JP2697501B2 - Thin film formation method - Google Patents

Thin film formation method

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JP2697501B2
JP2697501B2 JP20022192A JP20022192A JP2697501B2 JP 2697501 B2 JP2697501 B2 JP 2697501B2 JP 20022192 A JP20022192 A JP 20022192A JP 20022192 A JP20022192 A JP 20022192A JP 2697501 B2 JP2697501 B2 JP 2697501B2
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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 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a thin film such as a silicon film on the surface of a substrate by a plasma CVD method using high-frequency discharge.

【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。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。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。
2. Description of the Related Art FIG. 3 is a schematic view showing an example of a conventional plasma CVD apparatus. This apparatus is of a so-called parallel plate type (also called a capacitive coupling type), and holds a substrate (for example, a substrate) 2 on which a film is to be formed in a vacuum vessel 4 which is evacuated by a not-shown evacuation apparatus. The holder / electrode 6 and the discharge electrode 8 are housed facing each other. The base 2 on the holder / electrode 6 is heated by, for example, a heater 10.

【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
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。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。
[0003] The holder / electrode 6 is grounded, and the high-frequency power source 1 is connected to the discharge electrode 8 via a matching box 12.
The high-frequency power supply 14 supplies high-frequency power between the electrodes 6 and 8. This high-frequency power is conventionally a continuous sine wave, and its frequency is usually 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
(SiH4)ガスと水素(H2)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 an apparatus, the vacuum vessel 4 is evacuated, a required raw material gas (for example, a mixed gas of silane (SiH 4 ) gas and hydrogen (H 2 ) gas) is introduced therein, and the electrode 6 When a high-frequency power is supplied from a high-frequency power source 14 between the first and second electrodes 8, a high-frequency discharge is generated between the electrodes 6 and 8 and the source gas 16 is turned into plasma (18 indicates the plasma). (For example, a silicon thin 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, the conventional film forming method as described above 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。
[0008] Since a mere high-frequency power is simply supplied between the electrodes 6 and 8, the state of the plasma 18 and, in particular, the radicals (active species) therein cannot be controlled. The generation of particles (dust) due to the generation of unnecessary radicals cannot be suppressed.

【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。
It is not possible to prevent the negatively charged particles in the plasma 18 from collecting and 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。
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。
In low-temperature film formation, crystallization of the film cannot be expected because sufficient energy is not given to the film to cause crystallization of the film formed on the surface of the substrate 2.
In order to obtain a crystallized film, heat treatment such as high-temperature annealing and laser annealing is required after film formation, and the number of steps increases accordingly.

【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。
Accordingly, the present invention is based on the plasma CVD method, and has as its main object to provide a thin film forming method capable of suppressing the generation of particles and promoting crystallization of the film even at a low temperature. And

【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
断続させる第1の変調と、この第1の変調よりも短い周
期で断続させる第2の変調と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、当該高周波電力の第
2の変調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。
In order to achieve the above object, a thin film forming method according to the present invention is characterized in that an original high-frequency signal is intermittently interposed between the discharge electrode and a holder / electrode. In addition to supplying high-frequency power that has been subjected to the first modulation and the second modulation that is intermittently performed at a shorter cycle than the first modulation, the holder / electrode is synchronized with the second modulation of the high-frequency power. It is characterized in that an intermittent negative bias voltage is applied.

【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。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。そこで上記のよ
うに、高周波電力に第1の変調をかけることにより、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。
In the plasma, radicals contributing to the formation of a high-quality film and radicals unnecessary for film formation and causing particles are mixed. Generally, the former has a relatively long life and the latter has a relatively short life. Thus, as described above, by applying the first modulation to the high-frequency power, it is possible to preferentially generate radicals contributing to high-quality film formation and suppress unnecessary radicals, thereby suppressing generation of particles. Can be.

