KR100408115B1 - 성막장치 및 결정성 실리콘막의 형성방법 - Google Patents

성막장치 및 결정성 실리콘막의 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 피성막물품에 결정성 실리콘막을 형성하기 위한 실리콘막형성용 진공챔버와, 상기 피성막물품의 피성막면에 결정성 실리콘막의 전단계막을 형성하기 위한, 상기 진공챔버에 설치된 성막부와, 상기 전단계막의 결정화처리를 위하여 상기 전단계막에 에너지빔 조사를 행하는, 상기 진공챔버에 설치된 에너지빔조사부를 구비한 성막장치에 관한 것이다. 이 성막장치에 의하여 TFT용 등의 반도체막으로서의 양질인 결정성 실리콘막을 생산성 좋게 형성한다.

Description

성막장치 및 결정성 실리콘막의 형성방법{FILM FORMING APPARATUS AND METHOD OF FORMING A CRYSTALLINE SILICON FILM}
본 발명은, 액정표시장치에 있어서의 각 화소에 설치되는 TFT(박막트랜지스터) 스위치 등의 재료로서 사용되거나 집적회로, 태양전지 등에 사용되는 결정성 실리콘막 또는 이에 부가하여 실리콘화합물막과 같은 전기절연성막을 형성할 수 있는 성막장치에 관한 것이다.
본 발명은, 또 결정성 실리콘막의 형성방법에 관한 것이다.
본 발명은 일본특허출원 제10-17076호에 기초한 것으로, 상기 출원 내용은 본 명세서에 참조로 병합되어 있다.
종래, TFT용 등의 반도체막으로서는, 저온하에서 대면적으로 형성할 수 있는비결정질 실리콘막이 많이 사용되어 왔으나, 트랜지스터특성을 향상시키거나 구동회로까지 일체화하여 디바이스를 형성하거나 하기 위하여 결정성 실리콘막으로서 그 결정 입경이 200nm 정도 이상, 특히 300nm 정도 이상의 것이 요구되고 있다.
결정성 실리콘막의 형성방법으로서는, 피성막물품을 600℃ 이상의 고온으로 가열하고 또한 상압(常壓) 내지는 감압하에서 열CVD법에 의하여 형성하는 방법, 피성막물품의 온도를 700℃ 정도 이상으로 유지한 상태에서 진공증착법이나 스퍼터증착법 등의 PVD법에 의하여 형성하는 방법, 각종 CVD법이나 PVD법에 의하여 비교적 저온하에서 비결정질 실리콘막을 형성한 후, 후처리로서 비결정질 실리콘막에 800℃ 정도 이상의 열처리 또는 600℃ 정도에서 20시간 정도 이상의 장시간에 걸친 열처리를 실시함으로써 상기 막을 결정화시키는 방법, 비결정질 실리콘막에 레이저어닐링처리를 실시하여 상기 막을 결정화시키는 방법 등이 사용되고 있다.
그 중에서도, 비결정질 실리콘막에 레이저어닐링처리를 실시하여 결정화시키는 방법(레이저어닐링법)은, 상기 예시한 다른 방법에 비하여 저온하에서 결정성 실리콘막이 얻어지기 때문에 피성막물품으로서 석영 등의 고융점 재료로 이루어지는 것으로 한정되지 않고, 예를 들어 비교적 값싼 저융점 유리 등의 재료로 이루어지는 물품도 사용할 수 있다. 또, 이와 같은 레이저어닐링처리 그 자체는 비교적 단시간에 행할 수 있기 때문에 그만큼 결정성 실리콘막형성 효율이 좋다.
그러나, 비결정질 실리콘막의 형성과 레이저어닐링처리는 통상 별개의 장치 내에서 행하여지고, 막 형성후, 피성막물품을 일단 대기 중에 인출하여 레이저조사장치 내에 반입한다. 또, 비결정질 실리콘막형성의 전 또는 후에 실리콘화합물막등의 전기절연성막을 형성하는 경우도 있으나, 이들 막도 통상 각각 별개의 장치 내에서 형성된다. 이 때문에, 각 막의 계면이 청정하게 유지되기 어렵고, 양호한 디바이스특성이 얻어지기 어렵다. 또, 피성막물품의 장치간의 반송 및 피성막물품의 반복 가열에 장시간을 요하기 때문에 스루풋(throughput)이 낮다는 난점이 있다.
또, 비결정질 실리콘막에 레이저빔을 조사하는 방법에서는, 상기 막을 실용상 요구되는 200nm 이상, 보다 바람직하게는 300nm 이상의 결정 입경을 가지는 결정성 실리콘막으로 하기 위해서는 매우 높은 에너지밀도의 레이저를 조사해야만 하므로 고출력의 레이저조사장치가 필요하다. 그에 따라, 장치가 고비용이 됨과 동시에 고출력에 의하여 조사되는 레이저빔이 불안정한 것이 되어 생산성이 저하된다.
또, 비결정질 실리콘막 중에는 대량의 수소가 혼입되어 있고, 그대로의 상태에서 레이저를 조사하면 이 막 중의 수소가 갑자기 끓어 막질을 저하시키기 때문에, 비결정질 실리콘막을 형성한 후, 상기 막에 가열처리를 실시하여 수소를 제거할 필요가 있어 수고가 든다.
또, 비결정질 실리콘막을 결정화하여 얻어진 결정성 실리콘막은 댕글링 본드가 매우 많기 때문에, 양호한 디바이스특성을 얻기 위해서는 상기 결정성 실리콘막을 수소플라즈마에 노출하여 댕글링 본드를 수소로 메울 필요가 있어 그만큼 수고가 든다.
또, 상기한 바와 같이, 비결정질 실리콘막에 레이저빔을 조사하여 이것을 결정화하는 방법에서는, 상기 막을 실용상 요구되는 결정 입경을 가지는 결정성 실리콘막으로 하기 위해서는 매우 높은 에너지밀도의 레이저를 조사해야만 하는 바, 진공증착법이나 스퍼터증착법 등에 의한 비결정질 실리콘막 형성으로는 그만큼 높은, 피성막물품에 대한 막 밀착성은 얻어지지 않기 때문에, 레이저어닐링처리시에 상기 막 중에 생기는 응력에 의하여 막의 부분적인 박리가 생기기 쉽다.
또, 진공증착법이나 스퍼터증착법 등에 의하여 비결정질 실리콘막을 형성하는 경우, 그 후의 결정화처리에 의하여 형성되는 결정의 입경을 제어하기 어렵다. 이 때문에, 최종적으로 얻어지는 막에 있어서 충분한 결정 입경이 얻어지지 않거나 반대로 결정 입경이 너무 커져 입계(粒界)의 요철 나아가서는 막의 표면의 거칠어짐이 발생한다는 난점이 있다.
여기서 본 발명은, TFT용 등의 반도체막으로서의 양질의 결정성 실리콘막을 생산성 좋게 형성할 수 있는 성막장치 및 결정성 실리콘막 형성방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
또 본 발명은, TFT용 등의 반도체막으로서의 양질의 결정성 실리콘막을 피성막물품 상에 밀착성 좋게 형성할 수 있는 성막장치 및 결정성 실리콘막 형성방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
또 본 발명은, TFT용 등의 반도체막으로서의 결정성 실리콘막으로서, 소망하는 결정 입경을 가지는 양질의 결정성 실리콘막을 형성할 수 있는 성막장치 및 결정성 실리콘막 형성방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
또한 본 발명은, TFT용 등의 반도체막으로서의 양질의 결정성 실리콘막 및 이것에 적층된 실리콘화합물막과 같은 전기절연성막을, 이들 막의 계면에 있어서의 결함을 충분히 억제하여 생산성 좋게 형성할 수 있는 성막장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명은, 피성막물품에 결정성 실리콘막을 형성하기 위한 실리콘막형성용 진공챔버와, 상기 피성막물품의 피성막면에 결정성 실리콘막의 전단계막을 형성하기 위한, 상기 진공챔버에 부설된 성막부와, 상기 전단계막의 결정화처리를 위하여 상기 전단계막에 에너지빔 조사를 행하는, 상기와 같은 진공챔버에 부설된 에너지빔 조사부를 구비한 성막장치를 제공한다.
