JPH04290222A - Manufacture of thin film - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は基材上に薄膜を形成する
薄膜の製造方法に関し、さらに詳しくは有機高分子フィ
ルムなどの比較的耐熱性の乏しい基材上にも良好なる特
性を有する薄膜を、しかも高速に形成する方法に関する
ものである。[Industrial Application Field] The present invention relates to a method for producing a thin film on a substrate, and more specifically to a thin film having good properties even on a substrate with relatively poor heat resistance such as an organic polymer film. The present invention relates to a method for forming .
【0002】0002
【従来の技術】薄膜および薄膜材料は、エレクトロニク
ス分野をはじめとして、多くの分野で用いられている。
化合物薄膜の製造方法としては、物理蒸着法、化学堆積
法、液相成長法などが知られている。物理蒸着法には、
真空蒸着法、スパッタリング法などがよく知られている
。特に半導体薄膜として太陽電池、光センサ−、薄膜ト
ランジスタ−、電子写真感光体等に広範囲に利用されて
いるシリコンおよび含シリコン系薄膜の製造方法として
は、シリコンタ−ゲットを活性水素雰囲気でスパッタリ
ングする方法、又はSiH4 等のガスをグロ−放電で
分解する方法等が知られている。BACKGROUND OF THE INVENTION Thin films and thin film materials are used in many fields including the electronics field. Physical vapor deposition, chemical deposition, liquid phase growth, and the like are known as methods for producing compound thin films. The physical vapor deposition method includes
Vacuum deposition method, sputtering method, etc. are well known. In particular, methods for producing silicon and silicon-containing thin films, which are widely used as semiconductor thin films in solar cells, optical sensors, thin film transistors, electrophotographic photoreceptors, etc., include sputtering a silicon target in an active hydrogen atmosphere; Alternatively, a method of decomposing gas such as SiH4 by glow discharge is known.
【0003】0003
【発明が解決しようとする課題】従来のよく知られてい
る薄膜成法としてのスパッタリング法は、成膜された薄
膜と基材との付着強度は大きいが堆積(成膜)速度が小
さく量産性に乏しいものといえる。真空蒸着法は、堆積
速度は比較的大きく量産性に適用し易いが、出来た薄膜
と基材との付着強度が小さい欠点を有している。また化
学堆積法としてCVD法がよく知られているが堆積速度
が小さく、また、化学反応を十分に生じせしめるために
は、一般的はに基材等を高温にする必要があり、従って
高分子等の比較的融点の基材を使用することが出来ない
ことになる。[Problems to be Solved by the Invention] The sputtering method, which is a conventional and well-known thin film formation method, has a high adhesion strength between the formed thin film and the base material, but the deposition (film formation) rate is low and it is difficult to mass-produce. It can be said that there is a lack of Although the vacuum deposition method has a relatively high deposition rate and is easy to apply to mass production, it has the disadvantage that the adhesion strength between the resulting thin film and the substrate is low. CVD is a well-known chemical deposition method, but its deposition rate is low, and in order to cause a sufficient chemical reaction, it is generally necessary to heat the base material to a high temperature. This means that it is not possible to use a base material with a relatively melting point such as.
