JP2000195810A - 多結晶シリコン薄膜形成方法及び薄膜形成装置 - Google Patents
多結晶シリコン薄膜形成方法及び薄膜形成装置Info
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Abstract
リコン薄膜を形成できる多結晶シリコン薄膜形成方法を
提供する。 【解決手段】 シリコン原子を有する材料ガスと水素ガ
スとの混合ガスから又はシラン系反応ガスからプラズマ
を形成し、該プラズマ中のSiH* ラジカルの発光強度
に対する水素原子ラジカル(Hβ)の発光強度比が1以
上になるように、或いはさらにプラズマポテンシャルが
60V以下になるように該プラズマ状態を制御し、該プ
ラズマのもとで基板に多結晶シリコン薄膜を形成する多
結晶シリコン薄膜形成方法とその薄膜形成装置。
Description
よる多結晶シリコン薄膜の形成方法及び多結晶シリコン
薄膜の形成に用いることができる薄膜形成装置に関す
る。
られるTFT(薄膜トランジスタ)スイッチの材料とし
て、或いは各種集積回路、太陽電池等の作製にシリコン
薄膜が採用されている。シリコン薄膜は、多くの場合、
シラン系反応ガスを用いたプラズマCVD法により形成
され、その場合、該薄膜のほとんどはアモルファスシリ
コン薄膜である。
の温度を比較的低くして形成することができ、平行平板
型の電極を用いた高周波放電(周波数 13.56MH
z)による材料ガスのプラズマのもとに容易に大面積に
形成できる。このことから、これまで液晶表示装置の画
素用スイッチングデバイス、太陽電池等に広く利用され
ている。
る発電効率のさらなる向上、シリコン膜利用の半導体デ
バイスにおける応答速度等の特性のさらなる向上はかか
るアモルファスシリコン膜に求めることはできない。そ
のため結晶性シリコン薄膜(例えば多結晶シリコン薄
膜)の利用が検討されている。多結晶シリコン薄膜のよ
うな結晶性シリコン薄膜の形成方法としては、被成膜基
板の温度を600℃〜700℃以上の温度に維持して低
圧プラズマCVD、熱CVD等のCVD法や、真空蒸着
法、スパッタ蒸着法等のPVD法により膜形成する方
法、各種CVD法やPVD法により比較的低温下でアモ
ルファスシリコン薄膜を形成した後、後処理として、8
00℃程度以上の熱処理若しくは600℃程度で長時間
にわたる熱処理を施す方法が知られている。
ニール処理を施して該膜を結晶化させる方法も知られて
いる。
のうち基板を高温に曝す方法では、基板として高温に耐
え得る高価な基板を採用しなけれならず、例えば安価な
低融点ガラス基板(耐熱温度500℃以下)への結晶性
シリコン薄膜の形成は困難であり、そのため、多結晶シ
リコン薄膜のような結晶性シリコン薄膜の製造コストが
高くなるという問題がある。
低温下で結晶性シリコン薄膜を得ることができるもの
の、レーザ照射工程を必要とすることや、非常に高いエ
ネルギー密度のレーザ光を照射しなければならないこと
等から、この場合も結晶性シリコン薄膜の製造コストが
高くなってしまう。そこで本発明は、比較的低温下で安
価に、生産性よく多結晶シリコン薄膜を形成できる多結
晶シリコン薄膜形成方法を提供することを課題とする。
生産性よく多結晶シリコン薄膜を形成できる他、広く所
望の薄膜の形成に利用できる薄膜形成装置を提供するこ
とを課題とする。
本発明者は研究を重ね次の知見を得た。すなわち、成膜
室内に導入したシリコン原子を有する材料ガス〔例えば
四フッ化シリコン(SiF4 )、四塩化シリコン(Si
Cl4 )等のガス〕と水素ガスとの混合ガスや、シラン
系反応ガス〔例えばモノシラン(SiH4 )、ジシラン
(Si2 H6 )、トリシラン(Si3 H8 )等のガス〕
はプラズマ形成により分解され、多数の分解生成物(各
種ラジカルやイオン)が形成される。その中でシリコン
薄膜の形成に寄与するラジカルとしてはSiH3 * 、S
iH2 * 、SiH * 等が挙げられる。シリコン薄膜の成
長過程において形成される膜の構造を決定するのは、基
板上における表面反応であり、基板表面に存在するシリ
コンの未結合手とこれらラジカルとが反応して膜堆積が
起こると考えられる。また、シリコン薄膜の結晶化には
未結合手を持つシリコン原子やSi原子と結合した水素
原子が膜中へ取り込まれることをできるだけ抑制するこ
とが必要であり、そのためには基板表面さらにはそこに
形成されていく膜表面における水素原子の被覆率増加が
重要と考えられる。基板表面さらにはそこに形成されて
いく膜の表面を被覆する水素原子が、未結合手を持つS
i原子と結合した水素原子等の膜中への取り込みを低減
する詳細な機構については不明であるが、Si原子の未
結合手と水素が十分結合することでこれらが気化してい
くためではないかと考えられる。いずれにしても基板表
面における水素原子の被覆率増加により未結合手を持つ
Si原子やシリコン原子と結合した水素原子の膜中への
取り込みが低減する。基板表面における水素原子の被覆
率増加のためには常にプラズマ中から基板へ水素原子ラ
ジカルが飛来しなければならない。そのためには、プラ
ズマ中の水素原子ラジカルの密度を高めることが重要で
ある。本発明者の研究によれば、プラズマ中の水素原子
ラジカルの密度を高める程度として、プラズマ中のSi
H* ラジカルの発光強度に対する水素原子ラジカル(H
β)の発光強度比が1以上〔すなわち、(水素原子ラジ
カル(Hβ)の発光強度)/(SiH* ラジカルの発光
強度)が1以上〕になるように水素原子ラジカルの密度
を高めれば、良質の多結晶シリコン薄膜を形成できる。
次の(1)多結晶シリコン薄膜形成方法及び(2)薄膜
形成装置を提供する。 (1)多結晶シリコン薄膜形成方法。 シリコン原子を有する材料ガスと水素ガスとの混合ガス
から、又はシラン系反応ガスからプラズマを形成し、該
プラズマ中のSiH* ラジカルの発光強度に対する水素
原子ラジカル(Hβ)の発光強度比が1以上になるよう
に該プラズマ状態を制御し、該プラズマのもとで基板に
多結晶シリコン薄膜を形成することを特徴とする多結晶
シリコン薄膜形成方法。
によると、良質の多結晶シリコン薄膜が、従来の後熱処
理やレーザアニール処理の必要なくして生産性よく得ら
れる。また、本発明に係る多結晶シリコン薄膜形成方法
によると、多結晶シリコン薄膜を、400℃以下の低温
で基板上に形成することができ、従って、基板として耐
