1の2倍以上且つ3倍以下の範囲にあるように形成されているとしたが、本発明はこれに限られず、各ホロー放電部22hは、ガスの圧力とその内径a1との積の値が0.2Pa・m未満又は1.0Pa・mよりも大きくなるように形成されていてもよく、またその深さb1が内径a1の2倍未満又は3倍よりも大きくなるように形成されていてもよい。   In the first embodiment, the hollow discharge portion 22h of each recess 22 has a product value of the gas pressure and the inner diameter a1 in the range of 0.2 Pa · m to 1.0 Pa · m, The depth b1 is formed so as to be in the range of not less than 2 times and not more than 3 times the inner diameter a1, but the present invention is not limited to this, and each hollow discharge portion 22h has a gas pressure and its inner diameter a1. May be formed such that the product value is less than 0.2 Pa · m or greater than 1.0 Pa · m, and the depth b1 is less than twice or more than three times the inner diameter a1. It may be formed as follows.

また、上記実施形態1では、バッファ部22bはその深さb2が内径a2の2倍以上且つ3倍以下の範囲にあるように形成されているとしたが、本発明はこれに限られず、バッファ部22bはその深さb2が内径a2の2倍未満又は3倍よりも大きくなるように形成されていてもよい。   In the first embodiment, the buffer portion 22b is formed so that the depth b2 thereof is in the range of not less than 2 times and not more than 3 times the inner diameter a2. However, the present invention is not limited to this, and the buffer portion 22b The portion 22b may be formed such that the depth b2 is less than twice or greater than three times the inner diameter a2.

上記実施形態2では、アノード電極25の各貫通孔26は、ガスの圧力とその内径cとの積の値が0.2Pa・m以上且つ1.0Pa・m以下の範囲にあり、その長さdが内径cの2倍以上且つ3倍以下の範囲にあるように形成されているとしたが、本発明はこれに限られず、各貫通孔26は、ガスの圧力とその内径cとの積の値が0.2Pa・m未満又は1.0Pa・mよりも大きくなるように形成されていてもよく、またその長さdが内径cの2倍未満又は3倍よりも大きくなるように形成されていてもよい。また、各貫通孔26は、ホローアノード放電が発生するように構成されていなくてもよい。   In the second embodiment, each through hole 26 of the anode electrode 25 has a product value of the gas pressure and its inner diameter c in the range of 0.2 Pa · m to 1.0 Pa · m, and its length. Although d is formed so as to be in the range of not less than 2 times and not more than 3 times the inner diameter c, the present invention is not limited to this, and each through hole 26 has a product of the gas pressure and its inner diameter c. May be formed to be less than 0.2 Pa · m or greater than 1.0 Pa · m, and the length d may be less than 2 times or greater than 3 times the inner diameter c. May be. Further, each through hole 26 may not be configured to generate a hollow anode discharge.

また、上記実施形態2では、板状のアノード電極25に基板支持台30側にガスを流すための複数の貫通孔26が形成されているとしたが、本発明はこれに限られず、アノード電極25がメッシュ状に形成されてメッシュの隙間から基板支持台30側にガスを流すように構成されていてもよい。   In the second embodiment, the plate-like anode electrode 25 is provided with the plurality of through holes 26 for flowing gas toward the substrate support base 30. However, the present invention is not limited to this, and the anode electrode 25 may be formed in a mesh shape so that gas flows from the mesh gap to the substrate support base 30 side.

