JPH02213481A - Thin film forming device - Google Patents

Thin film forming device

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Publication number
JPH02213481A
JPH02213481A JP3384489A JP3384489A JPH02213481A JP H02213481 A JPH02213481 A JP H02213481A JP 3384489 A JP3384489 A JP 3384489A JP 3384489 A JP3384489 A JP 3384489A JP H02213481 A JPH02213481 A JP H02213481A
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JP
Japan
Prior art keywords
plasma
thin film
discharge electrode
hollow cathode
film forming
Prior art date
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Pending
Application number
JP3384489A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideki Kamachi
英樹 釜地
Makoto Araki
荒木 信
Atsushi Kodama
淳 児玉
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概  要〕 アモルファスシリコン系薄膜等の形成に使用される薄膜
形成装置に関し、 多種類の材料ガスを使用でき、しかも低圧下で良質の薄
膜を高速でかつ、材料ガスの利用を効率良く形成できる
ようにすることを目的とし、真空容器内に導入される材
料ガスを、所定の距離を介し対向する2つの壁面によっ
て挟まれた空間を有する高周波放電用放電電極を負電位
とし発生させたホローカソードプラズマと高周波プラズ
マによりプラズマ状として分解、活性化させ、これによ
り生成した活性種を利用して、前記真空容器内に配設し
た基体の表面に薄膜を形成する薄膜形成装置において、
前記空間の前記基体側の開口部の近くに、接地するかも
しくは正の電圧を印加した導体を設けた構成とする。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding a thin film forming apparatus used for forming amorphous silicon-based thin films, etc., it is possible to use a wide variety of material gases, and to form high-quality thin films at high speed under low pressure. The purpose is to efficiently form a discharge electrode for high-frequency discharge, which has a space sandwiched between two walls that face each other through a predetermined distance, to conduct the material gas introduced into the vacuum container. Thin film formation in which a thin film is formed on the surface of a substrate placed in the vacuum container by decomposing and activating it as a plasma using hollow cathode plasma and high frequency plasma generated as a potential, and using the active species generated thereby. In the device,
A conductor that is grounded or to which a positive voltage is applied is provided near the opening of the space on the base side.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明はアモルファスシリコン系薄膜等の形成に使用さ
れる薄膜形成装置に関する。
The present invention relates to a thin film forming apparatus used for forming amorphous silicon-based thin films and the like.

太陽電池、読取センサアレイ、感光ドラム等の光導電体
膜や表面保護膜に用いられるアモルファスシリコン(a
 −5i) 、  a−5i合金等の薄膜、電子デバイ
スの絶縁体薄膜に用いられる5t(h、 5fNx+S
iC,1等の薄膜、核融合炉壁のコーテイング膜に用い
られるボロン、炭素等の薄膜、高温半導体材料であるダ
イヤモンド、ボロンナイトライド(BN)。
Amorphous silicon (a
-5i), a-5i alloy thin films, 5t(h, 5fNx+S) used for insulator thin films of electronic devices
Thin films such as iC, 1, etc., thin films of boron and carbon used for coating films on the walls of nuclear fusion reactors, and high-temperature semiconductor materials such as diamond and boron nitride (BN).

ボロンカーバイド(BtC)、ボロン、シリコンカーバ
イド(SiC)やボロンフォスファイト(BP)等の薄
膜、電子デバイスに用いられるWSi薄膜、切削工具の
コーティングに用いられるTiN、 hC等の薄膜等は
、一般にプラズマCVD法により形成される。
Thin films such as boron carbide (BtC), boron, silicon carbide (SiC), and boron phosphite (BP), WSi thin films used in electronic devices, and thin films such as TiN and hC used for coating cutting tools are generally produced using plasma. It is formed by CVD method.

近年、これらの薄膜の有効性が確かめられ、−部実用化
が進むにつれて、生産性の向上、低コスト化を実現する
薄膜形成装置が望まれている。
In recent years, as the effectiveness of these thin films has been confirmed and their practical use progresses, a thin film forming apparatus that can improve productivity and reduce costs has been desired.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

この種の従来の薄膜形成装置を第4図に示す。 A conventional thin film forming apparatus of this type is shown in FIG.

