JP3117663B2 - 多結晶シリコン薄膜の成膜方法 - Google Patents
多結晶シリコン薄膜の成膜方法Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば薄膜トラン
ジスタ等に用いられる多結晶シリコン薄膜の成膜方法に
関する。
ジスタ等に用いられる多結晶シリコン薄膜の成膜方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】多結晶シリコン薄膜は、一般に、移動度
が数10〜数100cm2 と高い値を示し、例えばディ
スプレイパネルの画素のスイッチング素子や、駆動回路
素子等として利用されている。
が数10〜数100cm2 と高い値を示し、例えばディ
スプレイパネルの画素のスイッチング素子や、駆動回路
素子等として利用されている。
【0003】このような多結晶シリコン薄膜を成膜する
方法として、従来、レーザアニール法や減圧CVD法等
が知られている。
方法として、従来、レーザアニール法や減圧CVD法等
が知られている。
【0004】レーザアニール法は、例えば、絶縁基板上
に非晶質シリコン膜を成膜し、600℃程度の温度でア
ニールすることにより、非晶質シリコン膜を固相成長さ
せて、配向性をもった多結晶シリコン薄膜を成膜する方
法である。
に非晶質シリコン膜を成膜し、600℃程度の温度でア
ニールすることにより、非晶質シリコン膜を固相成長さ
せて、配向性をもった多結晶シリコン薄膜を成膜する方
法である。
【0005】一方、減圧CVD法は、例えば基板温度を
550℃以上に保持した状態で、ヘリウムにより20%
に希釈したモノシランガス等を原料として1Torrの
圧力下でLPCVD膜を堆積させ、次にN2 の雰囲気中
で600℃の温度で熱処理を行うことで配向性をもった
多結晶シリコン薄膜を成膜する方法である。
550℃以上に保持した状態で、ヘリウムにより20%
に希釈したモノシランガス等を原料として1Torrの
圧力下でLPCVD膜を堆積させ、次にN2 の雰囲気中
で600℃の温度で熱処理を行うことで配向性をもった
多結晶シリコン薄膜を成膜する方法である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
なレーザアニール法や減圧CVD法等の従来の多結晶シ
リコン薄膜の成膜方法では、基板の表面温度を550℃
ないしは600℃程度と相当に高くしなければエピタキ
シャル成長させることができないため、全ての材質の基
板、例えば通常のガラス基板(最高で600℃前後まで
しか加熱できないという制約がある)に対して配向性を
もった多結晶シリコン薄膜を成膜しにくい、あるいは成
膜することができないという問題があった。
なレーザアニール法や減圧CVD法等の従来の多結晶シ
リコン薄膜の成膜方法では、基板の表面温度を550℃
ないしは600℃程度と相当に高くしなければエピタキ
シャル成長させることができないため、全ての材質の基
板、例えば通常のガラス基板(最高で600℃前後まで
しか加熱できないという制約がある)に対して配向性を
もった多結晶シリコン薄膜を成膜しにくい、あるいは成
膜することができないという問題があった。
【0007】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
もので、従来の方法に比して低温の条件下で、電気的特
性に優れ、移動度の高い多結晶シリコン薄膜を成膜する
ことができ、もって通常のガラス基板等の表面にも良質
な多結晶シリコン薄膜を成膜することのできる方法の提
供を目的としている。
もので、従来の方法に比して低温の条件下で、電気的特
性に優れ、移動度の高い多結晶シリコン薄膜を成膜する
ことができ、もって通常のガラス基板等の表面にも良質
な多結晶シリコン薄膜を成膜することのできる方法の提
供を目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の多結晶シリコン薄膜の成膜方法は、スパッ
タ法を用いて基板表面に多結晶シリコン薄膜を成膜する
方法において、シリコンのスパッタ蒸着工程に先立ち、
多結晶シリコン膜を成膜すべき基板表面にあらかじめバ