熱性の低い安価な基板、例えば安価な低融点ガラス基板
(耐熱温度500℃以下)を採用でき、それだけ安価に
多結晶シリコン薄膜を形成でき、ひいてはそれだけ安価
にシリコン薄膜利用の液晶表示装置、太陽電池、各種半
導体デバイス等を提供することができる。
は、四フッ化シリコン(SiF4 )、四塩化シリコン
(SiCl4 )等のガスを例示できる。また、シラン系
反応ガスとしては、モノシラン(SiH4 )、ジシラン
(Si2 H6 )、トリシラン(Si3 H8 )等のガスを
例示できる。プラズマ中のSiH* ラジカルの発光強度
に対する水素原子ラジカル(Hβ)の発光強度比〔すな
わち、(水素原子ラジカル(Hβ)の発光強度)/(S
iH * ラジカルの発光強度)〕(以下、「Hβ/SiH
* 」という。)が1以上になるように該プラズマ状態を
制御するにあたっては、ガスの解離状態を発光分光法に
より計測し、シリコン薄膜の形成に寄与するラジカルの
一つであるSiH* (414nmの出現)の発光強度に
対する水素原子ラジカルHβ(486nmの出現)の発
光強度比が1以上になるようプラズマ状態を制御する。
シリコン薄膜の形成に支障のない範囲で大きい値を採用
でき、特に制限はないが、後ほど説明する好ましくない
イオンの増加を招かない等のために、それには限定され
ないが、普通には、20以下程度がよい。プラズマ状態
の制御は、具体的には、プラズマ生成のための投入電力
の大きさ、成膜室へ導入するガスの流量、成膜室内の成
膜ガス圧等のうち1又は2以上の制御により行える。
るとガス分解しやすくなる。しかし投入電力をあまり大
きくすると、イオンが無視し難く増える。成膜ガス圧を
低くすると、イオンが減少する。しかし水素原子ラジカ
ルも減る。例えばシリコン原子を有する材料ガスと水素
ガスの混合ガスを採用する場合において、水素ガス導入
量を増やすと、イオン増加を抑制しつつ水素原子ラジカ
ルを増やすことができる。これらを勘案して、投入電力
の大きさ、成膜室へ導入するガスの流量、成膜室内の成
膜ガス圧等のうち1又は2以上を適宜制御することで所
望のプラズマ状態を得るようにプラズマを制御すればよ
い。
成するとき、基板表面さらには形成されていく膜表面へ
はラジカルとともにプラズマ中のイオンも飛来する。し
かしイオン入射が多いと、形成される膜がダメージを受
けるとともにシリコン結晶化の妨げとなる。プラズマ中
のイオンの基板表面への入射エネルギーは、プラズマポ
テンシャル(プラズマ電位)に影響され、プラズマ電位
と基板表面電位との差分で与えられる。本発明者の研究
によると、プラズマポテンシャルは60V以下に設定す
れば、基板へのイオン入射を相当抑制できる。また、プ
ラズマ中に生成されるイオンの密度を減らすようにプラ
ズマを制御してもイオン入射数を減らすことができる。
形成方法では、プラズマの制御にあたり、プラズマポテ
ンシャルを60V以下に制御してもよい。また、これに
代えて、或いはこれとともに、プラズマ状態の制御にあ
たり、プラズマ中のイオン密度が5×1010(cm-3)
以下になるようにプラズマ状態を制御してもよい。プラ
ズマポテンシャルの下限については、多結晶シリコン薄
膜を形成できるのであれば特に制限はないが、例えばプ
ラズマが安定して持続できる状態を得る等の観点から、
それには限定されないが、例えば10V程度以上にする
ことができる。
度は、多結晶シリコン薄膜の形成に支障のない範囲で低
いほどよいが、例えばプラズマの安定持続等の観点か
ら、それには限定されないが、例えば1×108 (cm
-3)程度以上にすることができる。本発明方法において
プラズマの生成は、代表的には放電のもとに形成するこ
とができ、その場合、従来から用いられている平行平板
型の電極構造によるプラズマ生成よりも、放電用電極と
して円筒形電極を用いるプラズマ生成による方が、効率
よくガス分解を進めることができ、発光強度比(Hβ/
SiH* )が1以上となるプラズマを生成し易い。何故
なら、発光強度比(Hβ/SiH* )を1以上とするた
めにプラズマ中の原子状水素ラジカルの密度を高めるに
は、導入したガスを効率よく分解する必要があり、ガス
の分解はプラズマ中の高速電子とガス分子との衝突によ
って起こる。そしてプラズマ中の電子は印加電圧の変動
に応じて電極間を移動(運動)し、その間にガス分子と
衝突する。従って、従来用いられている平行平板型の電
極構造では電極間距離が短いため、電極間における移動
中に電子がガス分子に衝突する回数が少なくガス分解が
進みにくい。この点、円筒形放電電極では、対向電極と
して、例えば成膜室内壁やそれと同電位の基板ホルダ等
を採用することで電極間距離を長くして電子の移動中に
電子とガス分子とが衝突する回数を多くして効率よくガ
スを分解できる。なお、円筒形放電電極を採用する場
合、普通には、該円筒形放電電極の円筒形中心軸線が基
板面に垂直又は略垂直になるように設置すればよい。
は、代表的には放電のもとに形成することができ、その
場合、プラズマ発生のための放電に用いる放電用電源
は、従来一般に用いられてきた13.56MHzの高周
波電源でもよいが、周波数を増加させると、単位時間当
たりの電子の電極間移動回数が増え、より効率よくガス
分解が起こるので、例えば60MHz以上の高周波電源
を用いることにより発光強度比(Hβ/SiH* )を容
易に大きくできる。
形成方法では、前記プラズマを放電のもとに形成するよ
うにし、該放電に用いる放電電極として円筒形電極を用
いてもよい。また、これとともに、或いはこれに代え
て、放電に用いる放電用電源として、周波数60MHz
以上の高周波電源を用いてもよい。周波数60MHz以
上の高周波電源を用いる場合、周波数の上限について
は、多結晶シリコン薄膜を形成できるのであれば特に制
限はないが、あまり周波数が高くなるとプラズマ発生領
域が制限されてくる傾向にあるから、例えばマイクロ波
オーダの周波数(代表的には2.45GHz)程度まで
とすることができる。
カルは寿命は短く、その一部は基板上へ到達するが、大
半は近隣の水素原子ラジカルやSiH3 * ,Si
H2 * ,SiH* 等のラジカルと再結合してしまう。し
たがって、できるだけ基板へ到達する間に他のラジカル
と出会わないように、成膜時のガス圧は低い方が望まし
く、従来のプラズマCVD法における一般的な成膜圧力
である数百mTorr〜数Torrよりも20mTor
