KR100779177B1

KR100779177B1 - 실리콘 도트 형성방법 및 실리콘 도트 형성장치

Info

Publication number: KR100779177B1
Application number: KR1020060093032A
Authority: KR
Inventors: 에이지 다카하시; 아츠시 도묘
Original assignee: 닛신덴키 가부시키 가이샤
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2006-09-25
Publication date: 2007-11-23
Also published as: TWI405859B; TW201030161A; TWI327174B; TW200714729A; JP2007088311A; JP4497068B2; KR20070034960A; US20070158182A1

Abstract

본 발명은 기체 위에 저온에서 직접 입자지름이 갖추어진 실리콘 도트를 균일한 밀도분포로 형성하고, 상기 실리콘 도트로부터 용이하게 종단 처리된 실리콘 도트를 얻을 수 있는 실리콘 도트 형성방법 및 장치를 제공하는 것이다.

이를 위하여 본 발명에서는 실리콘 도트 형성실(1) 내에 실리콘 스퍼터 타깃(30)을 설치하여 실리콘 도트 형성 대상 기체(S)를 배치하고, 상기 실내에 도입한 스퍼터링용 가스(대표적으로는 수소가스)를 플라즈마화하고, 상기 플라즈마로 타깃(30)을 케미컬 스퍼터링하여 기체(S) 위에 실리콘 도트를 형성한다. 또는 수소가스및 실란계 가스 유래의 플라즈마발광 강도비(Si(288 nm)/Hβ)가 10.0 이하의 플라즈마하에서 기체(S) 위에 실리콘 도트를 형성한다. 상기 실리콘 도트에 산소가스 등의 종단 처리용 가스 유래의 플라즈마하에서 종단처리를 실시한다.

Description

실리콘 도트 형성방법 및 실리콘 도트 형성장치{SLICONDOT FORMING METHOD AND APPARATUS}

도 1은 본 발명에 관한 실리콘 도트 형성방법의 실시에 사용하는 장치의 일례의 개략 구성을 나타내는 도,

도 2는 플라즈마 발광 분광 계측장치의 예를 나타내는 블럭도,

도 3은 배기장치에 의한 배기량(실리콘 도트 형성실)의 제어 등을 행하는 회로예의 블럭도,

도 4는 실리콘 도트 형성장치의 다른 예를 나타내는 도,

도 5는 실리콘막을 형성하는 타깃 기판과 전극 등과의 위치관계를 나타내는 도,

도 6은 실시콘 도트 형성장치의 또 다른 예를 나타내는 도,

도 7은 실험예에서 얻어진 실리콘 도트 구조체의 예를 모식적으로 나타내는 도면이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

A : 실리콘 도트 형성장치 S : 실리콘 도트 형성 대상 기판

1 : 실리콘 도트 형성실 2 : 기판 홀더

21 : 히터 3 : 방전 전극

31 : 실리콘막 30 : 실리콘 스퍼터 타깃

4 : 방전용 고주파 전원 41 : 매칭 박스

5 : 수소가스공급장치 6 : 실란계 가스공급장치

7 : 배기장치 8 : 플라즈마 발광 분광 계측장치

81, 82 : 분광기 83 : 연산부

80 : 제어부 100 : 종단 처리실

20 : 기판 홀더 201 : 히터

301 : 방전 전극 40 : 고주파 전원

401 : 매칭박스 70 : 배기장치

9 : 종단 처리용 가스공급장치 R : 기판 반송실

Rob : 기판 반송로봇 V1, V2 : 게이트 밸브

B : 실리콘 도트 형성장치 10 : 타깃 형성실

V : 게이트 밸브 2' : 기판 홀더

201' : 히터 3' : 전극

4' : 전원 41' : 매칭박스

5' : 수소가스공급장치 6' : 실란계 가스공급장치

7' : 배기장치 T : 타깃 기판

SP : 실(1) 내의 대 CV : 반송장치

C : 실리콘 도트 형성장치 11 : 절연부재

SW : 변환 스위치

본 발명은 단일 전자장치 등을 위한 전자장치 재료나 발광재료 등으로서 사용되는 미소한 크기의 실리콘 도트(소위 실리콘 나노입자)의 형성방법 및 형성장치에 관한 것이다.

실리콘 나노입자의 형성방법으로서는, 실리콘을 불활성 가스 중에서 엑시머 레이저 등을 사용하여 가열, 증발시켜 형성하는 물리적방법이 알려져 있고, 또 가스중 증발법도 알려져 있다(가나가와켄 산업기술 종합연구소 연구보고 No.9/2003 77∼78페이지참조). 후자는 레이저 대신에 고주파 유도 가열이나 아크방전에 의하여 실리콘을 가열 증발시키는 방법이다.

또, CVD 챔버 내에 재료가스를 도입하고, 가열한 기판 위에 실리콘 나노입자를 형성하는 CVD 법도 알려져 있다(JP2004-179658A 참조).

이 방법에서는 실리콘 나노입자 성장을 위한 핵을 기체 위에 형성하는 공정을 거쳐 상기 핵으로부터 실리콘 나노입자를 성장시킨다.

그런데, 실리콘 도트는 산소나 질소 등으로 종단처리되어 있는 것이 바람직하다. 여기서 「종단처리」란, 실리콘 도트에 예를 들면 산소 또는(및)질소를 결합시켜 (Si-O)결합, (Si-N)결합 또는 (Si-O-N)결합 등을 일으키게 하는 처리이다.

이와 같은 종단처리에 의한 산소나 질소의 결합은, 종단처리전의 실리콘 도트에, 예를 들면 미결합손과 같은 결함이 있어도 이것을 보충하는 바와 같이 기능 하여 실리콘 도트 전체로서 보면 실질상 결함이 억제된 상태를 형성한다. 이와 같은 종단처리가 실시된 실리콘 도트는 전자장치의 재료로서 이용된 경우, 상기 장치에 구해지는 특성이 향상한다. 예를 들면 발광소자 재료로서 이용된 경우, 상기 발광소자의 발광휘도가 향상한다.

이와 같은 종단처리에 대해서는 JP2004-83299A에, 산소 또는 질소로 종단처리된 실리콘 나노 결정 구조체의 형성방법이 기재되어 있다.

[특허문헌 1]

JP2004-179658A

[특허문헌 2]

JP2004-83299A

[비특허문헌 1]

가나가와켄 산업기술 종합연구소 연구보고 No.9/2003 77∼78페이지

그러나 종래의 실리콘 도트 형성방법 중, 실리콘을 레이저조사에 의하여 가열 증발시키는 방법은, 균일하게 에너지밀도를 제어하여 레이저를 실리콘에 조사하는 것이 곤란하고, 실리콘 도트의 입자지름이나 밀도분포를 갖추는 것이 곤란하다. 가스중 증발법에서도 실리콘의 불균일한 가열이 일어나고, 그 때문에 실리콘 도트의 입자지름이나 밀도분포를 갖추는 것이 곤란하다.

또 상기한 CVD법에서는 상기 핵을 기판 위에 형성함에 있어서, 기판을 550℃ 정도 이상으로 가열하지 않으면 안되어, 내열 온도가 낮은 기판을 채용할 수 없고, 기판 재료의 선택 가능 범위가 그 만큼 제한된다.

또 JP2004-83299A에 기재되어 있는 실리콘 나노입자 결정 구조체의 형성방법에서의 종단처리전의 나노미터 스케일 두께의 실리콘 미세 결정과 아몰퍼스 실리콘으로 이루어지는 실리콘 박막의 형성은, 수소화 실리콘가스와 수소가스를 함유하는 가스의 열카탈리시스반응(catalysis)으로 행하거나, 또는 수소화 실리콘가스와 수소가스를 함유하는 가스에의 고주파 전계의 인가로 플라즈마를 생성하고, 상기 플라즈마하에서 행한다는 것으로, 앞서 설명한 종래의 결정성 실리콘 박막과 동일한 문제를 포함하고 있다.

따라서 본 발명은 실리콘 도트 형성 대상 기체 위에 상기 종래의 CVD법과 비교하면 저온에서, 또 직접 입자지름이 갖추어진 실리콘 도트를 균일한 밀도분포로 형성하여 상기 실리콘 도트로부터 용이하게 종단처리된 실리콘 도트를 얻을 수 있는 실리콘 도트 형성방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

또 본 발명은, 실리콘 도트 형성 대상 기체 위에 상기 종래의 CVD법과 비교하면 저온에서, 또 직접 입자지름이 갖추어진 실리콘 도트를 균일한 밀도분포로 형성하여 상기 실리콘 도트로부터 용이하게 종단처리된 실리콘 도트를 가질 수 있는 실리콘 도트 형성장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자는 이와 같은 과제를 해결하기 위하여 연구를 거듭하여 다음의 것을 알아내기에 이르렀다.

즉, 스퍼터링용 가스(예를 들면 수소가스)를 플라즈마화하여 상기 플라즈마 로 실리콘 스퍼터 타깃을 케미컬 스퍼터링(반응성 스퍼터링)함으로써, 저온에서 실리콘 도트 형성 대상 기체 위에 직접 입자지름이 갖추어진 결정성의 실리콘 도트를 균일한 밀도분포로 형성하는 것이 가능하다.

예를 들면 실리콘 스퍼터 타깃을 플라즈마발광에서 파장 288 nm 에서의 실리콘 원자의 발광강도(Si)(288 nm)와 파장 484 nm 에서의 수소원자의 발광강도(Hβ)와의 비[Si(288 nm)/Hβ]가 10.0 이하, 더욱 바람직하게는 3.0 이하, 또는 0.5 이하인 플라즈마로 케미컬 스퍼터링하면 500℃ 이하의 저온에서도 입자지름 20 nm 이하, 또는 입자지름 10 nm 이하의 범위에서 입자지름이 갖추어진 결정성의 실리콘 도트를 균일한 밀도분포로 기체 위에 형성할 수 있다.

이와 같은 플라즈마의 형성은, 플라즈마 형성영역에 스퍼터링용 가스(예를 들면 수소가스)를 도입하여 이것에 고주파 전력을 인가함으로써 행할 수 있다.

또 실란계 가스를 수소가스로 희석한 가스에 고주파 전력을 인가하여 상기 가스를 플라즈마화하고, 상기 플라즈마는 플라즈마발광에서 파장 288 nm 에서의 실리콘 원자의 발광강도(Si)(288 nm)와 파장 484 nm 에서의 수소원자의 발광강도(Hβ)와의 비[Si(288 nm)/Hβ]가 10.0 이하, 더욱 바람직하게는 3.0 이하, 또는 0.5 이하인 플라즈마로 하면, 상기 플라즈마하에서도 저온에서 실리콘 도트 형성 대상 기체 위에 직접 입자지름이 갖추어진 결정성의 실리콘 도트를 균일한 밀도분포로 형성하는 것이 가능하다.

예를 들면 500℃ 이하의 저온에서 입자지름 20 nm 이하, 또는 입자지름 10 nm 이하의 범위에서 입자지름이 갖추어진 결정성의 실리콘 도트를 균일한 밀도분포 로 기체 위에 형성하는 것이 가능하다.

수소가스 및 실란계 가스 유래의 플라즈마에 의한 실리콘 스퍼터 타깃의 케미컬 스퍼터링을 병용하는 것도 가능하다.

어쨌든, 실리콘 도트의 「입자지름이 갖추어져 있다」란, 각 실리콘 도트의 입자지름이 어느 것이나 동일 또는 대략 동일한 경우 외에, 실리콘 도트의 입자지름에 불균일이 있었다 하여도 실리콘 도트의 입자지름이, 실용상은 갖추어져 있다고 볼 수 있는 경우도 가리킨다. 예를 들면 실리콘 도트의 입자지름이, 소정의 범위(예를 들면 20 nm 이하의 범위 또는 10 nm 이하의 범위) 내에 갖추어져 있는 또는 대략 갖추어져 있다고 보아도 실용상 지장이 없는 경우나, 실리콘 도트의 입자지름이 예를 들면 5 nm∼6 nm의 범위와 8 nm∼11 nm의 범위에 분포하고 있으나, 전체로서는 실리콘 도트의 입자지름이 소정의 범위(예를 들면 10 nm 이하의 범위) 내에 대략 갖추어져 있다고 볼 수 있어, 실용상 지장이 없는 경우 등도 포함된다. 요컨대, 실리콘 도트의 「입자지름이 갖추어져 있다」란, 실용상의 관점에서 전체로서 실질상 갖추어져 있다고 할 수 있는 경우를 가리킨다.

그리고 이와 같이 하여 형성되는 실리콘 도트를 산소함유가스 및(또는) 질소함유가스로 이루어지는 플라즈마에 노출시킴으로써 용이하게 산소나 질소로 종단처리된 실리콘 도트를 얻을 수 있다,

[1] 실리콘 도트 형성방법에 대하여

본 발명은 이와 같은 식견에 의거하여 크게 구별하여 다음의 2 타입의 실리콘 도트 형성방법을 제공한다.

< 제 1 타입의 실리콘 도트 형성방법>

실리콘 도트 형성실 내에 실리콘 스퍼터 타깃을 설치하는 공정과,

실리콘 도트 형성 대상 기체를 상기 실리콘 도트 형성실 내에 배치하고, 상기 실내에 스퍼터링용 가스를 도입하여 상기 가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 실내에 스퍼터링용 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마로 상기 실리콘 스퍼터 타깃을 케미컬 스퍼터링하여 상기 기체 위에 실리콘 도트를 형성하는 실리콘 도트 형성공정과,

종단처리실 내에 상기 실리콘 도트 형성공정에 의하여 실리콘 도트가 형성된 기체를 배치하고, 상기 종단처리실 내에 산소함유가스 및 질소함유가스로부터 선택된 적어도 1종의 종단처리용 가스를 도입하여 상기 가스에 고주파 전력을 인가하여 종단처리용 플라즈마를 발생시키고, 상기 종단처리용 플라즈마하에서 상기 기체 위의 실리콘 도트를 종단처리하는 종단처리공정을 포함하는 실리콘 도트 형성방법.

