JPS59139930A - 蒸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １、産業上の利用分野 本発明は蒸着装置、例えば水素等の元素で修飾されたア
モルファスシリコン（以下、ａ−８ｔと略す。）を製膜
するのに好適な真空蒸着装置に関するものである。

２、従来技術 ａ−８ｉ等の薄膜を形成するには、グロー放電装置、ス
パッタ装置、蒸着装置等を使用できるが、このうち蒸着
装置は製膜速度が犬である上に大面積の薄膜を比較的容
易に形成できる点で優れている〇 一方、ａ−８ｉ等の薄膜は半導体装置を始めとする種々
の分野において有用でちるが、加熱によって蒸発若しく
は昇華可能な物質のみからなる薄膜たけでなく、そのよ
うな物質中に他の修飾元素を混入せしめて所望の特性を
具備せしめた薄膜を蒸着法によって形成することが望ま
れている。例えは最近において太陽電池或いは光電材料
として注目されているａ−８ｉは、非晶質という不規則
々原子配列構造のために不可避的に未結合のダングリン
グボンドが生じるが、これを水素原子等によシ封鎖する
ことが必要であシ、これによって初めて半導体材料とし
ての有用性が得られる。従来、このようなａ−８ｉは、
シランガスを用いるグロー放電装置によっである程度満
足すべきもｐが得られているが、蒸着装置によって同等
またはそれ以上のものが得られれば上記した理由から極
めて有利である。

しかし７ながら、蒸着装置において、蒸着空間内に修飾
元素の供給ガス（以下、修飾ガスと称する。）を単に存
在せしめるのみでは、修飾元素が蒸着膜中に混入される
量は極めて僅かであシ、所望の特性を有する薄膜の形成
は極めて困難である。これは主として、修飾ガスが分子
状で安定なものとなっていることが原因である。

こうした事情から、蒸着空間内に修飾元素をイオン化又
は活性化して存在せしめれば、蒸発物質との反応性が高
ま夛、有効に修飾元素を蒸着膜中に混入せしめ得ると考
えられる。例えば、直流グロー放電によるガス放電管に
艦いて修飾ガスを放電せしめることによシ得られるイオ
ン化成分を真空槽内に導入せしめることが提案されてい
る。

第１図にはこの種の蒸着装置が示されておシ、真空槽を
形成するペルジャー１に、バタフライバルブ２を有する
排気路３を介して真空ポンプ（図示せず）を接続する。

ペルジャー１内に配置される被蒸着基板４（例えばドラ
ム状基板）を加熱するヒーター５、及び基板４（又はこ
れが絶縁性のものであるときにはその背後電極）に負の
直流バイアス電圧を印加する直流電源６を設ける。また
、基板４と対向するように蒸発源７を配置すると共に、
ペルジャー１に後述する直流グロー放電型ガス放電器８
をそのガス導入口が基板４と対向するように設ける。こ
のように構成された蒸着装置を用い、次のようにして例
えば水素が混入されたアモルファスシリコンの薄膜を形
成することができる０ 即ち、ペルジャー１内を１０−３〜ｔｏ−７Ｔｏ　ｒ　
ｒの真空状態に排気し、ヒーター５により基板４を温度
２５０〜５００℃に加熱すると共に直流電源６によシー
１０蒔以下の直流負電圧を基板４に印加した状態におい
て、ガス放電器８に修飾ガスである水素ガス９を供給し
、この放電器８からの水素イオン又は活性水素をペルジ
ャー１内に導入せしめながら、シリコンを蒸発源物質と
する蒸発源７を電子銃加熱方式（図示せず）で加熱して
シリコンを蒸発せしめ、これによって基板４上に、水素
が混入されたａ−８ｉの薄膜を形成する。