r以下、より好ましくは10mTorr以下の成膜圧力
の方が、生成された水素原子ラジカルが効率よく基板上
へ到達できる。
形成方法では、成膜ガス圧を20mTorr以下、或い
は10mTorr以下に維持してもよい。成膜ガス圧の
下限については、多結晶シリコン薄膜が形成できるので
あれば、特に制限はないが、円滑にプラズマを生成させ
る等のために0.1mTorr程度以上がよい。成膜時
の基板温度は400℃以下に維持できる。成膜時の基板
温度の下限については、多結晶シリコン薄膜が形成でき
るのであれば、特に制限はないが、普通には、室温や膜
形成装置周辺温度程度以上となる。
シリコン薄膜形成にあたり、該基板を成膜室内に設置
し、該成膜室内を排気減圧して成膜ガス圧に設定すると
ともに前記プラズマを該成膜室内へ導入した前記シリコ
ン原子を有する材料ガスと水素ガスとの混合ガス又はシ
ラン系反応ガスである成膜原料ガスに高周波電力を印加
して形成する場合についてみる。このような多結晶シリ
コン薄膜成形では、例えば、前記発光強度比(Hβ/S
iH* )が1以上、且つ、プラズマポテンシャルVpが
60V以下とするには、次のようにすればよい。
く、プラズマポテンシャルが60V以下であるときは、
前記高周波電力を増加させ、前記発光強度比が1以上で
プラズマポテンシャルが60Vより大きいときは、前記
成膜室内からの排気量を調整して前記成膜ガス圧を増加
させ、前記発光強度比が1より小さく、プラズマポテン
シャルが60Vより大きいときは、前記成膜室内への前
記原料ガス導入量を減少させることで発光強度比1以
上、プラズマポテンシャル60V以下の条件を設定すれ
ばよい。これらの操作は必要に応じ複数を順次実行して
もよい。
ポテンシャルが60V以下であるときに前記高周波電力
を増加させると、プラズマの解離度が増加し、発光強度
比が上昇するので、プラズマポテンシャルが60V以下
のままで、発光強度比が1以上へ向け変化する。また前
記発光強度比が1以上でプラズマポテンシャルが60V
より大きいときに前記成膜室内からの排気量を調整して
前記成膜ガス圧を増加させると、平均自由行程の減少に
よる各イオンの電界からのエネルギー授与が減少するた
め、発光強度比1以上のままで、プラズマポテンシャル
が60V以下へ向け変化する。
ンシャルが60Vより大きいときは、前記成膜室内への
前記原料ガス導入量を減少させると、ガス供給過多によ
るガス分子へのエネルギー供給不足が改善され、発光強
度比は1以上へ向け変化する。その後、未だプラズマポ
テンシャルが60Vより大きいときは成膜ガス圧を増加
させるとよい。
プラズマ中のイオン密度が5×10 10(cm-3)以下に
なるようにプラズマ状態を制御して多結晶シリコン薄膜
を形成してもよい。前記成膜原料ガスへの前記高周波電
力印加にあたり、高周波電源に接続された円筒形放電電
極を採用してもよい。
にあたり、該高周波電力として周波数60MHz以上の
高周波電力を用いてもよい。成膜ガス圧を20mTor
r以下に維持してもよい。成膜時の基板温度を400℃
以下に維持することもできる。 (2)薄膜形成装置 被成膜基板を設置できる成膜室、該成膜室内に設置さ
れ、放電用電源に接続されたプラズマ形成のための放電
用電極、該成膜室内へ成膜のためのガスを供給するガス
供給装置、該成膜室から排気する排気装置を備えたプラ
ズマCVDによる薄膜形成装置であって、プラズマ状態
の計測を行うための発光分光計測装置及びプローブ測定
装置、並びに該発光分光計測装置及びプローブ測定装置
による検出情報に基づいてプラズマ状態を所定の状態に
維持するように前記放電用電源からの電力供給(代表的
には投入電力の大きさ)、ガス供給装置からのガス供給
(代表的には供給ガス流量)及び前記排気装置による排
気のうちすくなくとも一つを制御する制御部を備えてい
ることを特徴とする薄膜形成装置。
定位置に被成膜基板を設置し、排気装置を運転して成膜
室内から排気する一方、ガス供給装置から成膜のための
ガスを成膜室内へ導入し、放電用電極から放電させるこ
とで該ガスをプラズマ化し、該プラズマのもとで基板に
膜形成できる。このとき、発光分光計測装置及びプロー
ブ測定装置による検出情報に基づいて制御部がプラズマ
状態を所定の状態に維持するように前記放電用電源から
の電力供給、ガス供給装置からのガス供給及び前記排気
装置による排気のうちすくなくとも一つを制御すること
で(なお、ガス供給装置からのガス供給や、排気装置に
よる排気の制御は、成膜ガス圧の制御にもつながる)、
所望の薄膜を形成できる。
を有する材料ガス〔例えば四フッ化シリコン(Si
F4 )、四塩化シリコン(SiCl4 )等のガス〕と水
素ガスとの混合ガスや、シラン系反応ガス〔例えばモノ
シラン(SiH4 )、ジシラン(Si2 H6 )、トリシ
ラン(Si3 H8 )等のガス〕を供給できるものとし、
前記制御部を、前記発光分光計測装置により求められる
成膜室内プラズマ中のSiH* ラジカルの発光強度に対
する水素原子ラジカル(Hβ)の発光強度比が所定の値
になるように、或いはさらにプローブ測定装置により検
出されるプラズマポテンシャルが所定の値を示すよう
に、前記放電用電源からの電力供給、ガス供給装置から
のガス供給及び前記排気装置による排気のうち少なくと
も一つを制御できるものとして、前記基板上に所定の
(所定の結晶性等の)シリコン薄膜を形成することがで
きる。
装置は、前記ガス供給装置をシリコン原子を有する材料
ガスと水素ガス、又はシラン系反応ガスを供給できるも
のとし、前記制御部を、前記発光分光計測装置により求
められる成膜室内プラズマ中のSiH* ラジカルの発光
強度に対する水素原子ラジカル(Hβ)の発光強度比が
1以上になるように前記放電用電源からの電力供給、ガ
ス供給装置からのガス供給及び前記排気装置による排気
のうち少なくとも一つを制御できるものとして、前記基
板上への多結晶シリコン薄膜形成のための薄膜形成装置
とできる。
を有する材料ガスと水素ガス、又はシラン系反応ガスを
供給できるものとし、前記制御部を、前記発光分光計測
装置により求められる成膜室内プラズマ中のSiH* ラ
ジカルの発光強度に対する水素原子ラジカル(Hβ)の
発光強度比が1以上になるように、且つ、前記プローブ
測定装置により求められるプラズマポテンシャルが60
V以下になるように前記放電用電源からの電力供給、ガ
ス供給装置からのガス供給及び前記排気装置による排気
