JPH08269708A - Formation of thin film - Google Patents

Formation of thin film

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JPH08269708A
JPH08269708A JP7118695A JP7118695A JPH08269708A JP H08269708 A JPH08269708 A JP H08269708A JP 7118695 A JP7118695 A JP 7118695A JP 7118695 A JP7118695 A JP 7118695A JP H08269708 A JPH08269708 A JP H08269708A
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Katsunobu Sayama
勝信 佐山
Akira Terakawa
朗 寺川
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Abstract

PURPOSE: To form a thin film with the fine adjustment of the amt. of dopant, etc., facilitated by depositing the particle sputtered from a subtarget on a main target and sputtering both particles from the main target. CONSTITUTION: A rotary plate 81 provided with a substrate 22 and a first subtarget 93 and a rotary plate 82 furnished with a second subtarget 94 and an opening 82 are set on a rotating shaft 15 in a chamber 11. When the subtarget 93 is opposed to the opening 82, Ar is introduced into the chamber 11 to a specified pressure, am RF power is impressed on a main target electrode 31 to generate an electric discharge, Ar ion is struck against the subtarget 93 to sputter the particle, and the particle is deposited on the main target 91. The rotary plate 81 is then turned through an angle of 180 deg. to oppose the substrate 22 to the opening 82a, Ar ion is hit against the main target 91, hence the particle of the main target and that of the subtarget 93 are sputtered and deposited on the substrate 22, and a thin film is formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、導電性酸化物や金属の
薄膜を形成する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a thin film of conductive oxide or metal.

【0002】[0002]

【従来の技術】光起電力装置等の半導体デバイスには、
SnO2 、ITO、或いはZnOなどの透明電極やA
g、Al、白金、銅チタン合金などの金属電極が薄膜形
成される。これら電極薄膜は、主にそれらの電極材料を
ターゲットとして用いたスパッタリング法により形成さ
れている。スパッタリング法とは、例えば、グロー放電
中においてアルゴンイオンを陰極であるターゲットに衝
突させ、そこからたたき出された粒子を前記ターゲット
に対向して配置した基板上に堆積させていく方法であ
る。また、近年、スループットの向上を図るため、マグ
ネトロンスパッタ法が考え出されている。このマグネト
ロンスパッタ法は、電界と直交する磁界を配置すること
により、発生するプラズマをターゲット近傍に閉じ込
め、スパッタ効率を高めて堆積速度を高める方法であ
る。
2. Description of the Related Art Semiconductor devices such as photovoltaic devices are
A transparent electrode such as SnO 2 , ITO, or ZnO or A
A metal electrode of g, Al, platinum, copper titanium alloy or the like is formed into a thin film. These electrode thin films are mainly formed by a sputtering method using those electrode materials as a target. The sputtering method is, for example, a method in which argon ions are made to collide with a target that is a cathode during glow discharge, and particles knocked out of the target are deposited on a substrate arranged facing the target. Further, in recent years, a magnetron sputtering method has been devised in order to improve throughput. The magnetron sputtering method is a method of arranging a magnetic field orthogonal to the electric field to confine the generated plasma in the vicinity of the target to improve the sputtering efficiency and increase the deposition rate.

【0003】図5は、従来の薄膜の形成方法を実施する
装置の概略構成を示した模式図である。チャンバー11
1には排気装置112が接続され、スパッタを行う際の
チャンバー111内の減圧が行えるようになっている。
また、チャンバー111内には、回転プレート181と
回転シャッター113とが上下方向に所定の間隔をおい
て配置され、それぞれ回転軸115を中心にして各々別
個に回転されるようになっている。
FIG. 5 is a schematic view showing a schematic configuration of an apparatus for carrying out a conventional thin film forming method. Chamber 11
1, an exhaust device 112 is connected to the chamber 1 so that the pressure inside the chamber 111 can be reduced when sputtering is performed.
Further, in the chamber 111, a rotary plate 181 and a rotary shutter 113 are arranged at a predetermined interval in the vertical direction, and are individually rotated around a rotary shaft 115.

【0004】回転プレート181の下面には、基板電極
121が付設されている。この基板電極121には、バ
イアス電源161が接続されている。また、基板電極1
21には基板122がセットされている。
A substrate electrode 121 is attached to the lower surface of the rotary plate 181. A bias power source 161 is connected to the substrate electrode 121. Also, the substrate electrode 1
A substrate 122 is set at 21.

【0005】回転シャッター113には、開口部113
aが形成されている。この開口部113aは、前記基板
122に対応した開口形状を有している。従って、回転
シャッター113が回転して前記開口部113aが基板
122の下方に位置するとき、当該基板122に対する
回転シャッター113のシャッター状態が解除されるよ
うになっている。なお、前記シャッター状態を形成する
ことにより、放電開始時の放電状態制御の不具合が防止
できる。
The rotary shutter 113 has an opening 113.
a is formed. The opening 113a has an opening shape corresponding to the substrate 122. Therefore, when the rotary shutter 113 rotates and the opening 113a is located below the substrate 122, the shutter state of the rotary shutter 113 with respect to the substrate 122 is released. By forming the shutter state, it is possible to prevent the problem of discharge state control at the start of discharge.