ッファ層を形成しておき、スパッタ蒸着工程では、ター
ゲット電極に電圧を印加してターゲットの近傍にプラズ
マを発生させてスパッタを行う工程と、バッファ層の表
面近傍にターゲット電極以外の電極からのマイクロ波放
電によるエネルギを加える工程を交互または同時に繰り
返すことで、上記バッファ層の配向に沿った配向を有す
る多結晶シリコン薄膜を成膜することによって特徴づけ
られる(請求項1)。
め、本発明の多結晶シリコン薄膜の成膜方法は、スパッ
タ法を用いて基板表面に多結晶シリコン薄膜を成膜する
方法において、シリコンのスパッタ蒸着工程に先立ち、
多結晶シリコン膜を成膜すべき基板表面にあらかじめバ
ッファ層を形成しておき、スパッタ蒸着工程では、ター
ゲット電極に電圧を印加してターゲットの近傍にプラズ
マを発生させてスパッタを行う工程と、バッファ層の表
面近傍にターゲット電極以外の電極からのマイクロ波放
電によるエネルギを加える工程を交互または同時に繰り
返すことで、上記バッファ層の配向に沿った配向を有す
る多結晶シリコン薄膜を成膜することによって特徴づけ
られる(請求項1)。
【0009】ここで、本発明においては、上記スパッタ
蒸着工程における基板温度を350℃以上500℃以下
とすることが望ましい(請求項2)。
蒸着工程における基板温度を350℃以上500℃以下
とすることが望ましい(請求項2)。
【0010】本発明において用いられるバッファ層の材
質としては、300℃程度で多結晶膜が得られる材質、
例えばZnS,Ni,AlN,Mo等、とすることが好
ましい。
質としては、300℃程度で多結晶膜が得られる材質、
例えばZnS,Ni,AlN,Mo等、とすることが好
ましい。
【0011】本発明の成膜方法において、ターゲット電
極以外の電極(以下、アシスト電極と称する)からのエ
ネルギは、スパッタ粒子の反応性を高める役割を果た
し、スパッタ粒子がバッファ層に付着してから安定する
までの間、その反応性を高めることができる。これによ
り、従来の成膜方法に比してより低温の条件下で、バッ
ファ層の配向に沿った配向をもち、かつ、移動度の高い
多結晶シリコン薄膜の成長が可能となる。
極以外の電極(以下、アシスト電極と称する)からのエ
ネルギは、スパッタ粒子の反応性を高める役割を果た
し、スパッタ粒子がバッファ層に付着してから安定する
までの間、その反応性を高めることができる。これによ
り、従来の成膜方法に比してより低温の条件下で、バッ
ファ層の配向に沿った配向をもち、かつ、移動度の高い
多結晶シリコン薄膜の成長が可能となる。
【0012】本発明の成膜方法によれば、ターゲット電
極に高周波等の電圧を印加してターゲットの近傍にプラ
ズマを発生させてスパッタを行った後に、バッファ層の
表面近傍にアシスト電極からのマイクロ波放電によるエ
ネルギを加えるという工程を繰り返して行うか、あるい
はターゲット電極への電圧印加と同時にアシスト電極か
らのマイクロ波放電によるエネルギをバッファ層の表面
近傍に加えるという工程を繰り返して行うので、シリコ
ン原子等のスパッタ粒子が基板上のバッファ層に付着し
た後、次のスパッタ粒子が到来するまでの間、バッファ
層への付着粒子の反応性を高めることを繰り返し行うこ
とが可能となり、従来に比して低温でバッファ層の配向
に沿った配向で、移動度の高い多結晶シリコン薄膜を成
膜することができる。
極に高周波等の電圧を印加してターゲットの近傍にプラ
ズマを発生させてスパッタを行った後に、バッファ層の
表面近傍にアシスト電極からのマイクロ波放電によるエ
ネルギを加えるという工程を繰り返して行うか、あるい
はターゲット電極への電圧印加と同時にアシスト電極か
らのマイクロ波放電によるエネルギをバッファ層の表面
近傍に加えるという工程を繰り返して行うので、シリコ
ン原子等のスパッタ粒子が基板上のバッファ層に付着し
た後、次のスパッタ粒子が到来するまでの間、バッファ
層への付着粒子の反応性を高めることを繰り返し行うこ
とが可能となり、従来に比して低温でバッファ層の配向
に沿った配向で、移動度の高い多結晶シリコン薄膜を成
膜することができる。
【0013】すなわち、ターゲット電極以外の電極(ア
シスト電極)からのエネルギを結晶成長面に供給するこ
とで、低温でエピタキシャル成長が可能となり、かつ、
