JP4804505B2 - Sputtering apparatus and film forming method - Google Patents
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本発明は、成膜装置、プラズマＣＶＤ装置、成膜方法及びスパッタ装置に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus, a plasma CVD apparatus, a film forming method, and a sputtering apparatus.
プラズマを用いる化学蒸着法（ＣＶＤ）は、例えば光起電力素子の半導体層を形成する場合に用いる。 Chemical vapor deposition (CVD) using plasma is used, for example, when forming a semiconductor layer of a photovoltaic element.
図６は、従来のプラズマＣＶＤ装置の模式図である。 FIG. 6 is a schematic diagram of a conventional plasma CVD apparatus.
図中１は反応室であり、該反応室１内部には、基板５を載置すべきアノード電極３と、反応室１外部の高周波電源６に接続されているカソード電極４とを対向配置してある。また、反応室１は、該反応室１内部を真空状に排気する排気系２と、該反応室１外部から原料ガスを供給する供給管７とを備え、該供給管７は、原料ガスの流量を制御する流量制御系７ａを備えている。駆動部８は、アノード電極３に対する接離方向にカソード電極４を移動する。
In the figure,
前記プラズマＣＶＤ装置を用いて、アノード電極３に載置された基板５にシリコンゲルマニウム膜を形成する場合、排気系２を用いて反応室１内部を排気し、駆動部８を用いてアノード電極３とカソード電極４との間の電極間距離を適宜に隔て、供給管７を用いて、シリコンゲルマニウムの原料ガスとしてシラン及びゲルマンを反応室１内に供給し、高周波電源６を用いて対向電極間に高周波電圧を印加することによってシラン及びゲルマンをプラズマ分解してシリコン前駆体及びゲルマニウム前駆体となし、該シリコン前駆体及びゲルマニウム前駆体を基板５に蒸着してシリコンゲルマニウムを堆積する。
When a silicon germanium film is formed on the
該シリコンゲルマニウムの膜厚方向の組成比を連続的に変化させるときは、流量制御系７ａを用いて原料ガスの流量比を制御して組成比を変化させる。 When the composition ratio in the film thickness direction of the silicon germanium is continuously changed, the composition ratio is changed by controlling the flow rate ratio of the source gas using the flow rate control system 7a.
光起電力素子は、半導体層の膜厚方向の組成比を連続的に変化させることによって光電効率を向上できることが知られている（特許文献１）。 It is known that the photovoltaic element can improve the photoelectric efficiency by continuously changing the composition ratio of the semiconductor layer in the film thickness direction (Patent Document 1).
電子デバイス（ＬＥＤ、ＴＦＴ、ＥＬ等）の製造時に、半導体膜のみならず、各種の膜（絶縁膜、導電膜）を形成する。この成膜において、プラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ装置による成膜方法の他にスパッタ装置及びスパッタ装置による成膜方法が用いられる。従来のスパッタ装置においては、基本的にはターゲットの種類により形成する膜の物性（導電体、半導体、絶縁体の種別、組成、組成比、伝導型、導電率等）が決まることから、形成する膜の種類に応じて、その都度ターゲットを変更、交換し、膜が形成される基板をスパッタ装置から取り出す必要がある。また、特殊なターゲットを用いる場合には、汚染（異物混入）防止の観点等からスパッタ装置もそのターゲット専用にする必要がある。 When manufacturing electronic devices (LED, TFT, EL, etc.), not only semiconductor films but also various films (insulating films, conductive films) are formed. In this film formation, a sputtering apparatus and a film forming method using a sputtering apparatus are used in addition to a plasma CVD apparatus and a film forming method using a plasma CVD apparatus. In the conventional sputtering apparatus, the physical properties of the film to be formed (type of conductor, semiconductor, insulator, composition, composition ratio, conductivity type, conductivity, etc.) are basically determined depending on the type of target. In accordance with the type of film, it is necessary to change and replace the target each time and to take out the substrate on which the film is formed from the sputtering apparatus. Further, when a special target is used, it is necessary to dedicate the sputtering apparatus for the target from the viewpoint of preventing contamination (contamination).
このように、異なる物性の膜を形成する場合に、従来のスパッタ装置はターゲットの変更が必要になること、スパッタ装置から製造中のデバイスを取り出す必要があること等から、製造プロセス数の増加、スループットの長期化、製品歩留まりの低下、つまり、製造コストの増加をもたらしていた。 Thus, when forming films with different physical properties, the conventional sputtering apparatus needs to change the target, and it is necessary to take out the device being manufactured from the sputtering apparatus. Longer throughput and lower product yield, that is, increased manufacturing costs.
また、従来のスパッタ法においては、例えば、ＩＩ−ＶＩ族半導体薄膜をｐ型導電性に制御する方法として、アクセプタとなるＶ族原子を含む不純物を添加したターゲットを用いるか、または、アクセプタとなるＶ族原子を含むガス雰囲気でスパッタして、形成する膜中にアクセプタを取り込むことにより、ｐ型導電性に制御する方法がある。また、同様にＩＩ−ＶＩ族半導体薄膜をｎ型導電性に制御する方法として、ドナーとなるＩＩＩ族原子を含む不純物を添加したターゲットを用いるか、または、ドナーとなるＩＩＩ族原子を含むガス雰囲気でスパッタして、形成する膜中にドナーを取り込むことにより、ｎ型導電性に制御する方法がある。 In the conventional sputtering method, for example, as a method of controlling the II-VI group semiconductor thin film to p-type conductivity, a target to which an impurity containing a group V atom serving as an acceptor is added or an acceptor is used. There is a method of controlling to p-type conductivity by sputtering in a gas atmosphere containing a group V atom and incorporating an acceptor into a film to be formed. Similarly, as a method of controlling the II-VI group semiconductor thin film to n-type conductivity, a target to which an impurity containing a group III atom serving as a donor is added or a gas atmosphere containing a group III atom serving as a donor is used. There is a method of controlling the n-type conductivity by sputtering the substrate and taking in a donor into the film to be formed.
つまり、スパッタ法により形成する半導体薄膜の価電子制御（ｐｎ制御）をするには、アクセプタ又はドナーとなる原子を含む不純物を添加したターゲットを各々用意してスパッタを行うか、またはアクセプタ又はドナーとなる原子を含むガス雰囲気でスパッタすることが必要である。さらに、これらのｐ型、ｎ型に制御された半導体薄膜を積層してｐｎ接合を形成するには、ｐ型半導体薄膜、ｎ型半導体薄膜を各々異なるターゲット、異なるプロセス条件（異なるスパッタ装置）とすることが必要であり、同一スパッタ装置内で連続的に成膜することは困難である。 That is, in order to perform valence electron control (pn control) of a semiconductor thin film formed by sputtering, each of the targets to which an impurity containing an atom serving as an acceptor or donor is added is prepared for sputtering, or the acceptor or donor and It is necessary to perform sputtering in a gas atmosphere containing atoms. Furthermore, in order to form a pn junction by laminating these p-type and n-type semiconductor thin films, the p-type semiconductor thin film and the n-type semiconductor thin film have different targets, different process conditions (different sputtering devices), and Therefore, it is difficult to continuously form a film in the same sputtering apparatus.
したがって、従来のスパッタ方法により価電子制御をする場合は、複数のターゲット又は複数のスパッタガスを準備する必要があり、プロセスが増加し、スループットが遅くなり、ひいては製造コストが高くなる。 Therefore, when valence electrons are controlled by the conventional sputtering method, it is necessary to prepare a plurality of targets or a plurality of sputtering gases, which increases the process, slows down the throughput, and consequently increases the manufacturing cost.
また、従来のスパッタ法においては、反応性ガスを含むガス中においてスパッタ法（反応性スパッタ法）により膜を形成する場合、反応性ガス中に含まれる元素の膜中の濃度を制御するには、反応性ガスとスパッタガスの流量比（ガス分圧比）を制御する必要がある。しかし、ガス流量比による制御は、ガスの流れに時間遅れがあることなどから制御系でのガス流量比の制御が反応室のガスの状態に反映されるには時間を要する等、反応が鈍く、迅速な制御はできず、また、複雑な流量制御系による制御を必要とする。 In the conventional sputtering method, when a film is formed by sputtering (reactive sputtering) in a gas containing a reactive gas, the concentration of elements contained in the reactive gas is controlled. It is necessary to control the flow ratio (gas partial pressure ratio) between the reactive gas and the sputtering gas. However, the control by the gas flow rate ratio is slow, for example, it takes time for the control of the gas flow rate ratio in the control system to be reflected in the gas state in the reaction chamber because there is a time delay in the gas flow. Therefore, rapid control is impossible and control by a complicated flow rate control system is required.
また、従来のスパッタ装置は、構造上の特殊性から量産性に欠けており、連続的な成膜ができなかった。
従来のプラズマＣＶＤ装置を用い、原料ガスの流量比を制御して組成比を変化させる場合、原料ガスの入れ替えに時間を要するため、原料ガスの流量比を所要の値に変化させた時点と、反応室１内の原料ガスの存在比が所要の値になる時点との間に時差が生じて迅速に制御することができず、このため、特に膜材料の堆積速度が早いとき、膜材料の組成比を精密に変化させることが困難になるという問題があった。
When changing the composition ratio by controlling the flow rate ratio of the raw material gas using a conventional plasma CVD apparatus, since it takes time to replace the raw material gas, when the flow rate ratio of the raw material gas is changed to a required value, A time difference occurs between the time when the abundance ratio of the raw material gas in the
また、原料ガスの詳細な流れを考慮して設計した複雑な流量制御系７ａが必要であるという問題もあった。 There is also a problem that a complicated flow rate control system 7a designed in consideration of the detailed flow of the source gas is required.
従来のスパッタ装置は、異なる物性（導電体、半導体、絶縁体の種別、組成、組成比、伝導型、導電率等）の膜を形成する場合に、ターゲットの変更が必要になることから、成膜中のデバイスをスパッタ装置から一旦取り出す必要があり、製造プロセス数の増加、スループットの長期化、製品歩留まりの低下、つまり、製造コストの増加をもたらす等の問題があった。 Conventional sputtering equipment requires a change in target when forming films with different physical properties (type of conductor, semiconductor, insulator, composition, composition ratio, conductivity type, conductivity, etc.). The device in the film must be once taken out from the sputtering apparatus, and there are problems such as an increase in the number of manufacturing processes, a prolonged throughput, a decrease in product yield, that is, an increase in manufacturing cost.
また、従来のスパッタ方法により価電子制御をする場合は、複数のターゲット又は複数のスパッタガスを準備する必要があり、プロセスが増加し、スループットが遅くなり、ひいては製造コストが高くなるという問題があった。 Further, when valence electrons are controlled by the conventional sputtering method, it is necessary to prepare a plurality of targets or a plurality of sputtering gases, which increases the number of processes, slows down the throughput, and increases the manufacturing cost. It was.
また、ガス流量比を制御する従来のスパッタ装置は、反応が鈍く、迅速な制御はできず、また、複雑な流量制御系による制御を必要とするという問題があった。 Further, the conventional sputtering apparatus for controlling the gas flow rate ratio has a problem that the reaction is dull, the rapid control cannot be performed, and the control by a complicated flow rate control system is required.
本発明は斯かる事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは膜を形成する基板を配置すべき第１電極の部分と第２電極との間の距離を可変制御する構成とすることにより形成する膜の物性を容易に制御でき、また、生産性良く膜の形成が可能な制御性の良い成膜装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to variably control the distance between the first electrode portion and the second electrode where the substrate on which the film is to be formed is to be disposed. Accordingly, an object of the present invention is to provide a film forming apparatus with good controllability that can easily control the physical properties of the film to be formed and that can form the film with high productivity.
本発明の他の目的は、第１電極と第２電極との間の電極間距離を変更する手段を備えることにより、流量制御手段による複雑な制御をする必要がなく（複雑な制御手段を備えることなく）、製造が容易であるプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a means for changing the interelectrode distance between the first electrode and the second electrode, thereby eliminating the need for complicated control by the flow rate control means (comprising complex control means). An object of the present invention is to provide a plasma CVD apparatus that is easy to manufacture.
本発明の他の目的は、第１電極又は第２電極の移動方向に傾斜している複数の斜面を有する第２電極を備えることにより、流量制御手段による複雑な制御をする必要がなく（複雑な制御手段を備えることなく）、製造が容易であるプラズマＣＶＤ装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a second electrode having a plurality of inclined surfaces that are inclined in the moving direction of the first electrode or the second electrode, thereby eliminating the need for complicated control by the flow rate control means (complexity). It is an object of the present invention to provide a plasma CVD apparatus that is easy to manufacture without providing a simple control means.
