KR100814453B1 - 결정성 실리콘 박막의 형성방법 및 장치 - Google Patents

결정성 실리콘 박막의 형성방법 및 장치 Download PDF

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닛신덴키 가부시키 가이샤
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Abstract

본 발명은 실리콘 스퍼터 타깃(2)과 피성막 기판(S)을 설치한 성막실(10) 내에 수소가스를 도입하고, 상기 가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 성막실 내에 Hα/SiH*가 0.3 ~ 1.3인 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마로 실리콘 스퍼터 타깃(2)을 케미컬 스퍼터링하여 기판(S) 위에 결정성 실리콘 박막을 형성한다. 비교적 저온하에서 저렴하고 안전하게 양질의 결정성 실리콘 박막을 형성할 수 있다.

Description

결정성 실리콘 박막의 형성방법 및 장치{METHOD AND EQUIPMENT FOR FORMING CRYSTALLINE SILICON THIN FILM}
본 발명은 결정성 실리콘 박막의 형성방법 및 장치에 관한 것이다.
결정성 실리콘으로서는, 다결정 실리콘, 나노결정 실리콘 등이 알려져 있으나, 이것들에는 여러가지의 용도가 있다.
다결정 실리콘 박막은, 예를 들면 액정 표시장치에서의 화소에 설치되는 TFT(박막 트랜지스터) 스위치의 재료로서, 또 각종 집적회로, 태양전지 등의 제작에 채용되고 있다. 나노결정 실리콘은 불휘발성 메모리, 발광소자, 광증감제로서의 이용이 기대되고 있다.
다결정 실리콘 박막의 형성방법을 예로 들면 피성막 기판의 온도를 800℃ 이상으로 유지하여 저압하에 플라즈마 CVD 법 등의 CVD 법이나 스퍼터증착법 등의 PVD 법에 의하여 형성하는 방법(예를 들면 일본국 특개평5-234919호 공보, 특개평11-54432호 공보 참조), 각종 CVD 법이나 PVD 법에 의하여 비교적 저온하에 아몰퍼스 실리콘 박막을 형성한 후, 후처리로서 예를 들면 1000℃ 정도의 열처리 또는 600℃ 정도에서 장시간에 걸치는 열처리를 상기 아몰퍼스 실리콘 박막에 실시하여 형성하는 방법(예를 들면 일본국 특개평5-218368호 공보 참조)이 알려져 있다. 아 몰퍼스 실리콘막에 레이저 어닐링처리를 실시하여 상기 막을 결정화시키는 방법도 알려져 있다(예를 들면 일본국 특개평8-124852호 공보 참조).
상기 외에 모노실란(SiH4), 디실란(Si2H6) 등의 실란계 가스를 수소나 불화 실리콘(SiF) 등으로 희석한 가스의 플라즈마하에서 500℃ 정도 이하의 저온하에 결정성 실리콘 박막을 기판 위에 직접 형성하는 방법도 제안되어 있다(예를 들면 일본국 특개2000-195810호 공보 참조).
그러나 이들 방법 중, 피성막 기판을 고온에 노출시키는 방법에서는 막 형성하는 기판으로서 고온에 견딜 수 있는 고가의 기판(예를 들면 석영 유리 기판)을 채용하지 않으면 안되고, 예를 들면 내열온도 500℃ 이하의 저렴한 저융점 유리 기판에의 결정성 실리콘 박막의 형성은 곤란하다. 그 때문에 결정성 실리콘 박막의 제조비용이 기판 비용의 면에서 높아져 버린다. 아몰퍼스 실리콘막을 고온하에 열처리하는 경우도 동일한 문제가 있다.
아몰퍼스 실리콘막을 레이저 어닐링처리하는 경우에는, 비교적 저온하에 결정성 실리콘막을 얻을 수 있으나, 레이저 조사공정을 필요로 하는 것이나, 아주 높은 에너지밀도의 레이저광을 조사하지 않으면 안되는 것등으로부터 이 경우도 결정성 실리콘 박막의 제조 비용이 높아져 버린다. 또 레이저광을 막의 각 부에 균일하게 조사하는 것은 어렵고, 또한 레이저 조사에 의하여 수소탈리가 생겨 막 표면이 거칠어지는 경우도 있어, 이들에 의하여 양질의 결정성 실리콘 박막을 얻는 것은 곤란하다.
