JP2500412B2 - シリコン膜の形成方法 - Google Patents

シリコン膜の形成方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示デバイス等に
おいて採用される薄膜トランジスタ(TFT)等を得る
ために用いられるシリコン膜を形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】かかるシリコン膜の形成は、従来、代表
的にはプラズマCVD法により、原料ガスとしてモノシ
ラン(SiH4 )やジシラン(Si2 6 )を用いて行
われてきた。このような膜形成では成膜すべき基体温度
は300℃〜600℃に加熱され、また、シリコン(S
i)の未結合手(ダングリングボンド)を水素(H)と
結合させて無くし、良質のシリコン膜を形成するため、
前記原料ガスに水素ガス(H 2 )が混合されていた。
【0003】そして、シリコン膜中に入り込む水素量
は、水素混合量とプラズマの状態を変化させることで制
御されていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記原
料ガスであるモノシランやジシランは沸点が低く、爆発
し易いので、取り扱いが難しく、危険であった。また、
プラズマの状態が不安定になり易く、膜中に入り込む水
素量の制御が実際には困難であった。
【0005】さらに、基体温度を高くするため、膜形成
前の加熱、膜形成後の冷却等に時間を要し、成膜処理に
要する全体の時間が多くかかるとともに、高熱に耐える
基体を採用しなければならないので、基体の材質が制限
され、また、高価につくという問題があった。そこで本
発明は、かかる問題を解決するシリコン膜の形成方法を
提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明方法によるシリコン膜の形成方法は、モノシランやジ
シランに比べ沸点が大幅に高いテトラメチルシラン
〔(CH3 4 Si〕やテトラエチルシラン〔(C2
5 4 Si〕を原料物質として用いることを一つの特徴
としている。
【0007】本発明方法によると、次のような幾通りか
の手法で成膜すべき基体上にシリコン膜が形成される。 (1)原料物質にテトラメチルシラン又は(及び)テト
ラエチルシランを用い、前記原料物質を成膜すべき基体
に吸着させ、水素イオンビームを前記基体に向け照射し
て前記基体上にシリコン膜を形成する(第1方法)。
【0008】ここで、「原料物質を成膜すべき基体に吸
着させ、水素イオンビームを前記基体に向け照射する」
とは、原料物質を基体に吸着させてのち、水素イオン
ビームを基体上の吸着原料物質に照射する場合、原料
物質を基体に吸着させつつ水素イオンビームを該基体に
照射する場合、原料物質の基体吸着と、基体への水素
イオンビームの照射とを交互に行う場合のいずれでもよ
い。
【0009】前記原料物質を成膜すべき基体に吸着さ
せ、水素イオンビームを前記基体に向け照射するにあた
っては、該吸着を容易、円滑にするために、基体を室温
に維持するか、又はそれより低温に冷却してもよい。こ
こで室温とは、基体を加熱手段で加熱したり、冷却手段
で冷却したりしない、そのままの温度である。いわゆる
ステップカバリッジを向上させるために、基体温度を原
料物質の沸点より低くして該物質を液化吸着させて成膜
してもよい。
【0010】さらに、水素イオンビーム照射におけるイ
オンエネルギは10eV〜100KeV程度が好まし
い。10eVより小さいと、所望のシリコン膜が円滑に
形成されず、100KeVより大きいと、イオンエネル
ギにより基体や一旦形成された膜が損傷する恐れがあ
る。また、水素イオンの照射量(イオン注入量)として
は 例えば、1010〜10 15個/cm2 ・min程度が
考えられる。 (2)原料物質にテトラメチルシラン又は(及び)テト
ラエチルシランを用い、前記原料物質を成膜すべき基体
に吸着させ、前記基体を水素プラズマに曝して前記基体
上にシリコン膜を形成する(第2方法)。
【0011】ここで、「原料物質を成膜すべき基体に吸
着させ、前記基体を水素プラズマに曝す」とは、原料
物質を基体に吸着させたあと、該基体上の吸着物質を水
素プラズマに曝す場合、水素プラズマ中で基体に原料
物質を吸着させる場合のいずれでもよい。この場合も、
前記原料物質を成膜すべき基体に吸着させ、前記基体を
水素プラズマに曝すにあたり、該基体を室温に維持する
か、又はそれより低温に冷却してもよい。
【0012】また、いわゆるステップカバリッジを向上
させるために、基体温度を原料物質の沸点より低くして
該物質を液化吸着させて成膜してもよい。
【0013】
【作用】本発明に係る前記第1方法によると、テトラメ
チルシラン又は(及び)テトラエチルシランが成膜すべ
き基体に供給されることで該原料物質が基体に吸着さ
れ、この吸着物質に水素イオンビームが照射されること
