JPH0635661B2 - Thin film forming equipment - Google Patents

Thin film forming equipment

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JPH0635661B2
JPH0635661B2 JP60194401A JP19440185A JPH0635661B2 JP H0635661 B2 JPH0635661 B2 JP H0635661B2 JP 60194401 A JP60194401 A JP 60194401A JP 19440185 A JP19440185 A JP 19440185A JP H0635661 B2 JPH0635661 B2 JP H0635661B2
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JP
Japan
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thin film
film forming
forming apparatus
cathode
anode
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JP60194401A
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JPS6254082A (en
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正則 渡辺
栄一郎 田中
昭雄 滝本
浩二 秋山
晋匡 倉本
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は放電プラズマによる原料ガスの分解、化合によ
り薄膜を形成する装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an apparatus for forming a thin film by decomposing and combining raw material gases by discharge plasma.

従来の技術 導電性基板にアモルファスの薄膜を形成するグロー放電
分解法は、高真空に維持する反応容器としての真空チャ
ンバ内に原料ガスを導入し、真空チャンバ内で導電性基
板に対向配置された電極に直流または交流の電力を印加
してグロー放電を行なうことによりプラズマを発生さ
せ、このプロズマを導電性基板に接触させて、基板上に
アモルファスの薄膜を形成する。この時、グロー放電を
発生させる電極は一般に冷陰極が使用され、安定な放電
プラズマを得るために、導入するガスの圧力は0.1〜1T
orrとされている。
2. Description of the Related Art In the glow discharge decomposition method of forming an amorphous thin film on a conductive substrate, a raw material gas is introduced into a vacuum chamber as a reaction container that maintains a high vacuum, and the raw material gas is placed opposite to the conductive substrate in the vacuum chamber. Plasma is generated by applying DC or AC power to the electrodes to perform glow discharge, and this plasma is brought into contact with a conductive substrate to form an amorphous thin film on the substrate. At this time, a cold cathode is generally used as an electrode for generating glow discharge, and the pressure of gas to be introduced is 0.1 to 1 T in order to obtain stable discharge plasma.
It is said to be orr.

発明が解決しようとする問題点 従来、最も一般的に実施されて来た高周波放電方式によ
る薄膜形成装置においては、放電ガス圧が0.1〜数Torr
の範囲であるため、例えばアモルファスシリコン膜を形
成する過程において多量の粉末を発生する欠点があっ
た。多量の粉末の発生は形成膜中に混入し、形成膜の特
性を劣化させるのみならず、電極表面および真空装置内
に堆積するため、頻繁に除去する必要があるなど、量産
装置とする場合極めて不都合なものであった。更に、多
量の原料ガスが未反応のまま排気されるため、原料ガス
の利用率が10%以下となりコスト的にも著るしく高価
なものとなっていた。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention In a conventional thin film forming apparatus using a high frequency discharge method, which has been most commonly used, the discharge gas pressure is 0.1 to several Torr.
Therefore, there is a drawback that a large amount of powder is generated in the process of forming an amorphous silicon film, for example. Generation of a large amount of powder mixes in the formed film, not only deteriorates the characteristics of the formed film, but also accumulates on the electrode surface and in the vacuum device, so it must be removed frequently. It was inconvenient. Furthermore, since a large amount of the raw material gas is exhausted without reacting, the utilization rate of the raw material gas is 10% or less, which is significantly expensive in terms of cost.

問題点を解決するための手段 ほぼ平行に配置した一対のプラズマ反射板の中央部に直
線状に熱陰極と陽極を配列し、電界とほぼ同一方向に磁
界を加え、原料ガスを導入して放電させ、放電領域の周
辺に基板を配置して薄膜を形成する。
Means for solving the problem A hot cathode and an anode are linearly arranged in the center of a pair of plasma reflectors arranged in parallel, a magnetic field is applied in the same direction as the electric field, and a source gas is introduced to discharge. Then, the substrate is arranged around the discharge region to form a thin film.

