スパッタリング装置およびスパッタリング方法
【課題】高品質なシリコン系薄膜を高速かつ安全・安価に形成できるスパッタリング装置、スパッタリング方法および該シリコン薄膜を用いて作成した太陽電池や液晶表示装置（ＬＣＤ）等の電子デバイスを提供すること。
【解決手段】シリコンを主成分とするメインターゲット１ｍ上に該ターゲットと同様にシリコンを主成分とし、かつ面積が該メインターゲットより小さいサブターゲット１ｓを複数個配置したスパッタリングカソードをマグネトロン放電させ、かつ基板ホルダ７に載置した基板８に薄膜を形成することで解決できる。
【解決手段】シリコンを主成分とするメインターゲット１ｍ上に該ターゲットと同様にシリコンを主成分とし、かつ面積が該メインターゲットより小さいサブターゲット１ｓを複数個配置したスパッタリングカソードをマグネトロン放電させ、かつ基板ホルダ７に載置した基板８に薄膜を形成することで解決できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高品質なシリコン系薄膜を高速かつ安全・安価に提供することを目的としたスパッタリング装置およびスパッタリング方法、並びに、該シリコン薄膜を用いて作製された太陽電池や液晶表示装置（ＬＣＤ）等の電子デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的にシリコン系薄膜の形成方法としては、モノシラン（ＳｉＨ4）等の原料ガスとなる気体を化学的に反応させて薄膜を形成するプラズマＣＶＤ法等のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法と、固体原料のシリコン（Ｓｉ）を電子ビーム等で加熱して蒸発させる真空蒸着法と、プラズマにより発生したＡｒイオン等を該シリコン（ターゲット）に衝突させて飛び出したシリコン粒子により薄膜を形成するスパッタリング法等のＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法に大別される。
【０００３】
プラズマＣＶＤ法は、現在、ＬＣＤや薄膜太陽電池の分野で広く一般的に使用されているシリコン薄膜の形成技術であるが、成膜速度が遅い（〜１０ｎｍ／ｍｉｎ程度）ことに加え、毒性や爆発性等の危険ガスを使用することによる安全対策用付帯設備コスト、メンテナンスとしてのチャンバ内クリーニング用ガス（ＮＦ3等）のランニングコスト等の高額化が問題となっている。
【０００４】
また、真空蒸着法は、高真空化で薄膜形成を行なうため、高純度の薄膜が高速（〜１μｍ／ｍｉｎ）で形成できるという反面、加熱蒸発によるエネルギーによる薄膜形成のため、膜付着強度が弱いことに加え、緻密な薄膜の形成が困難である。さらに、近年の基板の大型化に対し、膜厚の制御性や再現性を考慮すると量産設備化に課題を有する。
【０００５】
一方、スパッタリング法は真空蒸着法に比べ、形成される膜厚の制御性が良く、また、化合物の薄膜も比較的容易に形成できる薄膜形成技術の利点を活かし、広く半導体やディスプレイ、電子部品等の工業分野にて普及している。特に永久磁石や電磁石等を磁気回路として用いるマグネトロンスパッタリング法は、薄膜の形成速度が真空蒸着法に比べ約１〜２桁遅いというスパッタリング法の欠点を解決し、スパッタリング法による量産化を可能にしている。
【０００６】
以下、従来の一般的なマグネトロンスパッタリングカソードとそのカソードを搭載したスパッタリング装置およびスパッタリング方法について、図７から図１４を参照しながら説明する。
【０００７】
図７は、従来の平板ターゲットを有するマグネトロンスパッタリングカソードの平面概略図、図８は図７のＡ−Ａ断面概略図、及び、図９はマグネトロンスパッタリングカソードの斜視図である。
【０００８】
図７において、１は平板ターゲットであり、インジウム等のハンダ剤によりバッキングプレート２に接着され、カソード本体３に設置される。ターゲット１の裏側にはマグネトロン放電用の磁気回路４が、閉じた磁力線５を形成し、かつ、少なくともその磁力線５の一部が前記ターゲット表面で平行になるように配置される。このため、ターゲット表面には図９に示すようにトロイダル型の閉じたトンネル状の磁場６（網掛部）が形成される。
【０００９】
以上のように構成されたマグネトロンスパッタリングカソードと、該カソードを搭載したマグネトロンスパッタリング装置について、その動作原理を説明する。
【００１０】
図１０は、前述したスパッタリングカソードを設置したスパッタリング装置の概略図である。スパッタリングカソード１０３は、通常、真空チャンバ１０７に絶縁材１０８を介して設置される。マグネトロンスパッタリング法による薄膜形成を行なうには、真空チャンバ１０７を真空ポンプ１０９等の真空排気系にて高真空（１０-4〜１０-5Ｐａ程度）まで排気し、アルゴン（Ａｒ）等の放電ガスを、ガス流量調整器１１０を通して真空チャンバ１０７に導入し、圧力調整バルブ１１１を調整して真空チャンバ内を１０-1〜１０-2Ｐａ程度の圧力に保つ。
【００１１】
ここで、ターゲット１を取付けたスパッタリングカソード１０３に接続した直流もしくは交流のスパッタリング電源１１２により負の電圧を印加することで、電場と磁気回路によるトロイダル型トンネル状磁場との周辺で、マグネトロン放電が起こり、ターゲット１がスパッタされ、スパッタ粒子が基板ホルダ７に設置した基板８に堆積され薄膜が形成される。
【００１２】
しかしながら、マグネトロンスパッタリング法は、比較的高速に薄膜形成が可能とはいえ、その成膜速度は一般的に０．１〜１μｍ／ｍｉｎ程度である。また、マグネトロン放電特有の局所的なリング状エロージョンのため、薄膜化率（材料利用効率）は数％程度と低い。更には、シリコン等の脆いターゲット材料を使用したスパッタリング成膜では、ターゲット破損を考慮すると、高速成膜に不可欠な高電力の投入が不可能である。
【００１３】
以上のような理由により、成膜コスト削減はもちろん、形成されるシリコン薄膜の高密度化や不純物濃度低減といった高品質化のためにも薄膜形成速度のさらなる高速化が求められている。
【００１４】
そこで、これらの問題を解決するため、最近、ターゲット材料に粉体や顆粒状の材料を使用して、高速成膜を可能とする取り組みが行なわれてきている。
【００１５】
以下、これらの従来の取り組みについて、図１１〜１４を参照しながら説明する。なお、図１１〜１４において、図７〜１０と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。また、その動作方法も前述の従来の一般的なマグネトロンスパッタリング装置と大略同一であるので、その説明は省略する。
【００１６】
図１１は、ターゲットに粉体や顆粒状材料を用いるマグネトロンスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す平面概略図、図１２は図１１のＡ−Ａ断面概略図である。
【００１７】
従来のスパッタリング法では、イオンがターゲットに衝突する際、ターゲット内の原子・分子間結合を切ってターゲット粒子を飛び出させる必要があるのに対し、この方式におけるスパッタリング装置によるスパッタリング成膜の特徴は、放電（スパッタリング）を開始すると、ベースとなる凹状ターゲット１ｂ内に充填された熱伝導の悪い粉体または顆粒状ターゲット１ｐがプラズマにより加熱され、その一部が蒸気化、そこにイオンが衝突する。つまり、イオンエネルギーが原子・分子間結合を切ることに費やされることが少なく、効率的にスパッタリングが行なわれるため成膜速度が向上する。（例えば、特許文献１参照のこと）。
【００１８】