で該物質が分解し、基体上にシリコン膜が形成される。
【0014】この方法では、水素イオンの照射量を変え
ることで膜中水素量が制御される。また、本発明に係る
前記第2方法によると、テトラメチルシラン又は(及
び)テトラエチルシランが成膜すべき基体に供給される
ことで該原料物質が基体に吸着され、この吸着物質が水
素プラズマに曝されことで、該物質が分解し、基体上に
シリコン膜が形成される。
【0015】前記第1方法、第2方法のいずれにおいて
も、前記原料物質を前記基体に吸着させるにあたり、前
記基体を室温に維持するか、又はそれより低温に冷却す
るときは、原料物質の吸着及びシリコン膜の形成がそれ
だけ円滑に行われる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は本発明の前記第1方法を実施する成膜装置
例の概略構成図であり、図2は本発明の前記第2方法を
実施する成膜装置例の概略構成図である。先ず、図1の
装置による本発明方法の実施例を説明する。
【0017】図1の装置は、成膜室1A、この成膜室内
を所定の成膜真空度に維持するための排気装置2A、成
膜室内に配置された基体支持トレイ3A、該トレイを冷
却する冷却装置4A、トレイ上に設置される基体10に
原料物質ガスG1を供給する原料ガス供給ノズル5A、
及びトレイ上の基体10に向けイオンビームを照射する
イオン源6Aを備えている。冷却装置4Aは本例では図
示しない液化窒素ガスボンベから供給される窒素ガスに
てトレイ3Aを介して基体10を冷却する。
【0018】この装置による本発明方法の実施例は次の
とおりである。すなわち、トレイ3A上に基体10を設
置する。この基体10を冷却装置4Aにて、原料ガス供
給ノズル5Aから供給される原料物質G1の沸点より十
分低温に維持する。次いで成膜室1A内を排気装置2A
にて所定の成膜真空度に維持しつつ、原料ガスノ供給ズ
ル5Aからテトラメチルシランガス又は(及び)テトラ
エチルシランガスG1を基体10表面に吹きつけ、供給
する。供給された原料ガスG1は低温に維持された基体
10に吸着され、堆積する。
【0019】一方、イオン源6Aに水素ガス(H2 )G
2を導入し、これからイオンエネルギ10eV〜100
KeVの範囲でイオンビームを引き出し、イオン照射量
10 10〜1015個/cm2 ・minの範囲で基体10に
先に吸着された原料物質に照射する。かくしてテトラメ
チルシラン又は(及び)テトラエチルシランからなる吸
着原料物質が分解し、基体10上に目的とするシリコン
膜10aが形成される。
【0020】以上の原料物質の基体吸着と該吸着物質へ
の水素イオンビーム照射を必要に応じさらに任意の回数
繰り返し、所定厚さの膜を形成する。なお、形成される
膜中の水素量は、水素イオンの照射量の制御により行
う。次に、基体10上にシリコン膜を形成する具体例を
説明する。成膜条件及び形成された膜は次のとおりであ
る。 成膜条件 原料ガス:テトラメチルシランガス 5sccm/回 基体温度:−100℃ イオンビーム条件:使用ガス 水素ガス 加速電圧 50eV 注入量 1×1015個/cm2 ・回 原料ガスの基体吸着とイオンビーム照射の繰り返し回
数:30回 結果 形成された膜 シリコン膜 膜厚 1000Å なお、前記実施例では、原料物質の基体吸着と該吸着物
質へのイオンビーム照射を交互に複数回繰り返したが、
1回だけでもよい。また、これら操作を同時に行っても
よい。
【0021】次に、図2に示す装置による本発明方法の
実施例を説明する。図2の装置は、成膜室1B、この成
膜室内を所定の成膜真空度に維持するための排気装置2
B、成膜室内に配置された基体支持トレイを兼ねる下部
接地電極3B及び上部高周波電極30B、電極3Bを冷
却する冷却装置4B、電極3B上に設置される基体10
に原料物質ガスG1を供給する原料ガス供給ノズル5
B、成膜室1B内に水素ガスG1を導入するプラズマ原
料ガス導入部7Bを備えている。冷却装置4Bは本例で
は図示しない液化窒素ガスボンベから供給される窒素ガ
スにて電極3Bを介して基体10を冷却する。
【0022】この装置による本発明方法の実施例は次の
とおりである。すなわち、電極3B上に基体10を設置
する。この基体10を冷却装置4Bにて、原料ガス供給
ノズル5Bから供給される原料物質G1の沸点より十分
低温に維持する。次いで成膜室1B内を排気装置2Bに
て所定の成膜真空度に維持しつつ、原料ガス供給ノズル
5Bからテトラメチルシランガス又は(及び)テトラエ
チルシランガスG1を基体10表面に吹きつけ、供給す
る。供給された原料ガスG1は低温に維持された基体1
0に吸着され、堆積する。
【0023】その後、水素ガス(H2 )G2をガス導入
部7Bから成膜室1B内に充満させ、両電極3B及び3
0B間に高周波電圧を印加し、該ガスG2をプラズマ化
し、このプラズマPに基体10上の吸着物質を曝す。か
くしてテトラメチルシラン又は(及び)テトラエチルシ
