JPH03146673A - Thin film deposition method and thin film deposition equipment - Google Patents
Thin film deposition method and thin film deposition equipmentInfo
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- JPH03146673A JPH03146673A JP28490489A JP28490489A JPH03146673A JP H03146673 A JPH03146673 A JP H03146673A JP 28490489 A JP28490489 A JP 28490489A JP 28490489 A JP28490489 A JP 28490489A JP H03146673 A JPH03146673 A JP H03146673A
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Abstract
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明はプラズマを利用した堆積膜の形成方法及び装置
に関する。より詳しくは本発明は、特に、マイクロ波を
含む高周波放電によって、高品質の堆積膜を形成する薄
膜堆積法及び該方法を実施するに至適な薄膜堆積装置に
関するものである。
[従来の技術]
従来知られているプラズマCVD (Chemical
Vapor Deposition)法は(i)
200〜400℃の低温で堆積膜を形成できる、(ii
)基板の耐熱性が要求されない、などの長所を有するた
め、半導体プロセスの絶縁膜としての酸化シリコンや窒
化シリコン、太陽電池や密着型イメージセンサあるいは
感光ドラム用のアモルファスシリコン(A−Si)膜、
ダイヤモ゛ンド薄膜の形成に応用されている。従来のプ
ラズマCVD装置は、平行平板型の対向する2電極間に
ラジオ波(RF)を投入し、プラズマを発生するものが
主流であり、RFプラズマCVD装置は構造が簡単であ
るため、容易に大型化しやすいという長所を有している
。
しかしながら、従来の平行平板電極型RFプラズマCV
D法については、一方では次のような欠点も有している
。すなわち、(i)各電極にイオンシースが形成され、
カソード側に負の自己バイアスが現われ、プラズマ中の
イオン種はカソード側に引きつけられて、基板の配置さ
れたアノードへのイオン種の入射衝撃は和らぐが、依然
として、基板面へのイオン種の入射が存在し堆積膜中に
取り込まれ、内部応力や欠陥密度の増大をもたらす原因
となり、良質な堆積膜が得られていない、 (ii)
電子密度が10” 〜10”cm−’と低いため、原料
ガスの分解効率がそれほど大きくなく、堆積速度が小さ
い、 (iii)電子温度が〜4eVと低いため、ハロ
ゲン化ケイ素化合物のような結合エネルギーが高い原料
ガスは分解されにくい、上記(i)の欠点を改善するた
めに、第5図に示すような、平行平板型プラズマCVD
装置に第3の電極を加えたプラズマCVD装置を用い、
ラジカル生成領域を分離した堆積方法が提案されている
[A、Matsuda ; J、Non −Cryst
、Sol ids、 Lし]ヱ、687(1983)参
照]。
第5図において501はカソード電極、502はアノー
ド電極、503はラジカル分離用第3電極、504は高
周波RF電源、505は反応室、506はガス導入口、
507は試料基板、508は基板加熱用ヒーター、50
9は排気系である。
上記堆積方法でA−Siを堆積した場合、不対電子密度
が1016〜10 ”c m−’と小さい良質なA−S
i膜が得られる。しかし堆積速度が1人/sec、以下
と非常に小さいという欠点を有している。
また、上述したRFによるプラズマCVDの(i)乃至
(i i i)の欠点を解決するために、特開昭56−
155535号公報、特開昭59−3018号公報、特
開昭61−53719号公報、特開昭61−21337
7号公報に見られるように電子サイクロトン共鳴(EC
R)を応用したマイクロ波放電方式のプラズマCVD装
置が提案されている。第6図は、ECRプラズマ・CV
D装置の概略構成図の一例を示したものである。第6図
において、601はプラズマ発生室(空洞共振器構造を
有している)、602はマイクロ波、603はマイクロ
波導波管、604はマイクロ波導入窓、605は磁場発
生装置、606はプラズマ流及び発散磁界、607は堆
積室、608は基板ホルダー、609は試料基板、61
0は基板加熱用ヒーター、611は第1ガス導入口、6
12は第2ガス導入口、613は排気系である。ECR
プラズマCVD法では、ECR条件で電子が電磁波のエ
ネルギーを吸収するため(マイクロ波2.45GH2で
は磁束密度875ガウスが必要)電子温度が、〜7eV
と高く、電子密度も10”cm−’と高い、そのため、
1〜30人/sec、の堆積速度が得られている。また
、入射イオンエネルギーは〜20eVと平行平板型のプ
ラズマCVD法に比べて小さい、しかし基板面へのイオ
ン種の入射があり、堆積膜中にはイオン種が取り込まれ
るため、十分に高品質な膜を定常的に得るのは難しい、
また、大面積に堆積膜を得るためには、磁界発生装置の
大型化と重量化は避けられず、装置の製造コストは高く
なる。[Industrial Application Field] The present invention relates to a method and apparatus for forming a deposited film using plasma. More particularly, the present invention relates to a thin film deposition method for forming a high quality deposited film using high frequency discharge including microwaves, and a thin film deposition apparatus most suitable for carrying out the method. [Prior art] Conventionally known plasma CVD (Chemical
Vapor Deposition) method is (i)
A deposited film can be formed at a low temperature of 200 to 400°C, (ii
) Silicon oxide and silicon nitride are used as insulating films in semiconductor processes, and amorphous silicon (A-Si) films are used for solar cells, contact image sensors, and photosensitive drums.
It is applied to the formation of diamond thin films. Most conventional plasma CVD equipment generates plasma by injecting radio waves (RF) between two parallel plate electrodes that face each other, and RF plasma CVD equipment has a simple structure, so it is easy to use. It has the advantage of being easily upsized. However, the conventional parallel plate electrode type RF plasma CV
On the other hand, method D also has the following drawbacks. That is, (i) an ion sheath is formed at each electrode;
A negative self-bias appears on the cathode side, and the ion species in the plasma are attracted to the cathode side, and the impact of the ion species on the anode on which the substrate is arranged is alleviated, but the ion species are still incident on the substrate surface. is present and incorporated into the deposited film, causing an increase in internal stress and defect density, making it impossible to obtain a good quality deposited film. (ii)
(iii) Because the electron density is low at 10" to 10" cm, the decomposition efficiency of the source gas is not so high and the deposition rate is low. In order to improve the above drawback (i) that raw material gases with high energy are difficult to decompose, parallel plate plasma CVD as shown in FIG.