のうち少なくとも一つを制御できるものとして、前記基
板上への多結晶シリコン薄膜形成のための薄膜形成装置
とできる。この装置の場合、プラズマポテンシャルの下
限については、多結晶シリコン薄膜を形成できるのであ
れば特に制限はないが、例えばプラズマの安定持続等の
観点から、それには限定されないが、例えば10V程度
以上にすることができる。
なるように、且つ、プラズマポテンシャルが60V以下
になるように制御するときには、前記放電用電源を高周
波電源とし、前記制御部は、前記被成膜基板への多結晶
シリコン薄膜形成にあたり前記発光強度比1以上、プラ
ズマポテンシャル60V以下の条件を設定するように、
前記発光強度比が1より小さく、プラズマポテンシャル
が60V以下であるときは、前記高周波電源から供給さ
れる電力を増加させ、前記発光強度比が1以上でプラズ
マポテンシャルが60Vより大きいときは、前記排気装
置による成膜室からの排気量を調整して成膜室内の成膜
ガス圧を増加させ、前記発光強度比が1より小さく、プ
ラズマポテンシャルが60Vより大きいときは、前記ガ
ス供給装置から成膜室内へのガス供給量を減少させるも
のとしてもよい。
ための薄膜形成装置の場合でも、前記方法で述べたよう
に、Hβ/SiH* の上限については、多結晶シリコン
薄膜の形成に支障のない範囲で大きい値を採用でき、特
に制限はないが、後ほど説明する好ましくないイオンの
増加を招かない等のために、それには限定されないが、
普通には、20以下程度がよい。
膜形成装置によると、良質の多結晶シリコン薄膜が、従
来の後熱処理やレーザアニール処理の必要なくして生産
性よく得られる。また、多結晶シリコン薄膜を、400
℃以下の低温で基板上に形成することができ、従って、
基板として耐熱性の低い安価な基板、例えば安価な低融
点ガラス基板(耐熱温度500℃以下)を採用でき、そ
れだけ安価に多結晶シリコン薄膜を形成でき、ひいては
それだけ安価にシリコン薄膜利用の液晶表示装置、太陽
電池、各種半導体デバイス等を提供することができる。
シリコン薄膜形成のための薄膜形成装置とする場合、既
述の本発明に係る多結晶シリコン薄膜形成方法で述べた
と同様の理由から、次の薄膜形成装置としてもよい。ま
た、以下の〜に述べる特徴を支障のない範囲で適宜
組み合わせ採用した薄膜形成装置とすることもできる。 前記制御部が、さらに、前記プローブ測定装置により
求められるプラズマ中のイオン密度が5×1010(cm
-3)以下になるようにも前記放電用電源からの電力供
給、ガス供給装置からのガス供給及び前記排気装置によ
る排気のうち少なくとも一つを制御する多結晶シリコン
薄膜形成のための薄膜形成装置。
多結晶シリコン薄膜の形成に支障のない範囲で低いほど
よいが、例えばプラズマの安定持続等の観点から、それ
には限定されないが、例えば1×108 (cm-3)程度
以上とすることができる。 前記放電用電極が円筒形電極である多結晶シリコン薄
膜形成のための薄膜形成装置。 前記放電用電源が周波数60MHz以上の電力を供給
する電源である多結晶シリコン薄膜形成のための薄膜形
成装置。
多結晶シリコン薄膜を形成できるのであれば特に制限は
ないが、あまり周波数が高くなるとプラズマ発生領域が
制限されてくる傾向にあるから、例えばマイクロ波オー
ダの周波数(代表的には2.45GHz)程度までとす
ることができる。 前記制御部が、成膜ガス圧を20mTorr以下、或
いは10mTorr以下に維持するように、前記ガス供
給装置からのガス供給及び前記排気装置による排気のう
ち少なくとも一方を制御する多結晶シリコン薄膜形成の
ための薄膜形成装置。
コン薄膜が形成できるのであれば、特に制限はないが、
円滑にプラズマを生成させる等のために0.1mTor
r程度以上がよい。
を参照して説明する。図1は本発明に係る薄膜形成装置
の1例の概略構成を示している。図1に示す薄膜形成装
置は、成膜室(プラズマ生成室)1、該室内に設置され
た基板ホルダ2、該室内において基板ホルダ2の上方に
設置された円筒形放電電極3、放電電極3にマッチング
ボックス41を介して接続された放電用高周波電源4、
成膜室内に成膜のためのガスを導入するためのガス供給
装置5、成膜室内から排気するために成膜室に接続され
た排気装置6、成膜室内に生成されるプラズマ状態を計
測するための発光分光計測装置7及びプローブ測定装置
8、発光分光計測装置7及びプローブ測定装置8による
検出情報に基づいて電源4による投入電力、ガス供給装
置からのガス供給及び成膜室内の成膜圧力のうち少なく
とも一つを所定のプラズマ状態を得るように制御する制
御部9を含んでいる。なお、これら全体はホストコンピ
ュータ100の指示に基づいて動作する。なお、図中1
1は信号の送受信整理を行う中間のハブ装置である。
えている。円筒形放電電極3は、その円筒中心軸線が基
板ホルダ2に設置される被成膜基板Sの中心部に該基板
に略垂直に交わるように設置されている。電源4は制御
部9からの指示により出力可変の電源であり、周波数6
0MHzの高周波電力を供給できる。
れている。ガス供給装置5はここではモノシラン(Si
H4 )ガスを供給できるもので、SiH4 ガス源の他、
図示を省略した弁、制御部9からの指示により流量調整
を行うマスフローコントローラ等を含んでいる。排気装
置6は排気ポンプの他、制御部9からの指示により排気
流量調整を行う弁(ここではコンダクタンスバルブ)等
を含んでいる。
成物の発光分光スペクトルを検出し、SiH* ラジカル
の発光強度に対する水素原子ラジカル(Hβ)の発光強
度比(Hβ/SiH* )を求めることができるものであ
る。Hβ/SiH* は、装置の感度校正を考慮して次の
式より求められる。 発光強度比(Hβ/SiH* )=(Ib×αb)/(I
a×αa) Ia:SiH * (414nm) の発光強度、αa: 装置における4
14nm の補正係数 Ib:Hβ(486nm) の発光強度、αb: 装置における486
nm の補正係数 プローブ測定装置8は、ラングミューアプローブにより
プラズマ状態を測定する装置で、プラズマにおける電圧
電流特性を検出するとともに、該特性からプラズマポテ
ンシャル、イオン密度、電子密度、電子温度を算出でき
るものである。
の概略構成を示している。図2に示す薄膜形成装置は、
平行平板型電極構造のプラズマCVD装置であり、成膜