成長の速度を高めることができる。
シスト電極)からのエネルギを結晶成長面に供給するこ
とで、低温でエピタキシャル成長が可能となり、かつ、
成長の速度を高めることができる。
【0014】このように低温でのエピタキシャル成長が
可能である本発明方法において、請求項2に記載のよう
にスパッタリング工程における基板温度を、350℃以
上500℃以下の温度範囲とすることにより、上記した
ような良質な多結晶シリコン薄膜が得られることが確認
されている。
可能である本発明方法において、請求項2に記載のよう
にスパッタリング工程における基板温度を、350℃以
上500℃以下の温度範囲とすることにより、上記した
ような良質な多結晶シリコン薄膜が得られることが確認
されている。
【0015】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施の形態におい
て用いられるスパッタ装置の構成を示す模式的断面図で
ある。
て用いられるスパッタ装置の構成を示す模式的断面図で
ある。
【0016】この図1のスパッタ装置は、補助的にマイ
クロ波プラズマを真空処理室1内に導入する方式を採用
した構成となっている。
クロ波プラズマを真空処理室1内に導入する方式を採用
した構成となっている。
【0017】真空処理室1内には、シリコンからなるス
パッタ用2極間ターゲット2がその片面を真空処理室1
内に露出させた状態で、その反対側の面がターゲット電
極3に密着した状態で配置されている。このターゲット
電極3には、インピーダンス整合のためのマッチングボ
ックス4を介してRF電源5に接続されている。
パッタ用2極間ターゲット2がその片面を真空処理室1
内に露出させた状態で、その反対側の面がターゲット電
極3に密着した状態で配置されている。このターゲット
電極3には、インピーダンス整合のためのマッチングボ
ックス4を介してRF電源5に接続されている。
【0018】真空処理室1内には、また、2極間ターゲ
ット2に対向するように基板支持台6が配置されてお
り、多結晶シリコン薄膜を形成すべきガラス基板7がそ
の基板支持台6に取り付けらる。なお、このガラス基板
7には、多結晶シリコン薄膜を形成すべき表面に、後述
するようにあらかじめバッファ層7aが形成される。
ット2に対向するように基板支持台6が配置されてお
り、多結晶シリコン薄膜を形成すべきガラス基板7がそ
の基板支持台6に取り付けらる。なお、このガラス基板
7には、多結晶シリコン薄膜を形成すべき表面に、後述
するようにあらかじめバッファ層7aが形成される。
【0019】真空処理室1の外側には、2極間ターゲッ
ト2隣接するように、かつ、ターゲット2の内側から外
側に向けてN極,S極が隣り合うように交互に同心状に
永久磁石8が配置されている。この永久磁石8により、
図1に破線で示すような磁場が真空処理室1内に形成さ
れるようになっている。
ト2隣接するように、かつ、ターゲット2の内側から外
側に向けてN極,S極が隣り合うように交互に同心状に
永久磁石8が配置されている。この永久磁石8により、
図1に破線で示すような磁場が真空処理室1内に形成さ
れるようになっている。
【0020】2極間ターゲット2の略中央部には、同軸
管9が真空処理室1内に向けて開口しており、この同軸
管9はマグネトロン(図示せず)に連通して、マイクロ
波プラズマを真空処理室1内に導入するように構成され
ている。なお、9aは同軸管9に設けられたプラズマ放
電用のアンテナであり、ターゲット表面より1/4λだ
け突起している。
管9が真空処理室1内に向けて開口しており、この同軸
管9はマグネトロン(図示せず)に連通して、マイクロ
波プラズマを真空処理室1内に導入するように構成され
ている。なお、9aは同軸管9に設けられたプラズマ放
電用のアンテナであり、ターゲット表面より1/4λだ
け突起している。
【0021】そして、同軸管9の真空処理室1に向けて
の開口部分の周辺にはアシスト電極10が設けられてお
り、このアシスト電極10は、同軸管9を通じてマグネ
トロンに接続されて、2.45GHzのマイクロ波放電
によるエネルギを基板支持台6に装着されているガラス
基板7の表面近傍に加え得るようになっている。
