JPH02219218A - 薄膜形成方法 - Google Patents

薄膜形成方法

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JPH02219218A
JPH02219218A JP1041275A JP4127589A JPH02219218A JP H02219218 A JPH02219218 A JP H02219218A JP 1041275 A JP1041275 A JP 1041275A JP 4127589 A JP4127589 A JP 4127589A JP H02219218 A JPH02219218 A JP H02219218A
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Kunimoto Ninomiya
国基 二宮
Masato Nishikuni
西国 昌人
Shinya Tsuda
津田 信哉
Shoichi Nakano
中野 昭一
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、太陽電池、薄膜トランジスタなどに用いる非
晶質半導体薄膜や絶縁体薄膜等の薄膜形成方法に関する
〔従来の技術〕
一般は、a −S iなどの非晶質半導体薄膜やsiN
S i02などの絶縁体薄膜を形成する手法として、平
行平板型RFグロー放電によるプラズマCVD法がよく
知られているが、成膜速度の点において問題があるため
、例えば特開昭57−197875号公報(HOIL 
31104)に記載のように、RFグロー放電法に磁界
を併用したいわゆるマグネトロン放電法により、成膜速
度の向上を図ることが考えられている。
ところで、このマグネトロン放電法による薄膜形成は、
第10図に示すような装置により行われ、この装置は次
のように構成されている。
即ち、第10図において、(1) 、 (2)は反応ガ
スが供給された図外の反応チャンバ内に平行に配設され
た平・板状のカソード電極及びアノード電極(以下単に
カソード(1)、アノード(2)という)、(3)はア
ノード(2)に取り付けられた薄膜形成用基板、(4)
は高周波電源であり、一方の出方端子がアノード(2)
とともにアースされ、他方の出力端子がカソード(1)
に接続されている。
(5a)、 (5b)は円環状磁石及び円柱状磁石であ
り、カソード(1)の下側に設けられ、両磁石(5a)
 。
(5b)の形成磁界により、反応ガスのプラズマがカソ
ード(1ン、アノード(2)間に閉じ込められる。
そして、電源(4)による高周波電圧がカソード(1)
、アノード(2)間に印加され、反応チャンバ内に供給
された反応ガスがグロー放電によりプラズマ化され、基
板(3)上にプラズマ化した反応ガス成分が堆積し、基
板(3)上に薄膜が形成される。
このとき、磁石(5a)、(5b)の形成磁界によって
プラズマを閉じ込めることができるため、プラズマの高
密度化が図れ、従来のRFグロー放電法よりも成膜速度
を向上することができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の場合、第10図中の矢印に示すような磁界によっ
てプラズマが閉じ込められるため、断面的に2個のプラ
ズマの瘤が生じ、閉じ込められたプラズマと基板(3)
との距離が均一(こならず、基板(3)上に形成される
薄膜の膜厚が均一にならないという問題点がある。
本発明は、前記の点に留意してなされ、形成される薄膜
の膜厚を均一にできるようにすることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
前記目的を達成するために、平板状のカソード電極及び
アノード電極を平行に配設し、前記アノード電極に薄膜
形成用基板を取り付け、前記両電極間(こ高周波電界を
形成して該高周波電界により反応ガスのプラズマを生成
し、前記カソード電極の外側に設けた磁石の形成磁界に
より前記プラズマを前記両電極間に閉じ込め、前記基板
上をこプラズマ化した前記反応ガス成分からなる薄膜を
形成する薄膜形成方法において、本発明では、前記両電
極間に補助電界又は補助磁界を形成する形成手段を設け
、前記補助電界又は補助磁界により前記プラズマを揺動
することを特徴としている。
〔作用〕
以上のような構成において、形成手段による補助電界又
は補助磁界により、両電極間に閉じ込められたプラズマ
を揺動するため、プラズマの高密度領域が基板に接する
時間が均一化され、基板とプラズマとの距離の不均一性