また、図１３は、ターゲットに粉体や顆粒状材料を用いる別のマグネトロンスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す平面概略図、図１４は図１３のＡ−Ａ断面概略図である。
【００１９】
この方式におけるスパッタリング装置によるスパッタリング成膜の特徴も、前述の従来例と同様、放電（スパッタリング）を開始すると、熱伝導の悪い粉体または顆粒状ターゲット１ｐがプラズマにより加熱され、その一部が蒸気化、そこにイオンが衝突することで成膜速度が向上することに加え、ベースとなる焼結ターゲット１ｂのエロージョン領域に凹部６ｅを作成し、該凹部６ｅに前記粉体または顆粒状ターゲット１ｐを充填することで、より放電安定性と膜厚均一性を向上させるものである。（例えば、特許文献２参照のこと）。
【００２０】
これらの方法は、いずれもスパッタリング成膜における成膜速度の高速化には一定の効果があることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特許第３７２７６７９号公報
【特許文献２】特開２００７−１４６２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、図１１〜１４に示す従来のスパッタリング装置を、シリコン系の薄膜形成に適用すると、ターゲットに１０ｍｍ以下の比較的小さい粉体または顆粒状材料を使用していることから、ターゲット材に表面酸化が起こってしまい、不純物としての膜中への酸素混入が懸念される。また、さらなる高速化を狙って粉体材料をより微細化すると、酸化された表面積が相対的に増加することから、膜中への酸素混入の増加はもちろん、場合によってはシリコン薄膜ではなくシリコンの酸化膜（ＳｉＯx）が形成されてしまうことが予測され、高純度薄膜形成という点での課題を有している。
【００２３】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、高品質なシリコン系薄膜を高速かつ安全・安価に形成できるスパッタリング装置、スパッタリング方法および該シリコン薄膜を用いて作成した太陽電池や液晶表示装置（ＬＣＤ）等の電子デバイスを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するために、本発明のスパッタリング装置およびスパッタリング方法は、排気系とガス導入系を有する真空チャンバと、真空チャンバ内に設置され、かつターゲットを有するスパッタリングカソードと、基板を載置する基板ホルダ、もしくは基板を移動させる移載機構と、スパッタリングカソードに接続されたスパッタリング用電源とを備えるスパッタリング装置において、シリコンを主成分とするメインターゲット上に該ターゲットと同様にシリコンを主成分とし、かつ面積が前記メインターゲットより小さいサブターゲットを複数個配置した前記スパッタリングカソードをマグネトロン放電させ、かつ前記基板ホルダに載置した基板、もしくは移載機構により移動する基板に薄膜を形成することを特徴としている。
【００２５】
本構成によって、メインターゲット上に配置された複数個のサブターゲットがプラズマにより加熱され赤熱化することでイオン化が促進しプラズマ密度が上昇するとともに、高温化による基板温度上昇（加熱効果）が起こり、その結果、緻密で付着強度が強く不純物混入の少ない高品質なシリコン系薄膜の高速成膜が可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明のスパッタリング装置およびスパッタリング方法によれば、高品質なシリコン系薄膜を高速かつ安全・安価に形成できるとともに、該シリコン薄膜を用いた太陽電池や液晶表示装置（ＬＣＤ）等の電子デバイスを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す平面概略図
【図２】図１のＡ−Ａ断面概略図
【図３】本発明の実施の形態１における基板回転式スパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す斜視概略図
【図４】本発明の実施の形態１における基板搬送式スパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す斜視概略図
【図５】本発明の実施の形態２におけるスパッタリング装置のターゲットを示す平面概略図
【図６】本発明の実施の形態３におけるスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す斜視概略図
【図７】従来のマグネトロンスパッタリングカソードの平面概略図
【図８】図７のＡ−Ａ断面概略図
【図９】従来のマグネトロンスパッタリングカソードの斜視概略図
【図１０】従来のマグネトロンスパッタリングカソードを搭載した一般的スパッタリング装置の概略図
【図１１】ターゲットに粉体あるいは顆粒状材料を用いた従来のマグネトロンスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す平面概略図
【図１２】図１１のＡ−Ａ断面概略図
【図１３】ターゲットに粉体あるいは顆粒状材料を用いた従来の別のマグネトロンスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す平面概略図
【図１４】図１３のＡ−Ａ断面概略図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す平面概略図、図２は図１のＡ−Ａ断面概略図である。なお、図１および図２において、図７〜１４と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。また、その動作方法も従来のマグネトロンスパッタリング装置と大略同一であるので、その説明も省略する。
【００３０】
実施の形態１におけるスパッタリング装置およびスパッタリング方法の特徴は、図１および図２において、スパッタリングカソードに設置したシリコンを主成分とするメインターゲット１ｍ上に、メインターゲット１ｍと同様にシリコンを主成分とし、かつ面積がメインターゲット１ｍより小さい平板状のサブターゲット１ｓを複数個配置した点にある。
【００３１】
具体的には、実施の形態１において使用するメインターゲット１ｍには、従来のスパッタリング成膜と同様、単結晶シリコン、多結晶（柱状晶）シリコン、溶射シリコン等を用いることが可能である。一方、サブターゲット１ｓも、基本的にはメインターゲット１ｍと同様のシリコン材料を用いることが可能であるが、より高品質かつ低コストのシリコン系スパッタリング成膜のためには、半導体グレードのシリコンウエハを割断してチップ化したものを使用することが好適である。
【００３２】
これは、半導体グレードのシリコンウエハの純度が、イレブンナインと高純度であるにもかかわらず、φ６インチからφ８インチサイズでは比較的安価に入手することが可能な理由による。
【００３３】
実施の形態１においてスパッタリング成膜を行なう場合、スパッタリングカソードにてマグネトロン放電を開始すると、メインターゲット１ｍ上に配置された複数個のサブターゲット１ｓは積極的に冷却されているのではなく単に置かれているだけのため、プラズマにより加熱され赤熱化が起こる。この結果、プラズマ中のイオン化が促進し、プラズマ密度が上昇することに加え、従来例でも述べたようにイオンエネルギーが原子・分子間結合を切ることに費やされることが少なくなり、効率的なスパッタリングが可能となり成膜速度が向上するとともに基板に形成されるシリコン系薄膜中への酸素や窒素等の不純物混入も低減する。
【００３４】
