JPH046262A - Thin film forming device - Google Patents

Thin film forming device

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Publication number
JPH046262A
JPH046262A JP2106257A JP10625790A JPH046262A JP H046262 A JPH046262 A JP H046262A JP 2106257 A JP2106257 A JP 2106257A JP 10625790 A JP10625790 A JP 10625790A JP H046262 A JPH046262 A JP H046262A
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JP
Japan
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plasma
electrode
thin film
power source
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP2106257A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshihiko Yamaoki
山置 俊彦
Koji Minami
浩二 南
Masayuki Iwamoto
岩本 正幸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP2106257A priority Critical patent/JPH046262A/en
Publication of JPH046262A publication Critical patent/JPH046262A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To generate stable plasma at a high density ;and to stably form a uniform thin film on a substrate by enclosing the outside circumference of a plasms injecting gun with a guard electrode of an earth potential at the time of forming thin films consisting of various kinds of raw materials on a substrate by plasma spraying. CONSTITUTION:A gaseous atmosphere, such as H2 or O2, is supplied from an introducing port 10 in a vacuum vessel 1 and after the gas is regulated to a specified atmosphere pressure, an injecting gas, such as Ar, is introduced from a gas introducing port 6 into the vessel. The plasma is generated between an earth electrode 4a and feed electrode 4b of the injecting by a high-frequency power source 2 for generating plasma gun 3 to melt the raw materials5a for film forming, such as Si, Ge and SiC supplied from a supplying port 5b, by which the thin film is formed on the surface of the substrate 9 in the form of a plasma jet. The outside circumference of the plasma gun 3 is enclosed by the guard electrode 12 of the earth potential in this case, by which the generation of the wasteful plasma between the feed electrode 4b and the vacuum vessel 1 is prevented. The good-quality thin film is th;us stably formed on the substrate 9 by the high-density and stable normal plasma.

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は、減圧プラズマ噴射法を用いた薄膜の形成装置
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Field of Industrial Application The present invention relates to a thin film forming apparatus using a reduced pressure plasma injection method.

(ロ)従来の技術 従来、ジェットエンジン等の耐熱・耐環境用あるいは人
工骨等の表面安定化用の表面コーティング技術として容
量結合型直流プラズマ法によるプラズマ噴射装置が用い
られている。近年では、かかる方法は、Th1n 5o
lid Films、151(1987)p343〜3
53に開示されている如く半導体薄膜の形成にも応用さ
れる上うになってきた。
(B) Conventional Technology Conventionally, a plasma injection device using a capacitively coupled direct current plasma method has been used as a surface coating technology for heat-resistant and environment-resistant devices such as jet engines or for surface stabilization of artificial bones and the like. In recent years, such methods have
lid Films, 151 (1987) p343-3
As disclosed in No. 53, it has come to be applied to the formation of semiconductor thin films.

しかしながら、容量結合型直流プラズマ法によるプラズ
マ噴射装置での膜形成は、元来半導体などの成膜法とし
て開発されたものではないことから、斯る方法では、例
えば大粒径の多結晶シリコンは得られるものの、このま
まの状態では、膜質が悪くデバイス用半導体薄膜として
利用できなかった。
However, film formation using a plasma injection device using a capacitively coupled direct current plasma method was not originally developed as a film formation method for semiconductors, etc., and therefore, with this method, for example, large grain size polycrystalline silicon cannot be formed. Although obtained, in this state, the film quality was poor and could not be used as a semiconductor thin film for devices.

このため、特願平1−100777号に示されている如
く、プラズマ噴射による成膜途中に原子状元素を混入さ
せ膜質の向上を計るなどの成膜方法の改良や、「溶射技
術」第8巻、No、lp。
Therefore, as shown in Japanese Patent Application No. 1-100777, improvements have been made to the film forming method, such as mixing atomic elements during film formation by plasma injection to improve film quality, and "Thermal Spraying Technology" No. 8 Vol., No., lp.