上記実施形態3では、アノード電極25の各貫通孔26はホロー放電部26hにおけるカソード電極21及び基板支持台30側の両側にバッファ部26bを有するとしたが、本発明はこれに限られず、各貫通孔26は、図18に示すように、ホロー放電部26hのカソード電極21側のみにバッファ部26bを有していてもよい。このように構成されていても、各バッファ部26bにおいて、各ホロー放電部26hのカソード電極21側の開口付近で生成されたラジカル同士の反応頻度が増加し、結晶成分の生成をより促進できるため、成膜される半導体膜の結晶性をより高めることが可能になる。また、各貫通孔26は、図19に示すように、ホロー放電部26hの基板支持台30側のみにバッファ部26bを有していてもよい。このように構成されていても、各バッファ部26bにおいて、基板支持台30側に流れるガスの分散が抑制され、結晶成分の生成をより促進できるため、成膜される半導体膜の結晶性をより高めることが可能になる。   In the third embodiment, each through hole 26 of the anode electrode 25 has the buffer portions 26b on both sides of the hollow discharge portion 26h on the cathode electrode 21 and substrate support base 30 side. However, the present invention is not limited to this, As shown in FIG. 18, the through-hole 26 may have a buffer part 26b only on the cathode electrode 21 side of the hollow discharge part 26h. Even in such a configuration, in each buffer portion 26b, the reaction frequency between radicals generated in the vicinity of the opening on the cathode electrode 21 side of each hollow discharge portion 26h increases, and the generation of crystal components can be further promoted. The crystallinity of the deposited semiconductor film can be further increased. Further, as shown in FIG. 19, each through hole 26 may have a buffer part 26b only on the substrate support base 30 side of the hollow discharge part 26h. Even in such a configuration, in each buffer portion 26b, since the dispersion of the gas flowing toward the substrate support base 30 side is suppressed and the generation of crystal components can be further promoted, the crystallinity of the semiconductor film to be formed can be further increased. It becomes possible to increase.

上記各実施形態では、カソード電極21の複数の凹部22は、千鳥状に配置され、平面視で円形にそれぞれ形成されているとしたが、本発明はこれに限られず、複数の凹部22は、行列状等に配置されていてもよく、平面視で楕円や矩形等の他の形状にそれぞれ形成されていてもよく、溝状に延びるように形成されていてもよい。すなわち、各ホロー放電部22h及びバッファ部22bについても矩形筒状等の他の形状に形成されていてもよい。   In each of the above embodiments, the plurality of recesses 22 of the cathode electrode 21 are arranged in a staggered manner and are each formed in a circular shape in plan view, but the present invention is not limited to this, and the plurality of recesses 22 They may be arranged in a matrix, etc., may be formed in other shapes such as an ellipse or a rectangle in plan view, and may be formed to extend in a groove shape. That is, each hollow discharge part 22h and the buffer part 22b may also be formed in other shapes such as a rectangular cylinder.

また、上記実施形態2,3では、アノード電極25の複数の貫通孔26についても、千鳥状に配置され、筒状にそれぞれ形成されているとしたが、本発明はこれに限られず、複数の貫通孔26も、行列状等に配置されていてもよく、矩形筒状等の他の形状にそれぞれ形成されていてもよく、スリット状に形成されていてもよい。上記実施形態3においては、各貫通孔25のホロー放電部26h及びバッファ部26bが矩形筒状等の他の形状に形成されていてもよい。   In the second and third embodiments, the plurality of through holes 26 of the anode electrode 25 are also arranged in a zigzag shape and formed in a cylindrical shape. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of through holes 26 are provided. The through holes 26 may also be arranged in a matrix or the like, may be formed in other shapes such as a rectangular tube shape, or may be formed in a slit shape. In the third embodiment, the hollow discharge portion 26h and the buffer portion 26b of each through hole 25 may be formed in other shapes such as a rectangular cylinder.

上記各実施形態では、プラズマCVD装置1,2について、微結晶シリコン膜を成膜する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られず、シリコンゲルマニウム(SiGe)膜やセレン化亜鉛(ZnSe)膜等の他の半導体膜を成膜する成膜装置としても適用することが可能である。   In each of the above embodiments, the plasma CVD apparatuses 1 and 2 have been described by taking the case of forming a microcrystalline silicon film as an example. However, the present invention is not limited to this, and a silicon germanium (SiGe) film or zinc selenide is used. The present invention can also be applied to a film forming apparatus for forming another semiconductor film such as a (ZnSe) film.

