JP2022078057A - 負イオン生成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
次に、図4及び図5を参照して、第1の成膜装置1の構成の一例について説明する。図4及び図5に示すように、第1の成膜装置1は、いわゆるイオンプレーティング法に用いられるイオンプレーティング装置である。なお、説明の便宜上、図4及び図5には、XYZ座標系を示す。Y軸方向は、後述する非単結晶基板3が搬送される方向である。X軸方向は、非単結晶基板3と後述するハース機構とが対向する位置である。Z軸方向は、Y軸方向とX軸方向とに直交する方向である。
図6は、第2の成膜装置2の概略構成図である。図6では、第2の成膜装置2の成膜方法としてスパッタリング法を採用した場合の構成が例示されている。図6に示されるように、第2の成膜装置2は、スパッタリング法によって、非単結晶基板3上に第2の半導体膜5を成膜する。なお、ここでの非単結晶基板3の表面には第1の半導体膜4が形成されているが、以降の説明においては、単に「非単結晶基板3」と称する。第2の成膜装置2は、真空チャンバ102と、真空チャンバ102内に設けられたターゲット103と、放電によってプラズマを発生させる電力源106と、非単結晶基板3を加熱する加熱部118と、第2の成膜装置2の制御を行う制御部130と、を備えている。第2の成膜装置2は、真空中で希薄アルゴン雰囲気下でプラズマを発生させて、プラズマ中のプラスイオンを成膜材料(ターゲット103)に衝突させることで金属原子をはじき出し、非単結晶基板3上に付着させて成膜を行うものである。
以下、実施例に基づいて本発明の一形態に係る成膜システムを具体的に説明するが、成膜システムの構成は下記の実施例に限定されるものではない。
比較例1に係る成膜システムとして、第2の成膜装置のみを備えたものを用いた。比較例1に係る成膜システムによって、非単結晶基板上に第2の半導体膜を直接成膜した。第2の成膜装置の成膜方式として、DC-マグネトロンスパッタを採用した。第2の半導体材料として、Al添加ZnOを採用した。第2の半導体膜の厚みを500nmとした。非単結晶基板として、無アルカリガラス(コーニング社イーグル-XG)のガラス基板を用いた。以下に第2の成膜装置の各種条件を示す。
<第2の成膜装置(DC-マグネトロンスパッタ)の機種>
ULVAC CS-L
<成膜条件>
・プロセスガス:アルゴンガス
・圧力:1Pa
・基板温度:200℃
・電力:200W
比較例2に係る成膜システムとして、第2の成膜装置の上流側で、非単結晶基板に対してスパッタリング法によりバッファ層を成膜する第3の成膜装置と、第2の成膜装置と、を備えたものを用いた。第3の成膜装置の成膜方式として、RF-マグネトロンスパッタを採用した。第3の成膜装置は、バッファ層の半導体材料として、Ga添加ZnOを採用した。バッファ層の厚みを10nmとした。第2の成膜装置は、当該バッファ層の上に厚み490nmの第2の半導体膜を成膜した。第2の成膜装置による成膜の他の条件は比較例1と同様とした。以下に第3の成膜装置の各種条件を示す。
<第3の成膜装置(RF-マグネトロンスパッタ)の機種>
ULVAC CS-L
<成膜条件>
・プロセスガス:アルゴンガス
・圧力:1Pa
・基板温度:200℃
・電力:200W
実施例に係る成膜システムとして、第2の成膜装置の上流側で、非単結晶基板に対して第1の半導体層を成膜するイオンプレーティング法による第1の成膜装置と、第2の成膜装置と、を備えたものを用いた。第1の成膜装置は、第1の半導体層の半導体材料として、Ga添加ZnOを採用した。第1の半導体層の厚みを10nmとした。第2の成膜装置は、当該バッファ層の上に厚み490nmの第2の半導体膜を成膜した。第2の成膜装置による成膜の他の条件は比較例1と同様とした。以下に第1の成膜装置の各種条件を示す。
<第1の成膜装置(イオンプレーティング法)の機種>
住友重機械工業株式会社製RPD装置
<成膜条件>
・放電電流150A
・全圧:0.3Pa(プロセスガスはアルゴンガス及び酸素ガスであって、酸素比が約7%)