本装置は、本田)頭が昭和63年5月6日付で出願した
特願昭63−109195号に開示されている高周波・
ホローカソードプラズマCVD装置で、以下RF−HC
プラズマCVD装置と略記する。
This device is a high-frequency
Hollow cathode plasma CVD equipment, below RF-HC
It is abbreviated as a plasma CVD device.

図中、1は真空容器、2は放電電極、3は接地電極、4
は高周波(RF)電源、5はマツチングボックス1.6
は材料ガス導入部、7は排気管、8は絶縁体、9は0リ
ング等の真空シール、10はプラズマによる分解、活性
化により生成された活性種である。放電電極2には、所
定の距離を介し対向する2つの壁面11a、llbの間
に形成されるホローカソード放電用の空間12が設けら
れ、これらの壁面112.11bを上方で接続する接続
面11cにはガス吹出口13が形成されている。
In the figure, 1 is a vacuum vessel, 2 is a discharge electrode, 3 is a ground electrode, and 4
is a high frequency (RF) power supply, 5 is a matching box 1.6
7 is a material gas introduction part, 7 is an exhaust pipe, 8 is an insulator, 9 is a vacuum seal such as an O-ring, and 10 is an active species generated by decomposition and activation by plasma. The discharge electrode 2 is provided with a hollow cathode discharge space 12 formed between two wall surfaces 11a and llb facing each other with a predetermined distance therebetween, and a connection surface 11c connecting these wall surfaces 112.11b above. A gas outlet 13 is formed in the.

14は空間12の下側の開口部である。15は導入ガス
の拡散室で、材料ガス導入部6から導入された材料ガス
を−たん拡散させるためのものであり、16は接地シー
ルドで、放電電極21の囲りの不要な部分におけるプラ
ズマの発生を防止するためのものである。
14 is an opening on the lower side of the space 12. 15 is an introduced gas diffusion chamber for temporarily diffusing the material gas introduced from the material gas introduction part 6; 16 is a grounding shield that prevents plasma from forming in unnecessary parts surrounding the discharge electrode 21; This is to prevent this from occurring.

基体100は、放電電極2に対向する接地電極3上にセ
ットされ、該基体100に対する成膜は次の手順で行わ
れる。
The base 100 is set on the ground electrode 3 facing the discharge electrode 2, and film formation on the base 100 is performed in the following procedure.

成膜に際しては、基体100を、図示しないヒータによ
り所定温度に加熱するとともに、真空容器l内に材料ガ
ス導入部6から材料ガスを導入し、RF電源4からマツ
チングボックス5を介し所望のRF電力を放電電極2に
供給する。導入された材料ガスは−たん拡散室工5に入
り、ここで拡散してガス吹出口13から空間12内に吹
き出す。
When forming a film, the substrate 100 is heated to a predetermined temperature by a heater (not shown), a material gas is introduced into the vacuum container l from the material gas introduction part 6, and a desired RF Power is supplied to the discharge electrode 2. The introduced material gas enters the sulfur diffusion chamber 5, where it is diffused and blown out from the gas outlet 13 into the space 12.

そして、ここで発生させた高密度のホローカソードプラ
ズマにより材料ガスは効率良く分解、活性化され、発生
した活性種10が基体100に吹き付けられて成膜が行
われる。さらに、ホローカソードプラズマにより分解さ
れなかった材料ガスはRFプラズマにより分解、活性化
され、これにより発生した活性種でも成膜が行われる。
Then, the material gas is efficiently decomposed and activated by the high-density hollow cathode plasma generated here, and the generated active species 10 are blown onto the substrate 100 to form a film. Further, the material gas that is not decomposed by the hollow cathode plasma is decomposed and activated by the RF plasma, and the active species generated thereby are also used to form a film.

このRF−HCプラズマCVD装置では、多分子粉体が
発生しにくい数十mTorrの低圧下においても薄膜を
高速で形成できる。このため、多分子粉体のクリーニン
グが不要で、多分子粉体による欠陥発生がない、また、
材料ガスの利用効率が高い。
This RF-HC plasma CVD apparatus can form a thin film at high speed even under a low pressure of several tens of mTorr, where polymolecular powder is difficult to generate. Therefore, there is no need to clean the multi-molecular powder, and there is no defect caused by the multi-molecular powder.
High material gas usage efficiency.

