JP2001118793A - 薄膜作製方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、基板上に薄膜を形成する薄膜作製
方法及び装置に関する。従来の方法及び装置による薄膜
作製では、粒径の大きな結晶性の薄膜で構造欠陥の少い
単結晶性の大面積の薄膜形成が難しく、また基板には耐
高温性のものが必要でコスト上の不具合があった。本発
明はこのような不具合を解消できる薄膜作製方法及び装
置の提供を課題とする。 【解決手段】 本発明の薄膜作製方法は、真空容器の上
部に絶縁板を介装したアンテナからプラズマ発生用高周
波電圧を印加し、真空容器中の原料ガスをプラズマ化
し、吸着ガス分子中に真空容器の両側に設けた磁場コイ
ルで発生させた磁場を印加して、薄膜を作製するものと
した。これにより、真空容器中の磁界により、吸着分子
ガスの磁力線まわりのラーモア運動で、吸着分子ガスの
運動が促進され、粒径が大きく構造欠陥の少ない大面積
の薄膜を基板上に形成でき、また、基板表面上の高温化
が不要で、基板は安価なものにできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｓｉウェハー、若
しくはガラス基板上に半導体薄膜（ＩＣチップ、ＴＦ
Ｔ，太陽電池等）を形成するため、プラズマ気相成長法
により基板上で結晶性薄膜を作製する薄膜作成方法およ
びその作製装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマ励起気相成長法を用いてＳｉウ
ェハー表面若しくはガラス等からなる基板上に結晶性の
半導体の薄膜を作製する場合、従来は誘導結合プラズマ
や電子共鳴サイクロトロンプラズマ、超高周波プラズマ
利用によって、結晶を基板上に成長させる半導体成分を
含む、供給された原料ガスから生じるプラズマを高密度
化するか、あるいは成長温度を高くすることによって、
基板上に作製される薄膜の結晶性を改善しようとしてい
た。

【０００３】図４は、プラズマ励起気相成長法を用い
て、基板上に結晶性の薄膜を作成するために、従来から
使用されている平行平板型プラズマ気相成長装置として
の薄膜作製装置の概略図を示す図である。図に示すよう
に、真空容器１内に放電電極２と基板支持台３およびＳ
ｉウェハー等からなる基板４を設置し、放電電極２には
プラズマ発生用１３．５６ＭＨｚのプラズマ発生用高周
波電源５が、基板支持台３には基板バイアス印加用数百
ｋＨｚの基板バイアス印加用高周波電源６が、電気的に
それぞれ接続されている。

【０００４】また、基板支持台３内には、これらの高周
波電源５，６とは絶縁された状態でヒーター７が埋め込
まれており、これにヒーター電源８より電流を供給する
ことにより基板４を熱伝導によって所望の温度に加熱す
る。この状態でガス供給ノズル９より原料ガス１０を真
空容器１内に導入し、プラズマ発生用高周波電源５およ
び基板バイアス印加用高周波電源６により、導入した原
料ガス１０に高周波電界を印加することによりプラズマ
１１を発生させ、原料ガス１０を分解し、分解された原
料ガス１０の吸着反応を利用して基板４上へ薄膜を形成
するようにしていた。

【０００５】このとき、ヒーター７へのヒーター電源８
からの電流供給量を増やすことにより成長温度を増加さ
せ、基板４表面の温度を高温化することにより、基板４
表面上での原料ガス１０が分解して生じた吸着ガス分子
の拡散運動を促進することにより、所望の構造、粒径に
された結晶性の薄膜の改善を行なおうとしていた。

【０００６】しかしながら、上述した従来の薄膜作成方
法には、次の２つの大きな問題点があった。

【０００７】（１）高密度のプラズマ１１によって基板
４表面上には、励起ガス分子の吸着作用により多数の結
晶初期核が形成されるが、これがほとんど基板４表面上
では拡散できないために、結晶初期核の横方向への成長
が助長されず、結果的に粒径の大きな結晶性の薄膜の形
成ができないのはもとより、構造欠陥の少い単結晶性の
大きな面積を有する薄膜の形成が不可能であった。

【０００８】（２）また、高温によって吸着ガス分子の
基板４表面上の拡散を促進しようとする場合、その温度
に対して耐性を持つ高価な基板４を選定しなければなら
ず、コスト的に見合う基板４上の薄膜作製を行うことが
できなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のプラ
ズマ気相成長法により、基板上に結晶性薄膜を作製する
薄膜作製方法およびその方法を実施するための薄膜作製
装置による結晶性薄膜の作製で生じる、上述した不具合
を解消するために、基板上に形成される結晶初期核の横
方向への成長が助長されて、粒径の大きな、しかも構造
欠陥の少い結晶性の薄膜の形成ができるとともに、吸着
ガス分子の基板表面上の拡散、促進のために、基板を高
温化する必要がなく、耐高温性の高価な基板を使用する
必要がなく、安価な基板上に結晶性薄膜を作製すること
のでき、コストダウンの図れる薄膜作製方法および薄膜
作製装置を提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の薄膜
作製方法は、つぎの手段を採用した。

