KR20010030355A - 플라즈마 장치 및 플라즈마 ｃｖｄ 성막 방법 - Google Patents

플라즈마 장치 및 플라즈마 ｃｖｄ 성막 방법 Download PDF

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Abstract

수소 가스, 희 가스 등을 기판(7)의 표면에 공급하기 위한 가스 공급 덕트 라인(9)은 역시 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 실란과 같은 원료 가스를 공급하기 위한 제1 플라즈마원으로서 작용하는 제1 전극(2)과 분리되어 제공되어 있다. 따라서, 고품질의 비단결정 실리콘막이 활성 수소 라디컬, 이온 및 희 가스 라디컬 및 이온 등을 기판 표면의 주위에 공급함으로써 막 퇴적 표면에 공급되는 에너지에 의해서 낮은 기판 온도에서도 형성될 수 있다.

Description

플라즈마 장치 및 플라즈마 ＣＶＤ 성막 방법{PLASMA APPARATUS AND PLASMA CVD FILM FORMATION METHOD}
본 발명은 플라즈마 CVD 장치 및 플라즈마 에너지를 사용하여 기판 상에 박막을 형성하는 플라즈마 CVD 성막 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 플라즈마 CVD 장치 및 실리콘형 박막을 형성하는 플라즈마 CVD 성막 방법에 관한 것이다.
플라즈마 CVD 방법은 비단결정 실리콘막을 형성하는데 보편적으로 사용되고 있다. 비단결정 실리콘막은 박막 트랜지스터 및 태양 전지와 같은 디바이스들의 중요한 소재로서 작용한다. 이러한 플라즈마 CVD 방법에서는 고주파 방전을 사용하여 실란 가스를 분해함으로써 비단결정 실리콘막이 기판 상에 퇴적된다. 플라즈마 CVD 장치는 무전극 방전형 및 ECR형과 같은 각종의 형태로 되어 있다. 그러나, 일반적으로 사용되는 플라즈마 CVD 장치는 2전극 방전 형태로 되어 있으며, 여기서는 고주파 전압이 인가되는 제1 전극과 접지된 제2 전극 사이에서 플라즈마 방전이 발생된다.
그러나, 이러한 2전극형 플라즈마 CVD 장치에서는 상술한 디바이스에 사용될 수 있는 비정질 실리콘 막과 같은 고품질의 비단결정 실리콘 막을 얻기 위해 기판 온도를 약 300℃로 상승시킬 필요가 있다. 약 200℃의 기판 온도로 성막을 행할 때에는 막내의 수소 농도가 증가되어 조악한 밀도를 가진 실리콘 막이 형성된다. 따라서, 이러한 실리콘 막은 상술한 디바이스에는 사용할 수 없다. 비정질 실리콘 질화막 또는 유사한 절연막의 형성과 관련하여, 낮은 기판 온도에서의 성막으로부터 야기되는 막의 품질 열화는 보다 심각하다.
한편, 약 200℃의 낮은 기판 온도에서 다양한 고품질의 비단결정 실리콘막을 형성하는 것이 가능하다면, 이는 결국 열 에너지 절약으로 이어질 것이다. 게다가, 기판 상에 플라스틱 및 유사한 재료의 막을 형성하는 것이 가능하게 됨으로 디바이스에의 응용 범위를 확대할 수 있다.
본 발명의 목적은 새로운 플라즈마 제어 방법을 채용할 수 있음은 물론 종래의 기술 보다도 더 낮은 기판 온도에서 다양한 고품질의 비단결정 실리콘막을 형성할 수 있는 플라즈마 CVD 장치 및 플라즈마 CVD 성막 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 특징에 따르면, 실란형 가스를 이용하여 비단결정 실리콘막 또는 비단결정 실리콘 화합물막을 형성하기 위한 플라즈마 CVD 장치에 있어서, 내부에서 방전을 일으키기 위한 진공 용기; 제1 원료 가스를 샤워형 형태로 상기 진공 용기내로 도입시키기 위해 고주파 전력이 공급되는 제1 플라즈마원을 구성하는 제1 시트형(플레이트형) 전극; 상기 제1 시트형 전극과 평행하면서 면 대 면 관계로 상기 진공 용기 내에 배치되어 있고 기판을 보유하기 위한 기구를 갖는 제2 시트형 전극; 및 상기 제1 시트형 전극과 상기 제2 시트형 전극 사이에 배치되고 제2 원료 가스를 상기 제2 시트형 전극의 표면의 근처로 도입시키기 위한 가스 공급 기구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 특징에 따르면, 실란형 가스를 사용하여 비단결정 실리콘막 또는 비단결정 실리콘 화합물막을 형성하기 위한 플라즈마 CVD 장치에 있어서, 내부에서 방전을 일으키기 위한 진공 용기; 제1 원료 가스를 샤워형 형태로 상기 진공 용기내로 도입시키기 위해 고주파 전력이 공급되는 제1 플라즈마원을 구성하는 제1 시트형 전극; 상기 제1 시트형 전극과 평행하면서 면 대 면 관계로 상기 진공 용기 내에 배치되어 있고 기판을 보유하기 위한 기구를 갖는 제2 시트형 전극; 및 복수개의 가스 분사 포트를 갖는 파이프를 포함하고 상기 제1 시트형 전극과 상기 제2 시트형 전극 사이에 배치되고 제2 원료 가스를 상기 제2 시트형 전극의 표면의 근처로 도입시키기 위한 가스 공급 기구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 특징에 따르면, 청구항 2에 따른 플라즈마 장치에서, 상기 파이프는 상기 가스 분사 포트들이 상기 기판에 걸쳐 균일하게 배치되도록 상기 제2 시트형 전극 위에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 파이프는 원형 또는 정사각형 코일 형태로 가공된다. 상기 파이프는 고주파 전력이 공급되는 제2 플라즈마원을 구성하는 금속 파이프이다. 상기 플라즈마 CVD 장치는 상기 가스 공급 기구의 상기 가스 분사 포트들의 근처에 제2 플라즈마원으로서 배치된 안테나 기구를 더 포함한다.
본 발명의 제4 실시예에 따르면, 실란형 가스를 사용하여 비단결정 실리콘막 또는 비단결정 실리콘 화합물막을 형성하기 위한 플라즈마 CVD 장치에 있어서, 내부에서 방전을 일으키기 위한 진공 용기; 표면의 근처에 배치되어 있고 커스프(cusp) 자계를 형성하기 위한 자계 형성 기구를 포함하고 제1 원료 가스를 샤워형 형태로 상기 진공 용기내로 도입시키기 위해 고주파 전력이 공급되는 제1 플라즈마원을 구성하는 제1 시트형 전극; 상기 제1 시트형 전극과 평행하면서 면 대 면 관계로 상기 진공 용기 내에 배치되어 있고 기판을 보유하기 위한 기구를 갖는 제2 시트형 전극; 및 상기 제1 시트형 전극과 상기 제2 시트형 전극 사이에 배치되고 제2 원료 가스를 상기 제2 시트형 전극의 표면의 근처로 도입시키기 위한 가스 공급 기구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제5 특징에 따르면, 실란형 가스를 사용하여 비단결정 실리콘막 또는 비단결정 실리콘 화합물막을 형성하기 위한 플라즈마 CVD 장치에 있어서, 내부에서 방전을 일으키기 위한 진공 용기; 표면의 근처에 배치되어 있고 커스프 자계를 형성하기 위한 자계 형성 기구를 포함하고 제1 원료 가스를 샤워 형태로 상기 진공 용기내로 도입시키기 위해 고주파 전력이 공급되는 제1 플라즈마원을 구성하는 제1 시트형 전극; 상기 제1 시트형 전극과 평행하면서 면 대 면 관계로 상기 진공 용기 내에 배치되어 있고 기판을 보유하기 위한 기구를 갖는 제2 시트형 전극; 및 복수개의 가스 분사 포트를 갖는 파이프를 포함하고 상기 제1 시트형 전극과 상기 제2 시트형 전극 사이에 배치되고 제2 원료 가스를 상기 제2 시트형 전극의 표면의 근처로 도입시키기 위한 가스 공급 기구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 자계 형성 기구는 인접한 자석들이 서로 극성이 반대이도록 상기 제1 시트형 전극의 표면상에 배치되는 복수개의 영구 자석 또는 전자석을 포함한다. 상기 제2 시트형 전극은 온도 제어 수단 및/또는 고주파 전력 인가 수단을 포함한다.
