JP2012238637A - Sputtering method and sputtering apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコン系材料の薄膜形成に係り、とくに、半導体装置や太陽電池などに用いられる半導体基板上やガラス基板上に電子素子を形成するための薄膜形成方法、液晶パネルや太陽電池などに用いられる基板に半導体薄膜を形成するためのスパッタリング方法およびスパッタリング装置に関する。 The present invention relates to the formation of a thin film of a silicon-based material, and more particularly to a thin film formation method for forming an electronic element on a semiconductor substrate or a glass substrate used for a semiconductor device or a solar cell, a liquid crystal panel, a solar cell, or the like. The present invention relates to a sputtering method and a sputtering apparatus for forming a semiconductor thin film on a substrate to be used.
シリコン系薄膜は、液晶表示装置や有機EL表示装置などの画素回路を構成するスイッチング素子、或いは液晶駆動用ドライバの回路素子などの薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)や太陽電池などに広く利用されている。 Silicon-based thin films are widely used for thin film transistors (TFTs) such as switching elements constituting pixel circuits of liquid crystal display devices and organic EL display devices, or circuit elements for liquid crystal drive drivers, solar cells, and the like. Yes.
その中で薄膜シリコン太陽電池は、結晶系シリコン太陽電池に比べ、圧倒的に材料使用量が少ないことから、将来の大規模発電用低コスト太陽電池として期待されている。現在、薄膜シリコン太陽電池の中で実用化されているのは、アモルファスシリコン太陽電池である。アモルファスシリコンは、低波長感度が高く、発電層の厚みは、300nm程度で十分であるという利点を有するが、発電効率が悪いという問題があった。そのため、更なる発電効率の向上ため、より長波長感度の高いマイクロクリスタルシリコン(微結晶シリコン)と組み合わせたタンデム型太陽電池(アモルファスシリコン/マイクロクリスタルシリコンの積層構造)が開発されている。しかしながら、マイクロクリスタルシリコンの発電層は、2〜3μm程度の膜厚が必要となり、生産タクト、生産コスト低減の面からもシリコンの高速成膜が強く望まれている。 Among them, the thin-film silicon solar cell is expected as a low-cost solar cell for large-scale power generation in the future because it uses an extremely small amount of material compared to a crystalline silicon solar cell. Currently, amorphous silicon solar cells are in practical use among thin-film silicon solar cells. Amorphous silicon has the advantage that low wavelength sensitivity is high and the thickness of the power generation layer is about 300 nm, but there is a problem that power generation efficiency is poor. Therefore, in order to further improve the power generation efficiency, a tandem solar cell (amorphous silicon / microcrystal silicon laminated structure) in combination with microcrystal silicon (microcrystalline silicon) with higher long wavelength sensitivity has been developed. However, the power generation layer of microcrystal silicon requires a film thickness of about 2 to 3 μm, and high-speed deposition of silicon is strongly desired from the viewpoint of production tact and production cost reduction.
これらに薄膜シリコン太陽電池に用いられるシリコン系薄膜を形成する方法としては、一般的には、プラズマ化学気層堆積(Chemical Vapor Deposition:CVD)法が用いられる。真空チャンバの内に、SIH4、Si2H6やSiF4等の原料ガスおよびH2やArなどの希釈ガスを導入し、電極に高周波電力を印加することで、プラズマを発生させ、原料ガスを分解し、所望の基板に水素化アモルファスシリコン膜、微結晶シリコン膜やポリシリコン膜などを形成する方法である。成膜中にドーピングガスを混ぜることで、p型やn型シリコン膜が容易に得られることやシリコン膜中に水素を多く含むことで膜欠陥の少ない高品質なシリコン薄膜が得られることから使用されている。 As a method for forming a silicon-based thin film used for a thin-film silicon solar cell, a plasma chemical vapor deposition (CVD) method is generally used. Introducing a source gas such as SIH 4 , Si 2 H 6 , SiF 4 and a dilution gas such as H 2 or Ar into the vacuum chamber, and applying high frequency power to the electrodes, generates plasma, and the source gas And a hydrogenated amorphous silicon film, a microcrystalline silicon film, a polysilicon film, or the like is formed on a desired substrate. Used because a p-type or n-type silicon film can be easily obtained by mixing a doping gas during film formation, and a high-quality silicon thin film with few film defects can be obtained by containing a large amount of hydrogen in the silicon film. Has been.