室(プラズマ生成室)10、該室内に設置された接地電
位の、ヒータ2H付き基板ホルダ2、該室内において基
板ホルダ2の上方に設置された平板形の放電電極31、
放電電極31にマッチングボックス41を介して接続さ
れた放電用高周波電源4、成膜室内に成膜のためのガス
を導入するためのガス供給装置5、成膜室内から排気す
るために成膜室に接続された排気装置6、成膜室内に生
成されるプラズマ状態を計測するための発光分光計測装
置7及びプローブ測定装置8、発光分光計測装置7及び
プローブ測定装置8による検出情報に基づいて電源4に
よる投入電力、ガス供給装置5からのガス供給及び成膜
室内の成膜圧力のうち少なくとも一つを所定のプラズマ
状態を得るように制御する制御部9を含んでいる。な
お、これら全体はホストコンピュータ100の指示に基
づいて動作する。図中11は信号の送受信整理を行う中
間のハブ装置である。
0及び放電電極31の各形態の点を除けば、他の点は図
1に示す装置と同様である。図1及び図2に示すいずれ
の薄膜形成装置においても、成膜室内の基板ホルダ2上
に被成膜基板Sを設置し、必要に応じて所定温度に加熱
し、排気装置6を運転して成膜室内から排気する一方、
ガス供給装置5からモノシランガスを成膜室内へ導入
し、放電用電極3(31)から放電させることで該ガス
をプラズマ化し、該プラズマのもとで基板Sに膜形成で
きる。このとき、制御部9が、発光分光計測装置7によ
り求められる成膜室内プラズマ中のSiH* ラジカルの
発光強度に対する水素原子ラジカル(Hβ)の発光強度
比(Hβ/SiH* )が所定の値になるように、或いは
さらにプローブ測定装置8により検出されるプラズマポ
テンシャルが所定の値を示すように、前記放電用電源4
からの投入電力の大きさ、、ガス供給装置5からのガス
供給量、さらには、該ガス供給量及び(又は)前記排気
装置6による排気量の調整による成膜圧力のうち少なく
とも一つを制御することで、基板S上に所定の(所定の
結晶性等の)シリコン薄膜を形成することができる。
7により求められる成膜室内プラズマ中のSiH* ラジ
カルの発光強度に対する水素原子ラジカル(Hβ)の発
光強度比が1以上になるように、或いはさらにプローブ
測定装置8により求められるプラズマポテンシャルが6
0V以下になるように、放電用電源4による投入電力の
大きさ、ガス供給装置5からのガス供給量、さらには該
ガス供給量及び(又は)排気装置6による排気量の調整
による成膜圧力のうち少なくとも一つを制御するように
設定しておくことで、基板S上に400℃以下の基板温
度で、生産性よく多結晶シリコン薄膜を形成することが
できる。
成するために、さらに次のようにしてもよい。 プラズマ中のイオン密度が5×1010(cm-3)以
下になるように、制御部9に、放電用電源4からの投入
電力の大きさ、ガス供給装置5からのガス供給量、さら
には、該ガス供給量及び(又は)前記排気装置6による
排気量の調整による成膜圧力のうち少なくとも一つを制
御させてもよい。 成膜ガス圧を20mTorr以下、より好ましくは
10mTorr以下にするように、制御部9に、ガス供
給装置5からのガス供給量及び(又は)排気装置6によ
る排気量を制御させてもよい。
説明する。 実験例1 図1に示す円筒形電極3を用いた装置の基板ホルダ2に
ガラス基板をセットした後、排気装置6に成膜室1内か
ら2×10-6Torrまで真空排気させた。その後その
まま排気を続けさせる一方、ガス供給装置5からモノシ
ランガス(SiH4 )を5sccm導入させつつ、電源
4から円筒電極3に60MHz、200Wの高周波電力
を印加させて成膜室1内に放電を起こし、導入ガスをプ
ラズマ化し、ガラス基板上にシリコン薄膜を500Å形
成した。この間、成膜ガス圧力は2.0mTorrであ
り、基板温度を400℃に維持した。
マン分光法により評価したところ、多結晶シリコン薄膜
であることが確認された。なお、ラマン分光法は、従来
のプラズマCVD法により形成されたアモルファスシリ
コンの構造(ラマンシフト=480cm-1)に対して、
結晶化シリコンの(ラマンシフト=515〜520cm
-1)ピークを検出し、結晶性を確認した。なお、ラマン
分光法による結晶性の評価法は以下同様である。
200WのときのSiH4 プラズマの発光分光スペクト
ルを示す。同図にはガス分解により生じた生成物に応じ
た発光スペクトルが見られ、シリコン堆積に寄与するS
iH* の発光が414nm、水素原子ラジカル(Hβ)
の発光が486nmに観測され、プラズマ中にSiH *
や水素原子ラジカルが多数存在していることがわかる。
H* ラジカル(414nm)の発光強度と水素原子ラジ
カル(Hβ)の発光強度の比(Hβ/SiH* )は、
1.10(αa:0.0145、αb:0.0167)
であった。なお、図4は、前記実験例1の膜形成を行う
にあたり、ガス導入量や放電電力を種々変化させたとき
の、プラズマの状態〔発光強度比(Hβ/SiH* )と
イオン密度〕とシリコン結晶性との関係を示している。
図4中に●で示されるように多結晶シリコン薄膜が得ら
れるのは何れのイオン密度においても発光強度比(Hβ
/SiH* )が1.0以上の場合であることが判る。発
光強度比(Hβ/SiH* )が1.0より小さいと図4
中に□で示されるようにアモルファスシリコン薄膜が形
成されてしまう。また、イオン密度が増加すると、結晶
化の妨げとなり、結晶化にはより高い発光強度比(Hβ
/SiH* )が必要となり、従って、より効果的に多結
晶シリコン薄膜を得るにはイオン密度を5×1010/c
m3 以下に抑える方が望ましいことも判る。 実験例2及び実験例3 実験例2として図1に示す薄膜形成装置によりシリコン
薄膜を形成し、実験例3として図2に示す薄膜形成装置
によりシリコン薄膜を形成した。
分光法により評価したところ、実験例2では多結晶シリ
コン薄膜の形成が確認されたが、実験例3ではアモルフ
ァスシリコン薄膜が確認された。プラズマ中の発光強度
比(Hβ/SiH* )は、実験例2では1以上であった
が、実験例3では1より小さかった。 実験例4及び実験例5 実験例4、5は高周波電力の周波数の観点からの実験例
である。
よりシリコン薄膜を形成し、実験例5として図1に示す
薄膜形成装置において放電用電源4を13、56MH
z、300Wの電源に代えたものを用いてシリコン薄膜