본 발명의 제6 특징에 따르면, 평행 시트형 전극형 플라즈마 CVD 장치를 사용하는 플라즈마 CVD 성막 방법에 있어서, 제1 원료 가스가 고주파 전력이 공급되는 제1 시트형 전극으로부터 샤워형 형태로 공급되고, 제2 원료 가스가 상기 제1 시트형 전극과 다른 가스 공급 기구로부터 성막 중에 상기 제2 시트형 전극의 표면으로 공급된다.
본 발명의 제7 특징에 따르면, 평행 시트형 전극형 플라즈마 CVD 장치를 사용하는 플라즈마 CVD 성막 방법에 있어서, 제1 원료 가스가 고주파 전력이 공급되는 제1 시트형 전극으로부터 샤워형 형태로 공급되고, 제2 원료 가스가 상기 제1 시트형 전극과 다른 가스 공급 기구로부터 성막중에 상기 제2 시트형 전극의 표면으로 공급되고 플라즈마를 형성하기 위한 제2 플라즈마원은 상기 가스 공급 기구의 가스 분사 포트의 근처에 배치되고, 상기 가스 공급 기구로부터 공급되는 가스들은 성막중에 제2 플라즈마원에 의해 이온 또는 라디컬(radical)로 변환된다.
본 발명의 제8 특징에 따르면, 평행 시트형 전극형 플라즈마 CVD 장치를 사용하는 플라즈마 CVD 성막 방법에 있어서, 제1 원료 가스가 고주파 전력이 공급되는 제1 시트형 전극으로부터 샤워형 형태로 공급되고, 제2 원료 가스가 상기 제1 시트형 전극과 다른 가스 공급 기구로부터 성막중에 상기 제2 시트형 전극의 표면으로 공급되고 플라즈마를 형성하기 위한 제2 플라즈마원은 상기 가스 공급 기구의 가스 분사 포트의 근처에 배치되고 상기 가스 공급 기구로부터 공급되는 가스들은 성막중에 제2 플라즈마원에 의해 이온 또는 기로 변환되고, 상기 제1 시트형 전극에 공급된 고주파 전력은 10 마이크로초와 100 밀리초 사이의 싸이클 주기에서 온-오프 구동된다.
상기 제2 플라즈마원에 공급된 고주파 전력은 상기 제1 시트형 전극에 공급된 고주파 전력에 대해 동일한 사이클 시간 및 180도 상변환(out-of phase) 관계로 온-오프 구동된다. 13.65 내지 500 MHz의 주파수의 고주파 전력이 상기 제1 시트형 전극 및/또는 제2 플라즈마원에 공급된다. 100KHz 내지 13.56MHz의 주파수의 고주파 전력이 제2 시트형 전극을 가열하는 동안 제2 시트형 전극에 공급된다.
상기 제2 시트형 전극에 공급된 고주파 전력은 상기 제1 시트형 전극에 공급된 고주파 전력에 대해 동일한 사이클 시간 및 180도 상변환(out-of phase) 관계로 온-오프 구동된다. 비단결정 실리콘막 또는 인 도핑된 비단결정 실리콘막 또는 비단결정 질화막은 상기 제1 시트형 기구로부터 적어도 실란 가스, 또는 실란 가스와 포스핀 가스, 또는 실란 가스와 암모니아 가스 또는 질소 가, 및 상기 가스 공급 기구로부터 적어도 수소 가스 또는 수소 가스와 희 가스를 도입함으로써 형성된다.
다른 목적 및 특징들은 첨부된 도면들과 연계된 다음의 상세한 설명으로부터 자명하게 될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 CVD 장치의 제1 실시예를 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 CVD 장치의 제2 실시예를 나타내는 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 CVD 장치의 제3 실시예를 나타내는 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 CVD 장치의 제4 실시예를 나타내는 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 CVD 장치의 제5 실시예를 나타내는 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 CVD 장치의 제6 실시예를 나타내는 개략도.
도 7은 본 발명에 따른 플라즈마 CVD 장치의 제7 실시예를 나타내는 개략도.
도 8은 본 발명에 따른 플라즈마 CVD 장치의 제8 실시예를 나타내는 개략도.
도 9는 본 발명에 따른 플라즈마 CVD 장치의 제9 실시예를 나타내는 개략도.
도 10은 본 발명에 따른 플라즈마 CVD 장치의 제10 실시예를 나타내는 개략도.
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 제1 플라즈마 생성 방법을 나타내는 전압 파형도.
도 12a 및 도 12b는 본 발명에 따른 제2 플라즈마 생성 방법을 나타내는 전압 파형도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 진공 용기
2 : 제1 플라즈마원
3 : 제1 주파수 전원
4 : 제1 매칭 회로
5 : 원료 가스
6 : 제2 전극
7 : 기판
8 : 히터
9 : 가스 공급 덕트 라인
10 : 제1 가스 공급 시스템
11 : 배기 장치
12 : 제2 주파수 전원
13 : 제2 매칭 회로
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 CVD 장치의 제1 실시예를 나타낸 개략도이다. 도면을 참조하면, 참조 번호(1)는 플라즈마 방전에 사용되는 진공 용기를 나타낸다. 참조 번호(2)는 공히 용기(1) 외측에 배치된, 고주파 전원을 공급하기 위한 제1 주파수 전원(3) 및 제1 매칭 회로(4)에 접속되는 제1 전극을 나타낸 것으로, 이들 소자들과 함께 제1 플라즈마원을 구성한다. 제1 전극(2)은 또한 샤워와 같은 형태로 원료 가스(5)를 분사하기 위한 복수개의 가스 주입 포트를 가지며, 제1 가스 공급 시스템(10)을 구성한다.
참조 번호(6)는 제2 전극을 나타낸 것으로, 제2 전극 상에 설치된 기판(7)을 지지할 수 있도록 구성되며 기판 온도를 제어할 수 있는 히터(8)를 갖는다. 제1 전극(2)과 같이, 제2 전극(6)은 제2 고주파 전원(12) 및 제2 매칭 회로(13)에 접속된다. 제2 전극(6)에 고주파 전력을 공급함으로써, 기판(7)의 표면 상의 이온 에너지가 막 퇴적 표면에 충분한 에너지를 공급하도록 제어될 수 있다. 고주파 전력은 기판 표면의 차지업을 초래하지 않는 하한 주파수와 이온들을 수반할 수 있는 상한 주파수 사이의 주파수 범위에서 효율적으로 공급된다. 바람직하게는, 100 KHz와 13.56 MHz 사이의 주파수의 고주파 전력이 공급된다. 이 경우, 200℃ 이하의 낮은 기판 온도로 각종의 고품질 비단결정 실리콘막을 형성할 수 있다. 임의의 고주파 전력을 제2 전극에 공급할 필요는 없고, 후술할 제2 플라즈마원이 제공된 경우에는, 제2 플라즈마원으로부터 공급된 플라즈마 에너지가 충분할 것이다.