本発明の他の目的は、基板を配置してある第１電極に、第２電極を接近又は離隔させることにより、例えば請求項２に記載のプラズマＣＶＤ装置を用いて、原料ガスの流量又は放電条件等の他の形成条件を変えることなく、膜材料の組成比を精密に変化させることができる成膜方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to bring the second electrode closer to or away from the first electrode on which the substrate is disposed, for example, using the plasma CVD apparatus according to
本発明の他の目的は、第１電極又は第２電極の移動方向に傾斜している複数の斜面を有する第２電極を用いることにより、例えば請求項３に記載のプラズマＣＶＤ装置を用いて、請求項４に記載の成膜方法と同様の効果を得ることができる成膜方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to use, for example, a plasma CVD apparatus according to
また、本発明の他の目的は、第１電極と第２電極との間の電極間距離を変更する手段を備えることにより、単一のスパッタ装置、単一のターゲット、単一のプロセスで異なる物性（導電体、半導体、絶縁体の種別、組成、組成比、伝導型、導電率等）の膜を連続的に任意に形成できるスパッタ装置、及び該スパッタ装置による成膜方法を提供することにある。例えば、酸化物材料をターゲットに用いた場合に、膜の種類を導電体、半導体、絶縁体と連続的に作り分けることができるスパッタ装置、及び成膜方法を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a means for changing the interelectrode distance between the first electrode and the second electrode, so that a single sputtering apparatus, a single target, and a single process are different. To provide a sputtering apparatus capable of continuously and arbitrarily forming a film having physical properties (type of conductor, semiconductor, insulator, composition, composition ratio, conductivity type, conductivity, etc.) and a film forming method using the sputtering apparatus. is there. For example, it is an object of the present invention to provide a sputtering apparatus and a film forming method capable of continuously creating different types of films from a conductor, a semiconductor, and an insulator when an oxide material is used as a target.
また、本発明の他の目的は、第１電極又は第２電極の移動方向に傾斜している複数の斜面を有する第２電極を備えることにより、単一のスパッタ装置、単一のターゲット、単一のプロセスで異なる物性（導電体、半導体、絶縁体の種別、組成、組成比、伝導型、導電率等）の膜を連続的に任意に形成できるスパッタ装置、及び該スパッタ装置による成膜方法を提供することにある。例えば、酸化物材料をターゲットに用いた場合に、膜の種類を導電体、半導体、絶縁体と連続的に作り分けることができるスパッタ装置、成膜方法を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a second electrode having a plurality of inclined surfaces that are inclined in the moving direction of the first electrode or the second electrode. Sputtering apparatus capable of continuously and arbitrarily forming films having different physical properties (type of conductor, semiconductor, insulator, composition, composition ratio, conductivity type, conductivity, etc.) in one process, and film forming method using the sputtering apparatus Is to provide. For example, an object of the present invention is to provide a sputtering apparatus and a film forming method capable of continuously creating different types of films from a conductor, a semiconductor, and an insulator when an oxide material is used as a target.
また、本発明の他の目的は、第１電極との間の距離が異なる複数の部分電極を有する第２電極を備えることにより、単一のスパッタ装置、単一のターゲット、単一のプロセスで異なる物性（導電体、半導体、絶縁体の種別、組成、組成比、伝導型、導電率等）の膜を連続的に任意に形成できるスパッタ装置、該スパッタ装置による成膜方法を提供することにある。例えば、酸化物材料をターゲットに用いた場合に、膜の種類を導電体、半導体、絶縁体と連続的に作り分けることができるスパッタ装置、及び成膜方法を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a single sputtering apparatus, a single target, and a single process by providing a second electrode having a plurality of partial electrodes with different distances from the first electrode. To provide a sputtering apparatus capable of continuously and arbitrarily forming films having different physical properties (type of conductor, semiconductor, insulator, composition, composition ratio, conductivity type, conductivity, etc.) and a film forming method using the sputtering apparatus. is there. For example, it is an object of the present invention to provide a sputtering apparatus and a film forming method capable of continuously creating different types of films from a conductor, a semiconductor, and an insulator when an oxide material is used as a target.
また、例えば、複数の元素を含む化合物系薄膜、合金系薄膜等の形成において、組成比を精密に制御することができるスパッタ装置、及び該スパッタ装置による成膜方法を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a sputtering apparatus capable of precisely controlling the composition ratio in forming a compound thin film, an alloy thin film, or the like containing a plurality of elements, and a film forming method using the sputtering apparatus. .
また、例えば、複数元素のうち気体となる性質を有する元素を含む金属酸化物薄膜、窒化物薄膜等の形成において、組成比を精密に制御することができるスパッタ装置、及び該スパッタ装置による成膜方法を提供することを目的とする。 Further, for example, in the formation of a metal oxide thin film, a nitride thin film, or the like containing an element having a gas property among a plurality of elements, a sputtering apparatus capable of precisely controlling the composition ratio, and film formation by the sputtering apparatus It aims to provide a method.
また、例えば、ＩＩ−ＶＩ族半導体薄膜を形成するに際し、電極間距離を制御することにより、膜厚方向において価電子制御された膜を形成することにより、ＩＩ−ＶＩ族半導体薄膜を形成時に膜の種類をｐ型、ｎ型と作り分けることができるスパッタ装置、及び該スパッタ装置による成膜方法を提供することを目的とする。 In addition, for example, when forming a II-VI group semiconductor thin film, the distance between the electrodes is controlled to form a film whose valence electrons are controlled in the film thickness direction. It is an object of the present invention to provide a sputtering apparatus that can make the types of p-type and n-type separately, and a film forming method using the sputtering apparatus.
また、例えば、反応性ガス中に含まれる元素の膜中の濃度を制御することができるスパッタ装置、及び該スパッタ装置による成膜方法を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a sputtering apparatus capable of controlling the concentration of an element contained in a reactive gas in a film and a film forming method using the sputtering apparatus.
また、特に、量産に適したスパッタ装置、量産に適した該スパッタ装置による成膜方法を提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide a sputtering apparatus suitable for mass production and a film forming method using the sputtering apparatus suitable for mass production.
第１発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、反応室内に、膜を形成すべき基板を配置する第１電極と、該第１電極の前記基板を配置すべき部分に対向して配置してある第２電極と、該第２電極又は前記第１電極の内、少なくとも一方を、前記第１電極と前記第２電極との対向方向に交叉する方向に移動させる駆動部と、前記反応室内に原料ガスを供給する手段と、前記第１電極と前記第２電極との間に前記原料ガスのプラズマを発生させるべく電圧を印加する手段とを備えるプラズマＣＶＤ装置において、前記第２電極は、該第２電極の前記第１電極に対向する側に複数の斜面を有し、該斜面が、前記第１電極又は前記第２電極の移動方向に傾斜していることを特徴とする。 In the plasma CVD apparatus according to the first aspect of the present invention, a first electrode for disposing a substrate on which a film is to be formed and a portion of the first electrode facing the portion where the substrate is to be disposed are disposed in a reaction chamber. An electrode, a drive unit that moves at least one of the second electrode and the first electrode in a direction crossing the opposing direction of the first electrode and the second electrode, and a source gas in the reaction chamber In the plasma CVD apparatus, comprising: means for supplying; and means for applying a voltage to generate plasma of the source gas between the first electrode and the second electrode. The second electrode is the second electrode. A plurality of inclined surfaces are provided on the side facing the first electrode, and the inclined surfaces are inclined in the moving direction of the first electrode or the second electrode.
第１発明にあっては、膜厚方向の組成比を連続的に変化させた膜を形成するためのプラズマＣＶＤ装置を製造する場合、基板を配置すべき第１電極、又は第２電極の内、少なくとも一方が移動し、そのため原料ガスの流量比を制御して組成比を変化させることが困難である従来のプラズマＣＶＤ装置に、従来の平板状の第２電極に代えて、第１電極又は第２電極の移動方向に傾斜している複数の斜面を前記第１電極に対向する側に有する第２電極を備えるため、流量制御手段による複雑な制御をする必要がなく（複雑な制御手段を備えることなく）、製造が容易であり、また、制御性の良いプラズマＣＶＤ装置を提供できる。 In the first invention, when manufacturing a plasma CVD apparatus for forming a film in which the composition ratio in the film thickness direction is continuously changed, the first electrode or the second electrode on which the substrate is to be disposed. In the conventional plasma CVD apparatus in which at least one of them moves and therefore it is difficult to change the composition ratio by controlling the flow rate ratio of the raw material gas, the first electrode or Since the second electrode having a plurality of slopes inclined in the moving direction of the second electrode on the side facing the first electrode, there is no need to perform complicated control by the flow rate control means (the complicated control means A plasma CVD apparatus which is easy to manufacture and has good controllability can be provided.
第２発明に係る成膜方法は、反応室内に備えられた第１電極に、膜を形成すべき基板を配置し、前記反応室内に、複数種類の原料ガスを供給し、前記第１電極と、前記基板に対向して配置してあり、該基板に対向する側に複数の斜面を有する第２電極との間に電圧を印加して前記原料ガスのプラズマを発生させ、成膜中に、前記第２電極又は前記第１電極の内、少なくとも一方を前記第１電極と前記第２電極との対向方向に交叉する方向に移動させることを特徴とする。 In the film forming method according to the second aspect of the present invention, a substrate on which a film is to be formed is disposed on a first electrode provided in a reaction chamber, a plurality of types of source gases are supplied into the reaction chamber, and the first electrode and , Arranged facing the substrate, and applying a voltage between the second electrode having a plurality of inclined surfaces on the side facing the substrate to generate plasma of the source gas, during film formation, At least one of the second electrode or the first electrode is moved in a direction crossing the opposing direction of the first electrode and the second electrode.
第２発明にあっては、膜を形成すべき基板を第１電極に配置し、反応室中に、複数の物質を用いてなる膜材料の原料ガスを供給し、前記第１電極と複数の斜面を有する第２電極との間に電圧を印加し、次いで、第１電極又は第２電極の内、少なくとも一方を、例えば第１電極の平面方向に移動させる。このとき、原料ガスがプラズマ分解して、前記物質が夫々前駆体となり、拡散速度が小さい前駆体は、拡散速度が大きい前駆体に比べて第２電極近傍で濃度が高く、該第２電極から離れるに従って濃度が低くなって、該濃度が等しい層が、第２電極の前記斜面に沿って生じる。このため、第１電極が各前駆体の濃度が夫々異なる複数の層を順に通過することとなり、該第１電極と第２電極との間の電極間距離が小さいときは前記前駆体の濃度が高い層を通過して該前駆体の蒸着量が多くなり、電極間距離が大きい場合は前記濃度が低い層を通過して前記蒸着量が少なくなるため、例えば第１発明のプラズマＣＶＤ装置を用いて、原料ガスの流量又は放電条件等の他の形成条件を変えることなく、膜材料の組成比を精密に変化させることができる。 In the second invention, a substrate on which a film is to be formed is disposed on the first electrode, a raw material gas for a film material using a plurality of substances is supplied into the reaction chamber, and the first electrode and the plurality of the plurality of substances are supplied. A voltage is applied between the second electrode having the inclined surface, and then at least one of the first electrode and the second electrode is moved in the planar direction of the first electrode, for example. At this time, the source gas is decomposed into plasma, and the substances become precursors, respectively. The precursor having a low diffusion rate has a higher concentration in the vicinity of the second electrode than the precursor having a high diffusion rate. As the distance increases, the concentration decreases, and a layer having the same concentration is formed along the slope of the second electrode. For this reason, the first electrode sequentially passes through a plurality of layers having different concentrations of each precursor, and when the interelectrode distance between the first electrode and the second electrode is small, the concentration of the precursor is When the deposition amount of the precursor increases through the high layer and the distance between the electrodes is large, the deposition amount decreases through the low concentration layer. For example, the plasma CVD apparatus of the first invention is used. Thus, the composition ratio of the film material can be precisely changed without changing other formation conditions such as the flow rate of the source gas or the discharge conditions.
また、反応室内でプラズマを発生させている場合、反応室内の圧力が高ければ高いほど、プラズマは極端に第２電極側に局在するようになり、該第２電極から離れるに従って前記濃度がより急激に、規則正しく低下するため、膜材料の組成比をより精密に変化させることができる。 In addition, when plasma is generated in the reaction chamber, the higher the pressure in the reaction chamber, the more the plasma is localized on the second electrode side, and the concentration increases as the distance from the second electrode increases. Since it rapidly drops regularly, the composition ratio of the film material can be changed more precisely.
また、第２電極付近では拡散速度が小さい前駆体の濃度が高くなるため、前駆体の濃度比が原料ガスの流量比より大きくなり、前駆体の拡散速度が小さい膜材料の堆積量が増加して、該膜材料の利用効率が向上する。 In addition, since the concentration of the precursor having a low diffusion rate increases near the second electrode, the concentration ratio of the precursor becomes larger than the flow rate ratio of the source gas, and the deposition amount of the film material having a low diffusion rate of the precursor increases. Thus, the utilization efficiency of the film material is improved.
第３発明に係るスパッタ装置は、反応室内に、膜を形成すべき基板を配置する第１電極と、前記基板に対向してターゲットを配置する第２電極と、該第２電極又は前記第１電極の内、少なくとも一方を他方に対する接離方向に移動させる駆動部と、前記反応室内に放電ガスを供給する手段と、前記第１電極と前記第２電極との間に前記放電ガスによるスパッタを発生させるべく電圧を印加する手段とを備えるスパッタ装置において、前記第１電極と前記第２電極との間の電極間距離の変更データを記憶する手段と、該変更データに従って前記駆動部を制御する手段とを備えることを特徴とする。 A sputtering apparatus according to a third aspect of the invention includes a first electrode in which a substrate on which a film is to be formed is disposed in a reaction chamber, a second electrode in which a target is disposed opposite to the substrate, and the second electrode or the first electrode. Sputtering by the discharge gas between the first electrode and the second electrode, a drive unit that moves at least one of the electrodes in the direction of contact and separation with respect to the other, means for supplying a discharge gas into the reaction chamber, and In a sputtering apparatus comprising means for applying a voltage to be generated, means for storing change data of an inter-electrode distance between the first electrode and the second electrode, and controlling the drive unit according to the change data Means.