< 제 2 타입의 실리콘 도트 형성방법>

실리콘 도트 형성 대상 기체를 배치한 실리콘 도트 형성실 내에 실란계 가스 및 수소가스를 도입하여 이들 가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 실내에 플라즈마발광에서 파장 288 nm 에서의 실리콘원자의 발광강도(Si)(288 nm)와 파장 484 nm 에서의 수소원자의 발광강도(Hβ)와의 비[Si(288 nm)/Hβ]가 10.0 이하인 실리콘 도트 형성용 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마하에서 상기 기체 위에 실리콘 도트를 형성하는 실리콘 도트 형성공정과,

(1) 제 1 타입의 실리콘 도트 형성방법에 대하여

제 1 타입의 실리콘 도트 형성방법에서의 상기 실리콘 도트 형성실 내에 실리콘 스퍼터 타깃을 설치하는 공정은, 다음의 3가지를 대표예로서 들 수 있다.

(1-1) 실리콘 도트 형성실의 내벽에 실리콘막을 형성하여 실리콘 스퍼터 타깃으로 한다.

즉, 상기 실리콘 도트 형성실 내에 실리콘 스퍼터 타깃을 설치하는 공정에서는 상기 실리콘 도트 형성실 내에 실란계 가스 및 수소가스를 도입하여, 이들 가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 실내에 실리콘막 형성용 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마에 의하여 상기 실의 내벽에 실리콘막을 형성하여, 상기 실리콘막을 상기 실리콘 스퍼터 타깃으로 한다.

여기서「실리콘 도트 형성실의 내벽」이란, 실벽 그 자체이어도 좋고, 실벽의 안쪽에 설치한 내벽이어도 좋으며, 이것들의 조합이어도 좋다.

이하, 이와 같이 하여 실리콘 스퍼터 타깃을 설치하는 실리콘 도트 형성방법을「제 1 실리콘 도트 형성방법」이라 하는 경우가 있다.

(1-2) 별실에서 제작한 실리콘 스퍼터 타깃을 사용한다.

이 경우, 상기 실리콘 도트 형성실 내에 실리콘 스퍼터 타깃을 설치하는 공 정은,

타깃 형성실 내에 타깃 기판을 배치하고, 상기 타깃 형성실 내에 실란계 가스 및 수소가스를 도입하여 이들 가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 실내에 실리콘막 형성용 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마에 의하여 상기 타깃 기판 위에 실리콘막을 형성하여 실리콘 스퍼터 타깃을 얻는 타깃 형성공정과,

상기 타깃 형성실로부터 상기 실리콘 도트 형성실 내에, 상기 타깃 형성공정에서 얻은 실리콘 스퍼터 타깃을 외기에 접촉하지 않고 반입 배치하는 공정을 포함한다.

이하, 이와 같이 하여 실리콘 스퍼터 타깃을 설치하는 실리콘 도트 형성방법을 「제 2 실리콘 도트 형성방법」이라 하는 경우가 있다.

(1-3) 기존의 실리콘 스퍼터 타깃을 사용한다. 즉,

상기 실리콘 도트 형성실 내에 실리콘 스퍼터 타깃을 설치하는 공정에서는, 미리 제작한 실리콘 스퍼터 타깃을 상기 실리콘 도트 형성실에 뒤에 부착하여 배치한다.

이하, 이와 같이 하여 실리콘 스퍼터 타깃을 설치하는 실리콘 도트 형성방법을「제 3 실리콘 도트 형성방법」이라 하는 경우가 있다.

(2) 제 2 타입의 실리콘 도트 형성방법에 대하여

상기 제 2 타입의 실리콘 도트 형성방법과 같이 수소가스와 실란계 가스를 사용하여 이들 가스 유래의 플라즈마하에서 실리콘 도트를 형성하는 방법을 이하 「제 4 실리콘 도트 형성방법」이라 하는 경우가 있다.

(3) 제 1, 제 2 타입의 실리콘 도트 형성방법에 대하여

제 1 실리콘 도트 형성방법에 의하면, 실리콘 도트 형성실의 내벽에 실리콘 스퍼터 타깃이 되는 실리콘막을 형성할 수 있기 때문에, 미리 제작한 (예를 들면 시판의) 실리콘 스퍼터 타깃을 실리콘 도트 형성실 내에 뒤에 부착하여 배치하는 경우보다 대면적의 타깃을 얻는 수 있고, 그만큼 기체의 넓은 면적에 걸쳐 균일하게 실리콘 도트를 형성하는 것이 가능하다.

제 1, 제 2 실리콘 도트 형성방법에 의하면, 외기에 접촉하지 않는 실리콘 스퍼터 타깃을 채용하여 실리콘 도트를 형성할 수 있고, 그만큼 예정되지 않은 불순물의 혼입이 억제된 실리콘 도트를 형성할 수 있고, 저온에서(예를 들면 기체온도가 500℃ 이하의 저온에서) 실리콘 도트 형성 대상 기체 위에 직접 입자지름이 갖추어진 결정성의 실리콘 도트를 균일한 밀도분포로 형성하는 것이 가능하다.

실리콘 스퍼터 타깃을 사용하는 제 1, 제 2, 제 3 실리콘 도트 형성방법의 어느 것에서도 상기 스퍼터링용 가스로서는 대표예로서 수소가스를 들 수 있다. 수소가스에는 희석가스[헬륨가스(He), 네온가스(Ne), 아르곤가스(Ar), 크립톤가스(Kr)및 크세논가스(Xe)부터 선택된 적어도 1종의 가스)]가 혼합되어 있어도 좋다.

즉, 제 1, 제 2, 제 3 실리콘 도트 형성방법의 어느 것에서도 상기 실리콘 도트 형성공정에서는 실리콘 도트 형성 대상 기체를 배치한 실리콘 도트 형성실 내에 스퍼터링용 가스로서 수소가스를 도입하여 상기 수소가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 진공실내에 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마로 실리콘 스퍼터 타깃을 케미컬 스퍼터링하여, 저온에서(예를 들면 기체온도가 500℃ 이하의 저온에서) 실리콘 도트 형성 대상 기체 위에 직접, 입자지름이 갖추어진 결정성의 실리콘 도트를 균일한 밀도분포로 형성하는 것이 가능하다.

예를 들면 500℃ 이하의 저온에서(바꾸어 말하면, 예를 들면 기체온도를 500℃ 이하로 하여), 상기 기체 위에 직접 입자지름이 20 nm 이하, 또는 입자지름 10 nm 이하의 실리콘도트를 형성하는 것이 가능하다.

제 1, 제 2, 제 3 실리콘 도트 형성방법에서는 실리콘 도트 형성공정에서 실리콘 스퍼터 타깃을 케미컬 스퍼터링하는 스퍼터링용 플라즈마는, 플라즈마발광에 서 파장 288 nm 에서의 실리콘원자의 발광강도(Si)(288 nm)와 파장 484 nm 에서의 수소원자의 발광강도(Hβ)와의 비[Si(288 nm)/Hβ]가 10.0 이하인 플라즈마로 하는 것이 바람직하고, 3.0 이하인 플라즈마로 하는 것이 더욱 바람직하다. 0.5 이하인 플라즈마로 하여도 좋다.

또, 제 1 실리콘 도트 형성방법에서, 실리콘 도트 형성실의 내벽에 실리콘 스퍼터 타깃으로서의 실리콘막을 형성하기 위한 실리콘막 형성용 플라즈마(실란계 가스및 수소가스 유래의 플라즈마)와, 제 2 실리콘 도트 형성방법에 있어서, 타깃 형성실에서 타깃 기판 위에 실리콘막을 형성하기 위한 실리콘막 형성용 플라즈마(실란계가스 및 수소가스 유래의 플라즈마)에 대해서도 플라즈마발광에서 파장 288 nm 에서의 실리콘원자의 발광강도(Si)(288 nm)와 파장 484 nm 에서의 수소원자의 발광강도(Hβ)와의 비[Si(288 nm)/Hβ]가 10.0 이하인 플라즈마로 하는 것이 바람직하고, 3.0 이하인 플라즈마로 하는 것이 더욱 바람직하다. 0.5 이하인 플라즈마 로 하여도 좋다.

이것들의 이유에 대해서는 뒤에서 설명한다.

제 4 실리콘 도트 형성방법에 의해서도 저온에서(예를 들면 기체온도가 500 ℃ 이하의 저온에서) 실리콘 도트 형성 대상 기체 위에 직접, 입자지름이 갖추어진 결정성의 실리콘 도트를 균일한 밀도분포로 형성하는 것이 가능하다.

예를 들면 500℃ 이하의 저온에서(바꾸어 말하면, 예를 들면 기체 온도를 500 이하로 하여), 상기 기체 위에 직접 입자지름이 20 nm 이하, 또는 입자지름 10 nm 이하의 실리콘 도트를 형성하는 것이 가능하다.

제 4 실리콘 도트 형성방법에서는 실리콘 도트 형성실 내에 실리콘 스퍼터 타깃을 배치하고, 상기 타깃의 플라즈마에 의한 케미컬 스퍼터링을 병용하여도 좋다.

이와 같은 실리콘 스퍼터 타깃으로서는, 상기 제 2 실리콘 도트 형성방법에 서와 마찬가지로 타깃 형성실 내에 타깃 기판을 배치하여 상기 타깃 형성실 내에 실란계 가스 및 수소가스를 도입하고, 이들 가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 실내에 실리콘막 형성용 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마에 의하여 상기 타깃 기판 위에 실리콘막을 형성하여 실리콘 스퍼터 타깃을 얻는 타깃 형성공정과, 상기 타깃 형성실에서 상기 실리콘 도트 형성실 내에 상기 타깃 형성공정에서 얻은 실리콘 스퍼터 타깃을 외기에 접촉시키지 않고 반입 배치하는 공정을 실시하여 실리콘 도트 형성실내에 실리콘 스퍼터 타깃을 설치하여도 좋다.

또 미리 제작한 실리콘 스퍼터 타깃을 상기 실리콘 도트 형성실에 뒤에 부착 하여 배치하여도 좋다.

상기 제 1 내지 제 4 실리콘 도트 형성방법의 어느 것에서도 실리콘 도트 형성공정에서, 또 실리콘 스퍼터 타깃으로 하는 실리콘막 형성에서, 플라즈마에서의 발광강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 10.0 이하로 설정하는 경우, 그것은 플라즈마 중의 수소원자 라디칼이 풍부한 것을 나타낸다.

제 1 방법에서의 실리콘 스퍼터 타깃이 되는 실리콘 도트 형성실의 내벽에의 실리콘막의 형성을 위한 실란계 가스 및 수소가스로부터의 플라즈마형성에서 또 제 2 방법에서의 타깃 기판 위에의 실리콘막의 형성을 위한 실란계 가스 및 수소가스로부터의 플라즈마형성에 있어서, 상기 플라즈마에서의 발광강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 10.0 이하, 더욱 바람직하게는 3.0 이하, 또는 0.5 이하로 설정하면 실내벽에, 또는 스퍼터 타깃 기판에 500℃ 이하의 저온에서 실리콘 도트 형성 대상 기체에의 실리콘 도트 형성에 적합한 양질의 실리콘막(실리콘 스퍼터 타깃)이 원활하게 형성된다.

또, 상기 제 1, 제 2 및 제 3의 어느 것의 실리콘 도트 형성방법에서도 실리콘 도트 형성공정에서 실리콘 스퍼터 타깃을 스퍼터링하기 위한 플라즈마에서의 발광강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 10.0 이하로, 더욱 바람직하게는 3.0 이하, 또는 0.5 이하에 설정함으로써 500℃ 이하의 저온에서, 입자지름 20 nm 이하, 나아가서는 입자지름 10nm 이하의 범위에서 입자지름이 갖추어진 결정성의 실리콘 도트를 균일한 밀도분포로 기체 위에 형성할 수 있다.

또, 상기 제 4 실리콘 도트 형성방법에서도 실리콘 도트 형성공정에서 실란 계가스 및 수소가스 유래의 플라즈마에 있어서의 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 10.0이하로, 더욱 바람직하게는 3.0 이하, 또는 0.5 이하로 설정함으로써 500℃ 이하의 저온에서, 입자지름 20 nm 이하, 나아가서는 입자지름 10 nm 이하의 범위에서, 입자지름이 갖추어진 결정성의 실리콘 도트를 균일한 밀도분포로 기체 위에 형성할 수 있다.

어느 것의 실리콘 도트 형성방법에서도 실리콘 도트 형성공정에서는 상기 발광 강도비가 10.0보다 커지면 결정립(도트)이 성장하기 어렵게 되고, 기판 위에는 아몰퍼스 실리콘이 많이 생기게 된다. 따라서 발광 강도비는 10.0 이하가 좋다. 입자지름이 작은 실리콘 도트를 형성하는 데에 있어서, 발광 강도비는 3.0 이하가 더욱 바람직하다. 0.5 이하로 하여도 좋다.

그러나, 발광 강도비의 값이 너무 지나치게 작으면, 결정립(도트)의 성장이 늦어져 요구되는 도트 입자지름을 얻는 데 시간이 걸린다. 또한 작아지기 시작하면 도트의 성장보다 에칭효과의 쪽이 커져, 결정립이 성장하지 않게 된다. 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]는, 다른 여러가지의 조건 등에도 의하나, 대략 0.1 이상으로 하면 좋다.

실리콘 스퍼터 타깃을 얻기 위한 실리콘막 형성에서도 실리콘 막형성용 플라즈마에 있어서의 발광강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 제어하는 것이면, 그것은 다른 여러가지의 조건 등에도 의하나,대략 0 1이상으로 하면 좋다.

발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]의 값은, 예를 들면 각종 라디칼의 발광 스펙트럼을 플라즈마 발광 분광 계측장치에 의하여 측정하고, 그 측정결과에 의거하여 얻 을 수 있다. 또 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]의 제어는, 도입 가스에 인가하는 고주파 전력(예를 들면 그 주파수나 전력의 크기), 실리콘 도트 형성시(또는 실리콘막 형성시)의 실내 가스압, 실내로 도입하는 가스(예를 들면 수소가스, 또는 수소가스 및 실란계 가스)의 유량 등의 제어에 의하여 행할 수 있다.