【0006】前記チャンバー111内の下側位置には、
第1のターゲット電極131及び第2のターゲット電極
132が配置されている。第1のターゲット電極131
はRF電源151に接続され、第2のターゲット電極1
32はRF電源152に接続されている。そして、第1
のターゲット電極131には第1のターゲット191が
セットされ、第2のターゲット電極132には第2のタ
ーゲット192がセットされている。
At the lower position in the chamber 111,
A first target electrode 131 and a second target electrode 132 are arranged. First target electrode 131
Is connected to the RF power supply 151 and the second target electrode 1
32 is connected to the RF power supply 152. And the first
The first target 191 is set on the target electrode 131, and the second target 192 is set on the second target electrode 132.

【0007】このような装置であれば、第1のターゲッ
ト191の材料からなる薄膜と第2のターゲット192
の材料から成る薄膜の多層膜を基板22上に形成してい
くことができる。
In such an apparatus, a thin film made of the material of the first target 191 and the second target 192 are used.
It is possible to form a thin multilayer film made of the above material on the substrate 22.

【0008】ところで、上記スパッタリング法によって
透明電極の薄膜を形成する場合、この透明電極の導電率
を制御するため、主電極材料(例えば、ZnO)に対す
るドーパント(例えば、Al)の量を変化させる必要が
ある。しかし、ドーパントの量は主電極材料に対して非
常に微量であるため、従来は、ドーパントの量が各々微
量ずつ異なる何種類ものターゲットを用意し、このター
ゲット自体の入替えによってドーパント量を調整するよ
うにしていた。若しくは、ドーパントの量が異なる二つ
以上のターゲット(例えば、ドーパント量1%と5%の
二つ)を設置し、各々の印加電圧を調整して同時スパッ
タを行うことにより、ドーパント量を調整するようにし
ていた。また、ドーピング量を連続的に変化させた多層
膜を形成する場合には、それぞれの層の原材料となる固
体をターゲットとした電極を用意する必要があった。
By the way, when forming a thin film of a transparent electrode by the above-mentioned sputtering method, in order to control the conductivity of this transparent electrode, it is necessary to change the amount of a dopant (for example, Al) with respect to the main electrode material (for example, ZnO). There is. However, since the amount of dopant is very small compared to the main electrode material, conventionally, several types of targets with different amounts of dopant were prepared, and the amount of dopant should be adjusted by replacing the target itself. I was doing. Alternatively, the dopant amount is adjusted by setting two or more targets having different dopant amounts (for example, two dopant amounts of 1% and 5%) and adjusting the applied voltage of each target to carry out the co-sputtering. Was doing. Further, in the case of forming a multilayer film in which the doping amount is continuously changed, it is necessary to prepare an electrode targeting a solid which is a raw material of each layer.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のように、何種類ものターゲットを用意しその入替え
を行うのでは生産効率が悪くなり、生産コストが割高に
なる。また、二つ以上のターゲットについて同時スパッ
タを行う際に各々の印加電力を調整してドーパント量を
調整する方法では、その調整制御が難しいために所望の
薄膜を容易に得ることは難しく、生産性が低下するとい
う欠点がある。
However, if many kinds of targets are prepared and replaced as in the conventional case, the production efficiency becomes poor and the production cost becomes expensive. Further, in the method of adjusting the amount of dopant by adjusting the power applied to each of the targets when performing simultaneous sputtering for two or more targets, it is difficult to easily obtain a desired thin film because the adjustment control is difficult, and the productivity is improved. Has the disadvantage that it decreases.

【0010】本発明は、上記の事情に鑑み、ドーパント
量が異なる何種類ものターゲットを必要とすることなく
ドーパント量の微調整等が容易に行える薄膜形成方法を
提供することを目的とする。
In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a thin film forming method capable of easily performing fine adjustment of the dopant amount and the like without requiring many kinds of targets having different dopant amounts.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜形成方法
は、上記の課題を解決するために、スパッタリング現象
により基板上に薄膜を形成する方法において、主ターゲ
ットとは別に用意した従ターゲットにイオンを衝突さ
せ、その衝撃でたたき出された従ターゲットの粒子を主
ターゲット上に堆積させる第1の工程と、従ターゲット
の粒子が堆積した主ターゲットにイオンを衝突させ、そ
の衝撃でたたき出された主ターゲットの粒子および従タ
ーゲットの粒子を基板上に堆積させる第2の工程とを含
むことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a thin film forming method of the present invention is a method of forming a thin film on a substrate by a sputtering phenomenon. The first step of depositing the particles of the sub-target that are knocked out by the impact on the main target and the ions are collided with the main target on which the particles of the sub-target are deposited, and knocked out by the impact A second step of depositing particles of the primary target and particles of the secondary target on the substrate.

【0012】また、前記第1の工程と第2の工程を、放
電電力の印加状態を保持したまま、基板電極と主ターゲ
ット電極と従ターゲット電極の相互の電位差を変化させ
ることにより、連続して行うようにしてもよい。
Further, the first step and the second step are continuously performed by changing the potential difference between the substrate electrode, the main target electrode, and the sub-target electrode while maintaining the applied state of the discharge power. It may be performed.

