JP2000345350A - 薄膜半導体製造装置 - Google Patents
薄膜半導体製造装置Info
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- JP2000345350A JP2000345350A JP11197947A JP19794799A JP2000345350A JP 2000345350 A JP2000345350 A JP 2000345350A JP 11197947 A JP11197947 A JP 11197947A JP 19794799 A JP19794799 A JP 19794799A JP 2000345350 A JP2000345350 A JP 2000345350A
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- plasma
- substrate
- gas
- cvd apparatus
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- Pending
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- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 ＴＦＴ用ガラス基板等の大型絶縁基板上に、
エッチングと化学蒸着（ＣＶＤ）を繰り返しながら結晶
軸配向性の高いシリコン薄膜や他の半導体薄膜および誘
電体薄膜を形成できる装置を提供すること。 【解決手段】 プラズマ発生位置が基板に対して接近、
離隔を繰り返すことによってエッチングと成膜を繰り返
すことができるリモートプラズマＣＶＤ装置であって、
高密度プラズマ発生部１と、基板８直上の成膜原料ガス
供給部６と、それに隣接する排気口７と、基板支持台９
で主要部が構成される。
エッチングと化学蒸着（ＣＶＤ）を繰り返しながら結晶
軸配向性の高いシリコン薄膜や他の半導体薄膜および誘
電体薄膜を形成できる装置を提供すること。 【解決手段】 プラズマ発生位置が基板に対して接近、
離隔を繰り返すことによってエッチングと成膜を繰り返
すことができるリモートプラズマＣＶＤ装置であって、
高密度プラズマ発生部１と、基板８直上の成膜原料ガス
供給部６と、それに隣接する排気口７と、基板支持台９
で主要部が構成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】良質のポリシリコン薄膜が低温で
得られることで、 アクティブマトリクス型液晶ディス
プレイの低温ポリシリコンＴＦＴプロセスや、密着型イ
メージセンサー作製用プロセスに供せられる。またＬＳ
Ｉ用ＳＯＩ基板作製装置としても利用できる。
得られることで、 アクティブマトリクス型液晶ディス
プレイの低温ポリシリコンＴＦＴプロセスや、密着型イ
メージセンサー作製用プロセスに供せられる。またＬＳ
Ｉ用ＳＯＩ基板作製装置としても利用できる。
【０００２】
【従来の技術】６００℃以下の低温でポリシリコンを得
る方法は大別して２通りある。一つは気相成長で得られ
たアモルファスシリコンやポリシリコンを後熱処理する
ことにより所望のポリシリコンに変える方法であり、こ
れには固相成長法やレーザアニール法がある。他の一つ
は気相成長により直接ポリシリコンを得る方法である。
従来技術としては、実用化に際して前者の方法が用いら
れて来ており、その熱処理には特にレーザが用いられて
きた。その主たる理由は相対的に最も優れた品位の結晶
が得られるためであった。しかしながらポリシリコン薄
膜の均一性や、再現性の点では他の方法より劣ってお
り、早急な改善が望まれている。一方直接気相成長法は
膜の均一性や再現性、および生産性において熱処理法よ
り優れているが、ポリシリコンの結晶粒が十分成長せ
ず、また方位もランダムであり結晶性の良くない状態し
か実現できていないことから実用上のＴＦＴ作製には未
だ用いられていないのが現状である。しかしながら気相
成長法で短時間に良質のポリシリコンを得ることが実用
上最も望ましいことから、プラズマＣＶＤ、リモートプ
ラズマＣＶＤ、高真空中ＣＶＤ、低圧熱ＣＶＤ、常圧Ｃ
ＶＤ、および物理蒸着等による多様な試みがなされてき
ており、現在もなお開発が続けられている。それらの中
では低温化という点で、高密度プラズマを用いたリモー
トプラズマ法が優れており、従ってこの方法により結晶