第４発明に係るスパッタ装置は、反応室内に、膜を形成すべき基板を配置する第１電極と、前記基板に対向してターゲットを配置すべき第２電極と、該第２電極又は前記第１電極の内、少なくとも一方を、前記第１電極と前記第２電極との対向方向に交叉する方向に移動させる駆動部と、前記反応室内に放電ガスを供給する手段と、前記第１電極と前記第２電極との間に前記放電ガスによるスパッタを発生させるべく電圧を印加する手段とを備えるスパッタ装置において、前記第２電極は、前記第１電極に対向する側に複数の斜面を有し、該斜面は、前記第１電極又は前記第２電極の移動方向に傾斜していることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a sputtering apparatus comprising: a first electrode for disposing a substrate on which a film is to be formed; a second electrode for disposing a target opposite the substrate; and the second electrode or the first electrode. A drive unit that moves at least one of the electrodes in a direction crossing the opposing direction of the first electrode and the second electrode, means for supplying a discharge gas into the reaction chamber, the first electrode, Means for applying a voltage to generate sputtering by the discharge gas between the second electrode and the second electrode, wherein the second electrode has a plurality of inclined surfaces on the side facing the first electrode. The inclined surface is inclined in the moving direction of the first electrode or the second electrode.
第５発明に係るスパッタ装置は、反応室内に、膜を形成すべき基板を配置する第１電極と、前記基板に対向してターゲットを配置すべき第２電極と、該第２電極又は前記第１電極の内、少なくとも一方を、前記第１電極と前記第２電極との対向方向に交叉する方向に移動させる駆動部と、前記反応室内に放電ガスを供給する手段と、前記第１電極と前記第２電極との間に前記放電ガスによるスパッタを発生させるべく電圧を印加する手段とを備えるスパッタ装置において、前記第２電極は、前記第１電極との間の距離が異なる複数の部分電極を備えることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a sputtering apparatus comprising: a first electrode for disposing a substrate on which a film is to be formed; a second electrode for disposing a target facing the substrate; and the second electrode or the first electrode. A drive unit that moves at least one of the electrodes in a direction crossing the opposing direction of the first electrode and the second electrode, means for supplying a discharge gas into the reaction chamber, the first electrode, Means for applying a voltage to generate sputtering by the discharge gas between the second electrode and the second electrode, wherein the second electrode is a plurality of partial electrodes having different distances from the first electrode It is characterized by providing.
第６発明に係る成膜方法は、反応室内に備えられた第１電極に膜を形成すべき基板を配置し、第２電極に前記基板に対向してターゲットを配置し、前記反応室内に放電ガスを供給し、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加して前記放電ガスによるスパッタを発生させ、成膜中に、前記第２電極又は前記第１電極の内、少なくとも一方を他方に対する接離方向に移動させることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, a substrate on which a film is to be formed is disposed on a first electrode provided in a reaction chamber, a target is disposed on the second electrode so as to face the substrate, and discharge is performed in the reaction chamber. A gas is supplied, and a voltage is applied between the first electrode and the second electrode to cause sputtering by the discharge gas. During the film formation, at least one of the second electrode or the first electrode One of them is moved in the contact / separation direction relative to the other.
第７発明に係る成膜方法は、反応室内に備えられた第１電極に膜を形成すべき基板を配置し、前記基板に対向する側に複数の斜面を有する第２電極に前記基板に対向してターゲットを配置し、前記反応室内に放電ガスを供給し、前記第１電極と第２電極との間に電圧を印加して前記放電ガスによるスパッタを発生させ、成膜中に、前記第２電極又は前記第１電極の内、少なくとも一方を前記第１電極と前記第２電極との対向方向に交叉する方向に移動させることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a film forming method in which a substrate on which a film is to be formed is disposed on a first electrode provided in a reaction chamber, and a second electrode having a plurality of inclined surfaces on the side facing the substrate is opposed to the substrate. Then, a target is disposed, a discharge gas is supplied into the reaction chamber, a voltage is applied between the first electrode and the second electrode to cause sputtering by the discharge gas, and during the film formation, At least one of the two electrodes or the first electrode is moved in a direction crossing the opposing direction of the first electrode and the second electrode.
第８発明に係る成膜方法は、反応室内に備えられた第１電極に膜を形成すべき基板を配置し、前記第１電極との間の距離が異なる複数の部分電極を備える第２電極に前記基板に対向してターゲットを配置し、前記反応室内に放電ガスを供給し、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加して前記放電ガスによるスパッタを発生させ、成膜中に、前記第２電極又は前記第１電極の内、少なくとも一方を前記第１電極と前記第２電極との対向方向に交叉する方向に移動させることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a film forming method comprising: arranging a substrate on which a film is to be formed on a first electrode provided in a reaction chamber; and providing a plurality of partial electrodes having different distances from the first electrode. A target is disposed opposite the substrate, a discharge gas is supplied into the reaction chamber, and a voltage is applied between the first electrode and the second electrode to generate sputtering by the discharge gas. In the film, at least one of the second electrode and the first electrode is moved in a direction crossing the opposing direction of the first electrode and the second electrode.
第３発明、第６発明においては、第１電極と第２電極との間の電極間距離を変更する手段を備えることとしたので、単一のスパッタ装置、単一のターゲット、単一のプロセスで異なる物性（導電体、半導体、絶縁体の種別、組成、組成比、伝導型、導電率等）の膜を任意に連続的に形成できるスパッタ装置、及び該スパッタ装置による成膜方法を提供でき、例えば、酸化物材料をターゲットに用いた場合に、膜の種類を導電体、半導体、絶縁体と連続的に作り分けることができるスパッタ装置、及び成膜方法を提供することができる。 In the third and sixth inventions, since the means for changing the interelectrode distance between the first electrode and the second electrode is provided, a single sputtering apparatus, a single target, and a single process are provided. Can provide a sputtering apparatus that can arbitrarily and continuously form films having different physical properties (type of conductor, semiconductor, insulator, composition, composition ratio, conductivity type, conductivity, etc.) and a film forming method using the sputtering apparatus. For example, when an oxide material is used as a target, it is possible to provide a sputtering apparatus and a film formation method capable of continuously creating different types of films from a conductor, a semiconductor, and an insulator.
第４発明、第７発明においては、第１電極又は第２電極の移動方向に傾斜している複数の斜面を有する第２電極を備えることとしたので、単一のスパッタ装置、単一のターゲット、単一のプロセスで異なる物性（導電体、半導体、絶縁体の種別、組成、組成比、伝導型、導電率等）の膜を任意に連続的に形成できる量産性に優れたスパッタ装置、及び該スパッタ装置による成膜方法を提供でき、例えば、酸化物材料をターゲットに用いた場合に、膜の種類を導電体、半導体、絶縁体と連続的に作り分けることができるスパッタ装置、及び成膜方法を提供することができる。 In the fourth invention and the seventh invention, since the second electrode having a plurality of inclined surfaces inclined in the moving direction of the first electrode or the second electrode is provided, a single sputtering apparatus and a single target are provided. A sputter apparatus excellent in mass production capable of continuously and continuously forming a film having different physical properties (type of conductor, semiconductor, insulator, composition, composition ratio, conductivity type, conductivity, etc.) in a single process, and A film forming method using the sputtering apparatus can be provided. For example, when an oxide material is used as a target, a sputtering apparatus capable of continuously forming a film type from a conductor, a semiconductor, and an insulator, and film formation A method can be provided.
第５発明、第８発明においては、第１電極との間の距離が異なる複数の部分電極を有する第２電極を備えることとしたので、単一のスパッタ装置、単一のターゲット、単一のプロセスで異なる物性（導電体、半導体、絶縁体の種別、組成、組成比、伝導型、導電率等）の膜を任意に連続的に形成できる量産性に優れたスパッタ装置、該スパッタ装置による成膜方法を提供でき、例えば、酸化物材料をターゲットに用いた場合に、膜の種類を導電体、半導体、絶縁体と連続的に作り分けることができるスパッタ装置、成膜方法を提供することができる。 In the fifth and eighth inventions, since the second electrode having a plurality of partial electrodes with different distances from the first electrode is provided, a single sputtering apparatus, a single target, and a single A sputtering apparatus with excellent mass productivity that can form films with different physical properties (type of conductor, semiconductor, insulator, composition, composition ratio, conductivity type, conductivity, etc.) arbitrarily and continuously in the process. For example, when an oxide material is used as a target, it is possible to provide a sputtering apparatus and a film forming method capable of continuously forming a film type from a conductor, a semiconductor, and an insulator. it can.
第３発明乃至第８発明においては、例えば、複数元素のうち気体となる性質を有する元素を含む金属酸化物薄膜、窒化物薄膜等の形成において、組成比を精密に制御することができるスパッタ装置、該スパッタ装置による成膜方法を提供することができる。 In the third to eighth inventions, for example, a sputtering apparatus capable of precisely controlling the composition ratio in the formation of a metal oxide thin film, a nitride thin film or the like containing an element having the property of becoming a gas among a plurality of elements. A film forming method using the sputtering apparatus can be provided.
また、例えば、ＩＩ−ＶＩ族半導体薄膜を形成するに際し、電極間距離を制御することにより、膜厚方向において価電子制御された膜を形成することにより、ＩＩ−ＶＩ族半導体薄膜を形成時に膜の種類をｐ型、ｎ型と作り分けることができるスパッタ装置、該スパッタ装置による成膜方法を提供することができる。 In addition, for example, when forming a II-VI group semiconductor thin film, the distance between the electrodes is controlled to form a film whose valence electrons are controlled in the film thickness direction. Can be provided as a p-type and n-type sputtering apparatus, and a film forming method using the sputtering apparatus can be provided.
また、例えば、反応性ガス中に含まれる元素の膜中の濃度を制御することができるスパッタ装置、スパッタ法による成膜方法を提供することができる。 In addition, for example, it is possible to provide a sputtering apparatus that can control the concentration of an element contained in a reactive gas in a film and a film forming method using a sputtering method.
また、本発明のプラズマＣＶＤ装置によれば、基板を配置してある第１電極又は第２電極の移動方向に傾斜している複数の斜面を有する第２電極を備えることにより、膜厚方向の組成比を連続的に変化させた膜を形成するためのプラズマＣＶＤ装置を提供できる。基板を配置すべき第１電極、又は第２電極の内、少なくとも一方が移動し、そのため原料ガスの流量比を制御して組成比を変化させることが困難である従来のプラズマＣＶＤ装置に、従来の平板状の第２電極に代えて、第１電極又は第２電極の移動方向に傾斜している複数の斜面を前記第１電極に対向する側に有する第２電極を備えるため、複雑な制御手段を備えることなく、製造が容易であり、また、制御性の良いプラズマＣＶＤ装置を提供できる。 In addition, according to the plasma CVD apparatus of the present invention, by providing the second electrode having a plurality of inclined surfaces inclined in the moving direction of the first electrode or the second electrode on which the substrate is disposed, It is possible to provide a plasma CVD apparatus for forming a film whose composition ratio is continuously changed. In the conventional plasma CVD apparatus in which at least one of the first electrode or the second electrode on which the substrate is to be disposed moves and it is difficult to change the composition ratio by controlling the flow rate ratio of the source gas, Instead of the flat plate-like second electrode, the second electrode having a plurality of inclined surfaces inclined in the moving direction of the first electrode or the second electrode is provided on the side facing the first electrode, so that complicated control is provided. A plasma CVD apparatus that is easy to manufacture and has good controllability can be provided without providing any means.