【0013】[0013]

【作用】上記の構成によれば、第1の工程において従タ
ーゲットから主ターゲットへのスパッタリングの程度を
変化させることで、主ターゲット上に堆積する従ターゲ
ット粒子の堆積量を調整することができる。そして、第
2工程における主ターゲットから基板へのスパッタにお
いては、従ターゲット粒子の前記堆積量を反映した成分
比率で主ターゲットの粒子および従ターゲットの粒子が
基板上に堆積される。
According to the above arrangement, the amount of sub-target particles deposited on the main target can be adjusted by changing the degree of sputtering from the sub-target to the main target in the first step. Then, in the sputtering from the main target to the substrate in the second step, the particles of the main target and the particles of the sub target are deposited on the substrate in a component ratio that reflects the deposition amount of the sub target particles.

【0014】従って、第1の工程における従ターゲット
材料の前記堆積量が調整されることにより基板上に堆積
する薄膜の成分比率が簡単に調整されるので、ドーパン
ト量が異なる何種類ものターゲットを用意することなく
ドーパント量の微調整等が容易に行える。また、第1の
工程と第2の工程の繰り返しにおいて、この繰り返しの
度に従ターゲット材料の前記堆積量を異ならせること
で、成分比率の異なる多層膜を簡単に形成することがで
きる。また、従ターゲットや主ターゲットを複数用意す
れば、材料の異なる多層膜も形成できる。
Therefore, the component ratio of the thin film deposited on the substrate can be easily adjusted by adjusting the deposition amount of the sub-target material in the first step, so that many kinds of targets having different dopant amounts are prepared. Without this, fine adjustment of the amount of dopant can be easily performed. Further, in the repetition of the first step and the second step, by varying the deposition amount of the target material depending on the repetition, it is possible to easily form a multilayer film having different component ratios. Further, by preparing a plurality of sub-targets and main targets, it is possible to form a multilayer film made of different materials.

【0015】ところで、第1の工程から第2の工程への
移行又は第2工程から第1工程への移行を、一旦放電状
態を停止させ再び放電状態を生じさせることで行うよう
にしてもよいが、この場合には、放電再開の際の初期放
電の影響によって膜質が少し低下するおそれがある。
By the way, the transition from the first step to the second step or the transition from the second step to the first step may be performed by once stopping the discharge state and then causing the discharge state again. However, in this case, the film quality may be slightly deteriorated due to the influence of the initial discharge when the discharge is restarted.

【0016】前記第1の工程と第2の工程を、放電状態
を保持したまま、連続して行うようにすれば、初期放電
の影響を回避することができる。
If the first step and the second step are continuously performed while maintaining the discharge state, the influence of the initial discharge can be avoided.

【0017】[0017]

【実施例】【Example】

(実施例1)以下、本発明をその実施例を示す図に基づ
いて説明する。
(Embodiment 1) The present invention will be described below with reference to the drawings showing the embodiment.

【0018】図1は、本発明の薄膜の形成方法を実施す
る装置の概略構成を示した模式図である。チャンバー1
1には排気装置12が接続され、スパッタを行う際のチ
ャンバー11内の減圧が行えるようになっている。ま
た、チャンバー11内には、第1の回転プレート81と
シャッターを兼ねる第2の回転プレート82とが上下方
向に所定の間隔をおいて配置され、それぞれ回転軸15
を中心にして各々別個に回転されるようになっている。
FIG. 1 is a schematic view showing a schematic configuration of an apparatus for carrying out the thin film forming method of the present invention. Chamber 1
An exhaust device 12 is connected to 1 so that the pressure inside the chamber 11 can be reduced when sputtering is performed. Further, in the chamber 11, a first rotating plate 81 and a second rotating plate 82 that also serves as a shutter are arranged at a predetermined interval in the vertical direction, and each of the rotating shafts 15
Each of them can be rotated independently about the center of.

【0019】第1の回転プレート81の下面には、第1
の従ターゲット電極41と基板電極21とが付設されて
いる。第1の従ターゲット電極41はバイアス電源71
に接続され、基板電極21はバイアス電源61に接続さ
れている。また、第1の従ターゲット電極41には第1
の従ターゲット93がセットされ、基板電極21には基
板22がセットされている。
On the lower surface of the first rotating plate 81, the first
The secondary target electrode 41 and the substrate electrode 21 are attached. The first sub target electrode 41 is a bias power source 71.
The substrate electrode 21 is connected to the bias power supply 61. In addition, the first sub-target electrode 41 has a first
The secondary target 93 is set, and the substrate 22 is set on the substrate electrode 21.

【0020】第2の回転プレート82の下面には、第2
の従ターゲット電極42が付設されている。第2の従タ
ーゲット電極42はバイアス電源72に接続されてい
る。そて、第2の従ターゲット電極42には、第2の従
ターゲット94がセットされている。また、第2の回転
プレート82には、開口部82aが形成されている。こ
の開口部82aは、前記第1の従ターゲット93及び基
板22に対応した開口形状を有している。従って、第2
の回転プレート82が回転して前記開口部82aが第1
の従ターゲット93又は基板22の下方に位置すると
き、当該従ターゲット93又は基板22に対する第2の
回転プレート82のシャッター状態が解除されるように
なっている。
The lower surface of the second rotating plate 82 has a second
The secondary target electrode 42 is attached. The second secondary target electrode 42 is connected to the bias power source 72. Then, the second secondary target 94 is set on the second secondary target electrode 42. Further, the second rotating plate 82 has an opening 82a formed therein. The opening 82 a has an opening shape corresponding to the first sub target 93 and the substrate 22. Therefore, the second
The rotating plate 82 rotates so that the opening 82a becomes the first
When it is located below the sub target 93 or the substrate 22, the shutter state of the second rotary plate 82 with respect to the sub target 93 or the substrate 22 is released.

