JP3654464B2 - Non-single crystal thin film forming equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非単結晶薄膜の形成装置に係る。より詳細には、比抵抗の小さな非単結晶薄膜が作製できる形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、非単結晶薄膜の一つであるアモルファスシリコン膜を作製する形成装置では、キャリアガスとして(Ar+H2)ガスを多用していたが、薄膜に対するプラズマダメージが大きいという問題があった。
【0003】
本発明者は、この問題を解決するため、Arに比べて電離断面積の大きなXeを用い、(Xe+H2)ガスをキャリアガスとして、図2に示した平行平板型の電極を有するスパッタ装置で、アモルファスシリコン薄膜を形成した。
【0004】
従来の装置では、水素ガスを導入する配管216とキセノンガスを導入する配管207から、水素ガスとキセノンガスを成膜室201内に導入した。そして、所定組成からなるSiターゲット212が配置された電極210に交流電力を印加することにより、Siターゲット212をスパッタして、基板211の上にアモルファスシリコン膜を形成した。その結果、アモルファスシリコン膜に対するプラズマダメージは減少するが、プラズマ中に水素ラジカルが生成されにくいため、アモルファスシリコン膜のダングリングボンドの終端処理が不十分となることが分かった。
【0005】
比抵抗の小さな、高品位のアモルファスシリコン膜を形成するためには、薄膜に対するプラズマダメージが小さく、かつ、プラズマ中に水素ラジカルを十分に有する非単結晶薄膜の形成装置の開発が望まれていた。
【0006】
【発明が解決しようとしている課題】
本発明は、比抵抗の小さな非単結晶薄膜が作製できる形成装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明では、成膜室外にある水素ラジカルを発生させる手段と、
発生した水素ラジカルを前記成膜室の中に導入するための手段と、前記成膜室に少なくともキセノンガスを導入してキセノンガスプラズマを発生させる手段とを有し、
前記発生した水素ラジカルを前記成膜室の中に導入するための手段は差圧機能を有することを特徴とし、薄膜に対するプラズマダメージが小さく、かつ、水素ラジカルを十分に含んだプラズマが生起できる。その結果、比抵抗の小さな非単結晶薄膜を形成できる。
【0008】
請求項2に係る発明では、薄膜形成が、前記キセノンガスをキャリアガスとしキセノンガスプラズマによるスパッタ法で行われるため、取り扱いに慎重を要するシラン等の特殊なガスを用いずに比抵抗の小さな非単結晶薄膜の形成が可能となる。
請求項3に係る発明では、薄膜形成が、前記キセノンガスをキャリアガスとキセノンガスプラズマによるCVD法で行われるため、反応ガスを適宜選択することに依り、種々の非単結晶薄膜の形成が可能となる。
請求項4に係る発明は、前記非単結晶薄膜がアモルファスシリコン膜であることを特徴とする。
請求項5に係る発明は、前記水素ラジカルにより、前記アモルファスシリコン膜のダングリングボンドを終端処理することを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明に係る非単結晶薄膜の形成装置(図1)は、成膜室101と、水素プラズマを発生させるプラズマ発生機構102と、発生した前記水素プラズマを成膜室101の中に導入するプラズマ導入機構103から構成される。107は、成膜室101においてキャリアガスとして用いるキセノン(Xe)ガスの導入配管である。成膜室101の内部には、平行平板型の電極109、110からなるプラズマ生成機構がある。成膜室101の側面に、前記プラズマ導入機構103とXeガスの導入配管107が設けてある。Xeガスは、直接成膜室101に導入され、上記平行平板型の電極109、110からなるプラズマ生成機構により励起される。その結果、電極間にXeプラズマが発生する。一方、水素(H2)ガスはプラズマ発生機構102により励起されて水素ラジカル(H*)となり、オリフィスバルブ又はストップバルブからなる差圧機能を有するプラズマ導入機構103を介して、成膜室101に導入される。このH*が成膜室101内に拡散していくため、Xeプラズマ中にH*が多量に存在する状態が作り出せる。なお、上記プラズマ導入機構103は、差圧機能さえ有すればよい。したがって、上記プラズマ導入機構103として、オリフィスバルブやストップバルブ以外のものを用いても構わない。
【0010】
【実施例】
以下に実施例をあげて本発明をより詳細に説明するが、本発明がこれら実施例に限定されることはない。
(実施例1)
本例では、非単結晶薄膜の形成装置として、図1に示したスパッタ装置を用いた。図1のスパッタ装置では、平行平板型の電極を有する成膜室101の側面に、水素プラズマを発生させるプラズマ発生機構102としてICP(Inductive-Coupled glow discharge tube)を設けた。また、成膜室101の内圧とプラズマ発生機構102の内圧に圧力差をつけるため、成膜室101とプラズマ発生機構102との間に、プラズマ導入機構103としてオリフィスバルブを設置した。
【0011】
スパッタ装置の成膜室101内に、キセノン(Xe)ガスを配管107からマスフローコントローラ108を介して導入し、キャリアガスとして用いた。成膜室101の圧力を7mTorrとした後、電極110に高周波電源113から150W、182.5MHzの電力を投入して、電極間にXeプラズマを生成させた。
【0012】
ICP内で発生した水素ラジカル(H*)は、オリフィスバルブを通して成膜室101内に導き、成膜室101内の全圧力が10mTorrになるように調節した。
スパッタされるターゲット112としてn型Si(As〜3×1019doped)を用い、SiO2基板111の上に厚さ100nmのアモルファスシリコン膜を基板温度300℃で成膜した。
【0013】
本例で作製したn型アモルファスシリコン膜のシート抵抗と膜厚を測定し、この2つの値から膜の比抵抗を求めた。シート抵抗の測定器としては、ナプソン社製、Model HA-6100/RG-1000Eを用い、膜厚の測定器としては、Sloan Technology社製、DEKTAK-3030を用いた。その結果、本例で作製したn型アモルファスシリコン薄膜の比抵抗は、0.04Ω・cmであった。
【0014】