以上説明したように、本発明は、成膜装置について有用であり、特に、結晶性の良好な半導体膜を成膜することが要望される成膜装置に適している。   As described above, the present invention is useful for a film forming apparatus, and is particularly suitable for a film forming apparatus in which it is desired to form a semiconductor film with good crystallinity.

1,2 プラズマCVD装置(成膜装置)
5 被処理基板
10 処理室
11 基板ホルダー(基板保持手段)
21 カソード電極(第1電極)
22 凹部
22h ホロー放電部
22b バッファ部
23 ガス導入口
25 アノード電極(第2電極)
26 貫通孔
26h ホロー放電部
26b バッファ部
30 基板支持台(基板保持手段)
1, 2 Plasma CVD equipment (film deposition equipment)
5 Substrate 10 Processing chamber 11 Substrate holder (substrate holding means)
21 Cathode electrode (first electrode)
22 Concave portion 22 h Hollow discharge portion 22 b Buffer portion 23 Gas inlet 25 Anode electrode (second electrode)
26 Through-hole 26h Hollow discharge part 26b Buffer part 30 Board | substrate support stand (board | substrate holding means)

Claims (11)

処理室と、
上記処理室の内部に互いに対向するように配置された第1電極及び第2電極とを備え、
上記第1電極の上記第2電極側に上記処理室の内部に原料ガスを導入するためのガス導入口が設けられ、
上記第1電極と上記第2電極との間に電圧を印加することにより上記原料ガスをプラズマ状態にし、該プラズマ状態の原料ガスに被処理基板を晒すことによって該被処理基板に半導体膜を成膜する成膜装置であって、
上記第1電極には、上記ガス導入口を内部に有する凹部が設けられ、
上記凹部は、上記ガス導入口から導入された上記原料ガスのプラズマ状態における電子密度を高めるように構成されたホロー放電部と、該ホロー放電部で解離させた上記原料ガスの反応を促進させて上記処理室の内部に供給するためのバッファ部とを有している
ことを特徴とする成膜装置。
A processing chamber;
A first electrode and a second electrode disposed to face each other inside the processing chamber;
A gas inlet for introducing a source gas into the processing chamber is provided on the second electrode side of the first electrode,
By applying a voltage between the first electrode and the second electrode, the source gas is brought into a plasma state, and the substrate to be processed is exposed to the source gas in the plasma state to form a semiconductor film on the substrate to be processed. A film forming apparatus for forming a film,
The first electrode is provided with a recess having the gas inlet therein.
The concave portion promotes the reaction between the hollow discharge portion configured to increase the electron density in the plasma state of the source gas introduced from the gas inlet and the source gas dissociated in the hollow discharge portion. And a buffer section for supplying the inside of the processing chamber.
請求項1に記載の成膜装置において、
上記ガス導入口は、上記凹部の底部に形成され、
上記ホロー放電部は、上記凹部の底側に相対的に小さい内径で筒状に形成され、
上記バッファ部は、上記ホロー放電部に連通するように、上記凹部の開口側に相対的に大きい内径で筒状に形成されている
ことを特徴とする成膜装置。
The film forming apparatus according to claim 1,
The gas inlet is formed at the bottom of the recess,
The hollow discharge portion is formed in a cylindrical shape with a relatively small inner diameter on the bottom side of the recess,
The film forming apparatus, wherein the buffer section is formed in a cylindrical shape with a relatively large inner diameter on the opening side of the recess so as to communicate with the hollow discharge section.
請求項2に記載の成膜装置において、
上記原料ガスの圧力と上記ホロー放電部の内径との積の値は、0.2Pa・m以上且つ1.0Pa・m以下の範囲にあり、
上記ホロー放電部の深さは、該ホロー放電部の内径の2倍以上且つ3倍以下の範囲にある
ことを特徴とする成膜装置。
The film forming apparatus according to claim 2,
The value of the product of the pressure of the source gas and the inner diameter of the hollow discharge portion is in the range of 0.2 Pa · m to 1.0 Pa · m,
The depth of the hollow discharge part is in the range of 2 to 3 times the inner diameter of the hollow discharge part.
請求項2又は3に記載の成膜装置において、
上記バッファ部の深さは、該バッファ部の内径の2倍以上且つ3倍以下の範囲にある
ことを特徴とする成膜装置。
In the film-forming apparatus of Claim 2 or 3,