の開口部分の周辺にはアシスト電極10が設けられてお
り、このアシスト電極10は、同軸管9を通じてマグネ
トロンに接続されて、2.45GHzのマイクロ波放電
によるエネルギを基板支持台6に装着されているガラス
基板7の表面近傍に加え得るようになっている。
【0022】次に、以上のスパッタ装置を用いて、ガラ
ス基板7の表面に多結晶シリコン薄膜を形成する具体的
方法について述べる。
ス基板7の表面に多結晶シリコン薄膜を形成する具体的
方法について述べる。
【0023】ガラス基板7を真空処理室1の基板支持台
6に装着する前に、そのガラス基板7の多結晶シリコン
膜膜を形成すべき表面に、例えばZnS,Ni,AlN
あるいはMo等、300℃程度で多結晶膜が形成される
材料を用いたバッファ層7aを形成しておく。
6に装着する前に、そのガラス基板7の多結晶シリコン
膜膜を形成すべき表面に、例えばZnS,Ni,AlN
あるいはMo等、300℃程度で多結晶膜が形成される
材料を用いたバッファ層7aを形成しておく。
【0024】このようなバッファ層7aを形成したガラ
ス基板7を真空処理室1内の基板支持台6に装着した
後、真空処理室1内を真空排気したうえで、アルゴンガ
ス等のスパッタガスを供給管(図示せず)を介して真空
処理室1内に導入するとともに、ガラス基板7の表面温
度を350〜500℃程度に加熱する。
ス基板7を真空処理室1内の基板支持台6に装着した
後、真空処理室1内を真空排気したうえで、アルゴンガ
ス等のスパッタガスを供給管(図示せず)を介して真空
処理室1内に導入するとともに、ガラス基板7の表面温
度を350〜500℃程度に加熱する。
【0025】次に、図2にターゲット電極3への印加電
圧とアシスト電極10への印加電圧波形のタイムチャー
トを示すように、ターゲット電極3にRF電源から高周
波電圧を印加して2極間ターゲット2の面近傍にプラズ
マを発生させる工程と、アシスト電極10に2.45G
Hzのマイクロ波を印加する工程を交互に繰り返す。
圧とアシスト電極10への印加電圧波形のタイムチャー
トを示すように、ターゲット電極3にRF電源から高周
波電圧を印加して2極間ターゲット2の面近傍にプラズ
マを発生させる工程と、アシスト電極10に2.45G
Hzのマイクロ波を印加する工程を交互に繰り返す。
【0026】各電極への電圧印加周期は、例えば、ター
ゲット電極3に対しては10〜100μs、アシスト電
極10に対しては50〜200μs程度とする。
ゲット電極3に対しては10〜100μs、アシスト電
極10に対しては50〜200μs程度とする。
【0027】以上の動作において、ターゲット電極3へ
の高周波電圧の印加により、2極間ターゲット2の表面
近傍にプラズマが発生するが、このとき、陰極から出た
電子は永久磁石8の磁場によってサイクロトロン運動
し、プラズマ中の気体分子と高確率で衝突して多数のイ
オンを作りだし、効率よく2極間ターゲット2をスパッ
タリングし、図3(A)に模式的に示すように、シリコ
ン原子はじめとするスパッタ粒子Pはガラス基板7のバ
ッファ層7aに付着する。
の高周波電圧の印加により、2極間ターゲット2の表面
近傍にプラズマが発生するが、このとき、陰極から出た
電子は永久磁石8の磁場によってサイクロトロン運動
し、プラズマ中の気体分子と高確率で衝突して多数のイ
オンを作りだし、効率よく2極間ターゲット2をスパッ
タリングし、図3(A)に模式的に示すように、シリコ
ン原子はじめとするスパッタ粒子Pはガラス基板7のバ
ッファ層7aに付着する。
【0028】この状態で、次のスパッタまでの間にアシ
スト電極10からのエネルギがガラス基板7のバッファ
層7aの近傍に加わることにより、図3(B)に示すよ
うに、バッファ層7aに付着したスパッタ粒子Pはこの
バッファ層7aの配向に沿って移動して安定する。その
後、以上のようなスパッタとアシスト電極10からのエ
ネルギの印加を繰り返すことにより、図3(C),
(D)に示すように、下地のバッファ層7aの配向(1
11,110)に沿った形で多結晶シリコン薄膜Fが形
成されていく。すなわち、350〜500℃の低温の条
件下であっても、アシスト電極10からのエネルギの作
用によってシリコンがバッファ層7a上にエピタキシャ