【００１１】（１）真空容器中に導入されたＳｉＨ₄ ガ
ス等からなる原料ガスに高周波電界を印加することによ
り、原料ガスをプラズマ化し、真空容器中に設置された
基板上にプラズマ励起気相成長法を用いて薄膜を作製す
る方法において、真空容器の上部に絶縁板を介装して設
置されたアンテナからプラズマ発生用高周波電界を印加
して、真空容器中の前記原料ガスをプラズマ化し、プラ
ズマ化された原料ガスに、真空容器の周囲に設けた磁場
コイルで発生させた磁場を印加することにより、基板上
に薄膜を作製するものとした。なお、真空容器の周囲に
発生させる磁場は、固定磁石で発生させるものでも、電
気的回転で発生させるものでもよい。

【００１２】（ａ）これにより、従来高密度のプラズマ
により基板表面上に形成される結晶初期核では、基板表
面上を高温にしないかぎり吸着ガス分子の横方向の拡散
が小さいため、薄膜の横方向の成長が抑制され、粒径が
大きく構造欠陥の少ない大面積の薄膜を基板上に作製す
ることができなかったが、プラズマ化された原料ガスに
略水平方向の磁界を印加し、励起ガス分子に磁力線まわ
りのラーモア運動を発生させることにより、励起ガス分
子の基板近傍の周方向および横方向の運動が促進され、
基板上には粒径が大きく、構造欠陥の少ない大面積の薄
膜を形成することができるようになる。

【００１３】また、基板上の吸着ガス分子の表面拡散を
促進して、基板上に形成される結晶初期核の横方向の成
長を大きくするために、従来のように基板表面上を高温
にする必要がないため、基板は耐高温性の高価なものに
する必要がなく、安価に薄膜を作製することができる。

【００１４】また、本発明の薄膜作製方法は、上述
（１）の手段の採用に加え、つぎの手段を採用した。

【００１５】（２）真空容器中にＡｒガスを導入し、原
料ガスと同様に高周波電界を印加することにより、発生
させたＡｒガスの励起イオン成分および電子により、吸
着ガス分子の前記基板周方向および横方向運動を一層促
進するとともに、励起イオン成分により励起ガス分子の
吸着により基板上に作製された薄膜の結晶欠陥部をスパ
ッタすることにより、より構造欠陥の少ない薄膜を基板
上に作製するものとした。

【００１６】（ｂ）これにより、高周波電界を印加する
ことによりイオン化された励起イオン成分および電子に
より、吸着ガス分子の前記基板近傍周方向および横方向
運動がより促進され、基板上には粒径がより大きく、よ
り大面積の構造欠陥の少ない薄膜を形成することができ
るようになる。また、基板上に形成された薄膜をＡｒガ
スの励起イオン成分によりスパッタすることにより、薄
膜の形成時に生じる結晶欠陥部分が除去され、また、励
起イオン成分のスパッタエッチングにより薄膜は、優勢
配向面のみが優先的に形成されるため、より構造欠陥の
少ない薄膜を作製することができる。

【００１７】また、本発明の薄膜作製装置は、次の手段
を採用した。

【００１８】（３）導入された原料ガスに高周波電界を
印加することにより、原料ガスをプラズマ化し、プラズ
マ励起気相成長法を用いて設置された基板上に薄膜を作
製する真空容器の上部に絶縁体を介装して配置され、真
空容器中に導入された原料ガスに、プラズマ発生用高周
波電界を印加しプラズマ化された励起ガス分子にするア
ンテナを設けた。

【００１９】（４）真空容器の周囲に設置され、真空容
器中の励起ガス分子中に磁界を印加し、励起ガス分子の
基板近傍周方向および横方向運動を促進させて、基板上
に薄膜を作製する磁場コイルを設けるものとした。

