JP2646941B2 - Thin film forming method - Google Patents

Thin film forming method

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Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】この発明は、高周波放電を用いたプラズマCVD法によって、基体の表面に例えばシリコン膜等の薄膜を形成する薄膜形成方法に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION This invention, by a plasma CVD method using a high-frequency discharge, a thin film forming method for forming a thin film of silicon film or the like for example on the surface of the substrate.

【0002】 [0002]

【従来の技術】図3は、従来のプラズマCVD装置の一例を示す概略図である。 BACKGROUND ART FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a conventional plasma CVD apparatus. この装置は、いわゆる平行平板型(別名、容量結合型)のものであり、図示しない真空排気装置によって真空排気される真空容器4内に、成膜しようとする基体(例えば基板)2を保持するホルダ兼電極6と放電電極8とを対向させて収納している。 This device is a so-called parallel plate type (also known as capacitive coupling type) is of, for holding in a vacuum chamber 4 which is evacuated by the vacuum exhaust device (not shown), the substrate (e.g., substrate) 2 to be deposited are housed are opposed to the holder and electrode 6 and the discharge electrode 8. ホルダ兼電極6上の基体2は例えばヒータ10によって加熱される。 Base 2 on the holder and electrode 6 is heated by the heater 10, for example.

【0003】ホルダ兼電極6は接地されており、放電電極8にはマッチングボックス12を介して高周波電源1 [0003] RF generator 1 holder and electrode 6 is grounded, the discharge electrodes 8 via a matching box 12
4が接続されており、この高周波電源14から両電極6、8間に高周波電力が供給される。 4 are connected, the high-frequency power is supplied between the electrodes 6 and 8 from the high frequency power source 14. この高周波電力は、従来は連続した正弦波であり、その周波数は通常は13.56MHzである。 The high-frequency power is conventionally a sine wave continuous, its frequency is typically a 13.56 MHz.

【0004】このような装置において、真空容器4を真空排気すると共にそこに所要の原料ガス(例えばシラン(SiH 4 )ガスと水素(H 2 )ガスとの混合ガス)を導入し、かつ電極6、8間に高周波電源14から高周波電力を供給すると、両電極6、8間で高周波放電が生じて原料ガス16がプラズマ化され(18はそのプラズマを示す)、これによって基体2の表面に薄膜(例えばシリコン薄膜)が形成される。 In such a device, the vacuum vessel 4 is introduced the required raw material gas (e.g. silane (mixed gas of SiH 4) gas and hydrogen (H 2) gas) therein while evacuating, and the electrode 6 and supplying high-frequency power from the high frequency power source 14 to between 8 (indicating 18 the plasma) radio frequency discharge is generated source gas 16 is plasma by between the electrodes 6 and 8, whereby a thin film on the surface of the substrate 2 (e.g., silicon film) is formed.

【0005】 [0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のような従来の成膜方法には、次のような問題がある。 However, [0007], in the conventional film-forming method as described above, it has the following problems.

【0006】 電極6、8間には単なる高周波電力を供給するだけであるから、プラズマ18の状態、取り分けその中のラジカル(活性種)の制御ができず、従って、CVD法で問題となる、不要なラジカルの生成に伴うパーティクル(粉塵)の発生を抑制することができない。 [0006] Since between the electrodes 6 and 8 is only to supply just the high-frequency power, the state of the plasma 18 can not control the especially radical therein (active species), therefore, becomes a problem in the CVD method, it is impossible to suppress generation of particles (dust) due to the generation of unwanted radicals.

【0007】 プラズマ18中の負帯電粒子が集まってそれがパーティクルとして基体2に付着するのを抑制することができない。 [0007] It gathered negatively charged particles in the plasma 18 can not be prevented from adhering to the substrate 2 as particles.

