KR100241817B1 - 박막형성법 - Google Patents

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니시무로 타이죠
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Abstract

본 발명은 유리기판과 같은 피처리기체 상에 플라즈마CVD법에 의해 박막을 형성하는 박막형성법에 관한 것으로서, 가스도입구를 갖는 진공용기내에 피처리기체를 얹어 설치하고 가스도입구에 진공용기내에 반응가스를 도입하면서 그 반응가스에 고주파전력을 인가하므로써 플라즈마를 발생시켜서 피처리기판 상에 반응가스의 반응생성물로 이루어진 박막을 형성시키는 방법에 있어서, 반응가스의 도입에 앞서 단독으로는 플라즈마 상태에서 박막형성 능력을 갖지 않는 상기 반응가스를 구성하는 성분가스 또는 복수의 반응가스를 사용하는 경우의 반응가스이고 그 자체로는 실질적으로 박막형성 능력을 갖지 않는 가스로 이루어진 방전용 가스를 도입하면서 그 방전용 가스에 고주파전력을 인가하여 플라즈마를 발생시켜 전(前)처리를 실시하며, 그 후 실질적으로 플라즈마 상태를 유지한 채로 방전용 가스를 대신해서 반응가스를 도입하여 피처리기판 상에 박막을 형성시키고, 고진공조작을 필요로 하지 않고 박막을 형성하는 것이 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

[발명의 명칭]
박막형성법
[기술분야]
본 발명은 유리기판과 같은 피처리기체 위에 플라즈마CVD법에 의해 박막을 형성하는 박막형성법에 관한 것이다.
[배경기술]
종래부터 기판상에 복수층의 박막을 형성하는 방법으로서 평행평판전극을 설치한 복수의 성막실을 갖는 CVD장치를 사용하여 성막을 실시하는 방법이 알려져 있다.
이하, 제6도의 플로우차트에 기초하여 종래의 평행평판전극을 설치한 복수의 성막실을 갖는 CVD장치에 의해 기판상에 질화실리콘막(막 종류A), 아몰퍼스실리콘막(막 종류B)를 형성하는 방법을 설명한다.
우선 막종A 성막용의 성막실Ⅰ에 유리기판과 같은 기판을 반입하여 평형평판전극의 하부 전극상에 설치한다(1). 고진공상태(예를들어 1×10-1Pa이하)까지 성막전(前) 배기를 실시(2)하고, 막 종류A의 성막에 필요한 반응가스A(모노실란, 암모니아 또는 질소)를 상기 성막실Ⅰ에 도입하여 조압을 실시하여 플라즈마방전이 가능한 입력상태로 하고(3), 고주파전원에 대향 전극으로 전력을 공급하여 플라즈마 방전을 개시시켜 기판상에 박막A를 퇴적시킨다(4). 소정시간 방전을 계속한 후 고주파전원에서의 전력의 공급을 차단하여 플라즈마방전을 정지시키고 동시에 반응가스A의 공급도 정지한다(5). 성막실Ⅰ내를 상기 고진공상태(예를 들어 1×10-1Pa이하)로 배기하며(6), 배기된 성막실Ⅰ에서 박막A가 형성된 기판을 진공을 깨지않고 반출하고(7), 이것을 막 종류B형성용의 성막실Ⅱ로 반입한다(8). 성막실Ⅱ에 있어서도 성막실Ⅰ에 따르는 것과 같이, 성막전배기(9), 반응가스B(모노시란, 수소)의 도입, 조압(10), 소정시간 플라즈마 방전 계속(11), 플라즈마방전정지(반응가스B정지)(12), 성막후 배기(13)를 순차적으로 실시한 후, 기판의 반출을 실시한다(14).
