KR19990088375A - 박막형성장치 - Google Patents

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KR19990088375A
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무라카미히로시
미카미타카시
오가타키요시
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가와하라 하지메
닛신덴키 가부시키 가이샤
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Abstract

이온빔의 조사에 의한 기재의 손상을 방지하여 기재의 성막면에 양호한 박막을 형성하는 것을 과제로 한다.
이를 해결하기 위한 수단으로 성막이 형성되는 기재(17)가 배치되는 성막실(13)로서의 진공용기(12)와, 진공용기(12)내에 도입된 원료가스를 플라즈마화하여 분해하고, 진공용기(12)내 기재(17)의 성막면 근방에 원료가스의 플라즈마(26)를 생성하는 플라즈마 생성수단과, 진공용기(12) 주위에 마련되어 기재(17)의 성막면에 평행하게 또는 경사지게 인출된 이온빔(31)이 플라즈마(26)를 조사하는 이온원(29)을 갖추고 있다.

Description

박막형성장치{THIN FILM FORMING APPARATUS}
본 발명은 기재에 대한 조사를 제어하여 원료가스의 플라즈마에 이온빔을 조사하고, 플라즈마안의 이온이나 래디컬 등의 입자에 에너지를 부여하여 기재에 결정성 박막을 퇴적하여 형성하는 박막형성장치에 관한 것이다.
종래, CVD장치를 응용한 박막형성장치는 예를들어 일본국 특개평 5-55194호 공보(H01L 21/31)에 기재된 것과 같이 성막실내에 원료가스의 고주파 플라즈마를 형성함과 동시에 이온원에서 성막실로 이온빔을 향하게 하여 이 빔을 고주파 플라즈마 및 기판의 표면에 조사시킨다. 이 빔조사에 기초하는 플라즈마안의 여기종(勵起種)의 마이그레이션효과(migration effect) 및 막질제어에 의해 저온으로 기판에 균일하고 균질의 박막을 퇴적하여 형성했다.
그 때문에 이러한 형태의 박막형성장치는 TFT타입의 액정표시 패널의 박막트랜지스터나 태양전지의 결정성 실리콘박막의 형성에 극히 유용하다.
그러나 상기 공보에 기재한 종래의 박막형성 장치는 대략 도 6에 도시한 것과 같이 형성되고, 진공챔버(1)는 하부의 성막실(2)과 상부의 이온원(3)으로 구성되며, 성막실(2)의 하부에서 상시 진공배기된다.
또한 성막실(2)은 하부에 기재홀더(4)가 마련되고, 이 홀더(4)에 의해 판상기재(5)가 수평으로 지지된다.
그리고 성막실(2)에 있어서는 예를들어 마이크로파 방전에 의해 기재(5)의 성막면(표면)의 상부에 원료가스(반응가스)의 플라즈마(고주파 플라즈마)(6)가 생성된다.
또 이온원(3)에서 인출전극(7)을 통해 아래쪽의 성막실(2)로 이온빔(8)이 인출되어 이 이온빔(8)이 플라즈마(6)를 거쳐 기재(5)의 성막면에 수직으로 조사된다.
또한 도면중 부호 9는 원료가스의 도입구, 부호 10은 마이크로파의 도입구, 부호 11은 자장용의 자석이다.
그리고 이온빔(8)의 상기 수직조사에 의해 플라즈마(6)안의 이온이나 래디컬 등의 입자가 여기되어 고에너지됨과 동시에 기재(5)에 이온빔(8)이 조사되고, 기재(5) 표면에서의 마이그레이션 효과 및 반응이 촉진되어 기재(5)에 실리콘 박막 등의 결정성 박막이 형성된다.
상기 도 6의 종래장치의 경우, 이온빔(8)이 기재(5)의 표면에 수직으로, 환언하면 박막의 퇴적방향으로 조사되기 때문에 특히 이온빔(8)을 높은 전압으로 이온원(3)에서 인출할 경우 기재(5)에 대한 이온빔(8)의 충돌에너지가 커서 기재(5)에 따라서는 이온빔(8)의 조사에 의한 손상이 발생하여 양호한 박막형성이 행해지지 않는다는 문제점이 있다.