또, 본 발명은, 피성막물품에 결정성 실리콘막을 형성하기 위한 실리콘막형성용 진공챔버를 가지며, 상기 피성막물품의 피성막면에 결정성 실리콘막의 전단계막을 형성하기 위한 성막부와, 상기 전단계막의 결정화처리를 위하여 상기 전단계막에 에너지빔 조사를 행하는 에너지빔 조사부를 설치한 성막장치를 준비하는 공정과, 상기한 실리콘막형성용 진공챔버 내에 피성막물품을 설치하고, 상기 성막물품의 피성막면에 상기 성막부에 의하여 결정성 실리콘막의 전단계막을 형성하는 공정과, 상기 전단계막의 형성후, 상기와 동일한 진공챔버 내에 있어서 계속해서 상기한 에너지빔 조사부로부터 상기 전단계막에 상기 막의 결정화처리를 위한 에너지빔을 조사하여 상기 전단계막을 목적으로 하는 결정성 실리콘막으로 하는 공정을 포함하는 결정성 실리콘막의 형성방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 결정성 실리콘막의 전단계막의 형성과 그 후의 상기 전단계막에 대한 에너지빔의 조사를 동일 진공챔버 내에서 연속하여 행할 수 있기 때문에, 피성막물품의 반송시간 또는 다시 가열시간을 대폭 단축할 수 있고, 그만큼 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, 전단계막 형성과 그 후의 에너지빔 조사를 동일 진공챔버 내에서 행할 수 있으므로, 불순물의 부착 등이 억제된 상태로 양질의 결정성 실리콘막을 형성할 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 측면 및 장점은 하기 상세한 설명 및 도면을 통하여 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 관한 성막장치의 일례의 개략 구성을 나타낸 도,
도 2는 본 발명에 관한 성막장치의 다른 예의 개략 구성을 나타낸 도,
도 3은 본 발명에 관한 성막장치의 또다른 예의 개략 구성을 나타낸 도,
도 4는 본 발명에 관한 성막장치의 또다른 예의 개략 구성을 나타낸 도.
본 발명의 바람직한 실시형태의 성막장치는, 피성막물품에 결정성 실리콘막을 형성하기 위한 실리콘막형성용 진공챔버와, 상기 피성막물품의 피성막면에 결정성 실리콘막의 전단계막을 형성하기 위한, 상기 진공챔버에 부설된 성막부와, 상기 전단계막의 결정화처리를 위하여 상기 전단계막에 에너지빔 조사를 행하는, 상기와 동일한 진공챔버에 부설된 에너지빔 조사부를 구비한 성막장치이다.
또, 본 발명의 바람직한 실시형태의 결정성 실리콘막 형성방법은, 피성막물품에 결정성 실리콘막을 형성하기 위한 실리콘막형성용 진공챔버를 가지며, 상기 피성막물품의 피성막면에 결정성 실리콘막의 전단계막을 형성하기 위한 성막부와, 상기 전단계막의 결정화처리를 위하여 상기 전단계막에 에너지빔 조사를 행하는 에너지빔 조사부를 설치한 성막장치를 준비하는 공정과, 상기한 실리콘막형성용 진공챔버 내에 피성막물품을 설치하고 상기 성막물품의 피성막면에 상기 성막부에 의하여 결정성 실리콘막의 전단계막을 형성하는 공정과, 상기 전단계막의 형성후, 상기와 동일한 진공챔버 내에 있어서 계속해서 상기한 에너지빔 조사부로부터 상기 전단계막에 상기 막의 결정화처리를 위한 에너지빔을 조사하여 상기 전단계막을 목적으로 하는 결정성 실리콘막으로 하는 공정을 포함하는 결정성 실리콘막의 형성방법이다.
이들 성막장치 및 결정성 실리콘막 형성방법에 의하면, 결정성 실리콘막의 전단계막의 형성과 그 후의 상기 전단계막에 대한 에너지빔 조사를 동일 진공챔버 내에서 연속하여 행할 수 있기 때문에, 피성막물품의 반송시간 또는 다시 가열시간을 대폭 단축할 수 있고, 그만큼 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, 전단계막 형성과 그 후의 에너지빔 조사를 동일 진공챔버 내에서 행할 수 있으므로, 불순물의 부착 등이 억제된 상태로 양질의 결정성 실리콘막을 형성할 수 있다.
또한, 성막부에 의한 피성막물품의 피성막면에 대한 전단계막의 형성은, 상기 피성막면에 직접 행하여지는 경우도 있고, 먼저 전기절연성막 등의 막이 형성되어 있는 피성막면에 행하여지는 경우도 있으며, 어느 쪽이라도 좋다.
또, 상기 성막부는, 피성막물품에 대하여 이온빔을 조사할 수 있는 이온원을 구비한 것으로 해도 된다. 이 경우, 상기 성막부에 포함되는 전단계막형성장치로서는 플라즈마 CVD장치, 스퍼터장치 등을 채용할 수 있다.
이에 따라, 피성막물품에 플라즈마 CVD법 등에 의한 성막을 행함과 동시에 이온빔을 조사할 수 있고, 그 이온종(種), 이온조사에너지 등을 적절히 선택 또는 조정함으로써 표면여기(勵起), 결정성 향상, 결정배향제어 등의 효과가 얻어지고, 실리콘원자의 마이그레이션(migration)이 촉진되어, 비교적 저온하에서 피성막물품상에 양호한 결정성을 가지는 실리콘막을 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 이온원은 이온빔을 100eV 내지 1keV 정도의 조사에너지로 조사할 수 있는 것으로 하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 예를 들어 10nm 정도 이상의 소정의 결정 입경을 가지는 전단계막을 형성할 수 있고, 실용상 요구되는 결정 입경의 결정성 실리콘막을 얻기 위하여 그 후 조사할 에너지빔의 에너지밀도를 낮게 할 수 있다.
또, 전단계막 형성에 앞서 피성막물품에 이온 빔을 조사하는 것이나, 전단계막형성의 초기에 병행하여 이온빔을 조사하는 것도 가능하다. 전단계막형성에 앞서 이온빔을 조사할 때에는, 그 후의 전단계막형성에 있어서 피성막물품의 표면에 실리콘의 미세결정핵층을 가지며, 그 상층이 비결정질 실리콘층인 전단계막을 형성할 수 있다. 또, 전단계막형성의 초기에 병행하여 이온빔을 조사할 때에는, 이러한 미세결정핵층을 가지는 전단계막을 형성하거나 피성막물품과의 계면부분에 상기 물품과의 혼합층을 가지며, 그 상층이 비결정질 실리콘층인 전단계막을 형성할 수 있다.
실리콘의 미세결정핵층을 형성하는 경우, 상기 이온원은 이온빔을 500eV 내지 10keV 정도의 조사에너지로 조사할 수 있는 것으로 하면 좋다. 또, 피성막물품과 전단계막의 혼합층을 형성하는 경우, 상기 이온원은 이온빔을 2keV 내지 10keV 정도의 조사에너지로 조사할 수 있는 것으로 하면 좋다.
상기 혼합층을 형성하는 경우, 상기 혼합층의 존재에 의하여 피성막물품과 전단계막의 밀착성이 양호해지고, 그 후의 에너지빔 조사부에서의 에너지빔 조사에 의하여 상기 막에 큰 내부응력이 발생하더라도 상기 막의 부분적인 박리가 생기기어렵다. 또 그에 따라, 에너지빔의 에너지밀도를 높게 하는 것이 가능해져, 사용 가능한 에너지밀도의 범위가 넓어진다.
상기 미세결정핵층을 형성하는 경우, 미세결정핵층의 미세결정핵의 결정 입경, 미세결정핵의 밀도, 미세결정핵층의 층 두께 등을 조정함으로써, 그 후 형성되는 결정성 실리콘막의 결정 입경, 결정 입계(결정입자의 경계의 것)에 있어서의 요철 등을 조정할 수 있고, 최종적으로 표면의 거칠어짐이 없는 양호한 결정성을 가지는 실리콘막을 얻을 수 있다.
또, 미세결정핵의 결정 입경이 작으면, 높은 에너지밀도의 에너지빔에 의한 결정화처리가 가능함은 물론이고, 미세결정핵의 결정 입경이 작을수록 낮은 에너지밀도의 에너지빔으로도 결정화처리가 가능하다. 따라서, 미세결정핵층의 미세결정의 입경 등을 조정함으로써, 낮은 에너지밀도로부터 높은 에너지밀도까지의 광범위한 에너지빔에 의하여 양호한 결정을 성장시킬 수 있기 때문에, 에너지빔 출력의 정밀도를 그만큼 좋게 하지 않더라도 좋아짐과 동시에, 저에너지밀도의 에너지빔이더라도 충분하도록 할 수 있기 때문에, 에너지빔 조사장치 비용을 낮출 수 있는 동시에 상기 장치의 수명을 길게 할 수 있다.
