CN1934680A - 结晶性硅薄膜的形成方法及装置 - Google Patents
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Abstract
将氢气引入设置了硅溅射靶(2)及被成膜基板(S)的成膜室(10)内，通过对该气体施加高频功率，从而在该成膜室内产生Hα/SiH*为0.3～1.3的等离子体，用该等离子体将硅溅射靶(2)进行化学溅射，在基板(S)上形成结晶性硅薄膜。能够在比较低的低温下廉价、安全地形成高质量的结晶性硅薄膜。
Description
技术领域
本发明涉及结晶性硅薄膜的形成方法及装置。
背景技术
作为结晶性硅，已知有多晶硅、纳晶硅等。它们有各种各样的用途。
多晶硅薄膜例如可作为液晶显示装置的像素设置的TFT(薄膜晶体管)开关的材料，另外，可用于制造各种集成电路或太阳电池等。纳晶硅可期待用作为非易失性存储器、发光元件、光敏剂。
若以多晶硅薄膜的形成方法为例，则已知有将被成膜基板的温度维持在大于等于800℃并在低压下，利用等离子体CVD法等的CVD法或溅射蒸镀法等的PVD法而形成的方法(参照例如特开平5-234919号公报、特开平11-54432号公报)；以及在利用各种CVD法或PVD法在比较低的温度下形成非结晶性硅薄膜之后，对该非结晶性硅薄膜施加例如1000℃左右的热处理或600℃左右的长时间的热处理作为后处理而形成的方法(参照例如特开平5-218368号公报)。还已知有对非结晶性硅薄膜施加激光退火处理而使该膜晶化的方法(参照例如特开平8-124852号公报)。
除了上述的以外，还提出一种方法，该方法是利用氢或氟化硅(SiF)等来稀释甲硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)等硅烷系气体而得到的气体等离子体，在小于等于500℃的低温下在基板上直接形成结晶性硅薄膜(参照例如特开2000-195810号公报)。
但是，在这些方法中，对于将被成膜基板暴露在高温下的方法，作为进行成膜的基板，必须采用能耐高温的高价的基板(例如石英基板)，难以对例如耐热温度小于等于500℃的廉价的低熔点玻璃基板形成结晶性硅薄膜。因此，结晶性硅薄膜的制造成本由于基板成本的原因而提高。在将非结晶性硅薄膜于高温下进行热处理时，也有同样的问题。
在将非结晶性硅薄膜进行激光退火处理时，虽能够在比较低的低温下得到结晶性硅薄膜，但由于必须有激光照射工序，或者必须照射非常高的能量密度的激光等，因此在这种情况下，结晶性硅薄膜的制造成本也提高。另外，难以将激光均匀照射膜的各部分，再有利用激光照射，也会产生脱氢，使膜表面粗糙，由于这些原因，难以得到高质量的结晶性硅薄膜。
在利用氢或氟化硅(SiF)等来稀释硅烷系气体而得到的气体等离子体、在比较低的低温下直接在基板上形成结晶性硅薄膜的方法中，由于用氢气等稀释硅烷系气体，因此膜淀积速度(成膜速度)降低。另外，甲硅烷气体在大气中有自燃的危险性。
因此，本发明的课题是，与上述以往的结晶性硅薄膜的形成方法相比，提供一种能够在比较低的低温下廉价、安全地形成高质量的结晶性硅薄膜的结晶性硅薄膜的形成方法。
另外，本发明的课题是，与以往相比，提供一种能够在比较低的低温下廉价、安全地形成高质量的结晶性硅薄膜的结晶性硅薄膜的形成装置。
发明内容
本发明者为了解决前述课题，反复研究，得到下述的实际知识。
即，若将硅溅射靶用Hα/SiH*为0.3～1.3的等离子体进行化学溅射(反应性溅射)，从而利用由被溅射的原子及氢等离子体产生的激励效应、以及被成膜物体的淀积膜表面与氢基的反应，在被成膜物体上淀积成膜，则与以往的用氢气稀释硅烷系气体而得到的气体等离子体所形成的硅薄膜相同，显示出结晶性，能够形成表面粗糙度小、具有氢末端的硅的键手取向的表面的高质量的结晶性硅薄膜。
而且，能够在比较低的低温下成膜，对例如耐热温度小于等于500℃的廉价的低熔点玻璃基板也能够形成结晶性硅薄膜，相应能够廉价地在被成膜物体上形成结晶性硅薄膜。