作 用 熱陰極から放出された電子は陽極に印加する正の電圧に
よって加速され、メッシュ状または細線の陽極を用いた
場合、大部分の電子は陽極の間隙部を通過し、対向する
一対のプラズマ反射板で反射されて往復運動する。この
時、電界方向とほぼ平行に磁界が加えられているため、
電子は螺旋運動しながら往復運動する。この間の電子は
原料ガスと衝突し、イオン化してプラズマ状態となる。
印加した磁界は発生したプラズマの拡散を抑制し、高密
度のプラズマを発生させる作用を持つと同時に10-3To
rr程度の低ガス圧で放電を維持する作用を有する。発生
したプラズマの周辺に基板を設置することによって良質
の膜を形成することができる。
The electrons emitted from the working hot cathode are accelerated by the positive voltage applied to the anode, and when a mesh-shaped or fine wire anode is used, most of the electrons pass through the gap between the anodes and a pair of plasmas facing each other. It is reflected by the reflector and reciprocates. At this time, since the magnetic field is applied almost parallel to the electric field direction,
The electrons reciprocate while spiraling. During this time, the electrons collide with the raw material gas and are ionized into a plasma state.
The applied magnetic field has the function of suppressing the diffusion of the generated plasma and generating a high density plasma, and at the same time 10 -3 To
It has the function of maintaining discharge at a low gas pressure of about rr. By placing the substrate around the generated plasma, a good quality film can be formed.

実施例 実施例1 第1図に本発明の一実施例の断面図を示す。各構成部材
は紙面に対して垂直方向に所定の長さにわたって延長し
た構成となっている。1aおよび1bは一方が陰極であ
って、他方が陽極となる。陰極及び陽極1a,1bはタ
ングステン線等の高融点金属の細線で構成されている。
本実施例においてはトリウム入りタングステン線を3本
ずつほぼ平行に架張した。2aおよび2bは一対の電子
反射板であって、前記陰極1aおよび陽極1bとほぼ平
行に配置されている。反射板2aおよび2bとしては金
属板または絶縁板を使用することができる。3aおよび
3bはソレノイドコイルであって、陰極1aおよび陽極
1bにほぼ垂直に磁界Bが加わるように配置されてい
る。ソレノイドコイルは永久磁石で置き換えることもで
きる。4aおよび4bは薄膜を形成するための基板であ
る。電子反射板2aおよび2bは真空容器の一部とする
こともできる。
Embodiment 1 Embodiment 1 FIG. 1 shows a sectional view of an embodiment of the present invention. Each component is configured to extend in a direction perpendicular to the plane of the drawing over a predetermined length. One of 1a and 1b serves as a cathode and the other serves as an anode. The cathode and the anodes 1a and 1b are composed of fine wires of refractory metal such as tungsten wire.
In the present embodiment, three tungsten wires containing thorium were stretched substantially in parallel. Reference numerals 2a and 2b denote a pair of electron reflection plates, which are arranged substantially parallel to the cathode 1a and the anode 1b. A metal plate or an insulating plate can be used as the reflection plates 2a and 2b. Solenoid coils 3a and 3b are arranged so that the magnetic field B is applied substantially perpendicularly to the cathode 1a and the anode 1b. The solenoid coil can be replaced by a permanent magnet. Reference numerals 4a and 4b are substrates for forming a thin film. The electron reflectors 2a and 2b may be part of a vacuum container.

この様な構成において、容器内を真空排気し、陰極1a
の両端に電流を流して約2000゜Kの高温にして電子
放射を起させる。電子反射板1a,1bに陰極電圧また
はそれ以下の電圧を印加する。または電気的に断線状
態、あるいは極めて高い抵抗を介して電気的に接続し、
実質的に電流が流れない様にすることによって、電子反
射板としての役目をさせることができる。更に、電子反
射板をガラス,セラミックス等の絶縁物で構成すること
によって同様な効果を持たせることができる。この様な
構成において陽極1bに300〜500Vの電圧を印加
すると陰極1aから電子が放射され、ソレノイドコイル
3a,3bによって作られる約300ガウスの磁場Bの
磁力線に沿って螺線運動しながら電子反射板2a,2b
間を往復運動する。この時、陰極1a,陽極1bは細線
で構成されているため、電子が陽極に流れ込む機会は極
めて少なく、従って、電子ビームの走行距離は極めて長
くなる。この様な駆動条件の下に原料ガスを導入し、真
空度10-4Torr〜10-1Torrに保持すると、加速された
電子の衝突によってプラズマを発生させることができ
る。この様な薄膜形成装置においては、電子の走行距離
を極めて長くすることができるから、従来のCVD装置
に較べて極めて低真空であっても1010〜1011個/cm
3の高密度のプラズマを発生させることができる。
In such a configuration, the inside of the container is evacuated and the cathode 1a
An electric current is applied to both ends of the electrode to raise the temperature to about 2000 ° K, causing electron emission. A cathode voltage or a voltage lower than that is applied to the electron reflectors 1a and 1b. Or electrically disconnected, or electrically connected via an extremely high resistance,
By making substantially no current flow, it can serve as an electron reflector. Further, the same effect can be obtained by forming the electron reflection plate with an insulating material such as glass or ceramics. In such a structure, when a voltage of 300 to 500 V is applied to the anode 1b, electrons are emitted from the cathode 1a, and electrons are reflected while spirally moving along the magnetic force lines of the magnetic field B of about 300 gauss created by the solenoid coils 3a and 3b. Boards 2a, 2b
Reciprocate between. At this time, since the cathode 1a and the anode 1b are composed of thin wires, there are very few opportunities for electrons to flow into the anode, and therefore the traveling distance of the electron beam becomes extremely long. When the source gas is introduced under such a driving condition and the vacuum degree is kept at 10 -4 Torr to 10 -1 Torr, plasma can be generated by accelerated electron collision. In such a thin film forming apparatus, the traveling distance of electrons can be made extremely long, and therefore, even if the vacuum is extremely low compared with the conventional CVD apparatus, 10 10 to 10 11 pieces / cm 2 can be obtained.
High density plasma of 3 can be generated.