また、サブターゲット１ｓが赤熱化することによる輻射熱で周辺雰囲気の温度が上昇し、スパッタリングカソード１（メインターゲット１ｍおよびサブターゲット１ｓ）と対向した配置される基板ホルダ７に載置された基板８の温度が上昇するため、基板加熱効果により緻密で付着強度が強いシリコン薄膜の形成にも繋がる。
【００３５】
なお、実施の形態１において、サブターゲット１個の面積が１０ｍｍ2以上１０００ｍｍ2以下の大きさにするとより好適で、成膜速度がさらに向上すると共に形成されるシリコン系薄膜の緻密性と付着強度がより向上する。
【００３６】
これは、１０ｍｍ2以下では小さすぎて表面酸化の影響が無視できず、形成されるシリコン膜中への酸素濃度の増加につながり、１０００ｍｍ2以上では、赤熱による成膜速度向上の効果が得られないとともに割れやクラックが発生するためである。
【００３７】
さらに、実施の形態１において、サブターゲット１ｓ表面と基板８表面との距離が１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲に設置するとさらに好適で、成膜速度がさらに向上するとともに形成されるシリコン系薄膜の緻密性と付着強度がより向上する。
【００３８】
これは、１０ｍｍ以下では放電空間が狭すぎてプラズマが不安定となり、５０ｍｍ以上ではターゲットと基板間距離が長すぎてスパッタ粒子の付着確率とサブターゲットの赤熱による輻射加熱の効果が低減するためである。
【００３９】
また、実施の形態１において、放電プラズマ発生用として、水素を混合した放電ガスを用いることで、形成されるシリコン系薄膜の膜質が向上する。これは、プラズマ中の水素がシリコン膜中への酸素混入を抑制するとともに、シリコンの欠陥（ダングリングボンド）中に入り込み、Ｓｉ：Ｈを形成することで欠陥準位を低減するためである。
【００４０】
また、実施の形態１において、サブターゲット１ｓ、或いは、サブターゲット１ｓとメインターゲット１ｍの両方にボロンを０．０１ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下含むシリコンターゲットを使用することで、ｐ型シリコン薄膜の形成が可能となる。これは、ボロン濃度が０．０１ｐｐｍから１００００ｐｐｍの範囲において、ｐｎ接合を形成した時に良好な特性が得られるためである。
【００４１】
また、実施の形態１において、サブターゲット１ｓ、或いは、サブターゲット１ｓとメインターゲット１ｍの両方にリン、若しくは、ヒ素を０．０１ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下含むシリコンターゲットを使用することで、ｎ型シリコン薄膜の形成が可能となる。これは、リンもしくはヒ素濃度が０．０１ｐｐｍから１００００ｐｐｍの範囲において、ｐｎ接合を形成した時に良好な特性が得られるためである。
【００４２】
更に、実施の形態１において、スパッタリングされる部分は、基本的にサブターゲット１ｓのみであり、その下のベースとなるメインターゲット１ｍはほとんどスパッタされない。つまり、メンテナンス時等に行なうターゲット交換は基本的にサブターゲット１ｓの交換および補填だけで良く、ターゲット材料コストおよびメンテナンス時間削減に繋がる。
【００４３】
なお、実施の形態１ではメインターゲット１ｍ上に、ほぼ一様にサブターゲット１ｓを配置したがマグネトロン放電の特徴である最もプラズマ密度が高いリング状のエロージョン領域に集中的に配置しても構わない。
【００４４】
また、メインターゲット１ｍの前記エロージョン領域に凹部を設け、その中にサブターゲット１ｓを設置しても構わない。更に、実施の形態１ではメインターゲット１ｍ、及び、サブターゲット１ｓともに円形としたが、両方、或いはどちらか一方が矩形等の円形以外の形状であっても構わない。また、成膜方式に関しても、実施の形態１ではターゲットと基板とを対向させた静止対向方式としたが、図３のようにスパッタリングカソード１０３と基板８を偏心させ、基板中心軸９を中心に基板８を回転させながらスパッタリング成膜しても良い。このような構成では、小型のスパッタカソード（ターゲット）で大面積の基板に対してスパッタが行えるため、ターゲットの利用効率を高めることができる。
【００４５】
更に、図４のように複数個のスパッタリングカソード１０３を配設して、基板８を搬送させながらスパッタリング成膜しても構わない。
【００４６】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２におけるスパッタリング装置のターゲットを示す平面概略図である。なお、図５において、実施の形態１の説明で用いた図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。また、その動作方法は従来のマグネトロンスパッタリング装置と大略同一であるので、その説明は省略する。
【００４７】
実施の形態２におけるスパッタリング装置およびスパッタリング方法の特徴は、実施の形態１の特徴であるスパッタリングカソードに設置したシリコンを主成分とするメインターゲット１ｍ上に複数個配置するシリコンを主成分とするサブターゲット１ｓの組成を２種類以上とした点にある。
【００４８】
具体的には、図５のシリコンのメインターゲット１ｍ上に、例えば、ボロンを１００ｐｐｍ含有するシリコンのサブターゲット１ｓｄ（農灰色）と、ボロンを１０ｐｐｍ含有するシリコンのサブターゲット１ｓｗ（淡灰色）の個数の割合を制御して配置することにある。なお、実施の形態２における成膜速度および膜質の向上に関する作用は、実施の形態１と同様であるため、その説明は省略する。
【００４９】
実施の形態２においてスパッタリング成膜を行なうと、ボロンを１００ｐｐｍ含有するサブターゲット１ｓｄと１０ｐｐｍ含有するサブターゲット１ｓｗの割合によって、ボロン濃度が１０から１００ｐｐｍの間に制御された高純度、高密度かつ高付着強度のｐ型シリコン薄膜の高速形成が可能となる。
【００５０】
なお、実施の形態２においては、サブターゲット１ｓのボロン含有量を１０ｐｐｍと１００ｐｐｍの２種類としたが、０．０１ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下あればその含有量はいくらでも良く、その種類を３種類以上としても構わない。また、メインターゲット１ｍにボロンを０．０１ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下含有させても良い。
【００５１】
なお、同様に、シリコンのサブターゲット１ｓとシリコンのメインターゲット１ｍのいずれかあるいは両方に、リンもしくはヒ素を０．０１ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下含有させることで、ｎ型シリコン薄膜の形成が可能になることは言うまでもない。また、その他の構成に関しては、実施の形態１と何ら変わることはない。
【００５２】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３におけるスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す斜視概略図である。図６において、実施の形態１の説明で用いた図３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。また、その動作方法は従来のマグネトロンスパッタリング装置と大略同一であるので、その説明は省略する。
【００５３】