실란계 가스를 수소나 불화 실리콘(SiF) 등으로 희석한 가스의 플라즈마하에서 비교적 저온하에 결정성 실리콘 박막을 직접 기판 위에 형성하는 방법에서는 실란계 가스를 수소가스 등으로 희석하여 사용하기 때문에, 막퇴적 속도(성막속도)가 저하한다. 또 모노실란가스는 대기 중에서 자연 발화하는 위험성을 가지고 있다.
따라서 본 발명은 상기 종래의 결정성 실리콘 박막의 형성방법과 비교하면 비교적 저온하에서 저렴하고 안전하게 양질의 결정성 실리콘 박막을 형성할 수 있는 결정성 실리콘 박막의 형성방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
또, 본 발명은 종래에 비하여 비교적 저온하에서 저렴하고 안전하게 양질의 결정성 실리콘 박막을 형성할 수 있는 결정성 실리콘 박막의 형성장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위하여 연구를 거듭하여 다음의 식견을 얻었다.
즉, 실리콘 스퍼터 타깃을 Hα/SiH*가 0.3∼1.3인 플라즈마로 케미컬 스퍼터링(반응성 스퍼터링)하여 이것에 의하여 스퍼터링된 원자와 수소 플라즈마에 의한 여기효과 및 피성막 물품의 퇴적막 표면과 수소 라디칼의 반응 등에 의하여 피성막 물품 위에 막을 퇴적 형성하면, 종래의 실란계 가스를 수소가스로 희석한 가스의 플라즈마하에서 형성되는 실리콘 박막과 마찬가지로 결정성을 나타내고, 표면 조도가 작은 수소 종단된 실리콘의 결합손이 배향한 표면을 가지는 양질의 결정성 실리콘막이 형성된다.
또한 비교적 저온하에 막 형성할 수 있고, 예를 들면 내열온도 500℃ 이하의 저렴한 저융점 유리 기판에의 결정성 실리콘 박막의 형성도 가능하여 그만큼 저렴하게 피성막 물품 위에 결정성 실리콘 박막을 형성할 수 있다.
또한 대기 중에서 자연 발화하는 실란가스를 사용하지 않기 때문에, 그만큼 안전하게 결정성 실리콘 박막을 형성할 수 있다.
본 발명은 이와 같은 식견에 의거하여,
실리콘 스퍼터 타깃과 피성막 물품을 설치한 성막실 내에 수소가스를 도입하여 그 가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 성막실 내에 Hα/SiH*가 0.3∼1.3 인 플라즈마를 발생시키고 그 플라즈마로 상기 실리콘 스퍼터 타깃을 케미컬 스퍼터링하여 상기 피성막 물품 위에 결정성 실리콘 박막을 형성하는 결정성 실리콘 박막의 형성방법을 제공한다.
여기서 SiH*는 성막실 내에 도입되는 수소가스에 고주파 전력을 인가함으로써 발생하는 수소가스 플라즈마에 의한 실리콘 스퍼터 타깃의 스퍼터링에 의해 발생하여 플라즈마 중에 존재하는 실란 라디칼의 발광 스펙트럼 강도(파장 414 nm)이고, Hα는 플라즈마 발광 분광에 의하여 파장 656 nm에 피크를 나타내는 수소원자 라디칼의 발광 스펙트럼 강도이다.
Hα/SiH*는 플라즈마 중의 수소 라디칼의 풍부함을 나타내고 있고, 이 값이 0.3 보다 작아지면 형성되는 막의 결정성이 저하하고, 1.3보다 커지면 오히려 막 형성이 곤란해진다. Hα/SiH*의 값은 각종 라디칼의 발광 스펙트럼을 플라즈마 발광 분광 계측장치에 의하여 측정하고, 그 측정결과에 의거하여 얻을 수 있다. 또 Hα/SiH*의 제어는 수소가스에 인가하는 고주파 전력의 크기, 성막가스압, 수소가스 도입량 등 중, 적어도 하나의 제어에 의하여 행할 수 있다.