상기 (2), (9)의 성막전 배기는 불순물 가스를 배기하고 기판표면 및 방전공간을 가능한 한 청정하게 하고, 기판과 형성되는 박막의 경계면 및 박막자체로의 불순물의 혼입을 방지할 목적으로 실시되는 것이다. 박막 트랜지스터의 제조시 이 목적을 달성하기 위해서는, 조압시 압력을 100Pa로 할 때 1/1000의 압력, 즉 1×10-1Pa이하로 해야한다. 따라서 이 성막전 배기에는 충분한 배기능력을 갖는 광역터보분자 펌프가 사용되고, 60초정도에 걸쳐서 이 압력까지 감압된다. (3), (10)의 반응가스 A, B의 도입, 조압에서는, 성막전 배기에 의해 청정분위기가 된 성막실 내로 반응가스만이 도입되고 방전개시전 약 30초 동안에 걸쳐서 방전지속에 필요한 일정압력상태로 유지된다. 이 가스도입에는 유량제어기구가 사용되고 조압에는 자동제어식 드로틀밸브가 사용된다. 반응가스에 의해 성막실이 일정 압력으로 된 후, (4) 또는 (11)의 플라즈마방전이 개시된다. 막 두께의 조정은 (5), (12)의 방전 정지까지의 플라즈마방전의 지속시간을 제어하므로써 실시된다.
구체적으로는, 막 종류A(질화실리콘)를 두께 400nm, 막 종류B(아몰퍼스실리콘)를 두께 300nm로 형성하기에는, 각각 120초, 360초의 플라즈마방전이 필요하고, 방전정지와 동시에 반응가스의 공급을 정지한 다음, 즉시(6), (13)의 성막후 배기가 실시된다. 이 배기의 목적은 상기 서술한 성막전 배기와 같고, 성막전 배기와 같이, 충분한 배기능력을 갖는 광역터보분자펌프로 90초 동안에 걸쳐서 배기가 실시된다.
상기와 같은 막 종류A(질화실리콘), 막 종류B(아몰퍼스실리콘)를 가지는 박막트랜지스터를, 평행평판플라즈마CVD법을 사용하여 진공중에서 연속적으로 기판상에 성막하는 경우에는 2개의 성막실이 필요하고, 성막에는 전체 840초의 시간이 필요하다.
상기와 같은 종래의 CVD장치를 사용하여 성막하는 경우에는 성막전에 성막실을 청정분위기로 하기 위해 고진공으로 하는 것이 실시되고 있고, 이 때문에 충분한 배기능력을 가지는 광역터보분자펌프를 필요로 하며 성막실을 필요한 진공도로 하기까지는 성막 전후에 성막에 필요한 시간과 같거나 그 이상의 배기시간이 필요하게 된다는 문제가 있다.
또한, 종래의 CVD장치에서는 복수층에 적층된 막을 형성하기 위해서 막 종류의 수와 같은 수의 성막실이 필요하게 되고, 이 때문에 장치 비용이 증가하며 장치의 크기가 커져 넓은 설치면적을 필요로 하는 문제가 있다.
또한, 막 두께의 제어는 방전시간의 관리에 의해 실시되기 때문에 실제의 방전개시시각을 확실히 검토하는 것이 곤란하며, 막 두께를 재현성 좋게 제어하는 것이 곤란하다는 문제도 있다.
또한, 제7도에 도시된 바와 같이 고주파전력원에서 전력을 인가(印加)할 때 방전개시 후 전극판에서의 반사파가 커져, 이 때문에 그 후 반사파가 적어져서 안정되기까지 초기 플라즈마의 상태는 그 후의 플라즈마의 상태와 다르고, 퇴적 초기의 막질이 그 후의 막질과 다르게 되는 문제가 있다. 이 문제는 막의 퇴적 속도를 증가시키면 시킬 수록, 즉 인가(印加)하는 전력, 반응가스의 공급량을 증가시키면 시키는 만큼 현저해진다. 따라서 양호한 퇴적초기의 막질을 얻고자 하면 퇴적속도를 빠르게 할 수 없고, 성막 소요시간이 증대하여 생산성이 저하된다.
따라서 본 발명의 주된 목적은 배기수단으로서 광역터보분자펌프와 같이 고진공에 도달 가능한 것을 필요로 하지 않는 박막형성방법을 제공하는 것에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 복수층에 적층(積層)된 막을 단일의 성막실에서 연속적으로 성막할 수 있고, 따라서 장치를 소형화할 수 있는 박막형성방법을 제공하는 것에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 막의 두께 및 막질이 균일한 복수층에 적층된 막을 제조할 수 있는 박막형성방법을 제공하는 것에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 성막소요시간이 짧고 생산성이 양호한 박막형성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명의 다른 목적은 반도체막을 포함하는 복수층에 적층된 막으로 이루어진 특성이 뛰어난 반도체장치를 제조하는 방법을 제공하는 것에 있다.