原料ガスとして水素希釈30%のSiH4ガスを導入し、ガ
ス圧10-3Torrに保持して放電させると基板4a,4b
の表面に毎分約10μmの堆積速度でアモルファスシリ
コン膜を形成することができる。
When SiH 4 gas diluted with hydrogen of 30% was introduced as a source gas and the gas was held at a gas pressure of 10 −3 Torr for discharge, the substrates 4 a, 4 b
An amorphous silicon film can be formed on the surface of the substrate at a deposition rate of about 10 μm / min.

実施例2 電極構成は実施例1と同じであって、陰極1aおよび陽
極1b共にトリウムタングステン線で構成し、容器内を
真空排気し、実施例1と同様な原料ガスを導入し、陰極
および陽極の両端に各々別々の電源から電圧を印加し、
約2000゜Kに加熱して両電極間に300〜500V
の交流電圧を印加すると実施例1と同様に原料ガスに放
電が発生し、基板4aおよび4bにアモルファスシリコ
ン膜を形成することができた。本実施例においては陰極
1bおよび陽極1b共に加熱し、交流電圧を印加するた
め、両電極は交互に陰極と陽極とが入れ替り、放電領域
全体にわたって均一なプラズマを発生することができる
特徴を有する。また、両電極は交互に陽極となるため放
電々流によって加熱され、適当な駆動条件の下ではタン
グステン線の両端に加熱するための電圧を印加しなくて
も自己加熱され放電が維持される等の特徴もある。陰極
および陽極に用いる金属線はタングステン線,タンタル
線,モリブデン線等の高融点金属線を用いることができ
る。比較的低温で電子放射ができるトリウム入りタング
ステン線が最適である。また、陰極および陽極としてメ
ッシュ状の高融点金属を用いても同様な効果が得られ
る。
Example 2 The electrode structure was the same as that of Example 1, and both the cathode 1a and the anode 1b were made of thorium tungsten wire, the container was evacuated, and the same source gas as in Example 1 was introduced to the cathode and anode. Apply voltage from different power supply to both ends of
Heat to about 2000 ° K and 300-500V between both electrodes
When an AC voltage of 2 was applied, discharge was generated in the source gas as in Example 1, and an amorphous silicon film could be formed on the substrates 4a and 4b. In the present embodiment, both the cathode 1b and the anode 1b are heated and an AC voltage is applied, so that the cathode and the anode are alternately replaced in both electrodes, and uniform plasma can be generated over the entire discharge region. Further, since both electrodes alternately serve as anodes, they are heated by the discharge current, and under appropriate driving conditions, self-heating is maintained and the discharge is maintained without applying a heating voltage to both ends of the tungsten wire. There are also features. As the metal wire used for the cathode and the anode, a high melting point metal wire such as a tungsten wire, a tantalum wire, a molybdenum wire can be used. Thorium-containing tungsten wire that emits electrons at a relatively low temperature is the most suitable. Similar effects can be obtained by using a mesh-shaped refractory metal as the cathode and the anode.