を形成した。 実験例4の成膜条件 基板 ガラス基板 SiH4 導入量 5sccm 放電電力 60MHz、300W 基板温度 400℃ 成膜ガス圧力 2mTorr 成膜膜厚 500Å 実験例5の成膜条件 基板 ガラス基板 SiH4 導入量 5sccm 放電電力 13.56MHz、300W 基板温度 400℃ 成膜圧力 2mTorr 成膜膜厚 500Å 実験例4、5で得られたシリコン薄膜の結晶性をラマン
分光法により評価したところ、実験例4では多結晶シリ
コン薄膜の形成が確認されたが、実験例5ではアモルフ
ァスシリコン薄膜が確認された。プラズマ中の発光強度
比(Hβ/SiH* )は、実験例4では1以上であった
が、実験例5では放電周波数が13、56MHzと低い
ため、1より小さかった。 実験例6及び実験例7 実験例6、7は成膜ガス圧の観点からの実験例である。
す薄膜形成装置によりシリコン薄膜を形成した。 実験例6の成膜条件 基板 ガラス基板 SiH4 導入量 5sccm 放電電力 60MHz、300W 基板温度 400℃ 成膜ガス圧力 2mTorr 成膜膜厚 500Å 実験例7の成膜条件 基板 ガラス基板 SiH4 導入量 5sccm 放電電力 60MHz、300W 基板温度 400℃ 成膜圧力 50mTorr 成膜膜厚 500Å 実験例6、7で得られたシリコン薄膜の結晶性をラマン
分光法により評価したところ、実験例6では多結晶シリ
コン薄膜の形成が確認されたが、実験例7ではアモルフ
ァスシリコン薄膜が確認された。プラズマ中の発光強度
比(Hβ/SiH* )は、実験例6では1以上であった
が、実験例7では成膜圧力が50mTorrと高かった
ため、1より小さかった。さらに、プラズマ中のイオン
密度が、実験例7の方が実験例6の場合より高かった。 実験例8 図2に示す装置を用いてシリコン薄膜を形成した。
−Wafer<100>のそれぞれ SiH4 導入量 30sccm 放電電力 60MHz、800W Hβ/SiH* 2.5 プラズマポテンシャル 45V 電子温度 2.3eV 成膜ガス圧力 1×10-3Torr 基板温度 400℃ 成膜膜厚 500Å 得られたシリコン薄膜についてFT−IR(フーリエ変
換赤外分光法)、レーザラマン分光法により水素濃度評
価、結晶性評価を行った。
Si−H(Stretching-band)吸収ピーク積分強度から膜
中の水素濃度を定量したところ、5×10-20 cm-3以
下を示し、従来の試料(アモルファスシリコン膜)2×
10-22 cm-3に対して大きく減少改善する結果を得
た。ラマン分光法による結晶性評価の結果、従来の試料
(アモルファスシリコン構造 ラマンシフト=480c
m-1)に対して結晶化シリコンの(ラマンシフト=51
5〜520cm-1)ピークを検出し、シリコン薄膜の結
晶性を確認できた。結晶サイズとして100Å〜200
0Åの結晶粒を確認した。
いて、放電電力、導入ガス流量、成膜ガス圧のプラズマ
制御パラメータを種々変化させ、しかし、Hβ/SiH
* は1以上を、プラズマポテンシャルは60V以下を維
持してシリコン薄膜を形成したところ、いずれも、FT
−IRについては、従来例の試料(アモルファスシリコ
ン膜)2×10-22 cm-3に対して大きく減少改善する
結果を得た。また、ラマン分光法により多結晶シリコン
薄膜の形成が確認された。
装置のさらに他の例について説明する。図6に示す薄膜
形成装置は図2に示す薄膜形成装置と実質上同じ構成の
平行平板型電極構造のプラズマCVD装置であり、成膜
室(プラズマ生成室)10’、該室内に設置された接地
電位の、ヒータ2H付き基板ホルダ2、該室内において
基板ホルダ2の上方に設置された平板形の放電電極3
1、放電電極31にマッチングボックス41を介して接
続された放電用高周波電源4、成膜室内に成膜のための
ガスを導入するためのガス供給装置5、成膜室内から排
気するために成膜室に接続された排気装置6、成膜室内
に生成されるプラズマ状態を計測するための発光分光計
測装置7及びプローブ測定装置8、発光分光計測装置7
及びプローブ測定装置8による検出情報に基づいて電源
4による投入電力、ガス供給装置5からのガス供給、又
は成膜室内の成膜圧力(成膜ガス圧)を所定のプラズマ
状態を得るように制御する制御部9’を含んでいる。ま
た、この装置は基板シャッタSTを備えており、このシ
ャッタSTは駆動部Dによる駆動によりホルダ2上に設
置される基板Sを覆う位置と該基板Sを露出させる退避
位置との間を往復動できる。なお、これら全体はホスト
コンピュータ100の指示に基づいて動作する。図中1
1は信号の送受信整理を行う中間のハブ装置である。
可変の電源であり、周波数60MHzの高周波電力を供
給できる。ガス供給装置5はここではモノシラン(Si
H4 )ガスを供給するもので、SiH4 ガス源の他、図
示を省略した弁や、制御部9’からの指示により流量調
整を行って成膜室10’へのガス供給量を調節するマス
フローコントローラ51等を含んでいる。
からの指示により排気量調整を行って成膜室10’内の
成膜圧力(成膜ガス圧)を調節する弁(ここではコンダ
クタンスバルブ)61等を含んでいる。シャッタ駆動部
Dは制御部9’の指示のもとにシャッタを動かす。発光
分光計測装置7は、図1や図2に示す発光分光計測装置
と同様のもので、ガス分解による生成物の発光分光スペ
クトルを検出し、検出したSiH* ラジカル及び水素原
子ラジカル(Hβ)の各発光強度を記憶するメモリ、該
メモリに記憶された各発光強度から発光強度比((Hβ
/SiH* )を演算して求める演算部等を有している。
感度校正を考慮して前記のように、発光強度比(Hβ/
SiH* )=(Ib×αb)/(Ia×αa)で求めら
れる。プローブ測定装置8は、図1や図2に示すプロー
ブ測定装置と同様にラングミューアプローブによりプラ
ズマ状態を測定する装置で、プローブ測定データからプ
ラズマポテンシャルを演算して求める演算部等を有して
いる。
0’内の基板ホルダ2上に被成膜基板Sを設置し、当初
は該基板をシャッタSTで覆っておく。そして必要に応
じて所定温度に加熱し、排気装置6を運転して成膜室内
から排気する一方、ガス供給装置5からモノシランガス
を成膜室内へ導入し、放電用電極31から放電させるこ
とで該ガスをプラズマ化する。一方、制御部9’に次の
制御をさせる。
ャートに示すように、発光分光計測装置7により求めら
れる発光強度比(Hβ/SiH* )を読み込むとともに