참조 번호(9)는 제1 전극(2)과 제2 전극(6) 사이에 배치된 가스 공급 덕트 라인을 나타낸다. 덕트 라인(9)은 복수개의 가스 분사 포트(9a)를 가지며, 제2 가스 공급 시스템(20)을 구성한다. 도면에서는, 제2 가스 공급 시스템(20)만이 투시도로 도시되어 있다. 가스 공급 덕트 라인(9)은 실질적으로 동일한 외곽 크기 및 제2 전극(6)의 크기를 갖는 직사각형의 파이프로 구성된다. 원료 가스(5)는 가스 공급 덕트 라인(9)의 가스 분사 포트(9a)로부터 제2 전극(6)을 향하여 분사될 수 있다. 가스 배기장치(11)는 진공 용기 내의 압력을 제어하기 위해 제공된다.
상기와 같은 구성에 따르면, 13.56 내지 500 MHz 사이의 주파수로 고주파 전력을 제1 고주파 전원(3)으로부터 제1 플라즈마원으로서의 제1 전극(2)에 공급하고, 제1 가스 공급 시스템(10)으로부터 실란 가스를 샤워형 분사로 도입하고 제2 가스 공급 시스템(20)으로부터 기판 표면의 근처에 수소 가스, 희 가스 등을 도입하여 실란 플라즈마를 형성함으로써, 고품질의 비단결정 실리콘을 형성할 수 있다.
또한, 샤워 형 분사로 실란 가스, 암모니아 가스, 질소 가스 등을 제1 가스 공급 시스템(10)으로부터 도입하여 제1 플라즈마원에서 이들 가스의 혼합 가스의 플라즈마를 형성하고, 제2 가스 공급 시스템(20)으로부터 기판 표면의 근처에 수소 가스, 희 가스 등을 도입함으로써 고품질의 비단결정 실리콘 질화막을 형성할 수 있다.
또한, 샤워 형 분사로 실란 가스, 포스핀 가스 등을 제1 가스 공급 시스템으로부터 도입하여 제1 플라즈마원에서 이들 가스의 혼합 가스의 플라즈마를 형성하고, 제2 가스 공급 시스템으로부터 수소 가스, 희 가스 등을 도입함으로써 고품질의 비단결정 n형 실리콘막을 형성할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 CVD 장치의 제2 실시예를 나타낸 개략도이다. 도면에서, 제1 실시예를 나타낸 도 1과 동일한 부분에는 동일한 참조 번호를 표기하고, 그의 중복 설명은 생략한다. 본 실시예에서는, 제2 가스 공급 시스템(20)을 구성하는 가스 공급 덕트 라인(9)이 도전체로 이루어진다. 가스 공급 덕트 라인(9)은 제3 고주파 전원(14) 및 진공 용기(1) 외측에 배치된 제3 매칭 회로(15)에 접속되어, 이들 소자들과 함께 제2 플라즈마원을 구성한다. 제2 가스 공급 시스템(20)을 구성하는 덕트 라인(9)은 안테나의 역할을 하고, 코일과 같은 유도성 결합 플라즈마원으로 기능한다. 덕트 라인(9)은 간략화를 위해 실선으로서 간단한 형태로 도시되어 있지만, 실제로는 도 1에 도시된 바와 같이 파이프로 구성되며 기판을 향하여 원료 가스를 분사하기 위한 가스 분사 포트를 갖는다. 도 2 이후의 도면들에서, 덕트 라인(9)은 실선으로 간략하게 도시될 수도 있다.
제1 플라즈마원은 제1 가스 공급 시스템(10)으로부터 샤워 형 형태로 실란 가스를 도입함으로써 실란 플라즈마를 형성할 수 있다. 또한, 13.56 내지 1,500 MHz 사이의 주파수에서의 고주파 전력이 제2 플라즈마원으로서의 가스 공급 덕트 라인(9)을 통해 제3 고주파 전원(14)으로부터 공급될 수 있고, 수소 가스, 희 가스 등이 제2 가스 공급 시스템으로부터 기판 표면의 근처에 도입되어, 이들 가스의 플라즈마들을 기판 표면 근처에 선택적으로 형성할 수 있다. 고주파 전력은 제2 전극에 공급되고, 적절한 에너지가 성막 표면에 공급된다. 따라서, 고품질의 비단결정 실리콘막이 낮은 기판 온도로 형성될 수 있다.
제1 플라즈마원은 제1 가스 공급 시스템(10)으로부터 샤워 형 형태로 실란 가스, 암모니아 가스, 질소 가스 등을 도입함으로써 이들 가스들의 혼합 가스의 플라즈마를 형성할 수도 있다. 또한, 제2 가스 공급 시스템(20)으로부터 기판 표면의 근처에 수소 가스, 희 가스 등을 도입하고, 제2 플라즈마원으로부터 이들 가스의 플라즈마들을 기판 표면 근처에 선택적으로 형성하며 성막 표면에 적절한 에너지를 제공함으로써, 고품질의 비단결정 실리콘 질화막을 형성할 수 있다. 또한, 제2 가스 공급 시스템(20)으로부터 암모니아 가스 및 질소 가스를 공급할 수도 있다.
제1 가스 공급 시스템은 제1 플라즈마원으로부터 샤워 형 형태로 실란 가스, 포스핀 가스 등을 도입함으로써 이들 가스의 혼합 가스의 플라즈마를 또한 형성할 수 있다. 또한, 상기 시스템은 제2 가스 공급 시스템으로부터 기판 표면 근처에 수소 가스, 희 가스 등을 도입하여, 제2 플라즈마원으로부터 이들 가스의 플라즈마를 기판 표면 근처에 선택적으로 형성하고, 성막 표면에 적절한 에너지를 제공함으로써, 고품질의 비단결정 n형 실리콘막을 형성할 수 있다. 그 외에, 제2 가스 공급 시스템(20)으로부터 포스핀 가스를 공급할 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 CVD 장치의 제3 실시예를 나타낸 개략도이다. 본 실시예는 제2 플라즈마원의 코일로서도 기능하는 가스 공급 덕트 라인(9)이 나선형으로 되어 있는 점이 제2 실시예와 다르다.
제2 실시예와 마찬가지로, 제2 플라즈마원에 의해 형성된 플라즈마 또는 제2 전극에 공급된 고주파 전력으로 성막 표면에 적절한 에너지를 제공함으로써 저온에서 각종의 고품질 비단결정 실리콘막들을 형성할 수 있다.
균질의 만족할 만한 품질의 실리콘막을 얻기 위해서는, 가스가 제2 가스 공급 시스템(20)으로부터 기판으로 균일하게 공급되는 것이 바람직하다. 이 때문에, 특히 가스 분사 포트(9a)가 하측 방향으로 향하는 경우, 기판 전반에 걸쳐 가능한 한 균일하게 배치되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 접힌 나선형 가스 공급 덕트 라인이 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 정사각형 루프 형태의 것 대신에 이용되기 때문에, 가스가 기판에 균일하게 공급되어, 제2 플라즈마원으로부터 기판 표면 근처에 보다 균일한 플라즈마가 형성될 수 있다. 따라서, 고품질의 비단결정 실리콘막을 얻을 수 있다.
