JPH0790570A - スパッタリング成膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 膜中の水素濃度が小さい水素化アモルファス
シリコン膜が得られ、かつ装置内のクリーニングが容易
に行えるスパッタリング装置の提供を目的とする。 【構成】 チャンバーと、前記チャンバー内に配置され
たターゲット電極と、前記チャンバー内に配置され前記
ターゲット電極に対向するように配置されたサセプター
と、前記ターゲット電極と前記サセプター間に電圧を印
加させる第１の電源と、前記チャンバー内にガスを導入
するガス導入手段と、前記チャンバー内のガスを排気す
るガス排気手段と、前記ターゲット電極と前記サセプタ
ー間に挿入可能なシャッターと、該シャッターが前記タ
ーゲット電極と前記サセプター間に挿入されたときのみ
前記シャッターおよび前記サセプター間に電圧を印加す
る第２の電源とを具備することを特徴とするスパッタリ
ング成膜装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スパッタリング成膜装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜形成法としてはスパッタリング法、
プラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｕｒ Ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、光ＣＶＤ法等があり、開発が進
められている。その結果ＤＲＡＭ等の記憶素子、熱転写
ヘッド等の印字素子、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉ
ｎｅｓｅｎｃｅ）素子等の発光素子、水素化アモルファ
スシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）等の受光素子等の製作を実
現した。このうちスパッタリング装置は、反応容器内に
ガスを導入し反応容器内のターゲットに直流または交流
電圧を印加する構成を持つものである。ターゲットにか
かる電力が有効にチェンバー内に投入されるために（電
力の反射を押さえるため）、マッチングボックスを介し
て供給される。ここには通常Ｌ及びＣが入っており、こ
の値を調節しながら最適条件を設定する。そして電力投
入により発生したプラズマによる生成イオンによってス
パッタリングされたターゲット粒子によって、ターゲッ
トの対向方向に設置してある基板上に成膜が行われる。

【０００３】さらに従来のスパッタリング方法での装置
内のクリーニングは、装置内部を開けてスクラップする
か、または別のプラズマ源を装置内に設置し酸素アッシ
ングを行わなければならない等の手間・コストの点で問
題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
スパッタリング成膜装置では導入ガスに水素ガスを混入
した場合、成長膜中に導入された水素原子が欠陥（未結
合手）と結合し膜中欠陥密度を低減させる。しかしこの
水素が過剰に導入されると成長膜の特性を悪化させてし
まうことが知られている。例えばアモルファスシリコン
膜の場合は未結合手数の結合手数に対する割合は１ａ
ｔ．％以下であるが、この欠陥を十分補償するには通常
十数％以上の膜中水素濃度を必要としている。スパッタ
リング成膜法では導入ガス中の水素ガス量を調節するこ
とで、膜中水素濃度を自由に制御できる。しかし成膜中
の欠陥を十分に補償し、かつ水素濃度を数ａｔ．％に制
御することは極めて困難であり膜特性の良好な成長膜を
提供する事ができないという問題があった。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもの
で、成長膜中の欠陥を十分に補償しかつ成長膜中の水素
濃度を良好な膜特性を得ることができる最適な範囲に容
易に制御することができるスパッタリング成膜装置を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るスパッタリ
ング成膜装置は、チャンバーと、前記チャンバー内に配
置されたターゲット電極と、前記チャンバー内に配置さ
れ前記ターゲット電極に対向するように配置されたサセ
プターと、前記ターゲット電極と前記サセプター間に電
圧を印加させる第１の電源と、前記チャンバー内にガス
を導入するガス導入手段と、前記チャンバー内のガスを
排気するガス排気手段と、前記ターゲット電極と前記サ
セプター間に挿入可能なシャッターと、該シャッターが
前記ターゲット電極と前記サセプター間に挿入されたと
きのみ前記シャッターおよび前記サセプター間に電圧を
印加する第２の電源とを具備することを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明はターゲット電極にプラズマを発生させ
てスパッタを施し基板に成膜を施したのち、シャッター
と成膜基板との間に電圧をかけることによりシャッター
基板間にプラズマを生じさせる。こうすることによって
膜中の余分な水素を除くことができる。成膜中にシャッ
ターを開閉することにより成長膜の水素濃度を水素濃度
を均一に保ちながらコントロールすることができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【０００９】図１に本発明の実施例に係るスパッタリン
グ成膜方法を実施するための一例のスパッタリング成膜
装置について概略の構成を断面図で示す。図示のよう
に、チャンバー６には加熱可能なターゲット電極１と、
これに対向して基板４が設置されている。また、前記タ
ーゲット電極１はマッチングボックス２を介して高周波
電源３に接続されている。さらに、前記ターゲット電極
１と基板４との間には開閉可能にシャッター５が配置さ
れており、このシャッター５は閉じたとき、すなわちタ
ーゲット電極１と基板４との間を遮断したときにターゲ
ット電極１と同電位になるように電源が構成されてい
る。次に、チャンバー６にはガス導入系７、および排気
系８が設けられている。