【0004】以下さらに、特に、従来のシリコンおよび
含シリコン薄膜の製法に関する問題点について詳細に説
明する。スパッタリング法で得られるシリコン及びシリ
コン系合金薄膜は、膜特性に大きく影響を与える水素含
有量をコントロ−ルすることが困難なため良質のものが
得られ難い。一方グロ−放電ではダングリングボンド、
ボイド等の欠陥の少ない膜が得られるため、シリコン及
びシリコン系合金薄膜形成の主流となっている。しかし
ながら、グロ−放電によるシリコン及びシリコン系合金
薄膜の方法においては成膜速度が遅く生産性が悪いとい
う問題点がある。成膜速度を高めるために、放電電圧を
高くしてプラズマ中のガス分解に寄与する電子数を増加
させる方法、あるいは反応圧力を高めて分解に寄与する
原料ガスの濃度を上げる方法等が試みられている。これ
らの手段により成膜速度をある程度高めることが可能で
ある。しかしながら、得られるシリコン及びシリコン系
合金薄膜は、光導電特性が悪く、膜欠陥も多い物となり
特性的に満足できるものでは無くなってしまう。また、
従来の成膜方法では、一般の薄膜の製法と同様に、基板
(基材)を加熱する必要があるために、高分子材料等の
比較的融点の低い材料は基板として適用することができ
ず、基板材料の適用範囲が狭くなるという問題がある。[0004] In the following, problems with conventional methods of manufacturing silicon and silicon-containing thin films will be explained in detail. It is difficult to obtain high-quality silicon and silicon-based alloy thin films obtained by sputtering because it is difficult to control the hydrogen content, which greatly affects film properties. On the other hand, in glow discharge, dangling bonds,
Since a film with few defects such as voids can be obtained, this method has become the mainstream for forming silicon and silicon-based alloy thin films. However, the method of forming silicon and silicon-based alloy thin films by glow discharge has a problem in that the film formation rate is slow and productivity is poor. In order to increase the film formation rate, attempts have been made to increase the discharge voltage to increase the number of electrons that contribute to gas decomposition in the plasma, or to increase the reaction pressure to increase the concentration of source gas that contributes to decomposition. ing. By these means, it is possible to increase the film formation rate to some extent. However, the obtained silicon and silicon-based alloy thin films have poor photoconductive properties and many film defects, and are no longer satisfactory in terms of characteristics. Also,
Conventional film formation methods require heating of the substrate (base material), as in general thin film manufacturing methods, so materials with relatively low melting points such as polymeric materials cannot be used as substrates. However, there is a problem that the applicable range of the substrate material is narrowed.
【0005】事実、高分子基板上のアモルファスシリコ
ン薄膜はすでに、特開昭54ー149489号、特開昭
55ー4994号、特開昭55ー154726号各公報
に記載されている。しかし、いずれの場合も、高分子基
板としては、良質のアモルファスシリコンを積層すると
言う点である程度の耐熱性を有することが必要である。
耐熱性のある高分子と言うことでは、一般的にポリイミ
ド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイド、
ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルフォン、ポリエ
ーテルエーテルケトン等が用いられているが、これはア
モルファスシリコンを堆積する温度領域での加熱により
溶媒、水等の放出が起こり、良質のアモルファスシリコ
ンが形成できない。尚且つ、価格が高い。In fact, amorphous silicon thin films on polymer substrates have already been described in Japanese Patent Application Laid-open Nos. 149489-1989, 4994-1980, and 154726-1980. However, in either case, the polymer substrate needs to have a certain degree of heat resistance since high-quality amorphous silicon is laminated thereon. Heat-resistant polymers generally include polyimide, polyamideimide, polyphenylene sulfide,
Polyetherimide, polyether sulfone, polyether ether ketone, etc. are used, but when heated in the temperature range for depositing amorphous silicon, solvents, water, etc. are released, and good quality amorphous silicon cannot be formed. Moreover, the price is high.
【0006】以上述べてきたように、従来においては、
比較的耐熱性の乏しい基材上に、良好なる薄膜特性を有
し、基材との密着性に優れる薄膜を、高堆積速度にて形
成する方法は知られていなかった。本発明者らはかかる
状況に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、低温かつ高堆積速
度でもって、優れた薄膜特性を有する薄膜を形成するこ
とが可能な、次なる発明に到達した。As mentioned above, conventionally,
There has been no known method for forming a thin film with good thin film properties and excellent adhesion to the base material at a high deposition rate on a base material with relatively poor heat resistance. In view of this situation, the present inventors have conducted intensive research and have arrived at the following invention, which makes it possible to form a thin film with excellent thin film properties at low temperature and high deposition rate.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、基材
上に複数種類の材料からなる薄膜を形成するに際して、
電子ビ−ム加熱により蒸気化した第1の材料(A)と、
プラズマ中に導入した気体状の第2の材料(B)とを、
同一チャンバに導き、95℃以下にある基材上に(A)
と(B)と薄膜を形成せしめることを特徴とする薄膜製
造方法である。[Means for Solving the Problems] That is, the present invention provides the following features when forming a thin film made of multiple types of materials on a base material.