또, 높은 에너지밀도의 에너지빔을 조사하기 위해서는 고출력의 에너지빔 조사장치가 필요하나, 이 경우, 장치가 고비용이 됨과 동시에 고출력에 의하여 조사되는 레이저빔이 불안정한 것이 되어, 균일한 결정을 성장시키기 어려운 바, 미세결정핵층의 결정 입경을 작게 억제함으로써, 비교적 저에너지밀도의 안정된 출력영역의 에너지빔을 사용할 수 있고, 균일한 결정 입경을 가지며, 표면이 평활한 결정성 실리콘막을 저비용으로 얻을 수 있다.
이와 같이, 이온빔 조사를 결정성 실리콘막의 전단계막형성 전체에 걸쳐 행하지 않고, 그 초기 및(또는) 막 형성 전으로 한정하여 미세결정핵층을 전단계막과 피성막물품의 계면부분으로 한정 형성하는 경우에는, 그 후의 결정화처리에 의하여 균일한 입경의 실리콘결정이 성장하고, 최종적으로 얻어지는 결정성 실리콘막의 표면의 결함(요철)을 저감할 수 있다. 또, 결정화처리에 의하여 미세결정을 핵으로 하여 결정입자의 성장이 진행되기 때문에 최종적으로 얻어지는 막 전체의 결정입자 내의 결함을 저감할 수 있다.
이온빔 조사장치를 구비한 성막부에 있어서, 이온빔의 조사를 상기한 어느 방법으로 행하는 경우에나, 이온종, 이온조사에너지, 이온조사량 등을 적절히 선택 또는 조정함으로써, 형성되는 전단계막의 막 중 수소농도를 3×1021개/cm3정도 이하로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 에너지빔 조사전의 전(前)처리로서 가열 등의 탈수소 처리를 행하지 않고 에너지빔 조사시의 막 중 수소가 갑자기 끓는 것에 의한 막질의 저하를 억제할 수 있어, 그만큼 생산성을 향상시킬 수 있다.
상기 성막부가 성막원료가스를 사용하여 플라즈마 CVD법 등의 CVD법에 의하여 막형성을 행하는 것일 때에는, 성막원료가스로서, 실리콘계 가스[모노실란(SiH4) 가스, 디실란(Si2H6) 가스 등의 수소화 실리콘 가스, 4플루오르화 실리콘(SiF4) 가스 등의 플루오르화 실리콘 가스, 4염화 실리콘(SiCl4) 가스 등의 염화 실리콘 가스 등] 또는 그와 같은 가스를 포함하는 가스를 사용할 수 있다. 또, 이러한 실리콘계 가스에 부가하여 수소(H2) 가스를 포함하는 가스를 사용할 수도 있다.
성막원료가스로서 수소가스를 첨가한 가스를 사용함으로써, 상기한 실리콘계 가스의 분해에 의하여 방출된 실리콘원자나 SiHn분자(n=1 내지 3)와 수소의 반응이 촉진되어 실리콘-실리콘네트워크 중의 댕글링 본드나 막 중 결함이 저감된다.
또, 상기 이온원은, 상기 이온빔의 이온종으로서, 불활성 가스[헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 아르곤(Ar) 가스, 크립톤(Kr) 가스, 크세논(Xe) 가스 등], 반응성 가스[수소(H2) 가스, 플루오르(F2) 가스, 플루오르화 수소(HF) 가스 등] 및 상기 성막원료가스로서 예시한 실리콘계 가스 중 적어도 1종의 가스의 이온을 조사할 수 있는 것으로 할 수 있다. 또한, Ar 가스 이온 이상의 질량수를 가지는 불활성 가스 이온에 대해서는, 그 이온이 형성되는 막에 손상을 주거나 양질의 전단계막을 형성하기가 곤란해지거나 하여, 그 후의 에너지빔의 조사에 의한 결정화처리공정에서 막 중에 보이드나 결함이 생길 우려가 있는 등의 경우에는 이와 같은 이온을 사용하지 않으면 된다.
상기한 불활성 가스 이온을 조사할 때에는, 결정화를 위한 물리적 여기제어가 가능하게 된다. 또, 상기한 반응성 가스 및 상기한 실리콘계 가스 중 수소(H) 또는(및) 플루오르(F)를 포함하는 것을 사용할 때에는, 수소원자, 플루오르원자가 막 중의 비결정질상(相)의 실리콘원자와 결합하여 이것을 기화하고 실리콘의 결정화가 촉진됨과 동시에, 실리콘-실리콘네트워크 중의 댕글링 본드나 막 중 결함이 저감된다. 따라서, 전단계막 형성 중 이온빔 조사를 계속할 때에는 한층더 양질의결정성을 가지는 실리콘 전단계막을 형성할 수 있다.
또, 상기한 에너지빔 조사부는, 대표적으로는 각종 레이저(예를 들어 KrF 레이저, XeCl 레이저, Ar 이온 레이저 등)를 조사할 수 있는 것으로 할 수 있다. 이 밖에, 전자빔 등을 조사할 수 있는 것이라도 좋다.
또, 상기 성막장치에서는, 상기한 실리콘막형성용 진공챔버에 있어서의 상기 성막부가 피성막물품의 피성막면의 미리 정한 제 1 방향의 길이에 걸쳐 막 형성할 수 있는 것(이 경우 성막부가 이온빔 조사장치를 포함하고 있을 때에는, 상기한 이온빔 조사장치는 상기 피성막면의 제 1 방향의 길이에 걸쳐 이온빔을 조사한다)인 동시에, 상기한 에너지빔 조사부가 에너지빔을 피성막물품의 피성막면의 상기한 제 1 방향의 길이에 걸쳐 조사할 수 있는 것으로 하고, 다시 상기한 실리콘막형성용 진공챔버에, 피성막물품을 그 피성막면의 상기한 제 1 방향을 가로지르는 제 2 방향(통상은 제 1 방향에 직행하는 제 2 방향)으로 이동시킬 수 있는 물품반송장치를 설치할 수 있다.
상기한 결정성 실리콘막 형성방법에서는, 상기 성막부로서, 상기 피성막물품의 피성막면의 제 1 방향의 길이에 걸쳐 상기 전단계막을 형성할 수 있는 것을 채용함 과 동시에 상기한 에너지빔 조사부로서 에너지빔을 상기 피성막물품의 피성막면의 상기한 제 1 방향의 길이에 걸쳐 조사할 수 있는 것을 채용하고, 상기 성막부에 의하여 상기 피성막물품의 피성막면에 상기한 제 1 길이 방향에 걸쳐 상기 전단계막을 형성하면서 상기 피성막물품을 상기한 제 1 방향을 가로지르는 제 2 방향으로 이동시키면서 상기한 에너지빔 조사부로부터, 형성된 상기 전단계막에 에너지빔을 조사하여 차례로 목적으로 하는 결정성 실리콘막을 형성할 수 있다.
이들 성막장치나 막 형성방법의 경우, 상기한 에너지빔 조사부에 있어서의 에너지빔 조사영역은, 피성막물품의 피성막면의 상기한 제 1 방향의 길이에 걸친 가늘고 긴 직사각형 내지는 선형상의 것으로 할 수 있다.
이 장치나 막 형성방법에 의하여 결정성 실리콘막을 형성함에 있어서는, 실리콘막형성용 진공챔버에 있어서, 상기 물품반송장치에 의하여 피성막물품을 그 피성막면의 상기한 제 2 방향으로 이동시킴으로써, 상기 물품의 피성막면에 전단계막을 형성하면서 상기 전단계막을 에너지빔 조사영역에 통과시켜 결정성 실리콘막을 차례로 형성할 수 있다. 이에 따라, 가령 피성막물품이 긴 물품일 때에도 상기 물품의 피성막면에 한층더 높은 스루풋으로 결정성 실리콘막을 형성할 수 있다.