このRF−HCプラズマCVD装置におけるプラズマ発
生原理を詳細に説明すると次の通りである。
The principle of plasma generation in this RF-HC plasma CVD apparatus will be explained in detail as follows.

RF−HCプラズマCVD装置では、プラズマ発生時の
自己バイアスによって、放電電極2を大半の時間負電位
としている。ホローカソード放電は、この負電位の放電
電極2に設けた適当な間隔を有する壁面11a、llb
と正の電位のプラズマバルクを利用して発生させられる
。換言すれば、放電電極近傍にできた電界によって陽イ
オンを放電電極表面に衝突させることにより2次電子を
放出させ、この電子を電界でガス分解に必要な速度に加
速する。この加速さた電子によって材料ガスが最も効率
良く分解される空間ができる。対向する壁面に対してそ
れぞれ形成される上記分解効率の高い空間が一つとなる
ように対向する壁面11a、llbの間隔が選ばれてい
るとき、高密度のプラズマであるホローカソードプラズ
マが形成される。また、対向する壁面の負電位が作る電
界により、電子が対向する壁面間を往復することによる
分解効率の向上も考えられる。従って、RF−HCプラ
ズマCVD法では、放電電極近くに形成される電界、す
なわち空間電位勾配が非常に重要となっている。この空
間電位勾配は、放電電極と接地電極との間のプラズマ密
度(電子密度)に依存することが知られており、プラズ
マ密度が小さいと空間電位勾配(電界)は小さくなる。
In the RF-HC plasma CVD apparatus, the discharge electrode 2 is kept at a negative potential most of the time due to self-bias during plasma generation. Hollow cathode discharge is performed by wall surfaces 11a and llb provided at an appropriate interval on the negative potential discharge electrode 2.
It is generated using a plasma bulk with a positive potential. In other words, an electric field created near the discharge electrode causes cations to collide with the surface of the discharge electrode to emit secondary electrons, and the electric field accelerates these electrons to a speed necessary for gas decomposition. These accelerated electrons create a space in which the material gas is most efficiently decomposed. When the spacing between the opposing wall surfaces 11a and llb is selected so that the spaces with high decomposition efficiency formed with respect to the opposing wall surfaces become one, a hollow cathode plasma that is a high-density plasma is formed. . It is also conceivable that the decomposition efficiency may be improved by causing electrons to reciprocate between the opposing wall surfaces due to the electric field created by the negative potential of the opposing wall surfaces. Therefore, in the RF-HC plasma CVD method, the electric field formed near the discharge electrode, that is, the spatial potential gradient, is very important. It is known that this spatial potential gradient depends on the plasma density (electron density) between the discharge electrode and the ground electrode, and when the plasma density is low, the spatial potential gradient (electric field) becomes small.

このため、放電電極に設けた壁面113.11bにより
形成される狭い間隔の空間12に強いホローカソードプ
ラズマを発生させるためには、空間電位勾配を大きくし
なければならない。すなわち、放電電極と接地電極との
間に発生させるRFプラズマをある程度高密度としなけ
ればならない。
Therefore, in order to generate strong hollow cathode plasma in the narrow space 12 formed by the wall surfaces 113.11b provided on the discharge electrode, the space potential gradient must be increased. That is, the RF plasma generated between the discharge electrode and the ground electrode must have a certain degree of high density.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところが、ガスの種類、圧力、または装置構成によって
は、放電電極と接地電極との間のプラズマは低密度とな
ってしまう。
However, depending on the type of gas, pressure, or device configuration, the plasma between the discharge electrode and the ground electrode may have a low density.

従って、従来のRF−HCプラズマCVD装置では、ガ
スの種類、圧力、装置構成によっては、放電電極近傍に
十分な電界(電位勾配)が得られず、ホローカソードプ
ラズマが不安定となったり、密度が非常に小さくなって
しまうことがあった。
Therefore, in conventional RF-HC plasma CVD equipment, depending on the type of gas, pressure, and equipment configuration, a sufficient electric field (potential gradient) cannot be obtained near the discharge electrode, resulting in unstable hollow cathode plasma and sometimes became very small.