78〜83に開示されているような誘導結合型高周波プ
ラズマ法によるプラズマ噴射装置の利用が検討されてい
た。しかしながら、いずれの方法でも原材料の分解ある
いは溶融が不十分で、膜質の均一性の面で更に改善すべ
き点が残されている。
The use of a plasma injection device using an inductively coupled high frequency plasma method as disclosed in Nos. 78-83 has been considered. However, in either method, the decomposition or melting of the raw materials is insufficient, and there remains room for further improvement in terms of uniformity of film quality.

尚、本発明においてプラズマ噴射装置における分解ある
いは溶融と:よ、例えば固体を原料とする場合、プラズ
マ生成に寄与する気体の活性種や該プラズマの熱によっ
て、前記固体を分子、原子状に分解あるいは液相状に溶
融することであり、方、気体の場合では、プラズマのエ
ネルギーによって該気体が分子、原子状に分解されるこ
とを意味する。
In the present invention, decomposition or melting in the plasma injection device: For example, when a solid is used as a raw material, the solid is decomposed or melted into molecules or atoms by the active species of the gas that contributes to plasma generation or the heat of the plasma. This means that the gas is melted into a liquid phase, and in the case of a gas, it means that the gas is decomposed into molecules and atoms by the energy of the plasma.

(ハ)発明が解決しようとする課題 前述したように、容量結合型直流プラズマ法では、原材
料の分解あるいは溶融が不十分であったために、例え原
子状元素を成膜途中に添加してら、十分な膜質向上を果
たしえなかった。この原因は、そもそも分解あるいは溶
融に利用するプラズマを直流により生成させているため
で、例えば原材料が固体である場き、該原材料の持つ電
気抵抗の程度により分解あるいは溶融の度合いに差が生
じる。つまり、低抵抗の固体の場合は、安定した直流プ
ラズマが得られるものの高抵抗の場合は、安定しない。
(c) Problems to be solved by the invention As mentioned above, in the capacitively coupled DC plasma method, the decomposition or melting of the raw materials was insufficient, so even if atomic elements were added during film formation, However, the film quality could not be improved significantly. The reason for this is that the plasma used for decomposition or melting is generated by direct current. For example, if the raw material is solid, the degree of decomposition or melting will vary depending on the degree of electrical resistance of the raw material. In other words, in the case of a solid with low resistance, a stable DC plasma can be obtained, but in the case of a high resistance, it is not stable.

このために、複数の固体を混合した場合などでは、各固
体の種類により分解あるいは溶融の程度が異なることと
なり、著しく不均一な膜質となった。
For this reason, when a plurality of solids are mixed, the degree of decomposition or melting differs depending on the type of each solid, resulting in a significantly non-uniform film quality.

また、原材料が気体であって白、最終生成物が絶縁体で
あれば、容量結合型直流プラズマ法を用いる限り、前記
理由と同様で不均一な膜質となってしまう。
Furthermore, if the raw material is a white gas and the final product is an insulator, as long as the capacitively coupled direct current plasma method is used, the film quality will be non-uniform for the same reason as described above.

さらに、前述した誘導結合型高周波プラズマ法のプラズ
マ噴射装置による膜形成では、原材料の電気抵抗による
影響はないものの、元来 誘導結合型高周波プラズマ法
のプラズマ温度は低いという欠点を有しておr)、良好
な膜形成を行えなかった。
Furthermore, although film formation using a plasma injection device for the inductively coupled high-frequency plasma method described above is not affected by the electrical resistance of the raw materials, the plasma temperature of the inductively coupled high-frequency plasma method is inherently low. ), it was not possible to form a good film.

本発明は、かかる課題に鑑み、高密度でかつ安定なプラ
ズマによる薄膜の形成装置を提供するものである。
In view of this problem, the present invention provides an apparatus for forming a thin film using high-density and stable plasma.

