KR100562196B1 - 박막형성장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배기장치에 의하여 배기감압 가능한 진공용기 내에 가스공급장치로부터 공급되는 막형성용 가스에 전력인가장치로 전력인가하여 상기 가스를 플라즈마화하고, 그 플라즈마하에서 상기 용기 내에 설치한 물품 위에 박막을 형성하는 것이다.
가스공급장치는 물품의 막형성 대상면에 대향하는 가스분출용 면부를 가지는 가스분출용 부재를 가지고 있고, 전력인가장치는 용기 내에 설치된 전력인가용 전극을 가지고 있으며, 가스분출용 부재는 그 가스분출용 면부에 분산 형성된 복수의 가스분출구멍을 가지고 있고, 상기 전극은 물품과 이것에 대향하는 가스분출용 면부 사이의 공간에 대하여 상기 공간주위 영역으로부터 대향하도록 설치되어 있다. 이와 같은 장치에 의하여 플라즈마 전위의 증대를 초래하지 않고 플라즈마밀도를 향상시켜 고속으로 양질의 또한 막두께 균일성 양호한 박막을 형성한다.

Description

박막형성장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR FORMING A THIN FILM}
도 1은 본 발명에 관한 박막형성장치의 일례의 구성을 개략적으로 나타내는 도,
도 2는 도 1에 나타내는 장치에 있어서의 가스분산용 파이프 및 전력인가용전극의 설치상태를 평면으로 본 도,
도 3은 실험예 1 - 1과 실험예 1 - 2의 실리콘막의 막두께 균일성의 평가결과를 나타내는 도,
도 4는 실험예 2 - 2와 실험예 2 - 3의 실리콘 산화막의 막두께 균일성의 평가결과를 나타내는 도면이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 진공용기 2 : 가스공급장치
21 : 가스분출용 부재 22 : 가스공급부
23, 24 : 가스도입관 210 : 가스분출용 면부
211 : 면부(210)를 포함하는 부재
212 : 커버부재 210a, 210b : 가스분출구멍
211S : 부재(211) 내의 가스분산용 공간부
212S : 커버부재(212)에 덮힌 공간부
211a, 212a : 가스안내관 212' : 가스안내부재
213 : 가스분산용 파이프 3 : 배기장치
31 : 배기로 4 : 전력인가장치
41 : 전력인가용 전극 42 : 고주파 전원
5 : 지지부재 51 : 히터
52 : 피스톤 실린더장치 53 : 링형상 부재
SP : 플라즈마를 형성하는 공간
S : 피막형성 기판(피막형성 물품의 일례)
본 발명은 피막형성 물품 위에 박막을 형성하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 다시 말하면, 예를 들면 표시장치에 있어서의 각 화소에 설치되는 TFT(박막 트랜지스터)제공을 위한 결정성 실리콘막, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등의 박막이나, 태양전지 등에 사용되는 실리콘계 박막 등의 박막을 기판 위에 형성하는 것에 이용할 수 있는 박막형성장치 및 방법에 관한 것이다.
피막형성 물품 위에 박막을 형성하는 방법으로서 플라즈마 CVD 법이 널리 알려져 있으며, 상기 플라즈마 CVD 법을 실시하는 장치로서 용량 결합형의 평행 평판형의 플라즈마 CVD 장치가 널리 알려져 있다.
플라즈마 CVD 장치는, 배기장치에 의하여 배기감압 가능한 진공용기 내에 가 스공급장치로부터 공급되는 막형성용 가스에 전력인가장치(통상, 고주파 전력인가장치)로부터 전력을 인가하여 상기 가스를 플라즈마화하고, 그 플라즈마하에서 상기 진공용기 내에 설치한 피막형성 물품 위에 박막을 형성하는 것이다.
평행 평판형 플라즈마 CVD 장치의 경우, 전원에 접속된 평판형의 전력인가용 전극과 피막형성 물품을 지지하는 평판형의 대향전극(통상 접지전극)이 진공용기 내에 설치되고, 이들 양 전극 사이에 도입되는 막형성용 가스가 양 전극 사이에 투입되는 전력에 의하여 플라즈마화되고, 그 플라즈마하에서 물품 위에 박막이 형성된다.
이와 같은 평행 평판형 플라즈마 CVD 장치 중에는, 예를 들면 일본국 특개평 6-291054호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 피막형성 물품에 있어서의 막형성 대상면의 면적이 큰 경우에도 그 면 전체에 걸쳐 되도록 균일한 막을 형성할 수 있도록 물품을 지지하지 않는 쪽의 전력인가용 전극을 다수의 가스분출구멍을 분산 형성한 플레이트형상의 전극으로 한 것도 있다.
또, 일본국 특개평1-216523호 공보는, 평행 평판형 플라즈마 CVD 장치에 의하여 고품질의 비정질 반도체막을 형성하기 위하여, 막퇴적을 행하는 기판 또는 그 근방에 플라즈마 분해에 의하여 생긴 전자 및 이온입자의 어느 쪽에도 운동에너지를 주는 것이 가능한 주파수의 교류전계 또는 주기 펄스전계를 인가하는 것을 개시하고 있다.
그런데, 평행 평판형 플라즈마 CVD 장치의 경우, 고속으로 막을 형성하기 위해서는 플라즈마 밀도를 높일 필요가 있다. 플라즈마 밀도를 높이는 방법으로서 는, 가스플라즈마화를 위한 인가전력을 크게 하는 것을 들 수 있다.
그러나 인가전력을 크게 하면, 플라즈마전위의 증대를 야기하게 되고, 플라즈마전위가 높아지면, 플라즈마 중의 하전입자가 고속으로 피막형성 물품면에 충돌하여, 형성되는 막과 물품과의 계면에 결함이 생겨 막 특성이 열화된다.