その他のシリコン系薄膜の形成方法として、近年、有害で危険なSiH4,Si2H6やSiF4などの原料ガスを使用せず、また、高額な除害装置や設備を必要とせず、さらに、プラスチック基板等への低温で大面積に成膜することが可能なスパッタリング法も見直されている。(例えば、非特許文献1参照)。 As other silicon-based thin film formation methods, no harmful and dangerous source gases such as SiH 4 , Si 2 H 6 and SiF 4 have been used in recent years. Also, a sputtering method capable of forming a large area on a plastic substrate or the like at a low temperature has been reviewed. (For example, refer nonpatent literature 1).
スパッタリングの成膜速度および生産性の向上においては、ターゲットとして粉末材料を使用するスパッタリング方法および装置が知られている。(特許文献1参照)。 In order to improve the film formation speed and productivity of sputtering, a sputtering method and apparatus using a powder material as a target are known. (See Patent Document 1).
図6は、上記特許文献1に記載された従来例のスパッタ装置の概略構成を示している。
FIG. 6 shows a schematic configuration of a conventional sputtering apparatus described in
同図において、真空チャンバ1の内に、カソード部2およびカソード部2と対向して基板3を保持する基板載置台4を設置されている。カソード部2は、底部の水冷ジャケット上に、断熱プレート5、さらにその上に加熱手段であるヒータ6が設置されている。ヒータ6には温度制御用の熱電対7が設けられている。ヒータ6の上部に、粉末状のターゲット材料8を載置できるトレー9が配置されている。ターゲット材料8として酸化マグネシウム( M g O ) の粉末(2 0 0 n m 〜 7 0 μ m)を使用した。ターゲット材料8の周囲にアースシールド10が設置され、ターゲット材料8の裏面側にはマグネトロン放電用磁石11が設置されている。
In the figure, a
このような構成において、真空チャンバ1内にArガスを導入し、真空チャンバ1内を一定の圧力に調圧し、高周波電源12からマッチングボックス13を介して高周波電力をターゲット材料8に印加することでプラズマを生成する。プラズマが生成すると、ターゲット材料8の表面温度は、急激に上昇し、ターゲット材料8の表面温度が安定したところでトレー9上にあるシャッタ(図示せず)を開け、成膜を開始した。このように粉末ターゲットを用いた場合、焼結ターゲットを用いたスパッタリング法に比べ約4〜5倍の成膜速度が得られている。
In such a configuration, Ar gas is introduced into the
他に、スパッタ成膜中にHラジカル(活性種)を真空チャンバ内に導入し、ポリシリコン薄膜を形成するスパッタリング法が提案されている。(例えば、非特許文献2参照)。 In addition, a sputtering method has been proposed in which H radicals (active species) are introduced into a vacuum chamber during sputtering film formation to form a polysilicon thin film. (For example, refer nonpatent literature 2).
図7は、上記非特許文献2に記載された従来例のスパッタ装置の概略構成を示している。真空チャンバ1内にシリコンターゲット78と対向して基板73を設置している。真空チャンバ1内には、Ar及びH2ガスを導入し、高周波電源12からマッチングボックス13を介して高周波電力をシリコンターゲット78に印加することでスパッタを行う。基板3の側面方向には、新たに誘導結合型プラズマ(ICP)発生装置20を付帯し、スパッタ成膜中にそのプラズマからHラジカル(活性種)を供給する。
FIG. 7 shows a schematic configuration of a conventional sputtering apparatus described in Non-Patent
これにより、結晶性の高いシリコン薄膜を得ることができるとされる。 Thereby, it is said that a highly crystalline silicon thin film can be obtained.