再有，由于不使用在大气中自燃的硅烷气体，相应能够安全地形成结晶性硅薄膜。
本发明基于这样的实际知识，
提供一种结晶性硅薄膜的形成方法，该结晶性硅薄膜的形成方法是，将氢气引入设置了硅溅射靶及被成膜物体的成膜室内，通过对该气体施加高频功率，从而在该成膜室内产生Hα/SiH*为0.3～1.3的等离子体，用该等离子体将前述硅溅射靶进行化学溅射，在前述被成膜物体上形成结晶性硅薄膜。
这里，SiH*是利用通过对引入成膜室内的氢气施加高频功率而发生的氢气等离子体进行的硅溅射靶的溅射所发生的、在等离子体中存在的硅烷基的发光光谱强度(波长414nm)，Hα是利用等离子体发光光谱在波长656nm显示峰值的氢原子基的发光光谱强度。
Hα/SiH*表示等离子体中的氢基的丰富度，若该值小于0.3，则形状的膜的结晶性降低，若大于1.3，则相反难以成膜。Hα/SiH*的值能够利用等离子体发光光谱测量装置测量各种基的发光光谱，并根据该测量结果得到。另外，关于Hα/SiH*的控制，可利用对氢气施加的高频功率的大小、成膜气压、氢气引入量等的至少一种控制来进行。
作为前述施加高频功率的代表性例子，可以举出利用感应耦合方式进行的情况，它是利用对于前述成膜室从高频放电电极进行放电的方式。通过这样，成膜室内部形成氢基及氢离子丰富的状态。
本发明者利用感应耦合方式使氢气等离子化，通过利用等离子体发光光谱，在该等离子体中观测到Hα(656nm)及Hβ(486nm)是起到支配作用的。Hα及Hβ丰富，这意味着氢基浓度高。这一点与利用Hα及Hβ贫乏的电容耦合方式生成等离子体的情况相比，有很大不同。
利用感应耦合方式施加高频功率而形成的等离子体的等离子体电位，虽也取决于条件、例如是约20Ev左右，但由于无论什么情况都相当低，因此难以产生通常的物理溅射。但是，本发明者利用等离子体发光光谱，观测到Si(288nm)的存在。这是由于在硅溅射靶表面利用氢基及氢离子的化学溅射(反应性溅射)所产生的结果。
施加高频功率用的高频放电电极，可以设置在成膜室的外侧，但为了更高效率地施加功率，也可以设置在成膜室内。当设置在成膜室外时，面对高频放电电极的成膜室壁部分只要用介质材料形成即可。
当设置在成膜室内时，最好用电气绝缘性材料覆盖该电极的导体部分表面。通过用电气绝缘性材料覆盖电极导体部分表面，能够抑制由于自偏压使电极因来自等离子体的带电粒子产生的溅射，抑制来自电极的溅射粒子混入想要形成的膜中。
作为这样的绝缘性材料，可以举例有石英玻璃或电极的表面钝化处理的材料。
前述硅溅射靶可以提供各种各样的形态。例如，可以将成膜室的与气体等离子体接触的部分(例如，容易接触等离子体的成膜室内壁)的全部或一部分，通过形成硅膜、粘贴硅晶片、或附设硅片等，用硅覆盖，形成硅溅射靶。也可以在成膜室内设置与成膜室本身分开、独立的硅溅射靶。
无论是将高频放电电极设置在成膜室的外侧，还是设置在内侧，硅溅射靶为了顺利对它进行化学溅射，至少设置在面对等离子体发生区域、即高频放电电极的位置，换句话说最好设置在高频放电电极的附近位置。
例如，在将高频放电电极设置在成膜室内的情况下，作为面对高频放电电极的硅溅射靶的例子，可以举出有包围该电极周围、同时在被成膜物体侧开口的筒状配置的硅溅射靶。
另外，无论什么情况，前述结晶性硅薄膜形成的前述等离子体电位最好是15eV～45eV左右。电子密度最好是1010cm-3～1012cm-3左右。前述结晶性硅薄膜形成的前述成膜室内压力最好是0.6Pa～13.4Pa(约5mTorr～约100mTorr)左右。
结晶性硅薄膜形成的等离子体电位若低于15eV，则结晶性降低，若高于45eV，也容易妨碍晶化。
另外，等离子体中的电子密度若小于1010cm-3，则晶化度降低，或者成膜速度降低，若大于1012cm-3，则膜及被成膜物体容易受到损坏。
结晶性硅薄膜形成的成膜室内压力若低于0.6Pa(约5mTorr)，则等离子体不稳定，或者成膜速度降低，若高于13.4Pa(约100mTorr)，则等离子体不稳定，或膜的结晶性降低。
这样的等离子体电位及等离子体的电子密度，可以通过控制施加的高频功率的大小、频率、成膜压等其中的至少一项来调整。