상기 고주파 전력 인가의 대표예로서, 상기 성막실에 대하여 고주파 방전 전극으로부터의 방전에 의한 유도 결합방식으로 행하는 경우를 들 수 있다. 이에 의하여 성막실 내부는 수소 라디칼 및 수소이온이 풍부한 상태가 된다.
본 발명자는 유도 결합방식에 의하여 수소가스를 플라즈마화하여 플라즈마 발광 분광함으로써 상기 플라즈마에서 Hα(656 nm) 및 Hβ(486 nm)가 지배적이 되는 것을 관측하고 있다. Hα나 Hβ가 풍부한 것은 수소 라디칼농도가 높은 것을 의미하고 있다. 이 점은 Hα나 Hβ가 부족해지는 용량 결합방식에 의한 플라즈마생성의 경우와 크게 다르다.
유도 결합방식에 의한 고주파 전력 인가에 의하여 형성된 플라즈마의 플라즈마 포텐셜은 조건에도 의하나, 예를 들면 약 20 eV 정도이고, 어쨌든 상당히 낮기 때문에, 통상의 물리적인 스퍼터링은 일어나고 어렵다. 그러나 본 발명자는 플라즈마 발광 분광에 의하여 Si(288 nm)의 존재를 관측하고 있다. 이것은 실리콘 스퍼터 타깃 표면에서의 수소 라디칼 및 수소 이온에 의한 케미컬 스퍼터링(반응성 스퍼터링)에 의한 것이다.
고주파 전력 인가를 위한 고주파 방전 전극은, 성막실의 바깥쪽에 설치하여도 좋고, 전력인가를 더욱 효율 좋게 행하기 위하여 성막실 내에 설치하여도 좋다. 성막실 밖에 설치할 때에는 고주파 방전 전극이 면하는 성막실 벽부분은 유전체 재료로 형성하면 좋다.
성막실 내에 설치할 때는 상기 전극의 도체부 표면을 전기절연성 재료로 피복하는 것이 바람직하다. 전극 도체부 표면을 전기절연성 재료로 피복함으로써 자기 바이어스에 의하여 전극이 플라즈마로부터의 하전입자에 의하여 스퍼터링되어, 전극유래의 스퍼터 입자가 형성하고자 하는 막 중으로 혼입하는 것을 억제할 수 있다.
이와 같은 절연성 재료로서는, 석영 유리나 전극의 알루마이트처리에 의한 재료를 예시할 수 있다.
상기 실리콘 스퍼터 타깃은 여러가지 상태에서 제공할 수 있다. 예를 들면 성막실의 가스 플라즈마에 접촉하는 부분(예를 들면, 플라즈마에 접촉하기 쉬운 성막실내벽)의 전부 또는 일부를 실리콘막 형성, 실리콘 웨이퍼의 접착, 실리콘편의 부설 등에 의하여 실리콘으로 덮어 실리콘 스퍼터 타깃으로 하여도 좋다. 성막실 그 자체와는 별도로 독립된 실리콘 스퍼터 타깃을 성막실 내에 설치하여도 좋다.
고주파 방전 전극을 성막실의 바깥쪽에 설치한다 하여도, 안쪽에 설치한다 하여도 실리콘 스퍼터 타깃은 이것을 원활하게 케미컬 스퍼터링하는 데에 있어서, 적어도 플라즈마의 발생영역인 고주파 방전 전극에 면하는 위치, 바꾸어 말하면 고주파 방전 전극의 근방 위치에 설치하는 것이 바람직하다.
예를 들면 고주파 방전 전극을 성막실 내에 설치하는 경우에 있어서, 상기 고주파 방전 전극에 면하여 설치되는 실리콘 스퍼터 타깃의 예로서, 상기 전극 주위를 둘러 쌈과 동시에 피성막 물품측으로 개방된 통형상 배치의 실리콘 스퍼터 타깃을 들 수 있다.