プローブ測定装置8により検出されるプラズマポテンシ
ャルVpを読み込む(ステップS1)。制御部9’はさ
らに、それらが、(Hβ/SiH* )≧1、且つ、Vp
≦60Vの条件を満たしているか否かを判断し(ステッ
プS2)、満たしているときは駆動部Dに指示してシャ
ッタSTを動かし、基板Sを露出させ、成膜を開始させ
る(ステップS3)。
次の順序で動作する。 ・先ず、(Hβ/SiH* )<1、且つ、Vp≦60V
か否かを判断する(ステップS4)。「YES」のと
きは、電源4の出力(ワット)を所定量増加させる(ス
テップS5)。 ・「NO」のときは、(Hβ/SiH* )≧1、且つ、
Vp>60V か否かを判断する(ステップS6)。
「YES」のときは、排気装置6の排気量調整弁61を
操作して成膜室10’内のガス圧を所定量増加させる
(ステップS7)。 ・「NO」のときは、(Hβ/SiH* )<1、且つ、
Vp>60V であり、ガス供給装置5のマスフローコ
ントローラ51をしてガス供給量を所定量減少させる
(ステップS8)。
を所定量増加、成膜室内ガス圧を所定量増加又はガス供
給量を所定量減少させた後は、再びステップS1に戻り
装置7、8から検出情報を読み込み、それらが(Hβ/
SiH* )≧1、且つ、Vp≦60Vの条件を満たして
いるか否かを判断する。必要に応じ同様のステップを繰
り返す。
1、且つ、Vp≦60Vの条件が満たされると、駆動部
Dに指示してシャッタSTを動かし、基板Sを露出さ
せ、成膜を開始させる。かくして、基板S上に400℃
以下の基板温度で、生産性よく多結晶シリコン薄膜を形
成することができる。
成するために、図6の装置においても、さらに次のよう
にしてもよい。 プラズマ中のイオン密度が5×1010(cm-3)以
下になるように、制御部9’に、放電用電源4からの投
入電力の大きさ、ガス供給装置5からのガス供給量、さ
らには、該ガス供給量及び(又は)前記排気装置6によ
る排気量の調整による成膜圧力のうち少なくとも一つを
制御させてもよい。 成膜ガス圧を20mTorr以下、より好ましくは
10mTorr以下にするように、制御部9に、ガス供
給装置5からのガス供給量及び(又は)排気装置6によ
る排気量を制御させてもよい。
前記実験例8の場合と同じ基板に、実験例8と略同じ条
件を設定して良好な多結晶シリコン薄膜を形成すること
ができた。
較的低温下で安価に、生産性よく多結晶シリコン薄膜を
形成できる多結晶シリコン薄膜形成方法を提供すること
ができる。また、本発明によると、比較的低温下で安価
に、生産性よく多結晶シリコン薄膜を形成できる他、広
く所望の薄膜の形成に利用できる薄膜形成装置を提供す
ることができる。
示す図である。
を示す図である。
量10ccm、放電電力200WのときのSiH4 プラ
ズマの発光分光スペクトルを示す図である。
や放電電力を種々変化させたときの、プラズマの状態
〔発光強度比(Hβ/SiH* )とイオン密度〕とシリ
コン結晶性との関係を示す図である。
モルファスシリコン薄膜のレーザラマン分光法によるラ
マンシフトとラマン散乱強度との関係を示す図である。
略構成を示す図である。
を示すフローチャートである。
7)
Si−H(Stretching-band)吸収ピーク積分強度から膜
中の水素濃度を定量したところ、5×1020cm-3 以下
を示し、従来の試料(アモルファスシリコン膜)2×1
022cm-3 に対して大きく減少改善する結果を得た。図
5は実験例8で得られたシリコン薄膜及び従来のアモル
ファスシリコン薄膜のレーザラマン分光法によるラマン
シフトとラマン散乱強度の関係を示している。ラマン分
光法による結晶性評価の結果、従来の試料(アモルファ
スシリコン構造 ラマンシフト=480cm-1)に対し
て結晶化シリコンの(ラマンシフト=515〜520c
m-1)ピークを検出し、シリコン薄膜の結晶性を確認で
きた。結晶サイズとして100Å〜2000Åの結晶粒
を確認した。
いて、放電電力、導入ガス流量、成膜ガス圧のプラズマ
制御パラメータを種々変化させ、しかし、Hβ/SiH
* は1以上を、プラズマポテンシャルは60V以下を維
持してシリコン薄膜を形成したところ、いずれも、FT
−IRについては、従来例の試料(アモルファスシリコ
ン膜)2×1022cm-3 に対して大きく減少改善する結
果を得た。また、ラマン分光法により多結晶シリコン薄
膜の形成が確認された。
ャートに示すように、発光分光計測装置7により求めら
れる発光強度比(Hβ/SiH* )を読み込むとともに
プローブ測定装置8により検出されるプラズマポテンシ
ャルVpを読み込む(ステップS1)。制御部9’はさ
らに、それらが、(Hβ/SiH* )≧1、且つ、Vp
≦60Vの条件を満たしているか否かを判断し(ステッ
プS2)、満たしているときは駆動部Dに指示してシャ
ッタSTを動かし、基板Sを露出させ、成膜を開始させ
る(ステップS3)。しかし、前記条件が満たされてい
ないと、次の順序で動作する。 ・先ず、(Hβ/SiH* )<1、且つ、Vp≦60V
か否かを判断する(ステップS4)。「YES」のと
きは、電源4の出力(ワット)を所定量増加させる(ス
テップS5)。 ・「NO」のときは、(Hβ/SiH* )≧1、且つ、
Vp>60V か否かを判断する(ステップS6)。
「YES」のときは、排気装置6の排気量調整弁61を
操作して成膜室10’内のガス圧を所定量増加させる
(ステップS7)。 ・「NO」のときは、(Hβ/SiH* )<1、且つ、
Vp>60V であり、ガス供給装置5のマスフローコ
ントローラ51を操作してガス供給量を所定量減少させ
る(ステップS8)。
Claims (21)
- 【請求項1】 シリコン原子を有する材料ガスと水素ガ
スとの混合ガスから、又はシラン系反応ガスからプラズ
マを形成し、該プラズマ中のSiH* ラジカルの発光強
度に対する水素原子ラジカル(Hβ)の発光強度比が1
以上になるように該プラズマ状態を制御し、該プラズマ
のもとで基板に多結晶シリコン薄膜を形成することを特
徴とする多結晶シリコン薄膜形成方法。 - 【請求項2】 前記プラズマの制御にあたり、プラズマ
ポテンシャルを60V以下に制御する請求項1記載の多
結晶シリコン薄膜形成方法。 - 【請求項3】 前記プラズマ状態の制御にあたり、プラ
ズマ中のイオン密度が5×1010(cm-3)以下になる
ようにプラズマ状態を制御して多結晶シリコン薄膜を形