が解消され、形成される薄膜の膜厚の均一化が図れる。
〔実施例〕
実施例について第1図ないし第9図を参照して説明する
(実施例1) 実施例1について第1図ないし第4図を参照して説明す
る。
形成装置の概略を示す第1図において、第10図と同一
記号は同−若しくは相当するものを示し、(6a)、(
6b)は平板状の補助電極であり、カソード(1)、ア
ノード(2)間の両側部にそれぞれ配設され、両補助電
極(6a)、(6b)とともに形成手段を構成する補助
電源(7)により、両補助電極(6a)、(6b)に周
期的(こ極性反転する互いに逆極性の電圧が印加され、
両補助電極(6a)、(6b)間に高周波電界に直交す
る方向で、かつ周期的に向きの反転する補助電界が形成
され、この補助電界によりカソード(1ン。
アノード(2)間のプラズマが揺動される。
そして、磁石(5a)、(5b)による静磁界によって
閉じ込められたプラズマをこのように揺動することによ
り、プラズマの高密度領域の基板(3)に接する時間が
均一化されるため、基板(3)とプラズマとの距離の不
均一性が解消され、基板(3)上に形成される薄膜の膜
厚の均一化を図ることができる。
ところで、補助電極(6a)、(6b)に印加する交流
電圧及びその周波数の最適条件を求めるために、電圧及
び周波数それぞれと膜厚のばらつきとの関係を調べたと
ころ、それぞれ第2図及び第3図に示すようになり、膜
厚のばらつきが5%までを均一性良好とすると、第2図
から補助電極(6a)、(6b)に印加する交流電圧の
最適条件は50V〜500■であり、第3図からその周
波数の最適条件は0−5Hz〜500KHzであること
がわかる。
このとき、印加電圧が50V以下ではプラズマが十分に
揺動しないため、膜厚の不均一性が解消されるには至ら
ず、500V以上の場合には、補助電極(6a)、(6
b)とカソード(1)、アノード(2)或いは反応チャ
ンバとの間で異常放電が生じるため、膜厚のばらつきが
大きくなる。
一方、周波数が0.5Hz以下ではやはりプラズマの揺
動が不十分であり、500KHz以上の場合にはプラズ
マが追従して揺動できなくなる。
従って、補助電源(7)により両補助電極(6a)、(
6b)に、周波数0.5Hz〜500KHz ”’Q 
、 50V〜500V (7)交流電圧を印加すればよ
い。
つぎに、補助電極(6a)、(6b)にそれぞれ第4図
(a)、Φ)に示すような波形の電圧を印加して形成し
たa −S iの薄膜と、従来法により形成したa−8
iの薄膜との膜厚の分布の比較を行ったところ、第5図
に示すようになり、同図中の実線が形成手段によ゛る補
助電界がある場合、破線が従来法の場合をそれぞれ示し
ており、同図の結果から、従来法による薄膜の膜厚のば
らつきがほぼ±20%であるのに対し、補助電界による
プラズマの揺動によって膜厚のばらつきは約±2.5%
まで抑制され、極めて均一性の高い薄膜が得られること
がわかる。
なお、第5図の横軸はカソード(υの一端を基準とした
ときの距離を表わしており、ここで従来法と共通する薄
膜形成条件は、基板温度200C,RFパワー100W
、圧力Oa ITorr 、 SiH4ガス流量2゜S
CCM 、磁石(5a)、(5b)の最大磁界強度15
0Gaussである。
このように、実施例1によると、補助電源(7)にヨリ
両補助電極(6a)、(6b) ニ周波数0 、5Hz
〜500KHz、 50V〜500V(7)交流電圧を
印加し、カソード(1)。
アノード(2)間に補助電界を形成し、この補助電界に
よりプラズマを揺動するため、基板(3)とプラズマと
の距離の不均一性を解消することができ、基板(3)上
に極めて膜厚の均一な薄膜を形成することができる。
(実施例2及び実施例3) つぎに、実施例2及び実施例3について第6図及び第7
図をそれぞれ参照して説明する。
実施例2として、第1図の補助電極(6a)、 (6b
)に代え、第6図に示すようなメツシュ電極(8a)。
(8b)を設けてもよく、実施例3として、第7図(こ
示すように複数個の小さな電極素体(9)により補助電
極(10a) 、 (10b)をそれぞれ構成してもよ
く、いずれも実施例1と同等の効果を得ることができ、
適宜補助電極の形状を選択すればよい。
(実施例4) さら【こ、実施例4について第8図及び第9図を参照し
て説明する。
第8図において、第1図と同一記号は同−若しくは相当
するものを示し、(Lla)、(llb)はカソード(
1ン、アノード(2)間の左側に設けられた互いに逆極
性の2個の第1の電磁石、(12a)、 (12b)は