[발명의 개시]
본 발명에 따른 박막형성법은 가스도입구를 갖는 진공용기내에 피처리기체(被處理基體)를 설치하고, 상기 가스도입구에서 상기 진공용기내에 한 종류 내지는 2종류 이상의 반응가스를 도입하면서 그 반응가스에 고주파전력을 인가하므로써 플라즈마를 발생시키고, 상기 피처리기판 상에 반응가스의 반응생성물로 이루어진 박막을 형성시키는 방법에 있어서, 상기 반응가스의 도입에 앞서, 단독으로는 플라즈마 상태에서 실질적으로 박막형성 능력을 갖지 않는 상기 반응가스를 구성하는 성분가스, 즉 상기 두 종류 이상의 반응가스에 포함되는 한 종류 이상의 가스이고, 그 자체로는 실질적으로 박막형성 능력을 갖지않는 가스로 이루어진 방전용 가스를 도입하면서 그 방전용 가스에 고주파전력을 인가하여 플라즈마를 발생시켜 전(前)처리를 실시하고, 그 후 실질적으로 플라즈마 발생조건을 변화시키지 않고 상기 방전용 가스를 대신하여 상기 반응가스를 도입하고 상기 피처리기판 상에 박막을 형성시키는 것을 특지응로 하고 있다.
본 발명에 사용되는 가스도입구를 가지는 진공용기로서는 공지된 평행평판형플라즈마CVD장치를 예로 든다.
평행평판형플라즈마 발생장치는 일반적으로 복수의 가스도입구를 가지고 내부에 상하로 평행한 한 쌍의 평판전극을 설치한 진공용기(성막실)와 이 진공용기에 반응가스를 공급하는 반응가스공급계, 평행평판전극에 13.56MHz의 고주파전압을 인가하는 고주파전원등으로 구성되어 있다.
성막은 하부 전극상에 피처리기판을 설치하고 가스도입구에서 전(前)공정에 방전용 가스 다음에 반응가스를 도입하면서 평행평판전극에 고주파전력을 인가하여 플라즈마를 발생시키므로써 실시된다.
전(前)처리공정에 있어서는 방전용 가스로서 다음 공정의 반응이(a), 아몰퍼스실리콘막의 형성인 경우에는 실란가스를 구성하는 수소가스가 사용되고, (b)질화실리콘막의 형성인 경우에는 실란가스를 구성하는(1)수소가스, (2)질소가스 또는 (3)실란가스를 구성하는 원소인 수소와 질소가스를 구성하는 원소인 질소의 화합물인 암모니아가스가 사용되며, (c)산화실리콘막의 형성인 경우에는 산소가스가 사용된다.
특히 반도체막을 포함하는 복수층으로 이루어진 반도체장치의 제조에 있어서 다음 공정의 반응이 아몰퍼스실리콘막의 형성일 때, 방전용 가스로 수소가스를 사용하면 아몰퍼스실리콘의 경계면에 Si-H의 결합이 발생하여 반도체장치의 특성을 개선하는 효과가 있다.
본 발명에 있어서, 진공용기내의 가스압력은 형성되는 막에 의해 100∼300Pa의 범위로 설정된다. 본 발명에 있어서, 전(全)조작과정을 통해 진공용기내를 10Pa보다 낮은 진공으로 할 필요는 없고, 따라서 광역터보분자펌프와 같은 배기능력이 큰 진공펌프를 사용할 필요는 없다.
본 발명에 있어서, 예를 들어 평행평판전극형CVD장치를 사용한 성막은 다음과 같이 실시된다.
우선 평행평판전극의 하부전극상에 피처리기관, 예를 들어 유리기판을 놓고 방전용 가스를 도입하면서 고주파전원에서 평행평판전극 사이에 13.56MHz의 고주파 전력을 인가한다. 이 때, 전(全)처리가스의 유량, 가스압, 전극간의 거리, 공급전력은 형성하는 막의 종류에 맞게 미리 설정된 값으로 한다.
이 플라즈마 방전에 의해 피처리기판의 표면은 청정화된다. 소정시간 방전을 계속하여 방전상태가 안정된 후, 방전용 가스의 공급의 정지되고 반응가스가 공급된다. 이 때, 반응가스의 공급에 앞서 형성되어야 하는 막의 종류에 알맞게 전극간 거리가 조정된다. 가스압력, 공급전력을 변화시킬 필요는 없지만, 조정할 수도 있다. 이 경우 방전용 가스의 공급압력은 반응가스공급압력의 10∼100%의 범위내, 방전용 가스의 공급하에서의 전력설정치는 반응가스 공급하에서의 전력설정치의 50∼100%의 범위내로 한다.