【００２０】（ｃ）これにより、上述した（ａ）と同様
に、真空容器中に従来設置されている放電電極を、真空
容器の上部に絶縁板を介装して設置されたアンテナに
し、ことにより、原料ガスのプラズマ化された励起ガス
分子中には、薄膜を形成する基板の上面と略平行な水平
方向の磁界を印加し、励起ガス分子には磁力線まわりの
ラーモア運動が発生することにより、励起ガス分子の基
板近傍の周方向および横方向の運動が促進され、基板上
には粒径が大きく構造欠陥の少ない大面積の薄膜が形成
できる。また、基板上の吸着ガス分子の表面拡散を促進
し、結晶初期核の横方向の大きさを大きくするために、
基板表面上を高温にする必要がなく、基板は耐高温性の
高価なものにする必要がなく、安価に薄膜を作製するこ
とができる。

【００２１】また、本発明の薄膜作製装置は、上述
（３）、（４）の手段に加え、次の手段を採用した。

【００２２】（５）高周波電界を印加してイオン化した
励起イオン成分および電子により、励起ガス分子の基板
近傍周方向および横方向運動を促進するとともに、励起
イオン成分により基板上に作製された薄膜をスパッタし
て薄膜作製時に生じる結晶欠陥の発生を抑制し、構造欠
陥のより少ない薄膜を作製するＡｒガスを、真空容器中
に導入するＡｒガスノズルを設けた。

【００２３】（ｄ）これにより、上述した（ｃ）に加
え、上述した（ｂ）と同様に、高周波電界を印加してイ
オン化された励起イオン成分および電子により、励起ガ
ス分子の基板近傍周方向および横方向運動が、上述した
（ｃ）の場合に比較してより促進され、基板上には粒径
がより大きく、より大面積の構造欠陥の少ない薄膜を形
成することができる。

【００２４】また、本発明の薄膜作製装置は、上述
（３）、（４）の手段又は上述（３）、（４）、（５）
の手段に加え、次の手段を採用した。

【００２５】（６）薄膜を作製する基板がＳｉウェハー
等のシリコン基板からなり、基板として採用されたシリ
コン基板と同様に構造欠陥の少ない単結晶の薄膜を作製
するものとした。

【００２６】（ｅ）これにより、上述した（ｃ）に加
え、真空容器中の温度は、従来の薄膜作製装置により工
業的に行なわれていたプラズマ励起気相成長法では、実
現できなかった１０００℃よりも低い６００℃以下で粒
径の大きく、構造欠陥の殆どない単結晶性で、しかも１
２インチ以上の大径の薄膜が基板上に作製でき、工業的
に利点の大きいものにすることができる。また、シリコ
ン基板上に形成された薄膜の結晶欠陥部に、Ａｒガスの
励起イオン成分、電子をスパッタすることにより、薄膜
の形成時に生じる結晶欠陥部分が除去され、構造欠陥の
殆どない単結晶性構造のものにすることができる。

【００２７】また、本発明の薄膜作製装置は、上述
（３）、（４）の手段又は上述（３）、（４）、（５）
の手段に加え、次の手段を採用した。

【００２８】（７）薄膜を作製する基板がガラス基板か
らなり、構造欠陥の少ない多結晶の構造欠陥の少ない薄
膜を作製するものとした。

【００２９】（ｆ）これにより、上述した（ｃ）に加
え、真空容器中の温度は、従来の薄膜作製装置により工
業的に行なわれていたプラズマ励起気相成長法では、実
現できなかった１０００℃よりも低い４００℃以下で、
粒径の大きく構造欠陥の殆どない多結晶性で、しかも１
２インチ以上の大径の薄膜が作製でき、工業的に利点の
大きいものにすることができる。また、ガラス基板上に
形成された薄膜をＡｒガスの励起イオン成分でスパッタ
エッチングすることにより、薄膜には優勢配向面のみに
優先的に薄膜が形成されるため、構造欠陥の殆どない多
結晶性のものにすることができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の薄膜作製方法に使
用される薄膜作製装置の実施の一形態を図面に基づき説
明する。図１は、本発明の薄膜作製装置の実施の第１形
態としての結晶性薄膜作製用プラズマ励起気相成長装置
の概略を示す図である。

【００３１】図において、１は真空容器、３は基板支持
台、５はプラズマ発生用高周波電源、６は基板バイアス
印加用高周波電源、７はヒーター、８はヒーター電源、
９はガス供給ノズル、１１はプラズマで、図４に示した
ものと略同等若しくは類似の部材が使用されている。ま
た、１２は図４において示した基板４と同様に、表面に
薄膜を形成させるシリコン基板、１３はアンテナ、１４
はアンテナ１３と真空容器１の頂板との間に介装された
絶縁板、１５は図４において示した原料ガス１０と同様
にガス供給ノズル９から真空容器１内に導入され、プラ
ズマ化されてシリコン基板１２に薄膜を形成するＳｉＨ
₄ ガス、１６は真空容器１の周囲に配置され、真空容器
１内に磁場を発生させる回転磁場コイルである。