【0012】更に、高周波電力に第2の変調をかけるこ
とにより、当該第2の変調による高周波電力オン時のプ
ラズマ発生初期での電子温度遷移を利用して、プラズマ
中のラジカルの発生消滅に大きく寄与する電子温度の制
御が可能になり、これによって、第1の変調のみでは制
御できない、タイムスケジュールのより短いラジカル発
生初期段階で、必要ラジカルの増加と不必要ラジカルの
抑制が成されたプラズマ状態を形成維持することができ
るようになる。
Further, by subjecting the high-frequency power to the second modulation, the generation of radicals in the plasma is greatly reduced by utilizing the electron temperature transition at the initial stage of plasma generation when the high-frequency power is turned on by the second modulation. It is possible to control the contributing electron temperature, thereby increasing the required radicals and suppressing unnecessary radicals in the early stage of radical generation, which cannot be controlled by the first modulation alone, in a shorter time schedule. Can be formed and maintained.

【0013】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。
When a negative bias voltage is applied to the holder / electrode as described above, ions in a sheath region formed near the surface of the substrate are accelerated by the bias voltage and collide with the surface of the substrate. Thereby, crystallization of the film can be promoted even in low-temperature film formation.

【0014】[0014]

【実施例】図1は、この発明の実施に用いたプラズマC
VD装置の一例を示す概略図である。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。
FIG. 1 shows a plasma C used in the embodiment of the present invention.
It is the schematic which shows an example of a VD apparatus. Parts that are the same as or correspond to those in the conventional example of FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and differences from the conventional example will be mainly described below.

【0015】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。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T1 で断続させる第1の変調と、こ
の第1の変調よりも短い周期T2 で断続させる第2の変
調とをかけた(即ち二重変調をかけた)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。
In this embodiment, instead of the conventional high-frequency power supply 14, a high-frequency signal generator 20 that can generate a high-frequency signal having an arbitrary waveform, and a high-frequency power amplifier 22 that amplifies the high-frequency signal from the high-frequency signal generator 20 Is used. And this, for example, as shown in FIG. 2, with respect to the underlying high-frequency signal, a first modulation for intermittently it with a period T 1, the is intermittently a short period T 2 than the first modulation The high frequency power that has been subjected to the modulation of 2 (that is, has been subjected to the double modulation) is
The power is supplied between the discharge electrode 8 and the holder / electrode 6 described above.

【0016】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 original high frequency signal is, for example, a 13.56 MHz sine wave signal as in the conventional example, but is not limited to this.

【0017】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
に、例えば図2に示すように、上記高周波電力の第2の
変調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。このバイアス電圧のオン期間は第2の変
調による高周波電力のオン期間t3 内にあり、バイアス
電圧は第2の変調による高周波電力のオフと同時にオフ
する。
Further, a bias power supply 24 is inserted between the holder / electrode 6 and the ground, thereby providing the holder / electrode 6
For example, as shown in FIG. 2, a negative bias voltage intermittently applied in synchronization with the second modulation of the high-frequency power is applied. The ON period of the bias voltage is in the on period t 3 of the high frequency power according to a second modulation, the bias voltage is turned off at the same time as the high frequency power-off by the second modulation.

【0018】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 the negative bias voltage is, for example, in the range of 10 V to 1 KV.

【0019】原料ガス16に例えばSiH4+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SiH3
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SiH2ラジカル、SiHラジカルとが
混在する。そこで上記のように高周波電力に第1の変調
をかけると、高周波電力のオン期間t1 (図2参照)中
に発生したラジカルの内、比較的寿命の長いSiH3ラジ
カルはオフ期間t2 中も持続するが、比較的寿命の短い
SiH2ラジカル、SiHラジカルはオフ期間t2 になる
と短時間に消滅する。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。
When a mixed gas of, for example, SiH 4 + He is used as the source gas 16, the plasma 18 contains SiH 3 radicals having a relatively long life and contributing to the formation of a high quality silicon film, Necessary and relatively short-lived SiH 2 radicals and SiH radicals which cause particles are mixed. Therefore, when the first modulation is applied to the high-frequency power as described above, of the radicals generated during the on-time t 1 (see FIG. 2) of the high-frequency power, the SiH 3 radical having a relatively long life is generated during the off-period t 2 . However, the SiH 2 radicals and SiH radicals having relatively short lifetimes disappear in a short time in the off period t 2 . This enables preferential generation of radicals contributing to high-quality film formation and suppression of unnecessary radicals, thereby suppressing generation of particles.