【００１０】次に図１のスパッタリング成膜装置を用い
た成膜プロセスを説明する。

【００１１】チャンバー内に水素ガスを導入した状態で
ターゲット電極１に高周波電源３からの電力を供給す
る。ターゲットにはシリコンを用い、この時シャッター
５は開けておく。するとガスの電離等のためターゲット
電極１とチャンバー内壁６間にプラズマが発生する。プ
ラズマにより生成したイオンはターゲット１に入射し、
ターゲット材料をスパッタリングする。このスパッター
された粒子は、ターゲット電極１の対向にあるサンプル
基板４に入射しａ−Ｓｉ：Ｈ膜の成膜が行われる。この
時基板４には、さらに導入ガスによるプラズマによって
発生したラジカルも入射する。

【００１２】次に、シャッター５を閉めるとシャッター
５は高周波電源に接続され、シャッター５とサンプル基
板４との間でプラズマが発生する。なお、シャッター５
はガスでスパッタリングされにくいステンレス等の材料
で作られている。この時サンプル基板にはプラズマで生
成した水素ラジカルが入射する。この結果膜表面の水素
が脱離する。また、シャッターを閉じたときシャッター
・ターゲット間にも放電が立つ場合があるが、この場合
は問題ない。

【００１３】以上の過程を繰り返すことで、低水素濃度
のａ−Ｓｉ：Ｈ膜が成膜できる。

【００１４】本発明は、水素ガスをチャンバー内に導入
しながら成膜するプラズマ成膜装置に関するもので、プ
ラズマ成膜中にシャッターをして成膜を一時的にストッ
プさせる際、前記シャッターとサセプター上に支持され
た成膜基板間に電圧を印加することにより、シャッター
と基板間にプラズマを生じさせる。このようにすること
によって、成膜休止時に、プラズマによって生じた水素
ラジカルが膜表面に入射し、膜表面の水素と結合子表面
の水素原子を離脱させる。この時離脱される水素は欠陥
の補償に寄与してないものであると考えられる。したが
って膜中に余分に導入された水素原子を取除くことがで
き成長膜の水素濃度分布を均一化させることができる。

【００１５】また、前記シャッターとサセプター間に電
圧を印加させる方法としては、サセプターをグランドに
接続し、シャッターを前記ターゲット電極と同電位にす
ることによって達成できる。この場合、ターゲット電極
近傍ではプラズマは発生せず、ターゲット原料を消費す
ることはない。

【００１６】さらに、チャンバー内にクリーニングを施
す場合、ターゲットの取り外しをしなくてもシャッター
を閉じた状態で酸素プラズマを立てれば酸素アッシング
が実現する。