また、同時に発生させているRFプラズマも、ホローカ
ソードプラズマからの電子供給が少なくなり、プラズマ
密度が小さくなっていた。
Furthermore, the RF plasma generated at the same time had a reduced plasma density due to a decrease in the supply of electrons from the hollow cathode plasma.

その結果、ガスの種類、圧力、装置構成によっては、薄
膜の形成速度が遅く、かつ材料ガスの利用効率が悪くな
ったり、成膜速度や膜特性のばらつきが大きくなるとい
った問題を生じていた。
As a result, depending on the type of gas, pressure, and device configuration, there have been problems such as slow formation of thin films, poor utilization efficiency of material gas, and large variations in film formation speed and film properties.

本発明は、多種類のガスを使用でき、しかも低圧下で良
質の薄膜を高速でかつ材料ガスの利用効率良く形成する
ことのできる薄膜形成装置を提供することを目的として
いる。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a thin film forming apparatus that can use a wide variety of gases, and can form high-quality thin films at high speed and with efficient use of material gases under low pressure.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

第1図は本発明の原理説明図で、図中、21は導体であ
る。本図は第4図の薄膜形成装置に本発明を適用したも
のを例示しており、第4図と同様の部材には同じ符号を
付している。
FIG. 1 is a diagram explaining the principle of the present invention, and in the figure, 21 is a conductor. This figure illustrates an example in which the present invention is applied to the thin film forming apparatus shown in FIG. 4, and the same members as in FIG. 4 are given the same reference numerals.

導体21は、空間12の基体100側の開口部14の近
くに設けられ、接地されるかもしくは正電圧を印加され
ている(V≧0)。
The conductor 21 is provided near the opening 14 on the base 100 side of the space 12, and is grounded or applied with a positive voltage (V≧0).

〔作  用〕[For production]

本装置による成膜は、第4図に関連して説明したのと同
一の手順により行われるが、本発明では、接地するかも
しくは正の電圧を印加した導体21が開口部14の近く
に設けられているため、放電電極2と接地電極3の間の
プラズマ密度が小さく、第2図ta)に示すように放電
電極2付近での空間電位勾配が小さくなるガス、圧力、
装置構成の条件においても、ホローカソードプラズマを
発生させる対向壁面11a、11b付近での空間電位勾
配を大きくすることができる。従って、放電電極2と接
地電極3との間のプラズマ密度が小さ(なりやすい条件
においても、導体21を設けたことによる大きい電位勾
配が、対向壁面11a、llbからのイオン衝撃による
2次電子放出、2次電子の加速、壁面11a、llb間
の電子の往復運動を可能とする。その結果、プラズマ密
度が向上して空間電荷密度が木きくなることにより、さ
らに空間電位勾配が第2図(blに示すように急となる
ため、より低い圧力でより多くの構成の装置を用いて薄
膜を高速で形成することが可能となる。このとき、同時
に、ホローカソードプラズマからの電子により、放電電
極2と接地電極3との間のRFプラズマも高密度となる
。
Film formation by this apparatus is performed by the same procedure as explained in connection with FIG. Because of this, the plasma density between the discharge electrode 2 and the ground electrode 3 is small, and the spatial potential gradient near the discharge electrode 2 is small, as shown in Figure 2 (ta).
Also under the conditions of the device configuration, it is possible to increase the spatial potential gradient near the opposing wall surfaces 11a and 11b that generate hollow cathode plasma. Therefore, even under conditions where the plasma density between the discharge electrode 2 and the ground electrode 3 is small (which is likely to occur), a large potential gradient due to the provision of the conductor 21 causes secondary electron emission due to ion bombardment from the opposing wall surfaces 11a and llb. , which enables the acceleration of secondary electrons and the reciprocating movement of electrons between the wall surfaces 11a and 11b.As a result, the plasma density improves and the space charge density decreases, further increasing the space potential gradient as shown in Figure 2 ( As shown in bl, it becomes possible to form thin films at high speed using devices with more configurations at lower pressure.At the same time, electrons from the hollow cathode plasma The RF plasma between the ground electrode 2 and the ground electrode 3 also has a high density.

〔実施例〕〔Example〕

以下、第3図に関連して本発明の詳細な説明する。 The invention will now be described in detail with reference to FIG.