実施の形態３におけるスパッタリング装置およびスパッタリング方法の特徴は、スパッタリングカソードに設置したシリコンのメインターゲット上に、ボロンを含有するシリコンのサブターゲットを設置したスパッタリングカソードと、リンもしくはヒ素を含有するシリコンのサブターゲットを設置したスパッタリングカソードの２基のカソードを配置し、
対向する位置に基板中心軸を中心に基板回転が可能な基板ホルダを配置したことを特徴とする。
【００５４】
具体的には、図６の一方のスパッタリングカソード１０３ｎのシリコンのメインターゲット１ｍｎ上に、例えば、リンを１ｐｐｍ含有させたシリコンのサブターゲット１ｓｎを複数個配置し、他方のスパッタリングカソード１０３ｐのシリコンのメインターゲット１ｍｐ上にボロンを１０００ｐｐｍ含有させたシリコンのサブターゲット１ｓｐを複数個配置することにある。なお、実施の形態３における成膜速度および膜質の向上に関する作用は、実施の形態１と同様であるため、その説明は省略する。
【００５５】
実施の形態３においてスパッタリング成膜を行なう場合、まず、基板中心軸９を中心に基板８を回転させながら、ｎ型シリコンターゲットを有するスパッタリングカソード１０３ｎにてスパッタリング成膜を行ない、数μｍから数十μｍ程度のｎ型シリコン薄膜を形成する。次に、ｐ型シリコンターゲットを有するスパッタリングカソード１０３ｐにてスパッタリング成膜を行ない、数十ｎｍから数μｍ程度のｐ型シリコン薄膜を形成することで、ｐｎ接合界面を有する高純度、高密度かつ高付着強度の多層シリコン薄膜の高速形成が可能となる。
【００５６】
なお、実施の形態３においては、サブターゲット１ｓのリン含有量を１ｐｐｍ、ボロン含有量を１０００ｐｐｍとしたが、０．０１ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下あればその含有量は幾らでも構わない。また、実施の形態３においては、１層目をｎ型シリコン薄膜、２層目をｐ型シリコン薄膜としたが、１層目をｐ型シリコン薄膜、２層目をｎ型シリコン薄膜としても構わない。また、ｎ型にリンを使用したが、ヒ素であっても構わない。
【００５７】
加えて、ｎ型シリコンを有するスパッタリングカソード１０３ｎのメインターゲット１ｍｎにリンもしくはヒ素を、ｐ型シリコンを有するスパッタリングカソード１０３ｐのメインターゲット１ｍｐにボロンをそれぞれ０．０１ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下含有させても構わない。更に、実施の形態３においては、設置するスパッタリングカソード１０３を２基としたが、３基以上としても構わない。
【００５８】
例えば、それぞれ、ｐ型シリコンターゲットとｎ型シリコンターゲットを有する２基のスパッタリングカソードに加え、真性（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）シリコンターゲットを使用することで、ｐ‐ｉ‐ｎ界面を有する高純度、高密度かつ高付着強度の多層シリコン薄膜の高速形成が可能となる。また、その他の構成に関しては、実施の形態１と何ら変わることはない。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明のスパッタリング装置およびスパッタリング方法は、緻密で付着強度が強く不純物混入の少ない高品質なシリコン系薄膜を高速に形成することが可能であるため、太陽電池や液晶表示装置（ＬＣＤ）等の電子デバイスに適用可能であり、低コストで高品質に生産することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１ ターゲット
１ｍ メインターゲット
１ｓ サブターゲット
１ｓｄ ボロンかリンもしくはヒ素の含有量が多いサブターゲット（＞１ｓｗ）
１ｓｗ ボロンかリンもしくはヒ素の含有量が少ないサブターゲット（＜１ｓｄ）
１ｍｐ ボロンを含むシリコンのメインターゲット
１ｓｐ ボロンを含むシリコンのサブターゲット
１ｍｎ リンもしくはヒ素を含むシリコンのメインターゲット
１ｓｎ リンもしくはヒ素を含むシリコンのサブターゲット
４ 磁気回路
７ 基板ホルダ
８ 基板
１０３ スパッタリングカソード
１０３ｐ ｐ型シリコンを有するスパッタリングカソード
１０３ｎ ｎ型シリコンを有するスパッタリングカソード
１１２ スパッタリング電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高品質なシリコン系薄膜を高速かつ安全・安価に提供することを目的としたスパッタリング装置およびスパッタリング方法、並びに、該シリコン薄膜を用いて作製された太陽電池や液晶表示装置（ＬＣＤ）等の電子デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的にシリコン系薄膜の形成方法としては、モノシラン（ＳｉＨ4）等の原料ガスとなる気体を化学的に反応させて薄膜を形成するプラズマＣＶＤ法等のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法と、固体原料のシリコン（Ｓｉ）を電子ビーム等で加熱して蒸発させる真空蒸着法と、プラズマにより発生したＡｒイオン等を該シリコン（ターゲット）に衝突させて飛び出したシリコン粒子により薄膜を形成するスパッタリング法等のＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法に大別される。
【０００３】
プラズマＣＶＤ法は、現在、ＬＣＤや薄膜太陽電池の分野で広く一般的に使用されているシリコン薄膜の形成技術であるが、成膜速度が遅い（〜１０ｎｍ／ｍｉｎ程度）ことに加え、毒性や爆発性等の危険ガスを使用することによる安全対策用付帯設備コスト、メンテナンスとしてのチャンバ内クリーニング用ガス（ＮＦ3等）のランニングコスト等の高額化が問題となっている。
【０００４】
また、真空蒸着法は、高真空化で薄膜形成を行なうため、高純度の薄膜が高速（〜１μｍ／ｍｉｎ）で形成できるという反面、加熱蒸発によるエネルギーによる薄膜形成のため、膜付着強度が弱いことに加え、緻密な薄膜の形成が困難である。さらに、近年の基板の大型化に対し、膜厚の制御性や再現性を考慮すると量産設備化に課題を有する。
【０００５】
一方、スパッタリング法は真空蒸着法に比べ、形成される膜厚の制御性が良く、また、化合物の薄膜も比較的容易に形成できる薄膜形成技術の利点を活かし、広く半導体やディスプレイ、電子部品等の工業分野にて普及している。特に永久磁石や電磁石等を磁気回路として用いるマグネトロンスパッタリング法は、薄膜の形成速度が真空蒸着法に比べ約１〜２桁遅いというスパッタリング法の欠点を解決し、スパッタリング法による量産化を可能にしている。
【０００６】
以下、従来の一般的なマグネトロンスパッタリングカソードとそのカソードを搭載したスパッタリング装置およびスパッタリング方法について、図７から図１４を参照しながら説明する。
【０００７】
図７は、従来の平板ターゲットを有するマグネトロンスパッタリングカソードの平面概略図、図８は図７のＡ−Ａ断面概略図、及び、図９はマグネトロンスパッタリングカソードの斜視図である。
【０００８】
図７において、１は平板ターゲットであり、インジウム等のハンダ剤によりバッキングプレート２に接着され、カソード本体３に設置される。ターゲット１の裏側にはマグネトロン放電用の磁気回路４が、閉じた磁力線５を形成し、かつ、少なくともその磁力線５の一部が前記ターゲット表面で平行になるように配置される。このため、ターゲット表面には図９に示すようにトロイダル型の閉じたトンネル状の磁場６（網掛部）が形成される。
【０００９】
以上のように構成されたマグネトロンスパッタリングカソードと、該カソードを搭載したマグネトロンスパッタリング装置について、その動作原理を説明する。