A first material (A) vaporized by electron beam heating;
A gaseous second material (B) introduced into the plasma,
(A) was introduced into the same chamber and placed on the substrate at 95°C or below.
This is a thin film manufacturing method characterized by forming a thin film with and (B).
【0008】(第1の材料)本発明における第1の材料
(すなわち(A))として、特に限定はされないが好ま
しいものとしては、Li、Be、B、C、Na、Mg、
Al、Si、P、S、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr
、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、In、Ga、
Ge、As、Se、Y、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag
、Cd、Sb、Te、Tb、Mo、Pd、Ag、Cd、
Sb、Te、Dy、Ho、Sn、Pb、Bi、ならびに
それらの酸化物、窒化物、ハロゲン化物、さらに金属間
化合物からなる群の内、1種以上のものを用いることが
できる。これらは必要に応じて2種以上を併用すること
ができる。第1の材料として好ましいものは、Si、C
、Ge、SiO、SiO2 、SiとSiO2 の混合
物である。(First Material) The first material (ie (A)) in the present invention is not particularly limited, but preferable ones include Li, Be, B, C, Na, Mg,
Al, Si, P, S, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr
, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, In, Ga,
Ge, As, Se, Y, Zr, Nb, Mo, Pd, Ag
, Cd, Sb, Te, Tb, Mo, Pd, Ag, Cd,
One or more of the group consisting of Sb, Te, Dy, Ho, Sn, Pb, Bi, their oxides, nitrides, halides, and intermetallic compounds can be used. Two or more of these can be used in combination as necessary. Preferred first materials are Si, C
, Ge, SiO, SiO2, and a mixture of Si and SiO2.
【0009】(第2の材料)本発明における第2の材料
、すなわち(B)としては、特に限定はされないが、H
2 、N2 、O2 、等の2原子分子、F2 、Cl
2 、Br2 、等のハロゲン、He,Ne,Ar,K
r,Xe等の希ガス、飽和炭化水素、不飽和炭化水素、
水素化珪化、水素化りん、水素化ホウ素、水素化ゲルマ
ニウム、ハロゲン化金属、水素ハロゲン化金属等からな
る群の内少なくとも一種類からなるものを用いることが
できる。
これらは必要に応じて2種以上を併用することができる
。本発明においては、好ましくは、H2 、N2 、O
2 、F2 、Cl2 、CH4 、C2 H2 、S
iH4 、B(CH3 )3 、NH3 、PH3 、
B2 H6 、希ガスからなる群の内少なくとも一種類
からなるものを用いることができる。(Second Material) The second material in the present invention, that is, (B), is not particularly limited, but H
2, N2, O2, etc., F2, Cl
2, Br2, etc., He, Ne, Ar, K
Rare gases such as r, Xe, saturated hydrocarbons, unsaturated hydrocarbons,
At least one of the group consisting of hydrogen silicide, phosphorus hydride, boron hydride, germanium hydride, metal halide, metal hydrogen halide, etc. can be used. Two or more of these can be used in combination as necessary. In the present invention, preferably H2, N2, O
2, F2, Cl2, CH4, C2 H2, S
iH4, B(CH3)3, NH3, PH3,
At least one of the group consisting of B2 H6 and rare gases can be used.
【0010】本発明において特に非酸化物系半導体薄膜
の製造を目的とする場合にはH2 、Six Hy 、
Cx Hy 、Gex Hy 、Mx Xy 、Mx
X4x−yHy 、X2 、N2 をもちいることがで
きる。(Mは(A)に示した金属を表わし、Xはハロゲ
ンを表わす。)また、酸化物化合物薄膜の製造を目的と
する場合には特にO2 、O3 、を含むものを用いる
ことができる。In the present invention, especially when the purpose is to manufacture a non-oxide semiconductor thin film, H2, Six Hy,
Cx Hy, Gex Hy, Mx Xy, Mx
X4x-yHy, X2, N2 can be used. (M represents the metal shown in (A), and X represents a halogen.) Furthermore, when the purpose is to produce an oxide compound thin film, those containing O2 and O3 can be used.