第3図は本例の薄膜形成装置の構造概要説明図(第3図
(a)は横断面図、第3図(b)は縦断面図)で、図中
、31は真空容器1内に設けられた放電電極、32は放
電電極31と同心に配置された円筒型接地電極である。
FIG. 3 is a schematic explanatory diagram of the structure of the thin film forming apparatus of this example (FIG. 3(a) is a cross-sectional view, and FIG. 3(b) is a longitudinal sectional view). The provided discharge electrode 32 is a cylindrical ground electrode arranged concentrically with the discharge electrode 31 .

なお、第1図と同様の部材には同じ符号を付している。Note that the same members as in FIG. 1 are given the same reference numerals.

本実施例では、円筒型接地電極32に固定した基体10
0への薄膜形成を可能とするものを示しており、接地電
極32は、固定部材33.と固定部材33!との間に保
持されている。これらの固定部材33..33gは、接
地電極32の軸方向全体・に渡すプラズマが均一となる
ように、接地電極32と同じ直径、同じ材料(アルミニ
ウム)としである。さらに、固定部材33.には図示し
ないモータが接続され、成膜時に基体100上に堆積す
る薄膜の膜厚、膜質が円周方向で均一となるように接地
電極32を回転できるようにしである。
In this embodiment, a base 10 fixed to a cylindrical ground electrode 32 is used.
The ground electrode 32 is connected to the fixing member 33. And fixed member 33! is held between. These fixing members 33. .. 33g has the same diameter and the same material (aluminum) as the ground electrode 32 so that the plasma is distributed uniformly throughout the entire axial direction of the ground electrode 32. Furthermore, the fixing member 33. A motor (not shown) is connected to the ground electrode 32 so that the ground electrode 32 can be rotated so that the thickness and quality of the thin film deposited on the substrate 100 during film formation are uniform in the circumferential direction.

放電電極31は、対向壁面112.11bにより形成さ
れる4つの空間12を備えている。このホローカソード
プラズマ発生用の空間12は、幅を8鶴、深さを30m
m、長さを400Mとした。
The discharge electrode 31 includes four spaces 12 formed by opposing wall surfaces 112.11b. This space 12 for generating hollow cathode plasma has a width of 8 m and a depth of 30 m.
m, and the length was 400M.

放電電極31の上面、下面には接地シールド34が設け
られるとともに、該放電電極31と真空容器1の側壁と
の間隔は2〜3mlに保たれ、これによって、これらの
部分でのプラズマ発生を防止している。また、放電電極
31は、絶縁体8によって接地シールド34.真空容器
1から絶縁されている。さらに、放電電極31の接地電
極32例の面は、一部がシールド板35で覆われており
、放電電極31の自己バイアス電圧が負となるように放
電面積が調整されている。
A ground shield 34 is provided on the upper and lower surfaces of the discharge electrode 31, and the distance between the discharge electrode 31 and the side wall of the vacuum vessel 1 is maintained at 2 to 3 ml, thereby preventing plasma generation in these parts. are doing. Further, the discharge electrode 31 is connected to a ground shield 34 by an insulator 8. It is insulated from the vacuum container 1. Further, the surface of the ground electrode 32 of the discharge electrode 31 is partially covered with a shield plate 35, and the discharge area is adjusted so that the self-bias voltage of the discharge electrode 31 is negative.

本発明の特徴である導体21は、4つのホローカソード
放電発生用の空間12の開口部14付近の壁面11bの
延長上に設けられている。
The conductor 21, which is a feature of the present invention, is provided on an extension of the wall surface 11b near the opening 14 of the four hollow cathode discharge generation spaces 12.

この装置による薄膜の形成手順は次の通りである。The procedure for forming a thin film using this apparatus is as follows.