이와 같이 막 형성속도와 막 품질의 향상을 양립시키는 것은 곤란하다.
상기 일본국 특개평1-216523호 공보는 이와 같은 문제를 해결하고자 하는 것이나, 실용에는 이르고 있지 않다.
또, 진공용기 내에서 플라즈마를 유지하기 위해서는, 진공용기 내의 가스압은 어느 정도 높게 하지 않으면 안된다. 그러나 가스압이 높으면 가스의 플라즈마화가 충분히 진행되지 않아 분해되지 않은 가스가 남게 되어, 플라즈마밀도를 충분히 높이는 것이 곤란하다. 플라즈마밀도가 충분하지 않으면 양질의 막을 형성할 수 없다. 이 문제를 해결하고자 하여 가스플라즈마화를 위한 인가전력을 크게 하면, 상기와 같은 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명은 배기장치에 의하여 배기감압 가능한 진공용기 내에 가스공급장치로부터 공급되는 막형성용 가스에 전력인가장치로부터 전력을 인가하여 그 가스를 플라즈마화하고, 그 플라즈마하에서 상기 진공용기 내에 설치한 피막형성 물품 위에 박막을 형성하는 박막형성장치로서, 플라즈마전위의 증대를 초래하지 않고 플라즈마밀도를 향상시켜 고속으로 양질의 박막을 형성할 수 있는 박막형성장치 및 그 장치를 사용하여 플라즈마전위의 증대를 초래하지 않고, 플라즈마밀도를 향 상시켜 고속으로 양질의 박막을 형성하는 박막형성방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자는 이와 같은 과제를 해결하기 위하여 연구를 거듭한 바, 가스공급장치로서, 피막형성 물품의 막형성 대상면에 대향하는 복수의 가스분출구멍을 분산 형성한 가스분출용 면부를 가지는 가스분출용 부재를 채용하고, 다시 특히 전력인가장치로서 피막형성 물품과 이것에 대향하는 상기 가스분출용 부재의 가스분출용 면부 사이의 공간을 둘러 싸는 주위영역으로부터 그 공간에 대향하도록 설치한 전력인가용 전극을 채용하고, 이 전극에 전원으로부터 전력을 투입하면 상기 공간에있어서의 가스압을 낮게 하여도 종래의 평행 평판형 플라즈마 CVD 장치와 같이 투입전력을 현저하게 크게 하지 않고 플라즈마를 유지할 수 있으며, 즉 플라즈마전위가 높아지는 것을 억제하여 고밀도 플라즈마를 생성할 수 있고, 이들에 의하여 고속으로 양질의 박막을 형성할 수 있는 것을 발견하였다.
본 발명은 이와 같은 식견에 의거하여, 배기장치에 의하여 배기감압 가능한 진공용기 내의 가스공급장치로부터 공급되는 막형성용 가스에 전력인가장치로부터 전력을 인가하여 그 가스를 플라즈마화하고, 그 플라즈마하에서 상기 진공용기 내에 설치한 피막형성 물품 위에 박막을 형성하는 박막형성장치로서, 상기 가스공급장치는 상기 진공용기 내에 설치되는 피막형성 물품의 막형성 대상면에 대향하는 가스분출용 면부를 가지는 가스분출용 부재를 가지고 있고, 상기 전력인가장치는 상기 진공용기 내에 설치된 전력인가용 전극을 가지고 있으며, 상기 가스분출용 부 재는 그 가스분출용 면부에 분산 형성된 복수의 가스분출구멍을 가지고 있고, 상기 전력인가용 전극은 상기 피막형성 물품(상기 진공용기 내에 설치되는 피막형성 물품)과 이것에 대향하는 상기 가스분출용 부재의 가스분출용 면부 사이의 공간을 둘러 싸는 주위영역에 설치되어 있는 박막형성장치 및 그 장치를 이용하는 박막형성방법을 제공하는 것이다.
또한 피막형성 물품은, 예를 들면 상기 가스분출용 부재의 가스분출용 면부에 대향하도록 상기 진공용기에 부설된 지지부재에 설치하면 좋다.
본 발명의 박막형성방법에서는, 상기 공간에 있어서의 막형성시의 가스압을 1O-2Pa∼1OPa로 유지하여 막을 형성할 수 있다.
본 발명의 상기 및 목적, 특징, 형태 및 장점은 이하에 설명하는 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에 의하여 더욱 명백해질 것이다.
이하 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 관한 박막형성장치(플라즈마 CVD 장치)의 일례의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1에 나타내는 박막형성장치는, 진공용기(1)를 구비하고 있다. 진공용기 (1)에는 가스공급장치(2), 배기장치(3) 및 전력인가장치(4) 및 피막형성 물품을 지지하는 지지부재(5)가 부설되어 있다.
가스공급장치(2)는, 도시한 예에서는 진공용기(1) 내의 상부 공간에 설치된 가스분출용 부재(21)와, 이것에 막형성용 가스를 공급하는 가스공급부(22)를 포함 하고 있다.
가스공급부(22)는 도시를 생략한 복수의 막형성용 가스원, 그 가스원으로부터의 가스공급량을 조정하는 유량 조정밸브, 상기 가스원으로부터의 가스공급의 허가 및 단절을 행하는 개폐밸브 등을 포함하고 있고, 도시한 예에서는 2계통의 가스도입관(23, 24)을 사용하여 가스분출용 부재(21)에 가스를 공급할 수 있도록 되어 있다.
지지부재(5)는, 도시한 예에서는 진공용기(1) 내 부재(21)의 아래쪽 스페이스에 설치되어 있고, 막형성시에는 소정의 공간(SP)을 두고 가스분출용 부재(21)에 대향할 수 있다. 지지부재(5)는 히터(51)를 내장하고 있고, 피막형성 물품(여기서는 TFT 등 형성용 기판)(S)의 착탈을 위하여 왕복 구동장치(본 예에서는 피스톤 실린더장치)(52)에 의해 승강할 수 있으며, 상승에 의하여 링형상 부재(53)에 기밀하게 맞닿게 할 수 있다. 링형상 부재(53)는 진공용기(1)의 안 둘레벽에 기밀하게 설치되어 있다. 지지부재(5)는 진공용기 등을 거쳐 접지되어 있다.