【0008】 低温成膜においては、基体2の表面に形成される膜の結晶化を起こすためのエネルギーが膜に十分に与えられないので、膜の結晶化が期待できない。 [0008] In the low-temperature film formation, the energy is not given enough film for causing crystallization of the film formed on the surface of the substrate 2, the crystallization of the film can not be expected.
結晶化膜を得るためには、成膜後、高温アニール、レーザーアニール等の熱処理が必要になり、そのぶん工程が増える。 To obtain a crystallized film after film formation, it requires heat treatment such as high temperature annealing, laser annealing, that amount step increases.

【0009】そこでこの発明は、プラズマCVD法によるものであって、パーティクルの発生を抑制し、かつ低温成膜においても膜の結晶化を促進させることができる薄膜形成方法を提供することを主たる目的とする。 [0009] Therefore the invention is intended by the plasma CVD method, an object to be suppressed the generation of particles, and to provide a thin film forming method can also accelerate the crystallization of the film at a low temperature film formation to.

【0010】 [0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、この発明の薄膜形成方法は、前記放電電極とホルダ兼電極との間に、元となる高周波信号に対してそれを断続させる変調をかけた高周波電力を供給すると共に、前記ホルダ兼電極に、当該高周波電力の断続に同期して断続する負のバイアス電圧を印加することを特徴とする。 To achieve the above object, according to an aspect of a thin film forming method of the present invention, between the discharge electrode and the holder and electrode, the modulation for intermittently it against the underlying RF signal supplies high-frequency power was applied to the holder and electrode, and applying a negative bias voltage intermittently in synchronism with the intermittence of the high-frequency power.

【0011】 [0011]

【作用】プラズマ中には、良質な膜を形成するのに寄与するラジカルと、膜形成に不必要でパーティクルの原因となるラジカルとが混在する。 [Action] During plasma, and radicals contributing to form a high quality film, is a radical causing unnecessary and particles for film formation are mixed. 一般的に、前者は寿命が比較的長く、後者は寿命が比較的短い。 In general, the former life is relatively long, the latter is relatively short lifetime. そこで上記のように、断続変調をかけた高周波電力を用いることにより、良質な膜形成に寄与するラジカルの優先生成および不必要なラジカルの抑制が可能になり、これによってパーティクルの発生を抑制することができる。 Therefore, as described above, by using a high-frequency power obtained by multiplying the intermittent modulation, it enables high-quality film formation priority radicals contributing to the generation and unwanted radical inhibition, thereby preventing the generation of particles can.

【0012】また、ホルダ兼電極に上記のように負のバイアス電圧を印加することにより、基体の表面近傍にできるシース領域内のイオンがバイアス電圧によって加速されて基体表面に衝突するので、そのエネルギーによって、低温成膜においても、膜の結晶化を促進させることができる。 Further, by applying the holder and electrode to a negative bias voltage as described above, since the ions in the sheath region which can be in the vicinity of the surface of the substrate impinges on accelerated by the substrate surface by the bias voltage, the energy Accordingly, even in a low-temperature film-forming, it is possible to promote crystallization of the film.

【0013】 [0013]

【実施例】図1は、この発明の実施に用いたプラズマC DETAILED DESCRIPTION FIG. 1, a plasma C used in the practice of the present invention
VD装置の一例を示す概略図である。 Is a schematic diagram showing an example of a VD device. 図3の従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。 The same reference numerals are given to the prior art the same or corresponding parts in FIG. 3, explanation focuses on the difference between the conventional example hereinafter.

【0014】この実施例においては、従来の高周波電源14の代わりに、任意の波形の高周波信号を発生させることができる高周波信号発生器20と、それからの高周波信号を電力増幅する高周波パワーアンプ22とで構成された高周波電源14aを用いている。 [0014] In this embodiment, instead of the conventional high-frequency power source 14, a high frequency signal generator 20 capable of generating a high-frequency signal of an arbitrary waveform, the high-frequency power amplifier 22 for power-amplifying the high frequency signal therefrom in uses the configured high-frequency power supply 14a. そしてこれによって、例えば図2に示すように、元となる高周波信号に対してそれを周期Tで断続させる変調をかけた高周波電力を、前述した放電電極8とホルダ兼電極6との間に供給するようにしている。 And this, for example, as shown in FIG. 2, the high frequency power obtained by multiplying the modulation for intermittently it with a period T with respect to the underlying high frequency signal, supplied between the discharge electrodes 8 and the holder and electrode 6 described above It is way.