ル成長することが可能となり、また、その成長速度を高
くすることができる。
スト電極10からのエネルギがガラス基板7のバッファ
層7aの近傍に加わることにより、図3(B)に示すよ
うに、バッファ層7aに付着したスパッタ粒子Pはこの
バッファ層7aの配向に沿って移動して安定する。その
後、以上のようなスパッタとアシスト電極10からのエ
ネルギの印加を繰り返すことにより、図3(C),
(D)に示すように、下地のバッファ層7aの配向(1
11,110)に沿った形で多結晶シリコン薄膜Fが形
成されていく。すなわち、350〜500℃の低温の条
件下であっても、アシスト電極10からのエネルギの作
用によってシリコンがバッファ層7a上にエピタキシャ
ル成長することが可能となり、また、その成長速度を高
くすることができる。
【0029】なお、以上の実施の形態では、ターゲット
電極3に対して高周波電圧を印加して2極間ターゲット
2の表面近傍にプラズマを発生させてスパッタした後
に、アシスト電極10からの2.45GHzのマイクロ
波放電を行ってガラス基板7の表面近傍にエネルギを加
えるという動作を交互に繰り返した例を述べたが、図4
に各電極への印加電圧波形のタイムチャートを例示する
ように、ターゲット電極3への高周波電圧印加と、アシ
スト電極10からのエネルギの印加とを同時に行うこと
も可能である。
電極3に対して高周波電圧を印加して2極間ターゲット
2の表面近傍にプラズマを発生させてスパッタした後
に、アシスト電極10からの2.45GHzのマイクロ
波放電を行ってガラス基板7の表面近傍にエネルギを加
えるという動作を交互に繰り返した例を述べたが、図4
に各電極への印加電圧波形のタイムチャートを例示する
ように、ターゲット電極3への高周波電圧印加と、アシ
スト電極10からのエネルギの印加とを同時に行うこと
も可能である。
【0030】また、以上の実施の形態においては、ター
ゲット電極3にRF電源5から高周波電圧を印加たが、
これを直流電圧とすることも可能であることは勿論であ
り、要は目的に応じた膜質を得るのに最適な電圧を印加
すればよい。
ゲット電極3にRF電源5から高周波電圧を印加たが、
これを直流電圧とすることも可能であることは勿論であ
り、要は目的に応じた膜質を得るのに最適な電圧を印加
すればよい。
【0031】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、シリコ
ンのスパッタ蒸着工程において、ターゲット電極に電圧
を印加してターゲットの近傍にプラズマを発生させてス
パッタを行う工程と、基板表面に前もって形成しておい
たバッファ層の表面近傍にターゲット電極以外の電極か
らのマイクロ波放電によるエネルギを加える工程を交互
または同時に繰り返して行うことで、シリコン原子をは
じめとするスパッタ粒子の反応性を高め、その粒子がバ
ッファ層の配向に沿って移動することを助長し、350
〜500℃程度の従来に比してより低温の条件下でシリ
コンの実用的なエピタキシャル成長を可能とすることが
できた。その結果、基板温度が350〜500℃程度の
低温であっても、バッファ層の配向に沿い、かつ、移動
度の優れた多結晶シリコン薄膜を成膜することが可能と
なり、550〜600℃以下程度に加熱が制限されるガ
ラス基板等にも、容易に良質な多結晶シリコン薄膜を成
膜することができるようになった。
ンのスパッタ蒸着工程において、ターゲット電極に電圧
を印加してターゲットの近傍にプラズマを発生させてス
パッタを行う工程と、基板表面に前もって形成しておい
たバッファ層の表面近傍にターゲット電極以外の電極か
らのマイクロ波放電によるエネルギを加える工程を交互
または同時に繰り返して行うことで、シリコン原子をは
じめとするスパッタ粒子の反応性を高め、その粒子がバ
ッファ層の配向に沿って移動することを助長し、350
〜500℃程度の従来に比してより低温の条件下でシリ
コンの実用的なエピタキシャル成長を可能とすることが
できた。その結果、基板温度が350〜500℃程度の
低温であっても、バッファ層の配向に沿い、かつ、移動
度の優れた多結晶シリコン薄膜を成膜することが可能と
なり、550〜600℃以下程度に加熱が制限されるガ