방전용 가스하에서의 플라즈마방전의 시간은 상기 반응가스하에서의 플라즈마방전시간을 1로 했을 때, 0.1∼0.4의 범위인 것이 바람직하고, 또한 플라즈마방전을 유지한 채로 방전용 가스를 대신하여 반응가스를 도입할 때 가스압력 및 방전전력을 일정하게 한 채로 반응가스의 도입을 실시하는 것이 바람직하다.
복수층의 적층된 막을 형성하는 경우에는 소정시간 동안 제1의 성막을 실시한 후, 반응가스의 공급을 정지하고 플라즈마 방전을 유지한 채로 제2의 막에 알맞는 방전용 가스를 도입하여 같은 공정을 반복한다.
본 발명은 질화살리콘-아몰퍼스실리콘-질화실리콘 또는 산화실리콘-질화실리콘-아몰퍼스실리콘-질화실리콘과 같은 복수층을 적층시켜 형성할 때 유리하게 적용되며 이와 같은 층구조의 박막을 갖는 채널에칭형 또는 채널절연막형의 아몰퍼스실리콘TFT(역스태거형 또는 스태거형)의 제조 처리과정등에 유리하게 사용된다.
본 발명에 따른 박막형성법에 있어서, 박막 형성전에 반응가스의 성분 중, 박막의 형성에 관여하지 않는 가스성분으로 이루어진 방전용 가스에 의해 방전을 발생시키면, 방전개시의 시점에 있어서 성막실 및 기판은 활성화된 분위기로 처리가 되어 성막실내의 불순물가스와 방전가스가 용이하게 치환되고 성막전후에 있어서 광역터보분자펌프에 의한 고진공배기를 실시할 필요 없이 청정한 분위기 가운데에서 박막형성을 실시할 수 있어, 단시간에 박막형성의 초기단게에서 불순물 혼입이 없는 양호한 박막을 형성할 수 있다. 방전개시 후, 소정시간 경과후에 방전전력을 변화시키지 않고 박막형성에 관여하지 않는 방전용 가스의 가스성분 및 박막형성에 관여하는 가스성분으로 이루어진 반응가스를 실질적으로 동일한 가스압력으로 도입하고 플라즈마 방전을 실질적으로 동일한 방전전력으로 유지시키면 안정한 플라즈마 상태를 유지시킬 수 있으므로 퇴적초기의 막질과 그 후의 막질이 동일한 것이 얻어져, 막 두께의 제어도 용이하게 된다.
특히 반도체막을 포함하는 복수층으로 이루어진 적층막을 형성할 때에는, 방전용 가스로서 수소가스를 사용하면 반도체 경계면의 상태가 개선되어 우수한 반도체장치를 제조할 수 있다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명의 실시예에 사용한 CVD장치를 개념적으로 나타낸 도면.
제2도는 본 발명의 한 실시예의 플로우차트.
제3도는 본 발명을 사용하여 제작된 채널에칭형의 TFT를 모식적으로 나타낸 도면.
제4도는 본 발명을 이용하여 제작된 채널절연형 TFT를 모식적으로 나타낸 도면.
제5도는 본 발명을 이용하여 제작된 다른 채널에칭형의 TFT를 모식적으로 나타낸 도면.
제6도는 종래의 평행평판 플라즈마CVD법에 의한 박막형성법의 플로우차트 및
제7도는 전력인가 후의 반사파의 변화를 나타낸 그래프이다.
[실시예에 대한 설명]
[실시예 1]
제1도 및 제2도를 참조하면서 평행평판 플라즈마CVD법에 의해 질화실리콘(막 종류A), 아몰퍼스실리콘(막 종류B)으로 이루어진 반도체막의 제조에 적용한 실시예에 대해서 설명한다.