ランからなる吸着原料物質が分解し、基体10上に目的
とするシリコン膜10aが形成される。
【0024】以上の原料物質の基体吸着と該吸着物質の
プラズマ曝しを必要に応じさらに任意の回数繰り返し、
所定厚さの膜を形成する。次に、基体10上にシリコン
膜を形成する具体例を説明する。成膜条件及び形成され
た膜は次のとおりである。 成膜条件 原料ガス:テトラメチルシランガス 5sccm 基体温度:−100℃ プラズマ条件:使用ガス 水素ガス 10sccm 成膜室内圧力 1×10-2Torr 放電電力 20W 原料ガスの基体吸着とプラズマ曝し繰り返し回数:1回 結果 形成された膜 シリコン膜 膜厚 1000Å なお、前記実施例では、原料物質の基体吸着と該吸着物
質のプラズマ曝しを時間差をおいて実施したが、同時に
行ってもよい。
【0025】前記いずれの実施例においても、原料ガス
であるテトラメチルシランガスやテトラエチルシランガ
スは、その沸点より十分冷却された基体10に供給され
るので、該基体に液化、吸着され、基体10表面に滑ら
かに堆積する。従って、いわゆるステップカバレッジが
向上する。前記各実施例では0.1μm幅、1μm深さ
の溝を滑らかに埋めることも可能である。
【0026】
【発明の効果】本発明のシリコン膜の形成方法による
と、次の利点がある。 原料物質として従来のモノシランやジシランに比べ
沸点が高く、爆発性の低いテトラメチルシランやテトラ
エチルシランを用いるので安全である。 基体を加熱しないで成膜できるので、成膜時間がそ
れだけ短縮される。 基体を加熱しないで成膜できるので、基体材質の選
択幅が広く、耐熱性の低い安価なものも採用できる。 原料物質を基体に吸着させるにあたり、前記基体を
室温に維持するか、又はそれより低温に冷却するとき
は、原料物質の吸着がそれだけ円滑に行われる。 基体温度を原料物質の沸点より低くして該物質を液
化吸着させて成膜するときは、いわゆるステップカバレ
ッジが向上する。 そして本発明に係る第1方法によると、さらに、水
素イオンの照射量を制御することで膜中の水素量を容易
に制御できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法を実施する成膜装置の1例の概略構
成を示す図である。
【図2】本発明方法を実施する成膜装置の他の例の概略
構成を示す図である。
【符号の説明】
1A、1B 成膜室 2A、2B 排気装置 3A 基体支持トレイ 3B 基体支持トレイを兼ねる下部接地電極 30B 上部高周波電極 4A、4B 基体冷却装置 5A、5B 原料ガス供給ノズル 6A イオン源 7B プラズマ原料ガス導入部 10 基体 10a シリコン膜 G1 原料ガス G2 水素ガス

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原料物質にテトラメチルシラン又は(及
    び)テトラエチルシランを用い、前記原料物質を成膜す
    べき基体に吸着させ、水素イオンビームを前記基体に向
    け照射して前記基体上にシリコン膜を形成することを特
    徴とするシリコン膜の形成方法。
  2. 【請求項2】 前記原料物質を成膜すべき基体に吸着さ
    せ、水素イオンビームを前記基体に向け照射するにあた
    り、該基体を室温に維持するか、又はそれより低温に冷
    却する請求項1記載のシリコン膜の形成方法。
  3. 【請求項3】 前記基体に向け水素イオンビームを照射
    するにあたり、照射イオンのエネルギを10eV〜10
    0KeVの範囲のものとする請求項1又は2記載のシリ
    コン膜の形成方法。
  4. 【請求項4】 原料物質にテトラメチルシラン又は(及
    び)テトラエチルシランを用い、前記原料物質を成膜す
    べき基体に吸着させ、前記基体を水素プラズマに曝して
    前記基体上にシリコン膜を形成することを特徴とするシ
    リコン膜の形成方法。
  5. 【請求項5】 前記原料物質を成膜すべき基体に吸着さ
    せ、前記基体を水素プラズマに曝すにあたり、該基体を
    室温に維持するか、又はそれより低温に冷却する請求項
    4記載のシリコン膜の形成方法。
  6. 【請求項6】 前記基体に向け水素イオンビームを照射
    するにあたり、照射イオンのエネルギを10eV〜10
    0KeVの範囲のものとする請求項4又は5記載のシリ
    コン膜の形成方法。
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WO2003083915A1 (fr) * 2002-03-29 2003-10-09 Miyatsu Co., Ltd. Procede de formation d'un film mince

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