ところが、本発明者が検討を加えた結果、上記の蒸着装
置には次の如き欠陥があることを見出した。即ち、蒸着
操作中に、上記ドラム状基板４のように回転を伴なう場
合には特に、修飾ガスの照射範囲と蒸発物質の蒸着範囲
との間にずれが生じ、このために充分修飲されない部分
が蒸着膜に生じ、膜の特性を不均一にしてしまうことで
ある。これを第２図につき具体的に説明すると、蒸発源
７とガス放電器８とは同一位置に配置できないために、
基板４に対する夫々の配置角度が必然的に異なる。

この結果、蒸発源７から蒸発して基板４に付着する蒸発
物質１０の付着領域Ａと、ガス放電器８から導出されて
基板４に照射′される修飾ガスイオン１１の照射領域Ｂ
とは、一部分オーバーラツプしているものの、一方側に
おいて蒸発物質のみが当たる領域Ｃが生じてしまう。従
って、上記のオーバーラツプしている領域では所望の割
合で修飾元素がとシ込まれた蒸着膜となるが、領域Ｃに
対応する領域では修飾元素の含有量が乏しい蒸着膜しか
得られない。こうした不均一な膜形成が基板４の回転中
に繰返されるため、第３図に示す如く、基板４上には、
修飾元素量が充分な層１２と修飾元素量に乏しい層１３
とが交互に積層され、膜厚方向に不均一な濃度分布の蒸
着膜が形成される。

また、基板として水平移動する・平板を用いた場合には
、その移動方向における一部の領域に修飾元素の不足し
た膜が堆積されることになるため、得られた蒸着膜は面
内に不均一な修飾元素分布を有したものとなシ、これも
膜特性を低下せしめる原更となる。

３９発明の目的 本発明の目的は、水素等の修飾ガス成分を均−若しくは
充分に蒸着膜に導入できる装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、修飾ガス成分の蒸着膜中に安定か
つ容易に導入できる装置を提供することにある。

４、発明の構成 即ち、本発明による蒸着装置は、蒸発源く例えばシリコ
ン）と、修飾ガス（例えば水素ガス）をイオン化又は活
性化して供給するガス放′こ部（特にマグネトロン型直
流イオン銃）とが被蒸着基体に夫々対向して配され、前
記蒸発源からの蒸発物質が前記被蒸着基体に付着する基
体領域とほぼ一致するか若しくはその基体領域を包含す
る基体領域に、前記ガス放電部からのイオン化又は活性
化された修飾ガスが照射されるべく、前記被蒸着基セ 体と前記蒸夛源との間に規制手段（例えば基体近傍に配
された開口付き規制板）が設けられていることを特徴と
するものでちる。

５、実施例 以下、本発明を第４図〜第１１図に示す実施例について
詳細に説明する。但、第１図及び第２図に示した部分と
共通する部分には同一符号を付し、その説明を省略する
ことがある。

本例の蒸着装置の特徴的構成は、被蒸着基板４と蒸発源
７との間において基板４の近傍に、蒸発源７からの蒸発
物質とガス放電器１８からのイオン化又は活性化された
修飾ガスとの飛翔域を規制するための開口２０を有する
規制板２１（以下これをスリットと称する。）が設けら
れていることである。

このスリット２１の周辺部はペルジャー１の内壁面まで
延設されてそこに固定されてもよいし、或いは途中まで
延びていて適当な支持手段でペルジャー内空間に支持さ
れていてもよい。また本例では、ガス放電器】８として
、公知の放電器とは異なる後述のマグネトロン型直流イ
オン銃が使用されることも特徴的である。

上記スリット２１の存在によって、第５図に明示する如
く、蒸発物質１０の飛翔範囲が一点鎖線で示す本来の範
囲から実線で示す位置に狭められ、かつイオン銃１８か
らの修飾ガスイオン１１の飛翔範囲も一点鎖線で示す本
来の範囲から実線で示す位置に狭められ、これによって
基板４に対する蒸発物質の付着領域と修飾ガスイオンの
照射領域とがほぼ一致するようになる。即ち、スリット
２１が蒸発物質及びガスイオンの双方の飛翔範囲を規制
し、両者を図中のＡで示す基板領域に導ひく機能を果し
ている。