가스 공급 덕트 라인은 제1 내지 제3 실시예에서 설명한 바와 같이 정사각형 루프 또는 나선형과는 다른 각종의 적절한 형태를 가질 수 있고, 예를 들면, 원형 루프의 형태, 원형의 나선형 루프의 형태, 지그재그 형태 및 빗살 형태를 이용할 수 있다. 또한, 가스 분사 포트는 하측 방향이 아닌, 적절한 방향, 대안으로 좌하측 및 우하측으로 경사진 방향을 선택할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 CVD의 제4 실시예를 나타낸 개략도이다. 본 실시예는 제1 전극(2)이 그 후면에 제공된 복수개의 커스프(cusp) 자계 형성 자석(16)을 갖는 점에서 도 1에 나타낸 제1 실시예와 다르다. 이들 자석들은 인접하는 자석들이 평면적으로 극성이 반대가 되도록 제2 전극(2)의 표면 상에 배열되어, 제1 전극 아래에 단일의 커스프 자계를 형성한다. 커스프 자계는 제1 전극 아래 부근에서의 플라즈마의 농도가 실란과 같은 원료 가스 또는 가스들의 고농도 플라즈마를 형성할 수 있게 하여, 상기 원료 가스 또는 가스들의 해리(dissiciation)를 크게 촉진시키고 성막 속도를 크게 증가시킨다. 또한, 기판이 고농도 플라즈마 영역과 떨어져 있기 때문에, 성막 표면이 플라즈마에서의 고 에너지 충전 파티클에 의해 손상되지 않는다. 또한, 제2 가스 공급 시스템(20)으로부터 기판 표면을 향하여 수소와 같은 원료 가스 또는 가스들 및/또는 희 가스와 같은 가스들을 도입함으로써, 막 퇴적 표면이 적절히 활성화될 수 있다. 따라서, 저온에서 각종의 고품질 비단결정 실리콘막을 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 CVD의 제5 실시예를 나타낸 개략도이다. 본 실시예는 제1 전극(2)이 그 후면에 제공된 복수개의 커스프 자계 형성 자석(160을 갖는 점에서 도 2에 나타낸 제2 실시예와 다르다. 이들 자석들은 인접하는 자석들이 평면적으로 극성이 반대가 되도록 제2 전극(2)의 표면에서 끌어당겨, 제1 전극 아래에 단일의 커스프 자계를 형성한다. 커스프 자계는 제1 전극 아래 부근의 플라즈마의 농도가 실란과 같은 원료 가스 또는 가스들의 고농도 플라즈마를 형성할 수 있게 하여, 원료 가스 또는 가스들의 해리를 크게 촉진시킨다. 또한, 기판이 고농도 플라즈마와 떨어져 있기 때문에, 막 퇴적 표면이 플라즈마에서의 고 에너지 충전 파티클에 의해 손상되지 않는다.
또한, 제2 가스 공급 시스템(20)으로부터 기판 표면을 향하여 수소와 같은 원료 가스 또는 가스들 및/또는 희 가스와 같은 가스들을 도입하고, 동시에 제2 플라즈마원으로부터 수소 라디컬(radical), 수소 이온, 희 가스 라디컬, 희 가스 이온 등을 선택적으로 발생시킴으로써, 막 퇴적 표면이 보다 적절히 활성화될 수 있다. 따라서, 저온에서 각종의 고품질의 비단결정 실리콘막을 형성할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 CVD의 제6 실시예를 나타낸 개략도이다. 본 실시예는 복수개의 커스프 자계 형성 자석(16)이 제1 전극(2)의 후면 또는 내측에 제공되는 점에서 도 3에 나타낸 제3 실시예와 다르다. 본 실시예에서는, 제5 실시예에서와 같이 동일한 효과를 얻는 것 이외에, 수소 가스 등의 보다 균질한 플라즈마가 제2 플라즈마원으로부터 기판 표면 근처에 형성되어, 보다 균질한 막을 얻을 수 있다.
제4 내지 제6 실시예에서는, 커스프 자계가 영구 자석 또는 전자석을 이용하여 형성될 수 있다. 전자석을 사용하면, 전류 흐름의 센스를 변경 및/또는 전류를 간헐적으로 턴 온 및 오프함으로써 원하는 커스프 자계를 형성하여 성막 속도 및/또는 막 품질을 자유롭게 제어할 수 있는 장점이 있다.
제4 내지 제6 실시예에서, 자계 강도는 제1 전극 표면의 근처에서 수십 내지 수천 가우스인 것이 적절하다. 자석들 중 인접한 자석들은 적절히 2 내지 3 cm 떨어져 있다. 자석들은 균일한 간격으로 배열될 수 없다. 예를 들면, 전극의 단부에서의 자석간 간격을 줄여 단부에서의 플라즈마 농도의 감소를 억제함으로써 보다 균일한 평면 방향의 플라즈마 농도를 얻을 수 있다. 이러한 자계의 효과에 따라, 고농도의 실란 플라즈마가 주로 제1 전극 표면의 근처에 형성되어 기판 표면 상에 고농도 플라즈마 영역을 형성하고, 그 영역으로부터 산란된 실란 라디컬을 지배하게 된다.
제2 가스 공급 시스템 또는 제2 플라즈마원은 수소 가스, 희 가스 등의 이온 및 라디컬을 고농도로 제공하고, 성막에서 중요한 라디컬에는 막 퇴적 표면 상에서 수소 가스, 희 가스 등의 이온 및 라디컬에 의한 에너지가 제공된다. 따라서, 각종의 고품질 비단결정 실리콘막들이 낮은 기판 온도로 형성될 수 있다.
제4 내지 제6 실시예에서는, 자계의 효과에 따라, 제1 내지 제3 실시예보다 3 내지 5배의 속도로 막들을 형성할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 플라즈마 CVD의 제7 실시예를 나타낸 개략도이다. 본 실시예는 제2 플라즈마원으로서 기능하는 안테나(17)가 가스 공급 덕트 라인(9)과 분리하여 그 아래에 제공되는 점에서 도 2에 나타낸 제2 실시예와 다르다. 제3 고주파 전원(14)이 제3 매칭 회로(15)를 통해 안테나(7)에 접속된다. 재차 본 실시예에서는, 제2, 제3, 제5 및 제6 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 플라즈마 CVD의 제8 실시예를 나타낸 도면이다. 본 실시예는 제2 플라즈마원으로서 기능하는 안테나(17)가 가스 공급 덕트 라인(9) 전체에 걸쳐 제공되는 점에서 도 7에 나타낸 제7 실시예와 다르다. 가스 공급 덕트 라인(9)은 원료 가스(5)가 덕트 라인(9)의 중앙을 향하여 분사되는 내부로 향하는 가스 분사 포트(9a)를 갖는다. 재차 본 구성에서는, 제2, 제3 및 제5 내지 제7 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
제7 및 제8 실시예에서는, 안테나(17)가 공동(hollow)일 필요는 없다. 또한, 안테나의 형상은 정사각형에 한정되지 않고, 원형, 다각형 및 원형과 다각형의 나선형과 같은 원하는 임의의 다른 형상을 이용할 수도 있다.