또, 본 발명의 성막장치는, 실리콘화합물막(실리콘산화물막, 실리콘질화물막 등)과 같은 전기절연성막을 형성할 수 있는 전기절연성막형성용 진공챔버가, 외부와의 사이에서 기밀을 유지할 수 있도록 상기한 실리콘막형성용 진공챔버에 접속된 것이더라도 좋다. 이에 따라, 상기한 실리콘막형성용 진공챔버 내에서 결정성 실리콘막을 형성하기 전에 및(또는) 상기한 결정성 실리콘막 형성후에 피성막물품 상에 결정성 실리콘막과 적층상태로 되고, 또한 막 계면에 불순물의 부착 등에 의한 계면 결함이 억제된 전기절연성막을 형성할 수 있다. 즉, 결정성 실리콘막 형성과 전기절연성막 형성을 진공을 깨지 않고 연속하여 행할 수 있기 때문에, 막 표면에 대한 자연산화막, 수분, 유기물 등의 퇴적이 회피되어, 양호한 디바이스특성을 가지는 결정성 실리콘막 피복물품을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 성막장치는, 성막전에 피성막물품을 성막온도로 예비가열할 수 있는 예비가열용 진공챔버가，외부와의 사이에서 기밀을 유지할 수 있도록 상기한 실리콘막형성용 진공챔버에 접속된 것이더라도 좋다. 또, 외부와의 사이에서 피성막물품의 교환을 행할 수 있는 예비진공챔버가，외부와의 사이에서 기밀을 유지할 수 있도록 상기한 실리콘막형성용 진공챔버에 접속된 것이더라도 좋다. 또한, 본 발명의 성막장치는, 피성막물품의 반입 및 반출의 쌍방을 행하기 위한 예비진공챔버를 하나 구비하고 있어도 좋고, 또는 물품반입용 예비진공챔버 및 물품반출용 예비진공챔버를 각각 구비하고 있어도 좋다.
또, 상기한 전기절연성막형성용 진공챔버, 예비가열용 진공챔버, 물품의 반입 및(또는) 반출을 위한 예비진공챔버의 각각의 실리콘막형성용 진공챔버에 대한 접속은, 실리콘막형성용 진공챔버에 직접 되어 있어도 되고, 다른 진공챔버를 거쳐 접속되어져도 된다. 요컨대, 외부와의 사이에서 기밀을 유지할 수 있도록 상기한 실리콘막형성용 진공챔버에 접속되어 있으면 된다.
상기한 각 진공챔버는, 예를 들어 물품반입용 예비진공챔버, 예비가열용 진공챔버, 실리콘막형성용 진공챔버, 전기절연성막형성용 진공챔버, 물품반출용 예비진공챔버의 순서로, 이들 각 챔버를 기밀하게 칸막이할 수 있는 밸브를 거쳐 접속할 수 있다. 이 경우, 피성막물품은, 물품반송수단에 의하여 차례로 상기한 각 챔버에 반송되어 결정성 실리콘막 및 그 위에 절연성막이 형성된다. 또, 상기한 각 챔버는, 물품반송로봇을 구비한 물품반송용 진공챔버에 상기한 각 챔버가 밸브를 거쳐 각각 접속되어 있어도 된다. 이 경우, 피성막물품은 상기한 물품반송용 진공챔버를 거쳐 차례로 상기한 각 챔버에 반송되어 결정성 실리콘막이나 전기절연성막이 형성된다. 물품반송용 진공챔버는 2개 이상 설치되어 있어도 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 몇 가지 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 본 발명방법을 실시할 수 있는 본 발명에 관한 성막장치의 일례의 개략 구성을 나타낸 도면이다. 이 장치는, 물품반송을 위한 물품반송용 진공챔버(C1)를 가지며, 상기 진공챔버(C1)에, 피성막물품을 외부로부터 반입하기 위한 예비진공챔버(C2), 피성막물품의 예비가열을 위한 예비가열용 진공챔버(C3), 결정성 실리콘막 형성을 위한 제 1 성막용 진공챔버(실리콘막형성용 진공챔버)(C4), 전기절연성막 형성을 위한 제 2 성막용 진공챔버(전기절연성막형성용 진공챔버)(C5), 피성막물품의 반출을 위한 예비진공챔버(C6)가 각각 게이트밸브(V2, V3, V4, V5, V6)를 거쳐 접속되어 있다. 또, 물품반입용 예비진공챔버(C2)와 외부 사이 및 물품반출용 예비진공챔버(C6)와 외부 사이에는 각각 게이트밸브(V1, V7)가 설치되어 있다.
또, 도시생략되어 있으나, 각 진공챔버에는 각각 또는 공통의 진공배기장치가 접속되어 있다. 물품반송용 진공챔버(C1)에는 물품반송로봇(1A)이 설치되어 있다. 예비가열용 진공챔버(C3)에는 피성막물품을 성막온도로 가열할 수 있는 가열장치(3A)가 설치되어 있다. 제 1 성막용 진공챔버(C4)에는, 성막장치로서 여기에서는 플라즈마 CVD장치, 이온원 및 레이저조사장치가 설치되어 있다. 이들은 도 1에서는 도시생략하고 있으나, 후에 도 4를 참조하여 상세하게 설명하는 성막장치에 피성막물품의 반입, 반출부분 등에 있어서 약간의 변경을 가한 것이다. 제 2 성막용 진공챔버(C5)에는 도시생략하고 있으나, 여기에서는 플라즈마 CVD장치가 설치되어 있다.
도 1에 나타낸 성막장치를 사용하여 피성막물품 상에 결정성 실리콘막 및 전기절연성막을 형성함에 있어서는, 배기장치의 운전으로 챔버(C1, C3, C4, C5)로부터 배기하여 각 챔버를 각각 소정 압력까지 감압해 둔다. 먼저, 피성막물품을 밸브(V1)를 열어 예비진공챔버(C2)에 반입하고, 그 후 밸브(V1)를 닫아 상기 챔버(C2)를 대략 챔버(C1) 내 압력까지 배기한다. 이어서, 밸브(V2, V3)를 열어 물품반송용 진공챔버(C1)의 물품반송로봇(1A)을 사용하여 피성막물품을 예비가열용 진공챔버(C3)에 반입하고 밸브(V2, V3)를 닫는다. 챔버(C3) 내에서는 가열장치(3A)에 의하여 피성막물품을 소정의 성막온도 또는 그 온도 가까이까지 미리 가열한다. 이어서, 밸브(V3, V4)를 열어 물품반송로봇(1A)을 사용하여 피성막물품을 챔버(C3)로부터 제 1 성막용 진공챔버(C4)로 반입하고 밸브(V3, V4)를 닫은 후 상기 챔버(C4) 내에서 상기 물품 상에 플라즈마CVD법 및 이온빔 조사에 의하여 결정성 실리콘막의 전단계막을 형성하고, 그 후 레이저빔을 조사하여 상기 전단계막의 결정화처리를 행하여, 결정성 실리콘막을 얻는다. 이어서, 밸브(V4, V5)를 열어 물품반송로봇(1A)을 사용하여 피성막물품을 챔버(C4)로부터 제 2 성막용 진공챔버(C5)로 반입하고 밸브(V4, V5)를 닫은 후 상기 챔버(C5) 내에서 상기한 결정성 실리콘막 상에 플라즈마CVD법에 의하여 예를 들어 실리콘산화물막을 형성한다. 이어서, 밸브(V5, V6)를 열어 물품반송로봇(1A)을 사용하여 미리 챔버(C1) 내와 대략 동등 압력까지 진공배기된 물품반출용 예비진공챔버(C6)에, 결정성 실리콘막 및 예를 들어 실리콘산화물막이 형성된 피성막물품을 반입한다. 또한, 밸브(V5, V6)를 닫아 상기 진공챔버(C6)를 대기압으로 복귀시키고, 밸브(V7)를 열어 막 피복물품을 인출한다. 그 후 밸브(V7)는 닫아 둔다.
이 성막장치에 의하면, 피성막물품의 예비가열, 결정성 실리콘막의 전단계막의 형성, 레이저에 의한 결정화처리 및 전기절연성막 형성을, 피성막물품을 대기에 노출하는 일 없이 차례로 행할 수 있기 때문에, 막 계면에 대한 자연산화막, 수분, 유기물 등의 퇴적이 회피되어 양호한 디바이스특성을 가지는 결정성 실리콘막 등의 막 피복물품이 얻어진다. 또, 이들 공정을 연속하여 행할 수 있기 때문에, 물품반송시간, 물품가열시간을 대폭 단축할 수 있어 스루풋이 향상한다. 특히, 결정성 실리콘전단계막의 형성과 그 후의 에너지빔의 조사를 동일 진공챔버 내에서 행할 수 있기 때문에 한층더 높은 스루풋이 얻어진다.
또, 도 2는 본 발명에 관한 성막장치의 다른 예의 개략 구성을 나타낸 도면이다. 이 장치는, 물품반송을 위한 두 개의 진공챔버(C11 및 C12)를 가지며, 진공챔버(C11)에, 물품반입용 예비진공챔버(C2), 예비가열용 진공챔버(C3), 결정성 실리콘막 형성을 위한 제 1 성막용 진공챔버(C4)가 각각 게이트밸브(V9, V10, V11)를 거쳐 접속되어 있다. 또, 물품반송용 진공챔버(C12)에, 전기절연성막 형성을 위한 제 2 성막용 진공챔버(C5), 물품반출용 예비진공챔버(C6)가 각각 게이트밸브(V13, V14)를 거쳐 접속되어 있다. 또, 물품반송용 진공챔버(C11, C12) 사이는 게이트밸브(V12)를 거쳐 접속되어 있고, 물품반입용 예비진공챔버(C2)와 외부 사이 및 물품반출용 예비진공챔버(C6)와 외부 사이에는 각각 게이트밸브(V8, V15)가 설치되어있다.