상기 제 1, 제 2, 제 3 실리콘 도트 형성방법(특히, 스퍼터링용 가스로서 수소가스를 채용하는 경우)에 의하면, 실리콘 스퍼터 타깃을 발광 강도비[Si(288 nm) /Hβ]가 10.0 이하, 더욱 바람직하게는 3.0 이하, 또는 0.5 이하인 플라즈마로 케미컬 스퍼터링함으로써 기체 위에 결정핵의 형성이 촉진되고, 상기 핵으로부터 실리콘 도트가 성장한다.

상기 제 4 실리콘 도트 형성방법에 의하면, 실란계 가스와 수소가스가 여기분해되어 화학반응이 촉진되고, 기체 위에 결정핵의 형성이 촉진되어 상기 핵으로부터 실리콘 도트이 성장한다. 제 4 방법에서 실리콘 스퍼터 타깃의 플라즈마에 의한 케미컬 스퍼터링을 병용하면 그것에 의하여도 기체 위의 결정핵 형성이 촉진된다.

이와 같이 결정핵 형성이 촉진되어 실리콘 도트가 성장하기 때문에, 미리 실리콘 도트 형성 대상 기체 위에 댕그링본드나 스텝 등의 핵이 될 수 있는 것이 존재하지 않아도 실리콘 도트가 성장하기 위한 핵을 비교적 용이하게 고밀도로 형성할 수있다. 또 수소 라디칼이나 수소이온이 실리콘 라디칼이나 실리콘 이온보다 풍부하여 핵밀도가 과잉으로 큰 부분에 대해서는 여기된 수소원자나 수소분자와 실리콘원자와의 화학반응에 의하여 실리콘의 탈리가 진행되고, 이에 의하여 실리콘 도트의 핵밀도는 기판 위에서 고밀도가 되면서도 균일화된다.

또, 플라즈마에 의하여 분해 여기된 실리콘원자나 실리콘 라디칼은 핵에 흡착하여 화학반응에 의하여 실리콘 도트로 성장하나, 이 성장시에도 수소 라디칼이 많기 때문에 흡착 탈리의 화학반응이 촉진되어, 핵은 결정방위와 입자지름이 잘 갖추어진 실리콘 도트로 성장한다. 이상에 의하여 기체 위에 결정방위와 입자지름 크기가 갖추어진 실리콘 도트가 고밀도하고 또한 균일분포로 형성된다.

본 발명은 실리콘 도트 형성 대상 기체 위에, 종단처리된 미소 입자지름의 실리콘 도트, 예를 들면 입자지름이 20 nm 이하, 더욱 바람직하게는 입자지름이 10 nm 이하의 실리콘 도트를 형성하고자 하는 것이나, 실제로는 극단적으로 작은 입자지름의 실리콘 도트를 형성하는 것은 곤란하고, 그것에는 한정되지 않으나 입자지름 1 nm 정도 이상의 것이 될 것이다. 예를 들면 3 nm∼15 nm 정도의 것, 더욱 바람직하게는 3 nm∼10 nm 정도의 것을 예시할 수 있다.

본 발명에 관한 실리콘 도트 형성방법에서의 실리콘 도트 형성공정에서는 500℃ 이하의 저온하에서(바꾸어 말하면, 기체온도를 500℃ 이하로 하여), 조건에 따라서는 400℃ 이하의 저온하에서(바꾸어 말하면 조건에 따라서는 기체온도를 400℃ 이하로 하여), 기체 위에 실리콘 도트를 형성할 수 있기 때문에, 기체 재료의 선택범위가 그만큼 넓어진다. 예를 들면 내열온도 500℃ 이하의 저렴한 저융점 유리 기판에의 실리콘 도트 형성이 가능하다.

본 발명은 저온하(대표적으로는 500℃ 이하)에서 실리콘 도트를 형성하고자 하는 것이나, 실리콘 도트 형성 대상 기체 온도가 너무 낮으면 실리콘의 결정화가 곤란해지 때문에, 다른 여러가지 조건(예를 들면, 그 하나로서 기체의 내열성)에도 의하나, 대략 100℃ 이상, 또는 150℃ 이상, 또는 200℃ 이상의 온도에서(바꾸어 말하면, 기체온도를 대략 100℃ 이상, 또는 150℃ 이상, 또는 200℃ 이상으로 하여) 실리콘 도트를 형성하는 것이 바람직하다.

상기 제 4 실리콘 도트 형성방법과 같이, 실리콘 도트 형성용 플라즈마를 얻기 위한 가스로서 실란계 가스와 수소가스를 병용하는 경우, 상기 진공실내에의 가스도입 유량비(실란계 가스유량/수소가스유량)로서는, 1/200∼1/30정도를 예시할 수 있다. 1/200보다 작아지면 결정립(도트)의 성장이 늦어져 요구되는 도트 입자지름을 얻는 데 시간이 걸린다. 더 작아지면 결정립이 성장하지 않게 된다. 1/30보다 커지면 결정립(도트)이 성장하기 어렵게 되고, 기체 위에는 아몰퍼스 실리콘이 많이 생기게 된다.

또, 예를 들면 실란계 가스의 도입유량을 1 sccm∼5 sccm 정도라 할 때, [실란계 가스의 도입유량(sccm)/진공챔버 용적(리터)]은 1/200∼1/30 정도가 바람직하다. 이 경우도, 1/200보다 작아지면 결정립(도트)의 성장이 늦어져 요구되는 도트 입자지름을 얻는 데 시간이 걸린다. 또 작아지면 결정립이 성장하지 않게 된다. 1/30보다 커지면 결정립(도트)이 성장하기 어렵게 되어, 기판 위에는 아몰퍼스 실리콘이 많이 생기게 된다.

상기 제 1 내지 제 4의 어느 것의 실리콘 도트 형성방법에서도 실리콘 도트 형성시의 (바꾸어 말하면 실리콘 도트 형성용 플라즈마를 형성할 때의) 실리콘 도트 형성실 내 압력으로서는 0.1 Pa∼10.0 Pa 정도를 예시할 수 있다.

0.1 Pa보다 낮아지면 결정립(도트)의 성장이 지연되어 요구되는 도트 입자지름을 얻는 데 시간이 걸린다. 더 낮아지면 결정립이 성장하지 않게 된다. 10.0 Pa보다 높아지면 결정립(도트)이 성장하기 어렵게 되어, 기체 위에는 아몰퍼스 실리콘이 많이 생기게 된다.

상기 제 2, 제 3 실리콘 도트 형성방법과 같이, 또 제 4 실리콘 도트 형성방법에서 실리콘 스퍼터 타깃의 케미컬 스퍼터링을 병용하는 경우와 같이, 실리콘 도트 형성실 밖에서 얻은 실리콘 스퍼터 타깃을 채용하는 경우, 상기 실리콘 스퍼터 타깃은 실리콘을 주체로 하는 타깃이고, 예를 들면 단결정 실리콘으로 이루어지는 것, 다결정 실리콘으로 이루어지는 것, 미세 결정 실리콘으로 이루어지는 것, 아몰퍼스 실리콘으로 이루어지는 것, 이것들의 조합 등을 들 수 있다.

또 실리콘 스퍼터 타깃은, 불순물이 함유되어 있지 않은 것, 함유되어 있어도 그 함유량이 가능한 한 적은 것, 적당량의 불순물 함유에 의하여 소정의 비저항을 나타내는 것 등, 형성하는 실리콘 도트의 용도에 따라 적절하게 선택할 수 있다.

불순물이 함유되어 있지 않은 실리콘 스퍼터 타깃 및 불순물이 함유되어 있어도 그 함유량이 가능한 한 적은 실리콘 스퍼터 타깃의 예로서 인(P), 붕소(B) 및 게르마늄(Ge)의 각각의 함유량이 어느 것이나 10 ppm 미만으로 억제된 실리콘 스퍼터 타깃을 들 수 있다.

소정의 비저항을 나타내는 실리콘 스퍼터 타깃으로서, 비저항이 0.001Ω·cm∼50Ω·cm 인 실리콘 스퍼터 타깃을 예시할 수 있다.

상기 제 2, 제 3 실리콘 도트 형성방법이나, 상기 제 4 실리콘 도트 형성방법에서 실리콘 스퍼터 타깃의 케미컬 스퍼터링을 병용하고, 상기 실리콘 스퍼터 타깃을 실리콘 도트 형성실내에 뒤에 부착하여 배치하는 경우에서는 상기 타깃의 실리콘 도트 형성실내에의 배치로서는, 이것이 플라즈마에 의하여 케미컬 스퍼터링되는 배치 이면 좋으나, 예를 들면 실리콘 도트 형성실 내벽의 전부 또는 일부를 따라 배치하는 경우를 들 수 있다. 실내에 독립하여 배치하여도 좋다. 실의 내벽을 따라 배치되는 것과, 독립적으로 배치되는 것을 병용하여도 좋다.

실리콘 도트 형성실의 내벽(실벽 그 자체, 실벽의 안쪽을 따라 설치한 내벽 또는 이것들의 조합)에 실리콘막을 형성하여 이것을 실리콘 스퍼터 타깃으로 하기도 하고, 실리콘 스퍼터 타깃을 실의 내벽을 따라 배치하면 실리콘 도트 형성실을 가열함으로써 실리콘 스퍼터 타깃을 가열할 수 있다. 타깃을 가열하면 타깃이 실온인 경우보다 스퍼터되기 쉬워지고, 그만큼 고밀도로 실리콘 도트를 형성하기 쉬워진다.

실리콘 도트 형성실을 예를 들면 밴드히터, 가열재킷 등으로 가열하여 실리콘 스퍼터 타깃을 80℃ 이상으로 가열하는 예를 들 수 있다. 가열온도의 상한에 대해서는 경제적 관점 등으로부터 대략 300℃ 정도를 예시할 수 있다. 챔버에 O 링 등을 사용하고 있는 경우는 그것들의 내열성에 따라 300℃ 보다 낮은 온도로 하지 않으면 안되는 것도 있다.

본 발명에 관한 어느 것의 실리콘 도트 형성방법에서도 실리콘 도트 형성공정에서는 실리콘 도트 형성실내에 도입되는 가스에, 또 타깃 형성실을 사용하는 경 우는 상기 실내에 도입되는 가스에, 또한 종단처리공정에서는 종단처리실내에 도입되는 종단처리용 가스에, 각각 고주파 전력을 인가하는 전극을 사용하나, 상기 각각의 전극으로서는 유도 결합형 전극, 용량 결합형 전극의 어느 것이나 채용할 수 있다. 유도결합형 전극을 채용할 때, 그것은 실내에 배치할 수도, 실외에 배치할 수도 있다.

실내에 배치하는 전극에 대해서는 실리콘을 포함하는 전기 절연성막, 알루미늄을 포함하는 전기 절연성막과 같은 전기 절연성막(예를 들면 실리콘막, 질화실리콘막, 산화실리콘막, 알루미나막 등)으로 피복하여, 고밀도 플라즈마의 유지, 전극 표면의 스퍼터링에 의한 실리콘 도트에의 불순물의 혼입억제 등을 도모하여도 좋다.

실리콘 도트 형성실에서 용량 결합형 전극을 채용하는 경우에는, 기체에의 실리콘 도트 형성을 방해하지 않도록 상기 전극을 기체 표면에 대하여 수직하게 배치하는 것(다시 말하면 기체의 실리콘 도트 형성 대상면을 포함하는 면에 대하여 수직자세로 배치하는 것)이 권장된다.

어쨌든 플라즈마형성을 위한 고주파 전력의 주파수로서는, 비교적 저렴하게 되는 13 MHz 정도에서 100 MHz 정도의 범위의 것을 예시할 수 있다. 100 MHz보다 고주파수가 되면 전원비용이 높아지고, 고주파 전력 인가시의 매칭이 취하기 어렵게 된다.

또 어쨌든 고주파 전력의 전력밀도[인가전력(W)/실리콘 도트 형성실 용적(L :리터)]는 5 W/L∼100 W/L 정도가 바람직하다. 5 W/L보다 작아지면 기체 위의 실리콘이 아몰퍼스 실리콘이 되어 결정성이 있는 도트가 되기 어렵게 된다. 100 W/L보다 커지면 실리콘 도트 형성 대상 기체 표면(예를 들면, 실리콘 웨이퍼 위에 산화실리콘막을 형성한 기체의 상기 산화실리콘막)의 손상이 커진다. 상한에 대해서는 50 W/L 정도이어도 좋다.

상기 어느 것의 실리콘 도트 형성방법에서도 종단처리공정에서 사용하는 종단처리실은 상기 실리콘 도트 형성실에 이것을 겸하게 하여도 좋다. 또 실리콘 도트 형성실과는 독립된 것이어도 좋다.

또는 실리콘 도트 형성실에 이어서 설치된 것이어도 좋다. 실리콘 도트 형성실에 종단처리실을 겸하게 하거나, 실리콘 도트 형성실에 이어서 설치된 종단처리실을 채용하면, 종단처리전의 실리콘 도트의 오염을 억제할 수 있다.

종단처리실을 실리콘 도트 형성실에 이어서 설치하는 경우, 그것은 직접적이어도 좋고, 예를 들면 기체 반송장치를 설치한 기체 반송실이 개재하는 연설(連設)이어도 좋다.

어쨌든, 종단처리실에서의 종단처리에 있어서, 종단처리용 가스에 고주파 전력을 인가하는 고주파 방전 전극에 대해서는, 용량 결합형 플라즈마를 발생시키는 전극이어도 유도 결합형 플라즈마를 발생시키는 전극이어도 좋다.

종단처리용 가스로서는, 상기한 바와 같이 산소함유가스 또는(및) 질소함유가스를 사용하나, 산소함유가스로서는 산소가스나 산화질소(N₂O)가스를 예시할 수 있고, 질소함유가스로서는, 질소가스나 암모니아(NH₃)가스를 예시할 수 있다.