更に、原料ガスとしてSiH4,Si2H6の水素化シリコンとN
2またはNH3の混合気体、水素化シリコンとO2の混合気体
を導入すれば各々Si3N4膜、SiO2膜を形成することがで
きる。更に他の原料ガスを導入することによって必要な
膜を基板表面に堆積することができる。
In addition, SiH 4 and Si 2 H 6 hydrogenated silicon and N were used as source gases.
By introducing a mixed gas of 2 or NH 3 and a mixed gas of silicon hydride and O 2, a Si 3 N 4 film and a SiO 2 film can be formed, respectively. A necessary film can be deposited on the surface of the substrate by introducing another source gas.

発明の効果 ほぼ平行に配置した一対のプラズマ反射板の中央部に直
線状に陰極と陽極を配列し、電界とほぼ同一方向に磁界
を加え、原料ガス導入して放電させることによって、極
めて低ガス圧で高密度のプラズマを安定に発生させるこ
とができるため、多量の粉末状の堆積物を発生すること
なく、良質の薄膜を高速度で形成でき、量産性にも優れ
た薄膜形成装置である。
Effects of the Invention A cathode and an anode are linearly arranged in the central portion of a pair of plasma reflectors arranged substantially in parallel, and a magnetic field is applied in a direction substantially the same as an electric field, and a raw material gas is introduced to cause an electric discharge, resulting in extremely low gas Since a high-density plasma can be stably generated by pressure, a thin film of good quality can be formed at high speed without generating a large amount of powdery deposits, and it is a thin-film forming device with excellent mass productivity. .

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

第1図は本発明の一実施例における薄膜形成装置の要部
構成図である。 1a……陰極、1b……陽極、2a,2b……電子反射
板、3a,3b……ソレノイドコイル、4a,4b……
基板。
FIG. 1 is a schematic diagram of a main part of a thin film forming apparatus in an embodiment of the present invention. 1a ... Cathode, 1b ... Anode, 2a, 2b ... Electron reflector, 3a, 3b ... Solenoid coil, 4a, 4b ...
substrate.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋山 浩二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 倉本 晋匡 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Koji Akiyama 1006, Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ほぼ平行に配置した一対の電子反射板の中
央部に陰極と陽極を配列し、前記両極間の電界とほぼ同
一方向に磁界を加え、原料ガスを導入して前記両極によ
り放電させ、その放電領域の周辺に基板を配置して薄膜
を形成することを特徴とする薄膜形成装置。
1. A cathode and an anode are arranged in the center of a pair of electron reflectors arranged substantially parallel to each other, a magnetic field is applied in a direction substantially the same as the electric field between the both electrodes, and a source gas is introduced to discharge by the both electrodes. A thin film forming apparatus characterized by forming a thin film by disposing a substrate around the discharge region.
【請求項2】陰極と陽極のうち少なくとも一方が熱陰極
であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の薄
膜形成装置。
2. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein at least one of the cathode and the anode is a hot cathode.
【請求項3】陰極および陽極がメッシュまたは細線で構
成されていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の薄膜形成装置。
3. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the cathode and the anode are composed of a mesh or a thin wire.
【請求項4】陰極および陽極が高融点金属で構成されて
いることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の薄膜
形成装置。
4. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the cathode and the anode are made of a refractory metal.
【請求項5】熱陰極がタングステン線で構成されている
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の薄膜形成
装置。
5. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the hot cathode is composed of a tungsten wire.
【請求項6】熱陰極が複数本の細線で構成されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の薄膜形成装
置。
6. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the hot cathode is composed of a plurality of thin wires.
【請求項7】熱陰極がトリウムタングステン線で構成さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
薄膜形成装置。
7. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the hot cathode is composed of a thorium tungsten wire.
【請求項8】熱陰極が2つの陽極の中央部に配置されて
いることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の薄膜
形成装置。
8. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the hot cathode is arranged at the center of the two anodes.
【請求項9】電子反射板を電気的にフロートさせている
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の薄膜形成
装置。
9. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the electron reflecting plate is electrically floated.
【請求項10】電子反射板が絶縁物で構成されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第9項記載の
薄膜形成装置。
10. The thin film forming apparatus according to claim 1 or 9, wherein the electron reflection plate is made of an insulating material.
JP60194401A 1985-09-03 1985-09-03 Thin film forming equipment Expired - Lifetime JPH0635661B2 (en)

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JPS6254082A JPS6254082A (en) 1987-03-09
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JP2785442B2 (en) * 1990-05-15 1998-08-13 三菱重工業株式会社 Plasma CVD equipment

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61217577A (en) * 1985-03-20 1986-09-27 Sanyo Electric Co Ltd Plasma reaction device

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