가스분출용 부재(21)는 가스분출용 면부(210)를 포함하는 부재(211)와 그 부재(211)를 가스분출용 면부와는 반대측으로부터 기밀하게 덮는 커버부재(212)를 가지고 있고, 전체는 그것에는 한정되지 않으나, 여기서는 플레이트형상의 것이다.
가스분출용 면부(210)는 지지부재(5) 위에 탑재되는 기판(S)의 막형성 대상면에 그것과 평행형상으로 대향한다. 가스분출용 면부(210)는 다수의 분산 형성된 가스분출구멍(21Oa)을 가지고 있고, 이들 구멍(21Oa)은 부재(211) 내에 형성한 가스분산용 공간부(211S)와 연통하고 있다. 부재(211)에는 가스안내관(211a)이 접속 되어 있고, 공간부(211S)는 이 가스안내관(211a)을 거쳐 상기 한쪽의 가스도입관 (23)과 연통되어 있다.
또 가스분출용 면부(210)는 다수의 분산 형성된 가스분출구멍(21Ob)도 가지고 있고, 이들 구멍(21Ob)은 부재(211)를 관통하여 상기 커버부재(212)에 덮힌 공간부(212S)와 연통되어 있고, 그 공간부에 있어서 그곳에 설치된 가스분산용 파이프(213)와 연통되어 있다. 상기 파이프(213)는 커버부재(212)에 접속된 중공의 가스안내부재(212')에 접속되어 있고, 이 가스안내부재(212') 내에 삽입된 가스안내관(212a)을 거쳐 상기 다른쪽의 가스도입관(24)과 연통되어 있다. 파이프(213)는 평면으로 보면 도 2에 나타내는 바와 같이 커버부재(212)로 덮힌 공간부(212S)의 4 모서리를 향하여 가스를 방출할 수 있도록 설치되어 있다.
상기 가스안내관(211a)은 가스안내부재(212')를 관통하고 있다. 가스안내부재(212')는 진공용기(1)의 천정벽을 관통하고 있고, 또한 이것에 기밀하게 접속되어 있다. 가스분출용 부재(21)는, 그 둘레 가장자리부에 인접하는 영역에 배기를 위한 공간부를 대략 균일설치로 남기도록 하여 진공용기(1) 내에 가설되어 있다. 다시 설명하면, 도 1에 나타내는 예에서는 진공용기(1)의 옆 둘레벽의 내면과 가스분출용 부재(21)에 있어서의 가스분출용 면부(210)를 가지는 부재(211)의 옆 둘레면과의 사이에 부재(21)를 가설 지지하기 위한 지지부재(200)가 가로 걸쳐져 설치되어 있다. 이 구조에 의하여 가스분출용 부재(21)의 둘레 가장자리부에 인접하는 영역에 배기를 위한 공간부가 대략 균일설치로 남겨져 있다. 지지부재(200)에는 복수의 배기구멍(201)이 대략 등간격으로 형성되어 있다.
이와 같이 가스분출용 부재(21)의 둘레 가장자리부에 인접하는 영역으로부터 배기할 수 있도록 하여 둠으로써 가스분출용 부재(21)로부터 상기 공간(SP)으로 방출되는 가스가 즉시 배출되어 버리는 일이 없어, 적절한 플라즈마밀도가 얻어지도록 하고 있다.
진공용기(1)에는 가스분출용 부재(21)의 둘레 가장자리부에 인접하는 영역으로부터 배기를 행하기 위한 배기로(31)가 부설되어 있고, 그 배기로(31)는 배기장치(3)에 접속되어 있다. 배기는 상기한 지지부재(200)에 있어서의 복수의 배기구멍(201) 및 가스분출용 부재(21)의 주위공간을 거쳐 배기로(31)로부터 배기장치(3)로 행하여진다.
또한 지지부재(200) 대신에 예를 들면 가스분출용 부재(21)로부터 방사상으로 돌출 설치되는 부재 등을 채용하여도 좋다. 이 경우, 이와 같은 방사상 돌출설치부재 등의 간극을 배기에 이용할 수 있다.
배기장치(3)는 가스분출용 부재(21)와 막형성 위치에 설치된 기판(S) 사이의 공간(SP)을 1O-2Pa∼1OPa의 가스압까지 배기 감압할 수 있는 터보분자 펌프를 포함하는 것이다. 터보분자 펌프를 사용함으로써 공간(SP)의 가스압을 필요에 따라 1O-2Pa 정도까지나 저압으로 할 수 있다. 또한 배기장치는 터보분자 펌프를 이용한 것에 한정되지 않는다. 충분한 감압을 행할 수 있는 것이면 된다.
전력인가장치(4)는, 본 예에서는 도 2에 나타내는 바와 같이 4매의 전력인가용 전극(41)과 그 각각에 접속된 고주파 전원(42)을 포함하고 있다. 각 전극(41) 은 평면으로 보면, 도 2에 나타내는 바와 같이 판체를 산형으로 구부린 형태의 전극으로, 상기 공간(SP)을 둘러 싸도록 전체로서 평면시(평면으로 보아) 사각형상으로 설치되어 있다. 각 전극(41)은 절연성 부재를 거쳐 진공용기(1) 내면에 그것으로부터 약간 떨어진 상태로 설치되어 있다. 고주파 전원(42)은 대응하는 전극(41)에 소정 주파수의 고주파 전력을 동기 인가할 수 있다. 또한 전력인가용 전극은 전극(41)과 같은 것이든, 뒤에서 설명하는 다른 타입의 것이든 진공용기(1)의 내면에 절연성 부재를 거쳐 설치할 수 있다.