[2] 실리콘 도트 구조체

이상 설명한 어느 하나의 실리콘 도트 형성방법으로 형성된 실리콘 도트를 포함하는 실리콘 도트 구조체도 본 발명에 포함된다.

[3] 실리콘 도트 형성장치

본 발명은, 또 본 발명에 관한 실리콘 도트 형성방법을 실시하기 위한 다음의 제 1 내지 제 4의 실리콘 도트 형성장치도 제공한다.

(1) 제 1의 실리콘 도트 형성장치

실리콘 도트 형성 대상 기체를 지지하는 홀더를 가지는 실리콘 도트 형성실과,

상기 실리콘 도트 형성실 내에 수소가스를 공급하는 수소가스공급장치와,

상기 실리콘 도트 형성실 내에 실란계 가스를 공급하는 실란계 가스공급장치와,

상기 실리콘 도트 형성실 내로부터 배기하는 제 1 배기장치와,

상기 실리콘 도트 형성실 내에 상기 수소가스공급장치로부터 공급되는 수소가스 및 상기 실란계 가스공급장치로부터 공급되는 실란계 가스에 고주파 전력을 인가하여, 상기 실리콘 도트 형성실의 내벽에 실리콘막을 형성하기 위한 실리콘막 형성용 플라즈마를 형성하는 제 1 고주파 전력 인가장치와,

상기 실리콘막 형성 후에, 상기 실리콘 도트 형성실 내에 상기 수소가스공급장치로부터 공급되는 수소가스에 고주파 전력을 인가하여 상기 실리콘막을 스퍼터 타깃으로 하여 케미컬 스퍼터링하기 위한 스퍼터링용 플라즈마를 형성하는 제 2 고 주파 전력 인가장치와,

상기 실리콘 도트 형성실 내의 플라즈마발광에서의 파장 288 nm 에서의 실리콘원자의 발광강도(Si)(288 nm)와 파장 484 nm 에서의 수소원자의 발광강도(Hβ)와의 비[Si(288 nm)/Hβ]를 구하는 플라즈마발광 분광 계측장치와,

실리콘 도트가 형성된 기체를 지지하는 홀더는 가지는 상기 실리콘 도트에 종단처리를 실시하기 위한 종단처리실과,

상기 종단처리실 내에 산소함유가스 및 질소함유가스로부터 선택된 적어도 1종의 종단처리용 가스를 공급하는 종단처리용 가스공급장치와,

상기 종단처리실 내로부터 배기하는 제 2 배기장치와,

상기 종단처리실 내에 상기 종단처리용 가스공급장치로부터 공급되는 종단처리용 가스에 고주파 전력을 인가하여 종단처리용 플라즈마를 형성하는 제 3 고주파 전력 인가장치를 포함하는 실리콘 도트 형성장치.

이 제 1 실리콘 도트 형성장치는 상기 제 1 실리콘 도트 형성방법을 실시할 수 있는 것이다.

이 제 1 실리콘 도트 형성장치는, 상기 제 1 및 제 2 고주파 전력 인가장치 중 적어도 제 2 고주파 전력 인가장치에 의한 플라즈마의 형성에서, 상기 플라즈마발광 분광 계측장치에서 구해지는 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]와 10.0 이하의 범위에서 정한 기준발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 비교하여 플라즈마에서의 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]가 상기 기준발광 강도비를 향하도록 상기 제 2 고주파 전력 인가장치의 전원출력, 상기 수소가스공급장치로부터 상기 실리콘 도트 형성실 내에 의 수소가스공급량 및 상기 배기장치에 의한 배기량 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 더가지고 있어도 좋다.

어쨌든 제 1, 제 2 고주파 전력 인가장치는, 서로 일부 또는 전부가 공통이어도 좋다.

기준발광 강도비는, 3.0 이하, 또는 0.5 이하의 범위에서 정하여도 좋다.

(2) 제 2 실리콘 도트 형성장치

스퍼터 타깃 기판을 지지하는 홀더를 가지는 타깃 형성실과,

상기 타깃 형성실 내에 수소가스를 공급하는 제 1 수소가스공급장치와,

상기 타깃 형성실 내에 실란계 가스를 공급하는 실란계 가스공급장치와,

상기 타깃 형성실 내로부터 배기하는 제 1 배기장치와,

상기 타깃 형성실 내에 상기 제 1 수소가스공급장치로부터 공급되는 수소가스및 상기 실란계 가스공급장치로부터 공급되는 실란계 가스에 고주파 전력을 인가하여 상기 스퍼터 타깃 기판 위에 실리콘막을 형성하여 실리콘 스퍼터 타깃을 얻기 위한 실리콘막 형성용 플라즈마를 형성하는 제 1 고주파 전력 인가장치와,

상기 타깃 형성실에 외부로부터 기밀하게 차단되는 상태로 이어서 설치되고, 실리콘 도트 형성 대상 기체를 지지하는 홀더를 가지는 실리콘 도트 형성실과,

실리콘 스퍼터 타깃을 상기 타깃 형성실로부터 상기 실리콘 도트 형성실내에 외기에 접촉시키지 않고 반입 배치하는 반송장치와,

상기 실리콘 도트 형성실 내에 수소가스를 공급하는 제 2 수소가스공급장치와,

상기 실리콘 도트 형성실 내로부터 배기하는 제 2 배기장치와,

상기 실리콘 도트 형성실 내에 상기 제 2 수소가스공급장치로부터 공급되는 수소가스에 고주파 전력을 인가하고, 상기 타깃 형성실로부터 반입되는 상기 실리콘 스퍼터 타깃을 케미컬 스퍼터링하기 위한 스퍼터링용 플라즈마를 형성하는 제 2 고주파 전력 인가장치와,

상기 실리콘 도트 형성실 내의 스퍼터링용 플라즈마발광에서의 파장 288 nm 에서의 실리콘원자의 발광강도(Si)(288 nm)와 파장 484 nm 에서의 수소원자의 발광강도(Hβ)와의 비[Si(288 nm)/Hβ]를 구하는 플라즈마발광 분광 계측장치와,

실리콘 도트가 형성된 기체를 지지하는 홀더를 가지는 상기 실리콘 도트에 종단처리를 실시하기 위한 종단처리실과,

상기 종단처리실 내에 산소함유가스 및 질소함유가스로부터 선택된 적어도 일종의 종단처리용 가스를 공급하는 종단처리용 가스공급장치와,

상기 종단처리실 내로부터 배기하는 제 3 배기장치와,

이 제 2 실리콘 도트 형성장치는 상기 제 2 실리콘 도트 형성방법을 실시할 수 있는 장치이다.

이 제 2 실리콘 도트 형성장치는, 상기 제 2고주파 전력 인가장치에 의한 스퍼터링용 플라즈마의 형성에서, 상기 플라즈마발광 분광 계측장치로 구해지는 발 광강도비[Si(288 nm)/Hβ]와 10.0 이하의 범위에서 정한 기준발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 비교하여, 상기 실리콘 도트 형성실 내 플라즈마에서의 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]가 상기 기준발광 강도비를 향하도록 상기 제 2 고주파 전력 인가장치의 전원출력, 상기 제 2 수소가스공급장치로부터 실리콘 도트 형성실 내에의 수소가스공급량 및 상기 제 2 배기장치에 의한 배기량 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 더 가지고 있어도 좋다.

어쨌든 타깃 형성실에 대해서도 상기 실내의 플라즈마발광에서의 파장 288 nm 에서의 실리콘원자의 발광강도(Si)(288 nm)와 파장 484 nm 에서의 수소원자의 발광강도(Hβ)와의 비[Si(288 nm)/Hβ]를 구하는 플라즈마발광 분광 계측장치를 설치하여도 좋다. 그 경우 또한 이 계측장치에 대하여 상기와 같은 제어부를 설치하여도 좋다.

제 1, 제 2 및 제 3 고주파 전력 인가장치는, 서로 일부 또는 전부가 공통이어도 좋다.

제 1, 제 2 수소가스공급장치도 서로 일부 또는 전부가 공통이어도 좋다.

제 1, 제 2, 제 3 배기장치도, 서로 일부 또는 전부가 공통이어도 좋다.

상기한 반송장치의 배치로서는, 실리콘 도트 형성실 또는 타깃 형성실에 배치하는 예를 들 수 있다. 실리콘 도트 형성실과 타깃 형성실의 연설은 게이트밸브 등을 거쳐 직접적으로 이어서 설치하여도 좋고, 상기 반송장치를 배치한 기체 반송실을 사이에 두고 간접적으로 이어서 설치하는 것도 가능하다.

어쨌든 기준발광 강도비는, 3.0 이하, 또는 0.5 이하의 범위에서 정하여도 좋다.

실리콘 도트 형성실 내에 실란계 가스를 공급하는 제 2 실란계 가스공급장치를 설치하면, 상기 제 4 실리콘 도트 형성방법에서 실리콘 스퍼터 타깃의 케미컬 스퍼터링을 병용하는 방법을 실시할 수 있는 장치가 된다.

(3) 제 3 실리콘 도트 형성장치

상기 실리콘 도트 형성실 내에 배치되는 실리콘 스퍼터 타깃과,

상기 실리콘 도트 형성실 내에 상기 수소가스공급장치로부터 공급되는 수소가스에 고주파 전력을 인가하여 상기 실리콘 스퍼터 타깃을 케미컬 스퍼터링하기 위한 스퍼터링용 플라즈마를 형성하는 제 1 고주파 전력 인가장치와,

상기 종단처리실 내로부터 배기하는 제 2 배기장치와,

상기 종단처리실 내에 상기 종단처리용 가스공급장치로부터 공급되는 종단처리용 가스에 고주파 전력을 인가하여 종단처리용 플라즈마를 형성하는 제 2 고주파 전력 인가장치를 포함하는 실리콘 도트 형성장치.

이 제 3 실리콘 도트 형성장치에 의하면, 상기 제 3 실리콘 도트 형성방법을 실시할 수 있다.

이 제 3 실리콘 도트 형성장치는, 상기 플라즈마발광 분광 계측장치로 구해지는 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]와 10.0 이하의 범위로부터 정한 기준발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 비교하여 상기 실리콘 도트 형성실 내 플라즈마에서의 발광강도비[Si(288 nm)/Hβ]가 상기 기준발광 강도비를 향하도록 상기 제 1 고주파 전력 인가장치의 전원출력, 상기 수소가스공급장치로부터 상기 실리콘 도트 형성실 내에의 수소가스공급량 및 상기 제 1 배기장치에 의한 배기량 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 더 가지고 있어도 좋다.

기준발광 강도비는, 3.0 이하 또는 0.5 이하의 범위에서 정하여도 좋다.

제 1 및 제 2 고주파 전력 인가장치는, 서로 일부 또는 전부가 공통이어도 좋다.

제 1, 제 2 배기장치도, 서로 일부 또는 전부가 공통이어도 좋다.

(4) 제 4 실리콘 도트 형성장치

상기 실리콘 도트 형성실 내에 상기 수소가스공급장치 및 실란계 가스공급장치로부터 공급되는 가스에 고주파 전력을 인가하여, 실리콘 도트 형성용 플라즈마를 형성하는 제 1 고주파 전력 인가장치와,

상기 실리콘 도트 형성실 내의 실리콘 도트 형성용 플라즈마발광에서의 파장288 nm 에서의 실리콘원자의 발광강도(Si)(288 nm)와 파장 484 nm 에서의 수소원자의 발광강도(Hβ)와의 비[Si(288 nm)/Hβ]를 구하는 플라즈마발광 분광 계측장치와,

상기 종단처리실 내로부터 배기하는 제 2 배기장치와,

이 제 4 실리콘 도트 형성장치에 의하면, 상기 제 4 실리콘 도트 형성방법을 실시할 수 있다.

이 제 4 실리콘 도트 형성장치는, 상기 플라즈마발광 분광 계측장치로 구해지는 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]와 10.0 이하의 범위에서 정한 기준발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 비교하여 상기 실리콘 도트 형성실 내 플라즈마에서의 발광강도비[Si(288 nm)/Hβ]가 상기 기준발광 강도비를 향하도록 상기 제 1 고주파 전력인가장치의 전원출력, 상기 수소가스공급장치로부터 상기 실리콘 도트 형성실 내에의 수소가스공급량, 상기 실란계 가스공급장치로부터 상기 실리콘 도트 형성실 내에의 실란계 가스공급량 및 상기 제 1 배기장치에 의한 배기량 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 더 가지고 있어도 좋다.

기준발광 강도비는, 3.0 이하 또는 0.5 이하의 범위로부터 정하여도 좋다.

제 1, 제 2 배기장치도 서로 일부 또는 전부가 공통이어도 좋다.

어쨌든 실리콘 도트 형성실 내에 실리콘 스퍼터 타깃을 배치하여도 좋다.

상기 제 1 내지 제 4의 어느 것의 실리콘 도트 형성장치에서도 상기 플라즈마발광분광 계측장치의 예로서, 플라즈마발광에서의 파장 288 nm에서의 실리콘원자의 발광강도(Si)(288 nm)를 검출하는 제 1 검출부와, 플라즈마발광에서의 파장 484 nm 에서의 수소원자의 발광강도(Hβ)를 검출하는 제 2 검출부와, 상기 제 1 검출부에서 검출되는 발광강도(Si)(288 nm)와 상기 제 2 검출부에서 검출되는 발광강도(Hβ)와의 비[Si(288 nm)/Hβ]를 구하는 연산부를 구비하고 있는 것을 들 수 있다.

상기 제 1 내지 제 4의 어느 것의 실리콘 도트 형성장치에서도 종단처리실은 상기 실리콘 도트 형성실에 이것을 겸하게 하여도 좋다. 또 실리콘 도트 형성실과는 독립된 것이어도 좋다.

또는 실리콘 도트 형성실에 이어서 설치된 것이어도 좋다. 실리콘 도트 형성실에 종단처리실을 겸하게 하거나, 실리콘 도트 형성실에 이어서 설치된 종단처리실을 채용하면 종단처리전의 실리콘 도트의 오염을 억제할 수 있다.