또한, 상기한 각 진공챔버는 각각 도 1의 장치에 있어서의 것과 실질상 동일한 것이다. 물품반송용 진공챔버(C11, C12)에 설치된 물품반송로봇은 각각 11A, 12A의 부호가 붙어 있다.
도 2에 나타낸 성막장치를 사용하여, 피성막물품 상에 결정성 실리콘막 등을 형성함에 있어서는, 피성막물품을 물품반입용 예비진공챔버(C2), 물품반송용 진공챔버(C11), 예비가열용 진공챔버(C3), 물품반송용 진공챔버(C11), 제 1 성막용 진공챔버(C4), 물품반송용 진공챔버(C11), 물품반송용 진공챔버(C12), 제 2 성막용 진공챔버(C5), 물품반송용 진공챔버(C12), 물품반출용 예비진공챔버(C6) 순서로 이동시키고, 상기한 도 1의 장치와 동일하게 하여, 피성막물품의 예비가열, 결정성 실리콘막의 전단계막의 형성, 레이저에 의한 결정화처리 및 절연막 형성을, 차례로 행할 수 있다.
또, 도 3은 본 발명에 관한 성막장치의 또다른 예의 개략 구성을 나타낸 도면이다. 이 성막장치는, 물품반입용 예비진공챔버(C2), 예비가열용 진공챔버(C3), 결정성 실리콘막 형성을 위한 제 1 성막용 진공챔버(C4), 전기절연성막 형성을 위한 제 2 성막용 진공챔버(C5), 물품반출용 예비진공챔버(C6)가 각각 게이트밸브(V17, V18, V19, V20)를 거쳐 접속되어 있다. 또, 물품반입용 예비진공챔버(C2)와 외부 사이 및 물품반출용 예비진공챔버(C6)와 외부 사이에는 각각 게이트밸브(V16, V21)가 설치되어 있다. 또한, 상기한 각 진공챔버는 각각 도 1의 장치에 있어서의 것과 실질상 동일한 것이다.
이 장치를 사용하여, 피성막물품 상에 결정성 실리콘막 등을 형성함에 있어서는, 피성막물품을 물품반입용 예비진공챔버(C2), 예비가열용 진공챔버(C3), 제 1 성막용 진공챔버(C4), 제 2 성막용 진공챔버(C5), 물품반출용 예비진공챔버(C6)의 순서로 이동시키고, 상기한 도 1의 장치와 동일하게 하여, 피성막물품의 예비가열, 결정성 실리콘막의 전단계막의 형성 및 레이저에 의한 결정화처리 및 절연막 형성을 차례로 행할 수 있다.
또, 도 4는 본 발명에 관한 성막장치의 또다른 예의 개략 구성을 나타낸 도면이다. 이 장치는, 플라즈마생성실(C)을 가지며, 실(室)(C)에는 진공배기부(18)가 접속됨과 동시에, 원료가스공급부(12)가 접속되어 있다. 원료가스공급부(12)에는, 실(C) 내의 원통형상 전극 또는 단면직사각형상의 통(筒)전극(14a)의 하부영역에 성막원료가스를 도입할 수 있는 가스분출용 링형상 파이프(121) 및 이것에 접속된 원료가스원, 매스 플로우 컨트롤러 등이 포함되나, 도면 중에는 가스분출용 링형상 파이프(121)만 나타내고 그 이외는 도시생략하고 있다. 또 실(C) 내에는 피성막물품 유지부재(11)가 설치되고, 유지부재(11)는 도시생략한 가이드에 안내되어 피성막물품(10)을 도면 중 화살표(α) 방향으로 반입반출하도록 구동장치(100)에 의하여 수평왕복운동 가능하고, 실(C) 내에서는 피성막물품가열용 히터(9) 상에 배치된다. 구동장치(100)는, 그것으로는 한정되지 않으나, 여기서는 플라즈마생성실(C)의 하부에 일체적으로 연결 설치된 좌우의 가로가 긴 반송실(CL, CR)에 걸쳐 설치된 벨트전동장치(101)와 상기 벨트전동장치(101)를 실외로부터 정역(正逆)구동할 수 있는 모터(M)를 포함하고 있다. 벨트전동장치(101)는 각실(CL, CR)에 설치된 풀리(P1, P2)와 이것에 감아 걸어진 벨트(BL)로 이루어지며, 벨트(BL)가 유지부재(11)에 연결되고, 한쪽 풀리(P1)가 모터(M)에 연결되어 있다.
또, 플라즈마생성실(C)에 위치하였을 때의 유지부재(11)에 유지되는 피성막물품(10)의 피성막영역의 둘레가장자리부에 대향하는 위치에는, 이미 설명한 원통형상 전극 또는 단면직사각형상의 통전극(14a)이 설치된다. 전극(14a)에는 정합기(16)를 거쳐 고주파전원(17)이 접속되어 있다. 또, 플라즈마생성실(C) 외주의, 전극(14a)에 대응하는 위치에는, 플라즈마 안정유지를 위한 자장을 넣는 자석(100b)이 설치되어 있다. 또, 전극(14a)을 사이로 하여, 유지부재(11)에 대향하는 위치에는 이온원(2)이 설치되어 있다. 이온원(2)에는 이온원용 가스공급부(1)가 접속되어 있는 동시에, 가스플라즈마화를 위하여 정합기(3)를 거쳐 고주파전원(4)이 접속되어 있다. 이온원(2) 주위에도 플라즈마 안정유지를 위한 자장을 넣은 자석(100a)이 설치되어 있다. 또한, 가스공급부(1)에도 가스원 등이 포함되나, 이들은 도시생략하고 있다. 또, 이온원(2)은, 이온을 인출하기 위한 여기서는 3매의 전극(이온원 안쪽으로부터 가속전극, 감속전극, 접지전극)으로 이루어지는 인출전극계(21a)를 가지고 있다. 인출전극계(21a)와 이온원(2) 사이에는 가속전원(5) 및 감속전원(6)이 접속되어 있다. 또한, 이온원(2)의 여기방법은 여기서는 고주파형을 나타내고 있으나, 이 외에 필라멘트형, 마이크로파형 등을 채용할 수 있다. 또, 인출전극계는 3매 전극 구조로 한정되지 않고 1매 내지 4매의 전극으로 이루어지는 것이면 좋다. 또한, 전극(14a) 및 이온원(2)은 피성막물품(10)의 피성막면의 제 1 방향의 길이(여기서는 물품반송방향 α에 직각인 폭방향의 길이)에 걸쳐 막 형성 및 이온빔 조사를 행할 수 있는 크기의 것이다.
또, 플라즈마생성실(C)의 외부에는 레이저광원(19) 및 광원(19)으로부터의 레이저광의 조사범위를 정하기 위한 광학계(20)가 설치되어 있다. 또, 전극(14a)과 플라즈마생성실(C) 벽 사이의 위치에는 레이저광을 반사하여 소정 위치로 유도하기 위한 미러(22)가 설치되고, 플라즈마생성실(C) 벽의, 미러(22)와 광학계(20) 사이의 위치에는 석영창(21)이 설치되어 있다. 미러(22) 및 레이저광(L)의 통로는 플라즈마나 이온빔을 차단하기 위한 방착판(防着板)(23)으로 덮여져 있다. 또한, 도 4 중, 부호 G는 반송실(CL, CR)에 각각 설치된 물품반입, 반출을 위한 게이트밸브이다.
이 장치를 사용하여 결정성 실리콘막을 형성하는 방법의 일례를 이하에 나타낸다.
먼저, 플라즈마생성실(C) 내를 진공배기부(18)의 운전에 의해 소정 압력으로 감압하고, 원료가스공급부(12)로부터 플라즈마생성실(C) 내에 실리콘계 가스 및 수소가스를 함유하는 원료가스를 도입함과 동시에, 정합기(16)를 거쳐 고주파전원(17)으로부터 전극(14a)에 고주파전력을 공급하여 상기 도입한 가스를 플라즈마화하고, 도면 중 부호 13으로 나타낸 위치, 즉 플라즈마생성실(C)에 위치할 때의 피성막물품(10)의 피성막영역의 둘레가장자리부의 근방위치에 플라즈마를 형성한다.