また、第１電極又は第２電極の移動方向に傾斜している複数の斜面を有する第２電極を用いることにより、膜を形成すべき基板を第１電極に配置し、反応室中に、複数の物質を用いてなる膜材料の原料ガスを供給し、前記第１電極と複数の斜面を有する第２電極との間に電圧を印加し、次いで、第１電極又は第２電極の内、少なくとも一方を、例えば第１電極の平面方向に移動させる。このとき、原料ガスがプラズマ分解して、前記物質が夫々前駆体となり、拡散速度が小さい前駆体は、拡散速度が大きい前駆体に比べて第２電極近傍で濃度が高く、該第２電極から離れるに従って濃度が低くなって、該濃度が等しい層が、第２電極の前記斜面に沿って生じる。このため、第１電極が各前駆体の濃度が夫々異なる複数の層を順に通過することとなり、該第１電極と第２電極との間の電極間距離が小さいときは前記前駆体の濃度が高い層を通過して該前駆体の蒸着量が多くなり、電極間距離が大きい場合は前記濃度が低い層を通過して前記蒸着量が少なくなるため、例えば請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置を用いて、原料ガスの流量又は放電条件等の他の形成条件を変えることなく、膜材料の組成比を精密に変化させることができる。
Further, by using a second electrode having a plurality of inclined surfaces that are inclined in the moving direction of the first electrode or the second electrode, a substrate on which a film is to be formed is disposed on the first electrode, and a plurality of substrates are formed in the reaction chamber. A source gas of a film material using the substance is applied, a voltage is applied between the first electrode and a second electrode having a plurality of slopes, and then at least one of the first electrode and the second electrode One side is moved in the plane direction of the first electrode, for example. At this time, the source gas is decomposed into plasma, and the substances become precursors, respectively. The precursor having a low diffusion rate has a higher concentration in the vicinity of the second electrode than the precursor having a high diffusion rate. As the distance increases, the concentration decreases, and a layer having the same concentration is formed along the slope of the second electrode. For this reason, the first electrode sequentially passes through a plurality of layers having different concentrations of each precursor, and when the interelectrode distance between the first electrode and the second electrode is small, the concentration of the precursor is 2. The plasma CVD apparatus according to
また、反応室内でプラズマを発生させている場合、反応室内の圧力が高ければ高いほど、プラズマは極端に第２電極側に局在するようになり、該第２電極から離れるに従って前記濃度がより急激に、規則正しく低下するため、膜材料の組成比をより精密に変化させることができる
また、第２電極付近では拡散速度が小さい前駆体の濃度が高くなるため、前駆体の濃度比が原料ガスの流量比より大きくなり、前駆体の拡散速度が小さい膜材料の堆積量が増加して、該膜材料の利用効率が向上する。
In addition, when plasma is generated in the reaction chamber, the higher the pressure in the reaction chamber, the more the plasma is localized on the second electrode side, and the concentration increases as the distance from the second electrode increases. The composition ratio of the film material can be changed more precisely because it suddenly and regularly decreases. Also, the concentration of the precursor having a low diffusion rate increases in the vicinity of the second electrode. Therefore, the deposition amount of the film material having a low diffusion rate of the precursor is increased, and the utilization efficiency of the film material is improved.
本発明のスパッタ装置、及び該スパッタ装置を用いた成膜方法によれば、第１電極と第２電極との間の電極間距離を変更する手段を備えることとしたので、単一のスパッタ装置、単一のターゲット、単一のプロセスで異なる物性（導電体、半導体、絶縁体の種別、組成、組成比、伝導型、導電率等）の膜を任意に形成できるスパッタ装置、及び成膜方法を提供でき、例えば、酸化物材料をターゲットに用いた場合に、膜の種類を導電体、半導体、絶縁体と作り分けることができるスパッタ装置、及び成膜方法を提供することができる。 According to the sputtering apparatus of the present invention and the film forming method using the sputtering apparatus, since the means for changing the distance between the first electrode and the second electrode is provided, a single sputtering apparatus is provided. , Sputtering apparatus capable of arbitrarily forming a single target, a film having different physical properties (type of conductor, semiconductor, insulator, composition, composition ratio, conductivity type, conductivity, etc.) in a single process, and film formation method For example, when an oxide material is used as a target, it is possible to provide a sputtering apparatus and a film formation method capable of separately forming a film type from a conductor, a semiconductor, and an insulator.
本発明のスパッタ装置、及び該スパッタ装置を用いた成膜方法によれば、第１電極又は第２電極の移動方向に傾斜している複数の斜面を有する第２電極を備えることとしたので、単一のスパッタ装置、単一のターゲット、単一のプロセスで異なる物性（導電体、半導体、絶縁体の種別、組成、組成比、伝導型、導電率等）の膜を任意に形成できる量産性に優れたスパッタ装置、及び成膜方法を提供でき、例えば、酸化物材料をターゲットに用いた場合に、膜の種類を導電体、半導体、絶縁体と作り分けることができるスパッタ装置、及び成膜方法を提供することができる。 According to the sputtering apparatus of the present invention and the film forming method using the sputtering apparatus, since the second electrode having a plurality of inclined surfaces inclined in the moving direction of the first electrode or the second electrode is provided, Mass-productivity that can arbitrarily form films with different physical properties (conductor, semiconductor, insulator type, composition, composition ratio, conductivity type, conductivity, etc.) with a single sputtering device, single target, and single process A sputtering apparatus and a film forming method excellent in the above can be provided. For example, when an oxide material is used as a target, a sputtering apparatus and a film forming method that can make the type of a film different from a conductor, a semiconductor, and an insulator. A method can be provided.
本発明のスパッタ装置、及び該スパッタ装置を用いた成膜方法によれば、第１電極との間の距離が異なる複数の部分電極を有する第２電極を備えることとしたので、単一のスパッタ装置、単一のターゲット、単一のプロセスで異なる物性（導電体、半導体、絶縁体の種別、組成、組成比、伝導型、導電率等）の膜を任意に形成できる量産性に優れたスパッタ装置、及び成膜方法を提供でき、例えば、酸化物材料をターゲットに用いた場合に、膜の種類を導電体、半導体、絶縁体と作り分けることができるスパッタ装置、及び成膜方法を提供することができる。 According to the sputtering apparatus of the present invention and the film forming method using the sputtering apparatus, since the second electrode having a plurality of partial electrodes having different distances from the first electrode is provided, a single sputtering is performed. Sputter with excellent mass productivity that can form films with different physical properties (conductor, semiconductor, insulator type, composition, composition ratio, conductivity type, conductivity, etc.) in a single process, single target An apparatus and a film formation method can be provided. For example, when an oxide material is used as a target, a sputtering apparatus and a film formation method capable of separately forming a film type from a conductor, a semiconductor, and an insulator are provided. be able to.
本発明のスパッタ装置、及び該スパッタ装置を用いた成膜方法によれば、例えば、複数元素のうち気体となる性質を有する元素を含む金属酸化物薄膜、窒化物薄膜等の形成において、組成比を精密に制御することができるスパッタ装置、及び成膜方法を提供することができる。 According to the sputtering apparatus of the present invention and the film forming method using the sputtering apparatus, for example, in the formation of a metal oxide thin film, a nitride thin film or the like containing an element having a property of becoming a gas among a plurality of elements, the composition ratio It is possible to provide a sputtering apparatus and a film forming method capable of precisely controlling the thickness.
また、例えば、ＩＩ−ＶＩ族半導体薄膜を形成するに際し、電極間距離を制御することにより、膜厚方向において価電子制御された膜を形成することにより、ＩＩ−ＶＩ族半導体薄膜を形成時に膜の種類をｐ型、ｎ型と作り分けることができるスパッタ装置、及び成膜方法を提供することができる。 In addition, for example, when forming a II-VI group semiconductor thin film, the distance between the electrodes is controlled to form a film whose valence electrons are controlled in the film thickness direction. It is possible to provide a sputtering apparatus and a film forming method capable of separately making the type of p-type and n-type.
また、例えば、反応性ガス中に含まれる元素の膜中の濃度を制御することができるスパッタ装置、及び成膜方法を提供することができる。 Further, for example, it is possible to provide a sputtering apparatus and a film forming method capable of controlling the concentration of an element contained in a reactive gas in a film.
本発明のスパッタ装置、及び該スパッタ装置を用いた成膜方法によれば、形成する膜の物性を変更制御するに際して、膜が形成される基板をスパッタ装置の外部に取り出さずに、成膜することができるから、デバイス作成プロセスの簡略化が可能となり、スループットが早くなり、ひいては製造コストの低減、特性の改善が可能となる。 According to the sputtering apparatus and the film forming method using the sputtering apparatus of the present invention, when changing the physical properties of the film to be formed, the film is formed without taking out the substrate on which the film is formed outside the sputtering apparatus. Therefore, the device creation process can be simplified, the throughput can be increased, and the manufacturing cost can be reduced and the characteristics can be improved.
また、膜の制御が任意にできることから、新規構造デバイスの作成、変調ドープ材料、多層膜、エネルギギャップ変調非晶質材料の効率的形成が可能となる。 In addition, since the film can be arbitrarily controlled, it is possible to create a new structure device and efficiently form a modulation dope material, a multilayer film, and an energy gap modulation amorphous material.
さらに、流量制御系の精密な制御は全く不要となるという効果もある。 Furthermore, there is an effect that precise control of the flow rate control system is not required at all.
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
＜参考の形態１＞
図１は、本発明の参考の形態１に係るプラズマＣＶＤ装置の模式図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
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FIG. 1 is a schematic diagram of a plasma CVD apparatus according to
図中１は、排気系２を用いて内部を真空排気してある反応室である。反応室１内には、対向面が夫々平面状のアノード電極３とカソード電極４とが対向配置されている。アノード電極３は接地されており、カソード電極４は反応室１外部の高周波電源６に接続されている。アノード電極３のカソード電極４との対向面側には、成膜すべきガラス製の基板５が載置されている。基板５の面積は２２５cm2 であり、カソード電極４の対向面の面積よりも小さい。また、反応室１は、該反応室１外部から原料ガスを供給する供給管７、流量制御系７ａを備えている。
In the figure,
駆動部８は、カソード電極４を支持する支柱を備え、反応室１外部の制御部９に制御されて該支柱を該支柱の軸長方向に直線的に駆動することによって、カソード電極４をアノード電極３に対する接離方向に移動する。制御部９は、例えばパーソナルコンピュータを用いてなり、成膜開始から成膜終了までのアノード電極３とカソード電極４との間の電極間距離の変更のデータの入力を受け付けて該データを記憶し、記憶したデータに従って、カソード電極４がアノード電極３上の基板５に接触しないようにして駆動部８を制御する。
The
前記データは、成膜開始からの時間及び該時間が経過したときの電極間距離のデータであって、アノード電極３とカソード電極４との間の電極間距離と、所要の成膜条件下にて該電極間距離で成膜したときの膜材料の組成比との関係、及び、該組成比を有する膜が基板５上に形成されるために必要な時間を予め調査しておいて決定してある。
The data is data on the time from the start of film formation and the distance between the electrodes when the time has elapsed, and the distance between the electrodes between the
以上のようなプラズマＣＶＤ装置は、原料ガスの詳細な流れを考慮せずに設計することができ、また、流量制御系７ａにおいて、ガス流量比の精密な制御を行なう必要が無いため、装置の設計が容易である。 The plasma CVD apparatus as described above can be designed without considering the detailed flow of the source gas, and it is not necessary to precisely control the gas flow rate ratio in the flow rate control system 7a. Easy to design.
なお、前記プラズマＣＶＤ装置は、電極間距離が任意に変更できる構成であれば、例えば原料ガスをカソード電極を通して供給する構成であっても良い。 The plasma CVD apparatus may be configured to supply the source gas through the cathode electrode, for example, as long as the distance between the electrodes can be arbitrarily changed.
次に、前記プラズマＣＶＤ装置を用いて成膜するときの成膜方法について説明する。 Next, a method for forming a film using the plasma CVD apparatus will be described.
表１は、前記プラズマＣＶＤ装置を用いてシリコンゲルマニウム膜を形成するときの成膜条件を示している。 Table 1 shows film forming conditions when a silicon germanium film is formed using the plasma CVD apparatus.
前記プラズマＣＶＤ装置を用いて、膜厚方向の組成比が連続的に変化するシリコンゲルマニウム膜を形成する場合、まず、アノード電極３とカソード電極４との間の電極間距離を４cm以上にして基板５をアノード電極３の対向面に載置し、次いで、供給管７を用いて反応室１中にシリコンゲルマニウムの原料ガス（シラン及びゲルマン）を供給する。次に、高周波電源６を用いてアノード電極３とカソード電極４との間に高周波電圧を印加し、アノード電極３とカソード電極４との間に原料ガスのプラズマを発生させる。このときプラズマ分解したシラン及びゲルマンが、シリコン前駆体及びゲルマニウム前駆体となる。
In the case of forming a silicon germanium film whose composition ratio in the film thickness direction is continuously changed using the plasma CVD apparatus, first, the distance between the
圧力を１００Ｐａ以上にしたとき、他の部分より高密度のプラズマがカソード電極４の対向面に沿って厚さ１．５cm以内の領域に局在してシート状になる。
When the pressure is set to 100 Pa or more, a plasma having a higher density than other portions is localized in a region within 1.5 cm in thickness along the facing surface of the
前記領域では、シリコン前駆体に対するゲルマニウム前駆体の割合が、シランに対するゲルマンの割合より大きくなり、該領域からの電極間距離に比例して、ゲルマニウム前駆体の割合は減少する。 In the region, the ratio of germanium precursor to silicon precursor is larger than the ratio of germane to silane, and the proportion of germanium precursor decreases in proportion to the interelectrode distance from the region.
シリコンゲルマニウム膜は、基板５に各前駆体が蒸着することによって形成されるため、制御部９は駆動部８を制御して、まず前記電極間距離を４cmにして成膜を開始し、次に、該電極間距離が０．８cmになるまで徐々にカソード電極４を移動し、次いで、急激にカソード電極４を移動して前記電極間距離を１．５cmにして、適宜の時間の間、該電極間距離を保持し、次いで、急激にカソード電極４を移動して前記電極間距離を０．８cmにして、最後に、前記電極間距離が４cmになるまで徐々にカソード電極４を移動して成膜を終了する。
Since the silicon germanium film is formed by depositing each precursor on the
表２は、従来のプラズマＣＶＤ装置を用いて膜厚方向の組成比が連続的に変化するシリコンゲルマニウム膜を形成するときの成膜条件を示している。 Table 2 shows film forming conditions when forming a silicon germanium film in which the composition ratio in the film thickness direction changes continuously using a conventional plasma CVD apparatus.