또한 제1도는 발명에 사용된 CVD장치를 개념적으로 나타낸 도면, 제2도는 본 발명의 평행평판 플라즈마CVD법에 의한 반도체막의 제법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
제1도에 있어서, 높은 진공도로 구성된 성막실(1) 내에는 상하로 마주보고 플라즈마 발생전극 (2), (3)이 간격을 두고 마주 설치되어 있다. 상부전극(2)은 성막실(1)과 전기적으로 절연되고 지지되고 성막실(1)내에 노출되어 있고, 또한 하부전극(3)은 그 아래쪽에 가열히터(4)가 설치되어 있다. 그리고 하부전극(3)은 성막실(1)과 함께 접지되고 이 접지된 하부전극(3)과 상부전극(2)의 사이에 고주파 전원(5)이 접속되어 있다. 화학기상성장되는 기판(6)은 하부전극(3)위에 설치되고, 가스도입구에서 성막실(1)내로 도입된 반응가스 중에서 상기 양전극으로 고주파전력을 인가하므로써 플라즈마를 발생시키며, 그 가스중의 성막성분을 기판(6)위에 화학기상성장시키도록 되어 있다. 부호 (8)은 도시하지 않는 배기펌프로 연결되어 있는 배기구이다.
또한 아래의 설명에 있어서 괄호로 표시한 부호는 제2도의 플로우차트에 나타낸 공정을 나타내는 부호이다.
이 실시예에서는 우선, 질화실리콘과 아몰퍼스실리콘막을 적층성막하는 성막실Ⅰ에 기판을 반입하고(1), 막 종류A의 형성전에 성막실을 세정하고 방전을 안정시키기 위해 모노실란을 함유하지 않는 방전용 가스A(질소가스)만을 도입해서 조압(100∼300a)하여 소정의 플라즈마 방전이 가능한 압력상태로 만들었다(2).
이 때, 상기 압력상태를 유지하기까지 30초가 필요했다. 또한 가스도입에는 유량제어기구를 사용하고 조압에는 자동슬롯밸브를 사용했다(2). 다음으로 고주파전원에서 상부전극(2)으로 고주파전력을 인가하고 기판을 유지한 하부전극(3)과의 사이에 방전을 개시시키고(3), 플라즈마방전이 안정되기까지 10초간 방치한 후, 질화실리콘막의 형성에 필요한 반응가스A(모노실란, 질화가스)를 60초간 도입하여 기판상에 질화실리콘막의 박막을 400nm의 두께로 퇴적시켰다(4).
그 후, 재료가스A의 도입을 정지시켜 기판상으로의 질화실리콘의 퇴적을 종료시킴과 동시에(5) 아몰퍼스실리콘막의 형성전에 방전을 안정시키기 위해, 방전상태를 지속시킨 채로 재료가스B(모노실란)의 구성원소가스인 수소가스(방전용가스B)의 도입, 조압을 실시했다(6). 이 때, 필요에 따라 전극판으로의 인가전력, 조압설정치, 전극간거리설정의 변경을 실시해도 좋다. 아몰퍼스실리콘을 연속적으로 퇴적시키는 데에는 조압설정치를 150∼300Pa로 하는 것이 바람직하다.
10초간의 방전 후, 재료가스B(모노실란)의 도입을 개시하고(7), 60초간 방전을 계속하여 막의 두께가 300nm인 아몰퍼스실리콘을 퇴적시켰다.
그 후, 고주파전력원에서의 전력공급을 정지하여 방전을 정지시키고, 동시에 재료가스B의 공급을 정지시켜서 아모그파스실리콘막의 기판상으로의 퇴적을 정지시켰다(8). 여기에서 성막실내를 도달진공도가 중진공, 예를 들어 10Pa이하가 되기까지 성막후 배기를 실시하고(9), 성막실에서 기판을 배출한다(10). 또한 성막후 배기에 필요한 시간은 충분한 배기능력을 갖는 드라이펌프를 사용하여 10초이다.
이상과 같이 이 실시예의 성막방법에 의하면 종래의 성막방법에서는 성막실 2개와 840초를 필요로 해 왔던 것이 성막실 1개만으로 연속적으로 성막이 가능해져 성막에 필요한 합계시간을 180초로 할 수 있다.
또한 이 실시예에서는 모노실란을 포함하지 않는 가스중의 방전시간을 10초 이상으로 설정하므로써, 항상 불순물의 영향을 최저한으로 유지, 관리할 수 있다.
또한 상기와 같이 방전(플라즈마상태)을 안정시킨 후에는 모노실란을 도입하므로, 제7도에 나타낸 초기 플라즈마 상태에서의 성막형성 없이 양호한 초기퇴적의 막질이 얻어졌다.