【0020】更に、高周波電力に第2の変調をかけるこ
とにより、当該第2の変調による高周波電力オン時のプ
ラズマ発生初期での電子温度遷移を利用して、プラズマ
中のラジカルの発生消滅に大きく寄与する電子温度の制
御が可能になる。即ち、プラズマ中の電子温度は、高周
波電力のオン時に急上昇し(その上昇の仕方は主として
電界強度の時間的変化率(dE/dt)により決まる)
その後下降するという時間遷移を持ち、この遷移領域で
の高周波電力を制御する、より具体的にはその第2の変
調の周期T(即ち周波数)およびデューティー比を制
御することで、プラズマ中の電子温度の制御が可能にな
る。その結果、第1の変調のみでは制御できない、タイ
ムスケジュールのより短いラジカル発生初期段階で、必
要ラジカルの増加と不必要ラジカルの抑制が成されたプ
ラズマ状態を形成維持することができるようになる。従
って、パーティクルの発生を一層抑制することができる
ようになる。上記のことを図面を参照して説明すると、
図4は、第2の変調の周期T が一定で、デューティー
比が小の場合と大の場合の電子温度の変化を示すもので
あり、同図中に破線で示すように、デューティー比を大
きくすると、そのぶん、第2の変調のオフ時に電子温度
が大きく下降する期間が短くなるので、何サイクルか後
の電子温度は、デューティー比が小さい場合に比べて高
くなる。従って、第2の変調のデューティー比によっ
て、プラズマ中の電子温度の制御が可能であることが分
かる。 図5は、第2の変調のデューティー比が一定で、
周期が小の場合と大の場合の電子温度の変化を示すもの
であり、同図中に実線で示すように、周期を小さくする
と、そのぶん、第2の変調のオフ時に電子温度が大きく
下降する期間が短くなるので、何サイクルか後の電子温
度は、周期が大きい場合に比べて高くなる。従って、第
2の変調の周期によっても、プラズマ中の電子温度の制
御が可能であることが分かる。 また、プラズマ中のラジ
カルの生成率は、電子温度によって変わる。例えば、電
子温度が低過ぎると分子の分解があまり進まず、電子温
度が高過ぎると分子の分解が進み過ぎ、いずれの場合も
所望のラジカルを多く得ることはできない。電 子温度を
上記のようにして所望のラジカルに合ったものに制御す
ることによって、ラジカルの発生段階において、必要ラ
ジカルの優先的生成が可能になる。 このように、上記第
1の変調は、ラジカルの寿命の差によって必要ラジカル
の優先的生成(優先的残存)を可能にするものであり、
第2の変調は、ラジカルの発生段階において必要ラジカ
ルの優先的生成を可能にするものであり、このような両
変調を併用することによって、良質な膜形成に寄与する
ラジカルの優先的生成および不必要なラジカルの抑制が
より確実に可能になり、パーティクルの発生を一層抑制
することができる。
Further, by subjecting the high-frequency power to the second modulation, the generation of radicals in the plasma can be largely eliminated by utilizing the electron temperature transition at the initial stage of plasma generation when the high-frequency power is turned on by the second modulation. Control of the contributing electron temperature becomes possible. That is, the temperature of the electrons in the plasma rises sharply when the high-frequency power is turned on (the manner of the rise is mainly determined by the temporal change rate (dE / dt) of the electric field intensity).
It has a time transition of falling thereafter, and controls the high-frequency power in this transition region, more specifically, by controlling the cycle T 2 (that is, frequency) and the duty ratio of the second modulation, so that the Control of electron temperature becomes possible. As a result, it is possible to form and maintain a plasma state in which the number of necessary radicals is increased and unnecessary radicals are suppressed in the initial stage of radical generation having a shorter time schedule, which cannot be controlled only by the first modulation. Therefore, generation of particles can be further suppressed. The above will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 shows that the period T2 of the second modulation is constant and the duty
It shows the change in electron temperature when the ratio is small and when it is large.
Yes, as shown by the broken line in FIG.
When the second modulation is turned off, the electron temperature
After several cycles, the period during which
Electron temperature is higher than when the duty ratio is small.
It becomes. Therefore, depending on the duty ratio of the second modulation,
It is clear that control of the electron temperature in the plasma is possible.
Call FIG. 5 shows that the duty ratio of the second modulation is constant,
Indicates the change in electron temperature when the period is small and when it is large
And the period is reduced as shown by the solid line in FIG.
When the second modulation is off, the electron temperature increases
Since the falling period is short, the electron temperature after several cycles
The degree is higher than when the period is large. Therefore,
Control of the electron temperature in the plasma also depends on the cycle of modulation 2.
It turns out that control is possible. Radiation in plasma
The rate of cull formation depends on the electron temperature. For example,
If the electron temperature is too low, the decomposition of the molecule will not progress very much,
If the degree is too high, the decomposition of the molecule will proceed too much,
Many desired radicals cannot be obtained. The electron temperature
Control to match the desired radical as described above.
In the radical generation stage,
This allows preferential generation of dicals. As described above,
The modulation of 1 depends on the difference in the lifetime of radicals.
To enable the preferential generation (preferential survival) of
The second modulation is required for the radical generation stage.
That allow for the preferential generation of
Contributes to high-quality film formation by using modulation
Preferential generation of radicals and suppression of unnecessary radicals
More reliably possible, further suppressing particle generation
can do.