또, 이와 같이 하여 피성막물품(10)을 플라즈마에 노출하여 그 표면에 막을 퇴적시킴과 동시에, 상기 막형성면에 이온빔을 조사한다. 이온빔 조사는 다음과같이 하여 행한다. 즉, 이온원(2)에 이온원용 가스공급부(1)로부터 이온의 원료가스를 도입하고, 이것에 정합기(3)를 거쳐 전원(4)으로부터 고주파전력을 공급하여, 도면 중 부호 8로 나타낸 이온원 내의 위치에 플라즈마를 발생시켜, 인출전극계(21a)에 전원(5, 6)에 의하여 적당한 전압을 인가함으로써 플라즈마(8)로부터 조사에너지(100eV 내지 10keV)로 이온을 인출하여, 전극(14a)의 개구부를 통하여 피성막물품(10)에 상기 이온빔을 조사한다. 이온빔의 이온종은 불활성 가스, 반응성 가스 및 실리콘계 가스 중 적어도 1종의 가스의 이온을 사용한다. 또한, 플라즈마생성실(C)과 이온원(2)으로 동일한 원료가스를 사용하는 경우에는, 플라즈마생성실(C) 내에 원료가스공급부(12)로부터 도입한 가스 또는 이온원(2) 내에 가스공급부(1)로부터 도입한 가스를 쌍방에서 공용할 수도 있다.
이 동안, 피성막물품(10)을 유지부재(11)에 의하여 유지하여 구동장치(100)로 그 길이방향(α)으로 이동시키고, 상기 물품(10)의 피성막면 전체에 대하여 전극(14a)의 아래쪽의 성막위치를 통과시킨다. 성막위치에서는, 피성막물품(10)은 유지부재(11)마다 히터(9) 위에 올려놓여진다. 이에 따라, 피성막물품(10)의 길이방향의 한쪽 끝단으로부터 차례로 그 전체에 결정성 실리콘 전단계막이 형성된다.
또한, 물품(10)을 이동시키면서 상기 물품에, 에너지빔조사부의 일례를 구성하고 있는 레이저광원(19)으로부터 광학계(20), 석영창(21) 및 미러(22)를 거쳐 레이저광(L)을 조사함으로써, 피성막물품(10)의 상기 전단계막 형성후의 부분에 차례로 레이저광이 조사되고, 상기 전단계막의 결정화처리가 행하여진다.
이와 같이, 플라즈마CVD장치, 이온원, 레이저조사장치가 하나의 진공챔버(C)에 부설되고, 또한 피성막물품(10)을 수평 이동시키는 수단이 구비되어 있음으로써, 피성막물품(10)이 긴 물품인 경우에도, 그 한쪽 끝단으로부터 차례로 전단계막의 형성 및 그 결정화처리를 행할 수 있어, 높은 스루풋으로 결정성 실리콘막을 형성할 수 있다. 또한, 전단계막 형성과 그 결정화처리를 동일한 플라즈마생성실(C) 내에서 행할 수 있으므로, 불순물 부착 등이 억제된 상태로 양질의 결정성 실리콘막을 형성할 수 있다.
또, 피성막물품에 플라즈마CVD법 등에 의한 성막을 행함과 동시에 이온빔을 조사할 때에는, 그 이온종, 이온조사에너지 등을 적절히 선택 또는 조정함으로써 표면여기, 결정성 향상, 결정배향제어 등의 효과가 얻어지고, 실리콘원자의 마이그래이션(migration)이 촉진되어, 비교적 저온하에서 피성막물품 상에 양호한 결정성을 가지는 전단계막을 형성할 수 있다. 이에 따라, 실용상 요구되는 결정 입경의 결정성 실리콘막을 얻기 위하여 조사할 에너지빔의 에너지밀도를 낮게 할 수 있다.
또, 이온빔 조사에 의하여 전단계막 중의 수소농도를 저감시킬 수 있고, 레이저광을 조사하는 데 있어서의 탈수소처리를 생략할 수 있어, 그만큼 생산성을 향상시킬 수 있다.
또, 플라즈마원료가스로서 수소가스를 함유하는 가스를 사용함으로써, 실리콘막 중의 댕글링 본드를 저감할 수 있고, 수소플라즈마처리를 실시하는 일 없이 막 중 결함이 적은 양호한 전단계막 및 이것으로부터 결정성 실리콘막을 얻을 수 있다.
또한, 피성막물품에 대한 플라즈마CVD법에 의한 막 형성과 이온빔 조사를 병행하여 행하는 대신에, 막 형성에 앞서 이온 빔을 조사하여 그 후의 막 형성에 의하여 피성막물품과의 계면부분에 미세결정핵층을 가지고 상층이 비결정질 실리콘층 인 전단계막을 형성할 수도 있다. 이 경우, 피성막물품(10)을 그 길이방향으로 이동시켜 그 전체에 이온빔을 조사한 후, 다시 물품(10)을 원래의 위치로 복귀시키고 다시 그 길이방향으로 이동시켜 그 전체에 막 형성하면서, 막 형성한 영역으로부터 차례로 레이저광을 조사하여 결정화처리를 행한다.
또, 전단계막 형성 이전부터 상기 막 형성 초기까지 또는 전단계막 형성 초기에 이온빔을 조사하고, 그 후에는 이온빔 조사를 정지하여 막 형성만 행할 때에는, 피성막물품과의 계면부분에 실리콘의 미세결정핵층을 가지고 그 상층이 비결정질 실리콘층인 전단계막 또는 피성막물품과의 계면부분에 상기 물품과의 혼합층을 가지고 상층이 비결정질 실리콘층인 전단계막 또는 이러한 혼합층과 미세결정핵층 및 그들 위에 비결정질 실리콘층을 가지는 전단계막을 형성할 수도 있다. 이 경우, 피성막물품을 그 길이 방향으로 이동시켜 그 전체에 막 형성 및 이온빔 조사를 행한 후, 이온빔 조사를 정지하고 물품을 원래의 위치로 복귀시키고, 다시 그 길이 방향으로 이동시켜 그 전체에 막 형성만 행하면서, 막 형성한 영역으로부터 차례로 레이저광을 조사하여 결정화처리를 행한다.
이와 같이, 이온빔 조사를 전단계막 형성 전체에 걸쳐 행하지 않고, 그 초기에 한정하여 또는(및) 막 형성 전에 행하여 실리콘의 미세결정핵층을 전단계막과 피성막물품의 계면부분으로 한정함으로써, 최종적으로 얻어지는 결정성 실리콘막의 표면의 결함(요철)을 저감할 수가 있는 동시에, 결정입자 내의 결함을 저감할 수있다.
또, 미세결정핵층의 결정 입경 등을 조정하면, 낮은 에너지밀도부터 높은 에너지밀도까지의 광범위한 에너지빔에 의하여 양호한 결정을 성장시킬 수 있기 때문에, 에너지빔 출력의 정밀도를 그다지 좋게 하지 않아도 되고 장치비용의 저감, 장치수명의 연장을 도모할 수 있다.
또, 안정된 낮은 에너지밀도의 에너지빔으로 결정화시킬 수도 있기 때문에, 저비용으로 안정된 막질의 결정성 실리콘막을 얻을 수 있다.
또, 피성막물품(10)과의 계면부분에 혼합층을 형성함으로써, 전단계막과 피성막물품(10)의 밀착성이 양호하게 되고, 그 후의 결정화처리공정에서의 에너지빔의 조사에 의하여 상기 막 내에 큰 응력이 발생하더라도 상기 막의 박리가 생기기 어렵다.
또한, 도 1, 도 2의 각 성막장치에 있어서의 제 1 성막용 진공챔버(C4)는, 그것으로는 한정되지 않으나, 여기서는 도 4의 성막장치에 있어서, 도면 중 왼쪽의 반송실(CL)의 게이트밸브(G) 대신에 기밀벽을 설치하고, 오른쪽의 반송실(CR)의 게이트밸브(G)를 도 1의 장치에서는 게이트밸브(V4)로 하며, 도 2의 장치에서는 게이트밸브(V11)로 한 것이다. 또, 도 3의 성막장치에 있어서의 제 1 성막용 진공챔버(C4)는, 그것으로는 한정되지 않으나, 여기서는 도 4의 성막장치에 있어서, 도면 중 오른쪽의 반송실(CR)의 게이트밸브(G)를 도 3에 나타낸 게이트밸브(V18)로 하고, 도면 중 왼쪽의 반송실(CL)의 게이트밸브(G)를 도 3에 나타낸 게이트밸브(V19)로 한 것이다.