Using a plasma CVD device in which a third electrode is added to the device,
Deposition methods with separate radical generation regions have been proposed [A, Matsuda; J, Non-Cryst
, Solids, L., 687 (1983)]. In FIG. 5, 501 is a cathode electrode, 502 is an anode electrode, 503 is a third electrode for radical separation, 504 is a high frequency RF power source, 505 is a reaction chamber, 506 is a gas inlet,
507 is a sample substrate, 508 is a heater for heating the substrate, 50
9 is an exhaust system. When A-Si is deposited by the above deposition method, it is a good quality A-S with a low unpaired electron density of 1016 to 10 "cm".
i film is obtained. However, it has the disadvantage that the deposition rate is very low at 1 person/sec or less. In addition, in order to solve the drawbacks (i) to (ii) of plasma CVD using RF mentioned above,
155535, JP 59-3018, JP 61-53719, JP 61-21337
As seen in Publication No. 7, electron cycloton resonance (EC
A microwave discharge type plasma CVD apparatus applying R) has been proposed. Figure 6 shows ECR plasma/CV
An example of a schematic configuration diagram of the D device is shown. In FIG. 6, 601 is a plasma generation chamber (having a cavity resonator structure), 602 is a microwave, 603 is a microwave waveguide, 604 is a microwave introduction window, 605 is a magnetic field generator, and 606 is a plasma flow and divergent magnetic field, 607 is a deposition chamber, 608 is a substrate holder, 609 is a sample substrate, 61
0 is a heater for heating the substrate, 611 is a first gas introduction port, 6
12 is a second gas introduction port, and 613 is an exhaust system. ECR
In the plasma CVD method, since electrons absorb the energy of electromagnetic waves under ECR conditions (a magnetic flux density of 875 Gauss is required for microwaves of 2.45 GH2), the electron temperature is ~7 eV.
and the electron density is as high as 10"cm-'. Therefore,
Deposition rates of 1 to 30 persons/sec have been obtained. In addition, the incident ion energy is ~20 eV, which is small compared to the parallel plate plasma CVD method, but the ion species are incident on the substrate surface and are incorporated into the deposited film, so the quality is sufficiently high. It is difficult to obtain membranes regularly,
Furthermore, in order to obtain a deposited film over a large area, the size and weight of the magnetic field generating device must be increased, which increases the manufacturing cost of the device.
本発明は、従来のプラズマCVD法及び装置の欠点を改
善し堆積速度が速く、大面積に良質な堆積膜を得ること
が可能な薄膜堆積法及び該方法を実施するに至適な安価
な装置を提供することを目的としている。The present invention is directed to a thin film deposition method that improves the drawbacks of conventional plasma CVD methods and devices, has a high deposition rate, and is capable of obtaining a high-quality deposited film over a large area, and an inexpensive device that is optimal for carrying out the method. is intended to provide.
本発明者は、従来のプラズマCVD法及び装置に係る上
述した各種問題点を解決し前記目的を達成すべく鋭意研
究を重ねて本発明に至った0本発明は材料ガスの(無極
)放電によって生成したプラズマを原料ガスとともに、
試料基体面に平行な電界をプラズマ発生室と基体との間
に設けた堆積室に導入し、該電界をイオンが追従可能な
周波数で走査し、基体に堆積膜を形成することを特徴と
する薄膜堆積方法に関する。
さらに、本発明は無極放電によるプラズマ発生室とイオ
ンが追従可能な周波数で基体面に平行電界を形成する手
段を設けた堆積室を有する薄膜堆積装置に関する。
すなわち本発明はECRプラズマ法等に特定のイオン制
御技術を応用することが上記目的達成に非常に有効であ
るという知見に基づくものであり、本発明の最大の特徴
は、プラズマ発生室と基体との間に、基体面と平行な電
界を形成する電場発生装置を1組以上設け、イオンの追
従できる周波数で前記電界を走査して、プラズマ中のイ
オンを基体面と平行な方向に走査することによって基体
に入射するイオンを制御することにある。これによって
、堆積速度の低下を生ずることなしに、良質な堆積膜を
均一に、大面積に得ることが可能となる。
本発明において、印加される電界の周波数fは、鋭意研
究した結果、次式(1)で与えられる範囲内であること
が望ましいことが判明した。
(e=1.60219xlO−、”クーロン、E:印加
された電界1m:イオンの質量、λ:イオンの平均自由
行程、■=イオンの熱速度、d:電極間距離)
ただし、放電を乱さない実用的な上記周波数fの下限は
10Hz以上で、より好ましくは50Hz以上である。
第8図は、第7図に示すように、水素プラズマを発生さ
せ、プラズマ流に対して垂直方向に電界を印加し、ファ
ラデーカップでイオン電流を測定した時の、印加電界の
周波数に対するイオン電流密度の関係を示したものであ
る。
第7図において、701は電界印加用電源、702はフ
ァラデーカップ、703は電流計で−ある。第8図より
、印加電界の周波数がfi=eλE/2πmvdより低
い場合にはイオン電流密度が小さい、すなわち入射する
イオン量が少ないことがわかる。すなわち、fi以下の
場合はイオンは良好に拡散している。つまり、イオンが
印加電界に追従している。
なお前記印加電界を発生させる電源電圧の波形は、正弦
波、三角波、方形波、ノコギリ波などが好適である。
本発明において、具体的に使用される周波数としては、
たとえば10−’Torrの圧力の場合、好ま−しくは
IMHz以下、より好ましくは100kHz以下である
ことが望ましい。
前記電場発生装置は電界印加用電極と電源から成る。電
界印加用電極、は互いに対向した一対の電極板が好まし