(ニ)課題を解決するための手段 本発明による薄膜形成装置の特徴は、導電性材料からな
る真空保持用容器、該真空保持用容器内に配置され、給
電電極とアース電極とを備え、プラズマ生成により固体
、液体などの原材料を分解あるいは溶融しジェット状に
噴射する噴射ガン、前記給電電極及びアース電極に接続
されたプラズマ発生用電源、前記真空保持用容器内に配
置された基板ホルダを具備し、前記基板ホルダに設置し
た基板表面を前記噴射に晒すことにより 薄膜を形成す
る薄膜形成装置において、前記プラズマ発生用電源を高
周波電源で構成すると共に、前記噴射ガンの外周に近接
してそれを包囲するガード電極を設けたことにある。
(d) Means for Solving the Problems The thin film forming apparatus according to the present invention is characterized by comprising a vacuum holding container made of a conductive material, a power supply electrode and a ground electrode disposed inside the vacuum holding container, and a plasma The apparatus includes an injection gun that decomposes or melts raw materials such as solids and liquids and sprays them in the form of a jet, a plasma generation power source connected to the power supply electrode and the ground electrode, and a substrate holder placed in the vacuum holding container. In the thin film forming apparatus that forms a thin film by exposing the surface of a substrate placed in the substrate holder to the spray, the plasma generation power source is configured with a high frequency power source, and the plasma generation power source is configured to be a high frequency power source, and the plasma generation power source is configured to be a high frequency power source, and the plasma generating power source is configured to be a high frequency power source, and the plasma generating power source is configured to be a high frequency power source, and the plasma generation power source is configured to be a high frequency power source, and the plasma generating power source is configured to be a high frequency power source, and the plasma generation power source is configured to be a high frequency power source, and the plasma generating power source is configured to be a high frequency power source. The reason is that a surrounding guard electrode is provided.

(ホ)作用 本発明では、従来の容量結合型直流プラズマ法や誘導結
合型高周波プラズマ温度波プ゛ラズマ法射装置のそれぞ
れの問題を解決するために、容量結合型高周波プラズマ
法によるプラズマ噴射装置を採用した。斯る装置は、ス
パッタ蒸着法として絶縁膜の形成にも用いられているこ
とから判るように、放電空間に絶縁材料が存在しても、
不安定なプラス7とならない。さらに、容量結合型であ
るために、誘導結合型高周波プラズマ法と比較して高密
度のプラズマを生成できる。
(E) Function In the present invention, in order to solve the respective problems of the conventional capacitively coupled DC plasma method and the inductively coupled high frequency plasma temperature wave plasma method, we have developed a plasma injection device using the capacitively coupled high frequency plasma method. It was adopted. As can be seen from the fact that such a device is also used to form an insulating film as a sputter deposition method, even if an insulating material is present in the discharge space,
It will not be an unstable plus 7. Furthermore, since it is a capacitively coupled method, it is possible to generate a higher density plasma compared to an inductively coupled high frequency plasma method.

しかしながら、前記従来の容量結合型直流プラズマ法に
おけるプラズマ噴射装置のプラズマ発生用電源を高周波
を源に交換するのみて−は、安定なプラス7を生成する
ことはできない。
However, only by replacing the plasma generation power source of the plasma injection device in the conventional capacitively coupled direct current plasma method with a high frequency source, stable +7 cannot be generated.

斯る理由は、容量結合型高周波プラズマ法でのプラズマ
の生成メカニズムに起因している。
The reason for this is due to the plasma generation mechanism in the capacitively coupled high frequency plasma method.

容量結合型高周波プラズマの生成メカニズムの特徴は、
以下の如くである。前記プラズマは交番電界によって維
持されているものの、高周波であるためにプラズマ中の
電子とイオンの移動度に大きな差ができている。即ち、
数MHz以上の周波数では、電子は前記交番電界の変化
に追随できるが、一方、イオンは大きな質量を有するた
めに追随できなくなる。
The characteristics of the generation mechanism of capacitively coupled high-frequency plasma are as follows:
It is as follows. Although the plasma is maintained by an alternating electric field, there is a large difference in the mobility of electrons and ions in the plasma due to the high frequency. That is,
At frequencies of several MHz or more, electrons can follow changes in the alternating electric field, but ions, on the other hand, have a large mass and cannot do so.

追随できなくなったイオンは、プラズマ中に静止した状
態となる。これは、高周波プラズマを維持することがで
きなくなることを意味する。
Ions that can no longer be followed remain stationary in the plasma. This means that high frequency plasma cannot be maintained.

即ち、容量結合型高周波プラズマ法においては、斯るイ
オンは 前記電極に衝突し、該電極から電子を放出させ
ることによってプラズマの持続に寄与しているからであ
る。
That is, in the capacitively coupled high frequency plasma method, such ions collide with the electrode and emit electrons from the electrode, thereby contributing to sustaining the plasma.