本参考の形態のＣＶＤ装置を用いる場合はゲルマン流量を一定（１ｓｃｃｍ）にして電極間距離を０．８〜４（cm）の間で変化させるが、従来のプラズマＣＶＤ装置を用いる場合は電極間距離を一定（３cm）にしてゲルマン流量を０〜１．６（ｓｃｃｍ）の間で変化させる。 When using the CVD apparatus of the present embodiment, the germane flow rate is constant (1 sccm) and the distance between the electrodes is changed between 0.8 and 4 (cm). When using the conventional plasma CVD apparatus, the distance between the electrodes is changed. The germane flow rate is varied between 0 and 1.6 (sccm) with a constant distance (3 cm).
図２は、本発明の参考の形態１に係るプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜するときの電極間距離と組成比との関係を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the distance between the electrodes and the composition ratio when the film is formed using the plasma CVD apparatus according to
該グラフは、２次イオン測定装置（ＳＩＭＳ）を用いて測定した膜中におけるシリコンゲルマニウムの組成比（ゲルマニウム／シリコン（％））の膜厚（Å）方向の分布と、該膜厚位置形成時の電極間距離（cm）を示している。 The graph shows the distribution of the silicon germanium composition ratio (germanium / silicon (%)) in the film thickness (Å) direction in the film measured by using a secondary ion measuring device (SIMS) and the film thickness position formation. The distance between electrodes (cm) is shown.
図３は従来のプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜するときの流量比と組成比との関係を示すグラフである。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the flow rate ratio and the composition ratio when forming a film using a conventional plasma CVD apparatus.
該グラフは、ＳＩＭＳを用いて測定した膜中におけるシリコンゲルマニウムの組成比（ゲルマニウム／シリコン（％））の膜厚（Å）方向の分布と、該膜厚位置形成時のゲルマン／シラン流量比（％）を示している。 The graph shows the distribution in the film thickness (Å) direction of the silicon germanium composition ratio (germanium / silicon (%)) in the film measured using SIMS, and the germane / silane flow ratio at the time of forming the film thickness position ( %).
図２より、電極間距離を用いて組成比を制御した場合は、電極間距離の変更と略同時に組成比が変化しており、また、電極間距離を急激に変更したとき、組成比も急激に変化することがわかる。図３より、流量を用いて組成比を制御した場合は、流量比の変更より少し遅れて組成比が変化しており、また、流量を急激に変更したとき、組成比は緩やかに変化することがわかる。 As shown in FIG. 2, when the composition ratio is controlled using the distance between the electrodes, the composition ratio changes almost simultaneously with the change in the distance between the electrodes, and when the distance between the electrodes is suddenly changed, the composition ratio also increases rapidly. It turns out that it changes to. From FIG. 3, when the composition ratio is controlled using the flow rate, the composition ratio changes slightly after the change of the flow ratio, and when the flow rate is changed abruptly, the composition ratio changes slowly. I understand.
流量を用いて組成比を制御した場合、特に大型のプラズマＣＶＤ装置を用いたとき、流量比の変化に比べて反応室内の原料ガスの存在比の変化が遅くなるため、組成比の変化もより遅く、緩やかになるが、電極間距離を用いて組成比を制御した場合は、大型のプラズマＣＶＤ装置を用いたときであっても、電極間距離の変化に追随して組成比も変化する。 When the composition ratio is controlled using the flow rate, especially when a large plasma CVD apparatus is used, the change in the abundance ratio of the source gas in the reaction chamber is slower than the change in the flow rate ratio. Although slow and gentle, when the composition ratio is controlled using the interelectrode distance, the composition ratio also changes following the change in the interelectrode distance even when a large plasma CVD apparatus is used.
また、電極間距離が１．５ｃｍ以下のとき、組成比＝ゲルマニウム／シランは４０％以上、成膜速度は１．５Å／ｓ以上である。このとき、原料ガスの利用効率＝｛組成比×原子密度（cm-3）×成膜速度（cm／min ）×基板面積（cm2 ）｝／｛（アボガドロ数／２２．４（ｌ））×ゲルマン流量（ｌ／min ）｝＝１５％以上になる。 When the distance between the electrodes is 1.5 cm or less, the composition ratio = germanium / silane is 40% or more, and the film formation rate is 1.5 Å / s or more. At this time, the utilization efficiency of the raw material gas = {composition ratio × atomic density (cm −3) × deposition rate (cm / min) × substrate area (cm 2 )} / {(Avocado number / 22.4 (l)) X germane flow rate (l / min)} = 15% or more.
以上のような成膜方法は、カソード電極４を移動させることで容易に制御できる電極間距離を変更することによって、原料ガスの流量又は放電条件等の他の形成条件を変えることなく、膜材料の組成比を精密に変化させることができる。
The film forming method as described above can change the interelectrode distance that can be easily controlled by moving the
図４は、本発明の参考の形態１に係るプラズマＣＶＤ装置を用いて製造したｐｉｎ構造を有する光起電力素子の模式的断面図である。該光起電力素子は非晶質のｐ層、ｉ層、ｎ層を積層してなり、表３は、ｐ層及びｎ層の形成条件を示している。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a photovoltaic element having a pin structure manufactured using the plasma CVD apparatus according to
前記光起電力素子は、ガラス製の透光基板５０上に、ＳｎＯ2 を用いて凹凸表面形状を有する透光性電極膜５１を形成し、該透光性電極膜５１上に、従来のプラズマＣＶＤ法を用いてｐ層５２を形成し、該ｐ層５２上に、前記成膜方法を用い、電極間距離を制御することによって膜厚方向の組成比が連続的に変化するｉ層５３を形成し、該ｉ層５３上に前記プラズマＣＶＤ法を用いてｎ層５４を形成し、該ｎ層５４上に銀を用いた金属電極膜５５をスパッタ法を用いて形成してなる。
In the photovoltaic element, a light-transmitting
表４は、前記光起電力素子（本参考例）と、原料ガスの流量比を制御することによって膜厚方向の組成比が連続的に変化するｉ層を形成してなる従来の光起電力素子（従来例）との製造直後の特性（初期特性）及びＡＭ−１．５、１００ｍＷ／cm2 、２５℃、５００時間の条件で光を照射した後の特性（光照射後特性）を示している。 Table 4 shows a conventional photovoltaic device in which the photovoltaic element (this reference example) and an i layer in which the composition ratio in the film thickness direction changes continuously by controlling the flow rate ratio of the source gas. The characteristics (initial characteristics) immediately after manufacturing with the element (conventional example) and the characteristics after irradiation with light under the conditions of AM-1.5, 100 mW / cm 2 , 25 ° C., 500 hours (characteristic after light irradiation) are shown. ing.
表より、本実施例の光起電力素子は、開放電圧、短絡電流、曲線因子、及び変換効率の値が従来例の光起電力素子と比べて高い数値を夫々示しており、光電効率が向上していることがわかる。 From the table, the photovoltaic device of this example shows the open circuit voltage, short circuit current, fill factor, and conversion efficiency values higher than those of the conventional photovoltaic device, respectively, and the photoelectric efficiency is improved. You can see that
なお、ｐ層、ｉ層、ｎ層は、非晶質のみならず、結晶質であっても良い。また、ｐ層又はｎ層に本発明を用いて組成比を変化させても良い。 Note that the p layer, i layer, and n layer may be not only amorphous but also crystalline. Further, the composition ratio may be changed by using the present invention for the p layer or the n layer.
また、遮光性の基板上に、電極膜、ｎ層、ｉ層、ｐ層、透光性電極膜を形成しても良い。 Further, an electrode film, an n layer, an i layer, a p layer, or a light-transmitting electrode film may be formed over a light-shielding substrate.
更に、前記ｐｉｎ構造をユニットセルとし、該ユニットセルを複数積層した積層型光起電力素子であっても、同様の効果を得ることができる。
＜実施の形態１＞
図５は、本発明の実施の形態１に係るプラズマＣＶＤ装置の模式図である。
Further, the same effect can be obtained even in a stacked photovoltaic element in which the pin structure is a unit cell and a plurality of the unit cells are stacked.
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FIG. 5 is a schematic diagram of the plasma CVD apparatus according to
図中３１はロール状に形成された基板電極であり、成膜開始前は巻き取りロール８１に巻き取られている。該巻き取りロール８１に巻き取られている基板電極３１の一端を巻き取り・BR>香[ル８２に取り付け、該巻き取りロール８２が回転駆動するとき、基板電極３１は、巻き取りロール８１から巻き取りロール８２へ連続的に移動して、巻き取りロール８２に巻き取られる。
In the figure,
基板電極３１の一面に対向して板状のカソード電極４１が配置されており、該カソード電極４１の前記一面に対する対向面は、巻き取りロール８１側の一端から巻き取りロール８２側の他端へ、まず、該カソード電極４１と基板電極３１との間の電極間距離が小さくなるよう緩やかに傾斜し、次いで、前記電極間距離が大きくなるように急激に傾斜し、次に、前記電極間距離が一定であるよう平面状となり、次いで、前記電極間距離が小さくなるように急激に傾斜し、最後に、前記電極間距離が大きくなるよう緩やかに傾斜するようにして形成されている。
A plate-
その他、参考の形態１と同一部分には同一符号を付してそれらの説明を省略する。
In addition, the same reference numerals are given to the same parts as those of the
移動する基板に成膜する場合、原料ガスの流量比を制御して膜材料の組成比を変化させることはできないため、膜厚方向の組成比が連続的に変化するシリコンゲルマニウム膜を形成する場合、供給管７を用いて反応室１中にシリコンゲルマニウムの原料ガス（シラン及びゲルマン）を供給し、高周波電源６を用いて、基板電極３１とカソード電極４１との間に高周波電圧を印加し、基板電極３１とカソード電極４１との間に原料ガスのプラズマを発生させ、基板電極３１に、前記プラズマ中を移動させる。
When forming a film on a moving substrate, it is not possible to change the composition ratio of the film material by controlling the flow rate ratio of the source gas, so when forming a silicon germanium film in which the composition ratio in the film thickness direction changes continuously , A silicon germanium source gas (silane and germane) is supplied into the
シラン及びゲルマンがプラズマ分解してシリコン前駆体及びゲルマニウム前駆体が生じ、シリコン前駆体に比べて拡散速度が小さいゲルマニウム前駆体は、カソード電極４１近傍で濃度が高く、該カソード電極４１から離れるに従って濃度が低くなって、該濃度が等しい層が、カソード電極４１の対向面の形状に沿って生じる。このため、基板電極３１は各前駆体の濃度が夫々異なる複数の層を順に通過し、基板電極３１とカソード電極４１との間の電極間距離が小さいときはゲルマニウム前駆体の濃度が高い層を通過してゲルマニウム前駆体の蒸着量が多くなり、電極間距離が大きい場合は前記濃度が低い層を通過して前記蒸着量が少なくなるため、膜厚方向の組成比が連続的に変化するシリコンゲルマニウム膜を形成することができる。
Silane and germane are plasma-decomposed to produce a silicon precursor and a germanium precursor, and a germanium precursor having a diffusion rate smaller than that of the silicon precursor has a high concentration in the vicinity of the
なお、実施の形態１のプラズマＣＶＤ装置は反応室１のみを備えた単室構造であるが、複数の成膜室を備えた構造であっても良い。
Note that the plasma CVD apparatus according to
また、基板として絶縁体を用いた場合には、基板の背後に電極を別途設けるようにしても良い。 When an insulator is used as the substrate, an electrode may be separately provided behind the substrate.
また、ロール状でない基板電極の場合は、該基板電極を移動する手段を備えるプラズマＣＶＤ装置を用いて本実施の形態同様に成膜しても良い。 In the case of a substrate electrode that is not in the form of a roll, the film may be formed in the same manner as in this embodiment using a plasma CVD apparatus provided with means for moving the substrate electrode.
なお、本発明は２種類以上の物質の組成比を成膜中に変化させるために用い、シリコンゲルマニウム膜に限らず、例えばシリコンカーボン膜を形成する場合であっても同様の効果を得ることができる。また、超格子構造の半導体層を形成する場合に本発明を用いても良い。 Note that the present invention is used to change the composition ratio of two or more kinds of substances during film formation, and the same effect can be obtained even when a silicon carbon film is formed, for example, without being limited to a silicon germanium film. it can. Further, the present invention may be used when a superlattice semiconductor layer is formed.
また、基板となる第１電極の移動方向に傾斜している複数の斜面を有する第２電極を備えることとした場合には、膜厚方向の組成比を連続的に変化させた膜を形成するためのプラズマＣＶＤ装置を製造する場合、基板となる第１電極が移動し、そのため原料ガスの流量比を制御して組成比を変化させることが困難である従来のプラズマＣＶＤ装置に、従来の平板状の第２電極に代えて、第１電極の移動方向に傾斜している複数の斜面を前記第１電極に対向する側に有する第２電極を備えるため、複雑な制御手段を備えることなく、製造が容易であり、また、制御性の良いプラズマＣＶＤ装置を提供できる。 In addition, when the second electrode having a plurality of inclined surfaces inclined in the moving direction of the first electrode serving as the substrate is provided, a film in which the composition ratio in the film thickness direction is continuously changed is formed. When manufacturing a plasma CVD apparatus for this purpose, the first electrode serving as the substrate moves, so that it is difficult to change the composition ratio by controlling the flow rate ratio of the raw material gas. In place of the second electrode having a shape, the second electrode having a plurality of inclined surfaces that are inclined in the moving direction of the first electrode on the side facing the first electrode, without having a complicated control means, A plasma CVD apparatus that is easy to manufacture and has good controllability can be provided.