【0015】この元となる高周波信号は、例えば従来例と同様に13.56MHzの正弦波信号であるが、これに限定されるものではない。 The high-frequency signal to be the original is a 13.56MHz sinusoidal signal, for example as in the conventional example, but is not limited thereto.

【0016】更に、ホルダ兼電極6とアース間にバイアス電源24を挿入して、これによってホルダ兼電極6 Furthermore, by inserting a bias power source 24 between the holder and electrode 6 and the ground, whereby the holder and electrode 6
に、例えば図2に示すように、上記高周波電力の断続に同期して断続する負のバイアス電圧を印加するようにしている。 To, for example, as shown in FIG. 2, so that a negative bias voltage is applied intermittently in synchronism with intermittence of the high frequency power. このバイアス電圧のオン期間は高周波電力のオン期間t 1内にあり、バイアス電圧は高周波電力のオフと同時にオフする。 ON period of the bias voltage is in the on period t 1 of the high frequency power, bias voltage is turned off at the same time as the OFF high-frequency power.

【0017】この負のバイアス電圧の大きさは、例えば10V〜1KVの範囲内にする。 The magnitude of this negative bias voltage, for example in the range of 10V~1KV.

【0018】原料ガス16に例えばSiH 4 +He の混合ガスを用いた場合、プラズマ18中には、良質なシリコン膜を形成するのに寄与する比較的寿命の長いSiH 3ラジカルと、膜形成に不必要でパーティクルの原因となる比較的寿命の短いSiH 2ラジカル、SiHラジカルとが混在する。 [0018] When using a mixed gas of the raw material gas 16 for example SiH 4 + the He, in the plasma 18, and a long SiH 3 radicals of contributing relatively life to form a high-quality silicon film, the film formation not relatively life short SiH 2 radicals that cause necessary and particles, and a SiH radical mixed. そこで上記のような断続変調をかけた高周波電力を用いると、高周波電力のオン期間t 1 (図2参照)中に発生したラジカルの内、比較的寿命の長いSi Therefore the use of high-frequency power obtained by multiplying the intermittent modulated as described above, among the radicals generated in the high-frequency power-on period t 1 (see FIG. 2), a relatively life long Si
3ラジカルはオフ期間t 2中も持続するが、比較的寿命の短いSiH 2ラジカル、SiHラジカルはオフ期間t H 3 radicals also persist in the off period t 2, but relatively life short SiH 2 radicals, SiH radicals off period t
2になると短時間に消滅する。 It comes in two disappear in a short period of time. これにより、良質な膜形成に寄与するラジカルの優先生成および不必要なラジカルの抑制が可能になり、パーティクルの発生を抑制することができる。 This enables high-quality film formed on the radicals contributing preferential generation and unwanted radical inhibition, it is possible to suppress the generation of particles.

【0019】また、ホルダ兼電極6に上記のような負のバイアス電圧を印加することにより、基体2の表面近傍にできるシース領域内のイオン(例えばHe イオン)がバイアス電圧によって加速されて基体2の表面に衝突するので、即ちイオン照射のような作用をするので、このイオンのエネルギーによって、低温成膜においても、基体2の表面の膜の結晶化を促進させることができる。 Further, by applying a negative bias voltage as described above in the holder and electrode 6, ion sheath region which can be in the vicinity of the surface of the substrate 2 (for example, He ions) are accelerated by a bias voltage substrate 2 since impinges on the surface of, that is, the effects such as ion irradiation, the energy of the ions, even at low film deposition temperature can be promoted crystallization of the film on the surface of the substrate 2.

