JPS6357938B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、スパツタにより基板表面に半導体
薄膜を形成する半導体薄膜形成方法に関し、アー
クスパツタにより、半導体薄膜を高速で形成でき
るようにするとともに、電源の製作を容易にする
ことを目的とする。

一般に、半導体薄膜を形成する場合、たとえば
第１図に示すような平板マグネトロンスパツタ装
置により半導体薄膜形成が行なわれている。同図
において、１は内部に低圧の酸素ガスおよび不純
物ガスが注入される円筒状のベルジヤー、２はベ
ルジヤー１の上端部に設けられるとともに直流電
源３の負出力端に接続され冷却水により冷却され
るターゲツト、４は中央部および周縁部にそれぞ
れＮ極およびＳ極を有しターゲツト２上に載置さ
れた円柱状の磁石であり、ターゲツト２に平行な
ターゲツト２の下側への漏洩磁界により電子を捕
捉して電子のエネルギーを減少させ、ベルジヤー
１内のガスのイオン化を促進する。５は基板ホル
ダー６に支持されるとともにベルジヤー１内の下
端部に配設された基板であり、電源３の正出力端
に接続され、酸素イオンがターゲツト２に衝突し
てたたき出されるターゲツト２の微粒子および前
記不純物ガスの分子あるいは原子が基板５に飛来
し、基板５に付着して半導体薄膜が形成される。

しかし、この場合、たとえばターゲツト２にシ
リコンを使用し、250Wのスパツタ電力の条件下
で半導体薄膜形成を行なつた場合、膜形成速度は
3μｍ／時となり、半導体薄膜を高速で形成する
ことができないという欠点がある。

この発明は、前記の点に留意してなされたもの
であり、真空室内に蒸発物が収納されたるつぼを
設置し、前記真空室内の前記るつぼの上方にアノ
ードリングを配設するとともに、前記真空室内の
前記アノードリングの上方に基板を配設し、直流
電源の正、負出力端を前記アノードリングおよび
るつぼにそれぞれ接続し、前記るつぼを冷却しつ
つ前記電源により前記アノードリングおよびるつ
ぼに通電し、前記蒸発物表面と前記アノードリン
グとの間にアークを発生させて前記蒸発物を蒸発
させるとともに、前記蒸発物の表面付近に所定量
の不純物ガスを送給し、蒸発による前記蒸発物の
微粒子と前記不純物ガスとを前記基板に飛散させ
て前記基板表面に半導体薄膜を形成することを特
徴とする半導体薄膜形成方法を提供するものであ
る。

したがつて、この発明の半導体薄膜形成方法に
よると、蒸発物表面とアノードリングとの間にア
ークを発生させ、前記アークにより前記蒸発物を
蒸発させて蒸発物の微粒子と不純物ガスの分子あ
るいは原子を飛散させ、アークスパツタにより、
半導体薄膜を高速で形成することができるととも
に、電源の出力電圧を低くして電源の製作を容易
にすることができる。

つぎに、この発明を、その１実施例を示した第
２図とともに詳細に説明する。

同図において、７は真空室内に設置された円筒
状の金属性るつぼ、８はるつぼ７の内部に仕切壁
８′が一体に設けられて形成された冷却水流通路、
９は仕切壁８′の内側に形成された収納部、１０
はるつぼ７の側面の上端部に形成され流通路８と
外部とを連通する冷却水流出口、１１はるつぼ７
の側面の下端部に形成され流通路８と外部とを連
通する冷却水流出口、１２は仕切壁８′の上端部
に形成され収納部９と外部とを連通する不純物ガ
ス送給用の送給口、１３は収納部９に収納された
アルミニウム、シリコン等からなる固体の蒸発
物、１４は前記真空室内のるつぼ７の上方に配設
されたアノードリング、１５は一端がアノードリ
ング１４に接続されたスイツチ、１６は一端がス
イツチ１５の一端に接続されたばね１７の他端に
取付けられて上下動自在に設けられたアークスタ
ート用接触体、１８は正、負出力端がそれぞれス
イツチ１５の他端およびるつぼ７に接続された直
流電源、１９は温度調節可能な基板ホルダー２０
に支持され前記真空室内のアノードリング１４の
上方に配設された基板、２１は基板１９とアノー
ドリング１４との間に移動自在に設けられたシヤ
ツターであり、蒸発物１３表面とアノードリング
１４との間に発生されるアークが安定したのち、
前記シヤツター２１が移動されて基板１９とアノ
ードリング１４との間から除去される。