【００３２】本実施の形態の薄膜作製装置は、上述の部
材からなり、真空容器１内に基板支持台３およびシリコ
ン基板１２を設置し、絶縁板１４で真空容器１内と隔絶
されたアンテナ１３には、図４において示した放電電極
２と同様にプラズマ発生用１３．５６ＭＨｚのプラズマ
発生用高周波電源５が、基板支持台３には、同様に基板
バイアス印加用数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚまで可変の基板バ
イアス印加用高周波電源６が、それぞれ電気的に接続さ
れ、真空容器１内に高周波電界を印加するようにしてい
る。

【００３３】また、基板支持台３の内部には、前述した
高周波電源５，６とは絶縁された状態でヒーター７が埋
め込まれており、これにヒーター電源８より電流を供給
することにより、基板支持台３上に載置されているシリ
コン基板１２を熱伝導によって所望の温度、例えば６０
０℃程度に加熱する。この状態でガス供給ノズル９より
原料ガスとしてのＳｉＨ₄ ガス１５を真空容器１内に導
入することによりプラズマ１１を発生させ、ＳｉＨ₄ ガ
スの励起ガス分子の分解・吸着反応を利用して、シリコ
ン基板１２上へ単結晶シリコン薄膜を形成するようにし
ている。

【００３４】本実施の形態の薄膜作製装置が従来の薄膜
作製装置と大きく異なる点は、プラズマ１１に対して真
空容器１の周囲に配置された磁場コイル１６によって、
回転水平方向磁場を印加していることである。このよう
に、本実施の形態による薄膜作製装置は、プラズマ励起
による薄膜成長の基本的な原理においては、図４に示し
た従来の薄膜作製装置と同様の方法を採用しているが、
本実施の形態の薄膜作製装置における大きな特徴は、前
述したように、真空容器１内で発生させているプラズマ
１１状の励起ガス分子に対して、磁場コイル１６で回転
水平方向磁場を印加するようにしている点である。

【００３５】これにより、図２に示すように、プラズマ
化されたＳｉＨ₄ ガス１５の励起イオン１７成分および
電子１８が、真空容器１内を横切る磁力線１９に沿って
ラーモア運動し、この運動の発生によって、シリコン基
板１２表面でのＳｉＨ₄ ガス１５の吸着ガス分子のシリ
コン基板１２近傍周方向および横方向運動が促進され
る。すなわち、励起ガス分子中のように中心力の場にあ
って、運動する励起イオン１７若しくは電子等の電子系
に、磁場コイル１６によって発生させた磁場ベクトルＨ
が作用すると、その角運動量の方向は磁場ベクトルＨに
よって発生する磁力線１９方向を軸としてラーモア回転
数ｅＨ／４πｍｃをもって回転する。

【００３６】ここで、Ｈは磁場ベクトルＨの大きさ、−
ｅは電子系の有する電気量、ｍはその質量、ｃは真空中
における光速度である。この運動をラーモアの才差運動
（Ｌａｍｏｒ’ｓ Ｐｒｅｃｅｓｓｉｏｎ）といい古典
力学的にＬａｒｍｏｒの定理によって証明されているも
のである。このように、ラーモア回転数で回転する電子
系の軌道運動は、角運動量とともに磁気モーメントをも
つことから、磁場によって磁気モーメントに与えられる
トルクは、角運動量の才差運動、いわゆる磁力線１９に
沿ったラーモア運動が生じることから、シリコン基板１
２近傍で電荷を帯びたＳｉＨ₄ ガス１５の励起ガス分子
は、シリコン基板１２近傍周方向および横方向運動が促
進されることになる。

【００３７】その結果、従来の薄膜作製装置による工業
的に行われていたプラズマ励起気相成長法では実現でき
なかった１０００℃よりも低い温度（６００℃以下）で
の、粒径の大きな単結晶性の薄膜の作製ができるように
なり、１２インチ以上の大面積のシリコン単結晶膜成長
が可能となり、工業的に基板４上に大きな薄膜を熱励起
気相成長法で作製できるようになった。さらに、低温度
で基板４上に薄膜が形成できるので、基板４として耐高
温性の高価な基板４を選定する必要がなく、低コストに
よる薄膜の作製ができるようになった。