【0020】まとめると、上記のような高周波電力とバイアス電圧とを用いることにより、次のようなA、B、 [0020] In summary, by using the high frequency power and the bias voltage as described above, such as: A, B,
Cの3領域が形成される。 3 region of C is formed. これは図2中のA、B、Cに対応している。 This A in FIG. 2, B, and corresponds to the C.

【0021】A領域:不要ラジカル成分が抑制された良質ラジカルのみによる成膜領域 B領域:負バイアス電圧によるイオン照射、結晶化領域 C領域:不要ラジカル成分を消滅させるためのプラズマ消滅領域 [0021] A region: deposition region B region by only quality radicals unnecessary radical component is suppressed: ion irradiation by the negative bias voltage, the crystallization region C region: plasma disappearance region for eliminating an unnecessary radical component

【0022】このような3領域の連続により、A領域での例えば1nm以下の成膜、B領域での当該成膜層の結晶化、C領域での不要ラジカル成分消滅が繰り返されることになる。 [0022] Continuous such three regions, for example 1nm following deposition in the A region, the crystallization of the deposition layer in the B region, so that unwanted radical component disappears in the C region is repeated.

【0023】上記の場合、高周波電力の変調の周波数(1/T)は、ラジカルの寿命が一般的にmsecオーダーであることから、100Hz〜1KHzの範囲内に選ぶのが好ましい。 [0023] In the above case, the high-frequency power of the modulation frequency (1 / T), since the life of the radical is generally msec order, preferably selected in the range of 100Hz~1KHz.

【0024】また、当該変調のデューティー比(図2中のt 1 /T)は、10〜90%の範囲内に選ぶのが好ましい。 Further, the duty ratio of the modulation (t 1 / T in FIG. 2) is preferably selected within a range of 10-90%.

【0025】また、高周波電力のオン時点からバイアス電圧のオン時点までの遅延時間t 3 (図2参照)は、高周波電力のオン期間t 1の10〜90%の範囲内に選ぶのが好ましい。 Further, (see FIG. 2) the delay time t 3 from the turn-on time of the high-frequency power to the on-time of the bias voltage is to choose the range of 10% to 90% of high-frequency power-on period t 1 is preferred.

【0026】上記のような成膜方法の特徴を列挙すると次のとおりである。 [0026] is as features and enumerating subsequent film formation methods as described above.

【0027】 従来のプラズマCVD法では形成不可能な低い成膜温度で結晶化薄膜を形成することが可能である。 [0027] In the conventional plasma CVD method is capable of forming a crystalline thin film at a low impossible forming deposition temperature.

【0028】 ラジカルの制御が可能であるため、パーティクルの少ない結晶化薄膜の形成が可能である。 [0028] Since it is possible to control the radical, it is possible to form a small crystallization thin film particles.

【0029】 多結晶膜を得るための後処理(高温アニール、レーザーアニール等)が不必要になり、そのぶん工程を簡略化することができる。 The post-treatment for obtaining a polycrystalline film (high-temperature annealing, laser annealing or the like) becomes unnecessary, it is possible to simplify the correspondingly step.

【0030】 仮にホルダ兼電極6に連続したバイアス電圧を印加すると、基体2や膜が絶縁物の場合、イオンの入射によって膜表面が帯電してイオン照射ができなくなるが、上記のようにバイアス電圧を断続させる場合はそれによって膜表面の電荷を逃がすことができるので、安定したイオン照射が可能になる。 [0030] If application of a continuous bias voltage to the holder and electrode 6, when the substrate 2 and the film is an insulator, but the film surface by the incidence of ions can not be charged by ion irradiation, the bias voltage as described above it is possible to release the electric charge of it by the membrane surface if for intermittently allows stable ion irradiation.

【0031】 ホルダ兼電極6に印加する負のバイアス電圧の大きさを選ぶことにより、膜の結晶化に必要なイオン照射エネルギーを確保すると共に、プラズマ18 [0031] By selecting the magnitude of the negative bias voltage applied to the holder and electrode 6, while securing the ion irradiation energy necessary for crystallization of the film, the plasma 18
中に存在する高速電子による膜内の損傷発生を防ぐことができる。 It is possible to prevent the occurrence of damage in the film due to high-speed electrons present in the.