しかしながら、上記特許文献1に記載のスパッタリング方法では、粉末のターゲット材料を用いるため、ターゲット材料の表面積が大きく、自然酸化膜などの表面についた酸化膜の割合が高いため、スパッタリング成膜中に酸素が混入するという問題があった。また、スパッタリングの前段階として長時間のプリスパッタ(酸化膜除去)工程が必要となり、材料使用効率が極端に悪くなるという問題があった。
However, in the sputtering method described in
つまり、酸素を含有する酸化物(例えば、酸化マグネシウム)のスパッタリング方法としては問題なかったが、太陽電池や薄膜TFTに使用される酸素の含有率が少ない高品質なシリコン薄膜形成用のスパッタリング方法としては不向きであった。 In other words, there was no problem as a sputtering method for oxides containing oxygen (for example, magnesium oxide), but as a sputtering method for forming a high-quality silicon thin film with a low oxygen content used in solar cells and thin film TFTs. Was unsuitable.
また、上記非特許文献2に記載のスパッタリング方法においては、高額な誘導結合型プラズマの装置を付帯することや、Hラジカル(活性種)の生成が一箇所であるため大面積に均一な処理は難しく、大型基板を用いたスパッタ装置への応用は困難であった。
Further, in the sputtering method described in Non-Patent
本発明は、上述のような課題に鑑みなされたもので、粉末ターゲットを用いて、酸素の含有率の少ない高品質なシリコン薄膜を高速で成膜することができるスパッタ装置及び方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a sputtering apparatus and method capable of forming a high-quality silicon thin film with a low oxygen content at high speed using a powder target. It is an object.
本願発明のスパッタリング方法は、スパッタ成膜を行う前段階として、加熱手段によりガスを分解させることで活性種を生成し、活性種による化学的エッチングによって、ターゲット材料の表面についた不純物の除去および前記ターゲット材料表面の酸化膜の還元を行う工程を有すること特徴とする。 In the sputtering method of the present invention, as a step before performing the sputter film formation, active species are generated by decomposing a gas by a heating means, and removal of impurities on the surface of the target material by chemical etching with the active species and It has the process of reducing the oxide film on the surface of the target material.
このような構成により、ターゲット材料の表面にある不純物の除去やターゲット材料表面の酸化膜が還元され、酸素の含有率の少ない膜を成膜することができる。また、ガスを分解させるための加熱手段による輻射熱によりターゲット材料も加熱され、ターゲット材料表面の還元が効率よくできる。また、プリスパッタ工程とは異なり酸化膜をスパッタすることがないので、真空チャンバ壁や真空部材に酸素の含有した膜が堆積されることがなく、スパッタ成膜中に堆積膜から酸素が放出されないため、酸素の少ない状態でスパッタ膜を形成することができる。さらに、ターゲット材料をスパッタしないので、材料使用効率を上げることができる。 With such a structure, impurities on the surface of the target material can be removed and the oxide film on the surface of the target material can be reduced, so that a film with a low oxygen content can be formed. Further, the target material is also heated by the radiant heat generated by the heating means for decomposing the gas, and the target material surface can be reduced efficiently. Also, unlike the pre-sputtering process, an oxide film is not sputtered, so that a film containing oxygen is not deposited on the vacuum chamber wall or vacuum member, and oxygen is not released from the deposited film during the sputtering film formation. Therefore, a sputtered film can be formed with a small amount of oxygen. Furthermore, since the target material is not sputtered, the material usage efficiency can be increased.
また、好適には、前記ターゲット材料には、シリコンなどの酸素を含有しない材料であることが望ましい。 Preferably, the target material is a material that does not contain oxygen, such as silicon.
このような構成により、半導体装置、太陽電池、液晶パネルなどで用いられるシリコン薄膜を形成することができる。 With such a structure, a silicon thin film used in a semiconductor device, a solar cell, a liquid crystal panel, or the like can be formed.
また、好適には、前記ターゲット材料には、シリコンの粉末や小片、チップやウェハなど用いることが望ましい。 Preferably, silicon powder or small pieces, chips or wafers are used as the target material.
このような構成により、高速でスパッタリングすることができるため、生産性向上が期待できる。 With such a configuration, it is possible to perform sputtering at high speed, so that improvement in productivity can be expected.
また、好適には、前記ガスは、水素を含むガスであることが望ましい。 Preferably, the gas is a gas containing hydrogen.
このような構成により、シリコン薄膜の品質向上を図ることができる。 With such a configuration, the quality of the silicon thin film can be improved.