成する請求項1又は2記載の多結晶シリコン薄膜形成方
法。 - 【請求項4】 前記プラズマを放電のもとに形成するよ
うにし、該放電に用いる放電電極として円筒形電極を用
いる請求項1、2又は3記載の多結晶シリコン薄膜形成
方法。 - 【請求項5】 前記プラズマを放電のもとに形成するよ
うにし、該放電に用いる放電用電源として、周波数60
MHz以上の高周波電源を用いる請求項1から4のいず
れかに記載の多結晶シリコン薄膜形成方法。 - 【請求項6】 成膜ガス圧を20mTorr以下に維持
する請求項1から5のいずれかに記載の多結晶シリコン
薄膜形成方法。 - 【請求項7】 成膜時の基板温度を400℃以下に維持
する請求項1から6のいずれかに記載の多結晶シリコン
薄膜形成方法。 - 【請求項8】前記基板への多結晶シリコン薄膜形成にあ
たり、該基板を成膜室内に設置し、該成膜室内を排気減
圧して成膜ガス圧に設定するとともに前記プラズマを該
成膜室内へ導入した前記シリコン原子を有する材料ガス
と水素ガスとの混合ガス又はシラン系反応ガスである成
膜原料ガスに高周波電力を印加して形成するようにし、
そのとき、前記発光強度比が1より小さく、プラズマポ
テンシャルが60V以下であるときは、前記高周波電力
を増加させ、前記発光強度比が1以上でプラズマポテン
シャルが60Vより大きいときは、前記成膜室内からの
排気量を調整して前記成膜ガス圧を増加させ、前記発光
強度比が1より小さく、プラズマポテンシャルが60V
より大きいときは、前記成膜室内への前記原料ガス導入
量を減少させることで発光強度比1以上、プラズマポテ
ンシャル60V以下の条件を設定する請求項2記載の多
結晶シリコン薄膜形成方法。 - 【請求項9】 前記プラズマ状態の制御にあたり、プラ
ズマ中のイオン密度が5×1010(cm-3)以下になる
ようにプラズマ状態を制御して多結晶シリコン薄膜を形
成する請求項8記載の多結晶シリコン薄膜形成方法。 - 【請求項10】 前記成膜原料ガスへの前記高周波電力
印加にあたり、高周波電源に接続された円筒形放電電極
を採用する請求項8又は9記載の多結晶シリコン薄膜形
成方法。 - 【請求項11】 前記成膜原料ガスへの前記高周波電力
印加にあたり、該高周波電力として周波数60MHz以
上の高周波電力を用いる請求項8から10のいずれかに
記載の多結晶シリコン薄膜形成方法。 - 【請求項12】 成膜ガス圧を20mTorr以下に維
持する請求項8から11のいずれかに記載の多結晶シリ
コン薄膜形成方法。 - 【請求項13】 成膜時の基板温度を400℃以下に維
持する請求項8から12のいずれかに記載の多結晶シリ
コン薄膜形成方法。 - 【請求項14】 被成膜基板を設置できる成膜室、該成
膜室内に設置され、放電用電源に接続されたプラズマ形
成のための放電用電極、該成膜室内へ成膜のためのガス
を供給するガス供給装置、該成膜室から排気する排気装
置を備えたプラズマCVDによる薄膜形成装置であっ
て、プラズマ状態の計測を行うための発光分光計測装置
及びプローブ測定装置、並びに該発光分光計測装置及び
プローブ測定装置による検出情報に基づいてプラズマ状
態を所定の状態に維持するように前記放電用電源からの
電力供給、ガス供給装置からのガス供給及び前記排気装
置による排気のうちすくなくとも一つを制御する制御部
を備えていることを特徴とする薄膜形成装置。 - 【請求項15】 前記ガス供給装置をシリコン原子を有
する材料ガスと水素ガス、又はシラン系反応ガスを供給
できるものとし、前記制御部を、前記発光分光計測装置
により求められる成膜室内プラズマ中のSiH* ラジカ
ルの発光強度に対する水素原子ラジカル(Hβ)の発光
強度比が1以上になるように前記放電用電源からの電力
供給、ガス供給装置からのガス供給及び前記排気装置に
よる排気のうち少なくとも一つを制御できるものとし、
前記基板上に多結晶シリコン薄膜形成できるようにした
請求項14記載の薄膜形成装置。 - 【請求項16】 前記ガス供給装置をシリコン原子を有
する材料ガスと水素ガス、又はシラン系反応ガスを供給
できるものとし、前記制御部を、前記発光分光計測装置
により求められる成膜室内プラズマ中のSiH* ラジカ
ルの発光強度に対する水素原子ラジカル(Hβ)の発光
強度比が1以上になるように、且つ、前記プローブ測定
装置により求められるプラズマポテンシャルが60V以
下になるように前記放電用電源からの電力供給、ガス供
給装置からのガス供給及び前記排気装置による排気のう
ち少なくとも一つを制御できるものとし、前記基板上に
多結晶シリコン薄膜形成を形成できるようにした請求項
14記載の薄膜形成装置。 - 【請求項17】 前記放電用電源が高周波電源であり、
前記制御部は、前記被成膜基板への多結晶シリコン薄膜
形成にあたり前記発光強度比1以上、プラズマポテンシ
ャル60V以下の条件を設定するように、前記発光強度
比が1より小さく、プラズマポテンシャルが60V以下
であるときは、前記高周波電源から供給される電力を増
加させ、前記発光強度比が1以上でプラズマポテンシャ
ルが60Vより大きいときは、前記排気装置による成膜
室からの排気量を調整して成膜室内の成膜ガス圧を増加
させ、前記発光強度比が1より小さく、プラズマポテン
シャルが60Vより大きいときは、前記ガス供給装置か
ら成膜室内へのガス供給量を減少させる請求項16記載
の薄膜形成方法。 - 【請求項18】 前記制御部は、さらに、前記プローブ
測定装置により求められるプラズマ中のイオン密度が5
×1010(cm-3)以下になるようにも前記放電用電源
からの電力供給、ガス供給装置からのガス供給及び前記
排気装置による排気のうち少なくとも一つを制御する請
求項15、16又は17記載の薄膜形成装置。 - 【請求項19】 前記放電用電極が円筒形電極である請
求項15から18のいずれかに記載の薄膜形成装置。 - 【請求項20】 前記放電用電源は周波数60MHz以
上の電力を供給する電源である請求項15から19のい
ずれかに記載の薄膜形成装置。 - 【請求項21】 前記制御部は、成膜ガス圧を20mT
orr以下に維持するように、前記ガス供給装置からの
ガス供給及び前記排気装置による排気のうち少なくとも
一方を制御する請求項15から20のいずれかに記載の
薄膜形成装置。
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