JP2748781B2 - Method of forming silicon film - Google Patents

Method of forming silicon film

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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法によって基板上にシリコン膜を形成す
る方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a silicon film on a substrate by a plasma CVD method using high-frequency discharge.

【0002】[0002]

【先行技術】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。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、電極6とホルダ兼電極
8とを対向させて収納している。ホルダ兼電極8は接地
されており、その上に成膜しようとする基板2が載せら
れる。基板2は例えばヒータ10によって加熱される。
FIG. 3 is a schematic view showing an example of a conventional plasma CVD apparatus. The electrode 6 and the holder / electrode 8 are accommodated in a vacuum vessel 4 evacuated by a vacuum evacuation device (not shown). The holder / electrode 8 is grounded, and the substrate 2 on which a film is to be formed is placed thereon. The substrate 2 is heated by, for example, a heater 10.

【0003】両電極6、8間には、マッチングボックス
12を介して高周波電源14から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。
A high-frequency power is supplied between a pair of electrodes 6 and 8 from a high-frequency power supply 14 via a matching box 12. This high frequency power is conventionally a continuous sine wave,
Its frequency is usually 13.56 MHz.

【0004】真空容器4内には、成膜用の原料ガス16
が導入される。この原料ガス16は、従来はシランガス
(SiH4)と水素(H2)ガスとの混合ガスである。
In a vacuum vessel 4, a source gas 16 for film formation is provided.
Is introduced. The source gas 16 is conventionally a mixed gas of silane gas (SiH 4 ) and hydrogen (H 2 ) gas.

【0005】このような装置において、真空容器4内に
上記のような原料ガス16を導入して真空容器4内を例
えば数百mTorr程度にすると共に、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
板2の表面にシリコン膜が形成される。
In such an apparatus, the above-described raw material gas 16 is introduced into the vacuum vessel 4 to make the inside of the vacuum vessel 4 about several hundred mTorr, for example, and a high-frequency power source 14 When power is supplied, 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), whereby a silicon film is formed on the surface of the substrate 2.

【0006】ところでこのようなプラズマ18中には、
良質なシリコン膜を形成するのに寄与するラジカル(活
性種)と、膜形成に不必要でパーティクル発生の原因と
なるラジカルとが混在するが、上記のような従来の方法
では、不必要なラジカルの発生を抑制する手段がなく、
パーティクルの発生を抑制することができないという問
題があった。
By the way, in such a plasma 18,
Radicals (active species) contributing to the formation of a high-quality silicon film and radicals unnecessary for film formation and causing particles are mixed, but in the above-described conventional method, unnecessary radicals are used. There is no means to suppress the occurrence of
There is a problem that generation of particles cannot be suppressed.

【0007】これを解決するものとして、同一出願人
は、二重変調をかけた高周波電力を用いる成膜方法を開
発した。図1の装置は、この成膜方法を実施するもので
あり、ここでは従来の高周波電源14の代わりに、任意
の信号波形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、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(即ち二重変調をかけた)高周
波電力を、前述した電極6に供給するようにしている。
To solve this problem, the same applicant has developed a film forming method using high-frequency power with double modulation. The apparatus shown in FIG. 1 implements this film forming method. Here, instead of the conventional high-frequency power supply 14, a high-frequency signal generator 20 capable of generating an arbitrary signal waveform and a high-frequency signal from the high-frequency signal generator 20 are generated. A high frequency power supply 14a composed of a high frequency power amplifier 22 for power amplification is used. As a result, as shown in FIG. 2, the first modulation for intermittently changing the original high-frequency signal with a period T and the second modulation for intermittently changing the period with a period shorter than the first modulation are performed. (That is, double modulated) is supplied to the electrode 6 described above.

【0008】このような二重変調をかけた高周波電力を
用いることにより、プラズマ18中のラジカルの発生消
滅に大きく寄与する電子温度を制御することが可能にな
り、これによって、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。
By using such high frequency power with double modulation, it becomes possible to control the electron temperature which greatly contributes to the generation and extinction of radicals in the plasma 18, thereby enabling the formation of a high quality film. Priority generation of contributing radicals and suppression of unnecessary radicals are possible,
Generation of particles can be suppressed.

【0009】上記高周波電力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 that is the source of the high-frequency power is
For example, it is a 13.56 MHz sine wave signal as in the conventional example, but is not limited thereto.

【0010】また、上記高周波電力の第1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、400Hz〜1KHzの範囲内
に選ぶのが好ましい。また、電子温度遷移のカーブ等か
らみて、第2の変調の間隔は、オン期間t1 を0.5μ
sec〜100μsecの範囲内に、オフ期間t2 を3
μsec〜100μsecの範囲内に選ぶのが好まし
い。
The frequency (1 / T) of the first modulation of the high-frequency power is preferably selected from the range of 400 Hz to 1 KHz, since the lifetime of radicals is generally on the order of msec. In view of the electron temperature transition curve and the like, the interval of the second modulation is such that the ON period t 1 is 0.5 μm.
The off period t 2 is set to 3 within the range of
It is preferable to select within the range of μsec to 100 μsec.