また、基板となる第１電極の移動方向に傾斜している複数の斜面を有する第２電極を用いることとした場合には、膜を形成すべき基板となる第１電極を反応室内に配置し、複数の物質を用いてなる膜材料の原料ガスを前記反応室中に供給し、前記第１電極と、該第１電極の移動方向に傾斜している複数の斜面を前記第１電極に対向する側に有する第２電極との間に電圧を印加し、次いで、第１電極を、該第１電極の平面方向に移動させる。このとき、原料ガスがプラズマ分解して、前記物質が夫々前駆体となり、拡散速度が小さい前駆体は、拡散速度が大きい前駆体に比べて第２電極近傍で濃度が高く、該第２電極から離れるに従って濃度が低くなって、該濃度が等しい層が、第２電極の前記斜面に沿って生じる。このため、第１電極は各前駆体の濃度が夫々異なる複数の層を順に通過し、該第１電極と第２電極との間の電極間距離が小さいときは前記前駆体の濃度が高い層を通過して該前駆体の蒸着量が多くなり、電極間距離が大きい場合は前記濃度が低い層を通過して前記蒸着量が少なくなるため、例えば請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置を用いて、原料ガスの流量又は放電条件等の他の形成条件を変えることなく、膜材料の組成比を精密に変化させることができる。
In addition, when the second electrode having a plurality of inclined surfaces that are inclined in the moving direction of the first electrode serving as the substrate is used, the first electrode serving as the substrate on which the film is to be formed is disposed in the reaction chamber. A raw material gas of a film material made of a plurality of substances is supplied into the reaction chamber, and the first electrode and a plurality of inclined surfaces that are inclined in the moving direction of the first electrode are opposed to the first electrode. A voltage is applied between the first electrode and the second electrode on the side to be moved, and then the first electrode is moved in the planar direction of the first electrode. At this time, the source gas is decomposed into plasma, and the substances become precursors, respectively. The precursor having a low diffusion rate has a higher concentration in the vicinity of the second electrode than the precursor having a high diffusion rate. As the distance increases, the concentration decreases, and a layer having the same concentration is formed along the slope of the second electrode. For this reason, the first electrode passes through a plurality of layers having different concentrations of each precursor in order, and when the interelectrode distance between the first electrode and the second electrode is small, the layer having a high concentration of the precursor. When the deposition amount of the precursor increases through the substrate and the distance between the electrodes is large, the deposition amount decreases through the low concentration layer. For example, the plasma CVD apparatus according to
また、シラン及びゲルマンを原料ガスとして用いることにより、シリコン前駆体より質量が大きく拡散速度が小さいゲルマニウム前駆体は、シリコン前駆体に比べて第２電極近傍では気相中の濃度が高く、該第２電極から離れるに従って濃度が低くなっていく。このため、第１電極と第２電極との間の電極間距離を小さくして、ゲルマニウム前駆体の蒸着量を増加し、前記電極間距離を大きくして前記蒸着量を減少することができるため、例えば請求項１乃至３の何れかに記載のプラズマＣＶＤ装置を用いて、シリコンゲルマニウム膜を形成し、該シリコンゲルマニウム膜の組成比を精密に変化させることができる。
Further, by using silane and germane as source gases, a germanium precursor having a mass larger than that of a silicon precursor and having a low diffusion rate has a higher concentration in the gas phase in the vicinity of the second electrode than the silicon precursor. The concentration decreases as the distance from the two electrodes increases. Therefore, the distance between the first electrode and the second electrode can be reduced to increase the deposition amount of the germanium precursor, and the distance between the electrodes can be increased to decrease the deposition amount. For example, a silicon germanium film can be formed by using the plasma CVD apparatus according to any one of
また、シラン及びゲルマンを原料ガスとして用いたとき、反応室内の圧力を１００Ｐａ以上とし、第１電極と第２電極との間の電極間距離を１．５cm以下とすることにより、他の部分より高密度のプラズマが第２電極から１．５cm以内の領域にシート状に局在し、該領域ではシランの前駆体に対するゲルマンの前駆体の割合が、原料ガス中のシランに対するゲルマンの割合より大きくなるため、第２電極を移動させて第１電極を前記領域に接するまで近づけることによって、シランよりも高価なゲルマンの利用効率を向上することができる等、本発明は優れた効果を奏する。
＜実施の形態２＞
図７は、本発明の実施の形態２に係るスパッタ装置の模式図である。図１と同一部分については、同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。反応室１は、排気系２を用いて内部を適宜真空排気してあり、放電ガスが供給管７、流量制御系７ａを介して適宜導入される。反応室１内には、対向面が夫々平面状のターゲット電極１０と基板電極１２とが対向配置されている。ターゲット電極１０には放電用の高周波電源６が接続され、基板電極１２は接地されている。なお、各電極の電位は、ターゲット電極１０と基板電極１２との間にプラズマ領域１３が生じるように適宜設定する。基板電極１２には、ターゲット電極１０に対向する面に成膜の対象である基板５、例えばガラス製の基板が、配置される。ターゲット電極１０には、成膜の原材料となるターゲット１１、例えば金属酸化物材料等が、基板５に対向して配置される。プラズマ領域１３からのイオンがターゲット１１に衝突して、スパッタ現象を生じ、基板５にターゲット１１に応じた所定の材料の膜が成膜される。
In addition, when silane and germane are used as source gases, the pressure in the reaction chamber is set to 100 Pa or more, and the distance between the first electrode and the second electrode is set to 1.5 cm or less than other parts. High-density plasma is localized in a sheet form in a region within 1.5 cm from the second electrode, where the ratio of germane precursor to silane precursor is greater than the ratio of germane to silane in the source gas. Therefore, by moving the second electrode and bringing the first electrode close to contact with the region, it is possible to improve the utilization efficiency of germane, which is more expensive than silane, and the present invention has excellent effects.
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FIG. 7 is a schematic diagram of a sputtering apparatus according to
駆動部８、制御部９は、参考の形態１（図１）の場合と同様に動作し、ターゲット電極１０を基板電極１２に対する接離方向に移動する。つまり、駆動部８は、ターゲット電極１０の昇降を駆動する昇降装置であり、制御部９は、昇降装置を制御する昇降制御装置である。制御部９は、成膜開始から成膜終了までのターゲット電極１０と基板電極１２との間の電極間距離（以下単に電極間距離という）の変更データを記憶し、記憶したデータに従って、駆動部８を適宜制御する。記憶したデータは、成膜開始からの時間及び該時間が経過したときの電極間距離のデータであり、電極間距離と、所要の成膜条件下にて該電極間距離で成膜したときの膜材料の組成比との関係、及び、該組成比を有する膜が基板５上に形成されるために必要な時間を予め調査しておいて決定する。
The
なお、駆動部８、制御部９は、電極間距離が成膜中に任意に変更可能であればどのような構造であっても良い。ＲＦスパッタ法（ＲＦスパッタ装置）として、説明するが、これに限るものではなく、例えば、ＤＣスパッタ法、ＥＣＲスパッタ法、ヘリコン波プラズマスパッタ法等への適用も可能である。
The
実施の形態２に係るスパッタ装置を用いた成膜方法について説明する。例えば、ターゲット１１の材料として金属酸化物を用い、電極間距離を変更すると、基板５の上に形成する膜におけるターゲット成分元素の組成比を制御でき、膜の物性（例えば導電率）を変化させることができる。つまり、電極間距離の制御により膜の組成比を制御でき、膜を絶縁体（酸化物）、半導体、導電体（金属）のいずれかにすることができる。また、併せて、半導体、導電体の導電率をも精密に制御できる。具体的には、電極間距離を制御することにより、ターゲット１１の金属酸化物の酸素が基板５に到達する量を制御する。電極間距離が短い場合には、酸素が十分基板５に到達することから絶縁体（酸化物）を形成でき、電極間距離が長い場合には、酸素が基板５に到達できないことから、導電体（金属）を形成でき、電極間距離が中間の場合には、絶縁体と導電体の中間の導電率である半導体を形成することができる。
A film forming method using the sputtering apparatus according to
表５は、ターゲット１１として、ＳｒＣｕ（ストロンチウム銅）系酸化物、具体的にはＫ（カリウム）ドープＳｒＣｕ2 Ｏx を用いて、電極間距離を変えて基板５の上に成膜した場合の成膜条件を示す。形成した膜の厚さは１００ｎｍである。なお、ガス流量は、固定しておけばよく、精密な制御は全く不要であり、制御性の良いスパッタ装置、及びスパッタ方法となる。この効果は、実施の形態３以降についても同様である。
Table 5 shows the case where the
表６は、ターゲット１１として、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、具体的にはノンドープＺｎＯを用いて、電極間距離を変えて基板５の上に成膜した場合の成膜条件を示す。形成した膜の厚さは２００ｎｍである。
Table 6 shows the film formation conditions in the case where ZnO (zinc oxide), specifically, non-doped ZnO is used as the
図８は、表５、表６の成膜条件により成膜したＳｒＣｕ系酸化物薄膜、ＺｎＯ薄膜の導電率の基板ターゲット間距離依存性を示すグラフである。グラフにおいて、横軸は「基板−ターゲット間距離」（基板ターゲット間距離）、縦軸は「導電率」を示す。なお、導電率の目盛りにおいて、１．００Ｅ＋０２は１×１０2 を意味する。図から明らかなように、ＳｒＣｕ系酸化物薄膜、ＺｎＯ薄膜のいずれにおいても、絶縁体から金属までの広い導電率を持つ膜が形成されている。理由は上述したとおり、基板ターゲット間距離（電極間距離）が短いと金属原子のみならず、活性な酸素原子が基板５に到達し、金属原子が酸化され絶縁体が形成されるのに対し、基板ターゲット間距離（電極間距離）が長いと活性な酸素が基板５にまで到達しにくくなり、酸化が起こりにくくなり、金属組成に近い材料が形成されるからである。
FIG. 8 is a graph showing the distance dependency between the substrate targets of the conductivity of the SrCu-based oxide thin film and the ZnO thin film formed under the film forming conditions shown in Tables 5 and 6. In the graph, the horizontal axis represents “substrate-target distance” (substrate target distance), and the vertical axis represents “conductivity”. In the conductivity scale, 1.00E + 02 means 1 × 10 2 . As is clear from the figure, a film having a wide conductivity from an insulator to a metal is formed in both the SrCu-based oxide thin film and the ZnO thin film. The reason is that, as described above, when the distance between the substrate targets (distance between the electrodes) is short, not only metal atoms but also active oxygen atoms reach the
図９は、実施の形態２に係るスパッタ装置により作成した半導体装置の断面構造を示す構造図である。同図（ａ）が、本発明に係る実施例の半導体装置（ｐｎ接合デバイス）であり、（ｂ）は、参考のために示す従来の方法により作成した半導体装置（ｐｎ接合デバイス）である。同図（ａ）において、ガラス（ｇｌａｓｓ）基板１４の上に、膜厚６００ｎｍのＺｎＯ膜１５を表６に示す条件により形成する。この際、基板ターゲット間距離を１０ｃｍから４ｃｍまで連続的に変化させて、単一のスパッタ装置により外気にさらすことなく（スパッタ装置の外部に取り出すことなく）、ＺｎＯ金属膜１５ＭからＺｎＯ半導体薄膜１５Ｓへと連続的に形成する。ＺｎＯ半導体薄膜１５Ｓはｎ型半導体となるから、ＺｎＯ金属膜１５Ｍはｎ端子電極に相当する。ＺｎＯ半導体薄膜１５Ｓ形成後、膜厚２００ｎｍのＳｒＣｕ系酸化物薄膜１６を表５に示す条件により形成する。この際、基板ターゲット間距離を６ｃｍから１０ｃｍまで連続的に変化させて、単一のスパッタ装置により外気にさらすことなく（スパッタ装置の外部に取り出すことなく）、ＳｒＣｕ系酸化物半導体薄膜１６ＳからＳｒＣｕ系酸化物金属薄膜１６Ｍへと連続的に形成する。ＳｒＣｕ系酸化物半導体薄膜１６Ｓはｐ型半導体となるから、ＳｒＣｕ系酸化物金属薄膜１６はｐ端子電極に相当する。
FIG. 9 is a structural diagram showing a cross-sectional structure of a semiconductor device created by the sputtering apparatus according to the second embodiment. FIG. 4A shows a semiconductor device (pn junction device) according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4B shows a semiconductor device (pn junction device) produced by a conventional method shown for reference. In FIG. 6A, a
