JP2732281B2

JP2732281B2 - 薄膜形成方法

Info

Publication number: JP2732281B2
Application number: JP1041275A
Authority: JP
Inventors: 国基二宮; 昌人西国; 信哉津田; 昭一中野
Original assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1989-02-20
Filing date: 1989-02-20
Publication date: 1998-03-25
Anticipated expiration: 2013-03-25
Also published as: JPH02219218A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、太陽電池，薄膜トランジスタなどに用いる
非晶質半導体薄膜や絶縁体薄膜等の薄膜形成方法に関す
る。

〔従来の技術〕

一般は、ａ−Siなどの非晶質半導体薄膜やSiN,SiO₂な
どの絶縁体薄膜を形成する手法として、平行平板型RFグ
ロー放電によるプラズマCVD法がよく知られているが、
成膜速度の点において問題があるため、例えば特開昭57
−197875号公報（HO1L 31/04）に記載のように、RFグロ
ー放電法に磁界を併用したいわゆるマグネトロン放電法
により、成膜速度の向上を図ることが考えられている。

ところで、このマグネトロン放電法による薄膜形成
は、第10図に示すような装置により行われ、この装置は
次のように構成されている。

即ち、第10図において、（１），（２）は反応ガスが
供給された図外の反応チャンバ内に平行に配設された平
板状のカソード電極及びアノード電極（以下単にカソー
ド（１），アノード（２）という）、（３）はアノード
（２）に取り付けられた薄膜形成用基板、（４）は高周
波電源であり、一方の出力端子がアノード（２）ととも
にアースされ、他方の出力端子がカソード（１）に接続
されている。

（5a），（5b）は円環状磁石及び円柱状磁石であり、
カソード（１）の下側に設けられ、両磁石（5a），（5
b）の形成磁界により、反応ガスのプラズマがカソード
（１），アノード（２）間に閉じ込められる。

そして、電源（４）による高周波電圧がカソード
（１），アノード（２）間に印加され、反応チャンバ内
に供給された反応ガスがグロー放電によりプラズマ化さ
れ、基板（３）上にプラズマ化した反応ガス成分が堆積
し、基板（３）上に薄膜が形成される。

このとき、磁石（5a），（5b）の形成磁界によってプ
ラズマが閉じ込めることができるため、プラズマの高密
度化が図れ、従来のRFグロー放電法よりも成膜速度を向
上することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の場合、第10図中の矢印に示すような磁界によつ
てプラズマが閉じ込められるため、断面的に２個のプラ
ズマの瘤が生じ、閉じ込められたプラズマと基板（３）
との距離が均一にならず、基板（３）上に形成される薄
膜の膜厚が均一にならないという問題点がある。

本発明は、前記の点に留意してなされ、形成される薄
膜の膜厚を均一にできるようにすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、平板状のカソード電極及
びアノード電極を平行に配設し、前記アノード電極に薄
膜形成用基板を取り付け、前記両電極間に高周波電界を
形成して該高周波電界により反応ガスのプラズマを生成
し、前記カソード電極の外側に設けた磁石の形成磁界に
より前記プラズマを前記両電極間に閉じ込め、前記基板
上にプラズマ化した前記反応ガス成分からなる薄膜を形
成する薄膜形成方法において、本発明では、前記両電極間に補助電界又は補助磁界を形成する形成
手段を設け、前記補助電界又は補助磁界により前記プラ
ズマを揺動することを特徴としている。

〔作用〕

以上のような構成において、形成手段による補助電界
又は補助電界により、両電極間に閉じ込められたプラズ
マを揺動するため、プラズマの高密度領域が基板に接す
る時間が均一化され、基板とプラズマとの距離の不均一
性が解消され、形成される薄膜の膜厚の均一化が図れ
る。

〔実施例〕

実施例について第１図ないし第９図を参照して説明す
る。

（実施例１）実施例１について第１図ないし第４図を参照して説明
する。

形成装置の概略を示す第１図において、第10図と同一
記号は同一若しくは相当するものを示し、（6a），（6
b）は平板状の補助電極であり、カソード（１），アノ
ード（２）間の両側部にそれぞれ配設され、両補助電極
（6a），（6b）とともに形成手段を構成する補助電源
（７）により、両補助電極（6a），（6b）に周期的に極
性反転する互いに逆極性の電圧が印加され、両補助電極
（6a），（6b）間に高周波電界に直交する方向で，かつ
周期的に向きの反転する補助電界が形成され、この補助
電界によりカソード（１），アノード（２）間のプラズ
マが揺動される。