容量結合型高周波プラズマでは、前記衝突を発生せしめ
るたのに、2電極の面積を非対称とする二とによって達
成している。つまり、画電極の近傍にイオンシースがそ
れぞれ発生し、該イオンシースの両端の電位差は本来、
各電極で同じとなるが、前記面積を非対称にすることに
よって、小面積の電極におけるイオンシースの両端電位
のみを大きくすることができる。これによりイオンは該
を極に向かって走行し、衝突する。
In capacitively coupled high-frequency plasma, the collision is generated by making the areas of the two electrodes asymmetric. In other words, ion sheaths are generated near the picture electrodes, and the potential difference between the two ends of the ion sheaths is originally
Although it is the same for each electrode, by making the area asymmetric, it is possible to increase only the potential at both ends of the ion sheath in the electrode with a small area. This causes the ions to travel towards the poles and collide.

イオンの衝突を受ける電極は、他方の電極より低電位と
なるため、一般に給電電極が斯るイオン衝突電極として
機能している。
Since the electrode that is bombarded by ions has a lower potential than the other electrode, the power supply electrode generally functions as the ion bombardment electrode.

以上のようなメカニズムは、前記従来の容量結合型直流
プラズマ法によるプラズマ噴射装置のプラズマ発生用電
源を単に高周波電源に交換するのみでは、発生させられ
ない。
The above mechanism cannot be generated simply by replacing the plasma generation power source of the conventional capacitively coupled DC plasma method plasma injection apparatus with a high frequency power source.

本発明では、斯るメカニズムを発生させうる容量結合型
高周波プラズマ法による薄膜形成装置を提供するもので
ある。
The present invention provides a thin film forming apparatus using a capacitively coupled high frequency plasma method that can generate such a mechanism.

(へ)実施例 図は、本発明の容量結合型高周波プラズマ法による薄膜
形成装置の模式的断面を示す。(])は減減圧保持能な
導電性材料からなる真空容器、(2Nはプラズマを生じ
させるための高周波プラズマ発生用電源で、周波数はI
MHz以上のものであり、それ自体従来と同様のもので
ある。(3)は高周波プラズマを生成する噴射用ガンで
あり、該噴射ガンは、(4a)の高周波プラズマのアー
ス電極と、(4b)の給電電極を具えている。これら電
極は前記高周波プラズマ発生用電源(2)と電気結線さ
れている。
(f) Example diagram shows a schematic cross section of a thin film forming apparatus using a capacitively coupled high frequency plasma method of the present invention. ( ) is a vacuum container made of conductive material capable of maintaining reduced pressure, (2N is a high-frequency plasma generation power source for generating plasma, and the frequency is I
MHz or higher, and is itself similar to the conventional one. (3) is an injection gun that generates high-frequency plasma, and the injection gun includes a high-frequency plasma ground electrode (4a) and a power supply electrode (4b). These electrodes are electrically connected to the high frequency plasma generation power source (2).

(13)は、噴射ガン(3)から分解あるいは溶融物が
噴射する開口部である。
(13) is an opening through which the decomposed or melted material is injected from the injection gun (3).

噴射ガン(3)の構造を以下に詳述する。ステンレスな
どの円柱状導電性材料を一端より円筒状に繰り抜くとと
もに、該導電性材料の底部をより大きく円筒状に繰り抜
き、該導電性材料を給電電極(4b)とする。さらに給
電電極(4b)の底部の空間に給電電極(4b)と同軸
線上に針状のアース電極(4a)を配置している。アー
ス電極(4a)と給電電極(4b)との間は、プラズマ
を安定に発生させうるように一定間隔の空間を保持して
いる。
The structure of the injection gun (3) will be explained in detail below. A cylindrical conductive material such as stainless steel is cut out from one end into a cylindrical shape, and the bottom part of the conductive material is cut out into a larger cylindrical shape, and the conductive material is used as a power supply electrode (4b). Further, a needle-shaped ground electrode (4a) is arranged coaxially with the power supply electrode (4b) in a space at the bottom of the power supply electrode (4b). A constant space is maintained between the earth electrode (4a) and the power supply electrode (4b) so that plasma can be stably generated.