이상 설명한, 도 4에 나타낸 성막장치에서는, 레이저광원(19), 광학계(20) 등으로 이루어지는 에너지빔조사부는, 정위치에 하나 설치되어 있으나, 피처리물품에 대하여 에너지빔조사부를 이동 가능하게 설치해도 좋다. 또, 에너지빔조사부의 수는 하나로 한정되어 있지 않다.
또, 고주파전극(14a)은 상기 통형상의 것으로 한정되지 않는다.
다음으로, 도 1의 성막장치를 사용한 결정성 실리콘막 및 실리콘산화물막의 연속 형성의 실시예에 대하여 설명한다. 아울러, 종래의 평행평판형 플라즈마CVD장치를 사용하여 비결정질 실리콘막을 형성하고, 상기 막에 탈수소처리, 레이저광 조사에 의한 결정화처리를 실시하여 결정성 실리콘막으로 한 후, 다시 그 위에 평행평판형 플라즈마CVD장치를 사용하여 실리콘산화물막을 형성한 비교예에 대해서도 설명한다.
또한, 이하의 각 예는 피성막물품을 바꾸어 각각 50회씩 행하였다.
또, 이하의 예에 있어서, 실리콘 미세결정핵층의 층 두께(미세결정핵이 존재하는 범위)는 투과형 전자현미경(TEM) 관찰에 의하여 측정하고, 결정성 실리콘막에 있어서의 결정 입경은 레이저라망 분광분석에 있어서의 피크위치 및 주사형 전자현미경(SEM) 관찰 결과로부터 구하였다. 미세결정핵층에 있어서의 미세결정핵의 밀도는 주사형 전자현미경 관찰에 의하여 측정하였다. 또, 최종적으로 얻어진 결정성 실리콘막과 실리콘산화물막의 계면청정성은 SIMS(2차 이온 질량분석)에 의하여 불순물 분석을 행함으로써 평가하였다. 또, 전기적 특성으로서는 홀 이동도를 측정하였다.
실시예
도 1의 장치를 사용하여, 제 1 성막용 진공챔버(C4) 내에서 피성막물품을 성막원료가스의 플라즈마에 노출하여 상기 물품 상에 막 형성함과 동시에, 상기 막 형성의 초기에 상기 막형성면에 이온빔 조사를 행하여 상기 물품 상에 결정성 실리콘막의 전단계막을 형성하고, 상기 전단계막에 레이저광 조사에 의한 결정화처리를 실시하였다. 또한, 결정성 실리콘막 피복물품을 진공을 깨지 않고 제 2 성막용 진공챔버(C5) 내로 반입하고, 상기 챔버(C5) 내에서 결정성 실리콘막 상에 플라즈마CVD법으로 실리콘산화물막을 형성하였다.
결정성 실리콘막의 전단계막의 성막조건
피성막물품 무알칼리유리기판(300mm×400mm)
성막원료가스 SiH450%
H250%
여기용 고주파 13.56MHz 1.5kW
이온원 이온종 H, SiHx의 각 양이온
이온조사에너지 1keV
이온조사량 1×1014내지 1×1015개/cm2
성막압력 1×10-4Torr
성막온도 300℃
이온조사층의 두께 30nm
전체의 막 두께 50nm
결정화 처리조건
레이저광 엑시머레이저(XeCl), 파장 308nm
에너지밀도 100 내지 400mJ/cm2
처리온도 300℃
실리콘산화물막의 성막조건(연속처리)
성막원료가스 SiH420%
N2O 80%
여기용 고주파 13.56MHz 2kW
성막압력 1×10-3Torr
성막온도 300℃
막 두께 40nm
이 결과, 레이저어닐링전의 결정성 실리콘 전단계막에서는, 미세결정핵은 피성막물품의 표면으로부터 30nm 이내의 범위에 존재하고, 미세결정핵 밀도는 약 1.0×1010개/cm2였다. 또, 그 상층에는 미세결정핵은 관찰되지 않고 비결정질 실리콘층임이 확인되었다.
레이저어닐링후의 막에 대해서는, 레이저광의 에너지밀도 100 내지 400mJ/cm2의 범위에서, 결정화 실리콘에 의한 피크(라망시프트=520cm-1)가 검출되고, 또 SEM 관찰 결과로부터 입경 150nm 이상의 결정이 형성되어 있음이 확인되었다. 또, 에너지밀도 230 내지 320mJ/cm2의 범위에서 입경 300nm 이상의 결정이 확인되었다. 또, 레이저광의 에너지밀도 200 내지 300mJ/cm2의 범위에서, 라망시프트 520cm-1에 있어서의 절반값 폭은 6cm-1이고, 질서성이 높으며, 양호한 결정성을 가지는 실리콘막이 얻어짐을 알 수 있다. 또한, 단결정 실리콘에서는 라망시프트 520cm-1에 있어서의 절반값 폭은 5cm-1였다. 레이저에너지밀도가 350mJ/cm2이상인 경우, 결정 입경은 300nm 이하로 되나, 레이저광 조사에 의한 막 박리는 생기지 않았다.
또, 50회 성막의 소요 시간은 500분간이었다. 또, 최종적으로 얻어진 결정성 실리콘막과 실리콘산화물막의 계면청정성에 대하여 SIMS에 의하여 불순물 분석을 행한 결과, 탄소의 불순물 농도는 막 중에서 1×1017개/cm3, 상기한 양 막의 계면부분에서 2×1017개/cm3였다. 또, 홀 이동도는 50cm2/V·s였다.
비교예
종래의 평행평판형 플라즈마CVD장치를 사용하여 다음의 조건으로 비결정질 실리콘막 형성을 행한 후, 탈수소처리 및 결정화처리를 행하였다. 또한, 평행평판형 플라즈마CVD장치를 사용하여 결정성 실리콘막 상에 실리콘산화물막을 형성하였다.
비결정질 실리콘막의 성막조건
피성막물품 무알칼리유리기판(300mm×400mm)
성막원료가스 SiH450%
H250%
여기용 고주파 13.56MHz 500W
성막압력 1×10-1Torr
성막온도 300℃
막 두께 50nm
탈수소처리조건
처리온도 450℃
처리시간 2시간
분위기 대기압·질소분위기
결정화처리조건
레이저광 엑시머레이저(XeCl), 파장 308nm
에너지밀도 100 내지 400mJ/cm2
처리온도 300℃
실리콘산화물막의 성막조건(대기폭로후 처리)
성막원료가스 SiH420%
N2O 80%
여기용 고주파 13.56MHz 1kW
성막압력 1×10-1Torr
성막온도 300℃
막 두께 40nm
이 결과, 레이저어닐링전의 막은 완전한 비결정질 실리콘막으로 미세결정핵은 확인되지 않았다. 레이저어닐링후의 막에 대해서는, 레이저광의 에너지밀도 150 내지 400mJ/cm2의 범위에서, 결정화 실리콘에 의한 피크(라망시프트=520cm-1)가 검출되고, 또 에너지밀도 220 내지 270mJ/cm2의 좁은 범위에서만 SEM 관찰 결과로부터 입경 250nm 이상의 결정이 형성되어 있는 것이 확인되었다. 또, 에너지밀도 240mJ/cm2에서만 입경 300nm 이상의 결정이 확인되었다. 또, 레이저광의 에너지밀도 250 내지 270mJ/cm2의 범위에서 라망시프트 520cm-1에 있어서의 절반값 폭은 6cm-1였다. 또한, 레이저에너지밀도 350 내지 400mJ/cm2의 범위에서는 레이저광 조사에 의한 부분적인 막 박리가 확인되었다.
또, 50회 성막의 소요 시간은 전공정에서 1000분이었다. 또, 최종적으로 얻어진 결정성 실리콘막과 실리콘산화물막의 계면청정성에 대하여 SIMS에 의하여 불순물 분석을 행한 결과, 탄소의 불순물 농도는 막 중에서 1×1017개/cm3인 데 대하여, 상기한 양 막의 계면부분에서는 5×1018개/cm3이었다. 또, 홀 이동도는 20cm2/V·s였다.
상기한 실시예 및 비교예의 결과, 본 발명장치를 사용한 상기 실시예에 의하면, 종래의 평행평판형 플라즈마CVD장치를 사용하여 비결정질 실리콘막을 형성한 후, 레이저광 조사에 의하여 상기 막을 결정화시킨 비교예에 비하여, 결정화처리시에 넓은 범위로부터 레이저에너지밀도를 선택하여 소정의 결정 입경이 얻어지는 것을 알 수 있다. 또, 상기 실시예에 의하면, 높은 에너지밀도의 레이저광의 조사에 의해서도 막의 박리가 생기지 않았다.