또, 어쨌든 상기 결정성 실리콘 박막 형성에서의 상기 플라즈마의 포텐셜은 15 eV∼45 eV 정도인 것이 바람직하고, 전자밀도는 1010 cm-3∼1012 cm-3 정도인 것이 바람직하다.
상기 결정성 실리콘 박막 형성에서의 상기 성막실 내 압력은 0.6 Pa∼13.4 Pa(약 5 mTorr∼약 100 mTorr)정도인 것이 바람직하다.
결정성 실리콘 박막 형성에서의 플라즈마 포텐셜이 15 ev보다 낮아지면 결정성이 저하하고, 45 eV보다 높아져도 결정화가 저해되기 쉬워진다.
또, 플라즈마 중의 전자밀도가 1010 cm-3 보다 작아지면 결정화도가 저하하기도 하고, 막 형성 속도가 저하하기도 하며, 1012 cm-3 보다 커지면 막 및 피성막 물품이 손상을 받기 쉬워진다.
결정성 실리콘 박막 형성에서의 성막실 내 압력이 0.6 Pa (약 5 mTorr)보다 낮아지면 플라즈마가 불안정해지기도 하고, 막 형성 속도가 저하하기도 하며, 13.4 Pa(약 100 mTorr)보다 높아지면 플라즈마가 불안정하게 되기도 하고, 막의 결정성이 저하하기도 한다.
이와 같은 플라즈마 포텐셜이나 플라즈마의 전자밀도는, 인가하는 고주파 전력의 크기, 주파수, 성막압 등 중, 적어도 하나를 제어함으로써 조정할 수 있다.
본 발명은 또, 다음의 결정성 실리콘 박막의 형성장치도 제공한다.
즉, 피성막 물품을 지지하는 물품 홀더를 가지는 성막실과, 상기 성막실 내에 배치되는 실리콘 스퍼터 타깃과, 상기 성막실 내에 수소가스를 도입하는 수소가스공급장치와, 상기 성막실 내로부터 배기하는 배기장치와, 상기 성막실 내에 상기 수소가스공급장치로부터 공급되는 수소가스에 고주파 전력 인가하여 상기 실리콘 스퍼터 타깃을 케미컬 스퍼터링하기 위한 플라즈마를 형성하는 고주파 전력 인가장치와, 상기 성막실 내의 플라즈마발광에서의 파장 656 nm 에서의 수소원자 라디칼의 발광 스펙트럼 강도(Hα) 및 파장 414 nm 에서의 실란 라디칼의 발광 스펙트럼강도(SiH*)를 구하는 발광 분광 계측장치와, 상기 발광 분광 계측장치로 구해지는 Hα 및 SiH* 에 의거하여 발광 강도비(Hα/SiH*)를 구하는 연산부를 포함하고 있는 결정성 실리콘 박막 형성장치이다.
이 박막 형성장치는, 상기 연산부에서 구해지는 발광 강도비(Hα/SiH*)와 0.3 이상 1.3 이하의 범위로부터 정해진 기준값을 비교하여 상기 성막실 내 플라즈마에 서의 발광 강도비(Hα/SiH*)가 상기 기준값을 향하도록 상기 고주파 전력 인가장치의 전원 출력, 상기 수소가스공급장치로부터 상기 성막실 내에 도입되는 수소가스 도입량 및 상기 배기장치에 의한 배기량 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 더 가지고 있어도 좋다.
이 박막 형성장치에서도 고주파 전력 인가장치는, 상기 성막실에 대하여 설치된 고주파 방전 전극을 포함하고, 상기 전극으로부터의 방전에 의하여 유도 결합방식으로 고주파 전력 인가를 행하는 것이어도 좋다.
이와 같은 고주파 방전 전극은 상기 성막실 내에 설치하여도 좋고, 그 경우 실리콘 스퍼터 타깃은, 상기한 박막 형성방법에서 설명한 바와 같이 적어도 상기 고주파 방전 전극에 면하여 설치하여도 좋다.
고주파 방전 전극을 성막실 내에 설치하는 경우, 상기 고주파 방전 전극은 그 도체부 표면이 전기 절연성 재료로 피복되는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 비교적 저온하에서 저렴하고 안전하게 양질의 결정성 실리콘 박막을 형성할 수 있는 결정성 실리콘 박막의 형성방법을 제공할 수 있다.