고주파 전원(42)은 그것에는 한정되지 않으나, 주파수가 높은 것, 예를 들면 60MHz라든가와 같이 높은 것의 쪽이 플라즈마전위를 내리기 위해서는 바람직하다.
다음에 이상 설명한 박막형성장치에 의한 박막형성방법에 대하여 설명한다.
먼저, 지지부재(5)를 하강시키고, 이것에 피막형성 기판(S)을 탑재하여 지지부재(5)를 기판(S)과 함께 막형성 위치로 상승시키고, 지지부재(5)의 주변부를 진공용기 내에 가설된 링형상 부재(53)에 기밀하게 맞닿게 한다. 기판(S)은 필요에 따라 히터(51)로 소정의 막형성 온도로 가열한다.
이어서 진공용기(1) 내를 배기장치(3)로 배기하여 감압하고, 가스공급장치 (2)에 의하여 가스분출용 부재(21)와 기판(S) 사이의 공간(SP)에 소정의 막형성용가스를 도입한다.
각 고주파 전원(42)으로부터 대응하는 전력인가용 전극(41)에 고주파 전력을 인가하여 도입한 가스를 플라즈마화하고, 그 동안 공간(SP)의 가스압을 배기장치 (3)에 의하여 10-2Pa∼1OPa 정도의 범위로 유지한다. 이와 같이 하여 기판(S) 위에 박막이 형성된다. 공간(SP)의 가스압은 형성하는 막종류 등에 따라서는 1O-2Pa∼수 Pa 정도이어도 되는 경우도 있다.
이 막형성에 있어서는, 막형성용 가스가 가스분출부재(21)로부터 기판(S)에 전체적으로 공급되기 때문에, 그 만큼 막두께 균일하게 막을 형성할 수 있다. 또 공간(SP)의 가스압을 1O-2Pa∼1OPa 정도로 낮게 하여 막을 형성할 수 있기 때문에, 그만큼 균일한 막두께의 막을 형성하기 쉽다.
또, 이 박막형성에 있어서는 가스플라즈마화를 위한 전력이 종래의 평행 평판형 플라즈마 CVD 장치의 경우와 동일한 크기의 것이라고 한다면, 종래보다 플라즈마전위가 낮게 억제된다.
이와 같이 플라즈마전위가 높아지는 것이 억제되는 상태에서 고밀도 플라즈마하에서 막형성되기 때문에, 고속으로 양질의 박막을 형성할 수 있다.
공간(SP)의 가스압을 낮게 할 수 있기 때문에, 그 만큼 막 중으로의 불순물의 혼입을 억제할 수 있다고 하는 점에서도 양질의 막형성이 가능하다.
이상 설명한 박막형성장치에 있어서는, 가스분출용 부재(21)의 가스분출용 면부(210)에 있어서의 가스분출구멍(21Oa, 21Ob)의 수(분포밀도) 및 각 구멍의 개구면적은 면부(210)의 전체에 걸쳐 대략 균일하나, 이와 같은 가스분출구멍의 분포밀도 또는(및) 구멍 개구면적은 형성하고자 하는 막종류나 사용하는 가스종류 등에 따라 가스분출용 면부(210)에 있어서의 주변영역으로부터 중앙영역을 향하여 가스 분출량이 변화되도록(예를 들면 증가 또는 감소하도록) 정하여도 좋다. 이에 의하여 가스농도에 경사를 가지게 함으로써 막두께 균일성이 더욱 향상하는 것이 있다. 가스분출량이 가스분출용 면부(210)에 있어서의 주변영역으로부터 중앙영역을 향한 변화(예를 들면 증가 또는 감소)는, 연속적인 변화이어도, 단계적인 변화이어도, 또는 이것들의 조합이어도 된다.
예를 들면 실란(SiH4)가스 및 수소(H2)가스를 사용하여 실리콘막을 형성할 때에는 가스분출량이 가스분출용 면부에 있어서의 중앙영역으로부터 주변영역을 향하여 감소하고 있는 쪽이, 바꾸어 말하면 가스분출용 면부에 있어서의 주변영역으로부터 중앙영역을 향하여 증가하고 있는 쪽이 한층 막두께 균일성은 좋아진다.
또, 실란(SiH4)가스 및 산소(O2)가스를 사용하여 산화실리콘막을 형성할 때에는 가스분출량이 가스분출면부에 있어서의 중앙영역으로부터 주변영역을 향하여 증가하고 있는 쪽이, 바꾸어 말하면 가스분출면부에 있어서의 주변영역으로부터 중앙영역을 향하여 감소하고 있는 쪽이 한층 막두께 균일성은 좋아진다.
실란(SiH4)가스 및 암모니아(NH3)가스를 사용하여 질화실리콘막을 형성할 때는 가스분출량이 가스분출면부에 있어서의 중앙영역으로부터 주변영역을 향하여 증가하고 있는 쪽이, 바꾸어 말하면 가스분출면부에 있어서의 주변영역으로부터 중앙영역을 향하여 감소하고 있는 쪽이 한층 막두께 균일성은 좋아진다.
상기 박막형성장치에 있어서는, 복수종의 막형성용 가스를 복수계통의 가스도입관을 사용하여 도입할 수 있으나, 지장없으면 1계통의 가스도입관[도 1의 예에 서는 관(23 또는 24)]을 사용하여 도입하여도 된다. 미리 혼합한 상태에서 공급하여도 지장이 없는 가스에 대해서는 그렇게 하여도 된다.