종단처리실을 실리콘 도트 형성실에 이어서 설치하는 경우, 그것은 직접적이어도 좋고, 예를 들면 기체 반송장치를 설치한 기체 반송실이 개재하는 연설이어도 좋다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다.

[1] 종단처리된 실리콘 도트의 형성장치의 일례

도 1은 본 발명에 관한 실리콘 도트 형성방법의 실시에 사용하는 실리콘 도트 형성장치의 일례의 개략 구성을 나타내고 있다.

도 1에 나타내는 장치 A는, 판형상의 실리콘 도트 형성 대상 기체[즉, 기판 (S)]에 실리콘 도트를 형성하는 것으로, 실리콘 도트 형성실(1) 및 종단처리실(100)을 구비하고 있다.

실리콘 도트 형성실(1) 내에는 기판 홀더(2)가 설치되어 있고, 또한 기판 홀더(2)의 윗쪽영역에서 좌우에 한 쌍의 방전 전극(3)이 설치되어 있다. 각 방전 전극(3)은 매칭박스(41)를 거쳐 방전용 고주파 전원(4)에 접속되어 있다. 전원(4), 매칭박스(41) 및 전극(3)은 고주파 전력 인가장치를 구성하고 있다. 또 실(1)에는 수소가스를 공급하기 위한 가스공급장치(5) 및 실리콘을 조성에 포함하는(실리콘원자를 가진다) 실란계 가스를 공급하기 위한 가스공급장치(6)가 접속되어 있음과 동시에, 실(1)내로부터 배기하기 위한 배기장치(7)가 접속되어 있다. 실(1)에는 또한 실(1) 내에 생성되는 플라즈마상태를 계측하기 위한 플라즈마발광 분광 계측장치(8) 등도 설치되어 있다.

실란계 가스로서는 모노실란(SiH₄) 외에 디실란(Si₂H₆), 4불화규소(SiF₄), 4염화규소(SiCl₄), 디크롤실란(SiH₂Cl₂) 등의 가스도 사용할 수 있다.

기판 홀더(2)는 기판 가열용 히터(21)를 구비하고 있다.

전극(3)은 그 안쪽면에 절연성막으로서 기능시키는 실리콘막(31)을 미리 설치하여 둔다. 또 실(1)의 천정벽 내면 등에는 실리콘 스퍼터 타깃(30)을 미리 설치하여 둔다.

전극(3)은 어느 것이나 기판 홀더(2) 위에 설치되는 뒤에서 설명하는 실리콘 도트 형성 대상 기판(S) 표면[더욱 정확하게 말하면, 기판(S) 표면을 포함하는 면]에 대하여 수직한 자세로 배치되어 있다.

실리콘 스퍼터 타깃(30)은 형성하고자 하는 실리콘 도트의 용도 등에 따라 예를 들면 시장에서 입수 가능한 다음의 (1)∼(3)에 기재한 실리콘 스퍼터 타깃으로부터 선택한 것을 채용할 수 있다.

(1) 단결정 실리콘으로 이루어지는 타깃, 다결정 실리콘으로 이루어지는 타깃, 미세 결정 실리콘으로 이루어지는 타깃, 아몰퍼스 실리콘으로 이루어지는 타 깃, 이것들의 2 이상의 조합으로 이루어지는 타깃 중 어느 하나의 타깃,

(2) 상기 (1)에 기재한 어느 하나의 타깃으로서, 인(P), 붕소(B) 및 게르마늄(Ge)의 각각의 함유량이 어느 것이나 10 ppm 미만으로 억제된 실리콘 스퍼터 타깃,

(3) 상기 (1)에 기재한 어느 하나의 타깃으로서, 소정의 비저항을 나타내는 실리콘 스퍼터 타깃(예를 들면 비저항이 0.001Ω·cm∼50Ω·cm 인 실리콘 스퍼터 타깃).

전원(4)은 출력 가변의 전원이고, 예를 들면 주파수 60 MHz의 고주파 전력을 공급할 수 있다. 또한 주파수는 60 MHz에 한정하지 않고, 예를 들면 13.56 MHz 정도에서 100 MHz 정도의 범위의 것, 또는 그 이상의 것을 채용할 수도 있다.

실(1) 및 기판 홀더(2)는 어느 것이나 접지되어 있다.

가스공급장치(5)는 수소가스원 외에 도시를 생략한 밸브, 유량조정을 행하는 매스 플로우 컨트롤러 등을 포함하고 있다.

가스공급장치(6)는 여기서는 모노실란(SiH₄)가스 등의 실란계 가스를 공급할 수 있는 것으로, SiH₄등의 가스원 외에 도시를 생략한 밸브, 유량조정을 행하는 매스 플로우 컨트롤러 등을 포함하고 있다.

배기장치(7)는 배기펌프 외에 배기 유량조정을 행하는 컨덕턴스 밸브 등을 포함하고 있다.

발광 분광 계측장치(8)는, 가스분해에 의한 생성물의 발광 분광 스펙트럼을 검출할 수 있는 것으로, 그 검출결과에 의거하여 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 구할 수 있다.

이와 같은 발광 분광 계측장치(8)의 구체예로서 도 2에 나타내는 바와 같이 실리콘 도트 형성실(1) 내의 플라즈마발광으로부터 파장 288 nm 에서의 실리콘원자의 발광강도(Si)(288 nm) 를 검출하는 분광기(81)와, 상기 플라즈마발광으로부터 파장 484 nm 에서의 수소원자의 발광강도(Hβ)를 검출하는 분광기(82)와, 분광기(81, 82)에서 검출되는 발광강도(Si)(288 nm)와 발광강도(Hβ)로부터 양자의 비[Si(288 nm)/Hβ]를 구하는 연산부(83)를 포함하고 있는 것을 들 수 있다. 또한 분광기(81, 82) 대신에 필터부착 광센서를 채용하는 것도 가능하다.

종단처리실(100) 내에는 기판 홀더(20) 및 상기 홀더 윗쪽의 평판형 고주파 방전 전극(301)이 설치되어 있다. 전극(301)에는 매칭박스(401)를 거쳐 고주파 전원(40)이 접속되어 있다.

또, 종단처리실(100)에는 상기 실로부터 배기하기 위한 배기장치(70)가 접속되어 있음과 동시에 실(100) 내에 종단처리용 가스를 공급하는 종단처리용 가스공급장치(9)가 접속되어 있다.

기판 홀더(20)는, 뒤에서 설명하는 바와 같이 실리콘 도트 형성실(1)에서 실리콘 도트가 형성되어 실(100)에 반입되어 오는 기판(S)를 지지하는 것으로, 상기 기판을 가열하는 히더(201)를 가지고 있다. 홀더(20)는 실(100)과 함께 접지되어 있다.

전원(40)은 예를 들면 주파수 13.56 MHz의 고주파 전력을 공급할 수 있는 출 력 가변 전원이다. 또한 전원 주파수는 13.56 MHz에 한정될 필요는 없다.

전극(301), 매칭박스(401) 및 전원(40)은 종단처리용 가스에 고주파 전력을 인가하여 종단처리용 플라즈마를 형성하기 위한 고주파 전력 인가장치를 구성하고 있다.

배기장치(70)는 배기펌프 외에 배기 유량조정을 행하는 컨덕턴스 밸브 등을 포함하고 있다.

종단처리용 가스공급장치(9)는 본예에서는 종단처리용 가스로서, 산소가스 또는 질소가스를 노즐(N)로부터 실(100)내에 공급할 수 있다. 가스공급장치(9)는 가스원 외에 도시를 생략한 밸브, 유량조정을 행하는 매스 플로우 컨트롤러 등을 포함하고 있다.

종단처리실(100)은 기판 반송실(R)을 거쳐 실리콘 도트 형성실(1)에 이어서 설치되어 있다. 기판 반송실(R)과 실(1)과의 사이에는 개폐 가능한 게이트 밸브(V1)가, 기판 반송실(R)과 실(100)과의 사이에는 개폐 가능한 게이트 밸브(V2)가, 각각 설치되어 있고, 기판 반송실(R) 내에는 기판 반송로봇(Rob)이 설치되어 있다.

[2] 장치 A에 의한 종단처리된 실리콘 도트의 형성

다음에 장치 A에 의하여 기판(S) 위에 산소 또는 질소로 종단처리된 실리콘 도트를 형성하는 예에 대하여 설명한다.

(2-1) 실리콘 도트 형성공정의 실시

(2-1-1) 실리콘 도트 형성공정의 일 실시예(수소가스만 사용하는 예)

실리콘 도트 형성은, 실리콘 도트 형성실(1) 내의 압력을 0.1 Pa∼10.0 Pa의 범위의 것으로 유지하여 행한다. 진공실내 압력은, 도시를 생략하고 있으나, 예를 들면 상기 실에 접속한 압력센서로 알 수 있다.

먼저, 실리콘 도트 형성에 앞서, 실(1)로부터 배기장치(7)로 배기를 시작한다. 배기장치(7)에서의 컨덕턴스 밸브(도시생략)는 실(1) 내의 상기 실리콘 도트 형성시의 압력 0.1 Pa∼10.0 Pa을 고려한 배기량으로 조정하여 둔다.

배기장치(7)의 운전에 의하여 실(1) 내 압력이 미리 정하여 둔 압력 또는 그것보다 저하하면 가스공급장치(5)로부터 실(1) 내에 수소가스의 도입을 개시함과 동시에 전원(4)으로부터 전극(3)에 고주파 전력을 인가하여 도입한 수소가스를 플라즈마화한다.

이와 같이 하여 발생한 가스 플라즈마로부터, 발광 분광 계측장치(8)에서 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 산출하고, 그 값이 0.1 이상 10.0 이하의 범위, 더욱 바람직하게는 0.1 이상 3.0 이하, 또는 0.1 이상 0.5 이하의 범위에서의 미리 정한 값(기준 발광 강도비)을 보이도록 고주파 전력의 크기, 수소가스 도입량, 실(1) 내 압력 등을 결정한다.

고주파 전력의 크기에 대해서는 또한 전극(3)에 인가하는 고주파 전력의 전력밀도〔인가전력(W : 와트)/진공실 용적(L : 리터)]가 5 W/L∼100 W/L에, 또는 5 W/L∼50 W/L에 들어가도록 결정한다.

이와 같이 하여 실리콘 도트 형성조건을 결정한 후에는 그 조건에 따라 실리콘 도트의 형성을 행한다.

실리콘 도트 형성에서는 실(1) 내의 기판 홀더(2)에 실리콘 도트 형성 대상 기체(본예에서는 기판)(S)을 설치하고, 그 기판(S)을 히터(2H)로 500℃ 이하의 온도, 예를 들면 400℃로 가열한다. 또 배기장치(7)의 운전으로 실(1) 내를 실리콘 도트 형성을 위한 압력으로 유지하면서 실(1) 내에 가스공급장치(5)로부터 수소가스를 도입하고, 전원(4)으로부터 방전 전극(3)에 고주파 전력을 인가하여 도입한 수소가스를 플라즈마화한다.

이와 같이 하여 플라즈마발광에서의 파장 288 nm 에서의 실리콘원자의 발광강도(Si)(288 nm)와 파장 484 nm 에서의 수소원자의 발광강도(Hβ)와의 비[Si(288 nm)/Hβ]가 0.1 이상 10.0 이하의 범위, 더욱 바람직하게는 0.1 이상 3.0 이하, 또는 0.1 이상 0.5 이하의 범위에서의 상기 기준 발광 강도비 또는 실질상 상기 기준 발광 강도비의 플라즈마를 발생시킨다. 그리고 상기 플라즈마로 실(1)의 천정벽 내면 등에서의 실리콘 스퍼터 타깃(30)을 케미컬 스퍼터링(반응성 스퍼터링)하고, 그것에 의하여 기판(S) 표면에 결정성을 나타내는 입자지름 20 nm 이하의 실리콘 도트를 형성한다.

(2-1-2) 실리콘 도트 형성공정의 다른 실시예(수소가스와 실란계 가스를 사용하는 예)

이상 설명한 실리콘 도트의 형성에서는 가스공급장치(6)에 있어서의 실란계 가스를 사용하지 않고, 수소가스만을 사용하였으나, 실리콘 도트 형성실(1) 내에 가스공급장치(5)로부터 수소가스를 도입함과 동시에 가스공급장치(6)로부터 실란계 가스도 도입하여 실리콘 도트를 형성하여도 좋다. 또 실란계 가스와 수소가스를 채용하는 경우, 실리콘 스퍼터 타깃(30)을 생략하여도 실리콘 도트를 형성할 수 있다.

실란계 가스를 채용하는 경우에서도 실리콘 스퍼터 타깃(30)을 사용하는, 사용하지 않음에 상관없이 플라즈마발광에서의 파장 288 nm 에서의 실리콘원자의 발광강도(Si)(288 nm)와 파장 484 nm 에서의 수소원자의 발광강도(Hβ)와의 비[Si(288 nm)/Hβ]가 0.1 이상 10.0 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 이상 3.0 이하, 또는 0.1 이상 0.5 이하의 플라즈마를 발생시킨다. 실리콘 스퍼터 타깃(30)을 채용하지 않을 때에도 상기 플라즈마하에서 기판(S) 표면에 결정성을 나타내는 입자지름 20 nm 이하의 실리콘 도트를 형성할 수 있다.

실리콘 스퍼터 타깃(30)을 채용하는 경우에는, 플라즈마에 의한 실(1)의 천정벽 내면 등에서의 실리콘 스퍼터 타깃(30)의 케미컬 스퍼터링을 병용하여 기판(S) 표면에 결정성을 나타내는 입자지름 20 nm 이하의 실리콘 도트를 형성할 수 있다.