또 본 발명에 의하면 종래에 비하여 비교적 저온하에서 저렴하고 안전하게 양질의 결정성 실리콘 박막을 형성할 수 있는 결정성 실리콘 박막의 형성장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 결정성 실리콘 박막의 형성에 사용하는 성막장치의 일례의 개략 구성을 나타내는 도,
도 2는 실험예에 의하여 형성된 실리콘막의 결정성을 레이저 라만 분광분석에 의하여 평가한 결과를 나타내는 도,
도 3은 플라즈마 발광 분광 계측장치의 예를 나타내는 블럭도,
도 4는 배기장치에 의한 배기량 제어를 행하는 회로예의 블럭도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 관한 결정성 실리콘 박막의 형성에 사용하는 성막장치의 일례의 개략 구성을 나타내고 있다.
도 1에 나타내는 성막장치는 성막실(10)을 구비하고 있고, 상기 성막실 내에는 물품 홀더(3), 상기 홀더 윗쪽의 고주파 방전 전극(1) 및 상기 전극에 면하는 실리콘 스퍼터 타겟(2)이 설치되어 있다.
전극(1)은 그 도체부 표면이 석영 유리로 이루어지는 절연재로 피복되어 있다.
이 전극(1)에는 매칭박스(MX)를 거쳐 방전용 고주파 전원(PW)이 접속되어 있다. 전극(1), 매칭박스(MX) 및 전원(PW)은 고주파 전력 인가장치를 구성하고 있다. 전원(PW)은 출력 가변 전원이고, 본 예에서는 주파수 13.56 MHz의 고주파 전력을 공급할 수 있다. 또한 전원 주파수는 13.56 MHz에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 60 MHz 정도에서 수 100 MHz 범위의 것도 채용할 수 있다.
물품 홀더(3)는 피성막 물품[본 예에서는 기판(S)]을 가열하는 히더(4)를 구비하고 있다. 물품 홀더(3)는 챔버(10)와 함께 접지되어 있다.
실리콘 스퍼터 타깃(2)은 통형상으로 형성되어 있고, 전극(1)을 둘러 싸도록 상기 전극에 면하여 성막실(10)의 천정부에 설치하여 유지되어 있다. 통형상 타깃(2)의 하단은 홀더(3)를 향하여 개방되어 있다. 또한 타깃(2)에 더하여 예를 들면 타깃(2)에 둘러 싸인 성막실 천정벽 부분 등에도 실리콘 스퍼터 타깃을 설치하 여도 좋다. 그와 같은 타깃은 예를 들면 실리콘 웨이퍼를 상기 천정벽 부분에 접착 등으로 유지시킴으로써 설치할 수 있다. 이와 같이 실리콘 스퍼터 타깃을 성막실(10) 내에 형성되는 플라즈마에 접촉하기 쉬운 부위에 설치하면 좋다.
성막실(10) 내의 상기 타깃(2)의 바깥쪽 영역에서 천정부에 가스도입 노즐(N1)이 설치되어 있고, 그 노즐(N1)에는 전자 개폐밸브(AV2), 매스 플로우 컨트롤러 (MFC) 및 전자 개폐밸브(AV1)를 거쳐 수소가스 봄베(B)가 배관 접속되어 있다. 이들은 성막실(10)에의 수소가스공급장치(100)를 구성하고 있다.
성막실(10)에는 상기 외에 성막실(10) 내로부터 배기하는 배기장치(EX)가 접속되어 있고, 성막실 내에 형성되는 플라즈마의 상태를 계측하기 위한 발광 분광 계측장치(SM)도 부설되어 있다. 배기장치(EX)는 배기량 조정을 행하는 컨덕턴스 밸브(CV), 상기 밸브를 거쳐 챔버(10)에 배관 접속된 진공펌프(PM)로 이루어진다.