この結果、基板４に対して上記領域Ａにおいてのみ蒸発
物質と修飾ガスイオンとが常に一定量ずつ均一に当たる
から、基板４上に形成される薄膜中の修飾ガス成分の含
有量を常に一定にできる。

第６図は、厚み方向において修飾ガス成分量の均一な蒸
着膜１２が製膜された状態を示す。

こうして修飾ガス成分が充分にとり込まれた均質な膜が
形成されるので、その膜特性が著しく向上することにな
る。また、これに加えて、修飾ガスイオンを生せしめる
のにマグネトロン型直流イオン銃１８を使用しているの
で、低パワーにしテ高効率にイオンを生成させることが
できる。

使用可能なマグネトロン型直流イオン銃１８は、第７図
に明示する如く、イオン出口４１を有するホルダー４２
と、イオン出口４１側に設けた金屑メツシーよ構成る引
出し電極４３と、この引出し電極４３と対向するように
設けた陽極板４４と、引出し電極４３及び陽極板４４間
において陽極板４４と粒調程度の間隔を置いて配された
貫通孔４５付きの陰極板４０と、陰極４０の外周に配さ
れた電磁石４６とを有している。

陽極板４４の近傍には修飾ガス導入管４７が接続され、
壕だイオン出口４１はこのイオン銃の出口側の引出し電
極４３から前記被蒸着基板４を指向するように配される
。４８は陽極板４４の電源（電圧■Ａ）であってその印
加電圧は２ＫＶ以下、５０は電磁石４６の電源であって
そのマグネット（コイル）電流は０〜ＩＡとされる。引
出し電極４３はこの例においては接地電位とされ、また
この引出し電極と陰極４０との間には陰極の電源４９（
電圧Ｖ。）が接続され、０≦ｖｃ≦ＶＡ　ｕｆｘ４ｄれ
ている。なお、ホルダー４２は陰極４０と同電位となっ
ている。このようなイオン銃１８においては、修飾ガス
導入管４７よシ放電空間内に導入された例えば水素ガス
が陽極板４４と陰極板４０との間に導入されて放電によ
シイオン化し、このイオンは電磁石４６によって貫通孔
４５の空間内に磁力によってとじ込められ、効率良く矢
印方向へのみ加速されるようになる。そして引出し電極
４３との電位差によってプラズマから水素イオンが引き
出されて引出し電極４３を通過してペルジャー１内に導
入され被蒸着基板４又はその背後電極に印加されたバイ
アス電圧によって基板４に向って効率良く引きつけられ
ながら飛翔する。同時に、蒸発源７よシは例えばシリコ
ン蒸気が飛翔して基板４に衝突し、この結果、基板４上
には水素が混入されたａ−８ｔの薄膜が形成される。

上記したように、マグネトロン型直流イオン銃又はガス
放電器１８において修飾ガスのイオン及び活性ガスを生
成せしめてこれをペルジャー１内に導入せしめ、その存
在下において蒸発源物質を蒸発せしめるため、確実に修
飾元素が混入された薄膜を形成し得る。しかも、イオン
銃１８がペルジャー１とは機能上独立であって、その陽
極板４４、陰極板４０、電磁石４６及び引出し電極４３
の電圧、電磁石４６の磁力、修飾ガスの供給量、並びに
基板４に印加されるバイアス電圧及び温度を個々に制御
することができる上、蒸発源７の蒸発速度の制御も可能
であるため、薄膜における修飾元素の混入管に比して低
パワーでも多量のイオン及び活性ガスを生成せしめるこ
とができる上、ペルジャー１内には加速された高エネル
ギーのイオン等が導入されるのでその薄膜中への混入効
率が大きく、従って修飾元素の含有割合の高い、所望の
特性を有する薄膜を形成することができる。既述の例に
おいては、水素が３０原子饅もの高い含有割合で混入さ
れたａ−８ｉの薄膜を形成することが可能である。