어쨌든 실리콘 도트 형성을 행하기 위하여 실리콘 도트 형성실(1) 내의 압력은 0.1 Pa∼10.0 Pa의 범위의 것으로 유지하도록 하여, 발광 분광 계측장치(8)에 의하여 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 산출하고, 그 값이 0.1 이상 10.0 이하의 범위, 더욱 바람직하게는 0.1 이상 3.0 이하, 또는 0.1 이상 0.5 이하의 범위에서의 미리 정한 값(기준 발광 강도비) 또는 실질상 상기 기준 발광 강도비가 되는 고주파 전력의 크기, 수소가스 및 실란계 가스 각각의 도입량, 실(1) 내 압력 등을 결정한다.

고주파 전력의 크기에 대해서는 또한 전극(3)에 인가하는 고주파 전력의 전력밀도[인가전력(W)/실(1)의 용적(L : 리터)]가 5 W/L∼100 W/L에, 또는 5 W/L∼50 W/L에 들어가도록 결정하고, 이와 같이 하여 결정한 실리콘 도트 형성 조건하에 실리콘 도트 형성을 행하면 좋다.

실란계 가스와 수소가스와의 실리콘 도트 형성실(1) 내에의 도입 유량비(실란계 가스유량/수소가스유량)를 1/200∼1/30의 범위의 것으로 하면 좋다. 또 예를 들면 실란계 가스의 도입유량을 1 sccm∼5 sccm으로 하고, [실란계 가스의 도입유량(sccm)/진공실 용적(리터)]을 1/200∼1/30으로 하면 좋다. 실란계 가스의 도입유량을 1 sccm∼5 sccm 정도로 할 때, 적절한 수소가스 도입량으로서 150 sccm∼200 sccm을 예시할 수 있다.

(2-2) 종단처리공정의 실시

다음에 이와 같이 하여 실리콘 도트를 형성한 기판을 종단처리실(100)에 반입하여 상기 실리콘 도트에 산소 종단처리 또는 질소 종단처리를 실시한다.

이때 기판(S)의 실(100)에의 반입은, 게이트 밸브(V1)를 개방하여 로봇(Rob)으로 홀더(2) 상의 기판(S)을 인출하여 기판 반송실(R) 내로 끌어 넣고, 게이트 밸브(V1)를 폐쇄하고, 계속해서 게이트 밸브(V2)를 개방하여 상기 기판을 실(100) 내의 홀더(20)에 탑재함으로써 행한다. 그후 로봇 가동부분을 기판 반송실(R) 내에 끌어 넣고, 게이트 밸브(V2)를 폐쇄하고, 실(100)에서 종단처리를 실시한다.

종단처리실(100)에서의 종단처리에서는, 기판(S)을 히터(201)로 종단처리 온도에 적합한 온도로 가열한다. 그리고 배기장치(70)로 종단처리실(100) 내로부터 배기를 개시하고, 실(100)의 내압이 목표로 하는 종단처리가스압보다 낮아지면 종단처리용 가스공급장치(9)로부터 실(100)내에, 종단처리용 가스(본 예에서는 산소가스 또는 질소가스)를 소정량 도입함과 동시에, 출력 가변 전원(40)으로부터 고주파 방전 전극(301)에 고주파 전력을 인가하고, 이것에 의하여 도입된 가스를 용량 결합방식으로 플라즈마화한다.

이와 같이 하여 발생하는 종단처리용 플라즈마하에서, 기판(S) 위의 실리콘 도트의 표면에 산소 종단처리 또는 질소 종단처리를 실시하여 종단 처리된 실리콘 도트를 얻는다.

이와 같은 종단처리공정에서의 종단 처리압으로서는, 그것에는 한정되지 않으나, 예를 들면 0.2 Pa∼7.0 Pa 정도를 들 수 있다.

또, 종단처리공정에서의 기판의 가열온도는, 실리콘 도트 형성을 비교적 저온에서 행할 수 있는 것을 의미있게 하기 위하여, 또 기판(S)의 내열성을 고려하여 실온∼500℃ 정도의 온도범위에서 선택하는 경우를 예시할 수 있다.

[3] 전극의 다른 예

이상 설명한 실리콘 도트 형성장치 A에서는, 전극으로서 평판형상의 용량 결합형 전극을 채용하고 있으나, 실리콘 도트 형성실(1) 또는(및) 종단처리실(100)에 서 유도 결합형 전극을 채용할 수도 있다. 유전 결합형 전극의 경우, 그것은 막대 형상, 코일형상 등의 각종 형상의 것을 채용할 수 있다. 채용갯수 등에 대해서도 임의이다.

실리콘 도트 형성실(1)에서 유도 결합형 전극을 채용하는 경우에서 실리콘 스퍼터 타깃을 채용하는 경우, 상기 전극이 실내에 배치되는 경우이든, 실 밖에 배치되는 경우이든, 상기 실리콘 스퍼터 타깃은 실 내벽면의 전부 또는 일부를 따라 배치하기도 하고, 실내에 독립하여 배치하기도 하고, 그것들 양쪽의 배치를 채용하기도 할 수 있다.

또, 장치 A에서는 실리콘 도트 형성실(1)를 가열하는 수단(밴드히터, 전열매체를 통과시키는 가열재킷 등)의 도시가 생략되어 있으나, 실리콘 스퍼터 타깃의 스퍼터링을 촉진시키기 위하여 이와 같은 가열수단으로 실(1)을 가열함으로써 실리콘 스퍼터 타깃을 80℃ 이상으로 가열하여도 좋다.

[4] 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]제어의 다른 예

또, 이상 설명한 실리콘 도트 형성공정에서는 출력 가변 전원(4)의 출력, 수소가스공급장치(5)에 의한 수소가스공급량[또는 수소가스공급장치(5)에 의한 수소가스공급량 및 실란계 가스공급장치(6)에 의한 실란계 가스공급량] 및 배기장치(7)에 의한 배기량 등의 제어는, 발광 분광 계측장치(8)에서 구해지는 발광 분광 강도비를 참조하면서 메뉴얼조작으로 행하여졌다.

그러나 도 3에 나타내는 바와 같이 발광 분광 계측장치(8)의 연산부(83)에서 구해진 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 제어부(80)에 입력하여도 좋다. 그리고 이와 같은 제어부(80)로서 연산부(83)로부터 입력된 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]가 미리 정한 기준 발광 강도비인지의 여부를 판단하여 기준 발광 강도비로부터 벗어나 있으면 기준 발광 강도비를 보이도록 상기한 출력 가변 전원(4)의 출력, 수소가스공급장치(5)에 의한 수소가스공급량, 실란계 가스공급장치(6)에 의한 실란계 가 스공급량 및 배기장치(7)에 의한 배기량 중 적어도 하나를 제어할 수 있도록 구성된 것을 채용하여도 좋다.

이와 같은 제어부(80)의 구체예로서, 배기장치(7)의 컨덕턴스 밸브를 제어함으로써 상기 장치(7)에 의한 배기량을 제어하고, 그것에 의하여 실리콘 도트 형성실(1) 내의 가스압을 상기 기준 발광 강도비 달성을 향하여 제어하는 것을 들 수 있다.

이 경우, 출력 가변 전원(4)의 출력, 수소가스공급장치(5)에 의한 수소가스공급량[또는 수소가스공급장치(5)에 의한 수소가스공급량 및 실란계 가스공급장치(6)에 의한 실란계 가스공급량] 및 배기장치(7)에 의한 배기량에 대하여 기준 발광 강도비 또는 그것에 가까운 값이 얻어지는 미리 실험 등으로 구한 전원 출력, 수소가스공급량[또는 수소가스공급량 및 실란계 가스공급량] 및 배기량을 초기값으로서 채용하면 좋다.

이와 같은 초기값 결정시에도 배기장치(7)에 의한 배기량은, 실리콘 도트 형성실(1) 내의 압력이 0.1 Pa∼10.0 Pa의 범위에 들어가도록 결정한다.

전원(4)의 출력은, 전극(3)에 인가하는 고주파 전력의 전력밀도가 5 W/L∼100 W/L에 또는 5 W/L∼50 W/L에 들어가도록 결정한다.

또한 수소가스 및 실란계 가스의 양쪽을 플라즈마형성을 위한 가스로서 채용하는 경우는, 그것들 가스의 실리콘 도트 형성실(1) 내에의 도입 유량비(실란계 가스유량/수소가스유량)를 1/200∼1/30의 범위의 것으로 결정한다. 예를 들면 실란계 가스의 도입유량을 1 sccm∼5 sccm으로 하고, [실란계 가스의 도입유량(sccm)/ 진공챔버 용적(리터)]을 1/200∼1/30의 범위의 것으로 결정한다.

그리고, 전원(4)의 출력 및 수소가스공급장치(5)에 의한 수소가스공급량[또는 수소가스공급장치(5)에 의한 수소가스공급량 및 실란계 가스공급장치(6)에 의한 실란계 가스공급량]에 대해서는 그것들의 초기값을 그후에도 유지하여 배기장치(7)에 의한 배기량을 기준 발광 강도비 달성을 향하여 제어부(80)에 제어시키면 좋다.

[5] 실리콘 스퍼터 타깃의 다른 예

이상 설명한 실리콘 도트 형성공정에서는 실리콘 스퍼터 타깃으로서 시장에서 입수할 수 있는 타깃을 실리콘 도트 형성실(1) 내에 뒤에 부착하여 배치하였다. 그러나 다음의 외기에 노출되지 않는 실리콘 스퍼터 타깃을 채용함으로써 예정되어 있지 않은 불순물 혼입이 한층 억제된 실리콘 도트를 형성하는 것이 가능하다.

즉, 상기한 장치 A에서, 원래는 실리콘 도트 형성실(1) 내에 기체(S)를 아직 배치하지 않고 수소가스와 실란계 가스를 도입하여 이들 가스에 전원(4)으로부터 고주파 전력을 인가하여 플라즈마화하고, 그 플라즈마에 의하여 실리콘 도트 형성실(1)의 내벽에 실리콘막을 형성한다. 이와 같은 실리콘막 형성에서는 실벽을 외부 히터로 가열하는 것이 바람직하다. 그후 상기 실(1) 내에 기체(S)를 배치하고, 그 내벽 위의 실리콘막을 스퍼터 타깃으로 하여 그 타깃을 상기한 바와 같이 수소가스 유래의 플라즈마로 케미컬 스퍼터링하여 기판(S) 위에 실리콘 도트를 형성한다.

이와 같은 실리콘 스퍼터 타깃으로서 사용하는 실리콘막의 형성에서도 양질의 실리콘막을 형성하기 위하여 플라즈마에서의 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 0.1 이상 10.0 이하의 범위, 더욱 바람직하게는 0.1 이상 3.0 이하, 또는 0.1 이상 0.5 이하의 범위로 유지하여 형성하는 것이 바람직하다.

또 다른 방법으로서 도 4에 나타내는 실리콘 도트 형성장치의 다른 예 B를 채용하고, 다음의 방법을 채용하여도 좋다.

즉, 도 4에 나타내는 바와 같이 실리콘 스퍼터 타깃형성을 위한 타깃 형성실(10)을 상기한 실리콘 도트 형성실(1)에 게이트 밸브(V)를 거쳐 외부로부터 기밀하게 차단된 상태에 이어서 설치한다.

실(10)의 홀더(2')에 타깃 기판(T)을 배치하고, 배기장치(7')로 상기 실내로부터 배기하여 상기 실의 내압을 소정의 성막압으로 유지하면서 상기 실내에 수소가스공급장치(5')로부터 수소가스를, 실란계 가스공급장치(6')로부터 실란계 가스를 각각 도입한다. 또한 그것들 가스에 출력 가변 전원(4')으로부터 매칭 박스(41')를 거쳐 챔버내 전극(3')에 고주파 전력을 인가함으로써 플라즈마를 형성한다. 상기 플라즈마에 의하여 히터(201')로 가열한 타깃 기판(T) 위에 실리콘막을 형성한다.

그후, 게이트 밸브(V)를 개방하여 실리콘막이 형성된 타깃 기판(T)을 반송장치(CV)로 실리콘 도트 형성실(1)내에 반입하여 실(1) 내의 대(SP) 위에 세트한다. 이어서 반송장치(CV)를 후퇴시켜 게이트 밸브(V)를 기밀하게 폐쇄하고, 실(1) 내에서 상기 실리콘막이 형성된 타깃 기판(T)을 실리콘 스퍼터 타깃으로 하여 상기한 어느 하나의 방법으로, 실(1) 내에 배치된 기판(S) 위에 실리콘 도트를 형성한다.

도 5는 이와 같은 타깃 기판(T)과, 전극(3)(또는 3'), 실(10) 내의 히 터(201'), 실(1) 내의 대(SP), 기판(S) 등과의 위치관계를 나타내고 있다. 그것에는 한정되지 않으나, 여기서의 타깃 기판(T)은 도 5에 나타내는 바와 같이 대면적의 실리콘 스퍼터 타깃을 얻기 위하여 도어형으로 굴곡시킨 기판이다. 반송장치(CV)는 상기 기판(T)을 전극 등에 충돌시키는 일 없이 반송할 수 있다. 반송장치(CV)는 기판(T)을 실리콘 도트 형성실(1) 내에 반입하여 세트할 수 있는 것이면 좋고, 예를 들면 기판(T)을 유지하여 신축할 수 있는 아암을 가지는 장치를 채용할 수 있다.

실(10)에서의 타깃 기판 위에의 실리콘막 형성에서는 양질의 실리콘막을 형성하기 위하여 플라즈마에서의 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 0.1 이상 10.0 이하의 범위, 더욱 바람직하게는 0.1 이상 3.0 이하, 또는 0.1 이상 0.5 이하의 범위로 유지하여 형성하는 것이 바람직하다.

이 경우, 실리콘 도트 형성실(10)에서의 전원(4')의 출력, 수소가스공급장치(4')로부터의 수소가스공급량, 실란계 가스공급장치(6')로부터의 실란계 가스의 공급량 및 배기장치(7')에 의한 배기량은, 상기한 장치 A에서 수소가스와 실란계 가스를 사용하여 기판(S) 위에 실리콘 도트를 형성하는 경우와 마찬가지로 제어하면 좋다. 수동 제어하여도 좋고, 제어부를 사용하여 자동적으로 제어하여도 좋다.