くは1組以上、より好ましくは2組以上設けられること
が効果的である。前記対向電極を2組以上設ける場合は
、それぞれの対向電極が同一面内に存在しないことが望
ましい。第3図は2組の電界印加用電極を設けた場合の
電極と試料基板との位置関係を具体的に説明するための
模式図である。第3図において、301,302はそれ
ぞれ1対の第1.第2の対向電極であり、303.30
4はそれぞれ第1.第2の電極に電界を印加するための
低周波電源であり、305は試料基板、306はプラズ
マ流である。試料基板305に垂直な方向は、第3図Z
軸方向であり、第1.第2の対向電極303.304は
それぞれ試料基板の中心軸に対し対称に配置され、試料
基板に平行なX軸とy軸方向に配置されている。
プラズマ流(不図示)は、第3図中、第1一対向電極3
01の左側から2軸方向に流れ、イオンはXY力方向広
がり試料基板305上に堆積膜が形成される。
本発明に於いて、電界印加用電極を2組以上設ける場合
には、各々に印加される電源周波数の同期をとることが
好ましい。
本発明の薄膜堆積法及び薄膜堆積装置を応用すれば、ア
モルファスシリコン、結晶シリコン、アモルファスシリ
コンゲルマニウム、窒化シリコン、酸化シリコン、アモ
ルファスシリコンカーバイド、ダイヤモンド、各種化合
物半導体などの良質な薄膜を形成することができる。
本発明に用いられるガスとしては、堆積膜の種類に応じ
て以下のようにされる。
アモルファスシリコンあるいは結晶シリコン薄膜を堆積
する場合の原料ガスとしては、たとえばシリコン原子を
含有する、SiH4,Sit Ha。
SiF4,5iHFs 、5iHa Ft 、5iHs
F、5i2Fs 、5iCj24,5iHi Cβ2゜
S i H2C℃などが挙げられる。なお5iC24な
どの液状のものは、不活性ガスのバブリングなどにより
気化して用いる。プラズマの発生に用いる材料ガスとし
ては、上記原料ガスの他にHz。
F2 、Cl22.He、HF、HCl2.Ne。
Ar、Kr、Xeなどが挙げられる。
アモルファスシリコンゲルマニウム薄膜を堆積する場合
の原料ガスとしては、上述のアモルファスシリコンの堆
積に用いるシリコン原子を含有する原料ガスにゲルマニ
ウム原子を含有するGeH4,GeFaなどを混合した
ガスを用いる。プラズマの発生に用いるガスとしてはシ
リコン原子を含有するガスとゲルマニウム原子を含有す
るガスの混合ガスの他にH,、Fi 、Cat 。
He、Ne、HF、HCfl、Ar、Kr、Xeなどが
挙げられる。
窒化シリコン薄膜を堆積する場合の原料ガスとしては、
上述したアモルファスシリコンの堆積に用いるシリコン
原子を含有するガス、または窒素原子を含むNa 、N
Hs 、NFsから選ばれる少なくとも一種類以上のガ
スとシリコン原子を含有するガスの混合ガスが用いられ
る。プラズマの発生に用いられる材料ガスは、上記原料
ガスの他に、Nz、NHs、HFs 、H2,Fz、C
l2z。
He、HF、HCl2.Ne、Ar、Kr、Xsなどが
挙げられる。窒化シリコンの形成の場合は、原料ガスあ
るいはプラズマの発生用ガス中に少なくとも窒素原子を
含有するガスとシリコンを含有するガスが含まれていな
ければならない。
酸化シリコン薄膜を堆積する場合の原料ガスとしては、
上述したアモルファスシリコンの堆積に用いるシリコン
原子を含有するガス、または、酸素Oxとシリコン原子
を含有するガスが用いられる。プラズマの発生に用いら
れるガスは、上記原料ガスの他にOa 、Hz 、Fz
、Cat 、He。
HF、HCl2.Ne、Ar、Kr、Xeなどがある。
酸化シリコンの形成の場合は原料ガスあるいはプラズマ
発生用ガス中に少なくとも02とシリコン原子を含有す
るガスが含まれていなければならない、アモルファスシ
リコンカーバイド薄膜を堆積する場合の原料ガスとして
は、上述したアモルファスシリコンの堆積に用いるシリ
コン原子を含有するガス、s i (CH3) 4など
のシリコン原子と炭素原子を含有するガス、または炭素
原子を含有するCf(4,C2H2,Cz H4゜Ca
Hsなどから選ばれる少なくとも一種類以上のガスと上
記シリコン原子を含有するガスとの混合ガスが用いられ
る。プラズマの発生に用いられる材料ガスは上記原料ガ
スの他に、H2,Fx。
Cl2s 、He、Ne、Ar、HF、HCl2゜Kr
、Xeなどがある。アモルファスシリコンカーバイドの
形成の場合は、原料ガスあるいはプラズマ発生用ガス中
に少なくとも炭素原子を含有するガスとシリコン原子を
含有するガスが含まれていなければならない。
ダイヤモンド薄膜を堆積する場合の原料ガスとしては炭
素原子を含有するCH4,Cz Hz 。
Ct H−、Cz Ha 、CH3COCH3、CH3
0f(などが挙げられる。CH3C0CH,やCHs○
Hは不活性ガスのバブリングなどによって気化して用い
る。プラズマ発生用の材料ガスとしては、上記炭素原子
を含有するガスの他に、Hz 、Fi 、Cl2t”、
He、HF、HCI。
Ne、Ar、Kr、Xeなどが挙げられる。
上述してきたように原料ガスはプラズマ発生用ガスとし
て兼用してもよい、さらに原料ガスはHe、Arなどの
不活性ガスで希釈して用いてもよい、堆積膜に不純物を
添加する場合は原料ガスまたはプラズマ発生用ガス中に
PH3、PF、。
PFs 、PCI2s 、PCβa 、 B* Ha
、 B F s。
−BCAs 、BBrs 、AsFa 、AsCl25
。
ASHs 、Is 、5bHs 、5bFsなどのガス
を混合する。アモルファスシリコン、結晶シリコン、ア
モルファスシリコンゲルマニウム、窒化シリコン、酸化
シリコン、アモルファスシリコンカーバイドの薄膜を形
成する反応圧力は10−!〜10−’Torrであるこ
とが好ましい。
ダイヤモンド薄膜を形成する反応圧力は10−3〜10
”Torrであることが好ましい。
プラズマ発生の好適な方法としては、高周波放電、マイ
クロ波放電などが挙げられる。プラズマ中の電子密度を
高め、大きな堆積速度を得るためには、マイクロ波放電
を用いるのがより好ましい。さらに、プラズマを効率的
に発生させ、安定化させるために、磁界を印加すること
もより好ましい。なお、該磁界はECR条件に限定され
るものではない、さらに、本発明による薄膜堆積反応に
おいて反応を促進するために紫外光やレーザー光などの
光エネルギーを基板表面に付与することも可能である。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、
本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるもので
はない。
X皿患ユ
本発明の装置の好適な一例を第1図に示す。第1図にお
いて、101は誘導コイル、102は基板ホルダー 1
03と113は電界印加用の第1、第2対向電極、10
4はプラズマ生成用RF電源(周波数13.56MHz
)、105はプラズマ発生室、106と114は電界印
加用低周波電源、107はガス導入口、108は試料基
板、109は基板加熱用ヒーター 110はプラズマ流
、111は排気系、112は堆積室である。
本実施例の第1の特徴は、低周波電源106が接続され
た対向電極103によって試料基板面に平行な低周波電
界をプラズマ発生室105と試料基板108との間に印
加することにある。本例の装置の操作方法は以下のよう
に行われる。ガス導入口107から原料ガスをプラズマ
発生室105に導入し、RF電源104から高周波電力
を投入することにより、プラズマ発生室105内にプラ
ズマが発生し、その一部はプラズマ流110となって堆
積室112内にひき出される。プラズマ中に存在するイ
オンは対向電極103に印加されたイオン追従周波数の
電界によって試料基板面に平行な方向にトラップ走査さ
れ、試料基板面に平行に広がり、試料基板上に到達する
イオン量が制御された状態で、膜厚分布よく堆積反応が
起こる。
以下、本装置例で示した第1図の薄膜堆積装置を用いて
アモルファスシリコンの形成を検討した結果を具体的に
説明する。
洗浄した石英ガラス基板108を基板ホルダー102に
装着し、lXl0−’Torrの高真空領域まで排気し
た0次に、基板加熱用ヒーター109により石英ガラス
基板108の表面温度を200”Cに制御し、ガス導入
口107からSiH,ガスをIO3CCMでプラズマ発
生室105に導入し、プラズマ発生室105の圧力を0
.2Torrに制御した。ついで電極間距離が10cm
の電界印加用対向電極103と113に印加電圧を40
0V、第1の対向電極103と第2の対向電vU113
の電源周波数をそれぞれ50Hz、2kHzとして印加
した。RF電力100Wで1時間反応させ、石英ガラス
基板上にアモルファスシリコン膜を形成した。堆積速度
は3人/sec、であった。AMI(100m W /
c rn’ )の光照射による光導電率(σp)と暗
導電率(σ4)の比G p / G aはlX10’で
、光学的バンドギャップ(Eg)は1.75eVであっ
た。ESR(電子スピン共鳴)測定により不対電子密度
は7X10”σm−’であった。膜厚分布は20cmX
20cmの面積の範囲内で±5%であった。
匿校皿ユ
比較例として、電界印加をしないで行った場合には±1
3%であり、不対電子密度は2X10”Cm−’であり
、電界印加の効果は顕著であった。
第2の対向電極に、第8図においてイオン電流が大きい
周波数すなわちイオンが追従できない周波数IMHzの