本发明还提供以下的结晶性硅薄膜的形成装置。
即，结晶性硅薄膜形成装置，包含具有支承被成膜物体的物体支架的成膜室；配置在前述成膜室内的硅溅射靶；向前述成膜室内引入氢气的氢气供给装置；从前述成膜室内排气的排气装置；对从前述氢气供给装置向前述成膜室内供给的氢气施加高频功率，形成将前述硅溅射靶进行化学溅射用的等离子体的高频功率施加装置；求出前述成膜室内的等离子体发光中的波长656nm的氢原子基的发光光谱强度Hα及波长414nm的硅烷基的发光光谱强度SiH*的发光光谱测量装置；以及根据该发光光谱测量装置求出的Hα及SiH*，求出发光强度比(Hα/SiH*)的运算单元。
该薄膜形成装置也可以还具有控制单元，该控制单元将前述运算单元求出的发光强度比(Hα/SiH*)与根据大于等于0.3、小于等于1.3的范围所规定的基准值进行比较，控制前述高频功率施加装置的电源输出、从前述氢气供给装置向前述成膜室内引入的氢气引入量、以及利用前述排气装置的排气量中的至少一项，使得前述成膜室内等离子体的发光强度比(Hα/SiH*)接近该基准值。
在该薄膜形成装置中，高频功率施加装置也可以包含对于前述成膜室设置的高频放电电极，利用从该电极进行的放电，以感应耦合方式施加高频功率。
这样的高频放电电极也可以设置在前述成膜室内，在这种情况下，硅溅射靶与前述薄膜形成方法中说明的相同，也可以至少面对该高频放电电极设置。
在将高频放电电极设置在成膜室内时，最好该高频放电电极的导体部分表面用电气绝缘性材料覆盖。
如上所述，根据本发明，则能够提供一种能够在比较低的低温下廉价、安全地形成高质量的结晶性硅薄膜的结晶性硅薄膜的形成方法。
另外，根据本发明，则与以往相比，能够提供一种能够在比较低的低温下廉价、安全地形成高质量的结晶性硅薄膜的结晶性硅薄膜的形成装置。
附图说明
图1所示为本发明有关的用于形成结晶性硅薄膜的成膜装置一个例子的简要构成图。
图2所示为利用激光拉曼光谱分析来评价实验例形成的硅膜的结晶性的结果图。
图3所示为等离子体发光光谱测量装置例子的方框图。
图4为利用排气装置进行排气量控制的回路例子的方框图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施形态。图1所示为本发明有关的用于形成结晶性硅薄膜的成膜装置一个例子的简要构成。
图1所示的成膜装置具有成膜室10，在该成膜室内设置物体支架3、该支架上方的高频放电电极1、以及面对该电极的硅溅射靶2。
用石英玻璃构成的绝缘材料，覆盖电极1的导体部分表面。
放电用高频电源PW通过匹配盒MX与连接到该电极1。电极1、匹配盒MX、以及电源PW，构成高频功率施加装置。电源PW是输出可变电源，在本例中，能够供给13.56MHz的高频功率。另外，电源频率不限定于13.56MHz，也可以采用例如从60MHz左右到几百MHz的范围内的频率。
物体支架3具有加热被成膜物体(在本例中是基板S)的加热器4。物体支架3与腔室10一起接地。
硅溅射靶2形成为筒状，包围电极1那样地面对该电极，并安装保持在成膜室10的顶部。筒状靶2的下端面向支架3开口。另外，除了靶2，也可以例如在被靶2包围的成膜室顶壁部分等设置硅溅射靶。那样的靶例如可以将硅晶片通过粘贴等保持在该顶壁部分来设置。这样，可以将硅溅射靶设置在成膜室10内容易接触形成的等离子体的部位。
在成膜室10内的前述靶2的外侧区域，在顶部设置气体引入喷嘴N1，氢气贮气瓶B通过电磁阀AV2、质量流量控制器MFC、以及电磁阀AV1，与该喷嘴N1进行管道连接。这样构成对成膜室10的氢气供给装置100。
成膜室10中除上述以外，还连接从成膜室10内进行排气的排气装置EX，附设测量成膜室内形成的等离子体状态用的发光光谱测量装置SM。排气装置EX由进行排气量调节的电导阀CV、以及通过该阀与腔室10进行管道连接的真空泵PM构成。