【0021】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。
By applying the above-mentioned negative bias voltage to the holder / electrode 6, ions (eg, He ions) in a sheath region formed near the surface of the base 2 are accelerated by the bias voltage, and Collides with the surface of the substrate 2, i.e., acts like ion irradiation, and the energy of the ions can promote crystallization of the film on the surface of the substrate 2 even in low-temperature film formation.

【0022】まとめると、上記のような二重変調をかけ
た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、C、Dの4領域が形成される。これは
図2中のA、B、C、Dに対応している。
In summary, the following four regions A, B, C, and D are formed by using the high frequency power and the bias voltage that have been subjected to the double modulation as described above. This corresponds to A, B, C, and D in FIG.

【0023】A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 B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 C領域:負バイアス電圧によるイオン照射、結晶化領域 D領域:電子温度制御を行うためのプラズマ消滅領域
Area A: Plasma annihilation area for annihilating unnecessary radical components B Area: Film formation area of only good-quality radicals in which unnecessary radical components are suppressed C area: Ion irradiation by negative bias voltage, crystallization area D area: Plasma annihilation region for electron temperature control

【0024】このような4領域の連続により、A領域で
の不要ラジカル成分消滅、B領域での例えば1nm以下
の成膜、C領域での当該成膜層の結晶化、が繰り返され
ることになる。
By the continuation of the four regions, the disappearance of the unnecessary radical component in the region A, the film formation of, for example, 1 nm or less in the region B, and the crystallization of the film formation layer in the region C are repeated. .

【0025】上記の場合、高周波電力の第1の変調の周
波数(1/T1 )は、ラジカルの寿命が一般的にmse
c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。また、そのデューティー比
(図2中のt1 /T1 )は、10〜90%の範囲内に選
ぶのが好ましい。
In the above case, the frequency (1 / T 1 ) of the first modulation of the high-frequency power is such that the lifetime of the radical is generally msec.
Since it is in the order of c, it is preferable to select within the range of 100 Hz to 1 KHz. The duty ratio (t 1 / T 1 in FIG. 2) is preferably selected within a range of 10 to 90%.