まず始めに、基体100を接地電極32にステンレス製
マスク36で固定し、モータにより接地電極32を回転
させる。一方、真空容器1内を排気管7から、図示しな
いロータリーポンプと広域ターボ分子ポンプにより、排
気バルブ37を全開にして10−’Torr以下に真空
排気する。次に、接地電極32の内側に配置したヒータ
38によって、基体100を所定の温度に加熱する。こ
のとき、目的に応じて、ガス雰囲気中や処理ガスプラズ
マ中で加熱を行う、基体100の温度が目的値で一定と
なったら、雰囲気ガスやプラズマ処理ガスを真空排気し
た後、材料ガス導入部6から真空容器1内に材料ガスを
流量制御しながら導入する。材料ガスは、材料ガス導入
部6から−たん拡散室15内に入り、ここで拡散して4
つのホローカソード放電発生用の空間に設けられたガス
吹出口13からそれぞれほぼ等量ずつ空間12内に吹き
出す。ここで、排気バルブ37の開閉状態を調整し、真
空容器1内を目的とする圧力に設定する。
First, the base 100 is fixed to the ground electrode 32 with a stainless steel mask 36, and the ground electrode 32 is rotated by a motor. On the other hand, the inside of the vacuum container 1 is evacuated from the exhaust pipe 7 to 10-' Torr or less by fully opening the exhaust valve 37 using a rotary pump and a wide-area turbo molecular pump (not shown). Next, the base 100 is heated to a predetermined temperature by the heater 38 placed inside the ground electrode 32. At this time, heating is performed in a gas atmosphere or processing gas plasma depending on the purpose. When the temperature of the substrate 100 becomes constant at the target value, the atmospheric gas and plasma processing gas are evacuated, and then the material gas introduction section is heated. 6, a material gas is introduced into the vacuum container 1 while controlling its flow rate. The material gas enters the -tan diffusion chamber 15 from the material gas introduction part 6, and is diffused here to form 4
Almost equal amounts of gas are blown into the space 12 from the gas blow-off ports 13 provided in the two hollow cathode discharge generation spaces. Here, the opening/closing state of the exhaust valve 37 is adjusted to set the pressure inside the vacuum container 1 to a desired level.

これに続き、RF電源4のスイッチを入れ、所定の電力
を放電電極31に供給してプラズマを発生させる。この
とき、ブロッキングコンデンサ内蔵のマツチングボック
ス5は、あらかじめプラズマ発生時に反射波が小さくな
るように可変コンデンサを調整しておき、プラズマ発生
に伴い圧力やRF電力が変化したりRF電源4への反射
波が増大した場合はそれぞれ再調整して所望値が保たれ
るようにする。このようにして薄膜形成を開始した後、
目的とする膜厚の薄膜を形成するのに要する時間が経過
した後、RF電源4の出力を下げ、スイッチを切り、ヒ
ータ38の加熱用電源(図示せず)のスイッチを切り、
排気バルブ37を全開として材料ガスを止める。真空容
器1内の材料ガスが完全に排気され、かつ基体100の
温度が50℃以下に冷えた後、真空容器1内にN2ガス
を大気圧になるまで流し込み、真空容器1を開けて基体
100を取り出す。
Following this, the RF power source 4 is turned on and a predetermined amount of power is supplied to the discharge electrode 31 to generate plasma. At this time, the matching box 5 with a built-in blocking capacitor adjusts the variable capacitor in advance so that the reflected waves are small when plasma is generated, and the matching box 5 adjusts the variable capacitor in advance so that the reflected waves are small when plasma is generated. If the waves increase, each is readjusted to maintain the desired value. After starting thin film formation in this way,
After the time required to form a thin film with the desired thickness has elapsed, the output of the RF power source 4 is lowered and turned off, and the heating power source (not shown) of the heater 38 is turned off.
The exhaust valve 37 is fully opened to stop the material gas. After the material gas in the vacuum container 1 has been completely exhausted and the temperature of the substrate 100 has cooled to 50° C. or lower, N2 gas is poured into the vacuum container 1 until it reaches atmospheric pressure, the vacuum container 1 is opened, and the substrate 100 is removed. Take out.