본 발명은 이온빔의 조사에 의한 기재의 손상을 방지하여 기재의 성막면에 양호한 박막을 형성할 수 있는 박막형성장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 이온빔의 플라즈마 조사량을 극히 다량으로 하여 박막 결정성의 향상 등을 도모하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명의 박막형성장치는 성막이 형성되는 기재가 배치된 성막실로서의 진공용기와,
진공용기내에 도입된 원료가스를 분해하고, 진공용기내 기재의 성막면 근방에 원료가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성수단과,
진공용기의 주위에 마련되어 기재의 성막면에 평행하게 또는 경사지게 인출된 이온빔이 상기 플라즈마를 조사하는 이온원을 구비한다.
따라서 이온빔이 기재의 성막면에 평행하게 또는 경사지게 인출되어 이온빔이 기재를 수직조사하지 않기 때문에 이온빔의 조사에 의한 기재의 손상이 방지되고, 이온빔을 높은 전압으로 인출할 경우에도 기재의 성막면에 양호한 박막이 형성된다.
또 상기 박막형성장치에 있어서, 이온원을 여러개로 하고, 각 이온원을 진공용기 주위의 여러곳에 배치하며 기재의 성막면 근방의 플라즈마가 주위의 여러방향에서의 이온빔에 의해 조사되도록 한다.
따라서 기재상부의 플라즈마를 그 주위의 여러방향에서 기재에 평행하게 또는 경사지게 이온빔이 조사하여 이온빔의 기재표면으로의 충돌을 극히 적게하고, 그 상부의 플라즈마에 다량의 이온빔이 조사되어 플라즈마안의 입자가 여기되므로 박막의 결정성을 한층 더 향상시킬 수 있다.
이와는 달리 이온원을 진공용기 전 둘레에 환상으로 마련하고, 기재의 성막면 근방의 플라즈마가 주위의 전 방향에서의 이온빔에 의해 조사되도록 구성할 수도 있다.
따라서 기재 상부의 플라즈마를 그 주위의 전 방향에서 기재에 평행하게 이온빔이 조사하여 기재표면에 대한 이온빔의 충돌을 극히 적게하고 그 상부의 플라즈마에 극히 다량의 이온빔이 조사되어 박막의 결정성 등을 더욱 더 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 박막형성장치의 수직단면도.
도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 박막형성장치의 수직단면도.
도 3은 본 발명의 제 3실시예에 따른 박막형성장치의 수직단면도.
도 4a는 본 발명의 제 4실시예에 따른 박막형성장치의 수평단면도.
도 4b는 도 4a의 장치를 도시하는 수직단면도.
도 5a는 본 발명의 제 5실시예에 따른 박막형성장치의 수평단면도.
도 5b는 도 5a의 장치를 도시하는 수직단면도.
도 6은 종래의 박막형성장치의 개략도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
12: 진공용기 13: 성막실
17: 기재 26: 플라즈마
29,29',29a∼29d: 이온원
31,31': 이온빔
본 발명의 실시예에 대해 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
(제 1실시예)
우선 본 발명 실시의 제 1형태에 대해 도 1을 참조로 설명한다.
도 1에 도시하는 것과 같이 진공용기(12)에 의해 도 6의 성막실(2)에 상당하는 성막실(13)이 형성되고, 이 성막실(13)은 좌측의 배기구부(14)에 배기장치(15)가 접속되어 상시 진공배기된다.
또 성막실(13)의 하부에는 기재홀더(16)에 의해 판상의 기재(17)가 수평으로 지지된다.
그리고 기재홀더(16)는 성막온도(예를들어 300℃)를 제어하는 히터(18)를 내장함과 동시에 진공용기(12)의 외측에서 접지되고 있다.
다음에 성막실(13) 상부에 평행평판전극(19)이 마련되고, 이 전극(19)은 상단부가 진공용기(12)의 윗면을 관통하여 외부로 돌출하며, 정합기(20)를 통해 고주파 전원(21)에 접속되어 이 전원(21)의 고주파전력이 공급된다.