本願発明のスパッタリング方法は、スパッタ成膜を行う前段階として、加熱手段によりガスを分解させることで活性種を生成し、活性種による化学的エッチングによって、真空チャンバ壁の表面についた堆積膜の除去および堆積膜表面の酸化膜の還元を行う工程を有すること特徴とする。 In the sputtering method of the present invention, as a pre-stage for performing sputtering film formation, active species are generated by decomposing gas with a heating means, and the deposited film on the surface of the vacuum chamber wall is removed by chemical etching with the active species. And a step of reducing the oxide film on the surface of the deposited film.
このような構成により、真空チャンバ壁や他の部材に堆積した膜の除去およびその表面についた酸化膜の還元できるので、スパッタ成膜中に堆積膜から酸素が放出されないため、酸素の少ない状態でスパッタ膜を形成することができる。また、ガスを分解させるための加熱による輻射熱により真空チャンバ壁や他の部材も加熱され、堆積膜の除去や堆積膜表面の酸化膜の還元が効率よくできる。 With such a configuration, the film deposited on the vacuum chamber wall and other members can be removed and the oxide film on the surface thereof can be reduced, so that oxygen is not released from the deposited film during the sputtering film formation, so that the amount of oxygen is low. A sputtered film can be formed. Further, the vacuum chamber wall and other members are also heated by the radiant heat generated by heating for decomposing the gas, so that the deposited film can be removed and the oxide film on the deposited film surface can be efficiently reduced.
また、好適には、前記ガスは、水素を含むガスであることが望ましい。 Preferably, the gas is a gas containing hydrogen.
このような構成により、シリコン薄膜の品質向上を図ることができる。 With such a configuration, the quality of the silicon thin film can be improved.
本願発明のスパッタリング方法は、スパッタ成膜中において、加熱手段によりガスを分解し活性種を生成させ、化学的エッチング効果によって、前記ターゲットのスパッタ速度を向上させ、スパッタで形成した膜中に活性種を取込ませること特徴とする。 In the sputtering method of the present invention, during sputtering film formation, a gas is decomposed by a heating means to generate active species, and the sputtering rate of the target is improved by the chemical etching effect, and the active species are formed in the film formed by sputtering. It is characterized by having it taken in.
このような構成により、活性種による化学的エッチング効果により高速でスパッタリングでき、高品質な膜を形成することができる。また、ガスを分解させるための加熱による輻射熱によりターゲット材料も加熱され、より高速な成膜が可能になる。 With such a configuration, it is possible to perform sputtering at high speed due to the chemical etching effect by the active species, and it is possible to form a high-quality film. In addition, the target material is also heated by the radiant heat generated by heating for decomposing the gas, and film formation at a higher speed becomes possible.
また、好適には、前記ターゲット材料には、シリコンなどの酸素を含有しない材料であることが望ましい。 Preferably, the target material is a material that does not contain oxygen, such as silicon.
このような構成により、半導体装置、太陽電池、液晶パネルなどで用いられるシリコン薄膜を形成することができる。 With such a structure, a silicon thin film used in a semiconductor device, a solar cell, a liquid crystal panel, or the like can be formed.
また、好適には、前記ターゲット材料には、シリコンの粉末や小片、チップやウェハなど用いることが望ましい。 Preferably, silicon powder or small pieces, chips or wafers are used as the target material.
このような構成により、高速でスパッタリングすることができるため、生産性向上が期待できる。 With such a configuration, it is possible to perform sputtering at high speed, so that improvement in productivity can be expected.
また、好適には、前記ガスは、水素を含むガスであることが望ましい。 Preferably, the gas is a gas containing hydrogen.
このような構成により、シリコン薄膜の品質向上を図ることができる。 With such a configuration, the quality of the silicon thin film can be improved.