【0021】前記チャンバー11内の下側位置には、第
1の主ターゲット電極31及び第2の主ターゲット電極
32が配置されている。第1の主ターゲット電極31は
RF電源51に接続され、第2の主ターゲット電極32
はRF電源52に接続されている。そして、第1の主タ
ーゲット電極31には第1の主ターゲット91がセット
され、第2の主ターゲット電極32には第2の主ターゲ
ット92がセットされている。
A first main target electrode 31 and a second main target electrode 32 are arranged at a lower position in the chamber 11. The first main target electrode 31 is connected to the RF power supply 51, and the second main target electrode 32 is
Is connected to an RF power source 52. Then, the first main target 91 is set on the first main target electrode 31, and the second main target 92 is set on the second main target electrode 32.

【0022】上記装置を用いた本発明の薄膜の形成方法
について説明する。なお、本実施例では、第1の主ター
ゲット91としてZnOを、第2の主ターゲット92と
してAlを、第1の従ターゲット93としてAl2 3
を、第2の従ターゲット94としてAlを用いた。
A method for forming a thin film of the present invention using the above apparatus will be described. In this embodiment, ZnO is used as the first main target 91, Al is used as the second main target 92, and Al 2 O 3 is used as the first sub-target 93.
Was used as the second sub-target 94.

【0023】本実施例の薄膜の形成方法においては、ま
ず、チャンバー11内にArを導入し、所定の圧力とし
た後に、主ターゲット電極31にRF電源51よりRF
電力を印加し、放電状態を生じさせる。そして、第1の
従ターゲット93にArイオンを衝突させ、その衝撃で
たたき出された従ターゲット93の粒子を第1の主ター
ゲット91上に堆積させる。以下、この工程を第1の工
程という。この第1の工程においては、図1の状態から
第1の回転プレート81を180°回転させ、第1の従
ターゲット93を第2回転プレート82の開口部82a
に向ける。第1の従ターゲット93からたたき出された
粒子は、前記開口部82aを通って第1の主ターゲット
91上に堆積する。
In the method of forming a thin film of this embodiment, first, Ar is introduced into the chamber 11 to a predetermined pressure, and then the main target electrode 31 is supplied with RF power from the RF power supply 51.
Electric power is applied to cause a discharge state. Then, Ar ions are made to collide with the first sub-target 93, and the particles of the sub-target 93 struck by the impact are deposited on the first main target 91. Hereinafter, this step is referred to as the first step. In the first step, the first rotary plate 81 is rotated by 180 ° from the state shown in FIG. 1, and the first sub-target 93 is attached to the opening 82 a of the second rotary plate 82.
Turn to. The particles knocked out from the first sub target 93 are deposited on the first main target 91 through the opening 82a.

【0024】次に、第1の従ターゲット93の粒子が堆
積した第1の主ターゲット91にイオンを衝突させ、そ
の衝撃でたたき出された第1の主ターゲット91の粒子
および第1の従ターゲット93の粒子を基板22上に堆
積させる。以下、この工程を第2の工程という。この第
2の工程においては、図1の状態、即ち、基板22を第
2回転プレート82の開口部82aに向ける。第1の主
ターゲット91の粒子および前記第1の工程で堆積した
第1の従ターゲット93の粒子は、前記開口部82aを
通って基板22上に堆積する。
Next, the first primary target 91 on which the particles of the first secondary target 93 are deposited is bombarded with ions, and the particles of the first primary target 91 and the first secondary target that are knocked out by the impact are bombarded. 93 particles are deposited on the substrate 22. Hereinafter, this step is referred to as the second step. In the second step, the state of FIG. 1, that is, the substrate 22 is directed to the opening 82a of the second rotating plate 82. The particles of the first main target 91 and the particles of the first sub-target 93 deposited in the first step are deposited on the substrate 22 through the opening 82a.

【0025】前記第1の工程と第2の工程は、前記第2
回転プレート82を固定した状態で第1の回転プレート
81を回転させることにより、放電状態を維持したまま
繰り返し行うことができる。そして、この回転しながら
のスパッタにより、第1の主ターゲット91の粒子およ
び第1の従ターゲット93の粒子を基板22へ均一(約
±3%)に堆積させることができる。また、この回転し
ながらの第1の工程と第2の工程の繰り返しにおいて、
第1の工程ではそれに適した各電極間の電位差調整を行
うとともに、第2の工程ではそれに適した各電極間の電
位差調整を行うようにしてもよいが、後述するように、
第1の工程と第2の工程を各電極間の電位差を変えずに
行わせることも可能である。
The first step and the second step are the same as the second step.
By rotating the first rotary plate 81 with the rotary plate 82 fixed, it is possible to repeatedly perform the discharge while maintaining the discharge state. Then, by the sputtering while rotating, the particles of the first main target 91 and the particles of the first sub-target 93 can be uniformly (about ± 3%) deposited on the substrate 22. In addition, in the repetition of the first step and the second step while rotating,
The potential difference between the electrodes suitable for the first step may be adjusted, and the potential difference between the electrodes suitable for the second step may be adjusted, as will be described later.
It is also possible to perform the first step and the second step without changing the potential difference between the electrodes.