【００１０】
図１０は、前述したスパッタリングカソードを設置したスパッタリング装置の概略図である。スパッタリングカソード１０３は、通常、真空チャンバ１０７に絶縁材１０８を介して設置される。マグネトロンスパッタリング法による薄膜形成を行なうには、真空チャンバ１０７を真空ポンプ１０９等の真空排気系にて高真空（１０-4〜１０-5Ｐａ程度）まで排気し、アルゴン（Ａｒ）等の放電ガスを、ガス流量調整器１１０を通して真空チャンバ１０７に導入し、圧力調整バルブ１１１を調整して真空チャンバ内を１０-1〜１０-2Ｐａ程度の圧力に保つ。
【００１１】
ここで、ターゲット１を取付けたスパッタリングカソード１０３に接続した直流もしくは交流のスパッタリング電源１１２により負の電圧を印加することで、電場と磁気回路によるトロイダル型トンネル状磁場との周辺で、マグネトロン放電が起こり、ターゲット１がスパッタされ、スパッタ粒子が基板ホルダ７に設置した基板８に堆積され薄膜が形成される。
【００１２】
しかしながら、マグネトロンスパッタリング法は、比較的高速に薄膜形成が可能とはいえ、その成膜速度は一般的に０．１〜１μｍ／ｍｉｎ程度である。また、マグネトロン放電特有の局所的なリング状エロージョンのため、薄膜化率（材料利用効率）は数％程度と低い。更には、シリコン等の脆いターゲット材料を使用したスパッタリング成膜では、ターゲット破損を考慮すると、高速成膜に不可欠な高電力の投入が不可能である。
【００１３】
以上のような理由により、成膜コスト削減はもちろん、形成されるシリコン薄膜の高密度化や不純物濃度低減といった高品質化のためにも薄膜形成速度のさらなる高速化が求められている。
【００１４】
そこで、これらの問題を解決するため、最近、ターゲット材料に粉体や顆粒状の材料を使用して、高速成膜を可能とする取り組みが行なわれてきている。
【００１５】
以下、これらの従来の取り組みについて、図１１〜１４を参照しながら説明する。なお、図１１〜１４において、図７〜１０と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。また、その動作方法も前述の従来の一般的なマグネトロンスパッタリング装置と大略同一であるので、その説明は省略する。
【００１６】
図１１は、ターゲットに粉体や顆粒状材料を用いるマグネトロンスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す平面概略図、図１２は図１１のＡ−Ａ断面概略図である。
【００１７】
従来のスパッタリング法では、イオンがターゲットに衝突する際、ターゲット内の原子・分子間結合を切ってターゲット粒子を飛び出させる必要があるのに対し、この方式におけるスパッタリング装置によるスパッタリング成膜の特徴は、放電（スパッタリング）を開始すると、ベースとなる凹状ターゲット１ｂ内に充填された熱伝導の悪い粉体または顆粒状ターゲット１ｐがプラズマにより加熱され、その一部が蒸気化、そこにイオンが衝突する。つまり、イオンエネルギーが原子・分子間結合を切ることに費やされることが少なく、効率的にスパッタリングが行なわれるため成膜速度が向上する。（例えば、特許文献１参照のこと）。
【００１８】
また、図１３は、ターゲットに粉体や顆粒状材料を用いる別のマグネトロンスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す平面概略図、図１４は図１３のＡ−Ａ断面概略図である。
【００１９】
この方式におけるスパッタリング装置によるスパッタリング成膜の特徴も、前述の従来例と同様、放電（スパッタリング）を開始すると、熱伝導の悪い粉体または顆粒状ターゲット１ｐがプラズマにより加熱され、その一部が蒸気化、そこにイオンが衝突することで成膜速度が向上することに加え、ベースとなる焼結ターゲット１ｂのエロージョン領域に凹部６ｅを作成し、該凹部６ｅに前記粉体または顆粒状ターゲット１ｐを充填することで、より放電安定性と膜厚均一性を向上させるものである。（例えば、特許文献２参照のこと）。
【００２０】
これらの方法は、いずれもスパッタリング成膜における成膜速度の高速化には一定の効果があることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特許第３７２７６７９号公報
【特許文献２】特開２００７−１４６２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、図１１〜１４に示す従来のスパッタリング装置を、シリコン系の薄膜形成に適用すると、ターゲットに１０ｍｍ以下の比較的小さい粉体または顆粒状材料を使用していることから、ターゲット材に表面酸化が起こってしまい、不純物としての膜中への酸素混入が懸念される。また、さらなる高速化を狙って粉体材料をより微細化すると、酸化された表面積が相対的に増加することから、膜中への酸素混入の増加はもちろん、場合によってはシリコン薄膜ではなくシリコンの酸化膜（ＳｉＯx）が形成されてしまうことが予測され、高純度薄膜形成という点での課題を有している。
【００２３】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、高品質なシリコン系薄膜を高速かつ安全・安価に形成できるスパッタリング装置、スパッタリング方法および該シリコン薄膜を用いて作成した太陽電池や液晶表示装置（ＬＣＤ）等の電子デバイスを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するために、本発明のスパッタリング装置およびスパッタリング方法は、排気系とガス導入系を有する真空チャンバと、真空チャンバ内に設置され、かつターゲットを有するスパッタリングカソードと、基板を載置する基板ホルダ、もしくは基板を移動させる移載機構と、スパッタリングカソードに接続されたスパッタリング用電源とを備えるスパッタリング装置において、シリコンを主成分とするメインターゲット上に該ターゲットと同様にシリコンを主成分とし、かつ面積が前記メインターゲットより小さいサブターゲットを複数個配置した前記スパッタリングカソードをマグネトロン放電させ、かつ前記基板ホルダに載置した基板、もしくは移載機構により移動する基板に薄膜を形成することを特徴としている。
【００２５】
本構成によって、メインターゲット上に配置された複数個のサブターゲットがプラズマにより加熱され赤熱化することでイオン化が促進しプラズマ密度が上昇するとともに、高温化による基板温度上昇（加熱効果）が起こり、その結果、緻密で付着強度が強く不純物混入の少ない高品質なシリコン系薄膜の高速成膜が可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明のスパッタリング装置およびスパッタリング方法によれば、高品質なシリコン系薄膜を高速かつ安全・安価に形成できるとともに、該シリコン薄膜を用いた太陽電池や液晶表示装置（ＬＣＤ）等の電子デバイスを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す平面概略図
【図２】図１のＡ−Ａ断面概略図
【図３】本発明の実施の形態１における基板回転式スパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す斜視概略図
【図４】本発明の実施の形態１における基板搬送式スパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す斜視概略図
【図５】本発明の実施の形態２におけるスパッタリング装置のターゲットを示す平面概略図