这里的发光光谱测量装置SM如图3所示，包含检测前述硅烷基的发光光谱强度SiH*(波长414nm)的分光器51、以及检测氢的发光光谱强度Hα(波长656nm)和Hβ(波长486nm)的分光器52和53。用分光器51及52检测的发光强度SiH*及Hα输入到运算单元50，在这里求出发光强度比(Hα/SiH*)。
另外，也可以采用带滤光片的光传感器，以代替分光器。
下面，说明利用以上说明的成膜装置对基板S上形成结晶性硅薄膜的形成例子。
在这种成膜中，将成膜室内的成膜气压维持在0.6Pa～13.4Pa的范围内进行。成膜气压只要与成膜室10连接压力传感器等进行检测即可，该部分图示省略。
首先，在成膜之前，通过电导阀CV利用泵PM从成膜室10内开始排气。电导阀CV考虑到腔室10内的成膜气压为0.6Pa～13.4Pa来调节排气量。
若利用泵PM的运转，成膜室10的内压低于作为目标的成膜气压，则打开气体供给装置100的阀AV1及AV2，以利用质量流量控制器MFC控制的流量，将氢气引入成膜室10内，同时从输出可变电源PW对高频放电电极1加上高频功率，通过这样以感应耦合方式使引入的氢气等离子化。
根据对这样发生的等离子体利用发光光谱测量装置SM的检测信息，测量该等离子体的Hα(波长656nm)和Hβ(波长486nm)。
然后，通过控制对电极1施加的高频功率、利用质量流量控制器MFC对腔室10的氢气引入量、以及成膜气压等的至少一项，来决定等离子体的Hα(波长656nm)和Hβ(波长486nm)的发光强度为足够大的高频功率、氢气引入量等条件。
另外，决定氢气等离子体的Hα/SiH*为0.3～1.3、等离子体的电位为15eV～45eV、等离子体的电子密度为1010cm-3～1012cm-3的高频功率、氢气引入量等条件。
等离子体电位及电子密度可以利用例如朗缪尔探针法来确认。
考虑了这些因素，决定高频功率、氢气引入量、成膜气压等条件。
在这样决定了成膜条件之后，根据该条件进行成膜。
在成膜中，设定加热器4，使得能够将用支架3支承的被成膜基板S的温度加热至小于等于500℃的比较低的低温，例如是400℃左右，将被成膜基板S放在该支架3上。然后用泵PM将成膜室10内排气，接着从氢气供给装置100向成膜室10内引入规定量的氢气，同时从电源PW对电极1施加高频功率，通过这样以感应耦合方式从电极1进行放电，从而产生等离子体。
于是，将面对电极1设置的硅溅射靶2进行化学溅射(反应性溅射)，通过这样在基板S上形成硅薄膜。该膜与以往的利用由氢气稀释硅烷系气体而得到的气体等离子体所形成的结晶性硅薄膜相同，是显示结晶性的硅薄膜，具有氢末端的硅的键手取向的表面。
若基板温度过低，则由于硅难以晶化，因此虽然也取决于其它案件，但最好约为大于等于200℃
下面，说明结晶性硅薄膜形成的实验例子。
条件等如下所示。
基板：无碱玻璃基板
基板温度：400℃
高频电源：13.56MHz、2000W
氢气引入量：50sccm
成膜压力：13Pa(98mTorr)
等离子体的Hα/SiH*：1.0
等离子体电位：30Ev
等离子体的电子密度：1011cm-3
膜厚：约500
利用激光拉曼光谱分析对这样得到的膜的结晶性进行评价，结果如图2的拉曼光谱所示，出现表示拉曼移动520cm-1的结晶性的峰值，确认了结晶性。
在以上说明的硅薄膜形成中，电源PW的输出、利用氢气供给装置100的氢气供给量、以及影响成膜室内压的利用排气装置EX的排气量等的控制是通过手动进行的。
但是，也可以如图4所示，将利用与发光光谱测量装置SM连接的运算单元50求出的发光强度比Hα/SiH*输入到控制单元Cont。然后，作为这样的控制单元Cont也可以采用这样构成的单元，即判断从运算单元50输入的发光强度比Hα/SiH*是否为预先规定的基准发光强度比(基准值)，若偏离基准发光强度比，则能够控制前述输出可变电源PW的输出、利用氢气供给装置100的氢气供给量、以及利用排气装置EX的排气量的至少一项，使其接近基准发光强度比。
作为这样的控制单元Cont的具体例子，可以举出通过控制排气装置EX的电导阀，来控制利用该装置EX的排气量，从而控制成膜室10内的气压，来接近达到前述基准发光强度比。