【0032】 非常に薄い膜の形成とそれの結晶化とが繰り返されることになるので、熱処理による結晶化に比べて、膜表面の平滑性が大幅に向上する。 [0032] Since a very thin film formation and and its crystallization is being that repeated compared to crystallization by heat treatment, the smoothness of the film surface is greatly improved.

【0033】より具体的な実施例を説明すると、次のような条件で基体2の表面にシリコン膜を形成した。 [0033] than when describing a specific example, to form a silicon film on the surface of the substrate 2 under the following conditions.

【0034】基体2:100mm角基板 電極6、8のサイズ:300mm角 基板と電極8間の距離:50mm 原料ガス16:10%SiH 4 /He 成膜時の真空容器内ガス圧:5×10 -2 Torr 基板温度:250℃ 元となる高周波周波数:13.56MHz 断続変調の周波数:800Hz デューティー比:20% 高周波電力の大きさ:200W 負バイアス電圧の遅延時間t 3 :0.3msec 負バイアス電圧の大きさ:100V The substrate 2: The size of 100mm square substrate electrodes 6: Distance between 300mm square substrate and the electrode 8: 50 mm material gas 16: 10% SiH 4 / He vacuum container gas pressure during film formation: 5 × 10 -2 Torr substrate temperature: 250 ° C. originated the RF frequency: 13.56 MHz intermittent modulation frequency: 800 Hz duty ratio: 20% RF power magnitude: 200 W delay time of the negative bias voltage t 3: 0.3 msec negative bias voltage the size of: 100V

【0035】その結果、平滑性が従来の約100分の1 [0035] As a result, 1 smoothness of about 100 minutes of conventional
(小さいほど平滑性が良い)で膜質も良好な多結晶シリコン膜が形成できた。 Film quality (small enough smoothness is good) was also formed good polycrystalline silicon film.

【0036】 [0036]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、上記のような断続変調をかけた高周波電力を用いることで、良質な膜形成に寄与するラジカルの優先生成および不必要なラジカルの抑制が可能になり、パーティクルの発生を抑制することができる。 According to the above manner the present invention according to the present invention, by using a high-frequency power obtained by multiplying the intermittent modulated as described above, high-quality film formed on the priority generation and unwanted radical suppression contributing radicals allows, it is possible to suppress the generation of particles.

【0037】しかも、ホルダ兼電極に上記のような負のバイアス電圧を印加することで、基体の表面近傍にできるシース領域内のイオンが膜に衝突するエネルギーを利用して、低温成膜においても、膜の結晶化を促進させることができる。 [0037] Moreover, by applying a negative bias voltage as described above to the holder and electrode, by utilizing the energy ions in the sheath region can in the vicinity of the surface of the substrate impinges on the film, even at low-temperature film-forming , it is possible to promote crystallization of the film. その結果、多結晶膜を得るための後処理が不必要になり、そのぶん工程を簡略化することができる。 As a result, post-processing for obtaining a polycrystalline film becomes unnecessary, it is possible to simplify the correspondingly step. また、仮にホルダ兼電極に連続したバイアス電圧を Further, if the bias voltage is continuous in the holder and electrode
印加すると、基体や膜が絶縁物の場合、プラズマ中のイ When applied, the case of the substrate or film insulator, Lee in the plasma
オンの入射によって膜表面が正に帯電してイオン照射が And the film surface was positively charged by the incidence of ON ion irradiation
できなくなるが、上記のようにバイアス電圧を断続させ Although can not, to interrupt the bias voltages as described above
る場合はそれによって膜表面の電荷を逃がすことができ If you can escape the charge of it by the membrane surface
るので、安定したイオン照射が可能になる。 Runode allows stable ion irradiation.