つぎに、前記実施例の動作について説明する。

まず、シヤツター２１が基板１９とアノードリ
ング１４との間に配設されるとともに、接触体１
６の下端部が蒸発物１３に接触され、るつぼ７の
収納部９に送給口１２から不純物ガスが送給され
るとともに、流入口１０から流通路８に冷却水が
流通されてるつぼ７が冷却されつつ、スイツチ１
５がオンされてアノードリング１４、接触体１６
およびるつぼ７への通電が開始され、蒸発物１３
表面の接触体１６の接触している部分が加熱され
る。そして、前記蒸発物１３表面の加熱部分が高
温になつて赤熱化すると、第２図中の１点鎖線で
示すように、接触体１６が上動され、蒸発物１３
表面とアノードリング１４との間にアークが発生
し、前記アークにより蒸発物１３が急速に蒸発
し、蒸発した蒸発物１３の微粒子が前記不純物ガ
スの分子あるいは原子とともに飛散し始める。

つぎに、前記アークが安定して前記微粒子およ
び不純物ガスの分子、原子がさかんに飛散するよ
うになつた時点で、シヤツター２１が第２図中の
実線矢印方向に移動されて基板１９とアノードリ
ング１４との間から除去され、飛散する蒸発物１
３の微粒子および不純物ガスの分子、原子が基板
１９に衝突して付着し、基板１９の表面に半導体
薄膜が形成される。

このとき、たとえば、蒸発物１３にシリコンを
使用し、200Wのスパツタ電力の条件下でスパツ
タを行なつた場合、膜形成速度は2.5μｍ／分とな
り、半導体薄膜が非常に高速で形成される。

したがつて、前記実施例によると、蒸発物１３
表面とアノードリング１４との間にアークを発生
させ、前記アークにより蒸発物１３を蒸発させて
蒸発物１３の微粒子と不純物ガスの分子あるいは
原子とを飛散させることができ、アークスパツタ
により基板１９の表面に半導体薄膜を高速で形成
することができる。

さらに、アークスパツタにより半導体薄膜を形
成するために、電源１８の出力電圧を200V程度
と低くすることができ、電源１８の製作を容易に
行なうことができる。

また、アークスパツタにより、基板１９表面
に、膜面構造の粗い半導体薄膜を形成することが
できるため、表面積の大きい半導体薄膜を提供す
ることができ、光起電力素子として半導体薄膜を
形成することにより、高効率の太陽電池を容易に
得ることができる。

さらに、スパツタ電圧が200V程度であるため、
蒸発物１３の微粒子等の衝突による基板１９への
付着時に、基板１９の受ける損傷が低減される。

また、基板ホルダー２０の温度を制御して基板
１９の温度を上下したり、あるいは電源１８によ
るスパツタ電圧を降昇することにより、基板１９
表面の半導体薄膜の膜面構造をなめらかにした
り、粗くしたりすることができ、必要に応じた膜
面構造の半導体薄膜を得ることができる。

なお、蒸発物１３が粉状物である場合、アーク
スタートの際、接触体１６の接触に代え、第２図
中の破線矢印に示すように、粉状の蒸発物１３の
上面に電子ビームを照射してアノードリング１４
と蒸発物１３との間にアークを発生させるように
してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の半導体薄膜形成方法の切断正面
図、第２図はこの発明の半導体薄膜形成方法の１
実施例の切断正面図である。 ７……るつぼ、１３……蒸発物、１４……アノ
ードリング、１８……直流電源、１９……基板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 真空室内に蒸発物が収納されたるつぼを設置
   し、前記真空室内の前記るつぼの上方にアノード
   リングを配設するとともに、前記真空室内の前記
   アノードリングの上方に基板を配設し、直流電源
   の正、負出力端を前記アノードリングおよびるつ
   ぼにそれぞれ接続し、前記るつぼを冷却しつつ前
   記電源により前記アノードリングおよびるつぼに
   通電し、前記蒸発物表面と前記アノードリングと
   の間にアークを発生させて前記蒸発物を蒸発させ
   るとともに、前記蒸発物の表面付近に所定量の不
   純物ガスを送給し、蒸発による前記蒸発物の微粒
   子と前記不純物ガスとを前記基板に飛散させて前
   記基板表面に半導体薄膜を形成することを特徴と
   する半導体薄膜形成方法。