예를 들면, 실란(SiH4)가스 및 수소(H2)가스를 사용하여 실리콘막을 형성할 때나, 실란(SiH4)가스 및 암모니아(NH3)가스를 사용하여 질화실리콘막을 형성할 때에는 이들 가스는 각각 공급하여도, 혼합하여 공급하여도 된다. 실란(SiH4)가스 및 산소(O2)가스를 사용하여 산화실리콘막을 형성할 때에는, 이들을 미리 혼합하면 산화실리콘의 파티클이 형성되기 쉽기 때문에 따로 따로 공급하는 쪽이 바람직하다.
이들 실리콘막, 산화실리콘막, 질화실리콘막의 형성에 있어서는 기판(S)을 200℃∼400℃ 정도로 가열하면, 원활하게 막을 형성할 수 있다.
상기 공간(SP)의 가스압에 대해서는 이들 막 중 실리콘막형성에 있어서는 10-2Pa∼10Pa 정도, 보다 바람직하게는 0.2Pa∼2Pa 정도, 산화실리콘막형성에 있어서는 10-2Pa∼10Pa 정도, 보다 바람직하게는 1Pa∼1OPa 정도, 질화실리콘막형성에 있어서는 10-2Pa∼10Pa 정도, 보다 바람직하게는 1Pa∼1OPa 정도를 예시할 수 있다.
상기 박막형성장치에 있어서는 2종류의 가스를 도입하도록 하고 있으나, 형성하고자 하는 막종류에 따라 3종류 이상의 가스를 도입할 수 있도록 하여도 된다.
상기 박막형성장치에 있어서는, 전력인가용 전극으로서 4매의 전극(41)을 채용하였으나, 고주파를 도입하는 전극은 이것에 한정되는 것이 아니다.
전력인가용 전극은 1매의(통형상의 1매의 것) 것이어도 되고, 상기한 바와 같이 복수로 분할된 것이어도 된다. 분할된 것의 경우, 상기 공간(SP)을 모두 또는 대략 모두 둘러싸도록 설치되어도 되고, 공간(SP)에 부분적으로 대향하도록 설치하여도 된다.
또, 전력인가용 전극이 복수로 분할되어 있는 경우에 있어서, 상기와 같이 복수의 고주파 전원을 채용하는 경우, 플라즈마종류에 따라서는 상기 공간(SP)의 중앙부와 주변부에서 플라즈마밀도가 변하는 경우가 있기 때문에, 그와 같은 경우에 대비하여 고주파 전원으로서 펄스변조 고주파 전력을 인가할 수 있는 것을 채용하여 균일한 플라즈마를 얻도록 하여도 된다. 이와 같은 펄스변조의 주파수로서 1 KHz∼300KHz 정도를 예시할 수 있다.
다음에 도 1에 나타내는 타입의 박막형성장치를 사용하여 막형성한 실험예를 비교실험예와 함께 설명한다. 어느 쪽의 실험에 있어서도, 플레이트형상의 가스분출용 부재(21)로서 크기 700mm ×840mm의 것을 사용하고, 접지전극을 겸하는 지지부재(5)는 크기 650mm ×780mm의 것을 사용하였다. 부재(21)와 막형성 위치의 피막형성 물품과의 거리는 약 150mm로 하였다. 단, 복수종류의 가스의 도입에 대해서는 실험에 따라 미리 혼합하여 1계통의 도입관으로부터 도입한 경우와, 도 1에 나타내는 바와 같이 2계통의 도입관으로부터 각각 도입한 경우가 있다.
실험예 1 - 1 (실리콘막의 형성)
피성막 물품 : 무알칼리 유리판(크기 600mm ×720mm)
사용가스 : SiH4 100sccm
H2 150sccm
1계통 도입관으로 도입[도 1의 도입관(23)]
부재(21)의 가스분출구멍(21Oa) : 내경 O.7mm
부재(21)의 가스분출구멍 분포밀도 : 전체에 균일하게 0.1개/㎠
플라즈마여기용 전력 : 60MHz의 고주파 전력
전극(41)으로 공간(SP) 주위로부터 도입
공간(SP)의 가스압 : 0.7Pa
막형성 온도 : 400℃
형성막두께 : 50nm(막형성속도 10nm/분)
실험예 1 - 2(실리콘막의 형성)
부재(21)의 가스분출구멍 분포밀도를 중앙부 0.1개/㎠로 하고, 주변부를 향하여 점차로 감소시켜, 주변부에서는 0.07개/㎠로 한 이외는 실험예 1 - 1과 동일하게 하여 실리콘막을 형성하였다.