도 9는 본 발명에 따른 플라즈마 CVD 장치의 제9 실시예를 나타낸 도면이다. 본 실시예는 제1 전극(2)이 제1 전극(2)의 후면 또는 내면에 커스프 자계 형성 자석(16)을 갖는 점에서 도 7에 나타낸 제7 실시예와 다르다. 커스프 자계는 제1 전극 아래 부근에서 집중적으로 플라즈마를 형성하여, 실란과 같은 원료 가스들 또는 가스의 고농도 플라즈마를 형성하고 상기 원료 가스들 또는 가스의 해리를 크게 촉진시킨다. 또한, 기판이 고농도 플라즈마 영역으로부터 떨어져 있기 때문에, 막 퇴적 표면이 플라즈마의 고 에너지 충전 파티클에 의해 손상되지 않는다. 따라서, 제7 실시예의 경우보다도 고속으로 막들을 형성할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 플라즈마 CVD 장치의 제10 실시예를 나타낸 개략도이다. 본 실시예는 제1 전극(2)이 이 제1 전극(2)의 후면 또는 내면에 제공된 커스프 자계 형성 자석(16)을 갖는 점에서 도 8에 나타낸 제8 실시예와 다르다. 재차 이 경우에는, 제8 실시예의 경우에서보다도 고속으로 막들을 형성할 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 제1 플라즈마 생성 방법을 나타내는 전압 파형도이다.
CVD 장치의 상기 제2, 제3, 제5, 제6 및 제8 내지 제10 실시예에서, 제1 및 제2 플라즈마원은 독립해서 구동된다. 제1 플라즈마 생성 방법에서, 제2 플라즈마원은 연속적으로 구동되고, 제1 플라즈마원만이 10 내지 100 msec 사이의 사이클 주기에서 간헐적으로 온-오프 구동된다. 이 경우, 실란과 같은 원료 가스들이 제1 가스 공급 시스템(10)으로부터 도입되고, 수소 가스, 희 가스 등이 제2 가스 공급 시스템(20)으로부터 도입된다.
SiH3라디컬이 고품질의 비단결정 실리콘막들의 형성에 있어서 중요한 역할을 하는 것으로 생각된다. 이러한 구동 방법에서와 같이, 제1 플라즈마원을 간헐적으로 온-오프 동작시킴으로써 실란 플라즈마 내의 SiH3라디컬의 상대 농도가 증가할 수 있다. 그 이유는 다음과 같다. 지금까지 실시된 조사와 연구 결과, SiH3라디컬이 다른 라디컬보다도 수명이 긴 것으로 밝혀졌다. 따라서, 제1 고주파 전원의 출력이 "오프"인 경우에도, SiH3라디컬은 용기 내에 어느 정도 존재한다. 한편, 수명이 짧은 라디컬은 출력의 턴 오프 즉시 거의 소멸된다. 따라서, 평균적으로, SiH3라디컬의 다른 라디컬에 대한 상대 농도가 증가된다. SiH3라디컬과 그 외의 라디컬의 수명을 고려하면, 온-오프 사이클 주기가 10 내지 100 msec 사이인 것이 바람직하다. 또한, 각종의 고품질 비단결정 실리콘막들은 제2 가스 공급 시스템으로부터 기판 표면을 향해 수소 가스 등의 원료 가스들과 희 가스 등을 도입함과 동시에, 제2 플라즈마원으로부터 기판 표면 근처에 수소 라디컬, 수소 이온, 희 가스 라디컬, 희 가스 이온 등을 선택적으로 발생시킴으로써 막 퇴적 표면이 활성화되어 저온에서 형성될 수 있다.
또한, 커스프 자계가 조합하여 사용된 때, SiH3라디컬 농도는 고농도 플라즈마 생성에 따라 증가되어, 저온에서 고속으로 막들을 형성할 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명에 따른 제2 플라즈마 생성 방법을 나타낸 전압 파형도이다. 본 구동 방법에서는, 제1 플라즈마원 뿐만 아니라 제2 플라즈마원도 주기적으로 간헐적으로 온-오프 구동된다. 구체적으로, 제1 및 제2 플라즈마원은 서로 180도의 상변환 관계로 10 내지 100 msec 사이의 사이클 주기로 온-오프 구동된다. 제1 및 제2 플라즈마원이 각각 "온" 및 "오프"일 때, 실란 플라즈마가 용기 내에 형성되고, 수개 층의 막이 기판 상에 퇴적된다. 다음의 사이클에서, 제1 및 제2 플라즈마원이 각각 "오프" 및 "온"일 때, 수소 라디컬, 수소 이온, 희 가스 라디컬, 희 가스 이온 등이 주로 기판 표면 근처에 선택적으로 생성되어, 이전 사이클에서 퇴적된 막층의 품질이 개선된다. 상기 막 퇴적 및 막 개선을 교대로 실행함으로써, 각종의 고품질 비단결정 실리콘막을 저온에서 형성할 수 있다. 또한, 막 개선시, 전술된 바와 같이 수명이 긴 SiH3라디컬의 사이클 주기가 존재하며, 따라서 저온에서 고속으로 막들을 형성할 수 있다.
또한, 서로 위상이 반대인 제1 및 제2 고주파 전원을 간헐적으로 교대로 온-오프 구동함으로써 동일한 공정이 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 상술한 플라즈마 CVD 장치의 각 실시예에서 13.56 내지 500 MHz 사이의 주파수에서의 고주파 전력이 제1 플라즈마 전극으로서 기능하는 제1 전극(2)에 공급된다. 13.56 MHz보다 높은 VHF 밴드의 주파수, 즉 평균 상용 주파수에서 방전이 생성된 때, 고밀도 플라즈마가 형성되어 원료 가스 실용화 효율이 개선되고 고품질의 막을 고속으로 형성하게 된다. 또한, VHF 밴드 주파수 및 커스프 자계가 조합하여 사용된 경우에는 고속으로 막들을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 상술한 플라즈마 CVD 장치의 각 실시예에서, 100 KHz 내지 13.56 MHz 사이의 주파수에서의 고주파 전력이 제2 전극(6)에 공급된다. 이와 같이, 기판 표면 상의 이온 에너지는 비교적 낮은 주파수로 제2 전극(6)에 고주파 전력을 인가함으로써 제어될 수 있다. 이는 전자들에 비해 큰 질량을 갖는 이온들도 저주파수 전계 변화를 수반할 수 있기 때문에다. 이러한 이온 에너지 제어는 막 퇴적 표면에 적절한 에너지를 제공하게 하여 낮은 기판 온도에서 고품질의 막을 형성할 수 있게 한다. 또한, 제1 및 제2 플라즈마원의 온-오프 구동에 동기하여 고주파 전력을 제2 전극에 턴 온/오프함으로써, 막 퇴적 표면 상의 수소 이온 및 희 가스 이온의 에너지 제어에 대한 변화를 제공할 수 있어, 낮은 기판 온도로 고품질의 막들을 형성할 수 있게 된다.