電界を印加して形成したアモルファスシリコン膜の不対
電子密度は5X10”am−’であった。
実11汁λ
本発明の装置の一実施例を第2図を参照し説明する。第
2図において201はプラズマ発生室(空洞共振器構造
)、202はマイクロ波、203はマイクロ波導波管、
204はマイクロ波導入窓、205は磁場発生装置、2
06,216はそれぞれ電界印加用の第1対向電極と第
2対向電極、207,217は電界印加用低周波電源、
208は基板ホルダー 209は試料基板、210は基
板加熱用ヒーター、211は第1ガス導入口、212は
第2ガス導入口、213はプラズマ流、214は排気系
、215は堆積室を示している。
本実施例の装置の第1の特徴は実施例1の装置と同様に
、プラズマ発生室と試料基板との間に、試料基板と平行
な電界を形成する(対向電極と低周波電源からなる)電
場発生装置を設けたことにある。実施例1と異なる点は
プラズマの生成を磁界存在下のマイクロ波放電によって
行った点である。生成したプラズマ中の電子とイオンは
、磁場発生装置205による磁界と電場発生装置(20
6,207,216,217)による電界に垂直な方向
に力を受け、堆積膜の膜厚分布の改善にさらに寄与する
。
本実施例に於いては、窒化シリコン膜の形成を検討した
。
洗浄した石英ガラス基板とn型シリコン単結晶ウェハー
基板を基板ホルダー208に装着し、IX 10−’T
o r rの高真空領域まで排気した。プラズマ発生室
201のマイクロ波導入窓204付近で磁束密度が15
00ガウスになるように磁場発生装置205を用いて磁
界を印加した。電極間距離が15cmの電界印加用対向
電極206に印加電圧300V、第1と第2の電場発生
装置の電源周波数をそれぞれ60Hz、9kHzで印加
した。ガス導入口211から203CCMのN2をプラ
ズマ発生室201に導入し、堆積室215の圧力が5X
10−’Torrになるように制御し、周波数2.45
GHzのマイクロ波をマイクロ波導波管203により、
実効電力200Wで投入した。次に、ガス導入口212
からIO3CCMのSiH4を堆積室215に導入して
10分間反応させ、試料基板209上に窒化シリコン膜
を形成した。
得られた窒化シリコンの膜厚は4500人で堆積速度は
7,5人/ s e c 、であった。緩衝フッ酸液(
50%HF : 40%NH4F=15・85)による
エツチング速度は10人/ m i nであった。また
、n型シリコンウェハー上に形成した窒化シリコンに電
極を形成し、M I S型ダイオードを作成して界面電
荷密度を測定した結果I X 10”cm−”であった
。ESRによる不対電子密度の測定では2 X I Q
16c m−’であった。単結晶ウェハーを多数並べて
膜厚の均一性を調べたところ、膜厚分布は30cm×3
0cmの面積の範囲で±5%以内であった。
1校ヨユ
低周波電界印加を行わない場合の界面電荷密度は5 X
10 ”cm−2で不対電子密度は9X10”cm−
3で、膜厚分布は±20%であった。第2対向電極に第
8図においてイオン電流が大きい周波数すなわちイオン
が追従できない周波数200MHzの電界を印加した場
合に形成した窒化シリコン膜の界面電荷密度は8X 1
0”cm−”で不対電子密度は3X 10”cm−’で
あった。
夫胤且ユ
実施例2で用いた第2図の装置を用いて、多結晶シリコ
ンの形成を行った。装置の操作は試料基板を加熱するこ
と以外は実施例2と同一とした。
洗浄した石英ガラス基板と面方位(110)の単結晶シ
リコンウェハーを基板ホルダー208に装着し、8X1
0−’Torrまで排気した。試料基板209は基板加
熱ヒーター210で350℃に加熱した。磁界印加及び
電界印加を実施例2と同様にして行い、ガス導入口21
1からICAO8CCMのN2をプラズマ発生室2.0
1に導入し、堆積室215の圧力が、3X10−’To
rrになるように制御し、2.45GHzのマイクロ波
電力200Wを投入した。ついで、ガス導入口212か
ら、SiH,5SCCMとSiHzCax 5SCC
MとHCβ ISCCMの混合ガスを導入して1時間反
応させ、試料基板209上にシリコン膜を堆積した。得
られた堆積膜の膜厚は8000人であり、堆積速度は2
.2人/sec、であった。石英ガラス基板上に堆積し
たシリコン薄膜に電極を形成しホール移動度を測定した
結果、20crrll/■・secであった。
RHEED (反射高速電子線回折)の測定の結果、石
英基板上では<110>配向の多結晶、(110)単結
晶シリコン基板上では基板に近い<110>配向でエピ
タキシャル状に成長していることが確認された。膜厚分
布は30cmX30cmの面積の範囲で±7%であった
。
よ較丞ユ
第2の対向電極にイオンが追従できない周波数である5
00MHzの電界印加を行った場合、全く電界の印加を
しなかった場合の多結晶シリコン膜のホール移動度はそ
れぞれ2.1crn”/V・sec、11 crr?/
V −secであった。
夫立1
実施例1で用いた第1図の装置を用いて、アモルファス
シリコンゲルマニウムの形成の検討を行った。装置の操
作は実施例1と同様にした。
洗浄した石英ガラス基板を基板ホルダー102に装着し
、lXl0−’Torrまで排気した後、基板温度を1
90℃に制御した。低周波電界の印加を実施例1と同様
にして行い、ガス導入口107からS is Hs
10SCCMとG e H410sccMの混合ガ・
スをプラズマ発生室105に導入し、プラズマ発生室の
圧力を0.5 Torrに制御した。RF電力50Wで
1時間反応させ、1μmの膜厚のアモルファスシリコン
ゲルマニウムが得られた。堆積速度は2.8人/ s
e c 、であった、 AM 1 (100mW/cr
n”)の光照射による光導電率(σ。)と暗導電率(σ
d)の比σp/σ6は2X10’で光学的バンドギャッ
プ(Eg)は1.47eVであった。ESRにより測定
した不対電子密度はax 10”cm−”であった、ま
た膜厚分布は20cmX20cmの面積の範囲で±5%
であった。
工較五A
電界印加をしない場合は±16%であった。
第2の対向電極にイオンが追従できない周波数IMHz
の電界を印加して形成したアモルファスシリコンゲルマ
ニウム膜の不対電子密度は2X10’7cm−’であっ
た。
毘−1
本発明により、実施例1では不対電子密度の少ない、光
導電率と暗導電率の大きいアモルファスシリコンを堆積
速度が低下することなしに良好な膜厚分布で形成できる
ことがわかった。実施例2では不対電子密度の少なく、
界面電荷密度の小さい緻密な窒化シリコンが、膜厚分布
よく大面積で得られることが判明した。実施例3では不
対電子密度の少ない移動度の大きな多結晶シリコンが低
温で大面積に製造できることが示された。実施例4では
不対電子密度が少なく、光導電率と暗導電率の比が大き
く、バンドギャップの小さいアモルファスシリコンゲル
マニウムが良好な膜厚分布で形成できることがわかった
。実施例1,2,3゜4では、アモルファスシリコン、
窒化シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン
ゲルマニウムの堆積例を示したが、これらに限らず、ア
モルファスシリコンカーバイド、酸化シリコン、ダイヤ
モンド、多種の化合物半導体などの形成にも有効である
。
また実施例1と4では本発明による第1図の薄膜堆積装
置を用い、実施例2と3では本発明による第2図の薄膜
堆積装置を用いたが、本発明の薄膜堆積装置の使用条件
を限定するものではない。
すなわち、第2図の装置を用いてアモルファスシリコン
、アモルファスシリコンゲルマニウムの製造も可能で、
第1図の装置を用いた場合に比べて、堆積速度は大きく
なる。
実施例で使用した薄膜堆積装置ではイオンを走査する電
界印加の方法として、2組の低周波電場発生装置を採用
したが、2組に限らず、1aでも2組以上でもよい、該
1組の例としては、ロール・ツー・ロール方式やインラ
イン方式の多室分離型反応装置で試料基板を搬送しなが
ら堆積する場合において、試料基板の搬送方向と同一方
向に対向電極を設ける堆積装置の例があげられる。第4
図は本発明を応用したロール・ツー・ロール方式薄膜堆
積装置の概略構成図である。第4図において401はプ
ラズマ発生室、402は堆積室、403は電界印加用対
向電極、404は電界印加用低周波電源、405は磁界
発生装置、406はガス導入管、407は可撓性試料基
板、408は基板加熱用ヒーター、409は基板巻き取
りロールである。
このように本発明は、連続堆積装置への応用も有効であ
る。
[発明の効果]
以上、説明したように、本発明によれば、従来のプラズ
マCVD法及び装置に比べて、高品質な堆積膜を生産性
よく、均一に、大面積に、安価に製造することができる
。The present inventor has conducted intensive research to solve the above-mentioned problems with conventional plasma CVD methods and apparatuses and to achieve the above object, and has arrived at the present invention. The generated plasma is combined with raw material gas.