同図（ｂ）において、ガラス基板１４の上に、従来のスパッタ法により、膜厚３００ｎｍのＩＴＯ（インジウム酸化スズ）膜１７を形成し、次に、膜厚４００ｎｍのｎ−ＺｎＯ（ｎ型ＺｎＯ）膜１８を形成する。この際のＺｎＯ成膜条件は、表６の条件で、基板ターゲット間距離を４ｃｍと固定した場合に相当する。この後さらに、膜厚１５０ｎｍのｐ−ＳｒＣｕ（ｐ型ＳｒＣｕ）系酸化物膜１９を形成する。この際のＳｒＣｕ系酸化物の成膜条件は、表５の条件で、基板ターゲット間距離を６ｃｍと固定した場合に相当する。ｐ−ＳｒＣｕ系酸化物膜１９の上に膜厚３０ｎｍのＡｌ（アルミニウム）膜２０を蒸着法により形成する。ＩＴＯ膜１７はｎ端子電極に、Ａｌ膜２０はｐ端子電極に対応する。
In FIG. 6B, an ITO (indium tin oxide)
図１０は、図９における半導体装置の特性を示す特性図である。図中、横軸は接合への印加電圧Ｖ（Ｖ）、縦軸は接合に流れる電流Ｉ（ｍＡ）である。曲線Ａは、本発明に係る実施例の半導体装置（ｐｎ接合デバイス）であり、曲線Ｂは、従来の方法により作成した半導体装置（ｐｎ接合デバイス）である。本発明に係る半導体装置は直列抵抗が小さく、従来の方法により作成した半導体装置に比較して良好な整流特性が得られている。この相違は電流が大きくなるほど顕著である。本発明に係る半導体装置の直列抵抗が小さくできるのは、ＺｎＯ薄膜１５においては、金属膜（ＺｎＯ金属薄膜１５Ｍ）から半導体膜（ＺｎＯ半導体薄膜１５Ｓ）へと接続部を連続的に形成できること、ＳｒＣｕ系酸化物薄膜１６においては、半導体膜（ＳｒＣｕ系酸化物半導体薄膜１６Ｓ）から金属膜（ＳｒＣｕ系酸化物金属薄膜１６Ｍ）へと接続部を連続的に形成できることから、各接続部における接触抵抗を小さくでき、いわゆるコンタクト特性が向上したためと考えられる。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing characteristics of the semiconductor device in FIG. In the figure, the horizontal axis represents the voltage V (V) applied to the junction, and the vertical axis represents the current I (mA) flowing through the junction. A curve A is a semiconductor device (pn junction device) according to an embodiment of the present invention, and a curve B is a semiconductor device (pn junction device) created by a conventional method. The semiconductor device according to the present invention has low series resistance, and good rectification characteristics are obtained as compared with a semiconductor device manufactured by a conventional method. This difference becomes more prominent as the current increases. The reason why the series resistance of the semiconductor device according to the present invention can be reduced is that, in the ZnO
また、従来の方法により作成した半導体装置においては、ＩＴＯ膜１７形成プロセス、ｎ型ＺｎＯ膜１８形成プロセス、ｐ型ＳｒＣｕ系酸化物膜１９形成プロセス、Ａｌ膜２０形成プロセスの４工程が必要であり、しかも異なる製造装置を必要とするのに対し、本発明に係る実施例の半導体装置においては、ＺｎＯ薄膜１５形成プロセスとＳｒＣｕ系酸化物薄膜１６形成プロセスの２工程でよく製造コストが大幅に低減できる。
In addition, a semiconductor device fabricated by a conventional method requires four steps: an
なお、ターゲットとしては、ＺｎＯ、ＳｒＣｕ系酸化物に限る必要は無く、他の酸化物、例えば酸化銅、酸化鉄、酸化チタン等にも同様に適用できる。また、デバイスとしても、ｐｎ接合デバイスに限ることは無く、他の半導体装置、例えば薄膜トランジスタ、ＥＬ素子、太陽電池等にも同様に適用できる。また、絶縁体から導体までの連続的な導電率の制御により、これまでにない新しい構造のデバイスを実現することが可能となる。例えば、薄膜トランジスタにおいて、絶縁体から導体までの連続的な物性（導電率）変化をもつ新しいゲート電極の形成等が可能となる。
＜実施の形態３＞
実施の形態３に係る成膜方法は、例えば実施の形態２に係るスパッタ装置を用いる。例えば、ターゲット１１の材料として複数の元素を含む物質を用い、電極間距離を変更すると、基板５の上に形成する膜におけるターゲット成分元素の組成比を制御できる。ターゲット１１から気相に放出される元素のエネルギーはイオン衝突により決定されることから、一般的に質量の大きな元素の速度は遅くなる。つまり、重い元素ほど遠くの基板５へは到達しにくく、形成された膜における組成比は小さくなる。したがって、この現象を利用すれば、複数の元素を含むターゲット１１を用いて、電極間距離を制御することにより形成する膜における元素の組成比を制御できる。この方法によれば、ＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）等の複数の元素を含む化合物系薄膜、合金系薄膜等の形成において、組成比を精密に制御することができる。
The target need not be limited to ZnO or SrCu-based oxides, and can be similarly applied to other oxides such as copper oxide, iron oxide, and titanium oxide. Further, the device is not limited to a pn junction device, and can be similarly applied to other semiconductor devices such as a thin film transistor, an EL element, and a solar cell. Moreover, it becomes possible to realize a device having a new structure that has never been achieved by continuously controlling the electrical conductivity from the insulator to the conductor. For example, in a thin film transistor, it becomes possible to form a new gate electrode having a continuous change in physical properties (conductivity) from an insulator to a conductor.
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The film forming method according to the third embodiment uses, for example, the sputtering apparatus according to the second embodiment. For example, when a substance containing a plurality of elements is used as the material of the
表７は、ターゲット１１としてＳｉＧｅを用い、電極間距離を変えて基板５の上に成膜した場合の成膜条件を示す。形成した膜の厚さは２００ｎｍである。
Table 7 shows film forming conditions when SiGe is used as the
図１１は、表７の成膜条件により成膜したＳｉＧｅ薄膜の膜厚方向における組成比と電極間距離との関係を示すグラフである。ガラス製の基板５の上に非晶質ＳｉＧｅ薄膜を電極間距離（基板５とターゲット１１との距離）を変化させて形成した場合について、Ｓｉに対するＧｅの組成比（％）の分布をＳＩＭＳによって測定した結果とＳＩＭＳ測定ポイントに対応する膜厚（深さ位置）形成時の電極間距離（ｍｍ）を示す。また、図における数値は実施例に過ぎず、成膜条件等が変動すれば、電極間距離と組成比とは、異なる数値となるが、電極間距離を変更することにより組成比を正確に制御できることに変わりは無い。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the composition ratio in the film thickness direction of the SiGe thin film formed under the film forming conditions shown in Table 7 and the distance between the electrodes. In the case where an amorphous SiGe thin film is formed on a
なお、従来のスパッタ法においては、形成する膜において組成比を変えるには、ターゲット１１の組成比を変える必要があり、図に示すような薄い膜の中で、連続的に組成比を変えることは不可能である。
＜実施の形態４＞
実施の形態４に係る成膜方法においては、例えば実施の形態２に係るスパッタ装置を用いる。例えば、ターゲット１１の材料として複数の元素を含み、該複数の元素の内に気体となる性質を有する元素を含むものを用いて成膜する場合に、電極間距離を変更すると、基板５の上に形成する膜において、気体となる性質を有する元素の組成比を制御できる。一般に、グロー放電によるプラズマ（プラズマ領域１３参照）は、ターゲット電極１０の付近に局在する傾向がある。この場合に、気体となる性質を有する元素を含む複数の元素を含む膜をスパッタ法により形成すると、気体となる性質を有する元素は局在するプラズマから離れると気体化し、形成する膜の中に取り込まれにくくなる。
In the conventional sputtering method, in order to change the composition ratio in the film to be formed, it is necessary to change the composition ratio of the
<
In the film forming method according to the fourth embodiment, for example, the sputtering apparatus according to the second embodiment is used. For example, when a film is formed using a material that includes a plurality of elements as a material of the
したがって、この現象を利用すれば、複数の元素の内に気体となる性質を有する元素を含む材料のターゲット１１を用いて、電極間距離を制御することにより形成する膜における元素の組成比を制御できる。この方法によれば、複数元素のうち気体となる性質を有する元素を含む金属酸化物薄膜、窒化物薄膜等の形成において、組成比を精密に制御することができる。
Therefore, if this phenomenon is utilized, the composition ratio of the elements in the film to be formed is controlled by controlling the distance between the electrodes using the
表８は、ターゲット１１としてＺｎＯを用い、電極間距離を変えて基板５の上に成膜した場合の成膜条件を示す。形成した膜の厚さは２００ｎｍである。
Table 8 shows the film forming conditions when ZnO is used as the
図１２は、表８の成膜条件により成膜したＺｎＯ薄膜の膜厚方向における組成比と電極間距離との関係を示すグラフである。ガラス製の基板５の上にＺｎＯ薄膜を電極間距離（基板５とターゲット１１との距離）を変化させて形成した場合について、Ｚｎに対するＯの組成比（％）の分布をＳＩＭＳによって測定した結果とＳＩＭＳ測定ポイントに対応する膜厚（深さ位置）形成時の電極間距離（ｍｍ）を示す。また、図における数値は実施例に過ぎず、成膜条件等が変動すれば、電極間距離と組成比とは、異なる数値となるが、電極間距離を変更することにより組成比を正確に制御できることに変わりは無い。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the composition ratio in the film thickness direction of the ZnO thin film formed under the film forming conditions in Table 8 and the distance between the electrodes. The result of measuring the distribution of the composition ratio (%) of O to Zn by SIMS in the case where the ZnO thin film was formed on the
なお、従来のスパッタ法においては、形成する膜において組成比を変えるには、ターゲット１１の組成比を変える必要があり、図に示すような薄い膜の中で、連続的に組成比を変えることは不可能である。
＜実施の形態５＞
実施の形態５に係る成膜方法においては、例えば実施の形態２に係るスパッタ装置を用いる。本発明の成膜方法は、例えば、放電ガス（スパッタガス）としてＶ族原子を含むガスを用いて、ＩＩ−ＶＩ族半導体薄膜を形成する場合に、電極間距離（基板ターゲット間距離）を変化させることにより、ＩＩ−ＶＩ族半導体薄膜の価電子制御（ｐｎ制御）を行うものである。電極間距離を変化させることにより、半導体薄膜の価電子制御を行うことができるから、価電子制御を繰返すことにより、複数のｐｎ接合を形成することができ、例えば、ｐｎ接合が１つの整流素子（ダイオード）に限らず、ｐｎｐまたはｎｐｎ接合を有するトランジスタ、その他の電子素子（ＴＦＴ、ＦＥＴ等）を作成することができる。
In the conventional sputtering method, in order to change the composition ratio in the film to be formed, it is necessary to change the composition ratio of the
<
In the film forming method according to the fifth embodiment, for example, the sputtering apparatus according to the second embodiment is used. The film forming method of the present invention changes the distance between electrodes (distance between substrate targets) when forming a II-VI group semiconductor thin film using, for example, a gas containing group V atoms as a discharge gas (sputtering gas). By doing so, valence electron control (pn control) of the II-VI group semiconductor thin film is performed. Since the valence electron control of the semiconductor thin film can be performed by changing the distance between the electrodes, a plurality of pn junctions can be formed by repeating the valence electron control. For example, the pn junction has one rectifying element. A transistor having a pnp or npn junction and other electronic elements (TFT, FET, etc.) are not limited to (diodes).
Ｖ族原子を含むガスとしては、例えば、酸化窒素ガス（ＮＯ、ＮＯ2 、Ｎ2 Ｏ等）を用い、ＩＩ−ＶＩ族半導体薄膜としてＺｎＯ薄膜を形成する。この場合に、電極間距離を長くすることにより、ｎ型導電性ＺｎＯ薄膜を形成し、電極間距離を短くすることにより、ｐ型導電性ＺｎＯ薄膜を精密に制御して形成することができる。電極間距離を短くすると、活性な窒素及び酸化窒素ラジカルが基板５に到達しやすくなり、形成する膜中に窒素を取り込みやすくなり、ｐ型導電性となる。電極間距離を長くすると、活性な窒素及び酸化窒素ラジカルが基板５に到達しにくくなり、形成する膜中に窒素を取り込みにくくなり、ｎ型導電性となる。
As the gas containing a group V atom, for example, a nitrogen oxide gas (NO, NO 2 , N 2 O, etc.) is used, and a ZnO thin film is formed as a II-VI group semiconductor thin film. In this case, the n-type conductive ZnO thin film can be formed by increasing the interelectrode distance, and the p-type conductive ZnO thin film can be precisely controlled by reducing the interelectrode distance. When the distance between the electrodes is shortened, active nitrogen and nitric oxide radicals easily reach the
なお、具体的な成膜条件の例は、次のとおりである。 Specific examples of film forming conditions are as follows.