【0011】[0011]

【発明の目的】上記二重変調をかけた高周波電力を用い
る成膜方法によれば、パーティクル発生の抑制が可能に
なるが、シリコン膜の成膜速度が低く(但し、従来技術
と比較すると成膜速度は向上している)、この点になお
改善の余地があることが分かった。
According to the film forming method using the high frequency power subjected to the double modulation, it is possible to suppress the generation of particles, but the film forming speed of the silicon film is low (however, compared with the prior art, the film forming speed is low). It has been found that there is still room for improvement in this respect.

【0012】そこでこの発明は、上記のような二重変調
をかけた高周波電力を用いる成膜方法を更に改善して、
パーティクル発生の抑制と共に、高速成膜を可能にした
成膜方法を提供することを主たる目的とする。
Therefore, the present invention further improves the film forming method using the high frequency power obtained by applying the double modulation as described above,
A main object of the present invention is to provide a film forming method that enables high-speed film formation while suppressing generation of particles.

【0013】[0013]

【目的達成のための手段】上記目的を達成するため、こ
の発明のシリコン膜の形成方法は、原料ガスにシランガ
スと不活性ガスとの混合ガスを用い、かつ前述したよう
な電極に、元となる高周波信号に対して、当該元となる
高周波信号を断続させる第1の変調と、この第1の変調
のオン期間中に当該第1の変調よりも短い周期で前記元
となる高周波信号を更に断続させる第2の変調とをかけ
た高周波電力を供給することを特徴とする。
Means for Achieving the Object To achieve the above object, a method of forming a silicon film according to the present invention uses a mixed gas of a silane gas and an inert gas as a raw material gas, and uses the above-described electrode as a raw material. relative becomes a high-frequency signal, and the source
A first modulation for intermittently transmitting a high-frequency signal , and the first modulation
The During the ON period first the source at a period shorter than the modulation
A high-frequency power that is subjected to a second modulation for further intermittently transmitting a high-frequency signal is supplied.

【0014】[0014]

【作用】従来の成膜方法や前述した二重変調をかけた高
周波電力を用いる成膜方法でシリコン膜の成膜速度が低
いのは、種々検討した結果、原料ガスにシランガスと水
素ガスとの混合ガスを用いており、このガスを用いたS
iH4+H2 プラズマ中に形成されるH2 ラジカルによっ
て、基板上に形成されるアモルファスシリコン層がエッ
チングされるのが一因であることが分かった。
The low deposition rate of the silicon film in the conventional deposition method and the deposition method using the high frequency power with the above-mentioned double modulation was examined by various studies. A mixed gas is used, and S
It has been found that one of the causes is that the amorphous silicon layer formed on the substrate is etched by H 2 radicals formed in the iH 4 + H 2 plasma.

【0015】これに対して、この発明のように、原料ガ
スにシランガスと不活性ガスとの混合ガスを用いると、
プラズマ中のH2 ラジカルが大幅に減るので、それによ
るアモルファスシリコン層のエッチング効果が抑制さ
れ、成膜速度が向上する。即ち、高速成膜が可能にな
る。
On the other hand, when a mixed gas of silane gas and inert gas is used as a raw material gas as in the present invention,
Since the H 2 radicals in the plasma are significantly reduced, the effect of etching the amorphous silicon layer due to the H 2 radicals is suppressed, and the deposition rate is improved. That is, high-speed film formation becomes possible.

【0016】また、この発明の場合も、前述したような
二重変調をかけた高周波電力を用いるので、パーティク
ル発生の抑制および緻密で良質の成膜が可能である。
Also in the case of the present invention, since the high frequency power subjected to the double modulation as described above is used, it is possible to suppress the generation of particles and to form a dense and high quality film.

【0017】[0017]

【実施例】図1に示した装置を用いて、かつ図2に示し
たような二重変調をかけた高周波電力を用いて、次のよ
うな条件で基板2上にシリコン膜を形成した。
EXAMPLE A silicon film was formed on a substrate 2 under the following conditions using the apparatus shown in FIG. 1 and high-frequency power subjected to double modulation as shown in FIG.

【0018】原料ガス16:SiH4+He 基板2:100mm角のガラス基板 電極6、8のサイズ:300mm角 基板と電極6間の距離:50mm 元となる高周波の周波数:13.56MHz 第1変調の周波数:1KHz 第2変調の間隔:オン期間t1 =10μsec オフ期間t2 =10μsec ガス流量:SiH4 30ccm He 250ccm 成膜時の真空容器内ガス圧:0.1Torr 基板温度:250℃ 高周波出力:200WSource gas 16: SiH 4 + He substrate 2: 100 mm square glass substrate Size of electrodes 6, 8: 300 mm square Distance between substrate and electrode 6: 50 mm Original high frequency frequency: 13.56 MHz First modulation Frequency: 1 KHz Second modulation interval: ON period t 1 = 10 μsec OFF period t 2 = 10 μsec Gas flow rate: SiH 4 30 ccm He 250 ccm Gas pressure in vacuum vessel at the time of film formation: 0.1 Torr Substrate temperature: 250 ° C. High frequency output: 200W

【0019】その結果、基板2上にシリコン膜を約50
nm/minの成膜速度で形成することができた。ちな
みに、同条件の場合の前述したSiH4+H2 ガス使用で
二重変調方式による方法の成膜速度は、約25nm/m
inであり、それに比べてこの実施例では2倍の成膜速
度が得られた。
As a result, a silicon film is formed on the substrate 2 by about 50
A film could be formed at a film formation rate of nm / min. By the way, under the same conditions, the film formation rate of the above-described method using the double modulation method using the SiH 4 + H 2 gas is about 25 nm / m.
In this example, the film formation rate was twice as high in this example.