It is characterized by introducing an electric field parallel to the surface of the sample substrate into a deposition chamber provided between a plasma generation chamber and the substrate, and scanning the electric field at a frequency that can be followed by ions to form a deposited film on the substrate. This invention relates to a thin film deposition method. Furthermore, the present invention relates to a thin film deposition apparatus having a plasma generation chamber using non-polar discharge and a deposition chamber provided with means for forming a parallel electric field on a substrate surface at a frequency that can be followed by ions. That is, the present invention is based on the knowledge that applying a specific ion control technology to the ECR plasma method etc. is very effective in achieving the above objective.The greatest feature of the present invention is that the plasma generation chamber and the substrate At least one set of electric field generating devices that generate an electric field parallel to the substrate surface is provided between the two, and the electric field is scanned at a frequency that allows the ions to follow, thereby scanning the ions in the plasma in a direction parallel to the substrate surface. The goal is to control the ions that enter the substrate. This makes it possible to uniformly obtain a high-quality deposited film over a large area without reducing the deposition rate. In the present invention, as a result of intensive research, it has been found that the frequency f of the applied electric field is desirably within the range given by the following equation (1). (e = 1.60219xlO-, "Coulomb, E: Applied electric field 1 m: Mass of ion, λ: Mean free path of ion, ■ = Thermal velocity of ion, d: Distance between electrodes) However, do not disturb the discharge. The practical lower limit of the above-mentioned frequency f is 10 Hz or more, more preferably 50 Hz or more. Fig. 8 shows a method in which hydrogen plasma is generated and an electric field is applied in a direction perpendicular to the plasma flow, as shown in Fig. 7. 7 shows the relationship between the frequency of the applied electric field and the ion current density when the ion current is measured using a Faraday cup. In FIG. It is - from the ammeter. From Fig. 8, it can be seen that when the frequency of the applied electric field is lower than fi = eλE / 2πmvd, the ion current density is small, that is, the amount of incident ions is small. That is, when it is less than fi, The ions are well diffused. That is, the ions follow the applied electric field. The waveform of the power supply voltage that generates the applied electric field is preferably a sine wave, a triangular wave, a square wave, a sawtooth wave, or the like. In the present invention, the frequencies specifically used are:
For example, in the case of a pressure of 10-'Torr, the frequency is preferably IMHz or less, more preferably 100kHz or less. The electric field generator includes an electrode for applying an electric field and a power source. It is effective that the electric field applying electrode is preferably provided with one or more pairs, more preferably two or more pairs of electrode plates facing each other. When two or more sets of the opposing electrodes are provided, it is desirable that the opposing electrodes do not exist in the same plane. FIG. 3 is a schematic diagram for specifically explaining the positional relationship between the electrodes and the sample substrate when two sets of electric field applying electrodes are provided. In FIG. 3, 301 and 302 each represent a pair of first . second counter electrode, 303.30
4 is the first. A low frequency power source is used to apply an electric field to the second electrode, 305 is a sample substrate, and 306 is a plasma flow. The direction perpendicular to the sample substrate 305 is shown in FIG.
The first direction is the axial direction. The second counter electrodes 303 and 304 are each arranged symmetrically with respect to the central axis of the sample substrate, and are arranged in the X-axis and y-axis directions parallel to the sample substrate. The plasma flow (not shown) is generated at the first opposite electrode 3 in FIG.
The ions flow in two axial directions from the left side of 01, and the ions spread in the XY force directions to form a deposited film on the sample substrate 305. In the present invention, when two or more sets of electric field applying electrodes are provided, it is preferable to synchronize the power supply frequencies applied to each set. By applying the thin film deposition method and thin film deposition apparatus of the present invention, it is possible to form high quality thin films of amorphous silicon, crystalline silicon, amorphous silicon germanium, silicon nitride, silicon oxide, amorphous silicon carbide, diamond, various compound semiconductors, etc. can. The gas used in the present invention is as follows depending on the type of deposited film. When depositing an amorphous silicon or crystalline silicon thin film, raw material gases include, for example, SiH4 and Sit Ha containing silicon atoms. SiF4,5iHFs, 5iHa Ft, 5iHs
Examples include F, 5i2Fs, 5iCj24,5iHi Cβ2°S i H2C°C. Note that a liquid such as 5iC24 is used after being vaporized by bubbling an inert gas or the like. In addition to the above-mentioned source gases, the material gases used to generate plasma include Hz. F2, Cl22. He, HF, HCl2. Ne. Examples include Ar, Kr, and Xe. As the raw material gas for depositing the amorphous silicon germanium thin film, a gas containing GeH4, GeFa, etc. containing germanium atoms is used, which is a mixture of the silicon atom-containing raw material gas used for the above-mentioned amorphous silicon deposition. Gases used to generate plasma include a mixed gas of a gas containing silicon atoms and a gas containing germanium atoms, as well as H, Fi, and Cat. Examples include He, Ne, HF, HCfl, Ar, Kr, and Xe. The raw material gas for depositing a silicon nitride thin film is:
Gas containing silicon atoms used in the deposition of amorphous silicon mentioned above, or Na, N containing nitrogen atoms
A mixed gas of at least one type of gas selected from Hs and NFs and a gas containing silicon atoms is used. In addition to the above-mentioned source gases, the material gases used to generate plasma include Nz, NHs, HFs, H2, Fz, C
l2z. He, HF, HCl2. Examples include Ne, Ar, Kr, and Xs. In the case of forming silicon nitride, the raw material gas or the gas for generating plasma must contain at least a gas containing nitrogen atoms and a gas containing silicon. The raw material gas for depositing a silicon oxide thin film is:
A gas containing silicon atoms used in the above-described deposition of amorphous silicon or a gas containing oxygen Ox and silicon atoms is used. In addition to the above raw material gases, gases used to generate plasma include Oa, Hz, Fz
,Cat,He. HF, HCl2. Examples include Ne, Ar, Kr, and Xe. In the case of forming silicon oxide, the raw material gas or plasma generation gas must contain at least a gas containing 02 and silicon atoms. In the case of depositing an amorphous silicon carbide thin film, the raw material gas may be the amorphous gas mentioned above. A gas containing silicon atoms used for silicon deposition, a gas containing silicon atoms and carbon atoms such as s i (CH3) 4, or Cf (4, C2H2, Cz H4゜Ca) containing carbon atoms.