또한 평행평판전극(19)은 예를들어 기재(17)가 대향하는 2변의 간격으로 평행하게 배치된 2장의 평판전극으로 이루어진다.
또한 진공용기(12)의 외부에 마련된 가스공급장치(22)에서 도입관(23) 및 평행평판전극(19)의 전극 밑면에 형성된 다공(24)을 통해 성막실(13)내로 원료가스(반응가스)(25)가 도입된다.
이 원료가스(25)는 실리콘박막을 형성할 경우, 시레인가스(SiH4, Si2H6등)를 포함한 가스단체 혹은 시레인가스와 수소가스(H2), 헬륨가스(He), 알곤가스(Ar)등의 불활성 가스와의 혼합가스로 이루어진다.
그리고 성막실(13)에 도입된 원료가스(25)가 고주파전원(21)에서 공급된 전력에 기초하는 고주파방전에 의해 플라즈마화되고, 기재(17)의 성막면 근방에 원료가스(25)의 플라즈마(고주파 플라즈마)(26)가 형성된다.
또한 평행평판전극(19), 정합기(20), 고주파전원(21) 및 가스공급장치(22) 등이 플라즈마 생성수단을 형성한다.
다음은 진공용기(12) 오른쪽의 대략 기재(17)와 평행평판전극(19)과의 사이에 빔도입구(27)가 형성되고, 이 도입구(27)에 인출전극(28)을 통해 이온원(29)의 플라즈마실(30)의 개구가 연결되며, 플라즈마실(30)의 마이크로파 방전, ECR방전 등에 의한 플라즈마 생성으로 형성된 이온빔(31)이 인출전극(28)에 의해 기재(17)에 평행하게(수평으로), 환언하면 기재(17)의 퇴적방향(상하방향)에 직각으로 성막실(13)로 인출된다.
또한 플라즈마실(30)로의 플라즈마 생성가스의 도입은 성막실(13)내로 도입된 원료가스가 플라즈마실(30)에도 확산하기 때문에 반드시 필요하지는 않지만 이온원 도입가스 공급장치(32)로부터 원료가스와 별개로 도입해도 좋다.
이 경우 이온원 도입가스 공급장치(32)로부터 플라즈마실(30)에 도입되는 가스는 성막에 영향을 주지 않도록 원료가스와 마찬가지의 시레인가스(SiH4, Si2H6등)을 포함한 가스단체, 시레인가스와 수소가스(H2), 헬륨가스(He), 알곤가스(Ar) 등과의 혼합가스라면 좋고, 수소가스(H2), 헬륨가스(He), 알곤가스(Ar)등의 불활성 가스라도 좋다.
또한 도면중 부호 33은 전극(28)을 지지하는 절연체이다.
그리고 기재(17)에 평행하게 인출된 이온빔(31)은 기재(17)의 성막면에 충돌하지 않고 플라즈마(26)를 조사하며, 이 때 기재(17)에 퇴적하려는 플라즈마(26)의 입자가 이온빔(31)과 충돌하여 여기되고, 여기된 고에너지 입자가 기재(17)에 퇴적한다.
따라서 이온빔(31)의 기재(17)로의 충돌을 방지하여 기재(17)의 표면에서의 마이그레이션효과를 높일 수 있고, 이온빔(31)의 인출에 의한 손상 등이 없어 결정성이 양호한 실리콘 박막 등을 기재(17)에 형성할 수 있다.
그리고 도 1의 장치에 의해 300℃로 가열한 석영기판위에 막두께 3000Å의 실리콘 박막을 형성하고, 그 박막의 결정성을 x선 회절장치에 의해 관찰한 바 결정화를 나타내는 피크가 확인되어 결정성이 양호한 박막이 형성된다는 것을 확인할 수 있었다.
또한 그 때의 성막조건은 원료가스를 모노시레인(SiH4)과 수소(H2)의 혼합가스로 하고, 그 유량을 각 10ccm, 가스압을 10mTorr로 하며, 고주파전력을 100W로 하고 이온빔(31)의 인출전압을 2kV로 했다.