【００３８】次に、図３は本発明の薄膜作製装置の実施
の第２形態としての結晶性薄膜作製用プラズマ励起気相
成長装置の概略を示す図である。なお、図３において
は、真空容器１の一方の側に設けたガス供給ノズルは、
Ａｒガスノズル２１として示し、Ａｒガス２２を供給す
るように示しているが、本実施の形態においてはカッコ
内で示すようにＡｒガスノズル２１は、ガス供給ノズル
９として使用し、ＳｉＨ₄ ガス１５を真空容器１の両側
から供給するようにすると共に、基板支持台３にはシリ
コン基板１２に代えてガラス基板２０を載置するように
している。

【００３９】本実施の形態の薄膜作製装置では、図に示
すように真空容器１内に基板支持台３および透明導電膜
が付いている場合を含むガラス基板２０を設置し、絶縁
板１４で真空容器１内と隔絶されたアンテナ１３にはプ
ラズマ発生用１３．５６ＭＨｚの高周波電源５が、基板
支持台３には基板バイアス印加用数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚ
まで可変の高周波電源６が電気的に接続されている。

【００４０】また、基板支持台３の内部には、それとは
絶縁された状態でヒーター７が埋め込まれており、これ
にヒーター電源８より電流を供給することにより基板支
持台３上に載置されているガラス基板２０を熱伝導によ
って所望の温度に加熱する。この状態で真空容器１の両
側に設けたガス供給ノズル９よりＳｉＨ₄ ガス１５を真
空容器１内に導入することによりプラズマ１１を発生さ
せ、励起ガス分子の分解・吸着反応を利用してガラス基
板２０上へ多結晶シリコン薄膜を形成するようにした。

【００４１】本実施の形態の薄膜作製装置が従来の薄膜
作製装置と大きく異なる点は、実施の第１形態と同様に
プラズマ１１に対して真空容器１の周囲に配置された磁
場コイル１６によって回転水平方向磁場を印加している
ことである。

【００４２】このように、本実施の形態による薄膜作製
装置は、プラズマ励起による薄膜成長の基本的な原理に
おいては、実施の第１形態と同様に、図４に示した従来
の薄膜作製装置と同様の方法を採用している。本実施の
形態における大きな特徴は、前述したように、真空容器
１内で発生しているプラズマに対して磁場コイル１６で
回転水平方向磁場を印加している点である。

【００４３】これにより、実施の第１形態と同様に、図
２に示すように、プラズマ化されたＳｉＨ₄ ガス１５の
励起イオン１７成分および電子１８が真空容器１内を水
平方向に横切る磁力線１９に沿ってラーモア運動し、ガ
ラス基板２０表面でのＳｉＨ ₄ ガス１５の励起ガス分子
の基板４近傍周方向および横方向運動が促進される。そ
の結果、プラズマ励起気相成長法で行われていた６００
℃よりも低い４００℃以下の温度で、１２インチ以上の
大面積で粒径の大きな（１μｍ以上）多結晶シリコン膜
成長が可能となる。

【００４４】次に、図３により本発明の薄膜作製装置の
実施の第３形態を説明する。なお、図３は前述したよう
に実施の第２形態の説明にも使用するようにしているた
め、本実施の形態の薄膜作製装置である結晶性薄膜作製
用プラズマ励起気相成長装置の概略図である図３に示す
ように、真空容器１内に基板支持台３およびシリコン基
板１２を設置し、絶縁板１４で真空と隔絶されたアンテ
ナ１３には、プラズマ発生用１３．５６ＭＨｚの高周波
電源５が、基板支持台３には基板バイアス印加用数百ｋ
Ｈｚ〜数ＭＨｚまで可変の高周波電源６が、それぞれ電
気的に接続されている。

【００４５】また、基板支持台３の内部には、それとは
絶縁された状態でヒーター７が埋め込まれており、これ
にヒーター電源８より電流を供給することにより、基板
支持台３上に載置されているシリコン基板１２を、熱伝
導によって所望の温度で加熱する。この状態で真空容器
１の両側にそれぞれ設けられたガス供給ノズル９よりＳ
ｉＨ ₄ ガス１５を、Ａｒガスノズル１８よりＡｒガス１
９を真空容器１内に導入することによりプラズマ１１を
発生させ、ＳｉＨ₄ ガス１５の分解・吸着反応を利用し
て、シリコン基板１２上へ単結晶シリコン薄膜を形成す
るとともに、プラズマ１１の発生により生じたＡｒイオ
ンによるスパッタエッチングにより、結晶構造がより低
欠陥、すなわち単結晶で作製されているシリコン基板１
２と略同じ結晶構造の単結晶シリコン薄膜を形成するよ
うにした。