又、このように修飾元素を高い効率で混入せしめ得るの
で、元来大きな製膜速度が得られる蒸着法のオＵ点を生
かしなから製膜速度を更に大きくすることができる。例
えば基板４として長尺なものを用いて、これを大きな速
度で移動せしめながらその表面に連続して所望の薄膜を
有利に形成することもできる。

但、上記のイオン銃１８においては、引出し電極４３は
必ずしも必要ではなく、また陰極４０及びホルダー４２
は接地してもよい。また陰極−陽極間には交流電圧を印
加し、このイオン銃を交流駆動することもできる。

なお、上記の例において使用可能な修飾ガスとしては、
前記蒸発源による蒸着によって形成される物質中に混入
し得る元素のイオン及び活性化物を与えるものであれば
任意であり、Ｆ２．０２、Ｎ２、Ｆ２等のハロゲンの如
く単一元素よ９成るガスのみならず、化合物ガスを用い
ることもできる。例えばＮＨ，、Ｓ　ｉＨ４、ＰＨ３、
Ｂ２Ｈ６、Ａｓ　Ｆ３　、ＣＨ４等の炭化水素、フレオ
ン等がある。この場合、例えば水素ガスの一部を炭化水
素ガスとすれば、水素が混入されたアモルファスシリコ
ンカーバイトの薄膜を得ることができる。

また、蒸着源７に収容する蒸発源物質としては、Ｓｔを
はじめＧｅ等の如く、一般に蒸着可能外すべてのものを
用いることができる。そして蒸発源７の数は複数として
もよく、既述のようにａ−８ｔの薄膜を形成する場合に
おいて、周期律表第■族又は第Ｖ族元素の蒸発源をも用
いて共蒸着を行なえば、Ｐ型又はｎ型のアモルファスシ
リコンの薄膜が得られる。

本例の装置によって製膜される薄膜は、上記した物質の
組合せにより、ａ−８ｉ：Ｈ，ａ−８ｉ：Ｆ。

ａ−８ｉ　：Ｈ：Ｆ、　ａ−８ｉ　Ｃ：Ｈ，ａ〒ｓｉｃ
：Ｆ１ａ−８ｉＣ：Ｈ：Ｆ等からなるものが得られる。

この場合、蒸発源としてシリコンに代えてゲルマニウム
を用いれば、上記と同様の対応した水素化及び／又は７
ノ素化アモルファスゲルマニウム等が得られる。

また、蒸発源７の加熱方式は、電子銃加熱、抵抗加熱、
銹導加熱等任意のものが利用され得る。

そして粗大粒塊の飛翔を防止し得る構造とするのが好ま
しい。

次に、上記した例の具体的な実施例を説明する。

第４図の装置を用い、下記の条件で水素を混入したａ−
８ｉの薄膜を形成した。

ペルジャー内の条件： 真空度　　　　　　　５Ｘ１ｏ　　Ｔｏｒｒ　（水素圧
）蒸発源物質　　　　シリコン 蒸着基板　種類　　アルミニウム 温度　　４００℃ 印加電圧　　−２ＫＶ マグネトロン型直流イオン銃の条件： 真空度　　　　　　　Ｉ　Ｘ　１０””Ｔｏｒｒ　（水
素圧）修飾ガス　種類　　水素ガス 流量　　５０ＣＣ／ｅ 陽極板の電圧　　　アースから　７００■電磁石の電圧
　　　アースから　５０ｖ引出し電極　　　　　アース
電位 製膜の条件： 速度　　　４０天／秒 時　間　　　　　　２５０秒間 ここに得られた厚さ１μｍのａ−８ｔの薄膜における水
素含有割合は３０原子係で均一であシ、暗抵抗はｌＸｌ
０”Ω＋１１１７ｎであυ、良好な半導体特性を有して
いた。