また、図示しないが給電電極(4b)の底部では、アー
ス電極(4a)との間に斯る構造を保持しかつ、当該2
電極間の絶縁性を保つために絶縁性材料によるスペーサ
を配置している。
Although not shown, the bottom of the power supply electrode (4b) maintains such a structure between it and the earth electrode (4a), and
A spacer made of an insulating material is placed to maintain insulation between the electrodes.

(5a)は成膜すべき薄膜の原材料例えば粒径数μm−
数10μmのシリコン(Si)、ゲルマニウム(G e
 )、炭化ケイ素(SiC)、窒化シリコン(SiN)
などの粉末物を収容する溜や、水素(H8)、アルゴン
(A r )、メタン(CH,)などの気体を級容する
ボンベなどであり、(5b)は、原材料(5a)と配管
によって結ばれた原材料の供給口である。供給口(5b
)から流入した原材料は、上記アース電極(4a)と給
電電極(4b)との間で発生するプラズマによって分解
あるいは溶融されるe(6)は、分解あるいは溶融され
た原材料を噴射ガン(3)より外部に噴射するためのヘ
リウム(He)、アルゴン(A r )。
(5a) is the raw material for the thin film to be formed, for example, a particle size of several μm.
Silicon (Si), germanium (G e
), silicon carbide (SiC), silicon nitride (SiN)
(5b) is a reservoir containing powdered materials such as hydrogen (H8), a cylinder containing gas such as hydrogen (H8), argon (Argon), methane (CH,), etc. It is a supply port for tied raw materials. Supply port (5b
) is decomposed or melted by the plasma generated between the earth electrode (4a) and the power supply electrode (4b), and e (6) is used to inject the decomposed or melted raw material into the injection gun (3). Helium (He), argon (A r ) for more external injection.

水素(H7)などの噴射ガスを導入する噴射ガス導入口
で、図示しないが外部から配管によって該噴射ガスが供
給される。
At the injection gas introduction port for introducing injection gas such as hydrogen (H7), the injection gas is supplied from the outside via piping (not shown).

(7,は、噴射ガン(3)より噴射されたプラズマ状の
噴射、(81は噴射ガン(3)と対向配置したステンレ
スなどからなる基板ホルダ、(9)は基板ホルダ(8)
上に設置さtまた基板、(10)は真空容器(1)内に
雰囲気ガスを導入する雰囲気ガス導入口、(11)は該
雰囲気ガスの排出口である。
(7, is the plasma-like jet injected from the injection gun (3), (81 is a substrate holder made of stainless steel or the like, which is placed opposite to the injection gun (3), and (9) is the substrate holder (8).
There is also a substrate installed above, (10) an atmospheric gas inlet for introducing atmospheric gas into the vacuum container (1), and (11) an exhaust port for the atmospheric gas.

以上の構造は、高周波プラズマ用電源を用いること以外
は、従来の容量結合型直流プラズマ法における装置と基
本的に同じである。
The above structure is basically the same as the apparatus for the conventional capacitively coupled direct current plasma method, except that a high frequency plasma power source is used.

(12)は、容量結合型高周波プラズマ法によるプラズ
マ生成を安定なものとするために設けられたガード電極
で、本発明の特徴とするところである。ガード電極(1
2)は、アース電位とし、分解溶融物を噴出する給it
極(4b)の開口部(13)の直径よりl〜S m m
大きく開口せしめた部分を残して、噴射ガン(3)の外
周に近接してそれを包囲している。
(12) is a guard electrode provided to stabilize plasma generation by the capacitively coupled high-frequency plasma method, and is a feature of the present invention. Guard electrode (1
2) is a supply unit that is at ground potential and spouts out the decomposed melt.
l~S mm from the diameter of the opening (13) of the pole (4b)
It surrounds the injection gun (3) close to its outer periphery, leaving a large opening.