폴리 실리콘막의 형성은 본 발명 및 다른 상기 성막 방법에 따라 플라즈마 CVD 장치의 실시예를 사용하여 가능하다. 본 발명에 따른 성막 방법에서, 수소 라디컬은 기판 표면에 적극적으로 공급된다. 수소 라디컬은 막 퇴적 표면에 확산되어 표면을 덮은 수소 원자를 제거하고 표면을 활성화시킨다. 활성화된 영역에서, SiH3라디컬은 막 퇴적에 기여하고, 따라서 매우 낮은 수소 농도를 갖는 고 픔질 비단결정 실리콘막을 낮은 기판온도에서 형성하게 한다. 게다가, 희 가스 등의 이온 에너지를 사용하여, 약 300 ℃의 낮은 온도에서 결정 성징에서 고 품질 폴리 실리콘막을 형성할 수 있다. 이러한 고픔질 폴리 실리콘막은 종래의 레이저 어닐링 막의 품질과 비교할 수 있다.
이하, 본 발명의 예는 어떤 한계없이 설명될 것이다.
도 1에 나타낸 플라즈마 CVD 장치에 기초한 본 발명에 따른 플라즈마 CVD 장치 및 성막 방법이 설명된다.
제1 전극(2)에 60㎒의 고주파 전력을 공급하고, 제1 전극에 제공된 복수개의 가스 분사 포트로부터 원료 가스로서 실란 가스를 방전 용기(1) 내에 샤워형 형태로 주입하였다.
기판(7)을 제2 전극(6)에 셋팅하고, 히터(8)를 제어하여 200℃의 기판 온도를 얻었다.
제2 가스 공급 시스템으로서, 내부 직경이 3mm이고 두께가 1mm이며 크기가 제2 전극과 동일한 사각형의 형태를 갖는 원통형의 금속 파이프로, 가스 공급 덕트 라인(9)을 형성하였다. 원통형 파이프의 하단부 약 1㎝ 안쪽에 가스 분사 포트를 설치하여, 가스가 분사 포트로부터 기판 표면을 향해 분사되도록 하였다. 수소 가스와 크세논 가스를 공급하였다.
플라즈마는, 제1 및 제2 가스 공급 시스템으로부터 가스를 각각 도입하고, 가스 배기 장치(11)를 이용하여 방전 용기의 가스 압력을 5 Pa로 조절하며, 60㎒의 고주파 전력을 제1 전극에 공급함으로써 형성된다.
이런 방식으로 형성된 비단결정 실리콘막을 FT-IR(Fourier transform infrared radiation)을 이용하여 평가하였다. 평가 결과, 15% 이하의 수소 농도와 Si-H2 결합 밀도보다 높은 Si-H 결합 밀도를 갖는 고품질의 막이 형성된다는 것을 발견하였다.
또한 성막은, 제1 가스 공급 시스템으로부터 실란 가스, 암모니아 가스 및 수소 가스를 샤워형 형태로, 그리고 제2 가스 공급 시스템으로부터 수소 가스와 크세논 가스를 방전 용기 내에 주입함으로써 형성된 플라즈마에 의해 행하였다. Si-H 결합 밀도보다 높은 N-H 결합 밀도를 갖는 고품질의 실리콘 질화막이 형성된다는 것을 발견하였다.
또한 성막은, 제1 가스 공급 시스템으로부터 실란 가스 및 포스핀(posphine) 가스를 샤워형 형태로, 그리고 제2 가스 공급 시스템으로부터 수소 가스와 크세논 가스를 방전 용기 내에 주입함으로써 행하였다. 200Ω.㎝ 이하의 저항률을 갖는 고품질의 n형 비단결정 실리콘막이 얻어진다는 것을 발견하였다.
이하, 도 2에 나타낸 플라즈마 CVD 장치에 기초한 본 발명에 따른 플라즈마 CVD 장치 및 성막 방법의 예를 설명한다.
제1 전극(2)에 60㎒의 고주파 전력을 공급하고, 제1 전극에 제공된 복수개의 가스 분사 포트로부터 원료 가스로서 실란 가스를 방전 용기 내에 샤워형 형태로 도입하였다. 기판(7)을 제2 전극(6) 상에 배치하고, 히터(8)를 조절하여 200℃의 기판 온도를 얻었다.
제1 전극과 제2 전극과의 거리를 10 내지 15 Ω㎝로 설정하였다. 가스 공급 덕트 라인(9)은 내부 직경이 3mm이고 두께가 1mm이며, 제2 전극과 크기가 거의 동일한 사각형 형태를 갖는 원통형의 금속 파이프였고, 제2 전극에서 4㎝ 위의 위치에 배치하였다. 원통형 파이프의 하단부에서 약 1㎝ 안쪽에 가스 분사 포트를 형성하여, 가스 분사 포트로부터 기판 표면을 향해 가스가 분사될 수 있도록 하였다. 수소 가스와 크세논 가스를 공급하였다.
제1 및 제2 가스 공급 시스템으로부터 가스를 각각 도입하고, 가스 배기 장치(11)를 사용하여 방전 용기 내의 가스 압력을 5 Pa로 조절하여, 제1 전극에 60㎒의 고주파 전력을 공급함으로써, 플라즈마를 형성하였다. 고주파수원으로서 60㎒의 전원을 사용하여 실란 플라즈마를 형성하였고, 제3 고주파수원으로서 13.56㎒의 전원을 사용하여 인접한 기판 표면에 수소 가스 및 크세논 가스의 플라즈마를 형성하였다. 수소 가스 및 크세논 가스의 플라즈마에 의해 기판 표면에 에너지가 제공되기 때문에, 도 1에 나타낸 플라즈마 CVD 장치에 관한 실시예 비하여 더 높은 품질을 갖는 비단결정 실리콘막을 형성하는 것이 가능하다.
또한 성막은, 제1 가스 공급 시스템으로부터 실란 가스, 암모니아 가스 및 질소 가스를 샤워형 형태로, 그리고 제2 가스 공급 시스템으로부터 수소 가스와 크세논 가스를 방전 용기 내에 공급함으로써 형성된 플라즈마로 형성한다. Si-H 결합 밀도 보다 높은 N-H 결합 밀도를 갖는 고품질의 실리콘 질화막이 형성된다는 것을 발견하였다.
성막은 또한 제1 가스 공급 시스템으로부터 샤워형 형태로 실란 가스, 및 포스핀 가스를, 그리고 제2 가스 공급 시스템으로부터 수소 가스와 크세논 가스를 방전 용기 내에 주입함으로써 형성된 플라즈마에 의해 행하였다. 150 Ω.㎝ 이하의 저항률을 갖는 고품질의 n형 비단결정 실리콘 막이 형성된다는 것을 발견하였다.
이하, 도 3에 나타낸 플라즈마 CVD 장치에 기초한 플라즈마 CVD 장치 및 성막 방법의 예를 설명한다.
제1 전극으로부터 60㎒의 고주파 전력을 공급하고, 제1 전극에 제공된 복수개의 가스 분사 포트로부터 실란 가스를 원료 가스로서 샤워형 형태로 방전 용기 내에 도입하였다.
기판(7)을 제2 전극(6) 상에 배치하고, 히터(8)를 조절하여 200℃의 기판 온도를 얻었다. 제2 가스 공급 시스템으로서 역할을 하는 가스 공급 덕트 라인(9)은 직경이 3mm이고 두께가 1mm이며 제2 전극과 거의 동일한 크기를 갖는 나선형의 사각형 형태의 원통형 금속 파이프였다. 가스 분사 포트를 원통형 파이프의 하단부에서 약 1㎝ 간격을 두고 배치하여, 가스가 기판 표면을 향해 공급될 수 있도록 하였다. 도 1 및 도 2에 나타낸 플라즈마 CVD 장치의 실시예에 비해 인접한 기판 표면에 보다 균일하게 가스가 공급된다. 수소 가스와 크세논 가스를 공급하였다.