A mixed gas of at least one type of gas selected from Hs and the above silicon atom-containing gas is used. In addition to the above-mentioned source gases, the material gases used to generate plasma include H2 and Fx. Cl2s, He, Ne, Ar, HF, HCl2゜Kr
, Xe, etc. In the case of forming amorphous silicon carbide, the source gas or plasma generation gas must contain at least a gas containing carbon atoms and a gas containing silicon atoms. The source gas for depositing a diamond thin film is CH4, Cz Hz, which contains carbon atoms. Ct H-, Cz Ha, CH3COCH3, CH3
0f (such as CH3C0CH, and CHs○
H is used after being vaporized by bubbling an inert gas or the like. In addition to the above carbon atom-containing gas, material gases for plasma generation include Hz, Fi, Cl2t'',
He, HF, HCI. Examples include Ne, Ar, Kr, and Xe. As mentioned above, the raw material gas may also be used as a plasma generation gas. Furthermore, the raw material gas may be diluted with an inert gas such as He or Ar. When adding impurities to the deposited film, the raw material gas PH3, PF, in gas or plasma generating gas. PFs, PCI2s, PCβa, B*Ha
, B F s. -BCAs, BBrs, AsFa, AsCl25
. Gases such as ASHs, Is, 5bHs, and 5bFs are mixed. The reaction pressure for forming thin films of amorphous silicon, crystalline silicon, amorphous silicon germanium, silicon nitride, silicon oxide, and amorphous silicon carbide is 10-! ~10-'Torr is preferred. The reaction pressure to form a diamond thin film is 10-3 to 10
”Torr is preferable. Suitable methods for plasma generation include high frequency discharge, microwave discharge, etc. In order to increase the electron density in the plasma and obtain a high deposition rate, microwave discharge is used. Furthermore, in order to efficiently generate and stabilize plasma, it is also more preferable to apply a magnetic field. Note that the magnetic field is not limited to ECR conditions; It is also possible to apply light energy such as ultraviolet light or laser light to the substrate surface in order to promote the reaction in the thin film deposition reaction. [Examples] The present invention will be specifically described below based on Examples. but,
The present invention is not limited in any way by these Examples. A preferred example of the apparatus of the present invention is shown in FIG. In Fig. 1, 101 is an induction coil, 102 is a substrate holder 1
03 and 113 are first and second opposing electrodes for applying an electric field; 10
4 is an RF power supply for plasma generation (frequency 13.56MHz
), 105 is a plasma generation chamber, 106 and 114 are low frequency power supplies for applying an electric field, 107 is a gas inlet, 108 is a sample substrate, 109 is a heater for heating the substrate, 110 is a plasma flow, 111 is an exhaust system, 112 is a deposition chamber It is. The first feature of this embodiment is that a low frequency electric field parallel to the sample substrate surface is applied between the plasma generation chamber 105 and the sample substrate 108 by the counter electrode 103 to which the low frequency power source 106 is connected. The method of operating the apparatus of this example is as follows. By introducing raw material gas into the plasma generation chamber 105 through the gas inlet 107 and applying high frequency power from the RF power source 104, plasma is generated in the plasma generation chamber 105, and a part of it becomes a plasma flow 110 and is deposited. It is pulled out into the chamber 112. Ions existing in the plasma are trapped and scanned in a direction parallel to the sample substrate surface by an electric field with an ion tracking frequency applied to the counter electrode 103, and spread parallel to the sample substrate surface, controlling the amount of ions that reach the sample substrate. In this state, the deposition reaction occurs with good film thickness distribution. Hereinafter, the results of studying the formation of amorphous silicon using the thin film deposition apparatus shown in FIG. 1 as an example of this apparatus will be specifically explained. The cleaned quartz glass substrate 108 was mounted on the substrate holder 102, and the vacuum was evacuated to a high vacuum region of 1X10-'Torr.The surface temperature of the quartz glass substrate 108 was controlled to 200''C by the heater 109 for heating the substrate. SiH gas is introduced into the plasma generation chamber 105 using IO3CCM from the gas introduction port 107, and the pressure in the plasma generation chamber 105 is reduced to 0.
.. It was controlled at 2 Torr. Then, the distance between the electrodes is 10 cm.
The voltage applied to the opposing electrodes 103 and 113 for applying an electric field is 40
0V, first counter electrode 103 and second counter voltage vU113
The power frequencies of 50 Hz and 2 kHz were applied, respectively. A reaction was carried out for 1 hour with RF power of 100 W, and an amorphous silicon film was formed on the quartz glass substrate. The deposition rate was 3 persons/sec. AMI (100m W/
The ratio G p / Ga of photoconductivity (σp) and dark conductivity (σ4) by light irradiation of crn') was lX10', and the optical band gap (Eg) was 1.75 eV. ESR (electron spin resonance) measurement showed that the unpaired electron density was 7X10"σm-'.The film thickness distribution was 20cmX
It was ±5% within an area of 20 cm. As a comparative example, when the electric field is not applied, the difference is ±1.