ガード電極(12)を設置していな1箋プラズマ噴射装
置で、高周波プラズマを発生さぜた場合、プラズマは、
給it極(4b)とアース電極(4a)間で発生するよ
りも、給電電極(4b)と真空容器(1)間での方が発
生しやすい。即ち、この原因は、前述した面積の非対称
性に起因するもので、給電電極(4b)とアース電極(
4a)との面積比よりも給電電極(4b)と真空容器(
1゛)との面積比の方が遥かに大きいため、給電電極(
4b)と真空容器(1)間とのプラズマの方が安定とな
ってしまうためである。即ち、ガード電極(12)は、
斯る給t’s極(4b)と真空容器(11間のプラズマ
発生を抑制するものである。ガード電極(12)と給電
電極(4b)との間隔は、3〜10mm程度が好ましい
。その理由は、該間隔が大きくなれば、真空容器(1)
に対するのと同様に、ガード電極(12)と給電を極(
4b)との間にもプラズマが発生してしまうためである
When high-frequency plasma is generated using a one-note plasma injection device that does not have a guard electrode (12) installed, the plasma will:
It is more likely to occur between the power supply electrode (4b) and the vacuum vessel (1) than between the power supply electrode (4b) and the ground electrode (4a). That is, this cause is due to the asymmetry of the area mentioned above, and the power supply electrode (4b) and the earth electrode (
The area ratio between the power supply electrode (4b) and the vacuum vessel (
1゛) is much larger, so the feeding electrode (
This is because the plasma between 4b) and the vacuum vessel (1) is more stable. That is, the guard electrode (12) is
This is to suppress plasma generation between the supply electrode (4b) and the vacuum vessel (11).The distance between the guard electrode (12) and the power supply electrode (4b) is preferably about 3 to 10 mm. The reason is that if the distance becomes larger, the vacuum container (1)
Similarly, the guard electrode (12) and the power supply are connected to the pole (
This is because plasma is also generated between the two and 4b).

また、本発明者らは、給!@極(4b)とアース電極(
4a)との面積比を給電電極(4b)と真空容器(1)
どのものよりも大きくなるプラズマ噴射ガン(3)を作
製し、力゛−ド電極(12)を設けない場合についても
実験を行った。
In addition, the present inventors have provided the following information: @pole (4b) and ground electrode (
4a) and the area ratio between the power supply electrode (4b) and the vacuum vessel (1)
A plasma injection gun (3) larger than any of the others was manufactured, and experiments were also carried out in the case where the forced electrode (12) was not provided.

しかしながら、斯る構造は、アース電極(4a)を極め
て小さいものとせざるおえないため、プラズマの熱によ
って斯る電極(4a)の変質が発生した。
However, in such a structure, the earth electrode (4a) must be made extremely small, so that the electrode (4a) is deteriorated by the heat of the plasma.

以上の実験により、発明者らは、ガード電極(12)の
使用が不可避であることを確認した。
Through the above experiments, the inventors confirmed that the use of the guard electrode (12) is unavoidable.

以下に、容量結合型高周波プラズマ法を採用した上記実
施例の薄膜形成装置による薄膜形成の具体例を示す。
A specific example of thin film formation using the thin film forming apparatus of the above embodiment employing a capacitively coupled high frequency plasma method will be shown below.

真空容器山内を 当初1o−’torr程度に減圧排気
した後、雰囲気ガス導入口(10)より雰囲気ガスとし
て、水素(H2)や酸素(Ot)など あるいはこれら
混合体を導入しながら真空容器(1)内を一定圧力に保
持する。その後、噴射ガス導入口(6)より噴射ガス、
例えばアルゴン(A r )や水素(H8)ガスあるい
はこれらの混合体などを導入しながら、真空容器111
)内を一定の圧力に保持する。次に、高周波電源(2)
によって噴射ガン(3)にプラズマを発生させる。
After initially evacuating the vacuum container Yamauchi to about 1 o-'torr, hydrogen (H2), oxygen (Ot), or a mixture thereof is introduced as an atmospheric gas through the atmospheric gas inlet (10). ) is maintained at a constant pressure. After that, the injection gas is introduced from the injection gas inlet (6),
For example, while introducing argon (A r ), hydrogen (H8) gas, or a mixture thereof, the vacuum vessel 111
) is maintained at a constant pressure. Next, high frequency power supply (2)
to generate plasma in the injection gun (3).