そして、磁石（5a），（5b）による静電界によつて閉
じ込められたプラズマをこのように揺動することによ
り、プラズマの高密度領域の基板（３）に接する時間が
均一化されるため、基板（３）とプラズマとの距離の不
均一性が解消され、基板（３）上に形成される薄膜の膜
厚の均一化を図ることができる。

ところで、補助電極（6a），（6b）に印加する交流電
圧及びその周波数の最適条件を求めるために、電圧及び
周波数それぞれと膜厚のばらつきとの関係を調べたとこ
ろ、それぞれ第２図及び第３図に示すようになり、膜厚
のばらつきが５％までを均一性良好とすると、第２図か
ら補助電極（6a），（6b）に印加する交流電圧の最適条
件は50V〜500Vであり、第３図からその周波数の最適条
件は0.5Hz〜500KHzであることがわかる。

このとき、印加電圧が50V以下ではプラズマが十分に
揺動しないため、膜厚の不均一性が解消されるには至ら
ず、500V以上の場合には、補助電極（6a），（6b）とカ
ソード（１），アノード（２）或いは反応チャンバとの
間で異常放電が生じるため、膜厚のばらつきが大きくな
る。

一方、周波数が0.5Hz以下ではやはりプラズマの揺動
が不十分であり、500KHz以上の場合には、プラズマが追
従して揺動できなくなる。

従つて、補助電源（７）により両補助電極（6a），
（6b）に、周波数0.5Hz〜500KHzで,50V〜500Vの交流電
圧を印加すればよい。

つぎに、補助電極（6a），（6b）にそれぞれ第４図
（ａ），（ｂ）に示すような波形の電圧を印加して形成
したａ−Siの薄膜と、従来法により形成したａ−Siの薄
膜との膜厚の分布の比較を行つたところ、第５図に示す
ようになり、同図中の実線が形成手段による補助電界が
ある場合、破線が従来法の場合をそれぞれ示しており、
同図の結果から、従来法による薄膜の膜厚のばらつきが
ほぼ±20％であるのに対し、補助電界によるプラズマの
揺動によつて膜厚のばらつきは約±2.5％まで抑制さ
れ、極めて均一性の高い薄膜が得られることがわかる。

なお、第５図の横軸はカソード（１）の一端を基準と
したときの距離を表わしており、ここで従来法と共通す
る薄膜形成条件は、基板温度200℃,RFパワー100W,圧力
0.1Torr,SiH₄ガス流量20SCCM,磁石（5a），（5b）の最
大磁界強度150Gaussである。

このように、実施例１によると、補助電源（７）によ
り両補助電極（6a），（6b）に周波数0.5Hz〜500KHz,50
V〜500Vの交流電圧を印加し、カソード（１），アノー
ド（２）間に補助電界を形成し、この補助電界によりプ
ラズマを揺動するため、基板（３）とプラズマとの距離
の不均一性を解消することができ、基板（３）上に極め
て膜厚の均一な薄膜を形成することができる。

（実施例２及び実施例３）つぎに、実施例２及び実施例３について第６図及び第
７図をそれぞれ参照して説明する。

実施例２として、第１図の補助電極（6a），（6b）に
代え、第６図に示すようなメッシュ電極（8a），（8b）
を設けてよく、実施例３として、第７図に示すように複
数個の小さな電極素体（９）により補助電極（10a），
（10b）をそれぞれ構成してもよく、いずれも実施例１
と同等の効果を得ることができ、適宜補助電極の形状を
選択すればよい。

（実施例４）さらに、実施例４について第８図及び第９図を参照し
て説明する。

第８図において、第１図と同一記号は同一若しくは相
当するものを示し、（11a），（11b）はカソード
（１），アノード（２）間の左側に設けられた互いに逆
極性の２個の第１の電磁石、（12a），（12b）はカソー
ド（１），アノード（２）間の右側に設けられた互いに
逆極性の２個の第２の電磁石であり、図外の電源によ
り、第１の電磁石（11a），（11b）と第２の電磁石（12
a），（12b）とが交互に通電され、カソード（１），ア
ノード（２）間に第１の電磁石（11a），（11b）による
補助磁界及び第２の電磁石（12a），（12b）による補助
磁界が交互に形成される。