性の優れたポリシリコンが開発されることが期待されて
いる。
る方法は大別して２通りある。一つは気相成長で得られ
たアモルファスシリコンやポリシリコンを後熱処理する
ことにより所望のポリシリコンに変える方法であり、こ
れには固相成長法やレーザアニール法がある。他の一つ
は気相成長により直接ポリシリコンを得る方法である。
従来技術としては、実用化に際して前者の方法が用いら
れて来ており、その熱処理には特にレーザが用いられて
きた。その主たる理由は相対的に最も優れた品位の結晶
が得られるためであった。しかしながらポリシリコン薄
膜の均一性や、再現性の点では他の方法より劣ってお
り、早急な改善が望まれている。一方直接気相成長法は
膜の均一性や再現性、および生産性において熱処理法よ
り優れているが、ポリシリコンの結晶粒が十分成長せ
ず、また方位もランダムであり結晶性の良くない状態し
か実現できていないことから実用上のＴＦＴ作製には未
だ用いられていないのが現状である。しかしながら気相
成長法で短時間に良質のポリシリコンを得ることが実用
上最も望ましいことから、プラズマＣＶＤ、リモートプ
ラズマＣＶＤ、高真空中ＣＶＤ、低圧熱ＣＶＤ、常圧Ｃ
ＶＤ、および物理蒸着等による多様な試みがなされてき
ており、現在もなお開発が続けられている。それらの中
では低温化という点で、高密度プラズマを用いたリモー
トプラズマ法が優れており、従ってこの方法により結晶
性の優れたポリシリコンが開発されることが期待されて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】６００℃以下の低温で
直接気相成長法によってガラスや石英などの非晶質基板
の上に結晶性の優れたポリシリコンを成長するための薄
膜形成装置を提供することが、本発明が解決しようとす
る課題である。
直接気相成長法によってガラスや石英などの非晶質基板
の上に結晶性の優れたポリシリコンを成長するための薄
膜形成装置を提供することが、本発明が解決しようとす
る課題である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】基板直上から成膜原料と
なる反応性ガスを供給し、プラズマ源からのダウンスト
リームでそれを分解して所望の薄膜を基板上に形成する
過程と、プラズマ源からのイオン流を成長過程の薄膜に
照射し、被エッチング性が速く結晶性の劣った部位を除
去する工程を繰り返すことにより、結晶性の優れた薄膜
の形成されることが本発明装置で実現させようとする現
象である。上記反応性ガスを分解するためにプラズマ中
で形成された励起中性原子、すなわちラジカルを使用
し、上記エッチングのためにはプラズマ中で形成された
イオンを用いる。周期的にラジカルによる成膜とイオン
によるエッチングを行うために、誘導コイルを上下させ
て、プラズマ発生部を基板に対して周期的に近づけたり
遠ざけたりする。また、基板を上下させることによって
も同様の効果を得ることができる。
なる反応性ガスを供給し、プラズマ源からのダウンスト
リームでそれを分解して所望の薄膜を基板上に形成する
過程と、プラズマ源からのイオン流を成長過程の薄膜に
照射し、被エッチング性が速く結晶性の劣った部位を除
去する工程を繰り返すことにより、結晶性の優れた薄膜
の形成されることが本発明装置で実現させようとする現
象である。上記反応性ガスを分解するためにプラズマ中
で形成された励起中性原子、すなわちラジカルを使用
し、上記エッチングのためにはプラズマ中で形成された
イオンを用いる。周期的にラジカルによる成膜とイオン
によるエッチングを行うために、誘導コイルを上下させ
て、プラズマ発生部を基板に対して周期的に近づけたり
遠ざけたりする。また、基板を上下させることによって
も同様の効果を得ることができる。
【０００５】
【作用】プラズマ源が遠ざかることにより、イオンが基
板に到達する確率は低くなる。しかし、自然消滅寿命の
長いラジカルは高い濃度で基板に到達するようになる。
そして原料ガスと反応して成膜が行われる。逆にプラズ
マ源が基板に近づくと基板へ到達するイオンの濃度が高
くなる。イオンはプラズマの自己バイアス効果で加速さ
れ、薄膜をエッチングする。このとき同時に成膜も進行
しているが、エッチングのされ易い部位はされ難い性質
の膜に置き換わっていく。こうしてエッチングと成膜の
繰り返しにより適者生存成長が実現される。
板に到達する確率は低くなる。しかし、自然消滅寿命の
長いラジカルは高い濃度で基板に到達するようになる。