따라서, 이 실시예의 방법에 의하면 퇴적막의 경계면막질이 양호해지고 양호한 특성의 박막트랜지스터를 얻을 수 있다.
이 실시예에서는 질화실리콘과 아몰퍼스실리콘의 성막을 단일한 성막실에 의해 실시하고 있지만, 상기 실시예와 같은 수순에 따라 단일한 성막실에 의한 3종류 이상의 박막의 연속형성이 가능하다. 또한 이와 같이 여러 종류의 박막을 연속형성하는 경우에는, 하나의 박막의 성막후에 다른 종류의 박막의 성막에 앞서, 방전을 일단 정지 시켜도 좋고, 필요에 따라 배기를 실시해도 좋다.
또한 방전용가스에 의한 방전과 반응가스에 의한 방전은 1초 이내이면 간헐적으로 실시해도 좋다. 또한 고주파전력은 펄스형태의 간헐전력이어도 좋다.
요컨대, 이 실시예는 복수성막을 같은 성막실에서 실시하고 방전용가스로서 박막형성용반응가스내, 성막에 기여하지 않는 방전용가스를 도입하여 조압후 플라즈마상태로 하여 피형성면을 청정화하고, 이 청정방전용가스를 계속해서 성막용반응가스의 일부로서 사용하는 것이다.
이 실시예에서는 방막형성 이전에 모노실란 이외의 그 자체로는 박막형성 능력이 없는 방전용 가스의 방전을 실시하고, 소정의 시간이 경화한 후에 계속 방전을 시킨채로 모노실란을 방전공간 중에 도입하여 박막 형성을 개시하도록 하기 때문에 방전개시의 시점에 있어서 기판은 활성화된 분위기에서 처리함으로써 성막전후에 있어서 광역터보분자펌프에 의한 고진공배기를 실시할 필요 없이 청정한 분위기 중에서의 박막형성을 실시할 수 있고, 단시간에 박막형성의 초기 단계에서의 불순물 혼입이 없는 양호한 박막을 형성할 수 있다. 즉, 성막실내는 수Pa∼300Pa정도의 중진공으로 유지되면 바람직하고 고진공에 도달가능한 펌프가 불필요하며 드라이펌프등에 의한 배기계로 충분하다.
또한 종래의 박막형성법에 있어서는 막의 두께가 400nm인 질화실리콘 박막형성에 120초, 막의 두께가 300nm인 아몰퍼스실리콘 박막형성에 360초를 필요로 해왔던 것에 비해, 각각이 60초로 가능하고 생산성이 향상되었다. 즉, 본 발명에 의하면 안정한 플라즈마 상태에서 퇴적이 개시되므로 퇴적초기의 막질과 그 후의 막질이 동일하게 되므로 실질적으로 막의 성장속도를 향상시킬 수 있다. 또한 막 두께의 제어에는 모노실란의 공급시간을 관리하는 것만으로 양호한 막 두께의 재현성이 얻어진다. 본 실시예에 의해 박막트랜지스터를 제조하는 경우에는 종래의 2개의 성막실을 사용하는 박막형성법에 있어서 840초를 필요로 해 왔던 것에 비해, 한개의 성막실 사용으로는 180초로 가능하게 된다.
[실시예 2]
제1도에 나타낸 평행평판전극형CVD장치를 사용하여 370mm×470mm의 유리기판상에 표 1에 나타난 성막조건 및 공지의 에칭기술을 사용하여, 제3도에 나타낸 채널에칭TFT(역스태거)를 제조했다.
[표 1]
제3도에 있어서, “10”은 유리기판, “11”은 금속, “12”는 게이트실리콘막, “13”은 아몰퍼스실리콘막, “14”는 도프트아몰퍼스실리콘막, “16”은 금속전극이다. 이 실시예에서는 게이트질화실리콘막-아몰퍼스실리콘막-n+실리콘막의 성막에 본 발명이 사용되고 있다.
[실시예 3]
제1도에 나타낸 평행평판전극형CVD장치를 사용하여 370mm×470mm의 유리기판 위에 표 2에 나타난 성막조건 및 공지의 에칭기술을 사용하여 제4도에 나타난 채널절연형TFT(역스태거)를 제조했다.