この成膜時に、本発明では、開口部14の近くに導体2
1が設けられているため、第1図に関連して前述したよ
うに、放電電極31付近での空間電位勾配が小さくなる
ガス、圧力、装置構成の条件においても、良質の薄膜を
高速で材料ガスの利用効率良く形成することができるが
、次にこの効果を説明する。すなわち、材料ガス5it
H1(ジシラ7) カラa −5t : H<水素化ア
モルファスシリコン)膜を従来構造の装置(第3図の装
置から導体21を除去したもの)で形成する際に、ホロ
ーカソードプラズマとRFプラズマの密度が小さく成膜
速度が遅くなる装置構成に対して、本発明を適用(導体
21を設ける)することによって得られる効果は次の通
りである。
During this film formation, in the present invention, a conductor 2 is placed near the opening 14.
1, as described above in connection with FIG. This effect can be formed with high gas utilization efficiency, and this effect will be explained next. That is, 5 it of material gas
H1 (disila 7) Color a-5t: H<hydrogenated amorphous silicon) When forming a film using an apparatus with a conventional structure (the apparatus in which the conductor 21 is removed from the apparatus shown in FIG. 3), hollow cathode plasma and RF plasma are used. The following effects can be obtained by applying the present invention (providing the conductor 21) to an apparatus configuration in which the density is low and the film formation rate is slow.

従来のRF−HCプラズマCVD装置では、放電電極3
1と接地電極32の距離を17mmとすると、材料ガス
5iJiの流量100sccm、圧力50mTorr、
 RF電力800Wの条件でa −5i : Hを堆積
すると成膜速度が2.6μm/hと非常に遅くなってい
た。これに対し、第3図に示すように導体21を設ける
ことにより、成膜速度は5.4μm/hと2倍以上にで
きた。また、この2つの成膜中のプラズマ状態を観察し
たところ、導体21を設けなかった場合、対向壁面11
a、Ilbに挟まれた空間12に発生したホローカソー
ドプラズマ及び放電電極31と接地電極32の間に発生
したホローカソードプラズマからの発光は、ちらつくか
またはゆらぐような時間的変化を示した。一方、導体2
1を設けた場合、ホローカソードプラズマの発光が強く
、安定しており、RFプラズマもホローカソードプラズ
マに近いところほど発光が強くなった。プラズマからの
発光強度は、プラズマ密度と密接な関係があり、プラズ
マ密度が高いほど発光強度が強くなることが知られてい
る。従って、導体21を設けることにより、発光強度、
成膜速度が向上することから、ホローカソードプラズマ
の密度を向上させることができたことは明らかである。
In the conventional RF-HC plasma CVD equipment, the discharge electrode 3
1 and the ground electrode 32 is 17 mm, the flow rate of the material gas 5iJi is 100 sccm, the pressure is 50 mTorr,
When a-5i:H was deposited under the condition of RF power of 800 W, the film formation rate was extremely slow at 2.6 μm/h. On the other hand, by providing the conductor 21 as shown in FIG. 3, the film forming rate was more than doubled to 5.4 μm/h. In addition, when observing the plasma state during the formation of these two films, it was found that when the conductor 21 was not provided, the opposing wall surface 11
The light emitted from the hollow cathode plasma generated in the space 12 between a and Ilb and the hollow cathode plasma generated between the discharge electrode 31 and the ground electrode 32 exhibited flickering or wavering temporal changes. On the other hand, conductor 2
1, the luminescence of the hollow cathode plasma was strong and stable, and the luminescence of the RF plasma also became stronger as it was closer to the hollow cathode plasma. It is known that the intensity of light emitted from plasma is closely related to plasma density, and the higher the plasma density, the stronger the light emission intensity. Therefore, by providing the conductor 21, the emission intensity can be increased.
It is clear that the density of the hollow cathode plasma was able to be improved since the film formation rate was improved.

また、導体21を設けることにより、電界5kV/cy
a、白熱電球の光強度1 mJ/cmzの条件で測定し
たa−5tの明暗抵抗比が4.9X10’から9.3X
10’と向上できた。このことは、導体21を設けなか
った場合に、プラズマ密度が小さく、かつ電子が放電電
極31の表面近くに形成された電界によって十分に加速
されなかったことにより、材料ガスが十分励起されなか
ったためと考えられる。
In addition, by providing the conductor 21, an electric field of 5 kV/cy
a, The light-dark resistance ratio of a-5t measured under the condition of incandescent light bulb light intensity 1 mJ/cmz is 4.9X10' to 9.3X
I was able to improve it by 10'. This is because when the conductor 21 was not provided, the material gas was not sufficiently excited because the plasma density was low and the electrons were not sufficiently accelerated by the electric field formed near the surface of the discharge electrode 31. it is conceivable that.