【0011】(プラズマ化手段)本発明においてプラズ
マを得る方法としては、特に限定はされないが、マイク
ロ波、RF放電、DC放電 等を好ましく用いること
ができる。また必要に応じて、プラズマに磁場を印加す
ることができる。
(ド−パント)本発明においては、必要に応じて、第1
の材料、または第2の材料、もしくは両方にド−パント
を加えても良い。(Plasma generation means) The method for obtaining plasma in the present invention is not particularly limited, but microwaves, RF discharge, DC discharge, etc. can be preferably used. Furthermore, a magnetic field can be applied to the plasma as necessary. (Dopant) In the present invention, the first
A dopant may be added to the first material, the second material, or both.
【0012】本発明は、基材上に、蒸気化した第1の材
料(A)と、プラズマ中に導入した気体状の材料(B)
とを(結果として(B)から発生するラジカルとを)、
基材上に同時に導くことで、(A)と(B)とを反応さ
せ、(A)と(B)とから反応した化合物の薄膜を形成
するものである。従来のCVD等に比べ本発明は(B)
から発生するラジカル、イオンを(A)から発生する材
料とは独立に大量に基板上に供給できるため,(A)の
材料が基板表面で構造緩和をおこしやすい。そのため、
CVD等に比べ低温で良質の薄膜を形成することができ
る。本発明においてはこれら第1の材料を加熱する手段
として、電子ビ−ム加熱を用いることに特徴がある。本
発明においては、特に電子ビ−ム加熱を用いることによ
り、誘導加熱、抵抗加熱に比べ加熱源から発生する不純
物の混入が少ない薄膜を形成することができると言う利
点がある。[0012] The present invention provides a vaporized first material (A) on a base material and a gaseous material (B) introduced into plasma.
and (as a result, the radical generated from (B)),
(A) and (B) are reacted by simultaneously introducing them onto a substrate, and a thin film of the reacted compound is formed from (A) and (B). Compared to conventional CVD etc., the present invention has (B)
Since the radicals and ions generated from the material can be supplied to the substrate in large quantities independently of the material generated from the material (A), the material from the material (A) tends to undergo structural relaxation on the surface of the substrate. Therefore,
It is possible to form a high-quality thin film at a lower temperature than with CVD or the like. The present invention is characterized in that electron beam heating is used as a means for heating the first material. In the present invention, particularly by using electron beam heating, there is an advantage that a thin film can be formed with less contamination of impurities generated from the heating source than by induction heating or resistance heating.
【0013】[0013]
【実施例】本発明をより具体的に説明するために、以下
に実施例を示すが本発明はこれらの実施例により限定さ
れるものではない。図1は本発明における装置の1例を
示す概略図である。チャンバ1.、チャンバ2.は真空
ライン(ガス排気口)を有しており、チャンバ内を大気
圧より低圧にすることができる。チャンバ2.、内部に
は第1の材料を入れるための“るつぼ”5.が設けられ
ており、このるつぼは、電子ビ−ム加熱により加熱され
、中の材料は蒸気となる。第1の材料を2種類以上使用
するときは、5.は2ヶ以上設けることにより対応する
。るつぼ上部には、基材3.が基板ホルダ−4.によっ
て支持されている。基材ホルダ−4.は、任意の角度θ
で固定されている。さらに基材および基材ホルダ−は、
ヒ−タ−12.によって加熱されてもよいが、但し基材
が高分子フィルムのような高分子基材であるときは、勿
論、基材に損傷のおよぼさないように制御されねばなら
ない。一方第2の材料、すなわち(B)はチャンバ1.