비교 실험예 1 (실리콘막의 형성)
피성막 물품 : 무알칼리 유리판(크기 600mm ×720mm)
사용가스 : SiH4 100sccm
H2 150sccm
1계통 도입관으로 도입[도 1의 도입관(23)]
부재(21)의 가스분출구멍(21Oa) : 내경 O.7mm
부재(21)의 가스분출구멍 분포밀도 : 전체에 균일하게 0.1개/㎠
플라즈마여기용 전력 : 60MHz의 고주파 전력
가스분출용 부재(21)로부터 도입
공간(SP)의 가스압 : 25Pa
막형성 온도 : 400℃
형성막두께 : 50nm(막형성 속도 10nm/분)
실험예 2 - 1 (실리콘 산화막의 형성)
피성막 물품 : N형 실리콘 웨이퍼(크기 직경 4인치)
사용가스 : SiH4 300sccm 도입관(23)으로부터 도입
O2 1OOOsccm 도입관(24)으로부터 도입
부재(21)의 SiH4 분출구멍(210a) : 내경 0.7mm
부재(21)의 O2 분출구멍(210b) : 내경 1.4mm
부재(21)의 가스분출구멍 분포밀도 : SiH4 분출구멍, O2 분출구멍 중 어느 것
에 대해서도 전체에 균일하게 0.1개/㎠
플라즈마여기용 전력 : 60MHz의 고주파 전력
전극(41)으로 공간(SP) 주위로부터 도입
공간(SP)의 가스압 : 2.5Pa
막형성 온도 : 400℃
형성막두께 : 1OOnm(막형성 속도 1OOnm/분)
비교 실험예 2 (실리콘 산화막의 형성)
피성막 물품 : N형 실리콘 웨이퍼(크기 직경 4인치)
사용가스 : SiH4 300sccm 도입관(23)으로부터 도입
O2 1OOOsccm 도입관(24)으로부터 도입
부재(21)의 SiH4 분출구멍(210a) : 내경 0.7mm
부재(21)의 O2 분출구멍(210b) : 내경 1.4mm
부재(21)의 가스분출구멍 분포밀도 : SiH4 분출구멍, O2 분출구멍의 어느 것
도 O.1개/㎠로 전체에 균일
플라즈마여기용 전력 : 60MHz의 고주파 전력
가스분출용 부재(21)로부터 도입
공간(SP)의 가스압 : 30Pa
막형성 온도 : 400℃
형성막두께 : 1OOnm(막형성 속도1OOnm/분)
실험예 2 - 2 (실리콘 산화막의 형성)
피성막 물품 : 무알칼리 유리판(크기 600mm ×720mm)
사용가스 : SiH4 300sccm 도입관(23)으로부터 도입
O2 1OOOsccm 도입관(24)으로부터 도입
부재(21)의 SiH4 분출구멍(210a) : 내경 0.7mm
부재(21)의 O2 분출구멍(210b) : 내경 1.4mm
부재(21)의 가스분출구멍 분포밀도 : SiH4 분출구멍, O2 분출구멍의 어느 것
에 대해서도 전체에 균일하게 0.1개/㎠
플라즈마여기용 전력 : 60MHz의 고주파 전력
전극(41)으로 공간(SP) 주위로부터 도입
공간(SP)의 가스압 : 2.5Pa
막형성 온도 : 400℃
형성막두께 : 1OOnm (막형성 속도 1OOnm/분)
실험예 2 - 3 (실리콘 산화막의 형성)
부재(21)의 가스분출구멍 분포밀도를 SiH4 분출구멍, O2 분출구멍의 어느 것에 대해서도 중앙부는 0.05개/㎠로 하고, 주변부를 향하여 점차로 증가시키고, 주변부에서는 O.1개/㎠로 하였다. 그 밖의 점은 실험예 2 - 2와 동일하게 하여 실리콘산화막을 형성하였다.
실험예 3 - 1 (실리콘 질화막의 형성)
피성막 물품 : N형 실리콘 웨이퍼(크기 직경 4인치)
사용가스 : SiH4 100sccm
NH3 250sccm
1계통 도입관으로 도입[도 1의 도입관(23)]
부재(21)의 가스분출구멍(21Oa) : 내경 0.7mm
부재(21)의 가스분출구멍 분포밀도 : 전체에 균일하게 0.1개/㎠
플라즈마여기용 전력 : 60MHz의 고주파 전력
전극(41)으로 공간(SP) 주위로부터 도입
공간(SP)의 가스압 : 2.5Pa
막형성 온도 : 400℃
형성막두께 : 100nm(막형성 속도 50nm/분)
실험예 3 - 2 (실리콘 질화막의 형성)
부재(21)의 가스분출구멍 분포밀도를 중앙부 0.05개/㎠로 하여 주변부를 향하여 점차로 증가시키고, 주변부에서는 O.1개/㎠로 한 이외는 실험예 3 - 1과 동일하게 하여 실리콘 질화막을 형성하였다.
비교 실험예 3 (실리콘 질화막의 형성)
피성막 물품 : N형 실리콘 웨이퍼(크기 직경 4인치)
사용가스 : SiH4 100sccm
NH3 250sccm
1계통 도입관으로 도입[도 1의 도입관(23)]
부재(21)의 가스분출구멍(21Oa) : 내경 O.7mm
부재(21)의 가스분출구멍 분포밀도 : 전체에 균일하게 0.1개/㎠
플라즈마여기용 전력 : 60MHz의 고주파 전력
가스분출용 부재(21)로부터 도입
공간(SP)의 가스압 : 30Pa
막형성 온도 : 400℃
형성막두께 : 100nm(막형성 속도 50nm/분)
실험예 1 - 1과 비교 실험예 1의 실리콘막을 라만분광 분석장치로 평가하였다. 비교 실험예 1의 실리콘막은 480cm-1부근에 넓은 피크가 생겨 아몰퍼스인 것을 알 수 있었던 것에 대하여, 실험예 1 - 1의 실리콘막은 480cm-1 부근에 넓은 피크가 있으나, 520cm-1 부근에 결정화를 나타내는 피크가 확인되었다. 비교 실험예 1의 막은 아몰퍼스막인 데 대하여, 실험예 1 - 1에서는 결정성 실리콘막이 얻어져 있음을 알 수 있다.
실험예 2 - 1과 비교 실험예 2의 실리콘 산화막 위에 알루미늄(Al)을 증착하고, MOS구조로 하여 C - V 특성 및 I - V 특성을 평가하였다. 비교 실험예 2의 실리콘 산화막은 플랫밴드 전압이 -3.2V, 계면준위 밀도가 1 ×1012/㎠ eV, 절연파괴전압이 6.7MV/cm 이었던 것에 대하여, 실험예 2 - 1의 실리콘 산화막에서는 플랫밴드 전압이 -0.2V, 계면준위 밀도가 5 ×1011/㎠ eV, 절연파괴전압이 8.1MV/cm 이었다. 실험예 2 - 1의 막쪽이 저결함 고품질막인 것이 확인되었다.