또한 반송장치에 관하여 말하면, 실리콘 도트 형성실(10)과 실리콘 도트 형성실(1)의 사이에, 기판 반송장치를 설치한 기판 반송실을 배치하고, 상기 반송장치를 설치한 기판반송실을 게이트 밸브를 거쳐 실(10)과 실(1)에 각각 이어서 설치하여도 좋다.

실(10)에서도 고주파 방전전극으로서 고주파 방전 안테나를 사용하여 유도 결합형 플라즈마를 발생시켜도 좋다.

도 4에 나타내는 장치 B에서는 종단처리실(100)을 실리콘 도트 형성실(1)로부터 독립시키고 있으나, 예를 들면 장치 A의 경우와 같이 실리콘 도트 형성실(1)에 이어서 설치하여도 좋다.

[6] 실험

다음에 종단처리된 실리콘 도트 형성의 실험예에 대하여 설명한다.

(1) 실험예 1(산소 종단처리된 실리콘 도트의 형성)

도 1에 나타내는 타입의 실리콘 도트 형성장치를 사용하였다.

(1-1) 실리콘 도트 형성실에서의 실리콘 도트를 형성공정

실리콘 스퍼터 타깃은 채용하지 않고, 수소가스와 모노실란가스를 이용하여 기판 위에 직접 실리콘 도트를 형성하였다. 도트 형성조건은 이하와 같게 하였다.

기판 : 산화막(SiO₂)으로 피복된 실리콘 웨이퍼

실용량 : 180 리터

고주파 전원 : 60 MHz, 6 kW

전력밀도 : 33 W/L

기판 온도 : 400℃

실내 내압 : 0.6 Pa

실란 도입량 : 3 sccm

수소 도입량 : 150 sccm

Si(288 nm)/Hβ : 0.5

(1-2) 종단처리실에서의 종단처리공정

기판 온도 : 400℃

산소가스 도입량 : 100 sccm

고주파 전원 : 13.56 MHz, 1 kW

종단처리압 : 0.6 Pa

처리시간 : 5분

이와 같이 하여 얻은 종단처리 실리콘 도트 형성 기판의 단면을 투과 전자현미경(TEM)으로 관측한 바, 각각 독립적으로 형성되고, 또 균일분포이고 고밀도한 상태로 형성된 입자지름이 갖추어진 실리콘 도트를 확인할 수 있었다. TEM 상으로부터 50개의 실리콘 도트의 입자지름을 측정하여 그 평균값을 구한 바, 7 nm 이고, 20 nm이하, 다시 말하면 10 nm 이하의 입자지름의 실리콘 도트가 형성되어 있는 것이 확인되었다. 도트밀도는 약 1.4 × 10¹²개/㎠ 이었다. 도 7에 기판(S) 위에 실리콘 도트(SiD)가 형성된 실리콘 도트 구조체의 예를 모식적으로 나타낸다.

(2) 실험예 2(산소 종단처리된 실리콘 도트의 형성)

(2-1) 실리콘 도트 형성실에서의 실리콘 도트 형성공정

수소가스와 모노실란가스를 사용하여, 또한 실리콘 스퍼터 타깃도 병용하여 기판 위에 직접 실리콘 도트를 형성하였다. 도트 형성조건은 다음과 같았다.

실리콘 스퍼터 타깃 : 아몰퍼스 실리콘 스퍼터 타깃

기판 : 산화막(SiO₂)으로 피복된 실리콘 웨이퍼

실용량 : 180 리터

고주파 전원 : 60 MHz, 4 kW

전력밀도 : 22 W/L

기판 온도 : 400℃

실내압 : 0.6 Pa

실란 도입량 : 1 sccm

수소 도입량 : 150 sccm

Si(288 nm)/Hβ : 0.3

(2-2) 종단처리실에서의 종단처리공정

기판 온도 : 400℃

산소가스도입량 : 100 sccm

고주파 전원 : 13.56 MHz, 1 kW

종단처리압 : 0.6 Pa

처리시간 : 1분

이와 같이 하여 얻은 종단처리 실리콘 도트 형성 기판의 단면을 투과 전자현미경(TEM)으로 관측한 바, 각각 독립적으로 형성되고, 또 균일분포이고 고밀도한 상태로 형성된 입자지름이 갖추어진 실리콘 도트를 확인할 수 있었다. TEM 상으로부터 50개의 실리콘 도트의 입자지름을 측정하여 그 평균값을 구한 바, 10 nm 이고, 20 nm 이하의 입자지름의 실리콘 도트가 형성되어 있는 것이 확인되었다. 도트밀도는 약 1.0 × 10¹²개/㎠ 이었다.

(3) 실험예 3(산소 종단처리된 실리콘 도트의 형성)

(3-1) 실리콘 도트 형성실에서의 실리콘 도트 형성공정

실란가스는 채용하지 않고 수소가스와 실리콘 스퍼터 타깃을 사용하여 기판 위에 직접 실리콘 도트를 형성하였다. 도트 형성조건은 이하와 같았다.

실리콘 스퍼터 타깃 : 단결정 실리콘 스퍼터 타깃

기판 : 산화막(SiO₂)으로 피복된 실리콘 웨이퍼

실 용량 : 180 리터

고주파 전원 : 60 MHz, 4 kW

전력밀도 : 22 W/L

기판 온도 : 400℃

실내압 : 0.6 Pa

수소도입량 : 100 sccm

Si(288 nm)/Hβ : 0.2

(3-2) 종단처리실에서의 종단처리공정

기판 온도 : 400℃

산소가스도입량 : 100 sccm

고주파 전원 : 13.56 MHz, 2 kW

종단처리압 : 0.6 Pa

처리시간 : 10분

이와 같이 하여 얻은 종단처리 실리콘 도트 형성 기판의 단면을 투과 전자현미경(TEM)으로 관측한 바, 각각 독립적으로 형성되고, 또 균일분포이고 고밀도한 상태로 형성된 입자지름이 갖추어진 실리콘 도트를 확인할 수 있었다. TEM 상으로부터 50개의 실리콘 도트의 입자지름을 측정하여 그 평균값을 구한 바, 5 nm 이고, 20 nm이하, 다시 말하면 10 nm 이하의 입자지름의 실리콘 도트가 형성되어 있는 것이 확인되었다. 도트밀도는 약 2.0 × 10¹²개/㎠ 이었다.

(4) 실험예 4(산소 종단처리된 실리콘 도트의 형성)

(4-1) 실리콘 도트 형성실에서의 실리콘 도트 형성공정

먼저, 실리콘 도트 형성실(1)의 내벽에 실리콘막을 형성하고, 이어서 상기 실리콘막을 스퍼터 타깃으로 하여 실리콘 도트를 형성하였다. 실리콘막 형성조건 및 도트 형성조건은 이하와 같았다.

. 실리콘막 형성조건

실내벽 면적 : 약 3 ㎡

실 용량 : 440 리터

고주파 전원 : 13.56 MHz, 10 kW

전력밀도 : 23 W/L

실내벽 온도 : 80℃[실(1)의 내부에 설치한 히터로 실을 가열)

실내압 : 0.67 Pa

모노실란도입량 : 100 sccm

수소도입량 : 150 sccm

Si(288 nm)/Hβ : 2.0

.도트 형성조건

기판 : 산화막(SiO₂)으로 피복된 실리콘 웨이퍼

실 용량 : 440 리터

고주파 전원 : 13.56 MHz, 5 kW

전력밀도 : 11 W/L

실내벽 온도 : 80℃(실 내부에 설치한 히터로 실을 가열)

기판 온도 : 430℃

실내압 : 0.67 Pa

수소도입량 : 150 sccm(모노실란가스는 사용하지 않음)

Si(288 nm)/Hβ : 1.5

(4-2) 종단처리실에서의 종단처리 공정

기판 온도 : 400℃

산소가스도입량 : 100 sccm

고주파 전원 : 13.56 MHz, 2 kW

종단처리압 : 0.6 Pa

처리시간 : 5분

이와 같이 하여 얻은 종단처리 실리콘 도트 형성기판의 단면을 투과 전자현미경(TEM)으로 관측한 바, 각각 독립적으로 형성되고, 또 균일분포이고 고밀도한 상태로 형성된 입자지름이 갖추어진 실리콘 도트를 확인할 수 있었다. 작은 도트에서는 5 nm∼6 nm, 큰 도트에서는 9 nm∼11 nm 이었다. TEM 상으로부터 50개의 실리콘 도트의 입자지름을 측정하여 그 평균값을 구한 바, 8 nm 이고, 10 nm 이하의 입자지름의 실리콘 도트가 실질적으로 형성되어 있는 것이 확인되었다. 도트밀도는 약 7.3 × 10¹¹개/㎠ 이었다.

(5) 실험예 5(산소 종단처리된 실리콘 도트의 형성)

(5-1) 실리콘 도트 형성실에서의 실리콘 도트 형성공정

먼저, 실리콘 도트 형성실(1)의 내벽에 실험예 4에서의 실리콘막 형성조건으로 실리콘막을 형성하고, 이어서 상기 실리콘막을 스퍼터 타깃으로 하여 실리콘 도트를 형성하였다. 도트 형성조건은 실내 압력을 1.34 Pa로 하고, Si(288 nm)/Hβ를 2.5로 한 이외는 실험예 4와 동일하게 하였다.

(5-2) 종단처리실에서의 종단처리공정

실험예 4와 마찬가지로 종단처리하였다.

이와 같이 하여 얻은 종단처리 실리콘 도트 형성 기판의 단면을 투과 전자현미경(TEM)으로 관측한 바, 각각 독립적으로 형성되고, 또 균일분포이고 고밀도한 상태로 형성된 입자지름이 갖추어진 실리콘 도트를 확인할 수 있었다. TEM 상으로부터 50개의 실리콘 도트의 입자지름을 측정하여 그 평균값을 구한 바, 10 nm 이고, 10 nm 이하의 입자지름의 실리콘 도트가 실질적으로 형성되어 있는 것이 확인되었다. 도트밀도는 약 7.0 × 10¹¹개/㎠ 이었다.

(6) 실험예 6(산소 종단처리된 실리콘 도트의 형성)

(6-1) 실리콘 도트 형성실에서의 실리콘 도트 형성공정

먼저, 실리콘 도트 형성실(1)의 내벽에 실험예 4에서의 실리콘막 형성조건으로 실리콘막을 형성하고, 이어서 상기 실리콘막을 스퍼터 타깃으로 하여 실리콘 도트를 형성하였다. 도트 형성조건은 챔버내 압력을 2.68 Pa로 하고, Si(288 nm)/Hβ를 4.6로 한 이외는 실험예 4와 동일하게 하였다.

(6-2) 종단처리실에서의 종단처리공정

실험예 4와 동일하게 종단처리하였다.

이와 같이 하여 얻은 종단처리 실리콘 도트 형성기판의 단면을 투과 전자현미경(TEM)으로 관측한 바, 각각 독립적으로 형성되고, 또 균일분포이고 고밀도한 상태로 형성된 입자지름이 갖추어진 실리콘 도트를 확인할 수 있었다. TEM 상으로부터 50개의 실리콘 도트의 입자지름을 측정하여 그 평균값을 구한 바, 13 nm 이고, 20 nm 이하의 입자지름의 실리콘 도트가 실질적으로 형성되어 있는 것이 확인되었다. 도트밀도는 약 6.5 × 10¹¹개/㎠ 이었다.

(7) 실험예 7(산소 종단처리된 실리콘 도트의 형성)

(7-1) 실리콘 도트 형성실에서의 실리콘 도트 형성공정

먼저, 실리콘 도트 형성실(1)의 내벽에 실험예 4에서의 실리콘막 형성조건으로 실리콘막을 형성하고, 이어서 상기 실리콘막을 스퍼터 타깃으로 하여 실리콘 도트를 형성하였다. 도트 형성조건은 실내 압력을 6.70 Pa로 하고, Si(288 nm)/Hβ를 8.2로 한 이외는 실험예 4와 동일하게 하였다.

(7-2) 종단처리실에서의 종단처리공정

실험예 4와 동일하게 종단처리하였다.

이와 같이 하여 얻은 종단처리 실리콘 도트 형성 기판의 단면을 투과 전자현미경(TEM)으로 관측한 바, 각각 독립적으로 형성되고, 또 균일분포이고 고밀도한 상태로 형성된 입자지름이 갖추어진 실리콘 도트를 확인할 수 있었다. TEM 상으로부터 50개의 실리콘 도트의 입자지름을 측정하여 그 평균값을 구한 바, 16 nm 이고, 20 nm 이하의 입자지름의 실리콘 도트가 실질적으로 형성되어 있는 것이 확인되었다. 도트밀도는 약 6.1 × 10¹¹개/㎠ 이었다.

이상 외에, 도 1의 장치를 사용하여 실험예 1∼실험예 4의 경우와 마찬가지로 실리콘 도트를 형성하고, 종단처리에 대해서도 산소가스 대신에 질소가스를 사용한 것 외는, 실험예 1∼실험예 4의 경우와 동일하게 행하고, 이와 같이 하여 얻어진 종단처리 실리콘 도트 형성 기판의 단면을 투과 전자현미경(TEM)으로 관측한 바, 실험예 1∼실험예 4의 경우와, 각각 동일한 관측결과를 얻을 수 있었다.

또, 이상의 실험에 의하여 얻어진 종단처리된 실리콘 도트에 대하여 포토루미네센스 발광을 측정한 바, 고휘도를 확인할 수 있었다.

[7] 실리콘 도트 형성장치의 또 다른 예

다음에 실리콘 도트 형성실에서 종단처리공정을 실시할 수 있는 실리콘 도트 형성장치의 예에 대하여 도 6을 참조하여 설명하여 둔다.