【図６】本発明の実施の形態３におけるスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す斜視概略図
【図７】従来のマグネトロンスパッタリングカソードの平面概略図
【図８】図７のＡ−Ａ断面概略図
【図９】従来のマグネトロンスパッタリングカソードの斜視概略図
【図１０】従来のマグネトロンスパッタリングカソードを搭載した一般的スパッタリング装置の概略図
【図１１】ターゲットに粉体あるいは顆粒状材料を用いた従来のマグネトロンスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す平面概略図
【図１２】図１１のＡ−Ａ断面概略図
【図１３】ターゲットに粉体あるいは顆粒状材料を用いた従来の別のマグネトロンスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す平面概略図
【図１４】図１３のＡ−Ａ断面概略図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す平面概略図、図２は図１のＡ−Ａ断面概略図である。なお、図１および図２において、図７〜１４と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。また、その動作方法も従来のマグネトロンスパッタリング装置と大略同一であるので、その説明も省略する。
【００３０】
実施の形態１におけるスパッタリング装置およびスパッタリング方法の特徴は、図１および図２において、スパッタリングカソードに設置したシリコンを主成分とするメインターゲット１ｍ上に、メインターゲット１ｍと同様にシリコンを主成分とし、かつ面積がメインターゲット１ｍより小さい平板状のサブターゲット１ｓを複数個配置した点にある。
【００３１】
具体的には、実施の形態１において使用するメインターゲット１ｍには、従来のスパッタリング成膜と同様、単結晶シリコン、多結晶（柱状晶）シリコン、溶射シリコン等を用いることが可能である。一方、サブターゲット１ｓも、基本的にはメインターゲット１ｍと同様のシリコン材料を用いることが可能であるが、より高品質かつ低コストのシリコン系スパッタリング成膜のためには、半導体グレードのシリコンウエハを割断してチップ化したものを使用することが好適である。
【００３２】
これは、半導体グレードのシリコンウエハの純度が、イレブンナインと高純度であるにもかかわらず、φ６インチからφ８インチサイズでは比較的安価に入手することが可能な理由による。
【００３３】
実施の形態１においてスパッタリング成膜を行なう場合、スパッタリングカソードにてマグネトロン放電を開始すると、メインターゲット１ｍ上に配置された複数個のサブターゲット１ｓは積極的に冷却されているのではなく単に置かれているだけのため、プラズマにより加熱され赤熱化が起こる。この結果、プラズマ中のイオン化が促進し、プラズマ密度が上昇することに加え、従来例でも述べたようにイオンエネルギーが原子・分子間結合を切ることに費やされることが少なくなり、効率的なスパッタリングが可能となり成膜速度が向上するとともに基板に形成されるシリコン系薄膜中への酸素や窒素等の不純物混入も低減する。
【００３４】
また、サブターゲット１ｓが赤熱化することによる輻射熱で周辺雰囲気の温度が上昇し、スパッタリングカソード１（メインターゲット１ｍおよびサブターゲット１ｓ）と対向した配置される基板ホルダ７に載置された基板８の温度が上昇するため、基板加熱効果により緻密で付着強度が強いシリコン薄膜の形成にも繋がる。
【００３５】
なお、実施の形態１において、サブターゲット１個の面積が１０ｍｍ2以上１０００ｍｍ2以下の大きさにするとより好適で、成膜速度がさらに向上すると共に形成されるシリコン系薄膜の緻密性と付着強度がより向上する。
【００３６】
これは、１０ｍｍ2以下では小さすぎて表面酸化の影響が無視できず、形成されるシリコン膜中への酸素濃度の増加につながり、１０００ｍｍ2以上では、赤熱による成膜速度向上の効果が得られないとともに割れやクラックが発生するためである。
【００３７】
さらに、実施の形態１において、サブターゲット１ｓ表面と基板８表面との距離が１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲に設置するとさらに好適で、成膜速度がさらに向上するとともに形成されるシリコン系薄膜の緻密性と付着強度がより向上する。
【００３８】
これは、１０ｍｍ以下では放電空間が狭すぎてプラズマが不安定となり、５０ｍｍ以上ではターゲットと基板間距離が長すぎてスパッタ粒子の付着確率とサブターゲットの赤熱による輻射加熱の効果が低減するためである。
【００３９】
また、実施の形態１において、放電プラズマ発生用として、水素を混合した放電ガスを用いることで、形成されるシリコン系薄膜の膜質が向上する。これは、プラズマ中の水素がシリコン膜中への酸素混入を抑制するとともに、シリコンの欠陥（ダングリングボンド）中に入り込み、Ｓｉ：Ｈを形成することで欠陥準位を低減するためである。
【００４０】
また、実施の形態１において、サブターゲット１ｓ、或いは、サブターゲット１ｓとメインターゲット１ｍの両方にボロンを０．０１ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下含むシリコンターゲットを使用することで、ｐ型シリコン薄膜の形成が可能となる。これは、ボロン濃度が０．０１ｐｐｍから１００００ｐｐｍの範囲において、ｐｎ接合を形成した時に良好な特性が得られるためである。
【００４１】
また、実施の形態１において、サブターゲット１ｓ、或いは、サブターゲット１ｓとメインターゲット１ｍの両方にリン、若しくは、ヒ素を０．０１ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下含むシリコンターゲットを使用することで、ｎ型シリコン薄膜の形成が可能となる。これは、リンもしくはヒ素濃度が０．０１ｐｐｍから１００００ｐｐｍの範囲において、ｐｎ接合を形成した時に良好な特性が得られるためである。
【００４２】
更に、実施の形態１において、スパッタリングされる部分は、基本的にサブターゲット１ｓのみであり、その下のベースとなるメインターゲット１ｍはほとんどスパッタされない。つまり、メンテナンス時等に行なうターゲット交換は基本的にサブターゲット１ｓの交換および補填だけで良く、ターゲット材料コストおよびメンテナンス時間削減に繋がる。
【００４３】
なお、実施の形態１ではメインターゲット１ｍ上に、ほぼ一様にサブターゲット１ｓを配置したがマグネトロン放電の特徴である最もプラズマ密度が高いリング状のエロージョン領域に集中的に配置しても構わない。
【００４４】
また、メインターゲット１ｍの前記エロージョン領域に凹部を設け、その中にサブターゲット１ｓを設置しても構わない。更に、実施の形態１ではメインターゲット１ｍ、及び、サブターゲット１ｓともに円形としたが、両方、或いはどちらか一方が矩形等の円形以外の形状であっても構わない。また、成膜方式に関しても、実施の形態１ではターゲットと基板とを対向させた静止対向方式としたが、図３のようにスパッタリングカソード１０３と基板８を偏心させ、基板中心軸９を中心に基板８を回転させながらスパッタリング成膜しても良い。このような構成では、小型のスパッタカソード（ターゲット）で大面積の基板に対してスパッタが行えるため、ターゲットの利用効率を高めることができる。
【００４５】
更に、図４のように複数個のスパッタリングカソード１０３を配設して、基板８を搬送させながらスパッタリング成膜しても構わない。