【0026】第1の工程及び第2の工程における基板温
度等についての諸条件を以下の表1に示す。なお、表中
の番号は図1の部材番号に一致する。また、第1の主タ
ーゲット電極31のセルフバイアスは−250Vであっ
た。また、第1回転プレート81の1回転あたりに形成
される基板22上の単位膜厚は5オングストロームであ
った。そして、基板22上に形成された最終的な膜厚は
3000オングストロームであった。
Table 1 below shows various conditions regarding the substrate temperature and the like in the first step and the second step. The numbers in the table correspond to the member numbers in FIG. The self-bias of the first main target electrode 31 was -250V. The unit film thickness on the substrate 22 formed per rotation of the first rotary plate 81 was 5 Å. The final film thickness formed on the substrate 22 was 3000 angstroms.

【0027】[0027]

【表1】 [Table 1]

【0028】図2は、第1の工程での従ターゲット電極
41へのバイアス電圧と基板上に成膜されたZnO薄膜
の抵抗率との関係を示したグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the bias voltage applied to the secondary target electrode 41 in the first step and the resistivity of the ZnO thin film formed on the substrate.

【0029】従ターゲット電極41へのバイアス電圧が
−200〜−300Vでは、主ターゲット電極31の放
電時のセルフバイアス電圧(−250V)よりも大きい
か、もしくは小さくともその差は精々50V程度である
ので、従ターゲット93の粒子は殆ど第1の主ターゲッ
ト91上には堆積しない。このため、得られた膜の抵抗
率はドーピングをしていないZnOのみをターゲットと
した場合と殆ど変わらない。
When the bias voltage to the sub-target electrode 41 is -200 to -300 V, the difference is about 50 V at most, even if it is larger or smaller than the self-bias voltage (-250 V) at the time of discharging the main target electrode 31. Therefore, the particles of the sub target 93 are hardly deposited on the first main target 91. Therefore, the resistivity of the obtained film is almost the same as that when only undoped ZnO is targeted.

【0030】一方、従ターゲット電極のバイアス電圧が
−350V以下であるときには、従ターゲット(Al2
3 )から主ターゲット(ZnO)へのスパッタリング
が行われて基板にドープドZnO膜が形成される。基板
にドープドZnO膜が形成されるのは、従ターゲットか
ら主ターゲットへのスパッタリングだけでなく、主ター
ゲットから基板へのスパッタリングも交互に連続的に行
われるからである。即ち、第1の工程と第2の工程とが
各電極間の電位差を変えずに交互に連続的に行われる。
ただし、本実施例のように、第2の回転プレート82を
固定し、第1の回転プレート81を回転させながら成膜
するため、第1の回転プレート81の半回転ごとに第1
の工程と第2の工程とが切り替わることになる。
On the other hand, when the bias voltage of the secondary target electrode is -350 V or less, the secondary target (Al 2
O 3 ) is sputtered onto the main target (ZnO) to form a doped ZnO film on the substrate. The reason why the doped ZnO film is formed on the substrate is that not only sputtering from the sub-target to the main target but also sputtering from the main target to the substrate are alternately and continuously performed. That is, the first step and the second step are alternately and continuously performed without changing the potential difference between the electrodes.
However, as in the present embodiment, since the second rotating plate 82 is fixed and the film is formed while rotating the first rotating plate 81, the first rotating plate 81 is rotated by the first rotation every half rotation.
The step and the second step are switched.

【0031】従ターゲット電極のバイアス電圧を変化さ
せることで、第1の工程における従ターゲットから主タ
ーゲットへのスパッタリングの程度を調整できる。図2
では、従ターゲット電極のバイアス電圧がより低い値に
なるほど、Alのドーピング量が多くなって得られるZ
nO膜の抵抗率は小さくなることが判る。従って、従タ
ーゲット電極のバイアス電圧を変化させるだけで、成膜
されるZnO膜のドーピング量を膜厚方向に容易に変化
させることができる。ただし、従ターゲット電極のバイ
アス電圧を−600Vよりも低くした場合には、過剰な
ドーピングとなって得られる膜の結晶性が低下するた
め、却って抵抗率が上昇する。
By changing the bias voltage of the sub target electrode, the degree of sputtering from the sub target to the main target in the first step can be adjusted. Figure 2
Then, the lower the bias voltage of the secondary target electrode is, the higher the doping amount of Al is, and the obtained Z
It can be seen that the resistivity of the nO film becomes small. Therefore, the doping amount of the formed ZnO film can be easily changed in the film thickness direction only by changing the bias voltage of the sub target electrode. However, when the bias voltage of the sub target electrode is set lower than -600 V, the crystallinity of the film obtained by excessive doping is lowered, and the resistivity is rather increased.

【0032】また、従ターゲット電極のバイアス電圧が
主ターゲット電極の放電時のセルフバイアス電圧(−2
50V)よりも高い場合には、第1の工程において放電
の維持が困難になるために、膜特性の制御性が悪くなり
好ましくない。
Further, the bias voltage of the sub target electrode is the self bias voltage (-2 when the main target electrode is discharged).
If it is higher than 50 V), it becomes difficult to maintain the discharge in the first step, and the controllability of the film characteristics becomes poor, which is not preferable.