第８図は、本発明の他の実施例を示すものである。

この例では、上述のスリット２１とは異なシ、基板４の
外周囲を囲む如くに円筒形状に設けられた規制板５１を
具備せしめ、かつこの規制板５１に基板４と同程度の電
圧５６が印加されるようにしている。

規制板５１のスリット状開口５０によりて、第５図で述
べたと同様に蒸発物質１０の付着領域と修飾ガスイオン
１１の照射領域とが一致せしめられ、上述したと同様に
修飾元素が均一量に導入された膜特性の良好な薄膜を形
成できる。これに加えて、上記の電圧５６によって、ス
リット状規制板５１が基板４の近傍に存在することによ
シ基板近傍の電場が乱れることを効果的に防止でき、効
率良く修飾ガスイオンを基板側へ引きつけることが可能
となる。

しかも、バイアス電圧５６を積極的に印加すれば、基板
へ引きつけられる修飾ガスイオンの分布をコントロール
してその分布濃度を適切に変化させ、例えばイオンを基
板に対して高濃度に導びくことかできる。なお、上記の
電圧５６は基板と同電位力１若しくはそれ以上にしてよ
いが、基板電位とアース電位との中間電位にしてもよい
し、或いは規制板５１を第８図に一点鎖線で示す如くに
アース電位としてもよい。

上記電圧６及び５６として夫々−６ＫＶを印力日した場
合、次のような具体的な結果が得られた。

実数条件： ペルジャー内圧　　　７　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ　（水
素圧）基板電圧及び規制板電圧　　−６ＫＶ 基板イオン電流（基板に陽イオンが付着することにより
基板に流れる電流：陽イオン力Ｚ　ｆ、ｆ。

れ込む方向）　　　　　５０ｍＡ ７リコン蒸発速度　　２５Ａ／ｓｅｅ 基板回転速度　　　　１０ｓｅｃ／回転基板上での実質
堆積速度　５Ａ／ｓｅｃ蒸着膜の厚み（全体）　　２μ
ｍ 得られたａ−８ｉ：Ｈ膜ｏＢ￥ｆ性ニ スリット万し　　スリソ日→ σ（電気伝導度）　　〜ＩＣ６（Ω−σΣ１〜，０”１
０（Ω−副）−１△６７（白色光照射　　　　　　　　
　　〜１０１′（Ｑ−ｃｍΣ１時の伝導度変化） この結果から、上記のスリット（規制板）５１を設けた
場合、そうでない場合に比べて、ａ−８ｔ膜中の水素量
が充分であってダングリングボンド〃ヨ効果的かつ均一
に封鎖されていることから、暗所での伝導度が低く（暗
抵抗が大）でおシ、力）つ光照射時の感度が大幅に向上
することが分る。

第９図は、第５図の変形例を示すものであって、上述の
スリット２１に代えて、蒸発物質１０の飛翔領域のみを
規制する規制板６１を設け、修飾ガスイオン１１の方は
全く規制しないようにしている。この場合には、蒸発物
質１０の基板４に対する付着領域Ａは、修飾ガスイオン
１１の基板４に対する照射領域Ｂ内に完全に包含される
。従って、蒸着膜の形成される領域Ａにおいては修飾ガ
スイオンが充分に照射されるから、イオンの不足した膜
が形成されることはなく、上述したと同様の目的は達せ
られる。

なお、第９図において、規制板６１のサイズを変更すれ
ば、第５図で示したと同様に蒸発物質の付着領域とイオ
ンの照射領域とを図中の右端位置にて一致させることが
できる。従って、第５図においては、スリット２１を上
記規制板６１の如くに変更してもよいことが理解されよ
う。要は、上記付着領域と上記照射領域とは、後者が前
者とほぼ一致するだけでなく、後者が前者を包含するよ
うに規制板を配置すればよいのである。