여기서의 발광 분광 계측장치(SM)는 도 3에 나타내는 바와 같이 상기한 실란 라디칼의 발광 스펙트럼 강도(SiH*)(파장 414 nm)를 검출하는 분광기(51), 수소의 발광 스펙트럼 강도(Hα)(파장 656 nm) 및 (Hβ)(파장 486 nm)를 검출하는 분광기(52, 53)를 포함하는 것이다. 분광기(51, 52)로 검출된 발광강도(SiH* 및 Hα)는 연산부(50)에 입력되고, 여기서 발광 강도비(Hα/SiH*)가 구해진다.
또한 분광기 대신에 필터부착 광센서를 채용하는 것도 가능하다.
다음에 이상 설명한 성막장치에 의한 기판(S) 위에의 결정성 실리콘막의 형성예에 대하여 설명한다.
이 막 형성에서는 성막실 내의 성막 가스압을 0.6 Pa∼13.4 Pa의 범위의 것으로 유지하여 행한다. 성막 가스압은 도시를 생략하고 있으나, 성막실(10)에 압력센서를 접속하는 등으로 하여 검출하면 좋다.
먼저, 막 형성에 앞서 컨던턴스 밸브(CV)를 거쳐 펌프(PM)로 성막실(10) 내로부터 배기를 개시한다. 컨덕턴스 밸브(CV)는 챔버(10) 내의 성막 가스압 0.6 Pa∼13.4 Pa를 고려한 배기량으로 조정하여 둔다.
펌프(PM)의 운전에 의하여 성막실(10)의 내압이 목표로 하는 성막 가스압보다 낮아지면 가스공급장치(100)의 밸브(AV1, AV2)를 개방하고 매스 플로우 컨트롤러(MFC)로 제어된 유량으로 수소가스를 성막실(10) 내에 도입함과 동시에 출력 가변 전원(PW)으로부터 고주파 방전 전극(1)에 고주파 전력을 인가하고, 이것에 의하여 도입된 수소가스를 유도 결합방식으로 플라즈마화한다.
이와 같이 하여 발생한 플라즈마로부터의 발광 분광 계측장치(SM)에 의한 검출정보로부터 상기 플라즈마에서의 Hα(656 nm) 및 Hβ(486 nm)를 계측한다.
그리고 전극(1)에 인가하는 고주파 전력, 매스 플로우 컨트롤러(MFC)에 의한 챔버(10)에의 수소가스 도입량, 성막 가스압 등중, 적어도 하나를 제어함으로써 플라즈마에서의 Hα(656 nm) 및 Hβ(486 nm)의 발광강도가 충분히 커지는 고주파 전력, 수소가스 도입량 등의 조건을 결정한다.
또, 수소가스 플라즈마에서의 Hα/SiH*가 0.3∼1.3 이 되고, 플라즈마의 포텐셜이 15 eV∼45 eV가 되고, 플라즈마에서의 전자밀도가 1010 cm-3∼1012 cm-3 가 되 는 고주파 전력, 수소가스 도입량 등의 조건을 결정한다.
플라즈마 포텐셜, 전자밀도는 예를 들면 랭뮤어 프로브법에 의하여 확인할 수 있다.
이들을 감안하여 최종적인 고주파 전력, 수소가스 도입량, 성막 가스압 등의 조건을 결정한다.
이와 같이 하여 성막조건을 결정한 후는, 그 조건에 따라 막 형성을 행한다.
막 형성에서는 홀더(3)로 지지하는 피성막 기판(S)의 온도를 500℃ 이하의 비교적 저온, 예를 들면 400℃ 정도로 가열할 수 있도록 히터(4)를 설정하고, 상기 홀더(3)에 피성막 기판(S)을 탑재한다. 이어서 펌프(PM)로 성막실(10) 내를 배기하고, 계속해서 수소가스공급장치(100)로부터 성막실(10)내에 소정량의 수소가스를 도입함과 동시에 전극(1)에 전원(PW)으로부터 고주파 전력을 인가함으로써, 전극(1)으로부터의 방전을 유도 결합방식으로 행하게 하고, 이에 의하여 플라즈마를 발생시킨다.