プラズマ状態の安定後、原材料供給口(5+より、形成
すべき薄膜の固体あるいは気体又はこれらの混合体を噴
射ガンC3ン内に供給すると、それらをプラズマによっ
て分解あるいは溶融したジェット状の噴射(71が生じ
、そしてこの噴射に晒された基板(9)の表面に薄膜が
形成される。
After the plasma state has stabilized, when the solid or gaseous material for the thin film to be formed, or a mixture thereof, is fed into the injection gun C3 from the raw material supply port (5+), a jet-like injection (71 occurs, and a thin film is formed on the surface of the substrate (9) exposed to this spray.

本発明による薄膜の具体的な形成条件を表1および表2
に示す。以下の実験では、高周波電力の周波数及びパワ
ーを それぞれ13,543MH2,3Wの条件で全て
行った。表1では、原材料が粉体状態なるものを示し、
特に同表中における■〜■では、多結晶シリコン膜をス
テンレス基板上にそれぞれ2μm形成し、■ではアルミ
ナ膜、■では超電導材料のイツトリウム系酸化膜をそれ
ぞれ4μmの膜厚でセラミックス基板上に形成−だもの
である。
Tables 1 and 2 show specific conditions for forming the thin film according to the present invention.
Shown below. In the following experiments, all experiments were conducted under the condition that the frequency and power of high-frequency power were 13,543MH2 and 3W, respectively. Table 1 shows raw materials in powder form,
In particular, in cases ■ to ■ in the same table, polycrystalline silicon films are each formed to a thickness of 2 μm on a stainless steel substrate, in case ■ an alumina film is formed, and in case ■ a yttrium-based oxide film, which is a superconducting material, is formed to a thickness of 4 μm each on a ceramic substrate. -It's something.

同表中における圧力は、噴射ガス及び雰囲気ガスをそれ
ぞれ真空容器内に導入した後の同容器内の真空度を示し
ている。
The pressure in the same table indicates the degree of vacuum inside the vacuum container after the injection gas and the atmospheric gas are respectively introduced into the vacuum container.

表1 表2 は用いていない。Table 1 Table 2 is not used.

一方、表2は、アルゴン(A r )、水素(H,)。On the other hand, Table 2 shows argon (Ar) and hydrogen (H,).

メタン(CH1)の1舒ガスを原材料としてダイヤモン
ド薄膜を形成させた場合を示して(する。本実験におい
ては、原料ガスが全て気体であるために雰囲気ガスの導
入口、噴射ガス導入口を閉じ、原料ガスのみで形成して
いる。ただし、雰囲気ガス排気口は、成膜時の真空容器
Q+内の圧力上昇を抑制するために開口されている。基
板にはガラスを用い、膜厚は、1μmである。
The figure shows the case where a diamond thin film is formed using one gas of methane (CH1) as the raw material. , is formed using only source gas.However, the atmospheric gas exhaust port is opened to suppress the pressure increase inside the vacuum container Q+ during film formation.The substrate is made of glass, and the film thickness is as follows. It is 1 μm.

斯る膜は、いずれも、前述巳な誘導結合型高周波プラズ
マ法では、その形成が困難とされるもので、本発明の容
量結合型高周波プラズマ法によるプラズマ噴射装置によ
り、安定して形成されることが判った。
All of these films are difficult to form using the above-mentioned inductively coupled high-frequency plasma method, and can be stably formed using the plasma injection apparatus using the capacitively coupled high-frequency plasma method of the present invention. It turned out that.

上記実施例の〜■の多結晶シリコンの代表的物性値を表
3に示す。従来の容量結合型直流プラズマ法による薄膜
形成装置では、膜の均一性の一つの目安である膜厚のム
ラは、その最大値及び最小値は平均値に対して、±30
96であるのに吋して、実施例■〜■では、立3 Q6
と非常に良好であった。また、実施例■によるアルミナ
膜は、剥離強度として5kgfを有し、実施例■のイッ
トノウム系超電導膜は、Tc温度が85にと高い温度を
示した。表2のダイヤモンド膜は、5.5eVの光学ギ
ャップを有し、ラマンシフトも1349crn−’と良
好であった。
Table 3 shows typical physical property values of the polycrystalline silicon of Examples 1 to 1 above. In a conventional thin film forming apparatus using a capacitively coupled direct current plasma method, the film thickness unevenness, which is a measure of film uniformity, is within ±30% of the average value.
Even though it is 96, in Examples ■~■, it is 3 Q6
It was very good. Further, the alumina film according to Example (2) had a peel strength of 5 kgf, and the ytnoum-based superconducting film of Example (2) exhibited a high Tc temperature of 85. The diamond film in Table 2 had an optical gap of 5.5 eV and a good Raman shift of 1349 crn-'.