本願発明のスパッタ装置は、真空チャンバと、前記チャンバ内にガスを供給するガス導入口と、ターゲットと、かつ前記ターゲットと対向して設置する基板を保持する基板載置台と、を有し、前記基材に前記ターゲット材料の薄膜を形成するスパッタ装置であって、
前記スパッタ用ターゲット近傍に高融点金属フィラメントを備え、
前記高融点金属フィラメントを加熱できる機構を有することを特徴とする。
The sputtering apparatus of the present invention has a vacuum chamber, a gas inlet for supplying gas into the chamber, a target, and a substrate mounting table for holding a substrate placed opposite to the target, A sputtering apparatus for forming a thin film of the target material on a substrate,
A refractory metal filament is provided in the vicinity of the sputtering target,
It has a mechanism capable of heating the refractory metal filament.
このような構成により、スパッタ成膜前段階に高融点金属フィラメントの加熱を行うことで、ターゲット材料の表面にある不純物の除去やターゲット材料表面の酸化膜が還元され、酸素の含有率の少ない膜を成膜することができる。また、真空チャンバ壁や他の部材に堆積した膜及びその表面についた酸化膜の除去ができるので、スパッタ成膜中に堆積膜から酸素が放出されないため、酸素の少ない状態でスパッタ膜を形成することができる。さらに、スパッタ成膜中に高融点金属フィラメントに加熱を行うことで、高速でスパッタリングでき、高品質な膜を形成することができる。 With such a structure, by heating the refractory metal filament in the pre-sputtering film formation stage, removal of impurities on the surface of the target material and reduction of the oxide film on the surface of the target material reduce the oxygen content. Can be formed. Further, since the film deposited on the vacuum chamber wall and other members and the oxide film on the surface thereof can be removed, oxygen is not released from the deposited film during the sputtering film formation, so that the sputtered film is formed in a state where oxygen is low. be able to. Further, by heating the refractory metal filament during sputtering film formation, sputtering can be performed at high speed, and a high-quality film can be formed.
また、好適には、前記高融点金属フィラメントは、前記ターゲットと前記チャンバ壁の間で、前記ターゲットを取り囲むように設置することが望ましい。 Preferably, the refractory metal filament is installed between the target and the chamber wall so as to surround the target.
このような構成により、真空チャンバ壁や他の部材に堆積した膜及びその表面についた酸化膜の除去ができるので、スパッタ成膜中に堆積膜から酸素が放出されないため、酸素の少ない状態でスパッタ膜を形成することができる。 With such a configuration, it is possible to remove the film deposited on the vacuum chamber wall and other members and the oxide film on the surface thereof, so that oxygen is not released from the deposited film during the sputtering film formation. A film can be formed.
また、好適には、前記高融点金属フィラメントは、前記ターゲットと前記基板載置台の間に設置しても良い。 Preferably, the refractory metal filament may be installed between the target and the substrate mounting table.
このような構成により、より効果的にターゲット材料の不純物及びターゲット材料表面の酸化膜を除去することができる。 With such a configuration, the impurity of the target material and the oxide film on the surface of the target material can be more effectively removed.
また、好適には、前記スパッタ用ターゲットと前記基板載置台の間に設置し、前記スパッタ用ターゲットと前記基板載置台の間以外に移動可能とする移動機構を有しても良い。 Preferably, there may be provided a moving mechanism that is installed between the sputtering target and the substrate mounting table and is movable other than between the sputtering target and the substrate mounting table.
このような構成により、スパッタ成膜中に高融点金属フィラメントからでるコンタミを軽減することができる。 With such a configuration, it is possible to reduce contamination from the refractory metal filament during sputter deposition.
本発明によれば、粉末ターゲットを用いて、酸素の含有率の少ない高品質なシリコン薄膜を高速で成膜することができるスパッタリング方法およびスパッタリング装置が実現できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sputtering method and sputtering apparatus which can form a high quality silicon thin film with little oxygen content rate at high speed using a powder target are realizable.