【００４６】このように、本実施の形態の薄膜作製装置
が、従来の薄膜作製装置と大きく異なる点は、プラズマ
１１に対して真空容器１の周囲に配置された磁場コイル
１６によって回転水平方向磁場を印加していることであ
る。このように、本実施の形態による薄膜作製装置は、
プラズマ励起による薄膜成長の基本的な原理において
は、実施の第１形態、第２形態と同様に、図４に示した
従来の薄膜作製装置と同様の方法を採用している。本実
施の形態における大きな特徴は、前述したように、真空
容器１内で発生しているプラズマに対して磁場コイル１
６で回転水平方向磁場を印加している点である。

【００４７】これにより、実施の第１形態、実施の第２
形態と同様に、図２に示すようにガス供給ノズル９から
供給されプラズマ化されたＳｉＨ₄ ガス１５および電子
１８が磁力線１９に沿ってラーモア運動し、シリコン基
板１２表面での励起ガス分子の基板近傍周方向および横
方向運動が促進されるとともに、Ａｒガスノズル２１か
ら供給され、高周波電圧の印加によって励起され、Ａｒ
ガス２２の励起イオン成分および電子１８も磁力線に沿
ってラーモア運動し、この運動により吸着ガス分子の基
板周方向および横方向運動をさらに促進することにな
る。また、Ａｒガス２２励起イオン成分によるスパッタ
により、シリコン基板１２上に作製された薄膜に生じる
ことである結晶欠陥部分が除去され、エピタキシャル成
長面のみが優先的に形成される。

【００４８】その結果、プラズマ励起気相成長法では実
現できなかったのに対して、実施の第１形態、第２形態
と同様に、本実施の形態の薄膜作製装置では、従来工業
的に熱励起気相成長法で行われていた１０００℃よりも
低い温度（６００℃以下）で、大面積（１２インチ以
上）の薄膜が作製できるとともに、実施の第１形態の薄
膜に比較してより低欠陥のシリコン単結晶が成長した薄
膜の作製が可能となる。

【００４９】次に、図３により本発明の薄膜作製装置の
実施の第４形態を説明する。本実施の形態の薄膜作製装
置である結晶性薄膜作製用プラズマ励起気相成長装置の
概略図である。なお、本実施の形態の薄膜作製装置は、
図３に示す基板支持台３上に載置され、薄膜を作製する
基板は、実施の第３形態のシリコン１２に代えて、ガラ
ス基板２０を設けるようにしている。

【００５０】図３に示すように、真空容器１内に基板支
持台３および実施の第２形態と同様に上述した透明導電
膜が付いている場合を含むガラス基板を設置し、絶縁板
１４で真空と隔絶されたアンテナ１３にはプラズマ発生
用１３．５６ＭＨｚの高周波電源５が、基板支持台３に
は基板バイアス印加用数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚまで可変の
高周波電源６が、それぞれ電気的に接続されている。ま
た、基板支持台３には、それらとは絶縁された状態でヒ
ーター７が埋め込まれており、これにヒーター電源８よ
り電流を供給することにより、ガラス基板２０を熱伝導
によって所望の温度で加熱する。

【００５１】この状態でガス供給ノズル９よりＳｉＨ₄
ガス１５を、Ａｒガスノズル２１よりＡｒガス２２を真
空容器１内に導入することによりプラズマ１１を発生さ
せ、ガスの分解・吸着反応を利用してガラス基板２０上
へ高配向多結晶シリコン薄膜を形成するようにした。こ
のように、本実施の形態による薄膜作製装置が、従来の
薄膜作製装置と大きく異なる点は、プラズマ１１に対し
て真空容器１の周囲に配置された磁場コイル１６によっ
て、回転水平方向磁場を印加していることである。

【００５２】このように、本実施の形態による薄膜作製
装置のプラズマ励起による薄膜成長の基本的な原理は、
実施の第１形態〜第３形態の薄膜作製装置と同様の方法
を採用している。本実施の形態における薄膜作製装置に
おける大きな特徴は、前述したように、真空容器１内で
発生しているプラズマに対して磁場コイル１６で回転水
平方向磁場を印加している点である。

【００５３】これにより、実施の第１形態〜第３形態と
同様に図２に示すようにＳｉＨ₄ ガス１５およびＡｒガ
ス２２の励起イオン成分および電子が磁力線に沿ってラ
ーモア運動し、ガラス基板２０表面での吸着ガス分子の
基板周方向および横方向運動がより促進されるととも
に、Ａｒイオンによるスパッタエッチングにより優勢配
向面のみが優先的に形成される。

【００５４】その結果、プラズマ励起気相成長法で行わ
れていた６００℃よりも低い温度（４００℃以下）で、
大面積（１２インチ以上）で結晶面のそろった粒径の大
きな（１μｍ以上）多結晶シリコン膜成長が可能とな
る。