内にガス導入口11.から導入される」 。導入された
第2の材料は、マイクロ波電源9.(通常は2.45G
Hz程度)により発生するマイクロ波が、導波管10.
を通り第2の材料と接することにより、励起されプラズ
マが発生する。この発生したプラズマは、必要なときは
コイル8.により、磁場で閉じこめてから、チャンバ2
.に導入してもよい。このプラズマ中で発生したラジカ
ルと、るつぼで蒸気化された第1の材料とが同時に基材
上、または基材近傍に供給され、反応し、基材上に化合
物の薄膜が堆積する。[Examples] In order to explain the present invention more specifically, Examples are shown below, but the present invention is not limited to these Examples. FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an apparatus according to the present invention. Chamber 1. , chamber 2. has a vacuum line (gas exhaust port) and can make the pressure inside the chamber lower than atmospheric pressure. Chamber 2. 5. A "crucible" for putting the first material inside. The crucible is heated by electron beam heating, and the material inside becomes steam. When using two or more types of first materials, 5. This can be handled by providing two or more. At the top of the crucible, there is a base material 3. is the substrate holder-4. Supported by Base material holder-4. is any angle θ
is fixed. Furthermore, the base material and the base material holder are
Heater 12. However, when the substrate is a polymeric substrate such as a polymeric film, the heating must be controlled so as not to damage the substrate. On the other hand, the second material, i.e. (B), is in the chamber 1.
Gas inlet 11. "Introduced from." The second material introduced is a microwave power source 9. (Normally 2.45G
Microwaves generated by the waveguide 10.
When the material passes through the material and comes into contact with the second material, it is excited and generates plasma. This generated plasma is transferred to the coil 8 when necessary. After confining it with a magnetic field, chamber 2
.. may be introduced. The radicals generated in this plasma and the first material vaporized in the crucible are simultaneously supplied onto the base material or near the base material, react, and deposit a thin film of the compound on the base material.
【0014】《実施例1》基材としてポリエチレンテレ
フタレ−トフィルム(フィルム厚100μm)を用いて
、その表面に半導体膜として水素化アモルファスシリコ
ンを以下の条件で堆積させた。(このとき磁場はかけて
いない。)
製膜条件
真空度 : 3.9×10−
4 [Torr]第一の材料 :
ポリシリコン(N型)第二の材料 :
水素ガスマイクロ波パワ− : 200
[W]るつぼ温度 : 2500
℃基板温度 : 30
[℃]得られた膜の暗導電率は、1.3×
10−12 [S/cm] 、光導電率は、2.1×
10−7 [S/cm] であった。Example 1 A polyethylene terephthalate film (film thickness: 100 μm) was used as a base material, and hydrogenated amorphous silicon was deposited as a semiconductor film on the surface thereof under the following conditions. (At this time, no magnetic field is applied.) Film forming conditions Vacuum degree: 3.9 x 10-
4 [Torr] First material:
Polysilicon (N type) second material:
Hydrogen gas microwave power: 200
[W] Crucible temperature: 2500
°C substrate temperature: 30
[℃] The dark conductivity of the obtained film is 1.3×
10-12 [S/cm], photoconductivity is 2.1×
It was 10-7 [S/cm].
【0015】《実施例2》基材としてガラス基板を用い
て、その表面に絶縁膜としてSiO2 膜を以下の条件
で堆積させた。(このとき磁場はかけていない。)製膜
条件
真空度 : 2.2×10−
4 [Torr]第一の材料 :
ポリシリコン(N型)第二の材料 :
酸素ガスマイクロ波パワ− : 1200
[W]基板温度 : 12
0 [℃]得られた膜の導電率は、1.7
×10−12 [S/cm] であった。Example 2 A glass substrate was used as a base material, and an SiO2 film was deposited as an insulating film on the surface thereof under the following conditions. (At this time, no magnetic field is applied.) Film forming conditions Vacuum degree: 2.2 x 10-
4 [Torr] First material:
Polysilicon (N type) second material:
Oxygen gas microwave power: 1200
[W] Substrate temperature: 12
0 [℃] The conductivity of the obtained film is 1.7
×10-12 [S/cm].