ＺｎＯはノンドープ（純度９９．９９％）、基板５はガラス製とした。成膜条件は、基板温度３００℃、圧力１Ｐａ、ＲＦパワー密度１０Ｗ／ｃｍとし、電極間距離（基板５とターゲット１１との距離）を２〜１０ｃｍの間において変化させ、ＺｎＯ薄膜を形成した。形成した膜の厚さは２００ｎｍである。また、ｎ型導電性のＺｎＯ薄膜は、酸素欠陥量を制御（増加）したり、Ａｌ（アルミニウム）や、Ｇａ（ガリウム）等のドナーとなる不純物を添加したターゲット材料を用いることにより、簡単に形成できる。
ZnO was non-doped (purity 99.99%), and the
表９は、ターゲット１１としてＺｎＯを、スパッタガスとしてＮ2 Ｏ（一酸化二窒素）を用い、電極間距離を変えて基板５の上に成膜した場合の電極間距離と導電型、導電率の関係を示す。同表に示すように、ＺｎＯ薄膜の導電性が、電極間距離が長くなるに従い、ｐ型からｎ型へと変化し、電極間距離が短くなるに従い、ｎ型からｐ型へと変化している。
Table 9 shows the distance between electrodes, conductivity type, and conductivity when ZnO is used as the
図１３は、表９における価電子制御により作成した半導体装置（ｐｎ接合デバイス）の特性を示す特性図である。図中、横軸は接合へ印加する電圧（Ｖ）、縦軸は接合に流れる電流（ｍＡ）であり、良好な整流特性を示している。なお、電極間距離は、ｐ型ＺｎＯ薄膜形成時には２ｃｍとし、ｎ型ＺｎＯ薄膜形成時には１０ｃｍとした。製造工程の概要は次のとおりである。透明導電膜付きのガラス（基板５）をスパッタ装置に配置し、電極間距離を２ｃｍに設定し、ｐ型ＺｎＯ薄膜を形成した。その後、スパッタ装置内においたまま、電極間距離を１０ｃｍに変更して設定し、連続的にｎ型ＺｎＯ薄膜を形成した。その後、金属電極を形成した。同一のスパッタ装置により、連続的にｐｎ接合が形成できることから、スループットを大幅に早くできる。
＜実施の形態６＞
実施の形態６に係る成膜方法においては、例えば実施の形態２に係るスパッタ装置を用いる。本発明の成膜方法は、例えば、放電ガス（スパッタガス）に反応性ガスを含めて、反応性ガス中に含まれる元素をスパッタにより形成する膜中に含ませる場合に、電極間距離を制御することにより、反応性ガス中に含まれる元素の膜中濃度を制御するものである。一般に、グロー放電によるプラズマ（プラズマ領域１３参照）は、ターゲット電極１０の付近に局在する傾向がある。反応性ガスを含むガスを用いて膜をスパッタ法により形成する場合、プラズマ領域１３において分解した反応性ガスは、局在したプラズマから離れると再度結合して安定なガスに戻ることから、膜に取り込まれにくくなる。
FIG. 13 is a characteristic diagram showing characteristics of a semiconductor device (pn junction device) created by valence electron control in Table 9. In the figure, the horizontal axis represents the voltage (V) applied to the junction, and the vertical axis represents the current (mA) flowing through the junction, indicating good rectification characteristics. The interelectrode distance was 2 cm when the p-type ZnO thin film was formed, and 10 cm when the n-type ZnO thin film was formed. The outline of the manufacturing process is as follows. Glass with a transparent conductive film (substrate 5) was placed in a sputtering apparatus, the distance between the electrodes was set to 2 cm, and a p-type ZnO thin film was formed. Thereafter, the n-type ZnO thin film was continuously formed by changing the distance between the electrodes to 10 cm while being placed in the sputtering apparatus. Thereafter, a metal electrode was formed. Since the pn junction can be continuously formed by the same sputtering apparatus, the throughput can be significantly increased.
<
In the film forming method according to the sixth embodiment, for example, the sputtering apparatus according to the second embodiment is used. The film forming method of the present invention controls the distance between electrodes when, for example, a reactive gas is included in the discharge gas (sputtering gas) and an element contained in the reactive gas is included in the film formed by sputtering. By doing this, the concentration in the film of the element contained in the reactive gas is controlled. In general, plasma due to glow discharge (see the plasma region 13) tends to localize in the vicinity of the
したがって、この現象を利用すれば、電極間距離を変化することにより、同一のターゲット、同一のスパッタガスを用いて、反応性ガスの中に含まれる元素の膜中での濃度を精密に制御することができる。電極間距離の変更により、形成する半導体薄膜のドーピング、水素化等の制御を簡単にできる。 Therefore, if this phenomenon is used, the concentration of elements contained in the reactive gas in the film is precisely controlled by changing the distance between the electrodes using the same target and the same sputtering gas. be able to. By changing the distance between the electrodes, it is possible to easily control the doping and hydrogenation of the semiconductor thin film to be formed.
表１０は、反応性ガスとしてＰＨ3 （ホスフィン）を用い、電極間距離を変えて基板５の上に成膜した場合の成膜条件を示す。形成した膜の厚さは２００ｎｍである。Ａｒに対するＰＨ3の比率は１％である。
Table 10 shows the film forming conditions in the case where the film is formed on the
図１４は、表１０の成膜条件により成膜したＳｉ薄膜の膜厚方向におけるＰ（リン）濃度と電極間距離との関係を示すグラフである。同図（ａ）が本発明に係り、（ｂ）は参考として示す従来のガス流量の制御により成膜したＳｉ薄膜の膜厚方向におけるＰ濃度とガス流量比との関係を示すグラフである。同図（ａ）は、ガラス製の基板５の上にＳｉ薄膜を電極間距離（基板５とターゲット１１との距離）を変化させて形成した場合について、Ｓｉに対するＰ濃度（ａｔ％）の分布をＳＩＭＳによって測定した結果とＳＩＭＳ測定ポイントに対応する膜厚（深さ位置）形成時の電極間距離（ｍｍ）を示す。また、図における数値は実施例に過ぎず、成膜条件等が変動すれば、電極間距離とＰ濃度とは、異なる数値となるが、電極間距離を変更することによりＰ濃度分布を正確に制御できることに変わりは無い。なお、実施例ではＰＨ3を用いたｎ型ドープであったが、Ｂ2 Ｈ6 （ジボラン）等を用いたｐ型ドープも可能である。また、半導体材料としてはＳｉ以外のものでも適用可能である。
FIG. 14 is a graph showing the relationship between the P (phosphorus) concentration in the film thickness direction of the Si thin film formed under the film forming conditions in Table 10 and the distance between the electrodes. FIG. 4A relates to the present invention, and FIG. 4B is a graph showing the relationship between the P concentration and the gas flow rate ratio in the film thickness direction of a Si thin film formed by controlling the conventional gas flow rate shown as a reference. FIG. 6A shows the distribution of the P concentration (at%) with respect to Si when a Si thin film is formed on a
同図（ｂ）は、Ａｒに対するＰＨ3のガス流量比（％）を変えることにより、形成する膜におけるＰ濃度（ａｔ％）の分布を変えているが、反応が鈍く迅速な制御ができず、本発明の成膜方法と比較して制御性が悪いことが明確である。 In FIG. 5B, the distribution of the P concentration (at%) in the film to be formed is changed by changing the gas flow ratio (%) of PH 3 to Ar, but the reaction is slow and rapid control cannot be performed. It is clear that the controllability is poor as compared with the film forming method of the present invention.
表１１は、反応性ガスとして水素を用い、電極間距離を変えて基板５の上に成膜した場合の成膜条件を示す。形成した膜の厚さは２００ｎｍである。Ａｒに対する水素（Ｈ2）の比率は３０％である。
Table 11 shows the film forming conditions when hydrogen is used as the reactive gas and the film is formed on the
図１５は、表１１の成膜条件により成膜したＺｎＯ薄膜の膜厚方向における水素濃度と電極間距離との関係を示すグラフである。同図（ａ）が本発明に係り、（ｂ）は参考として示す従来のガス流量の制御により成膜したＺｎＯ薄膜の膜厚方向における水素濃度とガス流量比との関係を示すグラフである。同図（ａ）は、ガラス製の基板５の上にＺｎＯ薄膜を電極間距離（基板５とターゲット１１との距離）を変化させて形成した場合について、ＺｎＯに対する水素濃度（ａｔ％）の分布をＳＩＭＳによって測定した結果とＳＩＭＳ測定ポイントに対応する膜厚（深さ位置）形成時の電極間距離（ｍｍ）を示す。また、図における数値は実施例に過ぎず、成膜条件等が変動すれば、電極間距離と水素濃度とは、異なる数値となるが、電極間距離を変更することにより水素濃度分布を正確に制御できることに変わりは無い。
FIG. 15 is a graph showing the relationship between the hydrogen concentration in the film thickness direction of the ZnO thin film formed under the film forming conditions in Table 11 and the interelectrode distance. FIG. 4A relates to the present invention, and FIG. 4B is a graph showing the relationship between the hydrogen concentration in the film thickness direction and the gas flow ratio in the ZnO thin film formed by the conventional control of the gas flow shown as a reference. FIG. 5A shows the distribution of hydrogen concentration (at%) with respect to ZnO in the case where a ZnO thin film is formed on a
同図（ｂ）は、Ａｒに対する水素（Ｈ2）のガス流量比（％）を変えることにより、形成する膜における水素濃度（ａｔ％）の分布を変えているが、反応が鈍く迅速な制御ができず、制御性が悪いことが明確である。
＜実施の形態７＞
図１６は、本発明の実施の形態７に係るスパッタ装置の模式図である。図１、図５、図７と同一部分については、同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。反応室１には、基板電極３１がロール状に形成され、配置される。巻き取りロール８１に巻き取られている基板電極３１は、巻き取りロール８１から巻き取りロール８２へ連続的に移動して、巻き取りロール８２に巻き取られる。基板電極３１の基板（図示省略）が配置される一面に対向して、基板電極３１の進行方向に沿って複数の斜面を有するターゲット電極１０が配置される。ターゲット電極１０の斜面は、基板電極３１との間の電極間距離が、基板電極３１の進行方向において、徐々に変化するように緩やかに傾斜し、電極間距離を狭くする方向と広くする方向とが交互になるように形成されている。なお、ターゲット電極１０の基板電極３１に対向する面には適宜必要なターゲット（図示省略）が配置され、プラズマ領域１３の反応により、基板電極１に配置された基板へ電極間距離に応じた所定の膜を形成する。
In FIG. 5B, the distribution of hydrogen concentration (at%) in the film to be formed is changed by changing the gas flow rate ratio (%) of hydrogen (H 2 ) to Ar, but the reaction is slow and rapid control is performed. It is clear that controllability is poor.
<
FIG. 16 is a schematic diagram of a sputtering apparatus according to
基板電極３１の形状を変えることによって電極間距離を変更するようにしても良い。反応室１を単室としているが、複数の反応室とすることも可能である。ロール状に限る必要は無く、移動しながら成膜する方法であれば、どのようなものであっても良い。移動は基板電極３１ではなく、ターゲット電極１０が移動する構成とすることもできる。このスパッタ装置によれば、実施の形態３に係るスパッタ装置に比較して、量産性が大幅に向上する。
The interelectrode distance may be changed by changing the shape of the
また、実施の形態２乃至６に係る成膜方法においても、実施の形態７に係るスパッタ装置を適用することができ、各成膜方法における量産効果を更に高めることができる。
＜実施の形態８＞
図１７は、本発明の実施の形態８に係るスパッタ装置の模式図である。図１、図５、図７、図１６と同一部分については、同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。基板電極３１の進行方向に沿って、基板電極３１と平行平面をなして対向する複数の部分電極１０ａ、１０ｂ、・・・を備えるターゲット電極１０が配置される。複数の部分電極１０ａ、１０ｂは基板電極３１との電極間距離を異ならせている。この電極間距離、移動方向における長さは、形成する膜の性状等に応じて適宜設定する。なお、ターゲット電極１０の基板電極３１に対向する面には適宜必要なターゲット（図示省略）が配置され、プラズマ領域１３の反応により、基板電極１に配置された基板へ電極間距離に応じた所定の膜を形成する。
In addition, the sputtering apparatus according to the seventh embodiment can also be applied to the film forming methods according to the second to sixth embodiments, and the mass production effect in each film forming method can be further enhanced.
<Eighth embodiment>
FIG. 17 is a schematic diagram of a sputtering apparatus according to
その他、実施の形態７と同様な構成とすることが可能である。このスパッタ装置によれば、実施の形態７と同様、実施の形態２に係るスパッタ装置に比較して、量産性が大幅に向上する。
In addition, a configuration similar to that of
また、実施の形態２乃至６に係る成膜方法においても、実施の形態８に係るスパッタ装置を適用することができ、各成膜方法における量産効果を更に高めることができる。
Also, in the film forming methods according to
１ 反応室
２ 排気系
３ アノード電極
４ カソード電極
５ 基板
６ 高周波電源
７ 供給管
７ａ 流量制御系
８ 駆動部
９ 制御部
１０ ターゲット電極
１１ ターゲット
１２、３１ 基板電極
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記第１電極と前記第２電極との間の電極間距離の変更データを記憶する手段と、該変更データに従って前記駆動部を制御する手段とを備え、
前記放電ガスは、反応性ガスを含み、
前記駆動部の制御によって前記反応性ガス中に含まれる元素の膜中濃度を制御するように構成されていることを特徴とするスパッタ装置。 In the reaction chamber, a first electrode for disposing a substrate on which a film is to be formed, a second electrode for disposing a target opposite to the substrate, and at least one of the second electrode or the first electrode with respect to the other A drive unit that moves in the contact / separation direction; means for supplying a discharge gas into the reaction chamber; and means for applying a voltage to generate spatter due to the discharge gas between the first electrode and the second electrode; In a sputtering apparatus comprising:
Means for storing change data of an inter-electrode distance between the first electrode and the second electrode; and means for controlling the drive unit according to the change data ;
The discharge gas includes a reactive gas,
A sputtering apparatus configured to control a concentration of an element contained in the reactive gas in the film by controlling the driving unit .
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