以下、本発明の実施の形態におけるスパッタ装置について図面を用いて説明する。 Hereinafter, a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1について、図1および図2を参照して説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter,
図1および図2は本発明の実施の形態1におけるスパッタ装置の構成を示すもので、図1は断面の概略図、図2は上面からみた概略図を示す。
1 and 2 show a configuration of a sputtering apparatus according to
図1において、真空チャンバ1の内に、カソード部2およびカソード部2と対向して基板3を保持する基板載置台4を設置した。カソード部2は、底部の水冷ジャケット上に、断熱プレート5、さらにその上にターゲット材料8を加熱するヒータ6が設置する。ヒータ6には温度制御用の熱電対7が設けられている。ヒータ6の上部に、粉末状のターゲット材料8を載置できるトレー9が配置されている。ターゲット材料8としてシリコンの粉末(約1 μ m)を使用した。
In FIG. 1, in the
今回は、シリコン粉末材料を使用したが、シリコンの焼結ターゲット、シリコンウェハ、シリコンのチップやシリコンの小片などシリコン材料を用いてもよい。そのシリコン材料は、ボロン(B)、アルミニウム(Al)やリン(P)、砒素(As)などの不純物が微量にドーピングされたシリコン材料、不純物がドーピングされていないシリコン材料でも良い。これにより、太陽電池等に使用するp型、n型シリコンやi層シリコン薄膜などを形成することができる。 This time, a silicon powder material is used, but a silicon material such as a silicon sintered target, a silicon wafer, a silicon chip, or a silicon piece may be used. The silicon material may be a silicon material doped with a small amount of impurities such as boron (B), aluminum (Al), phosphorus (P), arsenic (As), or a silicon material not doped with impurities. Thereby, p-type, n-type silicon, i-layer silicon thin film, etc. used for solar cells and the like can be formed.
ターゲット材料8の周囲にアースシールド10が設置され、ターゲット材料8の裏面側にはマグネトロン放電用磁石11が設置されている。ターゲット材料8の近傍にターゲット材料8を取り囲むように高融点金属フィラメント14(タングステン)を設置した。
An
今回は、高融点金属フィラメント14にはタングステン(W)を使用したが、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)やその合金を使用しても良い。
This time, tungsten (W) was used for the
高融点金属フィラメント14には、直流電源15が取付けられており、その直流電源15の電流によって高融点金属フィラメント14の温度を1500〜2200℃程度を調整することができる。
A
ArおよびH2ガスをマスフローメータを介し真空チャンバ1内に導入し(各0〜200sccm)、チャンバ内を一定の圧力に調圧(0.1〜100Pa)した。その後、高融点金属フィラメント14を2000℃程度に加熱し、H2ガスが加熱された高融点金属フィラメント14に衝突することで分解されHラジカル(活性種)を生成される。このHラジカルを用いて、ターゲット材料8表面にある不純物の除去やターゲット材料8表面の酸化膜の還元をすることができる。また、高融点金属フィラメント14を2000℃程度まで加熱させるので、その輻射熱によりターゲット材料8も加熱され、ターゲット材料8表面の効率よく還元することできる。また、真空チャンバ壁や他の部材に堆積した膜の除去およびその表面についた酸化膜の還元が効率よくできる。
Ar and H 2 gas were introduced into the
ターゲット材料8の表面温度の上昇や四重極質量分析器(QMS)による真空チャンバ1内の酸素原子ならびに酸素分子に寄与する信号強度の低下が安定してきたら、13.56MHzの高周波電力を高周波電源12からマッチングボックス13を介してターゲット材料8に印加することで、基板3にシリコン薄膜膜のスパッタ成膜を開始する。これにより、ターゲット材料8の表面の酸化膜や真空チャンバ壁や他の部材に堆積した膜及びその表面についた酸化膜の除去ができるので、スパッタ成膜中に堆積膜から酸素が放出されないため、酸素の少ない状態でスパッタ膜を形成することができる。
When the increase in the surface temperature of the
スパッタ成膜中においても、高融点金属フィラメント14を加熱することで真空チャンバ1内のH2ガスが分解され、Hラジカル(活性種)が多く生成し、基板3上に成膜したシリコン膜の品質を向上させたり、シリコン膜の結晶性を向上させたりすることができる。また、高融点金属フィラメント14からの輻射熱によりターゲット材料8が加熱され、より高速成膜が可能となる。
Even during the sputtering film formation, the
特許文献1では、粉末ターゲット材料の表面酸化膜によって、酸素の含有率が少ない高品質なシリコン薄膜形成には不向きであったが、本実施の形態においては、高融点金属フィラメント14の熱によりH2ガスが分解しHラジカルを多く生成するため、ターゲット材料の表面にある不純物の除去やターゲット材料表面の酸化膜が還元され、酸素の含有率の少ない膜を成膜することができる。また、高融点金属フィラメント14の加熱することによる輻射熱によりターゲット材料も加熱され、ターゲット材料表面の還元が効率よくできる。
In
さらに、真空チャンバ壁や他の部材に堆積した膜及びその表面についた酸化膜の除去ができるので、スパッタ成膜中に堆積膜から酸素が放出されないため、酸素の少ない状態でスパッタ膜を形成することができる。 Furthermore, since the film deposited on the vacuum chamber wall and other members and the oxide film on the surface thereof can be removed, oxygen is not released from the deposited film during the sputtering film formation, so the sputtered film is formed with a low oxygen content. be able to.