실험예 3 - 1과 비교 실험예 3의 실리콘 질화막 위에 알루미늄(Al)을 증착하 고, MOS구조로 하여 C - V 특성을 평가하였다. 비교 실험예 3의 막은 플랫밴드 전압이 -4.1V 이었던 것에 대하여, 실험예 3 - 1의 막에서는 플랫밴드 전압이 -1.0V 이었다. 실험예 3 - 1의 막쪽이 저결함 고품질막인 것이 확인되었다.
실험예 1 - 1, 실험예 2 - 1, 실험예 2 - 2 및 실험예 3 - 1에서는 부재(21)의 가스분출용 면부(210)에 있어서의 가스분출구멍의 분포밀도 및 구멍 개구면적을 똑같은 것으로 하였으나, 상기 실험예 1 - 2, 실험예 2 - 3, 실험예 3 - 2와 같이, 구멍 개구면적은 일정하게 한 그대로이나 가스분출구멍의 분포밀도를 실리콘막의 형성에 있어서는 가스분출용 면부(210)에 있어서의 중앙영역으로부터 주변영역을 향하여 감소시키고, 산화실리콘막의 형성에 있어서는 가스분출용 면부에 있어서의 중앙영역으로부터 주변영역을 향하여 증가시키고, 질화실리콘막의 형성에 있어서는 가스분출용 면부에 있어서의 중앙영역으로부터 주변영역을 향하여 증가시키고, 그 밖의 조건은 실험예 1 - 1, 실험예 2 - 2, 실험예 3 - 1과 동일하게 하여 막형성하여 보았으나, 막두께 균일성이 양호한 각 막이 형성되었다.
실험예 1 - 1의 실리콘막 및 실험예 1 - 2의 실리콘막의 막두께 균일성을 평가한 바, 도 3에 나타내는 결과를 얻었다. 도 3에 있어서 가로축은 피막형성 유리기판(600mm ×720mm)의 중심으로부터 하나의 기판 코너방향으로의 거리를 나타내고 있고, 세로축은 최대 막두께를 100으로 하였을 때의 상대 막두께를 나타내고 있다. 가스분출구멍 분포밀도가 전체에 균일한 실험예 1 - 1에서는 기판 중심으로부터 250mm 정도까지는 대략 균일하나, 그곳으로부터 기판 주변부로 감에 따라 막두께가 커져 전체의 막두께 균일성은 ±9.8% 이었다. 한편, 가스분출구멍의 분포밀도를 변화시킨 실험예 1 - 2에서는 전체에 걸쳐 막두께는 대략 균일하고, 막두께 균일성은 ±3.8%로 향상되어 있다. 이와 같이 실리콘막형성에서는 가스공급량을 피막형성 기판의 중심으로부터 끝으로 감에 따라 감소시킴으로써 막두께 균일성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 또한 실험예 1 - 2에서는, 가스공급량의 증감을 가스분출구의 수(분포밀도)로 조정하였으나, 가스분출구멍의 분포밀도 대신에, 또는 가스분출구멍의 분포밀도와 함께 가스분출구멍의 개구면적의 조정에 의하여 행하여도 된다.
또 실험예 2 - 2의 실리콘 산화막 및 실험예 2 - 3의 실리콘 산화막의 막두께 균일성을 평가한 바, 도 4에 나타내는 결과를 얻었다. 도 4에 있어서 가로축은 피막형성 유리기판(600mm ×720mm)의 중심으로부터 하나의 기판 코너방향으로의 거리를 나타내고 있고, 세로축은 최대 막두께를 100으로 하였을 때의 상대 막두께를 나타내고 있다. 가스분출구멍 분포밀도가 전체에 균일한 실험예 2 - 2에서는 기판중심으로부터 기판 주변부로 감에 따라 막두께가 작아져 전체의 막두께 균일성은 ±16.0% 이었다. 한편 가스분출구멍의 분포밀도를 변화시킨 실험예 2 - 3에서는 전체에 걸쳐 막두께는 대략 균일하고, 막두께 균일성은 ±3.9%로 향상되어 있다. 이와 같이 실리콘 산화막형성에서는 가스공급량을 피막형성 기판의 중심으로부터 끝으로 감에 따라 증가시킴으로써 막두께 균일성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 또한 실험예 2 - 3에서는 가스공급량의 증감을 가스분출구의 수(분포밀도)로 조정하였으나, 가스분출구멍의 분포밀도 대신에, 또는 가스분출구멍의 분포밀도와 함께 가스분출구멍의 개구면적의 조정에 의하여 행하여도 된다.
실험예 3 - 1과 3 - 2의 실리콘 질화막에 대해서도 막두께 분포는 실리콘 산화막과 동일한 경향을 나타내고, 가스공급량을 피막형성 기판의 중심으로부터 끝으로 감에 따라 증가시킴으로써 막두께 균일성을 향상시킬 수 있었다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 배기장치에 의하여 배기감압 가능한 진공용기 내에 가스공급장치로부터 공급되는 막형성용 가스에 전력인가장치로부터 전력을 인가하여 그 가스를 플라즈마화하고, 그 플라즈마하에서 상기 진공용기 내에 설치한 피막형성 물품 위에 박막을 형성하는 박막형성장치로서, 플라즈마전위의 증대를 초래하지 않고 플라즈마밀도를 향상시켜 고속으로 양질의 박막을 형성할 수 있는 박막형성장치 및 그 장치를 사용하여 플라즈마전위의 증대를 초래하지 않고 플라즈마밀도를 향상시켜 고속으로 양질의 박막을 형성하는 박막형성방법을 제공할 수 있다.