【００４６】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２におけるスパッタリング装置のターゲットを示す平面概略図である。なお、図５において、実施の形態１の説明で用いた図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。また、その動作方法は従来のマグネトロンスパッタリング装置と大略同一であるので、その説明は省略する。
【００４７】
実施の形態２におけるスパッタリング装置およびスパッタリング方法の特徴は、実施の形態１の特徴であるスパッタリングカソードに設置したシリコンを主成分とするメインターゲット１ｍ上に複数個配置するシリコンを主成分とするサブターゲット１ｓの組成を２種類以上とした点にある。
【００４８】
具体的には、図５のシリコンのメインターゲット１ｍ上に、例えば、ボロンを１００ｐｐｍ含有するシリコンのサブターゲット１ｓｄ（農灰色）と、ボロンを１０ｐｐｍ含有するシリコンのサブターゲット１ｓｗ（淡灰色）の個数の割合を制御して配置することにある。なお、実施の形態２における成膜速度および膜質の向上に関する作用は、実施の形態１と同様であるため、その説明は省略する。
【００４９】
実施の形態２においてスパッタリング成膜を行なうと、ボロンを１００ｐｐｍ含有するサブターゲット１ｓｄと１０ｐｐｍ含有するサブターゲット１ｓｗの割合によって、ボロン濃度が１０から１００ｐｐｍの間に制御された高純度、高密度かつ高付着強度のｐ型シリコン薄膜の高速形成が可能となる。
【００５０】
なお、実施の形態２においては、サブターゲット１ｓのボロン含有量を１０ｐｐｍと１００ｐｐｍの２種類としたが、０．０１ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下あればその含有量はいくらでも良く、その種類を３種類以上としても構わない。また、メインターゲット１ｍにボロンを０．０１ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下含有させても良い。
【００５１】
なお、同様に、シリコンのサブターゲット１ｓとシリコンのメインターゲット１ｍのいずれかあるいは両方に、リンもしくはヒ素を０．０１ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下含有させることで、ｎ型シリコン薄膜の形成が可能になることは言うまでもない。また、その他の構成に関しては、実施の形態１と何ら変わることはない。
【００５２】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３におけるスパッタリング装置のターゲットと基板との位置関係を示す斜視概略図である。図６において、実施の形態１の説明で用いた図３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。また、その動作方法は従来のマグネトロンスパッタリング装置と大略同一であるので、その説明は省略する。
【００５３】
実施の形態３におけるスパッタリング装置およびスパッタリング方法の特徴は、スパッタリングカソードに設置したシリコンのメインターゲット上に、ボロンを含有するシリコンのサブターゲットを設置したスパッタリングカソードと、リンもしくはヒ素を含有するシリコンのサブターゲットを設置したスパッタリングカソードの２基のカソードを配置し、
対向する位置に基板中心軸を中心に基板回転が可能な基板ホルダを配置したことを特徴とする。
【００５４】
具体的には、図６の一方のスパッタリングカソード１０３ｎのシリコンのメインターゲット１ｍｎ上に、例えば、リンを１ｐｐｍ含有させたシリコンのサブターゲット１ｓｎを複数個配置し、他方のスパッタリングカソード１０３ｐのシリコンのメインターゲット１ｍｐ上にボロンを１０００ｐｐｍ含有させたシリコンのサブターゲット１ｓｐを複数個配置することにある。なお、実施の形態３における成膜速度および膜質の向上に関する作用は、実施の形態１と同様であるため、その説明は省略する。
【００５５】
実施の形態３においてスパッタリング成膜を行なう場合、まず、基板中心軸９を中心に基板８を回転させながら、ｎ型シリコンターゲットを有するスパッタリングカソード１０３ｎにてスパッタリング成膜を行ない、数μｍから数十μｍ程度のｎ型シリコン薄膜を形成する。次に、ｐ型シリコンターゲットを有するスパッタリングカソード１０３ｐにてスパッタリング成膜を行ない、数十ｎｍから数μｍ程度のｐ型シリコン薄膜を形成することで、ｐｎ接合界面を有する高純度、高密度かつ高付着強度の多層シリコン薄膜の高速形成が可能となる。
【００５６】
なお、実施の形態３においては、サブターゲット１ｓのリン含有量を１ｐｐｍ、ボロン含有量を１０００ｐｐｍとしたが、０．０１ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下あればその含有量は幾らでも構わない。また、実施の形態３においては、１層目をｎ型シリコン薄膜、２層目をｐ型シリコン薄膜としたが、１層目をｐ型シリコン薄膜、２層目をｎ型シリコン薄膜としても構わない。また、ｎ型にリンを使用したが、ヒ素であっても構わない。
【００５７】
加えて、ｎ型シリコンを有するスパッタリングカソード１０３ｎのメインターゲット１ｍｎにリンもしくはヒ素を、ｐ型シリコンを有するスパッタリングカソード１０３ｐのメインターゲット１ｍｐにボロンをそれぞれ０．０１ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下含有させても構わない。更に、実施の形態３においては、設置するスパッタリングカソード１０３を２基としたが、３基以上としても構わない。
【００５８】
例えば、それぞれ、ｐ型シリコンターゲットとｎ型シリコンターゲットを有する２基のスパッタリングカソードに加え、真性（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）シリコンターゲットを使用することで、ｐ‐ｉ‐ｎ界面を有する高純度、高密度かつ高付着強度の多層シリコン薄膜の高速形成が可能となる。また、その他の構成に関しては、実施の形態１と何ら変わることはない。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明のスパッタリング装置およびスパッタリング方法は、緻密で付着強度が強く不純物混入の少ない高品質なシリコン系薄膜を高速に形成することが可能であるため、太陽電池や液晶表示装置（ＬＣＤ）等の電子デバイスに適用可能であり、低コストで高品質に生産することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１ ターゲット
１ｍ メインターゲット
１ｓ サブターゲット
１ｓｄ ボロンかリンもしくはヒ素の含有量が多いサブターゲット（＞１ｓｗ）
１ｓｗ ボロンかリンもしくはヒ素の含有量が少ないサブターゲット（＜１ｓｄ）
１ｍｐ ボロンを含むシリコンのメインターゲット
１ｓｐ ボロンを含むシリコンのサブターゲット
１ｍｎ リンもしくはヒ素を含むシリコンのメインターゲット
１ｓｎ リンもしくはヒ素を含むシリコンのサブターゲット
４ 磁気回路
７ 基板ホルダ
８ 基板
１０３ スパッタリングカソード
１０３ｐ ｐ型シリコンを有するスパッタリングカソード
１０３ｎ ｎ型シリコンを有するスパッタリングカソード
１１２ スパッタリング電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系とガス導入系を有する真空チャンバと、前記真空チャンバ内に設置されると共にターゲットを備えるスパッタリングカソードと、前記カソードと対向して配置され基板を載置する基板ホルダと、前記スパッタリングカソードと電気的に接続されたスパッタリング用電源と、を備えるスパッタリング装置において、