이런 방식으로, 제1 및 제2 가스 공급 시스템으로부터 가스를 공급하였고, 방전 용기의 압력을 가스 배기 장치(11)를 이용하여 5 Pa로 조정하였다. 제1 고주파 전원으로서 60㎒의 전원을 이용하여 실란 플라즈마를 형성하고, 제1 고주파수원으로서 13.56㎒의 전원을 이용하여 수소 가스 및 크세논 가스 등의 플라즈마를 인접한 기판 표면에 형성하였다. 수소 가스와 크세논 가스의 플라즈마에 의해 기판 표면에 에너지를 제공하기 때문에, 제1 실시예에서보다 더 높은 품질의 비단결정 실리콘막이 형성될 수 있다.
성막은, 제1 가스 공급 시스템으로부터 실란 가스, 암모니아 가스 및 질소 가스를 샤워형 형태로, 제2 가스 공급 시스템으로부터 수소 가스 및 크세논 가스를 방전 용기 내에 도입함으로써 형성된 플라즈마로 행하였다. Si-H 결합 밀도보다도 더 높은 N-H 결합 밀도를 갖는 고품질의 실리콘 질화막이 형성된다는 것을 발견하였다.
성막은 또한 제1 가스 공급 시스템으로부터 샤워형 형태로 실란 가스 및 포스핀 가스를, 그리고 제2 가스 공급 시스템으로부터 수소 가스와 크세논 가스를 방전 용기 내에 도입함으로써 형성된 플라즈마로 행하였다. 이렇게 하여 150Ω.㎝ 이하의 저항률을 갖는 고품질의 n형 비단결정 실리콘 막이 형성되었다는 것을 발견하였다.
이하, 도 7에 나타낸 플라즈마 CVD 장치에 기초한 본 발명에 따른 플라즈마 CVD 장치 및 성막 방법의 예를 설명한다.
도 7에 나타낸 플라즈마 CVD 장치에서는, 제2 전극(6)과 안테나(7) 간의 거리를 4㎝로 설정하고, 안테나(17)와 가스 공급 덕트 라인(9) 간의 거리를 2㎝로 설정하였다. 나머지 부분은, 도 2에 나타낸 플라즈마 CVD 방법에 기초한 실시예에서와 동일한 방법 사영하여 성막하였다.
이하, 도 8에 나타낸 플라즈마 CVD 장치에 기초한 플라즈마 CVD 장치 및 성막 방법의 예를 설명한다.
도 8에 나타낸 플라즈마 CVD에서는, 제2 전극(6)과 가스 공급 덕트 라인(9) 간의 거리를 2㎝로 설정하고, 가스 공급 덕트 라인(9)과 안테나(17) 간의 거리를 2㎝로 설정하였다. 공동 파이프측 방향으로 가스 분사 포트(9)를 제공하여 가스 공급 덕트 라인(9)으로부터 기판 표면을 향해 가스가 도입되도록 하였다. 나머지 부분에 대해서는, 도 2에 나타낸 플라즈마 CVD 장치에 기초한 실시예에서와 동일한 방법을 사용하여 성막하였다.
본 발명의 몇몇 바람직한 실시예 및 예들을 설명하였지만, 제한적인 것은 아니고, 본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화 및 변형이 가능하다. 예를 들면, 본 발명은 산화 실리콘막, 산화 실리콘 질화막, P형 비단결정 실리콘막 등의 저온 형성막에도 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 막 퇴적 표면에 수소 라디컬이 적극적으로 공급되기 때문에, 약 300℃의 낮은 기판 온도에서 5% 이하의 수소 농도를 갖는 고품질의 폴리실리콘막을 형성하는 것이 가능하다. 이는, 막 퇴적이 진행되는 한편, 수소 라디컬이 막 퇴적면으로부터 덮고있는 수소를 빼앗아 가기 때문에, 높은 실리콘 원자 농도를 갖는 막이 형성된다. 이런 방식으로 형성된 폴리실리콘막은 종래의 레이저 어닐링막에 비해 고품질을 갖는다. 따라서, 종래의 레이저 어닐링 공정이 불필요하고, 처리 가격을 삭감하는 것이 가능하다.
또한, 진공 용기의 측표면 상에 복수개의 자석을 제공함으로써 형성되고 진공 용기에 균일한 플라즈마 농도를 제공하는데 사용되는 구조를 본 발명에 따른 구조와 조합하여 보다 균일한 플라즈마 농도를 얻을 수 있다.
당업자에게는 구성상의 변경이 있을 것이고 다양하고 명백하게 다른 변형 및 실시예가 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 이루어질 것이다. 전술한 설명에서 설명한 부분 및 첨부된 도면은 단지 예시로 든 것에 불과하다. 따라서, 제한적인 의미에서가 아니라 설명적인 차원에서 고려되어야 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 CVD 장치 및 이를 이용한 성막 방법에 의하면, 주 원료인 실란 가스로부터 200℃의 낮은 기판 온도에서 고품질의 비단결정 실리콘막 또는 불순물이 도핑된 비단결정 실리콘막 또는 비단결정 실리콘 절연막을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 원료 가스 분해 효율이 고농도의 플라즈마 형성에 의해 향상되기 때문에, 원료 가스 이용 효율이 향상되고, 배출되는 가스량이 감소된다. 따라서, 환경에 잘 적응하는 성막 공정을 실현하는 것이 가능하다.
또한, 기판 온도를 약 300℃까지 증가시킴으로써, 종래의 레이저 어닐링 공정을 필요로 하는 고품질의 폴리실리콘막을 형성하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명이 진공 용기 크기 증가에 비교적 쉽게 적용될 수 있기 때문에, 대각선 치수로 약 1미터만큼 큰 크기의 유리 기판을 사용하는 액정 표시 장치용의 박막 트랜지스터 성막 공정에도 적용될 수 있다.

Claims (18)

  1. 실란형 가스를 이용하여 비단결정 실리콘막 또는 비단결정 실리콘 화합물막을 형성하기 위한 플라즈마 CVD 장치에 있어서,
    내부에서 방전을 일으키기 위한 진공 용기;
    제1 원료 가스를 샤워형 형태로 상기 진공 용기 내로 도입시키기 위해 고주파 전력이 공급되는 제1 플라즈마원을 구성하는 제1 시트형(플레이트형) 전극;
    상기 제1 시트형 전극과 평행하면서 면 대 면 관계로 상기 진공 용기 내에 배치되어 있고 기판을 보유하기 위한 기구를 갖는 제2 시트형 전극; 및
    상기 제1 시트형 전극과 상기 제2 시트형 전극 사이에 배치되고 제2 원료 가스를 상기 제2 시트형 전극의 표면의 근처로 도입시키기 위한 가스 공급 기구
    를 포함하는 플라즈마 CVD 장치.