カソード(1)、アノード(2)間の右側に設けられた
互いに逆極性の2個の第2の電磁石であり、図外の電源
により、第1の電磁石(Lla)、(llb)と第2の
電磁石(12a)、(12b)とが交互に通電され、カ
ソード(1)、アノード(2)間に第1の電磁石(Ll
a)、(1lb)による補助磁界及び第2の電磁石(1
2a) 、(12b)による補助磁界が交互に形成され
る。
このとき、第8図において、補助磁界の紙面に垂直な方
向への幅が少なくともカソード(1)、アノード(2)
の幅と同程度になるように、各電磁石(lla)、(l
lb)、(12a)、(12b)の形状等を設定してお
く。
そして、第8図に示すように、第1の電磁石(1la)
 、 (itb )が通電されて図示のような補助磁界
Baが形成されると、磁石(5a)、(5b)にょる主
磁界Bmによって閉じ込められたプラズマが補助磁界B
aに引き寄せられ、プラズマが左側へ移動スル。
つぎに、第2の電磁石(12a)、(12b)が通電さ
れて同様の補助磁界Bbが形成されると、プラズマが補
助磁界Bbに引き寄せられ、プラズマが右側へ移動し、
これらの繰り返しによってプラズマが左右方向に揺動す
る。
その結果、実施例1と同様に、基板(3)とプラズマと
の距離の不均一性を解消することができ、基板(3)上
の薄膜の膜厚の均一化を図ることができる。
ところで、第1及び第2の電磁石(1la)、(1lb
)、(12a)、(12b)による補助磁界の磁界強度
の最適条件を求めるために、磁界強度と膜厚のばらつき
との関係を調べたところ第9図に示すようになり、膜厚
のばらつきが5%までを均一性良好とすると、第9図か
ら補助磁界の磁界強度の最適条件は5゜G aus s
以上であることがわかる。
一方、第1の電磁石(lla)、(llb)と第2の電
磁石(12a) 、 (12b)の切り換え周波数と膜
厚のばらつきの関係についても調べたところ、前記した
第8図と同様の結果となり、0.5Hz〜500KHz
の周波数が適当であることがわかった。
なお、複数個の電磁石素体をカソード(υ、アノード(
2)の幅と同程度にわたって所定間隔で配列し、各電磁
石(lla)、(llb)、(12a)、(12b)そ
れぞれを形成してもよい。
また、形成手段の構成は、前記各実施例に限るものでな
いのは勿論である。
〔発明の効果〕
本発明は、以上説明したように構成されているので、以
下に記載する効果を奏する。
形成手段による補助′直昇又は補助磁界により、カソー
ド電極、アノード電極間に閉じ込められたプラズマを揺
動するため、基板とプラズマとの距離の不均一性が解消
され、従来よりも膜厚の均一な薄膜を形成することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第9図は本発明の薄膜形成方法の実施例を
示し、第1図ないし第5図は実施例1を示し、第1図は
概略図、第2図及び第3図は補助電極への印加電圧及び
その周波数それぞれと膜厚のばらつきとの関係図、第4
 r (a) 、 (b)は補助電極への印加電圧の波
形図、第5図は基板上の薄膜の膜厚分布を示す図、第6
図及び第7図はそれぞれ実施例2及び3の概略図、第8
図及び第9図は実施例4の形成装置の概略図及び磁界強
度と膜厚のばらつきとの関係図、第10図は従来例の概
略図である。 (1)−・・カソード電極、(2)・・・アノード電極
、(3)・・・薄膜形成用基板、(5a ) 、 (5
b )−磁石、(6a)、(6b)。 (10a)、(10b)−補助電極、(7)・・・補助
電源、(8a)、 (8b)・・・メツシュ電極、(t
ta)、(ttb)・・・第1の電磁石、(12a)、
(12b)−第2の電磁石。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1平板状のカソード電極及びアノード電極を平行に配設
    し、前記アノード電極に薄膜形成用基板を取り付け、前
    記両電極間に高周波電界を形成して該高周波電界により
    反応ガスのプラズマを生成し、前記カソード電極の外側
    に設けた磁石の形成磁界により前記プラズマを前記両電
    極間に閉じ込め、前記基板上にプラズマ化した前記反応
    ガス成分からなる薄膜を形成する薄膜形成方法において
    、前記両電極間に補助電界又は補助磁界を形成する形成
    手段を設け、前記補助電界又は補助磁界により前記プラ
    ズマを揺動することを特徴とする薄膜形成方法。
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