그러나 상기 제 1실시예에 있어서, 이온빔(31)을 기재(17)에 평행하게 인출하도록 했지만 기재(17)가 이온빔(31)의 조사에 의한 손상이 비교적 적은 재질인 경우에는 예를들어 이온원(29)을 진공용기(12) 주위의 플라즈마(26)보다 상부위치에 마련하고, 그 플라즈마실(30)로 부터 기울여서 아래쪽에 이온빔(31)을 인출하여 이온빔(31)의 일부만이 기재(17)를 조사하도록 해도 좋다.
이 경우 도 6의 이온빔이 기판을 수직으로 조사하는 종래 장치의 경우에 비해 이온빔의 침입깊이가 적고, 상기 제 1실시예의 경우와 마찬가지로 이온빔의 인출에 의한 기판의 손상이 방지되며, 또한 이온빔 일부의 기판조사를 기초로 기판면에서의 반응이 촉진되므로 마이그레이션 효과가 한층 더 높아지게 되어 양호한 박막형성이 가능해진다는 이점이 있다.
그리고 이온빔(31)을 경사지게 조사할 경우, 그 각도는 기재(17)에 대한 조사량을 고려하면 기재(17)의 박막퇴적방향(수직방향)을 0°로 하여 45°∼ 90°(수평)의 범위로 하는 것이 바람직하다.
다음 상기 제 1실시예에 있어서는, 이온원(29)의 플라즈마실(30)이 적어도 한장의 인출전극(28)에 의해 칸이 구획되고, 이 인출전극(28)에 의해 이온빔(31)을 일정한 에너지로 꺼낼 수 있기 때문에 제어성을 가능하게 이온빔(31)을 조사할 수 있지만 인출전극(28)을 마련하지 않는 구조라도 이온빔(31)을 조사하는 것은 가능하다.
또한 인출전극(28)을 마련하지 않는 경우는 이온원(29)의 플라즈마전위와 기재표면의 플라즈마전위와의 전위차에 의해 이온빔(31)의 에너지량이 정해진다.
(제 2실시예)
다음은 본 발명 실시의 제 2실시예에 대해 도 2를 참조로 설명한다.
도 2는 도 1의 평행평판전극(19) 대신에 유도결합형 코일전극을 이용하여 형성한 경우를 도시하고, 도면 중 부호 34는 진공용기(12)의 윗면 외측에 마련된 유도코일로서 고주파전원(21)에 접속되어 유도결합형 코일전극을 형성한다.
또한 제 2실시예의 경우는 진공용기(12)가 절연체로 형성된다.
그리고 유도코일(34)에 고주파전력이 공급되는 것에 의해 기재(17)의 성막면 근방에 플라즈마(26)가 형성되고, 이 플라즈마(26)에 이온빔(31)이 조사되기 때문에 상기 제 1실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(제 3형태)
다음은 본 발명의 제 3실시예에 대해 도 3을 참조로 하여 설명한다.
도 3은 마이크로파 방전으로 플라즈마(26)를 형성하는 경우를 도시한다.
그리고 도 3의 부호 35는 진공용기(12) 상부에 마련된 전자사이클로트론 공명(ECR)실, 부호 36은 ECR실(35) 주위의 자파(磁波)발생용의 자석, 부호 37은 ECR실(35)의 마이크로파 도입구이다.
그리고 도입구(37)에서 ECR실(35)에 마이크로파(38)가 도입되면 마이크로파 방전이 발생하여 플라즈마(26)가 형성되고, 이 플라즈마(26)에 이온빔(31)이 조사되어 상기 제 1, 제 2실시예와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(제 4실시예)
다음은 본 발명 실시의 제 4실시예에 대해 도 4를 참조로 하여 설명한다.
도 4의 (a)(b)는 장치의 수평단면도, 수직단면도로서, 진공용기(12)를 직방체로 하고, 그 주위 4면에 각각 도 1의 이온원(29)과 같은 구성의 이온원(29a)(29b)(29c)(29d)을 마련하여 장치가 형성된다. 또 배기장치(15)는 진공용기(12)의 하부에 마련된다.
이 경우 대략 플라즈마(26)를 감싸도록 4개의 이온원(29a∼29d)이 배치되고, 각 이온원(29a∼29d)에서 기재(17)에 평행하게 이온빔(31)이 조사되므로 효율적으로 대량의 이온빔(31)이 플라즈마(26)에 조사되어 한층 결정성이 뛰어난 원하는 박막을 형성할 수 있다.