非特許文献2では、高額な誘導結合型プラズマの装置を付帯することや、Hラジカル(活性種)の生成が一箇所であるため大面積に均一な処理は困難であったが、本実施の形態においては、高額な装置を必要とせず、高融点金属フィラメント14の形状によって大面積、均一にHラジカル(活性種)を形成させることは容易である。
In
一般的なプリスパッタ工程とは異なり酸化膜をスパッタすることがないので、真空チャンバ壁や真空部材に酸素の含有した膜が堆積されることがなく、堆積膜の除去も行うのでスパッタ成膜中に堆積膜から酸素が放出されないため、酸素の少ない状態でスパッタ膜を形成することができる。さらに、ターゲット材料をスパッタしないので、材料使用効率を上げることができる。 Unlike the general pre-sputtering process, the oxide film is not sputtered, so that no oxygen-containing film is deposited on the vacuum chamber wall or vacuum member, and the deposited film is removed, so that sputtering is in progress. In addition, since oxygen is not released from the deposited film, a sputtered film can be formed with a small amount of oxygen. Furthermore, since the target material is not sputtered, the material usage efficiency can be increased.
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2について、図3を参照して説明する。
(Embodiment 2)
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
図3は本発明の実施の形態2におけるスパッタ装置の断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the sputtering apparatus according to the second embodiment of the present invention.
本発明の実施の形態2においては、実施の形態1との違いは、高融点金属フィラメント14の設置位置の違いであるので、それ以外の説明は省略する。
In the second embodiment of the present invention, the difference from the first embodiment is the difference in the installation position of the
高融点金属フィラメント14は、ターゲット材料8の上方でターゲット材料8と基板3の間に設置する。これにより、Hラジカル(活性種)が生成される場所が、ターゲット材料と近くなるため、より効果的にターゲット材料の表面にある不純物の除去やターゲット材料表面の酸化膜が還元することができる。また、高融点金属フィラメント14とターゲット材料8の距離が近くに設置できるため、高融点金属フィラメント14からの輻射熱も大きくなり、ターゲット材料の表面にある不純物の除去やターゲット材料表面の酸化膜の還元が効果的に行うことができる。
The
スパッタ成膜中には、高融点金属フィラメント14をターゲット材料8と基板3の間以外の場所に動かしてもよい。これにより、スパッタ成膜中に高融点金属フィラメント14の材料によるコンタミを低減することができるため、さらに高品質なシリコン薄膜を形成することができる。
During sputter deposition, the
(実施の形態3)
以下、本発明の実施の形態3について、図4および図5を参照して説明する。
(Embodiment 3)
Hereinafter,
図4および図5は本発明の実施の形態3におけるスパッタ装置の構成を示すもので、図4は断面の概略図、図5は上面からみた概略図を示す。
4 and 5 show the configuration of the sputtering apparatus according to
本発明の実施の形態3においては、実施の形態1との違いは、太陽電池や液晶パネルなどに使用される大型基板を用いたときの大型装置であるため、それ以外の説明は省略する。 In the third embodiment of the present invention, the difference from the first embodiment is a large apparatus when a large substrate used for a solar cell, a liquid crystal panel, or the like is used.