【００１７】次に本装置を用いての、水素化アモルファ
スシリコン膜の成膜プロセスの一例を示す。アルゴン／
水素の混合ガスをチャンバー内に導入する。ガス圧はア
ルゴンは１０ｍｔｏｒｒ，水素は０．１ｍｔｏｒｒであ
る。そしてマッチチングボックスをとうして、シリコン
ターゲットが取り付けられているターゲット電極に１０
０ＷのＲ．Ｆ．パワーを印加する。するとチャンバー内
にプラズマが発生する。プラズマ中ではアルゴン及び水
素イオン等が生成される。シリコンターゲット付近で生
成されたシース部分で加速された両イオンにより、シリ
コンターゲット表面がスパッターされる。この時ターゲ
ット表面からはＳｉ原子及びＳｉ−Ｈｎ（ｎ＝１〜３）
が放出され、それがサセプターに飛来し水素化アモルフ
ァスシリコンが成膜される。この成膜過程を１０秒行っ
た後に、シャッターをとじる。このシャッターは閉じた
ときにターゲット電極と同電位となり、１００ＷのＲ．
Ｆ．パワーが印加される。するとシャッター・サセプタ
ー間にアルゴン／水素プラズマが発生する。このプラズ
マ中で生成された水素ラジカルは拡散してゆき、一部は
サセプター表面に入射する。先の成膜過程では膜表面で
は水素濃度分布にむらがあり、この水素ラジカル入射に
より膜表面の水素が脱離する。膜表面の水素はシリコン
原子の欠陥を補償しているものとそうでないものとがあ
り、この過程で脱離する水素は後者のものである。この
過程で膜中の水素濃度は均一化される。シャッターは１
０秒後に開けられる。

【００１８】以上のシャッターの開け閉めを１００回行
い、〜１００ｎｍの厚さの水素化アモルファスシリコン
膜を成膜する。この結果膜中の水素濃度が〜２％の膜が
生成される。通常のスパッタリング成膜で成膜したこの
水素濃度の膜では欠陥密度は＞１×１０¹⁶（ｃｍ^-3）で
あるが、本方法では１０¹⁵（ｃｍ^-3）台の欠陥密度の膜
が生成された。

【００１９】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のでなく、種々変形して実施が可能である。例えば本実
施例では高周波電源を用いたが、これは直流電源でも構
わない。スパッタリングの際の導入ガスは水素だけでな
く、アルゴン等種々のガスとの混合でも構わない。また
クリーニングの際は酸素以外のガスでも構わない。

【００２０】叙上の如く、本発明によれば例示のａ−Ｓ
ｉ：Ｈ膜に限られず、ａ−ＳｉＣ：Ｈ膜、ａ−ＳｉＧ
ｅ：Ｈ膜等をはじめ、種々組合わせ成膜を達成できる。

【００２１】また、実施例にシャッターを閉じてこれに
電位を印加することを例示したが、シャッターに限られ
ず他の部材を用いてもよく、さらに、同じチャンバー内
に本発明の前半の工程と後半の工程、すなわち、ターゲ
ット電極によって基板に成膜を施す工程の施行装置部
と、水素ラジカルを成膜に入射させる工程の施行装置部
とを併設構成し、この間に基板を移行させて二工程を達
成させてもよい。

【００２２】

【発明の効果】本発明に係るスパッタリング成膜装置
は、成膜休止時に、プラズマによって生じた水素ラジカ
ルを膜表面に入射させ、膜表面の水素と結合子表面の水
素原子を離脱させ膜中に余分に導入された欠陥補償に寄
与しない水素原子を取除くことができ、水素濃度の均一
性の高い成長膜が得られる顕著な利点がある。さらに前
記シャッターとサセプター間に電圧を進化させる印加さ
せる手段により、ターゲット電極近傍でプラズマは発生
しないので、ターゲット原料を消費しない。次に本発明
は、装置内のクリーニングが容易に達成できる利点もあ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のスパッタリング成膜装置の
概要を示す断面図。

【符号の説明】

１ ターゲット電極 ２ マッチングボックス ３ 高周波電源 ４ 基板 ５ シャッター ６ チャンバー ７ ガス導入系 ８ 排気系

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チャンバーと、 前記チャンバー内に配置されたターゲット電極と、 前記チャンバー内に配置され前記ターゲット電極に対向
   するように配置されたサセプターと、 前記ターゲット電極と前記サセプター間に電圧を印加さ
   せる第１の電源と、 前記チャンバー内にガスを導入するガス導入手段と、 前記チャンバー内のガスを排気するガス排気手段と、 前記ターゲット電極と前記サセプター間に挿入可能なシ
   ャッターと、 該シャッターが前記ターゲット電極と前記サセプター間
   に挿入されたときのみ前記シャッターおよび前記サセプ
   ター間に電圧を印加する第２の電源とを具備することを
   特徴とするスパッタリング成膜装置。