제3도와 동일부분에는 동일부호를 붙이고, “16”은 질화실리콘막으로 이루어진 채널 절연막이다.
[표 2]
제4도에 있어서 “16”은 채널절연질화실리콘막이고, 제3도와 같은 부호로 나타낸 다른 부분은 제3도의 각부와 동일한 부분이다. 이 실시예에서는 게이트질화실리콘막(11), 게이트질화실리콘막(12)-아몰퍼스실리콘막(13)-채널절연질화실리콘막(14)의 성막에 본 발명이 사용되고 있다.
[실시예 4]
제1도에 나타낸 평행평판전극형CVD장치를 사용하여 370mm×470mm의 유리기판 위에 표 3에 나타난 성막조건 및 공지의 에칭기술을 사용하여, 제5도에 나타난 정스태거형TFT를 제조했다.
[표 3]
제5도에 있어서 “16”은 다결정실리콘막이고, 제3도와 동일한 부호로 나타난 다른 부분을 제3도의 각부와 동일한 부분이다.
또한 이 실시예에서는 “16”을 다결정실리콘으로 했는데 아몰퍼스실리콘으로 할 수도 있다. 이 실시예에서는 다결정실리콘막-질화실리콘막의 성막에 본 발명이 사용되고 있다.
[산업상의 이용가능성]
본 발명에 따른 박막형성법에 의하면, 피처리기체나 성막실내는 방전개시의 시점에 있어서 활성화된 분위기에서 처리되어 청정화되므로 성막전후에 청정화를 위해 광역터보분자펌프로 고진공배기를 실시할 필요가 없어지고, 단시간으로 박막형성의 초기단계에서의 불순물 혼입이 없는 양호한 박막을 형성할 수 있다.
또한, 성막실내는 수Pa∼300Pa정도의 진공으로 유지되면 좋기 때문에, 고진공에 도달가능한 펌프가 불필요하게 되어 장치비용의 저하, 장치의 소형화, 생산성의 향상을 도모할 수 있다.
또한 방전용가스로서, 그 자체로는 막 형성능력이 없는 가스를 사용하여 플라즈마 상태를 지속한 채로 반응가스의 공급으로 전환하므로, 방전 초기의 플라즈마 불안정 상태에서의 박막형성은 이루어지지 않고, 막 형성의 퇴적초기와 그 후에서 질이 같고 균일한 성막을 실시할 수 있다. 또한 방전용 가스로서 반응가스를 구성하는 성분등을 사용하므로 막중에서 혼잡해도 특성에 영향을 주지 않고, 특히 반도체박막의 경계면을 수소가스플라즈마로 처리한 경우에는 경계면에 Si-H가 형성되어, 오히려 반도체장치의 특성이 개선되는 이점이 있다.
또한 본 발명에 의하면 단일 성막실에 의해 여러 종류의 적층된 박막을 연속적으로 형성할 수 있어, 종래의 박막형성법과 비교하여 효율 높은 성막을 실시할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다. 이 경우 박막형성후의 기판은 항상 활성화된 가스분위기내에 있게 되므로 단일 성막실내에서 다른 복수의 막 종류의 성막을 연속적으로 실시해도 각 막 종류로의 불순물의 혼입이 없고 양호한 경계면분리특성을 얻을 수 있다.
또한 막 두께의 제어에는 박막의 형성에 관여하는 가스의 공급시간을 관리하는 것만으로 막 두께의 재현성이 향상된다.

Claims (16)

  1. 가스도입구를 갖고, 또 내부에 평행평판전극을 갖는 진공용기내의 상기 평행평판전극의 한쪽 전극에 피처리기판을 배치하고, 상기 가스도입구에서 상기 진공용기내로 반응가스 및 방전용 가스를 도입하면서 상기 전극 사이에 고주파전력을 인가하는 것에 의해 플라즈마 방전상태로 하여 상기 피처리기판상에 상기 반응가스의 반응생성물로 이루어지는 박막을 적어도 2층 이상 형성하는 박막형성법에 있어서, 상기 가스도입구에서 상기 진공용기내로 제1방전용 가스 및 제1반응가스를 도입하여 플라즈마 방전상태로 하여 상기 피처리기판 상에 제1박막을 형성하는 공정, 적어도 상기 제1반응가스의 일부 또는 전부의 도입을 정지하는 것에 의해 상기 제1박막의 형성을 정지함과 동시에 상기 플라즈마 방전상태를 유지하는 공정 및 상기 플라즈마 방전상태를 유지하면서 제2반응가스를 상기 가스도입구에서 상기 진공용기내로 도입하여 상기 제1박막 상에 상기 제1박막과는 다른 제2박막을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막형성법.