3%, and the unpaired electron density was 2X10"Cm-', and the effect of electric field application was remarkable. The second counter electrode was connected to the frequency at which the ion current was large in Figure 8, that is, the frequency at which ions could not follow. The unpaired electron density of the amorphous silicon film formed by applying an IMHz electric field was 5×10”am−’. Fruit 11 Soup λ An embodiment of the apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 2, 201 is a plasma generation chamber (cavity resonator structure), 202 is a microwave, 203 is a microwave waveguide,
204 is a microwave introduction window, 205 is a magnetic field generator, 2
06 and 216 are a first counter electrode and a second counter electrode for applying an electric field, respectively, 207 and 217 are a low frequency power source for applying an electric field,
208 is a substrate holder, 209 is a sample substrate, 210 is a heater for heating the substrate, 211 is a first gas inlet, 212 is a second gas inlet, 213 is a plasma flow, 214 is an exhaust system, and 215 is a deposition chamber. . The first feature of the apparatus of this example is that, like the apparatus of Example 1, an electric field parallel to the sample substrate is formed between the plasma generation chamber and the sample substrate (consisting of a counter electrode and a low frequency power source). The reason lies in the provision of an electric field generator. The difference from Example 1 is that plasma was generated by microwave discharge in the presence of a magnetic field. Electrons and ions in the generated plasma are generated by a magnetic field generated by a magnetic field generator 205 and an electric field generator (20
6, 207, 216, 217) in a direction perpendicular to the electric field, which further contributes to improving the thickness distribution of the deposited film. In this example, formation of a silicon nitride film was considered. The cleaned quartz glass substrate and n-type silicon single crystal wafer substrate are mounted on the substrate holder 208, and the IX 10-'T
It was evacuated to a high vacuum region of o r r. The magnetic flux density near the microwave introduction window 204 of the plasma generation chamber 201 is 15
A magnetic field was applied using the magnetic field generator 205 so that the magnetic field was 0.00 Gauss. An applied voltage of 300 V was applied to the counter electrode 206 for applying an electric field with an inter-electrode distance of 15 cm, and the power frequencies of the first and second electric field generators were 60 Hz and 9 kHz, respectively. 203 CCM of N2 is introduced into the plasma generation chamber 201 from the gas inlet 211, and the pressure in the deposition chamber 215 is increased to 5X.
10-'Torr, frequency 2.45
A GHz microwave is transmitted through a microwave waveguide 203.
It was turned on with an effective power of 200W. Next, the gas inlet 212
SiH4 of IO3CCM was introduced into the deposition chamber 215 and reacted for 10 minutes to form a silicon nitride film on the sample substrate 209. The resulting silicon nitride film had a thickness of 4,500 layers and a deposition rate of 7.5 layers/sec. Buffered hydrofluoric acid solution (
The etching rate using 50% HF:40% NH4F=15.85) was 10 people/min. Further, an electrode was formed on silicon nitride formed on an n-type silicon wafer, an MIS type diode was created, and the interfacial charge density was measured, and the result was I x 10"cm-". In the measurement of unpaired electron density by ESR, 2
It was 16cm-'. When we examined the uniformity of the film thickness by arranging many single crystal wafers, we found that the film thickness distribution was 30 cm x 3.
It was within ±5% within an area of 0 cm. The interfacial charge density when no low frequency electric field is applied is 5
10"cm-2 and the unpaired electron density is 9X10"cm-2
3, the film thickness distribution was ±20%. The interfacial charge density of the silicon nitride film formed when an electric field of 200 MHz at a frequency where the ion current is large, that is, a frequency that ions cannot follow in FIG. 8, is applied to the second counter electrode.
0"cm-", the unpaired electron density was 3X 10"cm-'. Polycrystalline silicon was formed using the apparatus shown in FIG. 2 used in Example 2. Apparatus The operations were the same as in Example 2 except for heating the sample substrate.A cleaned quartz glass substrate and a single crystal silicon wafer with a plane orientation of (110) were mounted on the substrate holder 208, and an 8x1
It was evacuated to 0-'Torr. The sample substrate 209 was heated to 350° C. with a substrate heater 210. Magnetic field application and electric field application were performed in the same manner as in Example 2, and the gas inlet 21
1 to ICAO8CCM N2 to plasma generation chamber 2.0
1, and the pressure in the deposition chamber 215 is 3X10-'To
rr, and 200 W of 2.45 GHz microwave power was applied. Next, from the gas inlet 212, SiH, 5SCCM and SiHzCax 5SCC
A mixed gas of M and HCβ ISCCM was introduced and reacted for 1 hour to deposit a silicon film on the sample substrate 209. The thickness of the deposited film obtained was 8000 mm, and the deposition rate was 2.
.. 2 people/sec. Electrodes were formed on a silicon thin film deposited on a quartz glass substrate, and the hole mobility was measured to be 20 crrll/■·sec. As a result of RHEED (reflection high-speed electron diffraction) measurements, polycrystals with <110> orientation grow on quartz substrates, and epitaxial growth occurs on (110) single crystal silicon substrates with <110> orientation close to the substrate. was confirmed. The film thickness distribution was ±7% within an area of 30 cm x 30 cm. 5, which is the frequency at which ions cannot follow the second counter electrode.
The hole mobilities of the polycrystalline silicon film when an electric field of 00 MHz is applied and when no electric field is applied are 2.1 crn"/V・sec and 11 crr?/, respectively.
It was V-sec. Utachi 1 Using the apparatus shown in FIG. 1 used in Example 1, the formation of amorphous silicon germanium was investigated. The operation of the apparatus was the same as in Example 1. The cleaned quartz glass substrate is mounted on the substrate holder 102, and after exhausting to lXl0-'Torr, the substrate temperature is lowered to 1
The temperature was controlled at 90°C. A low frequency electric field was applied in the same manner as in Example 1, and S is Hs was applied from the gas inlet 107.
A mixture of 10SCCM and G e H410sccM.
The plasma was introduced into the plasma generation chamber 105, and the pressure in the plasma generation chamber was controlled to 0.5 Torr. The reaction was carried out for 1 hour with RF power of 50 W, and amorphous silicon germanium having a thickness of 1 μm was obtained. Deposition rate is 2.8 people/s
e c , AM 1 (100mW/cr
Photoconductivity (σ.) and dark conductivity (σ.n”) by light irradiation
The ratio σp/σ6 of d) was 2×10′, and the optical band gap (Eg) was 1.47 eV. The unpaired electron density measured by ESR was ax 10"cm-", and the film thickness distribution was ±5% in an area of 20cm x 20cm.
Met. Engineering Calibration 5A: ±16% when no electric field was applied. Frequency IMHz at which ions cannot follow the second counter electrode
The unpaired electron density of the amorphous silicon germanium film formed by applying the electric field was 2×10'7 cm-'. B-1 According to the present invention, in Example 1, it was found that amorphous silicon having a low unpaired electron density and high photoconductivity and dark conductivity could be formed with a good film thickness distribution without decreasing the deposition rate. In Example 2, the unpaired electron density is low,
It has been found that dense silicon nitride with low interfacial charge density can be obtained over a large area with good thickness distribution. Example 3 showed that polycrystalline silicon with low unpaired electron density and high mobility can be produced in a large area at low temperature. In Example 4, it was found that amorphous silicon germanium having a low unpaired electron density, a large ratio between photoconductivity and dark conductivity, and a small band gap could be formed with a good film thickness distribution. In Examples 1, 2, 3゜4, amorphous silicon,
Although examples of depositing silicon nitride, polycrystalline silicon, and amorphous silicon germanium have been shown, the method is not limited to these, but is also effective in forming amorphous silicon carbide, silicon oxide, diamond, and various compound semiconductors. Further, in Examples 1 and 4, the thin film deposition apparatus according to the present invention shown in FIG. 1 was used, and in Examples 2 and 3, the thin film deposition apparatus according to the present invention shown in FIG. 2 was used. It is not limited to. In other words, it is possible to produce amorphous silicon and amorphous silicon germanium using the apparatus shown in Figure 2.