表3 (ト)発明の効果 本発明の薄膜形成装置では、容量結合型高周波7ラズ?
法で原材料の分解あるいは溶融を行うため、プラズマは
、原材料の電気特性による影響を受けず、均一な膜形成
が可能となる。さらに、斯るプラズマによる熱が高いた
めに、ガス状態の原材料のものにおいても高い熱分解効
率を得ることかて゛きる。
Table 3 (G) Effects of the Invention The thin film forming apparatus of the present invention uses a capacitively coupled high frequency 7 raz?
Since the raw material is decomposed or melted using the plasma method, the plasma is not affected by the electrical properties of the raw material, making it possible to form a uniform film. Furthermore, because of the high heat generated by such plasma, it is possible to obtain high thermal decomposition efficiency even for gaseous raw materials.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

図面は、本発明の薄膜形成装置の模式的断面図である。 (1)真空容器(2)高周波プラズマ発生用電源(3)
噴射用ガン  (4a)アース電極(4b)給電電極 
 (5a)原材料 (5b)原材料供給口(6・噴射ガ
ス導入口 (81基板ホルダ (91基板(10)雰囲
気ガス導入口   (11)雰囲気ガス排気口(12)
ガードを極
The drawing is a schematic cross-sectional view of the thin film forming apparatus of the present invention. (1) Vacuum container (2) Power source for high frequency plasma generation (3)
Injection gun (4a) Earth electrode (4b) Power supply electrode
(5a) Raw materials (5b) Raw material supply port (6/Injection gas inlet (81 Substrate holder (91 Substrate (10) Atmosphere gas inlet (11) Atmosphere gas exhaust port (12)
guard to extreme

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)導電性材料からなる真空保持用容器、該真空保持
用容器内に配置され、給電電極とアース電極とを備え、
プラズマ生成により固体,液体などの原材料を分解ある
いは溶融しジェット状に噴射する噴射ガン、前記給電電
極及びアース電極に接続されたプラズマ発生用電源、前
記真空保持用容器内に配置された基板ホルダを具備し、
前記基板ホルダに設置した基板表面を前記噴射に晒すこ
とによりその表面に薄膜を形成する薄膜形成装置におい
て、前記プラズマ発生用電源を高周波電源で構成すると
共に、前記噴射ガンの外周に近接してそれを包囲するガ
ード電極を設けたことを特徴とする薄膜形成装置。
(1) A vacuum holding container made of a conductive material, disposed within the vacuum holding container, and comprising a power supply electrode and a ground electrode,
An injection gun that decomposes or melts raw materials such as solids and liquids and sprays them in a jet shape by generating plasma, a power source for plasma generation connected to the power supply electrode and the earth electrode, and a substrate holder placed in the vacuum holding container. Equipped with
In the thin film forming apparatus that forms a thin film on the surface of a substrate placed in the substrate holder by exposing the surface to the spray, the plasma generation power source is a high frequency power source, and the plasma generating power source is configured to be a high frequency power source, and the plasma generating power source is configured to be a high frequency power source, and the A thin film forming apparatus characterized in that a guard electrode is provided to surround the thin film forming apparatus.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06116704A (en) * 1992-10-01 1994-04-26 Sansha Electric Mfg Co Ltd Formation of silicon film
JP2008538797A (en) * 2005-04-11 2008-11-06 ドクトル・ラウレ・プラスマテヒノロギー・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング Apparatus and method for applying plasma coating

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JP2008538797A (en) * 2005-04-11 2008-11-06 ドクトル・ラウレ・プラスマテヒノロギー・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング Apparatus and method for applying plasma coating

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