第１０図は、基板４として平板状のものを使用した例を
示し、第５図と同様のスリット２１を設けている（但、
基板加熱用のヒーターは図示省略）。

このスリット２１を設けない場合、一点鎖線で示すよう
に蒸発物質の付着領域のうち修飾ガスイオン１１が不足
する部分が生じがちである。しかしスリット２１の存在
によって、基板上に形成される蒸着膜には充分な濃度で
イオンを導入できる。

第１１図は、平板状の基板４を矢印７０方向に送シなか
ら蒸着を行なうようにした例を示すが、蒸着物質１０の
飛翔領域を包含する如くにイオン１１の照射領域を決め
るスリット２１を設けているので、基板４に膜が堆積す
る領域では常に充分なイオンが供給されることになる。

従って、基板上にはイオン量が充分で面内不均一性のな
い蒸着膜を形成することができる。

以上、本発明を例示したが、上述の例は本発明の技術的
思想に基いて更に変形が可能である。

例えば、上述のスリット又は規制板の位置は基板近傍に
限ることはなく、一般に基板と蒸発源との間であれば他
の適切な位置を選択することができる。まだ、スリット
又は規制板の形状も種々変更してよい。

６　発明の効果 本発明は上述した如く、蒸発物質の付着領域とはぼ一致
するか若しくはその付着領域を包含する領域にイオン化
又は活性化修飾ガスが照射されるように規制手段を配し
ているので、基体上では形成される蒸着膜に対し場所的
にみて均−若しくは充分に修飾元素を導入することがで
き、膜特性を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は従来例を示すものであって、第１図は
蒸着装置の概略断面図、 第２図は基板に対する蒸発物質及びイオンの飛跡を示す
要部概略図、 第３図は得られた蒸着膜の断面図 である。 第４図〜第１１図は本発明の実施例を示すものであって
、 第４図は第１の実施例による蒸着装置の概略断面図、 第５図は基板に対する蒸発物質及びイオンの飛跡を示す
要部概略図、 第６図は得られた蒸着膜の断面図、 第７図はマグネトロン型直流イオン銃（ガス放電器）の
断面図、 第８図は第２の実施例による装置における第５図と同様
の要部概略図、 第９図は第５図の変形例による装置における第５図と同
様の要部概略図、 第１０図は更に他の実施例による装置における第５図と
同様の要部概略図、 第１１図は第１０図の例を発展させた実施例による装置
における同様の要部概略図 である。 なお、図面に示された符号において、 ４−−−−−−−−−−一被蒸着基板 ６−−−−−−−−−−バイアス電圧 ７−−−−−−−−−一蒸発源 ９−−−−−−−−−一修飾ガス １０−−−−−−−−−−蒸発物質 １１−−−−−−−−一修飾ガスイオン１２−−−−−
−−−−ａ−３ｉ二Ｈ膜１３−−−−−−−−−一水素
不足部分１８−−−−−−−−−−マグネトロン型直流
イオン銃２１．５１．６１−−−−−−スリット又は規
制板である。 第１図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 乙１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸発源と、修飾ガスをイオン化又は活性化して供給
   するガス放電部とが被蒸着基体に夫々対向して配され、
   前記蒸発源からの蒸発物質が前記被蒸着基体に付着する
   基体領域とほぼ一致するか若しくはその基体領域を包含
   する基体領域に、前記ガス放電部からのイオン化又は活
   性化された修飾ガスが照射されるべく、前記被蒸着基体
   と前記蒸発源との間に規制手段が設けられていることを
   性徴とする蒸着装置。 ２、　ガス放電部がマグネトロン型直流イオン銃によっ
   て構成されている、特許請求の範囲の第１項に記載した
   装置。 ３、被蒸着基体にバイアス電圧が印加されることに、よ
   って、ガス放電部からのイオン化された修飾ガスが被蒸
   着基体上に引きつけられるようになした、特許請求の範
   囲の第１項又は第２項に記載した装置。