The deposition rate is higher than when using the apparatus of FIG. In the thin film deposition apparatus used in the example, two sets of low frequency electric field generators were employed as a method of applying an electric field to scan ions, but the number of sets is not limited to two, and it is also possible to use 1a or more than two sets. For example, when depositing a sample substrate while transporting it in a roll-to-roll or in-line multi-chamber separation type reactor, there is an example of a deposition system in which a counter electrode is provided in the same direction as the transport direction of the sample substrate. can give. Fourth
The figure is a schematic diagram of a roll-to-roll type thin film deposition apparatus to which the present invention is applied. In FIG. 4, 401 is a plasma generation chamber, 402 is a deposition chamber, 403 is a counter electrode for applying an electric field, 404 is a low frequency power source for applying an electric field, 405 is a magnetic field generator, 406 is a gas introduction tube, and 407 is a flexible sample. The substrate, 408 is a heater for heating the substrate, and 409 is a substrate winding roll. As described above, the present invention is also effective in application to a continuous deposition apparatus. [Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, a high-quality deposited film can be produced uniformly, over a large area, and at low cost with good productivity compared to conventional plasma CVD methods and equipment. be able to.
第1図は本発明によるRF薄膜堆積装置の概略構成図、
第2図は本発明によるマイクロ波薄膜堆積装置の概略構
成図、第3図は本発明の電界印加用電極の配置を説明す
るための概念図、第4図は本発明を応用したロール・ツ
ー・ロール連続ti f!装置の概略構成図、第5図は
従来のラジカル分離型3電極プラズマCVD装置の概略
構成図、第6図は従来のECR型マイクロ波プラズマC
VD装置の概略構成図、第7図はイオン電流の測定概念
図、第8図は印加電界の周波数とイオン電流密度の関係
を示す図である−0
第1図から第7図までにおいて、
101・・・誘導コイル
104.504・・・RF電源
103.113,206,216,301゜302.4
03・・・電界印加用対向電極106.114,207
,217゜
303.304,404・・・電界印加用低周波電源1
05.201,401,601−・・プラズマ発生室
112.215,402,505,607・・・堆積室
108、 209. 305,407. 507゜60
9・・・試料基板
102.208,608・・・基板ホルダー109.2
10,408,508,610・・・基板加熱用ヒータ
ー
107.211,212,406,506゜611.6
12・・・ガス導入口
110.213,306,606・・・プラズマ流11
1.214,509,613・・・排気系202.60
2・・・マイクロ波
203.603・・・マイクロ波導波管204.604
・・・マイクロ波導入窓205.405,605・・・
磁界発生装置409・・・可撓性基板巻き取りロール5
01・・・カソード電極
502・・・アノード電極
701・・・電界印加用電源
702・・・ファラデーカップ
703・・・電流計
l!!3
図
父
fI5xiQ8
ερカロ宅畔のF@)茫数(Hz)
第
図FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an RF thin film deposition apparatus according to the present invention;
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a microwave thin film deposition apparatus according to the present invention, FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the arrangement of electric field applying electrodes according to the present invention, and FIG. 4 is a roll tool to which the present invention is applied.・Roll continuous ti f! A schematic diagram of the equipment; Figure 5 is a diagram of a conventional radical separation type three-electrode plasma CVD equipment; Figure 6 is a diagram of a conventional ECR type microwave plasma CVD equipment.
A schematic configuration diagram of the VD device, Figure 7 is a conceptual diagram of measurement of ion current, and Figure 8 is a diagram showing the relationship between the frequency of the applied electric field and the ion current density.-0 From Figures 1 to 7, 101 ...Induction coil 104.504...RF power supply 103.113, 206, 216, 301°302.4
03...Counter electrode for applying electric field 106, 114, 207
,217゜303.304,404...Low frequency power supply 1 for applying electric field
05.201,401,601--Plasma generation chamber 112.215,402,505,607--Deposition chamber 108, 209. 305,407. 507°60
9...Sample substrate 102.208,608...Substrate holder 109.2
10,408,508,610...Substrate heating heater 107.211,212,406,506°611.6
12...Gas inlet 110.213,306,606...Plasma flow 11
1.214,509,613...exhaust system 202.60
2...Microwave 203.603...Microwave waveguide 204.604
...Microwave introduction window 205.405,605...
Magnetic field generator 409...Flexible substrate winding roll 5
01...Cathode electrode 502...Anode electrode 701...Power source for applying electric field 702...Faraday cup 703...Ammeter l! ! 3 Figure father fI5xiQ8 ερKaro's house F@) Number of clouds (Hz) Figure
Claims (2)
体面と平行な電界を形成し、前記プラズマ中に存在する
イオンの追従が可能な周波数で該電界を走査し、堆積室
に生起したプラズマを導いて基体表面に原料ガスの主成
分元素からなる堆積膜を形成することを特徴とする薄膜
堆積法。(1) Gas is turned into plasma by electric discharge, an electric field parallel to the surface of the substrate is formed on the front surface of the substrate, and the electric field is scanned at a frequency that allows tracking of ions existing in the plasma, thereby generating plasma in the deposition chamber. A thin film deposition method characterized by forming a deposited film consisting of the main constituent elements of a raw material gas on the surface of a substrate by guiding the gas.
に膜を形成する堆積室と、前記プラズマ生成室に高周波
電力を供給する手段と、前記堆積室内に設置された基体
を加熱する手段とを備えた薄膜堆積装置において、前記
堆積室内の基体前面に基体面と平行な電界を形成し、か
つイオンの追従が可能な周波数で該電界を走査する手段
を少なくとも1組以上設けたことを特徴とする薄膜堆積
装置。(2) A plasma generation chamber for generating plasma, a deposition chamber for forming a film on a substrate, means for supplying high frequency power to the plasma generation chamber, and means for heating the substrate installed in the deposition chamber. The thin film deposition apparatus is characterized in that at least one set of means is provided for forming an electric field parallel to the substrate surface on the front surface of the substrate in the deposition chamber and scanning the electric field at a frequency that allows tracking of ions. thin film deposition equipment.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28490489A JPH03146673A (en) | 1989-11-02 | 1989-11-02 | Thin film deposition method and thin film deposition equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28490489A JPH03146673A (en) | 1989-11-02 | 1989-11-02 | Thin film deposition method and thin film deposition equipment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03146673A true JPH03146673A (en) | 1991-06-21 |
Family
ID=17684556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28490489A Pending JPH03146673A (en) | 1989-11-02 | 1989-11-02 | Thin film deposition method and thin film deposition equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03146673A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000003065A1 (en) * | 1998-07-09 | 2000-01-20 | Komatsu Ltd. | Surface treatment apparatus |
| JP2003055768A (en) * | 2001-06-07 | 2003-02-26 | Ulvac Japan Ltd | Film deposition method and film deposition apparatus |
| WO2020235807A1 (en) * | 2019-05-17 | 2020-11-26 | Min Eun Hong | Rail lighting that can be converted into and used as advertisement means |
-
1989
- 1989-11-02 JP JP28490489A patent/JPH03146673A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000003065A1 (en) * | 1998-07-09 | 2000-01-20 | Komatsu Ltd. | Surface treatment apparatus |
| JP2003055768A (en) * | 2001-06-07 | 2003-02-26 | Ulvac Japan Ltd | Film deposition method and film deposition apparatus |
| WO2020235807A1 (en) * | 2019-05-17 | 2020-11-26 | Min Eun Hong | Rail lighting that can be converted into and used as advertisement means |
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