【0020】また、上記実施例の場合の、基板2の表面
での直径0.3μm以上のパーティクル密度は、30個
/100mm角であり、前述したSiH4+H2 ガス使用
で二重変調方式による方法の場合と同程度のパーティク
ル抑制効果が得られた。
In the case of the above embodiment, the density of particles having a diameter of 0.3 μm or more on the surface of the substrate 2 is 30 particles / 100 mm square, and a double modulation method is used by using the above-mentioned SiH 4 + H 2 gas. The same degree of particle suppression effect as that of the method was obtained.

【0021】また、上記実施例の場合、シリコン膜中へ
のHe の混入もなく、シリコン膜の光学的バンドギャッ
プも1.8〜1.9eVと大きく(ちなみに理想値は
1.9eV)、膜特性も良好であることが確かめられ
た。
Further, in the case of the above embodiment, there is no mixing of He into the silicon film, and the optical band gap of the silicon film is as large as 1.8 to 1.9 eV (the ideal value is 1.9 eV). It was confirmed that the characteristics were also good.

【0022】しかも上記実施例の場合、爆発性ガスであ
るH2 に替えて不活性ガスであるHe を用いているた
め、安全性が高まるという効果も得られる。
In addition, in the case of the above-described embodiment, since the inert gas He is used instead of the explosive gas H 2 , the effect of increasing the safety can be obtained.

【0023】なお、シランガスと混合する不活性ガスに
は、Ne 等のHe 以外の不活性ガスを用いても良く、そ
の場合でも、He の場合と同様に、H2 ラジカルによる
アモルファスシリコン層のエッチング効果を抑えること
ができるので、成膜速度を高めることができる。
As the inert gas mixed with the silane gas, an inert gas other than He such as Ne may be used. Even in such a case, the etching of the amorphous silicon layer by H 2 radicals is performed similarly to the case of He. Since the effect can be suppressed, the deposition rate can be increased.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、原料ガ
スにシランガスと不活性ガスとの混合ガスを用いること
で、プラズマ中のH2 ラジカルが大幅に減るので、それ
によるアモルファスシリコン層のエッチング効果が抑制
され、高速成膜が可能になる。
As described above, according to the present invention, the use of a mixed gas of a silane gas and an inert gas as a source gas greatly reduces H 2 radicals in the plasma. The etching effect is suppressed, and high-speed film formation becomes possible.

【0025】しかも、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、膜形成に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。
Moreover, by using the high-frequency power subjected to the double modulation as described above, it is possible to suppress radicals unnecessary for film formation and to suppress generation of particles.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例に用いたプラズマ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 in an embodiment.

【図2】二重変調をかけた高周波電力の波形の一例を示
す概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a waveform of a high frequency power subjected to double modulation.

【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.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 基板 6 電極 8 ホルダ兼電極 14a 高周波電源 16 原料ガス 18 プラズマ 2 Substrate 6 Electrode 8 Holder / Electrode 14a High frequency power supply 16 Source gas 18 Plasma

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電極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法によって基板上にシリコン
膜を形成する方法において、原料ガスにシランガスと不
活性ガスとの混合ガスを用い、かつ前記電極に、元とな
る高周波信号に対して、当該元となる高周波信号を断続
させる第1の変調と、この第1の変調のオン期間中に当
該第1の変調よりも短い周期で前記元となる高周波信号
を更に断続させる第2の変調とをかけた高周波電力を供
給することを特徴とするシリコン膜の形成方法。
1. A method for forming a silicon film on a substrate by a plasma CVD method in which plasma is generated by high-frequency discharge between electrodes, wherein a mixed gas of a silane gas and an inert gas is used as a source gas, and A first modulation for intermittently interposing the original high-frequency signal with respect to the original high-frequency signal is performed during an ON period of the first modulation.
The original high-frequency signal with a shorter period than the first modulation
And supplying a high-frequency power with a second modulation that further interrupts the process.
【請求項2】 前記第1の変調の周波数が400Hz〜
1KHzの範囲内にあり、かつ前記第2の変調のオン期
間が0.5μsec〜100μsecの範囲内、オフ期
間が3μsec〜100μsecの範囲内にある請求項
1記載のシリコン膜の形成方法。
2. The method according to claim 1, wherein the frequency of the first modulation is 400 Hz or more.
2. The method for forming a silicon film according to claim 1, wherein the ON period of the second modulation is within a range of 0.5 to 100 [mu] sec, and the OFF period is within a range of 3 to 100 [mu] sec.
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