このとき、第８図において、補助磁界の紙面に垂直な
方向への幅が少なくともカソード（１），アノード
（２）の幅と同程度になるように、各電磁石（11a），
（11b），（12a），（12b）の形状等を設定しておく。

そして、第８図に示すように、第１の電磁石（11
a），（11b）が通電されて図示のような補助磁界Baが形
成されると、磁石（5a），（5b）による主磁界Bmによつ
て閉じ込められたプラズマが補助磁界Baに引き寄せら
れ、プラズマが左側へ移動する。

つぎに、第２の電磁石（12a），（12b）が通電されて
同様の補助磁界Bbが形成されると、プラズマが補助磁界
Bbに引き寄せられ、プラズマが右側へ移動し、これらの
繰り返しによつてプラズマが左右方向に揺動する。

その結果、実施例１と同様に、基板（３）とプラズマ
との距離の不均一性を解消することができ、基板（３）
上の薄膜の膜厚の均一化を図ることができる。

ところで、第１及び第２の電磁石（11a），（11b），
（12a），（12b）による補助磁界の磁界強度の最適条件
を求めるために、磁界強度と膜厚のばらつきとの関係を
調べたところ第９図に示すようになり、膜厚のばらつき
が５％までを均一性良好とすると、第９図から補助磁界
の磁界強度の最適条件は50Gauss以上であることがわか
る。

一方、第１の電磁石（11a），（11b）と第２の電磁石
（12a），（12b）の切り換え周波数と膜厚のばらつきの
関係についても調べたところ、前記した第３図と同様の
結果となり、0.5Hz〜500KHzの周波数が適当であること
がわかつた。

なお、複数個の電磁石素体をカソード（１），アノー
ド（２）の幅と同程度にわたつて所定間隔で配列し、各
電磁石（11a），（11b），（12a），（12b）それぞれを
形成してもよい。

また、形成手段の構成は、前記各実施例に限るもので
ないのは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので、
以下に記載する効果を奏する。

形成手段による補助電界又は補助磁界により、カソー
ド電極，アノード電極間に閉じ込められたプラズマを揺
動するため、基板とプラズマとの距離の不均一性が解消
され、従来よりも膜厚の均一な薄膜を形成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第９図は本発明の薄膜形成方法の実施例を
示し、第１図ないし第５図は実施例１を示し、第１図は
概略図、第２図及び第３図は補助電極への印加電圧及び
その周波数それぞれと膜厚のばらつきとの関係図、第４
図（ａ），（ｂ）は補助電極への印加電圧の波形図、第
５図は基板上の薄膜の膜厚分布を示す図、第６図及び第
７図はそれぞれ実施例２及び３の概略図、第８図及び第
９図は実施例４の形成装置の概略図及び磁界強度と膜厚
のばらつきとの関係図、第10図は従来例の概略図であ
る。（１）……カソード電極、（２）……アノード電極、
（３）……薄膜形成用基板、（5a），（5b）……磁石、
（6a），（6b），（10a），（10b）……補助電極、
（７）……補助電源、（8a），（8b）……メッシュ電
極、（11a），（11b）……第１の電磁石、（12a），（1
2b）……第２の電磁石。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中野昭一大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (56)参考文献特開昭61−1025（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−59822（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−161812（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】平板状のカソード電極及びアノード電極を
平行に配設し、前記アノード電極に薄膜形成用基板を取
り付け、前記両電極間に高周波電界を形成して該高周波
電界により反応ガスのプラズマを生成し、前記カソード
電極の外側に設けた磁石の形成磁界により前記プラズマ
を前記両電極間に閉じ込め、前記基板上にプラズマ化し
た前記反応ガス成分からなる薄膜を形成する薄膜形成方
法において、前記両電極間に補助電界又は補助磁界を形成する形成手
段を設け、前記補助電界又は補助磁界により前記プラズ
マを揺動することを特徴とする薄膜形成方法。