そして原料ガスと反応して成膜が行われる。逆にプラズ
マ源が基板に近づくと基板へ到達するイオンの濃度が高
くなる。イオンはプラズマの自己バイアス効果で加速さ
れ、薄膜をエッチングする。このとき同時に成膜も進行
しているが、エッチングのされ易い部位はされ難い性質
の膜に置き換わっていく。こうしてエッチングと成膜の
繰り返しにより適者生存成長が実現される。
【０００６】
【実施例】ループ型アンテナから高周波を放出し、低圧
ガスを電離してプラズマを発生させる。そしてループア
ンテナの位置を上下に、周期的に移動させることにより
プラズマと基板の距離を周期的に変える。反応ガスは基
板近くより、基板に向けて供給され、プラズマより供給
されたラジカルと反応して基板上に膜が形成される。ま
た同時にプラズマから供給されたイオンによって膜の弱
い部分がエッチング除去される。反応後の副生成ガスは
基板近くより排気される。反応ガスおよび排気口と基板
の距離は基板支持台の高さを変えることで調節される。
以上が本発明装置の原理的説明である。以下添付図面に
従って実施例を開示する。
ガスを電離してプラズマを発生させる。そしてループア
ンテナの位置を上下に、周期的に移動させることにより
プラズマと基板の距離を周期的に変える。反応ガスは基
板近くより、基板に向けて供給され、プラズマより供給
されたラジカルと反応して基板上に膜が形成される。ま
た同時にプラズマから供給されたイオンによって膜の弱
い部分がエッチング除去される。反応後の副生成ガスは
基板近くより排気される。反応ガスおよび排気口と基板
の距離は基板支持台の高さを変えることで調節される。
以上が本発明装置の原理的説明である。以下添付図面に
従って実施例を開示する。
【０００７】図１は本発明装置の断面図である。該装置
は大きく二つの部位に分かれる。一つはプラズマ発生部
であり、他の一つは反応成膜部である。図中１の部分で
プラズマが形成される。プラズマ形成のためのガスはガ
ス導入口２から導入される。本実施例では水素（Ｈ２）
５０％、ヘリウム（Ｈｅ）５０％の混合ガスを用い、供
給量は２００ｓｃｃｍであった。ガス圧力は１００ｍＴ
ｏｒｒになるように排気コンダクタンスを調整した。プ
ラズマは、ループ状アンテナ３より供給された高周波エ
ネルギーにより形成される。４は整合器である。本実施
例では２７ＭＨｚの高周波電磁波を用いた。投入電力は
２ｋＷであった。３および４は、付属するモータによっ
て上下するようになっており、図中３及び４は試料基板
８から最もはなれた位置を、また３’および４’は最も
近づいた位置を示している。本実施例では最も離れた位
置で試料基板より７５ｃｍ、最も近づいた位置で１５ｃ
ｍであった。両位置間の往復は６０ｃｍ／ｍｉｎの速度
で周期的に行われた。部位５では配管６により供給され
た反応ガスが、試料基板８上で、プラズマ１により形成
された活性種により分解され成膜が進む。それと同時に
プラズマ１により形成されたイオンによりエッチッング
が進む。それらの比率はアンテナ３の位置、つまりプラ
ズマの位置により変化する。すはわち、プラズマが最も
基板より遠ざかった時、イオンはほとんど基板に到達で
きず、成膜だけが行われる。一方プラズマが基板に近づ
いた時、活性種と同時に多量のイオンが基板に照射さ
れ、成膜と同時にエッチングが進行する。エッチング速
度は膜の結晶性により変わり、結晶性の劣る部分および
密度の低い方位の部分は速くエッチングされ、結晶性の
優れた部分および密度の高い方位の部分は遅くエッチン
グされ、結果として方位のそろった良質の結晶薄膜が得
られる。本実施例では反応ガスに１０％希釈の水素（Ｈ
２）ベースのモノシラン（ＳｉＨ４）ガスを用い、供給
量は３０ｓｃｃｍであった。基板にはコーニング社製７
０５９ガラスを用いた。基板温度は４００℃とした。こ
の時のポリシリコンの成膜速度は１ｎｍ／ｍｉｎであっ
た。加熱は基板支持台９に埋め込まれたヒータにより行
った。反応生成ガスは配管６に隣接した配管７より排気
される。反応生成系の不要物を速やかに取り去ることは
二次物質の生成を防ぎ、目的対象物を高品位にするため
に極めて重要である。１０はターボ分子ポンプである。
は大きく二つの部位に分かれる。一つはプラズマ発生部
であり、他の一つは反応成膜部である。図中１の部分で
プラズマが形成される。プラズマ形成のためのガスはガ
ス導入口２から導入される。本実施例では水素（Ｈ２）
５０％、ヘリウム（Ｈｅ）５０％の混合ガスを用い、供