【0026】また、高周波電力の第2の変調の周波数
(1/T2 )は、電子温度遷移のカーブ等から見て、5
KHz〜5MHzの範囲内に選ぶのが好ましい。また、
そのデューティー比(図2中のt3 /T2 )は、10〜
90%の範囲内に選ぶのが好ましい。
Further, the frequency (1 / T 2 ) of the second modulation of the high-frequency power is 5
It is preferable to select within the range of KHz to 5 MHz. Also,
The duty ratio (t 3 / T 2 in FIG. 2 ) is 10 to
It is preferable to select within the range of 90%.

【0027】また、第2の変調による高周波電力のオン
時点からバイアス電圧のオン時点までの遅延時間t
5 (図2参照)は、第2の変調による高周波電力のオン
期間t3の10〜90%の範囲内に選ぶのが好ましい。
The delay time t from the time when the high-frequency power is turned on by the second modulation to the time when the bias voltage is turned on.
5 (see FIG. 2) is preferably selected within the second 10% to 90% of the range of RF power on period t 3 by the modulation.

【0028】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。
The features of the film forming method as described above are as follows.

【0029】 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。
A crystallized thin film can be formed at a low film formation temperature that cannot be formed by a conventional plasma CVD method.

【0030】 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。
Since the radicals can be controlled, a crystallized thin film with few particles can be formed.

【0031】 第1の変調のみでは制御できない、プ
ラズマ中の電子温度、更には電子密度の制御が第2の変
調によって可能になるため、ラジカルの選択性が一層向
上すると共に、バイアス電圧によるイオン励起に加え
て、膜の結晶化をより促進させる電子励起が可能にな
る。
The control of the electron temperature and further the electron density in the plasma, which cannot be controlled only by the first modulation, is made possible by the second modulation, so that the selectivity of radicals is further improved and the ion excitation by the bias voltage is performed. In addition to the above, electronic excitation that further promotes crystallization of the film becomes possible.

【0032】 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。
Post-processing (high-temperature annealing, laser annealing, etc.) for obtaining a polycrystalline film becomes unnecessary, and the process can be simplified accordingly.

【0033】 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。
If a continuous bias voltage is applied to the holder / electrode 6 and the substrate 2 or the film is an insulator, the surface of the film is charged by the incidence of ions and ion irradiation cannot be performed. In this case, the charge on the surface of the film can be released, whereby stable ion irradiation becomes possible.

【0034】 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
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。
By selecting the magnitude of the negative bias voltage applied to the holder / electrode 6, the ion irradiation energy necessary for crystallization of the film is secured, and the plasma 18
Damage in the film due to high-speed electrons existing therein can be prevented.

【0035】 非常に薄い膜(例えば数〜数十原子
層)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。
Since the formation of a very thin film (for example, several to several tens of atomic layers) and the crystallization thereof are repeated, the smoothness of the film surface is greatly improved as compared with the crystallization by heat treatment. .

【0036】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。
To describe a more specific example, a silicon film was formed on the surface of the substrate 2 under the following conditions.

【0037】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%SiH4/He 成膜時の真空容器内ガス圧:5×10-2Torr 基板温度:250℃ 元となる高周波周波数:13.56MHz 第1の変調の周波数:800Hz、デューティー比:2
0% 第2の変調の周波数:100KHz、デューティー比:
50% 高周波電力の大きさ:200W 負バイアス電圧の遅延時間t5 :2.5μsec 負バイアス電圧の大きさ:100V
Substrate 2: 100 mm square substrate Size of electrodes 6, 8: 300 mm square Distance between substrate and electrode 8: 50 mm Source gas 16: 10% SiH 4 / He Gas pressure in vacuum vessel during film formation: 5 × 10 -2 Torr Substrate temperature: 250 ° C. Original high frequency frequency: 13.56 MHz First modulation frequency: 800 Hz, duty ratio: 2
0% Second modulation frequency: 100 KHz, duty ratio:
50% High-frequency power level: 200 W Negative bias voltage delay time t 5 : 2.5 μsec Negative bias voltage level: 100 V