【0033】ここで、Alを用いた第2の従ターゲット
94から第1の主ターゲット(ZnO)91へのスパッ
タを行う場合には、前記図2の場合よりも更に多いドー
ピング量のZnO薄膜が得られ、結果として抵抗率は高
くなるが、多層膜を形成する場合には、隣り合う層間の
接触抵抗を下げることができる利点が得られる。
Here, when performing sputtering from the second sub-target 94 using Al to the first main target (ZnO) 91, a ZnO thin film having a doping amount larger than that in the case of FIG. Although obtained, as a result, the resistivity becomes high, but in the case of forming a multilayer film, there is an advantage that the contact resistance between adjacent layers can be reduced.

【0034】第2の従ターゲット(Al)94を用いる
場合には、基板22が第1の主ターゲット91に対面す
るように第1回転プレート81を固定しておき、第2回
転プレート82を回転させるようにすればよい。ただ
し、上記のごとく、第2の従ターゲット(Al)94を
用いて多層膜を形成する場合、各膜の形成のために、第
2回転プレート82を単に回転させるのではなく、半回
転ごとに第2の従ターゲット94又は基板22を第1の
主ターゲット91に一定時間対面させるために回転を一
時的に停止させ、第1の工程と第2の工程を時間的に分
けて行わせる。
When the second sub-target (Al) 94 is used, the first rotary plate 81 is fixed so that the substrate 22 faces the first main target 91, and the second rotary plate 82 is rotated. You can do it. However, as described above, when a multilayer film is formed using the second sub-target (Al) 94, the second rotating plate 82 is not simply rotated for forming each film, but is rotated every half rotation. The rotation is temporarily stopped so that the second sub target 94 or the substrate 22 faces the first main target 91 for a certain period of time, and the first step and the second step are performed separately in time.

【0035】従って、第1の工程ではそれに適した各電
極間の電位差調整を行うとともに、第2の工程ではそれ
に適した各電極間の電位差調整を行うことが重要となる
が、この設定を各工程ごとに切り替えるために成膜の生
産性は低下することになる。その一方、回転を一時的に
停止させて各工程に適した条件で成膜するため、スパッ
タリングの制御性が良くなり、均一な成膜により高品質
な多層膜を形成することができる。
Therefore, it is important to adjust the potential difference between the electrodes suitable for the first step and the potential difference between the electrodes suitable for the second step. Since the process is switched for each process, the productivity of film formation is reduced. On the other hand, since the rotation is temporarily stopped and the film is formed under the condition suitable for each process, the controllability of the sputtering is improved, and a high quality multilayer film can be formed by uniform film formation.

【0036】非晶質シリコン太陽電池の裏面電極として
のZnOとAlの多層膜を用いる場合に本発明を適用し
たのでその結果を以下に示す。なお、第1の工程とし
て、第2の従ターゲット(Al)94から第1の主ター
ゲット(ZnO)91へのスパッタを行った。また、こ
のときの第2の従ターゲット電極42へのバイアス電圧
を−550Vとし、他の条件は表1と同じとした。この
ような条件の下で、ZnOとAlの界面に20オングス
トロームの界面層を形成した。これにより、従来装置で
形成されたZnOとAlからなる多層膜の裏面電極に比
べ、直列抵抗が2割低減され、非晶質シリコン太陽電池
の変換効率が11.5%から12.2%に向上した。
The present invention was applied to the case of using a multilayer film of ZnO and Al as a back electrode of an amorphous silicon solar cell. The results are shown below. As the first step, sputtering from the second sub target (Al) 94 to the first main target (ZnO) 91 was performed. Further, the bias voltage to the second secondary target electrode 42 at this time was set to −550V, and the other conditions were the same as those in Table 1. Under these conditions, a 20 Å interface layer was formed at the interface between ZnO and Al. As a result, the series resistance is reduced by 20% compared to the back electrode of the multilayer film made of ZnO and Al formed by the conventional device, and the conversion efficiency of the amorphous silicon solar cell is changed from 11.5% to 12.2%. Improved.

【0037】以上説明したように、第1の工程において
従ターゲット93(又は94)から主ターゲット91
(又は92)へのスパッタリングの程度を変化させるこ
とで、主ターゲット91(又は92)上に堆積する従タ
ーゲット93(又は94)の粒子の堆積量を調整するこ
とができる。そして、第2工程における主ターゲット9
1(又は92)から基板22へのスパッタにおいては、
従ターゲット粒子の前記堆積量を反映した成分比率で主
ターゲット粒子および従ターゲット粒子が基板22上に
堆積される。
As described above, in the first step, the sub target 93 (or 94) is changed to the main target 91.
By changing the degree of sputtering to (or 92), it is possible to adjust the deposition amount of the particles of the sub target 93 (or 94) deposited on the main target 91 (or 92). Then, the main target 9 in the second step
In the sputtering from 1 (or 92) to the substrate 22,
The primary target particles and the secondary target particles are deposited on the substrate 22 in a component ratio that reflects the deposition amount of the secondary target particles.