(比較例1)
本例では、非単結晶薄膜の形成装置として、図2に示した従来のスパッタ装置を用い、n型アモルファスシリコン膜を形成した。平行平板型の電極を有する成膜室201内に、キセノン(Xe)ガス7mTorr、水素(H2)ガス3mTorrを導入して電極間にプラズマを発生させた。
【0015】
他の点は実施例1と同様とした。
実施例1と同様の方法を用い、本例で作製したn型アモルファスシリコン膜の比抵抗を求めたところ、0.6Ω・cmであった。
【0016】
上述した結果から、本発明に係る非単結晶薄膜の形成装置は、比較例に係る非単結晶薄膜の形成装置に比べて、一桁程度小さな比抵抗を有するアモルファスシリコン膜が得られることが分かった。
【0017】
また、上記スパッタ装置で確認された作用は、キセノンガスをキャリアガスとしたCVD法でも同様に得られることが分かった。
【0018】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る非単結晶薄膜の形成装置は、比抵抗の小さなアモルファスシリコン膜に代表される非単結晶薄膜を作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る薄膜製造装置の模式的な断面図である。
【図2】従来例に係る薄膜製造装置の模式的な断面図である。
【符号の説明】
101 201 成膜室、
102 プラズマ発生機構、
103 プラズマ導入機構、
104、113、213 高周波電源、
105、108、208、217 マスフローコントローラ、
106、216 水素ガスを導入する配管、
107、207 キセノンガスを導入する配管、
109、110、209、210 電極、
111、211 基板、
112、212 ターゲット、
114、214 排気装置、
115、215 メインバルブ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-single crystal thin film forming apparatus. More specifically, the present invention relates to a forming apparatus capable of producing a non-single crystal thin film having a small specific resistance.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a forming apparatus for producing an amorphous silicon film which is one of non-single-crystal thin films, (Ar + H 2 ) gas is frequently used as a carrier gas, but there is a problem that plasma damage to the thin film is large.
[0003]
In order to solve this problem, the present inventor uses Xe having a larger ionization cross section than Ar, and using a (Xe + H 2 ) gas as a carrier gas and a sputtering apparatus having parallel plate electrodes shown in FIG. An amorphous silicon thin film was formed.
[0004]
In the conventional apparatus, hydrogen gas and xenon gas are introduced into the
[0005]
In order to form a high-quality amorphous silicon film with a small specific resistance, development of an apparatus for forming a non-single-crystal thin film that has little plasma damage to the thin film and has sufficient hydrogen radicals in the plasma has been desired. .
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a forming apparatus capable of producing a non-single crystal thin film having a small specific resistance.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the invention according to claim 1, means for generating hydrogen radicals outside the film forming chamber;
Possess means for introducing the generated hydrogen radicals into said deposition chamber, and means for generating the xenon gas plasma by introducing at least xenon gas into the deposition chamber,
The means for introducing the generated hydrogen radicals into the film forming chamber has a differential pressure function , and plasma damage to the thin film is small and plasma containing hydrogen radicals can be generated. . As a result, a non-single crystal thin film having a small specific resistance can be formed.