在这种情况下，对于输出可变电源PW的输出、利用氢气供给装置100的氢气供给量、以及利用排气装置EX的排气量等，只要采用能够得到基准发光强度比或与它接近的值的、预先通过实验等求得的电源输出、氢气供给量、以及排气量等作为初始值即可。
即使在决定这样的初始值时，也要这样决定利用排气装置EX的排气量，使得成膜室10内的压力限制在0.6Pa～13.4Pa的范围内。另外，要这样决定，使得等离子体的电位限制在15eV～45Ev的范围内，使得等离子体的电子密度限制在1010cm-3～1012cm-3的范围内。
然后，只要对于电源PW的输出、利用氢气供给装置100的氢气供给量在这之后也维持它们的初始值，使控制单元Cont控制利用排气装置EX的排气量，来接近达到基准发光强度比即可。
工业上的实用性
本发明可用于为了形成利用结晶性硅薄膜的TFT(薄膜晶体管)开关等的半导体元器件及半导体装置等而形成该结晶性硅薄膜的情况。
Claims (11)
1.一种结晶性硅薄膜的形成方法，其特征在于，
将氢气引入设置了硅溅射靶及被成膜物体的成膜室内，通过对该气体施加高频功率，从而在该成膜室内产生Hα/SiH*为0.3～1.3的等离子体，用该等离子体将所述硅溅射靶进行化学溅射，在所述被成膜物体上形成结晶性硅薄膜。
2.如权利要求1所述的结晶性硅薄膜的形成方法，其特征在于，
所述施加高频功率是利用对于所述成膜室设置的高频放电电极进行放电以感应耦合方式进行的。
3.如权利要求2所述的结晶性硅薄膜的形成方法，其特征在于，
所述高频放电电极设置在所述成膜室内，将所述硅溅射靶至少面对该高频放电电极设置。
4.如权利要求3所述的结晶性硅薄膜的形成方法，其特征在于，
所述高频放电电极的导体部分表面用电气绝缘性材料覆盖。
5.如权利要求1至4的任一项所述的结晶性硅薄膜的形成方法，其特征在于，
所述结晶性硅薄膜形成中的所述等离子体的电位是15eV～45eV，电子密度是1010cm-3～1012cm-3。
6.如权利要求1至5的任一项所述的结晶性硅薄膜的形成方法，其特征在于，
所述结晶性硅薄膜形成中的所述成膜室内压力是0.6Pa～13.4Pa。
7.一种结晶性硅薄膜形成装置，其特征在于，包含
具有支承被成膜物体的物体支架的成膜室；
配置在所述成膜室内的硅溅射靶；
向所述成膜室内引入氢气的氢气供给装置；
从所述成膜室内排气的排气装置；
对从所述氢气供给装置向所述成膜室内供给的氢气施加高频功率，形成将所述硅溅射靶进行化学溅射用的等离子体的高频功率施加装置；
求出所述成膜室内的等离子体发光中的波长656nm的氢原子基的发光光谱强度Hα及波长414nm的硅烷基的发光光谱强度SiH*的发光光谱测量装置；以及
根据该发光光谱测量装置求出的Hα及SiH*，求出发光强度比(Hα/SiH*)的运算单元。
8.如权利要求7所述的结晶性硅薄膜形成装置，其特征在于，
还具有控制单元，所述控制单元将所述运算单元求出的发光强度比(Hα/SiH*)与根据大于等于0.3、小于等于1.3的范围所规定的基准值进行比较，控制所述高频功率施加装置的电源输出、从所述氢气供给装置向所述成膜室内引入的氢气引入量、以及利用所述排气装置的排气量中的至少一项，使得所述成膜室内等离子体的发光强度比(Hα/SiH*)接近该基准值。
9.如权利要求7或8所述的结晶性硅薄膜形成装置，其特征在于，
所述高频功率施加装置包含对于所述成膜室设置的高频放电电极，利用从该电极进行的放电，以感应耦合方式施加高频功率。
10.如权利要求9所述的结晶性硅薄膜形成装置，其特征在于，
所述高频放电电极设置在所述成膜室内，硅溅射靶至少面对该高频放电电极设置。
11.如权利要求10所述的结晶性硅薄膜形成装置，其特征在于，
所述高频放电电极的导体部分表面用电气绝缘性材料覆盖。
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Cited By (4)
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