給量は２００ｓｃｃｍであった。ガス圧力は１００ｍＴ
ｏｒｒになるように排気コンダクタンスを調整した。プ
ラズマは、ループ状アンテナ３より供給された高周波エ
ネルギーにより形成される。４は整合器である。本実施
例では２７ＭＨｚの高周波電磁波を用いた。投入電力は
２ｋＷであった。３および４は、付属するモータによっ
て上下するようになっており、図中３及び４は試料基板
８から最もはなれた位置を、また３’および４’は最も
近づいた位置を示している。本実施例では最も離れた位
置で試料基板より７５ｃｍ、最も近づいた位置で１５ｃ
ｍであった。両位置間の往復は６０ｃｍ／ｍｉｎの速度
で周期的に行われた。部位５では配管６により供給され
た反応ガスが、試料基板８上で、プラズマ１により形成
された活性種により分解され成膜が進む。それと同時に
プラズマ１により形成されたイオンによりエッチッング
が進む。それらの比率はアンテナ３の位置、つまりプラ
ズマの位置により変化する。すはわち、プラズマが最も
基板より遠ざかった時、イオンはほとんど基板に到達で
きず、成膜だけが行われる。一方プラズマが基板に近づ
いた時、活性種と同時に多量のイオンが基板に照射さ
れ、成膜と同時にエッチングが進行する。エッチング速
度は膜の結晶性により変わり、結晶性の劣る部分および
密度の低い方位の部分は速くエッチングされ、結晶性の
優れた部分および密度の高い方位の部分は遅くエッチン
グされ、結果として方位のそろった良質の結晶薄膜が得
られる。本実施例では反応ガスに１０％希釈の水素（Ｈ
２）ベースのモノシラン（ＳｉＨ４）ガスを用い、供給
量は３０ｓｃｃｍであった。基板にはコーニング社製７
０５９ガラスを用いた。基板温度は４００℃とした。こ
の時のポリシリコンの成膜速度は１ｎｍ／ｍｉｎであっ
た。加熱は基板支持台９に埋め込まれたヒータにより行
った。反応生成ガスは配管６に隣接した配管７より排気
される。反応生成系の不要物を速やかに取り去ることは
二次物質の生成を防ぎ、目的対象物を高品位にするため
に極めて重要である。１０はターボ分子ポンプである。
【０００８】６と７の配管の配置例を図２に示した。両
配管の間隙からプラズマのダウンストリームが流れ込
む。図２（２）の側面図−１で示した構造では両配管の
相対位置は同一平面上に固定であるが、図２（３）の側
面図−２で示した構造では上下に分離されており、相対
位置は可変である。従って駆動動力をもって周期的に相
対位置を変動させ、成膜の均一性を向上せることも可能
である。
配管の間隙からプラズマのダウンストリームが流れ込
む。図２（２）の側面図−１で示した構造では両配管の
相対位置は同一平面上に固定であるが、図２（３）の側
面図−２で示した構造では上下に分離されており、相対
位置は可変である。従って駆動動力をもって周期的に相
対位置を変動させ、成膜の均一性を向上せることも可能
である。
【０００９】
【発明の効果】本発明は、６００℃以下の低温で大面積
基板上に高配向性の多結晶シリコンを形成することがで
き、液晶表示装置用薄膜トランジスターの性能の向上を
もたらすのみならず、大面積基板上での多様な回路構成
への路を開くものである。また本発明を用いることによ
り、シリコンに限らず他の半導体薄膜や誘電体薄膜の結
晶性の向上を図ることが期待できる。
基板上に高配向性の多結晶シリコンを形成することがで
き、液晶表示装置用薄膜トランジスターの性能の向上を
もたらすのみならず、大面積基板上での多様な回路構成
への路を開くものである。また本発明を用いることによ
り、シリコンに限らず他の半導体薄膜や誘電体薄膜の結
晶性の向上を図ることが期待できる。
【０００１０】
【図１】薄膜半導体製造装置の構成図である。
【図２】成膜原料ガス供給部および反応生成物排気部配
管図である。
管図である。
１…プラズマ生成室 ２…プラズマ生成ガス導入口 ３…ループアンテナ（遠隔位置） ３’…ループアンテナ（接近位置） ４，４’…マッチングボックス ５…反応成膜室 ６…反応ガス導入パイプ ７…ガス排気パイプ ８…試料基板 ９…試料支持台及びヒータ １０…真空ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｆ Ｆターム(参考） 4K030 AA02 AA06 AA16 AA17 BA29 BB03 CA05 CA06 EA11 FA04 GA04 JA03 4M104 AA01 AA08 AA09 AA10 BB01 BB37 DD43 DD44 DD49 GG09 GG14 5F004 AA01 BA20 BB28 BD04 CA05 CA09 DA00 DA22 DA23 DA24 5F045 AC01 AC17 AD08 AE19 BB01 BB17 DP03 EF05 EF13 EH02 EH07 EH11 EK07 EM10