比較例1、比較例2、実施例で得られた膜の断面の透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)の画像を参照して、各膜の断面の観察を行った。断面の画像の一例を図7に示す。図7の上段では、半導体膜全体の断面を示し、図7の下段では、第2の半導体膜の下端近傍における半導体膜の拡大断面を示している。なお、図7の下段の画像の一点鎖線は、第1の半導体層又は第2の半導体層と非単結晶基板との境界を示している。図7(a)に示すように、比較例1においては、非単結晶基板3近傍において、結晶が揃っていないことが理解される。図7(b)に示すように、比較例2においては、比較例1に比して結晶が揃っているが、実施例に比して結晶子内において結晶配列が斜めに変わっていることが確認できる。図7(c)に示すように、実施例においては、高配向の第1の半導体膜4を有することで、各比較例に比して結晶が揃っていることが理解される。以上のように、実施例のように第1の半導体膜を非単結晶基板上に成膜しておくことで、第2の半導体膜の結晶を揃えることが観察できた。
比較例1、比較例2、実施例で得られた膜をX線回折(XRD:X-Ray Diffraction)測定法によって測定を行った。X線回折の測定器として「Rigaku製SmatLab」という型式のものを用いた。測定結果を図8及び図9に示す。図8は当該測定によって得られた逆格子マップを示す。図9の上段は、0001成分の分布を示す極点図であり、下段は、C軸方向(0°)に対する0001成分の傾斜の分布を示すグラフである。なお、「0001成分」とは、図12に示すZnOの結晶格子においての(a1、a2、a3、c)ベクトルで示す(0001)ベクトルが垂直に通る面という意味である。ZnOは六方ウルツ鉱構造においてC軸方向に成長しやすく、「C軸」と基板垂直方向は同じとみなして良い。図8においては、図中において「P」で示す部分が広がって円弧を描かず、点に近いほど第2の半導体膜が単結晶に近く、高配向であることを示している。また、図9においては、0001成分のピークがC軸方向(0°)に密集することで、C軸方向にて鋭いピークを描いているものほど単結晶に近い高配向秩序であることを示す。例えば、図3(b)の様にランダム配向になると基板垂直方向に対して斜め方向に成長している為66°付近にピークを持つが,図3(a)の様に同一配向秩序であればその様なピークは検出されなくなる。
比較例1、比較例2、実施例で得られた膜についての電気的特性を、室温環境下でのホール効果測定によって測定した。測定結果を図10及び図11に示す。「N:キャリア密度」はキャリアの密度を示す。「μH:ホール移動度」はバルク全体でのキャリア移動度を示す。当該値が高いほどキャリア移動度が高いことを示す。「ρ:抵抗率」は膜の抵抗率を示す。「μopt:光学移動度」は粒内のキャリア移動速度を示す。当該値が高いほどキャリア移動度が高いことを示す。「μGB:粒界散乱」は粒界での散乱の度合いを示す。「1/μH=1/μopt+1/μGB」という関係が成り立つ事から、ホール移動度は、粒界散乱と粒内移動で決定される。「μopt/μGB」は、粒界散乱寄与度を示している。当該値が0に近づくほど、粒界での散乱が少ないことを示している。
Claims (5)
- 非単結晶基板上に成膜を行う成膜システムであって、
イオンプレーティング法により成膜を行う第1の成膜装置と、
前記第1の成膜装置よりも下流側で成膜を行う第2の成膜装置と、を備え、
前記第1の成膜装置は、前記非単結晶基板上に第1の半導体材料を含む第1の半導体膜を成膜し、
前記第2の成膜装置は、前記非単結晶基板上の前記第1の半導体膜上に、第2の半導体材料を含む第2の半導体膜を成膜する、成膜システム。 - 前記第1の成膜装置は、前記第2の半導体膜よりも前記第1の半導体膜を薄く成膜する、請求項1に記載された成膜システム。
- 前記第1の半導体膜は、多結晶配向膜であり、
前記第2の半導体膜は、その成長方向において、前記第1の半導体膜の成長方向と同じ方向に配向秩序を有する、請求項1又は2に記載された成膜システム。 - 前記第1の成膜装置が前記第1の半導体膜を成膜した後、当該第1の半導体膜へ負イオンを照射する負イオン照射部を更に備える、請求項1~3のいずれか一項に記載された成膜システム。
- 非単結晶基板上に成膜を行う成膜方法であって、
イオンプレーティング法により成膜を行う第1の成膜工程と、
前記第1の成膜工程の後に成膜を行う第2の成膜工程と、を備え、
前記第1の成膜工程では、前記非単結晶基板上に第1の半導体材料を含む第1の半導体膜を成膜し、
前記第2の成膜工程では、前記非単結晶基板上の前記第1の半導体膜上に、第2の半導体材料を含む第2の半導体膜を成膜する、成膜方法。
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