【0038】また、非常に薄い膜の形成とそれの結晶化とが繰り返されることになるので、熱処理による結晶化に比べて、膜表面の平滑性が良好な結晶化薄膜を形成することができる。 Further, it means that a very thin film formation and and its crystallization is repeated, as compared with the crystallization by the heat treatment, the smoothness of the film surface to form a good crystal thin film .

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】この発明の実施に用いたプラズマCVD装置の一例を示す概略図である。 1 is a schematic view showing an example of a plasma CVD apparatus used in the practice of the present invention.

【図2】図1の装置における高周波電力とバイアス電圧の一例を示す図である。 It is a diagram illustrating an example of a high-frequency power and the bias voltage in the device of FIG. 1. FIG.

【図3】従来のプラズマCVD装置の一例を示す概略図である。 Figure 3 is a schematic diagram showing an example of a conventional plasma CVD apparatus.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

2 基体 4 真空容器 6 ホルダ兼電極 8 放電電極 14a 高周波電源 18 プラズマ 24 バイアス電源 2 base 4 vacuum vessel 6 holder and electrode 8 and discharge electrode 14a high frequency power supply 18 plasma 24 bias power supply

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−119029(JP,A) 特開 平2−166283(JP,A) 特開 平1−195273(JP,A) 特開 平2−129377(JP,A) 特開 平3−120744(JP,A) 特開 平4−359515(JP,A) 特開 平5−51753(JP,A) 特開 平5−217908(JP,A) 特開 平5−218003(JP,A) 特開 平5−218004(JP,A) 特開 平5−218005(JP,A) 特開 平5−335244(JP,A) 特開 平6−194766(JP,A) Of the front page Continued (56) Reference Patent Sho 61-119029 (JP, A) JP flat 2-166283 (JP, A) JP flat 1-195273 (JP, A) JP flat 2-129377 (JP , A) Patent Rights 3-120744 (JP, A) Patent Rights 4-359515 (JP, A) Patent Rights 5-51753 (JP, A) Patent Rights 5-217908 (JP, A) Patent Rights 5-218003 (JP, A) Patent Rights 5-218004 (JP, A) Patent Rights 5-218005 (JP, A) Patent Rights 5-335244 (JP, A) Patent Rights 6-194766 (JP, A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】 基体を保持するホルダ兼電極とこれに対向する放電電極との間の高周波放電によってプラズマを発生させるプラズマCVD法によって基体の表面に薄膜を形成する薄膜形成方法において、前記放電電極とホルダ兼電極との間に、元となる高周波信号に対してそれを断続させる変調をかけた高周波電力を供給すると共に、 1. A thin film forming method for forming a thin film on the surface of the substrate by the plasma CVD method which generates plasma by a high frequency discharge between the discharge electrodes facing thereto the holder and electrode for holding a substrate, the discharge electrode and between the holder and electrode supplies the high frequency power obtained by multiplying the modulation for intermittently it against the underlying high frequency signal,
    前記ホルダ兼電極に、当該高周波電力の断続に同期して断続する負のバイアス電圧を印加することを特徴とする薄膜形成方法。 It said holder and electrode, a thin film forming method comprising applying a negative bias voltage intermittently in synchronism with the intermittence of the high-frequency power.
  2. 【請求項2】 前記高周波電力の変調の周波数が100 Wherein the frequency of the modulation of the high frequency power 100
    Hz〜1KHzの範囲内、デューティー比が10〜90 Within the range of Hz~1KHz, the duty ratio is 10 to 90
    %の範囲内にあり、前記バイアス電圧のオン期間が前記高周波電力のオン期間内にあり、かつ前記高周波電力のオン時点から前記バイアス電圧のオン時点までの遅延時間が前記高周波電力のオン期間の10〜90%の範囲内にある請求項1記載の薄膜形成方法。 Percent in the range, the on period of the bias voltage is in the on period of the high frequency power, and the delay time from the turn-on time of the high frequency power to the on-time of the bias voltage is ON period of the high frequency power thin film forming method according to claim 1, wherein in the range of 10-90%.
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