Claims (5)
- 【請求項１】プラズマ形成位置と基板間距離を、成膜過
程において自動的に、任意の周期で変化させることを特
徴とするプラズマＣＶＤ装置。 - 【請求項２】高周波誘導アンテナを用いてプラズマを発
生させ、アンテナを上下させることによりプラズマを基
板に近付けたり遠ざけたりすることを特徴とする請求項
１に記載のプラズマＣＶＤ装置。 - 【請求項３】基板を上下することによりプラズマ発生部
を基板に近付けたり遠ざけたりすることを特徴とする請
求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。 - 【請求項４】プラズマダウンストリームと成膜原料ガス
との反応で生成した副反応生成ガスを、基板に接近して
複数個配置された吸引口により排気除去することを特徴
とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。 - 【請求項５】プラズマ形成ガスが水素、希ガス、ハロゲ
ンおよびハロゲン化合物であり、成膜用反応ガスがモノ
シランあるいはジシランであることを特徴とする請求項
１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11197947A JP2000345350A (ja) | 1999-06-07 | 1999-06-07 | 薄膜半導体製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11197947A JP2000345350A (ja) | 1999-06-07 | 1999-06-07 | 薄膜半導体製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000345350A true JP2000345350A (ja) | 2000-12-12 |
Family
ID=16382960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11197947A Pending JP2000345350A (ja) | 1999-06-07 | 1999-06-07 | 薄膜半導体製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000345350A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7772121B2 (en) | 2001-10-09 | 2010-08-10 | Applied Materials, Inc. | Method of forming a trench structure |
| CN111508802A (zh) * | 2020-04-22 | 2020-08-07 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 反应腔室及其刻蚀方法 |
-
1999
- 1999-06-07 JP JP11197947A patent/JP2000345350A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7772121B2 (en) | 2001-10-09 | 2010-08-10 | Applied Materials, Inc. | Method of forming a trench structure |
| CN111508802A (zh) * | 2020-04-22 | 2020-08-07 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 反应腔室及其刻蚀方法 |
| CN111508802B (zh) * | 2020-04-22 | 2023-10-13 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 反应腔室及其刻蚀方法 |
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