図4および図5に示したように大型真空チャンバ内の大型の基板3は、図の左側から右側に移動していく間に、カソード部2の上面を通過する際にシリコン薄膜が成膜される。これにより、高額な装置を必要とせず、高速で大面積に均一にシリコン薄膜を形成することができる。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
以上のように本発明は、シリコン系材料の薄膜形成に係り、とくに、半導体装置や太陽電池などに用いられる半導体基板上やガラス基板上に電子素子を形成するための薄膜形成方法、液晶パネルや太陽電池などに用いられる基板に半導体薄膜を形成するためのスパッタ成膜装置及びその方法として有用な発明である。 As described above, the present invention relates to a thin film formation of a silicon-based material, and in particular, a thin film formation method for forming an electronic element on a semiconductor substrate or a glass substrate used for a semiconductor device or a solar cell, a liquid crystal panel, The present invention is useful as a sputtering film forming apparatus and method for forming a semiconductor thin film on a substrate used in a solar cell or the like.
1 真空チャンバ
2 カソード部
3,73 基板
4 基板載置台
5 断熱プレート
6 ヒータ
7 熱電対
8 ターゲット材料
9 トレー
10 アースシールド
11 マグネトロン放電用磁石
12 高周波電源
13 マッチングボックス
14 高融点金属フィラメント
15 直流電源
DESCRIPTION OF
Claims (14)
特徴とするスパッタリング方法。 As a pre-stage for performing sputtering film formation, active species are generated by decomposing gas by a heating means, and impurities attached to the surface of the target material are removed by chemical etching with the active species and the oxide film on the surface of the target material is removed. Having a step of reducing,
Sputtering method characterized.
特徴とするスパッタリング方法。 As a pre-stage for performing the sputter film formation, active species are generated by decomposing the gas by a heating means, and the deposited film on the surface of the vacuum chamber wall is removed and the oxide film on the deposited film surface is chemically etched by the active species. Having a step of reducing
Sputtering method characterized.
特徴とするスパッタリング方法。 During sputtering film formation, gas is decomposed by heating means to generate active species, the chemical etching effect improves the sputtering rate of the target, and the active species are incorporated into the film formed by sputtering,
Sputtering method characterized.
前記ターゲットの近傍に高融点金属フィラメントを備え、
前記高融点金属フィラメントを加熱できる機構を有すること
を特徴とするスパッタリング装置。 A vacuum chamber; a gas inlet for supplying gas into the vacuum chamber; a target; and a substrate mounting table for holding a substrate placed opposite to the target. A sputtering apparatus for forming a thin film,
A refractory metal filament is provided in the vicinity of the target,
A sputtering apparatus having a mechanism capable of heating the refractory metal filament.
前記ターゲットと前記チャンバ壁の間で、前記ターゲットを取り囲んで設置される、請求項11記載のスパッタリング装置。 The refractory metal filament is
The sputtering apparatus according to claim 11, wherein the sputtering apparatus is installed so as to surround the target between the target and the chamber wall.
前記ターゲットと前記基板載置台の間に設置される、請求項11又は2に記載のスパッタリング装置。 The refractory metal filament is
The sputtering apparatus of Claim 11 or 2 installed between the said target and the said substrate mounting base.
前記ターゲットと前記基板載置台の間に設置され、
前記ターゲットと前記基板載置台の間以外に移動可能とする移動機構を有する、請求項11記載のスパッタリング装置。 The refractory metal filament is
Installed between the target and the substrate mounting table;
The sputtering apparatus according to claim 11, further comprising a movement mechanism that allows movement other than between the target and the substrate mounting table.
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---|---|---|---|---|
EP2775534A1 (en) * | 2013-03-04 | 2014-09-10 | Samsung SDI Co., Ltd. | Film forming device for solar cell |
CN111020515A (en) * | 2020-01-13 | 2020-04-17 | 兰州广合新材料科技有限公司 | Device and method for preparing low-oxygen-content easily-oxidized film through ion plating in non-ultrahigh vacuum environment |
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2011
- 2011-05-10 JP JP2011104982A patent/JP2012238637A/en not_active Withdrawn
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CN111020515B (en) * | 2020-01-13 | 2024-05-31 | 兰州广合新材料科技有限公司 | Device and method for preparing low-oxygen-content easily-oxidized film by ion plating in non-ultrahigh vacuum environment |
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