【0038】その結果、平滑性が従来の約100分の1
(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。
As a result, the smoothness is reduced to about 1/100 of the conventional one.
(The smaller the smaller, the better the smoothness), and a polycrystalline silicon film with good film quality was formed.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、上記の
ような二重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。
As described above, according to the present invention, preferential generation of radicals contributing to high-quality film formation and suppression of unnecessary radicals are achieved by using high-frequency power subjected to double modulation as described above. And generation of particles can be suppressed.

【0040】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。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。
In addition, by applying the above-mentioned negative bias voltage to the holder / electrode, the energy of ions in the sheath region formed near the surface of the base, which collides with the film, can be used even in low-temperature film formation. In addition, crystallization of the film can be promoted. As a result, post-processing for obtaining a polycrystalline film becomes unnecessary, and the process can be simplified accordingly.

【0041】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, since the formation of a very thin film and the crystallization thereof are repeated, a crystallized thin film having a better film surface smoothness can be formed as compared with the crystallization by heat treatment. .

【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。
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a plasma CVD apparatus used for carrying out 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。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a high-frequency power and a bias voltage in the device of 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。
FIG. 3 is a schematic view showing an example of a conventional plasma CVD apparatus.

【図4】FIG. 4 第2の変調の周期が一定で、デューティー比がThe period of the second modulation is constant and the duty ratio is
小の場合と大の場合の電子温度の変化の例を示す概略図Schematic diagram showing examples of changes in electron temperature for small and large cases
である。It is.

【図5】FIG. 5 第2の変調のデューティー比が一定で、周期がThe duty ratio of the second modulation is constant and the period is
小の場合と大の場合の電子温度の変化の例を示す概略図Schematic diagram showing examples of changes in electron temperature for small and large cases
である。It is.

【符号の説明】[Explanation 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 container 6 Holder / electrode 8 Discharge electrode 14a High frequency power supply 18 Plasma 24 Bias power supply

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【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
を断続させる第1の変調と、この第1の変調よりも短い
周期で断続させる第2の変調と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
第2の変調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。
1. A thin film forming method for forming a thin film on a surface of a substrate by a plasma CVD method in which plasma is generated by a high-frequency discharge between a holder / electrode holding the substrate and a discharge electrode facing the holder, the discharge electrode comprising: A high-frequency power obtained by applying a first modulation for intermittently transmitting an original high-frequency signal and a second modulation for intermittently transmitting the original high-frequency signal at a period shorter than the first modulation between the original high-frequency signal and the holder / electrode; And applying a negative bias voltage intermittently in synchronization with the second modulation of the high-frequency power to the holder / electrode.
【請求項2】 前記高周波電力の第1の変調の周波数が
100Hz〜1KHzの範囲内、デューティー比が10
〜90%の範囲内にあり、第2の変調の周波数が5KH
z〜5MHzの範囲内、デューティー比が10〜90%
の範囲内にあり、前記バイアス電圧のオン期間が第2の
変調による高周波電力のオン期間内にあり、かつ第2の
変調による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第2の変調による高周波電
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。
2. The frequency of the first modulation of the high-frequency power is in the range of 100 Hz to 1 KHz and the duty ratio is 10
9090% and the frequency of the second modulation is 5 KH
The duty ratio is 10 to 90% within the range of z to 5 MHz.
And the on-period of the bias voltage is within the on-period of the high-frequency power by the second modulation, and the delay time from the on-time of the high-frequency power by the second modulation to the on-time of the bias voltage. 2. The thin film forming method according to claim 1, wherein the ON period of the high frequency power by the second modulation is within a range of 10 to 90%.
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