그렇게 하면 전극(1)에 대해 면하여 설치된 실리콘 스퍼터 타깃(2)을 플라즈마가 케미컬 스퍼터링(반응성 스퍼터링)하고, 그것에 의하여 기판(S) 위에 실리콘 박막이 형성된다. 이 막은 종래의 실란계 가스를 수소가스로 희석하여 얻어지는 가스 플라즈마하에 형성되는 결정성 실리콘 박막과 마찬가지로 결정성을 나타내는 실리콘 박막이며, 수소 종단된 실리콘의 결합손이 배향한 표면을 가진다.
기판 온도는 너무 낮으면 실리콘의 결정화가 곤란해지기 때문에, 다른 조건에도 의하나 대략 200℃ 이상이 바람직하다.
다음에 결정성 실리콘 박막 형성의 실험예에 대하여 설명한다.
조건 등은 이하와 같았다.
기판 : 무알칼리 유리 기판
온도 : 400℃
고주파 전원 : 13.56 MHz, 2000 W
수소가스 도입량 : 50 sccm
성막압력 : 13 Pa(98 mTorr)
플라즈마에서의 Hα/SiH* : 1.0
플라즈마 포텐셜 : 30 eV
플라즈마에서의 전자밀도 : 1011cm-3
막두께 : 약 500 Å
이와 같이 하여 얻어진 막의 결정성을 레이저 라만 분광분석에 의하여 평가한 바, 도 2의 라만 스펙트럼에 나타내는 바와 같이 라만 이동 520 cm-1의 결정성을 나타내는 피크가 출현하여 결정성이 확인되었다.
이상 설명한 실리콘 박막 형성에서는 전원(PW)의 출력, 수소가스공급장치(100)에 의한 수소가스 공급량, 성막실 내압을 좌우하는 배기장치(EX)에 의한 배기량 등의 제어는 메뉴얼적으로 이루어졌다.
그러나 도 4에 나타내는 바와 같이 발광 분광 계측장치(SM)에 접속된 연산 부(50)에서 구해진 발광 강도비(Hα/SiH*)를 제어부(Cont)에 입력하여도 좋다. 그리고 이와 같은 제어부(Cont)로서 연산부(50로부터 입력된 발광 강도비(Hα/SiH*)가 미리 정한 기준발광 강도비(기준값)인지의 여부를 판단하여, 기준 발광 강도비로부터 벗어나 있으면 기준 발광 강도비를 향하여 상기한 출력 가변 전원(PW)의 출력, 수소가스공급장치(100)에 의한 수소가스공급량 및 배기장치(EX)에 의한 배기량 중 적어도 하나를 제어할 수 있도록 구성된 것을 채용하여도 좋다.
이와 같은 제어부(Cont)의 구체예로서 배기장치(EX)의 컨덕턴스 밸브를 제어 함으로써 상기 장치(EX)에 의한 배기량을 제어하고, 그것에 의하여 성막실(10) 내의 가스압을 상기 기준 발광 강도비 달성을 향하여 제어하는 것을 들 수 있다.
이 경우, 출력 가변 전원(PW)의 출력, 수소가스공급장치(100)에 의한 수소가스공급량 및 배기장치(EX)에 의한 배기량 등에 대하여 기준 발광 강도비 또는 그것에 가까운 값이 얻어지는 미리 실험 등으로 구한 전원출력, 수소가스공급량 및 배기량 등을 초기값으로서 채용하면 좋다.
이와 같은 초기값 결정시에도 배기장치(EX)에 의한 배기량은 성막실(10) 내의 압력이 0.6 Pa∼13.4 Pa의 범위에 들어가도록 결정한다. 또 플라즈마의 포텐셜이 15 eV∼45 eV의 범위에, 플라즈마에서의 전자밀도가 1010 cm-3∼1012 cm-3의 범위에 들어가도록 결정한다.
그리고 전원(PW)의 출력, 수소가스공급장치(100)에 의한 수소가스공급량에 대해서는 그것들의 초기값을 그후에도 유지하여 배기장치(EX)에 의한 배기량을, 기 준 발광 강도비 달성을 향하여 제어부(Cont)에 제어시키면 좋다.