The depth of the buffer section is in the range of 2 to 3 times the inner diameter of the buffer section.
請求項1〜4のいずれか1つに記載の成膜装置において、
上記第1電極は、カソード電極であり、
上記第2電極は、アノード電極である
ことを特徴とする成膜装置。
In the film-forming apparatus as described in any one of Claims 1-4,
The first electrode is a cathode electrode;
The film forming apparatus, wherein the second electrode is an anode electrode.
請求項5に記載の成膜装置において、
上記第1電極と上記第2電極との間に上記第2電極に接触させた状態で上記被処理基板を保持する基板保持手段を有する
ことを特徴とする成膜装置。
In the film-forming apparatus of Claim 5,
A film forming apparatus comprising substrate holding means for holding the substrate to be processed in a state of being in contact with the second electrode between the first electrode and the second electrode.
請求項1〜5のいずれか1つに記載の成膜装置において、
上記第2電極を介して上記第1電極に対向するように上記被処理基板を保持する基板保持手段を有し、
上記第2電極には、上記基板保持手段によって保持された被処理基板側に上記原料ガスを流すための貫通孔が形成されている
ことを特徴とする成膜装置。
In the film-forming apparatus as described in any one of Claims 1-5,
Substrate holding means for holding the substrate to be processed so as to face the first electrode through the second electrode;
The film forming apparatus, wherein the second electrode is formed with a through-hole for flowing the source gas on the substrate to be processed held by the substrate holding means.
請求項7に記載の成膜装置において、
上記貫通孔は、上記原料ガスのプラズマ状態における電子密度を高めるように構成されたホロー放電部を有している
ことを特徴とする成膜装置。
In the film-forming apparatus of Claim 7,
The film forming apparatus, wherein the through-hole has a hollow discharge portion configured to increase an electron density in a plasma state of the source gas.
請求項8に記載の成膜装置において、
上記貫通孔のホロー放電部は筒状に形成され、
上記原料ガスの圧力と上記貫通孔のホロー放電部の内径との積の値は、0.2Pa・m以上且つ1.0Pa・m以下の範囲にあり、
上記貫通孔のホロー放電部の長さは、該ホロー放電部の内径の2倍以上且つ3倍以下の範囲にある
ことを特徴とする成膜装置。
The film forming apparatus according to claim 8.
The hollow discharge portion of the through hole is formed in a cylindrical shape,
The value of the product of the pressure of the source gas and the inner diameter of the hollow discharge portion of the through hole is in the range of 0.2 Pa · m to 1.0 Pa · m,
The length of the hollow discharge part of the said through-hole exists in the range of 2 to 3 times the internal diameter of this hollow discharge part, The film-forming apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項8又は9に記載の成膜装置において、
上記貫通孔は、該貫通孔のホロー放電部における上記第1電極側及び該第1電極とは反対側の少なくとも一方に上記原料ガスの反応を促進させるためのバッファ部を有している
ことを特徴とする成膜装置。
In the film-forming apparatus of Claim 8 or 9,
The through hole has a buffer portion for promoting the reaction of the source gas on at least one of the first electrode side and the opposite side of the first electrode in the hollow discharge portion of the through hole. A characteristic film forming apparatus.
請求項10に記載の成膜装置において、
上記貫通孔は、該貫通孔のホロー放電部における上記第1電極側及び該第1電極とは反対側に上記バッファ部を有している
ことを特徴とする成膜装置。
In the film-forming apparatus of Claim 10,
The film formation apparatus, wherein the through hole has the buffer section on the first electrode side and the opposite side of the first electrode in a hollow discharge section of the through hole.
JP2009053450A 2009-03-06 2009-03-06 Film forming apparatus Pending JP2010212277A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009053450A JP2010212277A (en) 2009-03-06 2009-03-06 Film forming apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009053450A JP2010212277A (en) 2009-03-06 2009-03-06 Film forming apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010212277A true JP2010212277A (en) 2010-09-24