ラス基板等にも、容易に良質な多結晶シリコン薄膜を成
膜することができるようになった。
【図1】本発明の実施の形態において用いたスパッタ装
置の構成を示す模式的断面図
置の構成を示す模式的断面図
【図2】本発明の実施の形態におけるターゲット電極3
への印加電圧波形とアシスト電極10への印加電圧波形
を示すタイムチャート
への印加電圧波形とアシスト電極10への印加電圧波形
を示すタイムチャート
【図3】本発明の実施の形態におけるスパッタ粒子Pの
挙動の説明図
挙動の説明図
【図4】本発明の他の実施の形態におけるターゲット電
極3への印加電圧波形とアシスト電極10への印加電圧
波形を示すタイムチャート
極3への印加電圧波形とアシスト電極10への印加電圧
波形を示すタイムチャート
1 真空処理室 2 2極間ターゲット 3 ターゲット電極 5 RF電源 6 基板支持台 7 ガラス基板 7a バッファ層 8 永久磁石 9 同軸管 10 アシスト電極 P スパッタ粒子 F 多結晶シリコン薄膜
Claims (2)
- 【請求項1】 スパッタ法を用いて基板表面に多結晶シ
リコン薄膜を成膜する方法において、シリコンのスパッ
タ蒸着工程に先立ち、多結晶シリコン膜を成膜すべき基
板表面にあらかじめバッファ層を形成しておき、スパッ
タ蒸着工程では、ターゲット電極に電圧を印加してター
ゲットの近傍にプラズマを発生させてスパッタを行う工
程と、バッファ層の表面近傍にターゲット電極以外の電
極からのマイクロ波放電によるエネルギを加える工程を
交互または同時に繰り返すことで、上記バッファ層の配
向に沿った配向を有する多結晶シリコン膜を成膜するこ
とを特徴とする多結晶シリコン薄膜の成膜方法。 - 【請求項2】 上記スパッタ蒸着工程における基板温度
を350℃以上500℃以下とすることを特徴とする、
請求項1に記載の多結晶シリコン薄膜の成膜方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09214258A JP3117663B2 (ja) | 1997-08-08 | 1997-08-08 | 多結晶シリコン薄膜の成膜方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09214258A JP3117663B2 (ja) | 1997-08-08 | 1997-08-08 | 多結晶シリコン薄膜の成膜方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1154432A JPH1154432A (ja) | 1999-02-26 |
| JP3117663B2 true JP3117663B2 (ja) | 2000-12-18 |
Family
ID=16652780
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09214258A Expired - Fee Related JP3117663B2 (ja) | 1997-08-08 | 1997-08-08 | 多結晶シリコン薄膜の成膜方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3117663B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4529855B2 (ja) | 2005-09-26 | 2010-08-25 | 日新電機株式会社 | シリコン物体形成方法及び装置 |
| JP4434115B2 (ja) | 2005-09-26 | 2010-03-17 | 日新電機株式会社 | 結晶性シリコン薄膜の形成方法及び装置 |
| CN102002668B (zh) * | 2010-09-28 | 2012-11-28 | 大连理工大学 | 多晶硅薄膜低温物理气相沉积装置及其方法 |
-
1997
- 1997-08-08 JP JP09214258A patent/JP3117663B2/ja not_active Expired - Fee Related
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