도 6에 나타내는 실리콘 도트 형성장치 C는, 도 1에 나타내는 장치 A에서의 실리콘 도트 형성실(1)을 종단처리실로서 이용하는 것이다. 이 장치 C에서는 홀더(2)는 절연부재(11)를 거쳐 실(1)에 설치되어 있음과 동시에, 변환 스위치(SW)에 접속되어 있다. 스위치(SW)의 한쪽의 단자는 접지되어 있고, 다른쪽의 단자는 매칭박스(401)를 거쳐 고주파 전원(40)에 접속되어 있다. 또 실(1)내에 종단처리용 가스공급장치(9)로부터 노즐(N)로 종단처리용 가스를 공급할 수 있다.

도 6의 장치 C에서 도 1의 장치 A에서의 부품 등과 실질상 동일한 부품 등에는 도 1의 장치와 동일한 참조부호를 붙이고 있다.

장치 C에 의하면 종단처리전의 실리콘 도트 형성공정에서는 홀더(2)를 스위치(SW)의 조작에 의하여 접지상태로 두고, 장치 A의 경우와 동일하게 하여 기판(S) 위에 실리콘 도트를 형성할 수 있다. 종단처리공정에서는 홀더(2)를 스위치(SW)의 조작에 의하여 전원(40)에 접속하고, 종단처리용 가스공급장치(9)와 상기 전원(40)을 사용하여 종단처리용 플라즈마를 형성하고, 기판 위의 실리콘 도트에 종단처리를 실시할 수 있다.

또한 도 6의 장치 C에서의 종단처리공정에서는 실리콘 스퍼터 타깃(30)이 스퍼터링되지 않도록, 또는 되더라도 무시할 수 있을 정도로 억제되도록 고주파 전력이나 실내압을 조정하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 단일 전자장치 등의 전자장치 재료나 발광재료 등으로서 사용되는 미소 입자지름의 실리콘 도트의 형성에 이용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 실리콘 도트 형성 대상 기체 위에 종래의 CVD 법과 비교하면 저온에서, 또한 직접 입자지름이 갖추어진 실리콘 도트를 균일한 밀도분포로 형성하고, 상기 실리콘 도트로부터 용이하게 종단처리된 실리콘 도트를 얻을 수 있는 실리콘 도트 형성방법을 제공할 수 있다.

또 본 발명에 의하면, 실리콘 도트 형성 대상 기체 위에, 종래의 CVD 법과 비교하면 저온에서, 또한 직접 입자지름이 갖추어진 실리콘 도트를 균일한 밀도분포로 형성하고, 상기 실리콘 도트로부터 용이하게 종단처리된 실리콘 도트를 얻을 수 있는 실리콘 도트 형성장치를 제공할 수 있다.

Claims

실리콘 도트 형성실 내에 실리콘 스퍼터 타깃을 설치하는 공정과,

실리콘 도트 형성 대상 기체를 상기 실리콘 도트 형성실 내에 배치하고, 상기 실내에 스퍼터링용 가스를 도입하여 상기 가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 실내에 스퍼터링용 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마로 상기 실리콘 스퍼터 타깃을 케미컬 스퍼터링하여 상기 기체 위에 실리콘 도트를 형성하는 실리콘 도트형성공정과,

종단처리실 내에 상기 실리콘 도트 형성공정에 의하여 실리콘 도트가 형성된 기체를 배치하고, 상기 종단처리실 내에 산소함유가스 및 질소함유가스로부터 선택된 적어도 1종의 종단처리용 가스를 도입하여 상기 가스에 고주파 전력을 인가하여 종단처리용 플라즈마를 발생시키고, 상기 종단처리용 플라즈마하에서 상기 기체 위의 실리콘 도트를 종단처리하는 종단처리공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
제 1항에 있어서,

상기 스퍼터링용 플라즈마는 플라즈마발광에서 파장 288 nm 에서의 실리콘원자의 발광강도(Si)(288 nm)와 파장 484 nm 에서의 수소원자의 발광강도(Hβ)와의 비[Si(288 nm)/Hβ]가 10.0 이하의 플라즈마인 것을 특징으로 하는 실리콘 도트형성방법.
실리콘 도트 형성 대상 기체를 배치한 실리콘 도트 형성실 내에 실란계 가스 및 수소가스를 도입하여 이들 가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 실내에 플라즈마발광에서 파장 288 nm 에서의 실리콘원자의 발광강도(Si)(288 nm)와 파장 484 nm 에서의 수소원자의 발광강도(Hβ)와의 비[Si(288 nm)/Hβ]가 10.0 이하인 실리콘 도트형성용 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마하에서 상기 기체 위에 실리콘 도트를 형성하는 실리콘 도트 형성공정과,

종단처리실 내에 상기 실리콘 도트 형성공정에 의하여 실리콘 도트가 형성된 기체를 배치하고, 상기 종단처리실 내에 산소함유가스 및 질소함유가스로부터 선택된 적어도 1종의 종단처리용 가스를 도입하여 상기 가스에 고주파 전력을 인가하여 종단처리용 플라즈마를 발생시키고, 상기 종단처리용 플라즈마하에서 상기 기체 위의 실리콘 도트를 종단처리하는 종단처리공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
제 3항에 있어서,

상기 실리콘 도트 형성공정에 앞서 상기 실리콘 도트 형성실 내에 실리콘 스퍼터 타깃을 설치하고, 상기 실리콘 도트 형성공정에서는 상기 실리콘 도트 형성용 플라즈마에 의한 상기 타깃의 케미컬 스퍼터링을 병용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트형성방법.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 실리콘 도트 형성실은 상기 종단처리실을 겸하고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트형성방법.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 종단처리실은, 상기 실리콘 도트 형성실에 이어서 설치된 실인 것을 특징으로 하는 실리콘 도트형성방법.
실리콘 도트 형성 대상 기체를 지지하는 홀더를 가지는 실리콘 도트 형성실과,

상기 실리콘 도트 형성실 내에 수소가스를 공급하는 수소가스공급장치와,

상기 실리콘 도트형성실 내에 실란계 가스를 공급하는 실란계 가스공급장치와,

상기 실리콘 도트 형성실 내로부터 배기하는 제 1 배기장치와,

상기 실리콘 도트 형성실 내에 상기 수소가스공급장치로부터 공급되는 수소가스 및 상기 실란계 가스공급장치로부터 공급되는 실란계 가스에 고주파 전력을 인가하여 상기 실리콘 도트 형성실의 내벽에 실리콘막을 형성하기 위한 실리콘막 형성용 플라즈마를 형성하는 제 1 고주파 전력 인가장치와,

상기 실리콘막 형성 후에, 상기 실리콘 도트 형성실 내에 상기 수소가스공급장치로부터 공급되는 수소가스에 고주파 전력을 인가하여 상기 실리콘막을 스퍼터 타깃으로 하여 케미컬 스퍼터링하기 위한 스퍼터링용 플라즈마를 형성하는 제 2 고주파 전력 인가장치와,

상기 실리콘 도트 형성실 내의 플라즈마발광에서의 파장 288 nm에서의 실리콘원자의 발광강도(Si)(288 nm)와 파장 484 nm 에서의 수소원자의 발광강도(Hβ)와의 비[Si(288 nm)/Hβ]를 구하는 플라즈마발광 분광 계측장치와,

실리콘 도트가 형성된 기체를 지지하는 홀더를 가지는 상기 실리콘 도트에 종단처리를 실시하기 위한 종단처리실과,

상기 종단처리실 내에 산소함유가스 및 질소함유가스로부터 선택된 적어도 1종의 종단처리용 가스를 공급하는 종단처리용 가스공급장치와,

상기 종단처리실 내로부터 배기하는 제 2 배기장치와,

상기 종단처리실 내에 상기 종단처리용 가스공급장치로부터 공급되는 종단처리용 가스에 고주파 전력을 인가하여 종단처리용 플라즈마를 형성하는 제 3 고주파 전력 인가장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트형성장치.
스퍼터 타깃 기판을 지지하는 홀더를 가지는 타깃 형성실과,

상기 타깃 형성실 내에 수소가스를 공급하는 제 1 수소가스공급장치와,

상기 타깃 형성실 내에 실란계 가스를 공급하는 실란계 가스공급장치와,

상기 타깃 형성실 내로부터 배기하는 제 1 배기장치와,

상기 타깃 형성실 내에 상기 제 1 수소가스공급장치로부터 공급되는 수소가스및 상기 실란계 가스공급장치로부터 공급되는 실란계 가스에 고주파 전력을 인가 하여 상기 스퍼터 타깃 기판 위에 실리콘막을 형성하여 실리콘 스퍼터 타깃을 얻기 위한 실리콘막 형성용 플라즈마를 형성하는 제 1 고주파 전력 인가장치와,

상기 타깃 형성실에 외부로부터 기밀하게 차단되는 상태로 이어서 설치되고, 실리콘 도트형성 대상 기체를 지지하는 홀더를 가지는 실리콘 도트 형성실과,

실리콘 스퍼터 타깃을 상기 타깃 형성실로부터 상기 실리콘 도트 형성실 내에 외기에 접촉시키지 않고 반입 배치하는 반송장치와,

상기 실리콘 도트 형성실 내에 수소가스를 공급하는 제 2 수소가스공급장치와,

상기 실리콘 도트 형성실 내로부터 배기하는 제 2 배기장치와,

상기 실리콘 도트 형성실 내에 상기 제 2 수소가스공급장치로부터 공급되는 수소가스에 고주파 전력을 인가하여, 상기 타깃 형성실로부터 반입되는 상기 실리콘 스퍼터 타깃을 케미컬 스퍼터링하기 위한 스퍼터링용 플라즈마를 형성하는 제 2 고주파 전력 인가장치와,

상기 실리콘 도트 형성실 내의 스퍼터링용 플라즈마발광에서의 파장 288 nm에서의 실리콘원자의 발광강도(Si)(288 nm)와 파장 484 nm 에서의 수소원자의 발광강도 (Hβ)와의 비[Si(288 nm)/Hβ]를 구하는 플라즈마발광 분광 계측장치와,

실리콘 도트가 형성된 기체를 지지하는 홀더를 가지는 상기 실리콘 도트에 종단처리를 실시하기 위한 종단처리실과,

상기 종단처리실 내에 산소함유가스 및 질소함유가스로부터 선택된 적어도 1종의 종단처리용 가스를 공급하는 종단처리용 가스공급장치와,

상기 종단처리실 내로부터 배기하는 제 3 배기장치와,

상기 종단처리실 내에 상기 종단처리용 가스공급장치로부터 공급되는 종단처리용 가스에 고주파 전력을 인가하여 종단처리용 플라즈마를 형성하는 제 3 고주파 전력 인가장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트형성장치.
실리콘 도트 형성 대상 기체를 지지하는 홀더를 가지는 실리콘 도트 형성실과,

상기 실리콘 도트 형성실 내에 배치되는 실리콘 스퍼터 타깃과,

상기 실리콘 도트 형성실 내에 수소가스를 공급하는 수소가스공급장치와,

상기 실리콘 도트 형성실 내로부터 배기하는 제 1 배기장치와,

상기 실리콘 도트 형성실 내에 상기 수소가스공급장치로부터 공급되는 수소가스에 고주파 전력을 인가하여 상기 실리콘 스퍼터 타깃을 케미컬 스퍼터링하기 위한 스퍼터링용 플라즈마를 형성하는 제 1 고주파 전력 인가장치와,

상기 실리콘 도트 형성실 내의 스퍼터링용 플라즈마발광에서의 파장 288 nm 에서의 실리콘원자의 발광강도(Si)(288 nm)와 파장 484 nm 에서의 수소원자의 발광강도(Hβ)와의 비[Si(288 nm)/Hβ]를 구하는 플라즈마발광 분광 계측장치와,

실리콘 도트가 형성된 기체를 지지하는 홀더를 가지는 상기 실리콘 도트에 종단처리를 실시하기 위한 종단처리실과,

상기 종단처리실 내에 산소함유가스 및 질소함유가스로부터 선택된 적어도 1종의 종단처리용 가스를 공급하는 종단처리용 가스공급장치와,

상기 종단처리실 내로부터 배기하는 제 2 배기장치와,

상기 종단처리실 내에 상기 종단처리용 가스공급장치로부터 공급되는 종단처리용 가스에 고주파 전력을 인가하여 종단처리용 플라즈마를 형성하는 제 2 고주파 전력 인가장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트형성장치.
실리콘 도트 형성 대상 기체를 지지하는 홀더를 가지는 실리콘 도트 형성실과,

상기 실리콘 도트 형성실 내에 수소가스를 공급하는 수소가스공급장치와,

상기 실리콘 도트 형성실 내에 실란계 가스를 공급하는 실란계 가스공급장치와,

상기 실리콘 도트 형성실 내로부터 배기하는 제 1 배기장치와,

상기 실리콘 도트 형성실 내에 상기 수소가스공급장치 및 실란계 가스공급장치로부터 공급되는 가스에 고주파 전력을 인가하여 실리콘 도트 형성용 플라즈마를 형성하는 제 1 고주파 전력 인가장치와,

상기 실리콘 도트 형성실 내의 실리콘 도트 형성용 플라즈마발광에서의 파장288 nm 에서의 실리콘원자의 발광강도(Si)(288 nm)와 파장 484 nm 에서의 수소원자의 발광강도(Hβ)와의 비[Si(288 nm)/Hβ]를 구하는 플라즈마발광 분광 계측장치와,

실리콘 도트가 형성된 기체를 지지하는 홀더를 가지는 상기 실리콘 도트에 종단처리를 실시하기 위한 종단처리실과,

상기 종단처리실 내에 산소함유가스 및 질소함유가스로부터 선택된 적어도 일종의 종단처리용 가스를 공급하는 종단처리용 가스공급장치와,

상기 종단처리실 내로부터 배기하는 제 2 배기장치와,

상기 종단처리실 내에 상기 종단처리용 가스공급장치로부터 공급되는 종단처리용 가스에 고주파 전력을 인가하여 종단처리용 플라즈마를 형성하는 제 2 고주파 전력 인가장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트형성장치.
제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 실리콘 도트 형성실은 상기 종단처리실을 겸하고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트형성장치.
제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 종단처리실은 상기 실리콘 도트 형성실에 이어서 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성장치.