上述の説明では円筒状接地電極を用い、これに平板状の
基体を取り付けて成膜を行う例について述べたが、円筒
導体基体に成膜を行う場合には、該基体を接地電極32
の代りに固定部材間に保持させて成膜を行うようにする
。この場合は、基体が接地電極の役割を果たす。
In the above explanation, an example has been described in which a cylindrical ground electrode is used and a flat base is attached to it to form a film.
Instead, the film is formed while being held between fixed members. In this case, the substrate plays the role of the ground electrode.

また、上述の説明では、接地電極32(または円筒導体
基体)を回転させなから成膜を行う例について述べたが
、回転の外に上下動させるようにすれば、より均一な成
膜が可能である。
Furthermore, in the above explanation, an example was described in which film formation is performed without rotating the ground electrode 32 (or cylindrical conductor base), but more uniform film formation is possible if the ground electrode 32 (or cylindrical conductor base) is moved up and down in addition to rotation. It is.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように、本発明によれば、ホローカソード放
電用空間の開口部付近に導体を設けることにより、安定
で高密度のホローカソード放電がより得やすくなる。そ
の結果、RF−HSプラズマCVD装置に使用可能な材
料ガス、圧力、装置構成の制約を緩和することができ、
薄膜形成時の生産性向上、コスト低減に寄与するところ
大である。
As described above, according to the present invention, by providing a conductor near the opening of the hollow cathode discharge space, stable and high-density hollow cathode discharge can be more easily obtained. As a result, restrictions on material gases, pressures, and equipment configurations that can be used in RF-HS plasma CVD equipment can be relaxed.
This greatly contributes to improving productivity and reducing costs during thin film formation.

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

第1図は本発明の原理説明図、 第2図(al、 (b)は本発明の効果説明図、第3図
(al、 (b)は本発明の実施例の薄膜形成装置の構
造概要説明図、 第4図は従来の薄膜形成装置の構造概要説明図で、 図中、 1は真空容器、 2.31は放電電極、 10は活性種、 11a、llbは壁面、 12は空間、 14は開口部、 21は導体、 100は基体である。
Fig. 1 is an explanatory diagram of the principle of the present invention, Fig. 2 (al, (b) is an explanatory diagram of the effect of the present invention, and Fig. 3 (al, (b) is an outline of the structure of a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention. 4 is a schematic explanatory diagram of the structure of a conventional thin film forming apparatus, in which 1 is a vacuum vessel, 2.31 is a discharge electrode, 10 is an active species, 11a and llb are wall surfaces, 12 is a space, 14 21 is a conductor, and 100 is a base.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 真空容器(1)内に導入されるガスを、所定の距離を介
し対向する2つの壁面(11a)、(11b)によって
挟まれた空間(12)を有する高周波放電用放電電極(
2)を負電位とし発生させたホローカソードプラズマと
高周波プラズマによりプラズマ状として分解、活性化さ
せ、これにより生成した活性種(10)を利用して、前
記真空容器(1)内に配設した基体(100)の表面に
薄膜を形成する薄膜形成装置において、 前記空間(12)の前記基体(100)側の開口部(1
4)の近くに、接地するかもしくは正の電圧を印加した
導体(21)を設けたことを特徴とする薄膜形成装置。
[Claims] A discharge for high-frequency discharge having a space (12) sandwiched between two wall surfaces (11a) and (11b) facing each other at a predetermined distance, through which gas introduced into a vacuum container (1) is directed. electrode(
2) was decomposed and activated in a plasma state by a hollow cathode plasma and high frequency plasma generated at a negative potential, and the activated species (10) thus generated were utilized and placed in the vacuum container (1). In a thin film forming apparatus for forming a thin film on the surface of a base (100), an opening (1) of the space (12) on the base (100) side is provided.
4) A thin film forming apparatus characterized in that a conductor (21) which is grounded or to which a positive voltage is applied is provided near the device.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003055772A (en) * 2001-08-10 2003-02-26 Shinku Device:Kk Ac discharge plasma cvd film deposition apparatus
US7189436B2 (en) 1997-08-29 2007-03-13 3M Innovative Properties Company Flash evaporation-plasma coating deposition method
CN103657563A (en) * 2013-12-05 2014-03-26 衢州昀睿工业设计有限公司 Electrostatic chemical synthesizer

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