[0008]
In the invention according to claim 2, thin film formation, the order of the xenon gas is performed by a sputtering method using xenon gas plasma and carrier gas, without using a special gas such as silane tricky handling of resistivity small non A single crystal thin film can be formed.
In the invention according to
The invention according to claim 4 is characterized in that the non-single-crystal thin film is an amorphous silicon film.
The invention according to claim 5 is characterized in that dangling bonds of the amorphous silicon film are terminated by the hydrogen radicals.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An apparatus for forming a non-single-crystal thin film according to the present invention (FIG. 1) includes a
[0010]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
(Example 1)
In this example, the sputtering apparatus shown in FIG. 1 was used as the non-single crystal thin film forming apparatus. In the sputtering apparatus of FIG. 1, an inductive-coupled glow discharge tube (ICP) is provided as a
[0011]
Xenon (Xe) gas was introduced from the
[0012]
Hydrogen radicals (H * ) generated in the ICP were introduced into the
An n-type Si (As-3 × 10 19 doped) was used as the
[0013]
The sheet resistance and film thickness of the n-type amorphous silicon film produced in this example were measured, and the specific resistance of the film was obtained from these two values. As a sheet resistance measuring device, Model HA-6100 / RG-1000E manufactured by Napson was used, and as a film thickness measuring device, DEKTAK-3030 manufactured by Sloan Technology was used. As a result, the specific resistance of the n-type amorphous silicon thin film produced in this example was 0.04 Ω · cm.
[0014]
(Comparative Example 1)
In this example, an n-type amorphous silicon film was formed using the conventional sputtering apparatus shown in FIG. 2 as a non-single crystal thin film forming apparatus. A xenon (Xe) gas of 7 mTorr and a hydrogen (H 2 ) gas of 3 mTorr were introduced into a
[0015]
The other points were the same as in Example 1.
Using the same method as in Example 1, the specific resistance of the n-type amorphous silicon film produced in this example was determined to be 0.6 Ω · cm.
[0016]
From the results described above, it can be seen that the non-single-crystal thin film forming apparatus according to the present invention can obtain an amorphous silicon film having a specific resistance smaller by one digit than the non-single-crystal thin film forming apparatus according to the comparative example. It was.
[0017]
Further, it has been found that the action confirmed by the sputtering apparatus can be similarly obtained by the CVD method using xenon gas as a carrier gas.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, the non-single-crystal thin film forming apparatus according to the present invention can produce a non-single-crystal thin film typified by an amorphous silicon film having a small specific resistance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a thin film manufacturing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a thin film manufacturing apparatus according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
101 201 deposition chamber,
102 plasma generation mechanism,
103 plasma introduction mechanism,
104, 113, 213 high frequency power supply,
105, 108, 208, 217 Mass flow controller,
106, 216 Pipes for introducing hydrogen gas,
107, 207 Piping for introducing xenon gas,
109, 110, 209, 210 electrodes,
111, 211 substrate,
112, 212 targets,
114, 214 exhaust device,
115, 215 Main valve.
Claims (6)
発生した水素ラジカルを前記成膜室の中に導入するための手段と、前記成膜室に少なくともキセノンガスを導入してキセノンガスプラズマを発生させる手段とを有し、
前記発生した水素ラジカルを前記成膜室の中に導入するための手段は差圧機能を有することを特徴とする非単結晶薄膜の形成装置。Means for generating hydrogen radicals outside the deposition chamber;
Means for introducing the generated hydrogen radicals into the film formation chamber; and means for introducing xenon gas into the film formation chamber to generate xenon gas plasma;
An apparatus for forming a non-single-crystal thin film, wherein the means for introducing the generated hydrogen radicals into the film formation chamber has a differential pressure function.
発生した水素ラジカルを前記成膜室の中に導入するための手段と、前記成膜室に少なくともキセノンガスを導入してキセノンガスプラズマを発生させる手段とを有し、
該キセノンガスプラズマ中に水素ラジカルを導入しながら成膜を行うための非単結晶薄膜の形成装置。Means for generating hydrogen radicals outside the deposition chamber;
Means for introducing the generated hydrogen radicals into the film formation chamber; and means for introducing xenon gas into the film formation chamber to generate xenon gas plasma;
An apparatus for forming a non-single crystal thin film for forming a film while introducing hydrogen radicals into the xenon gas plasma.
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- 1996-03-31 JP JP10198696A patent/JP3654464B2/en not_active Expired - Lifetime
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