前記ターゲットは、シリコンを主成分とするメインターゲットと、前記メインターゲット上に複数個配置されるサブターゲットとで構成され、前記サブターゲットは、シリコンを主成分とし、かつ前記メインターゲットの表面積よりも小さいこと、
を特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
前記基板ホルダは回転若しくは並行に移動可能な移載機構であること、を特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
１つのサブターゲットの表面積は、１０ｍｍ2以上１０００ｍｍ2以下である、請求項１または２に記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記メインターゲットと前記サブターゲットの少なくとも一方のターゲットはボロンを含有する、請求項１〜３の何れか一項に記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
ボロン含有量は、０．０１ｐｐｍから１００００ｐｐｍである、請求項４記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
前記メインターゲットと前記サブターゲットの少なくとも一方のターゲットは、リンもしくはヒ素を含有する、請求項１〜３の何れか一項に記載のスパッタリング装置。
【請求項７】
リンもしくはヒ素含有量は、０．０１ｐｐｍから１００００ｐｐｍである、請求項６記載のスパッタリング装置。
【請求項８】
前記サブターゲットの表面と前記基板の表面との距離は、２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である、請求項１〜７の何れか一項に記載のスパッタリング装置。
【請求項９】
前記メインターゲットの表面には凹凸形状が形成されている、請求項１〜８の何れか一項に記載のスパッタリング装置。
【請求項１０】
前記真空チャンバ内に水素を混合した放電用ガスを導入する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
【請求項１１】
真空チャンバ内にガスを導入しながら排気し、前記真空チャンバ内に配置されたターゲットと、前記ターゲットに対向して配置された基板との間にプラズマを発生させ、前記基板の表面に前記ターゲットの材料を成膜するスパッタリング方法において、
前記ターゲットは、シリコンを主成分とするメインターゲットと、前記メインターゲット上に複数個配置されるサブターゲットとで構成され、前記サブターゲットは、シリコンを主成分とし、かつ前記メインターゲットの表面積よりも小さい状態で、前記基板に対してスパッタリングを行うこと、
を特徴とするスパッタリング方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のスパッタリング方法により作製したシリコン系薄膜を用いることを特徴とする電子デバイス。
【請求項１３】
シリコンを主成分とするメインターゲットのうえに、前記メインターゲットよりも表面積が小さく、かつ、シリコンを主成分とするサブターゲットを複数個配置したこと、
を特徴とするスパッタリング用ターゲット。
【請求項１】
排気系とガス導入系を有する真空チャンバと、前記真空チャンバ内に設置されると共にターゲットを備えるスパッタリングカソードと、前記カソードと対向して配置され基板を載置する基板ホルダと、前記スパッタリングカソードと電気的に接続されたスパッタリング用電源と、を備えるスパッタリング装置において、
前記ターゲットは、シリコンを主成分とするメインターゲットと、前記メインターゲット上に複数個配置されるサブターゲットとで構成され、前記サブターゲットは、シリコンを主成分とし、かつ前記メインターゲットの表面積よりも小さいこと、
を特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
前記基板ホルダは回転若しくは並行に移動可能な移載機構であること、を特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
１つのサブターゲットの表面積は、１０ｍｍ2以上１０００ｍｍ2以下である、請求項１または２に記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記メインターゲットと前記サブターゲットの少なくとも一方のターゲットはボロンを含有する、請求項１〜３の何れか一項に記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
ボロン含有量は、０．０１ｐｐｍから１００００ｐｐｍである、請求項４記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
前記メインターゲットと前記サブターゲットの少なくとも一方のターゲットは、リンもしくはヒ素を含有する、請求項１〜３の何れか一項に記載のスパッタリング装置。
【請求項７】
リンもしくはヒ素含有量は、０．０１ｐｐｍから１００００ｐｐｍである、請求項６記載のスパッタリング装置。
【請求項８】
前記サブターゲットの表面と前記基板の表面との距離は、２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である、請求項１〜７の何れか一項に記載のスパッタリング装置。
【請求項９】
前記メインターゲットの表面には凹凸形状が形成されている、請求項１〜８の何れか一項に記載のスパッタリング装置。
【請求項１０】
前記真空チャンバ内に水素を混合した放電用ガスを導入する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
【請求項１１】
真空チャンバ内にガスを導入しながら排気し、前記真空チャンバ内に配置されたターゲットと、前記ターゲットに対向して配置された基板との間にプラズマを発生させ、前記基板の表面に前記ターゲットの材料を成膜するスパッタリング方法において、
前記ターゲットは、シリコンを主成分とするメインターゲットと、前記メインターゲット上に複数個配置されるサブターゲットとで構成され、前記サブターゲットは、シリコンを主成分とし、かつ前記メインターゲットの表面積よりも小さい状態で、前記基板に対してスパッタリングを行うこと、
を特徴とするスパッタリング方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のスパッタリング方法により作製したシリコン系薄膜を用いることを特徴とする電子デバイス。
【請求項１３】
シリコンを主成分とするメインターゲットのうえに、前記メインターゲットよりも表面積が小さく、かつ、シリコンを主成分とするサブターゲットを複数個配置したこと、
を特徴とするスパッタリング用ターゲット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１０４６８１（Ｐ２０１２−１０４６８１Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５２５３７（Ｐ２０１０−２５２５３７）
【出願日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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