【００５５】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の薄膜作製
方法及び装置は、プラズマ励起気相成長法を用いて真空
容器中に設置された基板上に薄膜を作製方法において、
真空容器の上部に絶縁板を介装したアンテナからプラズ
マ発生用高周波電界を印加し、真空容器中の原料ガスを
プラズマ化し、原料ガスの励起ガス分子中に真空容器の
両側に設けた磁場コイルで発生させた磁場を印加して、
薄膜を作製するものとした。

【００５６】これにより、真空容器中には略水平方向の
磁界が発生し、励起ガス分子の磁力線まわりのラーモア
運動により、基板上の周方向および横方向の運動が促進
され、粒径が大きく構造欠陥の少ない大面積の薄膜を基
板上に形成できる。また、結晶初期核の横方向の成長を
早めるために、基板表面上の高温化が不要になり、基板
は耐高温性の高価なものにする必要がない。

【００５７】また、本発明の薄膜作製方法は、真空容器
中にＡｒガスを導入し、高周波電圧の印加により発生す
るＡｒガスの励起イオン成分及び電子により、吸着ガス
分子の周方向および横方向運動を促進し、薄膜へのスパ
ッタにより結晶欠陥の少ないものにできる。これにより
粒径がより大きく、大面積のより構造欠陥の少ない薄膜
を基板上に形成できる。

【００５８】また、本発明の薄膜作製装置は、真空容器
の上部に絶縁体を介装して配置され、真空容器中に導入
された原料ガスに、プラズマ発生用高周波電界を印加
し、プラズマ化された励起ガス分子にするアンテナ、真
空容器の周囲に設置され、吸着分子中に略水平方向の磁
界を発生させ、吸着ガス分子の基板周方向および横方向
運動を促進させ、基板上に薄膜を作製する磁場コイルを
設けるものとした。

【００５９】これにより、真空容器中に略水平方向の磁
界を発生させ、吸着分子ガスの磁力線まわりのラーモア
運動の発生により、励起ガス分子の周方向及び横方向の
運動が促進され、基板上には粒径が大きく構造欠陥の少
ない大面積の薄膜を形成できる。また、吸着ガス分子の
表面拡散を促進し、結晶初期核の横方向の成長を大きく
するための基板表面上の高温化が不要になり、基板は耐
高温性の大きい高価なものが不要になる。

【００６０】また、本発明の薄膜作製装置は、高周波電
界を印加してイオン化した励起イオン成分および電子に
より、励起ガス分子の基板近傍周方向および横方向運動
を促進するとともに、基板上に作製された薄膜を励起イ
オン成分によりスパッタして薄膜に生じる結晶欠陥の発
生を抑制し、構造欠陥のより少ない薄膜を作製するＡｒ
ガスを真空容器中に導入するＡｒガスノズルを設けるも
のとした。

【００６１】これにより、高周波電界を印加してイオン
化された励起イオン成分および電子により、励起ガス分
子の基板近傍周方向および横方向運動がより促進され、
基板上には粒径がより大きく、大面積の構造欠陥の少な
い薄膜を形成することができる。

【００６２】また、本発明の薄膜作製装置は、薄膜を作
製する基板がシリコン基板からなり、基板として採用さ
れたシリコン基板と同様に構造欠陥の少ない単結晶の薄
膜を作製するものとした。

【００６３】これにより、真空容器中の温度は、従来の
薄膜作製装置により工業的に行なわれていたプラズマ励
起気相成長法では、実現できなかった１０００℃よりも
低い６００℃以下で、粒径の大きく構造欠陥の少ない単
結晶性で、しかも１２インチ以上の大径の薄膜が作製で
き、さらに、Ｓｉ基板上に形成された薄膜には、Ａｒガ
スの励起イオン成分をスパッタすることにより、薄膜の
形成時に生じる結晶欠陥部分が除去され構造欠陥の殆ど
ない単結晶性にすることができ工業的に利点の大きいも
のにすることができる。

【００６４】また、本発明の薄膜作製装置は、薄膜を作
製する基板がガラス基板からなり、構造欠陥の少ない多
結晶の構造欠陥の少ない薄膜を作製するものとした。

【００６５】これにより、真空容器中の温度は、従来の
薄膜作製装置により工業的に行なわれていたプラズマ励
起気相成長法では、実現できなかった１０００℃よりも
低く４００℃以下で、粒径が大きく構造欠陥の殆どない
多結晶性で、しかも１２インチ以上の大径の薄膜が作製
でき、さらに薄膜を励起イオン成分でスパッタエッチン
グすることにより、薄膜には優勢配向面のみに優先的に
薄膜が形成し構造欠陥の殆どない多結晶性のものにでき
工業的に利点の大きいものにできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄膜作製装置の実施の第１形態として
の結晶性薄膜作製用プラズマ励起気相成長装置の概略を
示す図、