또한 필요에 따라, 이온원을 예를들어 대향하는 2면에만 마련한 구성이라도 좋다.
또 진공용기(12)가 원통형 등인 경우 적당한 간격으로 여러개의 이온원을 그 주위에 마련해도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한 각 이온원을 각각의 이온빔이 아래쪽으로 경사지게 조사되도록 마련해도 좋으며 이 경우는 이온빔의 일부가 기재를 조사하여 한 층 양호한 박막형성을 행할 수 있게 된다.
(제 5실시예)
다음은 본 발명의 제 5실시예에 대해 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5의 (a)(b)는 장치의 수평단면도, 수직단면도로서 이 도 5의 장치는 진공용기(12)가 원통형이고, 그 전체 둘레에 이온원(29')의 플라즈마실(30')를 환상으로 마련하여 형성하며 플라즈마실(30')에 여러개의 이온원 도입가스 공급장치(32')로부터 이온원가스가 공급된다.
제 5실시예의 경우 기재(17)에 평행한 이온빔(31')이 플라즈마(26)에 전체 방향으로 조사되고, 한층 효율적으로 다량의 이온빔(31')을 플라즈마(26)에 조사할 수 있어 극히 양질의 박막을 형성할 수 있다.
또한 상기 제 1∼제 4실시예와 마찬가지로 이온원(29')을 플라즈마(26)보다 위쪽위치에 마련하고, 이온빔(31')를 경사지게 아래쪽으로 조사하도록 해도 좋다.
본 발명은 다음에 기재하는 효과를 갖는다.
이온빔(31)이 기재(17)의 성막면에 평행하게 또는 경사지게 인출되고 이온빔(31)이 기재(17)를 수직으로 조사되지 않기 때문에 이온빔(31)의 조사에 의한 기재(17)의 손상이 방지되며 이온빔(31)을 높은 전압으로 인출한 경우에도 기재(17)의 성막면에 양호한 박막을 형성할 수 있다.
또 다른 구성에 따르면, 기재(17) 상부의 플라즈마(26)에 대해 그 주위의 여러방향으로 기재(17)에 평행하게 또는 경사지게 이온빔(31)이 조사되고, 기재(17) 표면에 대한 이온빔(31)의 충돌을 극히 작게하여 그 상부의 플라즈마(26)에 다량의 이온빔(31)을 조사할 수 있으며 이온빔(31)의 플라즈마 조사량을 많게 하여 박막의 결정성을 더욱 더 향상시킬 수 있다.
또 다른 구성에 따르면 기재(17)상부의 플라즈마(26)에 대해 그 주위의 전체 방향으로 기재(17)에 평행하게 또는 경사지게 이온빔(31')이 조사되고, 기재(17)표면에 대한 이온빔(31') 충돌을 극히 적게하여 그 상부의 플라즈마(26)에 극히 다량의 이온빔을 조사할 수 있어 박막의 결정성 등을 더욱 더 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 성막실로서의 진공용기와,
    성막이 형성되는 기재가 배치되는 상기 진공용기내에 도입된 원료가스를 분해하고, 상기 진공용기내의 상기 기재의 성막면 근방에 상기 원료가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성수단과,
    상기 진공용기 주위에 마련되어 상기 기재의 성막면에 평행하게 인출된 이온빔을 생성하여 상기 플라즈마를 조사하는 이온생성수단을 구비한 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 이온생성수단은 다수의 이온원을 포함하고,
    상기 이온원은 진공용기 주위의 여러곳에 배치되어 기재의 성막면 근방의 플라즈마가 주위 여러 방향에서의 이온빔에 의해 조사되도록 한 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 이온생성수단은 진공용기의 전체 둘레에 환상으로 배치된 이온원이며,
    기재의 성막면 근방의 플라즈마가 주위 전체 방향에서 이온빔에 의해 조사되도록 한 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
KR1019990017939A 1998-05-22 1999-05-19 박막형성장치 KR19990088375A (ko)

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