Family

ID=42972191

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009053450A Pending JP2010212277A (en) 2009-03-06 2009-03-06 Film forming apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010212277A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013030478A (en) * 2011-06-24 2013-02-07 Saga Univ Plasma processing apparatus
JP2013207142A (en) * 2012-03-29 2013-10-07 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Plasma formation device
JP2015220418A (en) * 2014-05-21 2015-12-07 株式会社島津製作所 Thin film forming equipment
JP2016091821A (en) * 2014-11-05 2016-05-23 東京エレクトロン株式会社 Plasma processing device
JP6065111B2 (en) * 2013-05-24 2017-01-25 株式会社島津製作所 Plasma processing equipment
CN111118444A (en) * 2018-10-30 2020-05-08 佳能特机株式会社 Electrostatic chuck system, film forming device, adsorption method, film forming method, and manufacturing method of electronic equipment

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013030478A (en) * 2011-06-24 2013-02-07 Saga Univ Plasma processing apparatus
JP2013207142A (en) * 2012-03-29 2013-10-07 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Plasma formation device
JP6065111B2 (en) * 2013-05-24 2017-01-25 株式会社島津製作所 Plasma processing equipment
JP2015220418A (en) * 2014-05-21 2015-12-07 株式会社島津製作所 Thin film forming equipment
JP2016091821A (en) * 2014-11-05 2016-05-23 東京エレクトロン株式会社 Plasma processing device
CN111118444A (en) * 2018-10-30 2020-05-08 佳能特机株式会社 Electrostatic chuck system, film forming device, adsorption method, film forming method, and manufacturing method of electronic equipment
CN111118444B (en) * 2018-10-30 2024-03-08 佳能特机株式会社 Electrostatic chuck system, film forming device, adsorption method, film forming method and manufacturing method of electronic equipment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI500809B (en) Plasma CVD device and method for manufacturing ruthenium film
KR20010096568A (en) Device for Fabricating Film for Plasma-Forming Thin Film
CN102318033A (en) Planar substrates is carried out plasma treatment method and device
JP2010212277A (en) Film forming apparatus
JP4185483B2 (en) Plasma processing equipment
WO2010079766A1 (en) Plasma processing apparatus
JP5377749B2 (en) Plasma generator
US20130213575A1 (en) Atmospheric Pressure Plasma Generating Apparatus
JP4119820B2 (en) Plasma CVD apparatus and method for manufacturing photoelectric conversion apparatus
JP5772941B2 (en) Plasma CVD equipment
WO2011099205A1 (en) Film formation device
US8931433B2 (en) Plasma processing apparatus
JP2008211243A (en) Plasma processing equipment
JP5487990B2 (en) Plasma CVD equipment
JP5488051B2 (en) Plasma CVD apparatus and silicon thin film manufacturing method
JP4890313B2 (en) Plasma CVD equipment
JP3068604B2 (en) Plasma CVD equipment
JP2003203908A (en) Plasma processing equipment
JP2008277583A (en) Plasma processing equipment
JP2008205280A (en) Film deposition device, method for forming thin film, and process for fabricating transistor
JP2005116740A (en) Plasma process equipment
JP2006086470A (en) Plasma generator
JP2005310834A (en) Plasma process equipment
JP3986483B2 (en) Electrode for plasma CVD apparatus and plasma CVD apparatus
JP4993989B2 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method