【0016】《比較例1》基材としてポリエチレンテレ
フタレ−トを用いて、その表面に半導体膜として水素化
アモルファスシリコンを以下の条件で堆積させた。この
とき比較のためプラズマは発生させなかった。
製膜条件
真空度 : 2.1×10−4 [Tor
r]第一の材料 : ポリシリコン(N型)第二の
材料 : 水素ガス
得られた膜の暗導電率は、3.2×10−11[S/c
m] 、光導電率は、3.2×10−11[S/cm]
であり、光感度は得られなかった。Comparative Example 1 Polyethylene terephthalate was used as a base material, and hydrogenated amorphous silicon was deposited as a semiconductor film on the surface thereof under the following conditions. At this time, no plasma was generated for comparison. Film forming conditions Vacuum degree: 2.1×10-4 [Tor
r] First material: Polysilicon (N type) Second material: Hydrogen gas The dark conductivity of the obtained film is 3.2 × 10-11 [S/c
m], photoconductivity is 3.2×10-11 [S/cm]
Therefore, no photosensitivity was obtained.
【0017】《実施例3》基材としてガラス基板を用い
て、その表面に絶縁膜としてIn2 O3 膜を以下の
条件で堆積させた。(このとき磁場はかけていない。)
製膜条件
真空度 : 1×10−4
[Torr]第一の材料 : イ
ンジウム第二の材料 : 酸素ガスマ
イクロ波パワ− : 1200 [W]基
板温度 : 20
[℃]得られた膜の導電率は、8.5×102 [
S/cm]であった。Example 3 A glass substrate was used as a base material, and an In2O3 film was deposited as an insulating film on the surface thereof under the following conditions. (At this time, no magnetic field is applied.)
Film forming conditions Vacuum degree: 1×10-4
[Torr] First material: Indium Second material: Oxygen gas Microwave power: 1200 [W] Substrate temperature: 20
[℃] The conductivity of the obtained film was 8.5×102 [℃]
S/cm].
【0018】[0018]
【発明の効果】本発明によれば、比較的低温または常温
での基材を用いて、化合物の薄膜を基材上に、製造し得
る、また成膜されたものの物性においても優れたものが
製造しうる。[Effects of the Invention] According to the present invention, a thin film of a compound can be produced on a base material using a base material at a relatively low temperature or room temperature, and the film formed has excellent physical properties. Can be manufactured.
【図1】本発における装置の1例を示す概略説明図であ
る。FIG. 1 is a schematic explanatory diagram showing an example of the device in the present invention.
1.チャンバ1 2.チャンバ2 3.基材 5.るつぼ 6.EBガン 9.マイクロ波電源 10.導波管 1. chamber 1 2. chamber 2 3. Base material 5. crucible 6. EB gun 9. microwave power supply 10. waveguide
Claims (1)
成するに際して、電子ビ−ム加熱により蒸気化した第1
の材料(A)と、プラズマ中に導入した気体状の第2の
材料(B)とを、同一チャンバに導き、95℃以下の基
材上に(A)と(B)とを含有する薄膜を形成せしめる
ことを特徴とする薄膜製造方法。[Claim 1] When forming a thin film made of multiple types of materials on a substrate, a first material is vaporized by electron beam heating.
The material (A) and the gaseous second material (B) introduced into the plasma are introduced into the same chamber, and a thin film containing (A) and (B) is formed on a substrate at 95° C. or lower. A thin film manufacturing method characterized by forming.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8074191A JPH04290222A (en) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | Manufacture of thin film |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8074191A JPH04290222A (en) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | Manufacture of thin film |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04290222A true JPH04290222A (en) | 1992-10-14 |
Family
ID=13726825
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8074191A Pending JPH04290222A (en) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | Manufacture of thin film |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04290222A (en) |
-
1991
- 1991-03-18 JP JP8074191A patent/JPH04290222A/en active Pending
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