본 발명은 결정성 실리콘 박막을 이용한 TFT(박막 트랜지스터) 스위치 등의 각종 반도체부품, 반도체장치 등의 형성을 위하여 상기 결정성 실리콘 박막을 형성하는 경우에 이용할 수 있다.

Claims (11)

  1. 실리콘 스퍼터 타깃과 피성막 물품을 설치한 성막실 내에 수소가스를 도입하고, 상기 가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 성막실 내에 Hα/SiH*가 0.3∼1.3인 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마로 상기 실리콘 스퍼터 타깃을 케미컬 스퍼터링하여 상기 피성막 물품 위에 결정성 실리콘 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 결정성 실리콘 박막의 형성방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고주파 전력인가는, 상기 성막실에 대하여 설치한 고주파 방전 전극으로부터의 방전에 의하여 유도 결합방식으로 행하는 것을 특징으로 하는 결정성 실리콘 박막의 형성방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 고주파 방전 전극은 상기 성막실 내에 설치하고, 상기 실리콘 스퍼터 타깃을 적어도 상기 고주파 방전 전극에 면하여 설치하는 것을 특징으로 하는 결정성 실리콘 박막의 형성방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 고주파 방전 전극은 그 도체부 표면이 전기절연성 재료로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 결정성 실리콘 박막의 형성방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결정성 실리콘 박막 형성에서의 상기 플라즈마의 포텐셜은 15 eV∼45 eV 이고, 전자밀도는 1010 cm-3∼1012 cm-3 인 것을 특징으로 하는 결정성 실리콘 박막의 형성방법.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결정성 실리콘 박막 형성에서의 상기 성막실 내 압력은 0.6 Pa∼13.4 Pa 인 것을 특징으로 하는 결정성 실리콘 박막의 형성방법.
  7. 피성막 물품을 지지하는 물품 홀더를 가지는 성막실과, 상기 성막실 내에 배치되는 실리콘 스퍼터 타깃과, 상기 성막실 내에 수소가스를 도입하는 수소가스공급장치와, 상기 성막실 내로부터 배기하는 배기장치와, 상기 성막실 내에 상기 수소가스공급장치로부터 공급되는 수소가스에 고주파 전력을 인가하여 상기 실리콘 스퍼터 타깃을 케미컬 스퍼터링하기 위한 플라즈마를 형성하는 고주파 전력 인가장치와, 상기성막실 내의 플라즈마발광에서의 파장 656 nm 에서의 수소원자 라디칼의 발광 스펙트럼 강도(Hα) 및 파장 414 nm 에서의 실란 라디칼의 발광 스펙트럼 강 도(SiH*)를 구하는 발광 분광 계측장치와, 상기 발광 분광 계측장치로 구해지는 Hα 및 SiH* 에 의거하여 발광 강도비(Hα/SiH*)를 구하는 연산부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 결정성 실리콘 박막 형성장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 연산부에서 구해지는 발광 강도비(Hα/SiH*)와 0.3 이상 1.3 이하의 범위로부터 정해진 기준값을 비교하여 상기 성막실 내 플라즈마에서의 발광 강도비(Hα/SiH*)가 상기 기준값을 향하도록 상기 고주파 전력 인가장치의 전원출력, 상기 수소가스공급장치로부터 상기 성막실 내에 도입되는 수소가스 도입량 및 상기 배기장치에의한 배기량 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 더 가지고 있는 것을 특징으로 하는 결정성 실리콘 박막 형성장치.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 고주파 전력 인가장치는, 상기 성막실에 대하여 설치된 고주파 방전 전극을 포함하고 있고, 상기 전극으로부터의 방전에 의하여 유도 결합방식으로 고주파 전력 인가를 행하는 것을 특징으로 하는 결정성 실리콘 박막 형성장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 고주파 방전 전극은 상기 성막실 내에 설치되어 있고, 상기 실리콘 스퍼터 타깃은 적어도 상기 고주파 방전 전극에 면하여 설치되는 것을 특징으로 하는 결정성 실리콘 박막 형성장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 고주파 방전 전극은 그 도체부 표면이 전기 절연성 재료로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 결정성 실리콘 박막 형성장치.
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