  2. 실란형 가스를 사용하여 비단결정 실리콘막 또는 비단결정 실리콘 화합물막을 형성하기 위한 플라즈마 CVD 장치에 있어서,
    내부에서 방전을 일으키기 위한 진공 용기;
    제1 원료 가스를 샤워형 형태로 상기 진공 용기내로 도입시키기 위해 고주파 전력이 공급되는 제1 플라즈마원을 구성하는 제1 시트형 전극;
    상기 제1 시트형 전극과 평행하면서 면 대 면 관계로 상기 진공 용기 내에 배치되어 있고 기판을 보유하기 위한 기구를 갖는 제2 시트형 전극; 및
    복수개의 가스 분사 포트를 갖는 파이프를 포함하고 상기 제1 시트형 전극과 상기 제2 시트형 전극 사이에 배치되고 제2 원료 가스를 상기 제2 시트형 전극의 표면의 근처로 도입시키기 위한 가스 공급 기구
    를 포함하는 플라즈마 CVD 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 파이프는 상기 가스 분사 포트들이 상기 기판에 걸쳐 균일하게 배치되도록 상기 제2 시트형 전극 위에 배치되는 플라즈마 CVD 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 파이프는 원형 또는 정사각형 코일 형태로 처리되는 플라즈마 CVD 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 파이프는 고주파 전력이 공급되는 제2 플라즈마원을 구성하는 금속 파이프인 플라즈마 CVD 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 가스 공급 기구의 상기 가스 분사 포트들의 근처에 제2 플라즈마원으로서 배치된 안테나 기구를 더 포함하는 플라즈마 CVD 장치.
  7. 실란형 가스를 사용하여 비단결정 실리콘막 또는 비단결정 실리콘 화합물막을 형성하기 위한 플라즈마 CVD 장치에 있어서,
    내부에서 방전을 일으키기 위한 진공 용기;
    표면의 근처에 배치되어 있고 커스프(cusp) 자계를 형성하기 위한 자계 형성 기구를 포함하고 제1 원료 가스를 샤워형 형태로 상기 진공 용기내로 도입시키기 위해 고주파 전력이 공급되는 제1 플라즈마원을 구성하는 제1 시트형 전극;
    상기 제1 시트형 전극과 평행하면서 면 대 면 관계로 상기 진공 용기 내에 배치되어 있고 기판을 보유하기 위한 기구를 갖는 제2 시트형 전극; 및
    상기 제1 시트형 전극과 상기 제2 시트형 전극 사이에 배치되고 제2 원료 가스를 상기 제2 시트형 전극의 표면의 근처로 도입시키기 위한 가스 공급 기구
    를 포함하는 플라즈마 CVD 장치.
  8. 실란형 가스를 사용하여 비단결정 실리콘막 또는 비단결정 실리콘 화합물막을 형성하기 위한 플라즈마 CVD 장치에 있어서,
    내부에서 방전을 일으키기 위한 진공 용기;
    표면의 근처에 배치되어 있고 커스프 자계를 형성하기 위한 자계 형성 기구를 포함하고 제1 원료 가스를 샤워 형태로 상기 진공 용기내로 도입시키기 위해 고주파 전력이 공급되는 제1 플라즈마원을 구성하는 제1 시트형 전극;
    상기 제1 시트형 전극과 평행하면서 면 대 면 관계로 상기 진공 용기 내에 배치되어 있고 기판을 보유하기 위한 기구를 갖는 제2 시트형 전극; 및
    복수개의 가스 분사 포트를 갖는 파이프를 포함하고 상기 제1 시트형 전극과 상기 제2 시트형 전극 사이에 배치되고 제2 원료 가스를 상기 제2 시트형 전극의 표면의 근처로 도입시키기 위한 가스 공급 기구
    를 포함하는 플라즈마 CVD 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 자계 형성 기구는 인접한 자석들이 서로 극성이 반대이도록 상기 제1 시트형 전극의 표면상에 배치되는 복수개의 영구 자석 또는 전자석인 플라즈마 CVD 장치.
  10. 제1항, 제2항, 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제2 시트형 전극은 온도 제어 수단 및/또는 고주파 전력 인가 수단을 포함하는 플라즈마 CVD 장치.
  11. 평행 시트형 전극형 플라즈마 CVD 장치를 사용하는 플라즈마 CVD 성막 방법에 있어서,
    제1 원료 가스가 고주파 전력이 공급되는 제1 시트형 전극으로부터 샤워형 형태로 공급되고, 제2 원료 가스가 상기 제1 시트형 전극과 다른 가스 공급 기구로부터 성막중에 상기 제2 시트형 전극의 표면으로 공급되는 플라즈마 CVD 성막 방법.
  12. 평행 시트형 전극형 플라즈마 CVD 장치를 사용하는 플라즈마 CVD 성막 방법에 있어서,
    제1 원료 가스가 고주파 전력이 공급되는 제1 시트형 전극으로부터 샤워형 형태로 공급되고, 제2 원료 가스가 상기 제1 시트형 전극과 다른 가스 공급 기구로부터 성막중에 상기 제2 시트형 전극의 표면으로 공급되고 플라즈마를 형성하기 위한 제2 플라즈마원은 상기 가스 공급 기구의 가스 분사 포트의 근처에 배치되고, 상기 가스 공급 기구로부터 공급되는 가스들은 성막중에 제2 플라즈마원에 의해 이온 또는 라디컬(radical)로 변환되는 플라즈마 CVD 성막 방법.
  13. 평행 시트형 전극형 플라즈마 CVD 장치를 사용하는 플라즈마 CVD 성막 방법에 있어서,
    제1 원료 가스가 고주파 전력이 공급되는 제1 시트형 전극으로부터 샤워형 형태로 공급되고, 제2 원료 가스가 상기 제1 시트형 전극과 다른 가스 공급 기구로부터 성막중에 상기 제2 시트형 전극의 표면으로 공급되고 플라즈마를 형성하기 위한 제2 플라즈마원은 상기 가스 공급 기구의 가스 분사 포트의 근처에 배치되고 상기 가스 공급 기구로부터 공급되는 가스들은 성막중에 제2 플라즈마원에 의해 이온 또는 기로 변환되고, 상기 제1 시트형 전극에 공급된 고주파 전력은 10 마이크로초와 100 밀리초 사이의 싸이클 주기에서 온-오프 구동되는 플라즈마 CVD 성막 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제2 플라즈마원에 공급된 고주파 전력은 상기 제1 시트형 전극에 공급된 고주파 전력에 대해 동일한 사이클 시간 및 180도 상변환(out-of phase) 관계로 온-오프 구동되는 플라즈마 CVD 성막 방법.
  15. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 13.65 내지 500 MHz의 주파수의 고주파 전력이 상기 제1 시트형 전극 및/또는 제2 플라즈마원에 공급되는 플라즈마 CVD 성막 방법.
  16. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 100KHz 내지 13.56MHz의 주파수의 고주파 전력이 제2 시트형 전극을 가열하는 동안 제2 시트형 전극에 공급되는 플라즈마 CVD 성막 방법.
  17. 제11항 내지 13항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 시트형 전극에 공급된 고주파 전력은 상기 제1 시트형 전극에 공급된 고주파 전력에 대해 동일한 사이클 시간 및 180도 상변환(out-of phase) 관계로 온-오프 구동되는 플라즈마 CVD 성막 방법.
  18. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 비단결정 실리콘막 또는 인 도핑된 비단결정 실리콘막 또는 비단결정 질화막은 상기 제1 시트형 기구로부터 적어도 실란 가스, 또는 실란 가스와 포스핀 가스, 또는 실란 가스와 암모니아 가스 또는 질소 가스, 및 상기 가스 공급 기구로부터 적어도 수소 가스 또는 수소 가스와 희 가스를 도입함으로써 형성되는 플라즈마 CVD 성막 방법.
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