【図２】プラズマ化された原料ガスとしてのＳｉＨ₄ ガ
スの励起イオン成分および電子が、真空容器内を横切る
磁力線に沿ってラーモア運動している状態を示す図、

【図３】本発明の薄膜作製装置の実施の第２形態〜第４
形態としての結晶性薄膜作製用プラズマ励起気相成長装
置の概略を示す図、

【図４】プラズマ励起気相成長法を用いて、基板上に結
晶性の薄膜を作製するために、従来から使用されている
平行平板型プラズマ気相成長装置としての薄膜作製装置
の概略図を示す図である。

【符号の説明】

１ 真空容器 ２ 放電電極 ３ 基板支持台 ４ 基板 ５ プラズマ発生用高周波電源 ６ 基板バイアス印加用高周波電源 ７ ヒーター ８ ヒーター電源 ９ ガス供給ノズル １０ 原料ガス １１ プラズマ １２ シリコン基板 １３ アンテナ １４ 絶縁板 １５ ＳｉＨ₄ ガス １６ 磁場コイル １７ 励起イオン １８ 電子 １９ 磁力線 ２０ ガラス基板 ２１ Ａｒガスノズル ２２ Ａｒガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ Ｆターム(参考） 5F004 AA01 AA16 BA08 BA13 BA20 BB11 BB13 BB18 BB26 BC08 CA04 5F045 AA08 AA19 AC01 AD07 AD08 AD10 BB02 BB07 BB12 CB01 DA61 DP03 DQ10 EH02 EH13 EH16

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器中に導入された原料ガスに高周
   波電圧を印加することによりプラズマ化し、前記真空容
   器中に設置された基板上にプラズマ励起気相成長法を用
   いて薄膜を作製する方法において、前記真空容器の上部
   に絶縁板を介装したアンテナからプラズマ発生用高周波
   電圧を印加して、前記真空容器中の前記原料ガスをプラ
   ズマ化し、プラズマ化された前記原料ガスに前記真空容
   器の周囲に設けた磁場コイルで発生させた磁場を印加し
   て前記薄膜を前記基板上に作製することを特徴とする薄
   膜作製方法。
2. 【請求項２】 前記真空容器中にＡｒガスを導入し、高
   周波電圧を印加することにより発生した励起イオン成分
   および電子により、前記吸着ガス分子の前記基板周方向
   および横方向運動を促進するとともに、前記励起イオン
   成分を前記基板上に作製された前記薄膜にスパッタする
   ことにより、より構造欠陥の少ない薄膜を作製すること
   を特徴とする請求項１の薄膜作製方法。
3. 【請求項３】 真空容器中に導入された原料ガスに高周
   波電圧を印加することにより、前記原料ガスをプラズマ
   化し、プラズマ励起気相成長法を用いて前記真空容器中
   に設置された基板上に薄膜を作製する薄膜作製装置にお
   いて、前記真空容器の上部に絶縁体を介装して配置さ
   れ、前記真空容器中に導入された原料ガスにプラズマ発
   生用高周波電圧を印加するアンテナと、前記真空容器の
   周囲に設置され、プラズマ化された前記原料ガスに磁界
   を印加し、前記基板上に前記薄膜を作製する磁場コイル
   とを設けたことを特徴とする薄膜作製装置。
4. 【請求項４】 高周波電圧を印加してイオン化した励起
   イオン成分および電子により、前記吸着ガス分子の前記
   基板周方向および横方向運動を促進するとともに、励起
   イオン成分により前記基板上に作製された前記薄膜にス
   パッタして、前記薄膜の作製時に生じる結晶欠陥の発生
   を抑制し、構造欠陥のより少ない薄膜を作製するＡｒガ
   スを、前記真空容器中に導入するＡｒガスノズルを設け
   たことを特徴とする請求項３の薄膜作製装置。
5. 【請求項５】 前記薄膜を作製する前記基板がシリコン
   基板からなり、前記シリコン基板上に単結晶の大きな面
   積の前記薄膜を作製するものであることを特徴とする請
   求項３又は請求項４の薄膜作製装置。
6. 【請求項６】 前記薄膜を作製する前記基板がガラス基
   板からなり、多結晶の大きな面積の前記薄膜を前記ガラ
   ス基板上に作製するものであることを特徴とする請求項
   ３又は請求項４の薄膜作製装置。