또 본 발명에 의하면, 이와 같은 박막형성장치 및 박막형성방법으로서, 막두께 균일성 양호한 박막을 형성할 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 상세하게 기재하였으나, 상기의 내용은 단지 예시적인 것으로 이해되어야 하고, 제한적인 의미로 해석되어서는 안되며, 본 발명의 사상 및 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims (13)

  1. 배기장치에 의하여 배기감압 가능한 진공용기 내에 가스공급장치로부터 공급되는 막형성용 가스에 전력인가장치로부터 전력을 인가하여 상기 가스를 플라즈마화하고, 상기 플라즈마하에서 상기 진공용기 내에 설치한 피막형성 물품 위에 박막을 형성하는 박막형성장치에 있어서,
    상기 가스공급장치는, 상기 진공용기 내의 지지부재에 설치되는 피막형성 물품의 막형성 대상면에 대향하는 가스분출용 면부를 가지는 가스분출용 부재를 가지고 있고,
    상기 전력인가장치는, 상기 플라즈마형성을 위한 고주파 전원에 접속되어 상기 진공용기 내에 설치된 전력인가용 전극을 가지고 있으며,
    상기 가스분출용 부재는, 상기 고주파 전원에 대해서는 비접속상태로 상기 진공용기 내에 설치됨과 동시에, 상기 가스분출용 면부에 분산 형성된 복수의 가스분출구멍을 가지고 있고,
    상기 지지부재는 접지되어 있고, 상기 전력인가용 전극은, 상기 지지부재에 설치되는 피막형성 물품과 이것에 대향하는 상기 가스분출용 부재의 가스분출용 면부 사이의 공간을 둘러 싸는 주위영역에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배기장치는 상기 가스분출용 부재의 둘레 가장자리부에 인접하는 영역으로부터 배기를 행하는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전력인가장치는, 상기 전력인가용 전극을 4개와, 각각의 상기 전극에 접속된 고주파 전원을 포함하고 있고, 상기 각 전극은 굴곡된 플레이트전극이고, 상기 진공용기 내에 설치되는 피막형성 물품과 이것에 대향하는 상기 가스분출용 부재의 가스분출용 면부와의 사이의 상기 공간을 둘러 싸도록 평면에서 보아 사각형상을 나타내도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 가스분출용 부재의 상기 가스분출용 면부에 있어서의 상기 가스분출구멍의 분포밀도 및 개구면적은, 상기 가스분출용 면부에 있어서의 가스분출량이 상기 가스분출용 면부에 있어서의 주변영역으로부터 중앙영역을 향하여 변화되도록 정하고 있는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
  5. 제 1항 기재의 박막형성장치를 사용하여 피막형성 물품 위에 박막을 형성하는 방법에 있어서,
    상기 공간에 있어서의 막형성시의 가스압을 1O-2Pa∼1OPa로 유지하여 막형성하는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 배기장치로서 상기 가스분출용 부재의 둘레 가장자리부에 인접하는 영역으로부터 배기를 행하는 것을 채용하는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 가스분출용 부재의 상기 가스분출용 면부에 있어서의 상기 가스분출구멍의 분포밀도 및 개구면적을 상기 가스분출용 면부에 있어서의 가스분출량이 상기 가스분출용 면부에 있어서의 주변영역으로부터 중앙영역을 향하여 변화되도록 정하는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
  8. 제 1항 기재의 박막형성장치를 사용하여 피막형성 물품 위에 박막을 형성하는 방법에 있어서,
    상기 막형성용 가스로서 적어도 실란(SiH4)가스 및 수소(H2)가스를 사용하고,
    상기 가스분출용 부재의 가스분출용 면부로서 상기 가스분출구멍의 분포밀도 및 개구면적을, 상기 가스분출용 면부에 있어서의 가스분출량이 상기 가스분출용 면부에 있어서의 주변영역으로부터 중앙영역을 향하여 증가하도록 정하고 있는 것을 채용하고,
    상기 공간에 있어서의 막형성시의 가스압을 1O-2Pa∼1OPa로 유지하여 피막형성 물품 위에 결정성 실리콘막을 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 배기장치로서 상기 가스분출용 부재의 둘레 가장자리부에 인접하는 영역으로부터 배기를 행하는 것을 채용하는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
  10. 제 1항 기재의 박막형성장치를 사용하여 피막형성 물품 위에 박막을 형성하는 방법에 있어서,
    상기 막형성용 가스로서 적어도 실란(SiH4)가스 및 산소(O2)가스를 사용하고,
    상기 가스공급장치로서 상기 양 가스를 서로 분리한 상태에서 상기 가스분출용부재의 가스분출용 면부로 유도하는 것을 사용하고,
    상기 가스분출용 부재의 가스분출용 면부로서 상기 가스분출구멍의 분포밀도및 개구면적을, 상기 가스분출용 면부에 있어서의 가스분출량이 상기 가스분출용 면부에 있어서의 주변영역으로부터 중앙영역을 향하여 감소하도록 정하고 있는 것을 채용하고,
    상기 공간에 있어서의 막형성시의 가스압을 1O-2Pa∼1OPa로 유지하여 피막형성 물품 위에 산화 실리콘막을 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 배기장치로서 상기 가스분출용 부재의 둘레 가장자리부에 인접하는 영역으로부터 배기를 행하는 것을 채용하는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
  12. 제 1항 기재의 박막형성장치를 사용하여 피막형성 물품 위에 박막을 형성하는 방법에 있어서,
    상기 막형성용 가스로서 적어도 실란(SiH4)가스 및 암모니아(NH3)가스를 사용하고,
    상기 가스분출용 부재의 가스분출용 면부로서 상기 가스분출구멍의 분포밀도및 개구면적을, 상기 가스분출용 면부에 있어서의 가스분출량이 상기 가스분출용 면부에 있어서의 주변영역으로부터 중앙영역을 향하여 감소하도록 정하고 있는 것을 채용하고,
    상기 공간에 있어서의 막형성시의 가스압을 1O-2Pa∼1OPa로 유지하여 피막형성 물품 위에 질화 실리콘막을 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 배기장치로서 상기 가스분출용 부재의 둘레 가장자리부에 인접하는 영역으로부터 배기를 행하는 것을 채용하는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.
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