【0038】従って、第1の工程において従ターゲット
材料の前記堆積量を調整するだけで基板22上に堆積す
る薄膜の成分比率が簡単に調整できる。そして、図2か
ら判るように、当該成分比率の調整が従ターゲット電極
へのバイアス電圧の調整だけで行うことも可能である。
また、第1の工程と第2の工程を繰り返すことにより、
成分比率の異なる多層膜を簡単に形成することができ
る。また、一つの主ターゲットに対して複数の従ターゲ
ットを用意したり、主ターゲット自体も複数用意したり
することにより、成分比率だけでなく主材料自体の異な
る多層膜も簡単に形成できる。
Therefore, the component ratio of the thin film deposited on the substrate 22 can be easily adjusted only by adjusting the deposition amount of the secondary target material in the first step. Then, as can be seen from FIG. 2, the adjustment of the component ratio can be performed only by adjusting the bias voltage to the sub target electrode.
In addition, by repeating the first step and the second step,
It is possible to easily form a multilayer film having different component ratios. In addition, by preparing a plurality of sub-targets for one main target or preparing a plurality of main targets themselves, it is possible to easily form a multilayer film in which not only the component ratio but also the main material itself is different.

【0039】また、前記両工程間の移行を、基板電極と
主ターゲット電極と従ターゲット電極の相互の電位差に
より行えば、初期放電の影響を無くして一層良質な薄膜
を形成することができる。
If the transition between the above two steps is performed by the potential difference among the substrate electrode, the main target electrode and the sub target electrode, the influence of the initial discharge can be eliminated and a higher quality thin film can be formed.

【0040】図3は、本発明の薄膜の形成方法を実施す
る他の構成の装置の概略構成を示した模式図である。図
1の装置との相違点は、図1の装置が第2の従ターゲッ
ト電極42及び第2の従ターゲット94を第2の回転プ
レート82に設けたのに対し、図3の装置は、スライド
プレート85に第2の従ターゲット電極42及び第2の
従ターゲット94を設けた点である。
FIG. 3 is a schematic view showing a schematic structure of an apparatus having another structure for carrying out the thin film forming method of the present invention. 1 differs from the device of FIG. 1 in that the device of FIG. 1 is provided with the second sub-target electrode 42 and the second sub-target 94 on the second rotary plate 82, whereas the device of FIG. The point is that the plate 85 is provided with the second sub-target electrode 42 and the second sub-target 94.

【0041】スライドプレート85は、チャンバー11
内で水平方向に直線的に移動するように構成され、第2
の従ターゲット94をプラズマ領域に入れたり当該領域
から出したりすることができるようになっている。第2
の従ターゲット94をプラズマ領域に入れた状態におい
ては、基板電極21へのプラズマの広がりを遮断して第
2の従ターゲット94から第1の主ターゲット91への
スパッタを行うことができ、第2の従ターゲット94を
プラズマ領域から出した状態では、基板電極21へのプ
ラズマの広がりを開放して第1の主ターゲット91から
基板22へのスパッタを行うことができる。
The slide plate 85 is used for the chamber 11
Configured to move linearly horizontally within the second
The secondary target 94 can be put in or taken out of the plasma region. Second
In the state in which the secondary target 94 of No. 2 is placed in the plasma region, the spread of plasma to the substrate electrode 21 can be blocked, and the sputtering from the second secondary target 94 to the first primary target 91 can be performed. In the state where the sub-target 94 of the above is emitted from the plasma region, the spread of the plasma to the substrate electrode 21 can be released and the sputtering from the first main target 91 to the substrate 22 can be performed.

【0042】この装置では、一連の成膜工程における第
1の工程と第2の工程の挿入が、スライドプレート85
を出し入れする直線スライド機構で実現され、回転プレ
ートの回転とその停止の制御に比べて、機械的制御が簡
単になる。
In this apparatus, the slide plate 85 is used for inserting the first step and the second step in a series of film forming steps.
It is realized by a linear slide mechanism that moves in and out, and mechanical control becomes simpler than control of rotation of the rotating plate and its stop.

【0043】図4は、本発明の薄膜の形成方法を実施す
る他の構成の装置の概略構成を示した模式図である。こ
の図4の装置は、チャンバー11が2つのチャンバー室
11a,11bを横並びに近接配置させて成る。チャン
バー11の両端には図示しない基板投入室および基板搬
出室が形成され、またチャンバー室11a,11bの互
いの近接面側には図示しない基板搬送経路が確保され、
両チャンバー室11a,11b内で基板22を移送でき
るようにしている。そして、図3の装置と同様、スライ
ドプレート85に第2の従ターゲット電極42及び第2
の従ターゲット94を設け、更に、スライドプレート8
6に第1の従ターゲット電極41及び第2の従ターゲッ
ト93を設けている。また、各チャンバー11a,11
b内には、シャッター13′…を設けている。
FIG. 4 is a schematic view showing a schematic structure of an apparatus having another structure for carrying out the thin film forming method of the present invention. In the apparatus shown in FIG. 4, the chamber 11 is formed by arranging two chamber chambers 11a and 11b side by side. A substrate loading chamber and a substrate unloading chamber (not shown) are formed at both ends of the chamber 11, and a substrate transfer path (not shown) is secured on the side of the chamber chambers 11a and 11b that are close to each other.
The substrate 22 can be transferred in both chambers 11a and 11b. Then, as in the apparatus of FIG. 3, the second sub-target electrode 42 and the second secondary target electrode 42
The secondary target 94 of the slide plate 8 is further provided.
6, a first sub-target electrode 41 and a second sub-target 93 are provided. In addition, each chamber 11a, 11
Shutters 13 '... Are provided in b.