  2. 가스도입구를 갖고, 내부에 평행평판전극을 갖는 진공용기내의 상기 평행판전극의 한 쪽 전극에 피처리기판을 배치하고, 상기 피처리기판상에 복수층의 박막을 형성하는 박막형성법에 있어서, 상기 가스도입구에서 그 자체로는 플라즈마 방전하에서 박막형성능력을 갖지 않는 제1방전용 가스를 상기 진공용기내에 도입하면서 상기 평행평판전극에 고주파 전력을 인가하여 플라즈마 방전을 일으키는 공정, 상기 플라즈마 방전상태를 유지하면서 상기 제1방전용 가스에 다른 가스를 추가하거나 또는 상기 제1방전용 가스를 전환하여 상기 진공용기내에 제1반응가스를 도입하여 상기 기판상에 제1반응가스의 반응생성물로 이루어지는 제1박막을 형성하는 공정, 적어도 상기 제1반응가스의 일부 또는 전부를 대신하여 그 자체로는 플라즈마 방전하에서 실질적으로 박막형성능력을 갖지 않는 제2방전용 가스를 상기 진공용기내에 도입하여 실질적으로 상기 플라즈마 방전상태를 유지하는 공정 및 실질적으로 상기 플라즈마 방전상태를 유지하면서 제2방전용 가스에 다른 가스를 추가하거나 또는 상기 제2방전용 가스를 전환하여 상기 진공용기내에 제2반응가스를 도입하여 상기 제1박막과는 다른 제2박막을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막형성법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 또는 제2박막중 적어도 한 쪽이 실리콘과 비산소원소를 포함하는 반도체 박막인 것을 특징으로 하는 박막형성법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 반도체 박막이 수소가스 중에서 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형성법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 방전을 유지하는 시간이 상기 제2박막을 형성하는 시간을 1로 했을 때 0.1∼0.4의 범위인 것을 특징으로 하는 박막형성법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2박막의 형성이 상기 플라즈마 방전을 유지할 때의 가스압력 및 방전전력을 일정하게 한 상태에서 상기 제2반응가스가 도입되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형성법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 제1박막이 질화실리콘, 상기 제2박막이 아몰퍼스실리콘인 것을 특징으로 하는 박막형성법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 제1박막이 아몰퍼스실리콘, 상기 제2박막이 질화실리콘인 것을 특징으로 하는 박막형성법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 복수층의 박막이 역스태거형의 아몰퍼스실리콘TFT를 구성하는 산화실리콘-질화실리콘-아몰퍼스실리콘-질화실리콘으로 이루어지는 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형성법.
  10. 제2항에 있어서, 상기 제2반응가스가 (i) 실란과, (ii) 수소가스, 질소가스 및 암모니아 가스에서 선택된 적어도 1종류의 가스와의 혼합물로 이루어지고, 상기 제2방전가스가 수소가스, 질소가스 및 암모니아 가스에서 선택된 적어도 1종류의 가스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형성법.
  11. 제2항에 있어서, 상기 제2박막은 실리콘과 비산화원소를 포함하는 반도체박막인 것을 특징으로 하는 박막형성법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 반도체박막이 수소가스중에서 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형성법.
  13. 제2항에 있어서, 상기 플라즈마 방전을 유지하는 시간이 상기 제2박막을 형성하는 시간을 1로 했을 때 0.1∼0.4의 범위인 것을 특징으로 하는 박막형성법.
  14. 제2항에 있어서, 상기 제2박막의 형성이 상기 플라즈마 방전을 유지할 때의 가스압력 및 방전전력을 일정하게 한 상태에서 상기 제2반응가스가 도입되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형성법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 제1박막이 질화실리콘, 상기 제2박막이 아몰퍼스실리콘인 것을 특징으로 하는 박막형성법.
  16. 제2항에 있어서, 상기 복수층의 박막이 역스태거형의 아몰퍼스실리콘TFT를 구성하는 산화실리콘-질화실리콘-아몰퍼스실리콘-질화실리콘으로 이루어지는 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형성법.
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