또, 상기 실시예에서는, 결정성 실리콘막 형성 및 레이저어닐링처리를 피성막물품의 한쪽 끝단으로부터 연속하여 차례로 행할 수 있고, 또한 진공을 깨지 않고 그 위에 실리콘산화물막을 형성할 수 있기 때문에, 또 레이저어닐링처리전에 탈수소처리를 실시할 필요가 없기 때문에, 비교예에 비하여 50회의 성막에 요하는 시간을 대폭 단축할 수 있음을 알 수 있다. 또, 상기 실시예에서는 비교예에 비하여 결정성 실리콘막과 실리콘산화물막의 계면이 청정한 막피복물품이 얻어진 점, 또 이 때문에 양호한 전기적 특성을 가지는 막피복물품이 얻어진 점을 각각 알 수 있다.
본 발명은 상세히 기재 및 설명되어 있더라도 설명 및 실시예일 뿐이며, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 정신 및 범위는 특허청구범위에 의해서만 제한된다.
본 발명에 의하면, 결정성 실리콘막의 전단계막의 형성과 그 후의 상기 전단계막에 대한 에너지빔의 조사를 동일 진공챔버 내에서 연속하여 행할 수 있기 때문에, 피성막물품의 반송시간 또는 다시 가열시간을 대폭 단축할 수 있고, 그만큼 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, 전단계막 형성과 그 후의 에너지빔 조사를 동일 진공챔버 내에서 행할 수 있으므로, 불순물의 부착 등이 억제된 상태로 양질의 결정성 실리콘막을 형성할 수 있다.

Claims (32)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 피성막물품에 결정성 실리콘막을 형성하기 위한 실리콘막 형성용 진공챔버를 가지고 있고,
    상기 진공챔버에는 피성막물품의 피성막면에 결정성 실리콘막의 전단계막을 형성하기 위한 성막부와, 상기 전단계막의 결정화처리를 위하여 상기 전단계막에 에너지빔 조사를 행하는 에너지빔조사부와, 피성막물품을 이동시키는 물품반송장치가 설치되어 있으며,
    상기 성막부는, 피성막물품의 피성막면의 제 1 방향의 길이에 걸쳐 상기 전단계막을 형성할 수 있는 것으로서, 피성막물품에 이온빔을 조사할 수 있는 이온원을 가지고 있고,
    상기 에너지빔조사부는, 에너지빔을 피성막물품의 피성막면의 상기 제 1 방향의 길이에 걸쳐 조사할 수 있는 것이며,
    상기 물품반송장치는, 피성막물품을, 이 물품 위에 형성되는 상기 전단계막으로의 에너지빔 조사를 위하여 상기한 제 1 방향을 가로지르는 제 2 방향으로 이동시킬 수 있는 것임을 특징으로 하는 성막장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 이온원이 100eV 내지 10keV의 조사에너지로 이온빔을 조사할 수 있는 것임을 특징으로 하는 성막장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 3 항에 있어서,
    피성막물품의 피성막면에 전기절연성 막을 형성할 수 있는 전기절연성 막 형성용 진공챔버가 외부와의 사이에서 기밀을 유지할 수 있도록 상기한 실리콘막 형성용 진공챔버에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 3 항에 있어서,
    성막전에 피성막물품을 가열할 수 있는 예비가열용 진공챔버가 외부와의 사이에서 기밀을 유지할 수 있도록 상기한 실리콘막 형성용 진공챔버에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  11. 제 3 항 또는 제 10 항에 있어서,
    외부와의 사이에서 피성막물품의 교환을 행할 수 있는 예비진공챔버가 외부와의 사이에서 기밀을 유지할 수 있도록 상기한 실리콘막 형성용 진공챔버에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 피성막물품에 결정성 실리콘막을 형성하기 위한 실리콘막 형성용 진공챔버를 가지고 있으며, 상기 진공챔버에는, 피성막물품의 피성막면에 결정성 실리콘막의 전단계막을 형성하기 위한 성막부와, 상기 전단계막의 결정화 처리를 위하여 상기 전단계막에 에너지빔 조사를 행하는 에너지빔조사부와, 피성막물품을 이동시키는 물품반송장치가 설치되어 있고, 상기 성막부는, 피성막물품의 피성막면의 제 1 방향의 길이에 걸쳐 상기 전단계막을 형성할 수 있는 것인 동시에, 피성막물품에 이온빔을 조사할 수 있는 이온원을 가지고 있으며, 상기 에너지빔조사부는, 에너지빔을 피성막물품의 피성막면의 상기한 제 1 방향의 길이에 걸쳐 조사할 수 있는 것이며, 상기 물품반송장치는, 피성막물품을, 이 물품 위에 형성되는 상기 전단계막으로의 에너지빔 조사를 위하여 상기한 제 1 방향을 가로지르는 제 2 방향으로 이동시킬 수 있는 것인 성막장치를 준비하는 공정과,
    상기한 실리콘막 형성용 진공챔버 내에 피성막물품을 설치하고, 상기 성막물품의 피성막면에 상기 성막부에 의하여 결정성 실리콘막의 전단계막을 형성하는 공정과,
    상기 피성막물품의 피성막면에 상기 이온원으로부터 이온빔을 조사하는 공정과,
    상기 진공챔버 내에 있어서 상기 에너지빔조사부로부터 상기 전단계막에 상기 막의 결정화 처리를 위한 에너지빔을 조사하여 상기 전단계막을 목적으로 하는 결정성 실리콘막으로 하는 공정을 포함하며,
    상기 전단계막 형성공정에 있어서는, 상기 피성막물품의 피성막면의 제 1 방향의 길이에 걸쳐 상기 전단계막을 형성하고,
    상기 에너지빔 조사에 의하여 상기 전단계막을 목적으로 하는 결정성 실리콘막으로 하는 공정에서는 상기 전단계막의 형성을 허용하면서, 상기 물품반송장치에 의하여 상기 피성막물품을 상기한 제 1 방향을 가로지르는 제 2 방향으로 이동시키면서 상기 에너지빔조사부로부터, 형성된 상기 전단계막에 에너지빔을 조사하여 차례로 목적으로 하는 결정성 실리콘막을 형성하는 것을 특징으로 하는 결정성 실리콘막의 형성방법.
  17. 삭제
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 전단계막 형성공정에서는 상기 피성막물품의 피성막면을 향하여 상기 이온원으로부터 이온빔 조사하면서 상기 전단계막을 형성하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  19. 삭제
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 전단계막 형성공정에 앞서, 상기 이온원으로부터 상기 피성막물품의 피성막면을 향하여 이온빔을 조사하고, 상기 전단계막은 이온빔 조사된 상기 피성막면에 형성하는 것을 특징으로 하는 결정성 실리콘막의 형성방법.
  21. 삭제
  22. 제 16 항에 있어서,
    상기 전단계막 형성공정의 초기에, 상기 이온원으로부터 상기 피성막물품의 피성막면을 향하여 이온빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 결정성 실리콘막의 형성방법.
  23. 삭제
  24. 제 16 항에 있어서,
    상기 전단계막 형성공정의 전부터 상기 전단계막 형성 초기에 걸쳐 상기 이온원으로부터 상기 피성막물품의 피성막면을 향하여 이온빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 결정성 실리콘막의 형성방법.
  25. 삭제
  26. 제 18 항에 있어서,
    상기 이온빔조사에너지를 100eV 내지 1keV로 하는 것을 특징으로 하는 결정성 실리콘막의 형성방법.
  27. 제 20 항에 있어서,
    상기 이온빔조사에너지를 500eV 내지 10keV로 하는 것을 특징으로 하는 결정성 실리콘막의 형성방법.
  28. 제 22 항에 있어서,
    상기 이온빔조사에너지를 500eV 내지 10keV로 하는 것을 특징으로 하는 결정성 실리콘막의 형성방법.
  29. 제 22 항에 있어서,
    상기 이온빔조사에너지를 2keV 내지 10keV로 하는 것을 특징으로 하는 결정성 실리콘막의 형성방법.
  30. 제 24 항에 있어서,
    상기 이온빔조사에너지를 500eV 내지 10keV로 하는 것을 특징으로 하는 결정성 실리콘막의 형성방법.
  31. 제 18 항에 있어서,
    상기 성막부로서 플라즈마CVD에 의한 성막을 행하는 것을 채용하는 것을 특징으로 하는 결정성 실리콘막의 형성방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 플라즈마CVD에 의한 전단계막 형성에 있어서, 성막용 가스로서 실리콘계 가스와 수소가스의 혼합가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 결정성 실리콘막의 형성방법.
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