【0044】このような装置を用いれば、基板22上へ
の多層膜の形成を、基板22を順次直線的に搬送して連
続的に行えるので、成膜の生産性が向上する。
By using such an apparatus, the multi-layer film can be formed on the substrate 22 continuously by linearly conveying the substrate 22, so that the productivity of film formation is improved.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
薄膜を形成する一連の工程のなかに、従ターゲットから
主ターゲットへのスパッタを行う第1の工程と、主ター
ゲットから基板へのスパッタを行う第2工程とが適宜組
み込まれ、前記第1の工程において従ターゲット材料の
前記堆積量を調整するだけで基板上に堆積する薄膜の成
分比率が簡単に調整できるから、ドーパント量が異なる
何種類ものターゲットを用意することなくドーパント量
の微調整が容易に行える等の効果を奏する。
As described above, according to the present invention,
In a series of steps for forming a thin film, a first step for performing sputtering from the sub target to the main target and a second step for performing sputtering from the main target to the substrate are appropriately incorporated, and the first step is performed. In, since the component ratio of the thin film deposited on the substrate can be easily adjusted only by adjusting the deposition amount of the secondary target material, the fine adjustment of the dopant amount can be easily performed without preparing many kinds of targets having different dopant amounts. There is an effect that can be performed.

【0046】また、前記両工程間の移行を、基板電極と
主ターゲット電極と従ターゲット電極の相互の電位差に
より行うようにした場合には、放電状態の停止が回避で
きるため、初期放電の影響を無くして一層良質な薄膜を
形成することができるという効果を奏する。
Further, when the transition between the above two steps is performed by the potential difference between the substrate electrode, the main target electrode and the sub target electrode, the stop of the discharge state can be avoided, so that the influence of the initial discharge is affected. There is an effect that a higher quality thin film can be formed without it.

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

【図1】本発明の薄膜の形成方法を実施する装置の概略
構成を示した模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an apparatus for carrying out a thin film forming method of the present invention.

【図2】従ターゲット電極へのバイアス電圧と形成され
た膜の抵抗率との関係を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the bias voltage applied to the sub target electrode and the resistivity of the formed film.

【図3】本発明の薄膜の形成方法を実施する他の構成の
装置の概略構成を示した模式図である。
FIG. 3 is a schematic view showing a schematic configuration of an apparatus having another configuration for carrying out the thin film forming method of the present invention.

【図4】本発明の薄膜の形成方法を実施する他の構成の
装置の概略構成を示した模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an apparatus having another configuration for carrying out the thin film forming method of the present invention.

【図5】従来の薄膜の形成方法を実施する装置の概略構
成を示した模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an apparatus for performing a conventional thin film forming method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 チャンバー 21 基板電極 22 基板 31 第1の主ターゲット電極 32 第2の主ターゲット電極 41 第1の従ターゲット電極 42 第2の従ターゲット電極 51 RF電源 52 RF電源 61 バイアス電源 71 バイアス電源 72 バイアス電源 91 第1の主ターゲット 92 第2の主ターゲット 93 第1の従ターゲット 94 第2の従ターゲット 11 chamber 21 substrate electrode 22 substrate 31 first main target electrode 32 second main target electrode 41 first slave target electrode 42 second slave target electrode 51 RF power supply 52 RF power supply 61 bias power supply 71 bias power supply 72 bias power supply 91 First Master Target 92 Second Master Target 93 First Slave Target 94 Second Slave Target

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 スパッタリング現象により基板上に薄膜
を形成する方法において、主ターゲットとは別に用意し
た従ターゲットにイオンを衝突させ、その衝撃でたたき
出された従ターゲットの粒子を主ターゲット上に堆積さ
せる第1の工程と、従ターゲットの粒子が堆積した主タ
ーゲットにイオンを衝突させ、その衝撃でたたき出され
た主ターゲットの粒子および従ターゲットの粒子を基板
上に堆積させる第2の工程とを含むことを特徴とする薄
膜形成方法。
1. In a method of forming a thin film on a substrate by a sputtering phenomenon, ions are made to collide with a sub-target prepared separately from the main target, and particles of the sub-target knocked out by the impact are deposited on the main target. And a second step of causing ions to collide with the primary target on which the particles of the secondary target are deposited, and depositing the particles of the primary target and the particles of the secondary target knocked out by the impact on the substrate. A method of forming a thin film, comprising:
【請求項2】 前記第1の工程と第2の工程を、放電状
態を保持したまま、基板電極と主ターゲット電極と従タ
ーゲット電極の相互の電位差を変化させることにより、
連続して行うことを特徴とする請求項1に記載の薄膜形
成方法。
2. The first step and the second step are performed by changing the potential difference between the substrate electrode, the main target electrode, and the sub target electrode while maintaining the discharge state.
The thin film forming method according to claim 1, wherein the thin film forming method is performed continuously.
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