JPH06291048A - 薄膜形成方法 - Google Patents
薄膜形成方法Info
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- JPH06291048A JPH06291048A JP4200220A JP20022092A JPH06291048A JP H06291048 A JPH06291048 A JP H06291048A JP 4200220 A JP4200220 A JP 4200220A JP 20022092 A JP20022092 A JP 20022092A JP H06291048 A JPH06291048 A JP H06291048A
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- Japan
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 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。 【構成】 放電電極８とホルダ兼電極６との間に、高周
波電源１４ａから、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。かつ、
ホルダ兼電極６に、バイアス電源２４から、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。
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。 【構成】 放電電極８とホルダ兼電極６との間に、高周
波電源１４ａから、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。かつ、
ホルダ兼電極６に、バイアス電源２４から、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。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
な従来の成膜方法には、次のような問題がある。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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、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。
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、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。
【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。
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。
【００１３】
【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。
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。
【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。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。
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。
【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。
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。
【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
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。このバイアス電圧のオン期間は高周波電力のオ
ン期間ｔ1 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。
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。このバイアス電圧のオン期間は高周波電力のオ
ン期間ｔ1 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。
【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。
１０Ｖ〜１ＫＶの範囲内にする。
【００１８】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ＳiＨ2ラジカル、ＳiＨラジカルとが
混在する。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Ｓi
Ｈ3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ｔ
2 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。
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ＳiＨ2ラジカル、ＳiＨラジカルとが
混在する。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Ｓi
Ｈ3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ｔ
2 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。
【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。
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。
【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、
Ｃの３領域が形成される。これは図２中のＡ、Ｂ、Ｃに
対応している。
イアス電圧とを用いることにより、次のようなＡ、Ｂ、
Ｃの３領域が形成される。これは図２中のＡ、Ｂ、Ｃに
対応している。
【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
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
【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。
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。
【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。
（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。
【００２４】また、当該変調のデューティー比（図２中
のｔ1 ／Ｔ）は、１０〜９０％の範囲内に選ぶのが好ま
しい。
のｔ1 ／Ｔ）は、１０〜９０％の範囲内に選ぶのが好ま
しい。
【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ｔ3（図２参照）は、高
周波電力のオン期間ｔ1 の１０〜９０％の範囲内に選ぶ
のが好ましい。
電圧のオン時点までの遅延時間ｔ3（図２参照）は、高
周波電力のオン期間ｔ1 の１０〜９０％の範囲内に選ぶ
のが好ましい。
【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。
次のとおりである。
【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。
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。
【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。
ーティクルの少ない結晶化薄膜の形成が可能である。
【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。
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。
【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。
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。
【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
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。
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。
【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。
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。
【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。
うな条件で基体２の表面にシリコン膜を形成した。
【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％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 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ｔ3 ：０．３ｍｓｅｃ 負バイアス電圧の大きさ：１００Ｖ
【００３５】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。
（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。
【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。
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。
【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。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。
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。
【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。
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。
【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。
一例を示す概略図である。
【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。
の一例を示す図である。
【図３】従来のプラズマＣＶＤ装置の一例を示す概略図
である。
である。
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
Claims (2)
- 【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、
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。 - 【請求項２】 前記高周波電力の変調の周波数が１００
Ｈｚ〜１ＫＨｚ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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4200220A JP2646941B2 (ja) | 1992-07-02 | 1992-07-02 | 薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4200220A JP2646941B2 (ja) | 1992-07-02 | 1992-07-02 | 薄膜形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06291048A true JPH06291048A (ja) | 1994-10-18 |
| JP2646941B2 JP2646941B2 (ja) | 1997-08-27 |
Family
ID=16420809
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4200220A Expired - Fee Related JP2646941B2 (ja) | 1992-07-02 | 1992-07-02 | 薄膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2646941B2 (ja) |
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1992
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