KR20060124778A - 실리콘 도트 형성방법 및 실리콘 도트 형성장치 - Google Patents

실리콘 도트 형성방법 및 실리콘 도트 형성장치 Download PDF

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Abstract

수소가스(또는 실란계 가스)가 도입된 진공챔버(1) 내에 파장 288 nm의 실리콘 원자의 발광강도와 파장 484 nm의 수소원자의 발광강도가 10.0 이하가 되는 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마하에서의 케미컬 스퍼터링에 의하여 기체 위에 20 nm 이하의 입자지름의 실리콘 도트를 형성한다.

Description

실리콘 도트 형성방법 및 실리콘 도트 형성장치{METHOD AND APPARATUS FOR FORMING SILICON DOTS}
본 발명은 단일전자 장치 등을 위한 전자장치 재료나 발광재료 등으로서 이용되는 미소 사이즈의 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 물리적 방법이 알려져 있고, 또 가스중 증발법도 알려져 있다(가나가와켄 산업기술 종합연구소 연구보고 No.9/2003 77∼78페이지참조). 후자는 레이저 대신에 고주파 유도가열이나 아크방전에 의하여 실리콘을 가열 증발시키는 방법이다.
또 CVD 챔버 내에 재료가스를 도입하여 가열한 기판 위에 실리콘 나노입자를 형성하는 CVD 법도 알려져 있다(일본국 특개2004-179658호 공보 참조).
이 방법에서는 실리콘 나노입자 성장을 위한 핵을 기판 위에 형성하는 공정을 거쳐 상기 핵으로부터 실리콘 나노입자를 성장시킨다.
그러나 실리콘을 레이저조사에 의하여 가열 증발시키는 방법은, 균일하게 에너지밀도를 제어하여 레이저를 실리콘에 조사하는 것이 곤란하여 실리콘 도트의 입 자지름이나 밀도분포를 갖추는 것이 곤란하다.
가스중 증발법에서도 실리콘의 불균일한 가열이 발생하고, 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, 내열온도가 낮은 기판을 채용할 수 없고, 기판재료의 선택 가능 범위가 그만큼 제한된다.
따라서 본 발명은 저온에서 실리콘 도트 형성 대상 기체 위에 직접 입자지름이 갖추어진 실리콘 도트를 균일한 밀도분포로 형성하는 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
또 본 발명은 저온에서 실리콘 도트 형성 대상 기체 위에 직접 입자지름이 갖추어진 실리콘 도트를 균일한 밀도분포로 형성할 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 그 플라즈마로 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.
특히, 실리콘 스퍼터 타깃을 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 이하, 더욱 바람직하게는 3.0 이하, 또는 0.5 이하인 플라즈마로 케미컬 스퍼터링하면, 500℃ 이하의 저온에서도 입자지름 20 nm 이하, 나아가서는 입자지름 10 nm 이하의 범위에서 입자지름이 갖추어진 결정성의 실리콘 도트를 균일한 밀도분포로 기체 위에 형성할 수 있다.
이와 같은 플라즈마의 형성은, 플라즈마 형성 영역에 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, 그 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 이하, 더욱 바람직하게는 3.0 이하, 또는 0.5 이하인 플라즈마로 하면, 그 플라즈마하에서도 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. 이 경우, 이와 같은 플라즈마에 의한 실리콘 스퍼터 타깃의 케미컬 스퍼터링을 병용하는 것도 가능하다.
어쨌든, 본 발명에서 실리콘 도트의「입자지름이 갖추어져 있다」란, 각 실리콘 도트의 입자지름이 모두 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.
<실리콘 도트 형성방법에 대하여>
본 발명은 이와 같은 식견에 의거하여, 다음의 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4의 실리콘 도트 형성방법을 제공한다.
(1) 제 1 실리콘 도트 형성방법(제 1 방법)
진공챔버 내에 실란계 가스 및 수소가스를 도입하여, 이들 가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 진공챔버 내에 플라즈마를 발생시키고, 그 플라즈마에 의하여 상기 진공챔버의 내벽에 실리콘막을 형성하는 실리콘막 형성공정과,
내벽에 실리콘막이 형성된 상기 진공챔버 내에 실리콘 도트 형성 대상 기체를 배치하고, 상기 진공챔버 내에 스퍼터링용 가스를 도입하여 상기 가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 진공챔버 내에 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마로 상기 실리콘막을 스퍼터 타깃으로 하는 케미컬 스퍼터링을 행하여 상기 기체 위에 실리콘 도트를 형성하는 실리콘 도트 형성공정을 포함하는 실리콘 도트 형성방법.
(2) 제 2 실리콘 도트 형성방법(제 2 방법)
제 1 진공챔버 내에 타깃 기판을 배치하고, 그 제 1 진공챔버 내에 실란계 가스 및 수소가스를 도입하여, 이들 가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 제 1 진공챔버 내에 플라즈마를 발생시키고, 그 플라즈마에 의하여 상기 타깃 기판 위에 실리콘막을 형성하여 실리콘 스퍼터 타깃을 얻는 스퍼터 타깃 형성공정과,
상기 제 1 진공챔버로부터 제 2 진공챔버 내에, 상기 스퍼터 타깃 형성 공정에서 얻은 실리콘 스퍼터 타깃을 외기에 접촉시키지 않고 반입 배치함과 동시에, 상기 제 2 진공챔버 내에 실리콘 도트 형성 대상 기체를 배치하고, 상기 제 2 진공챔버 내에 스퍼터링용 가스를 도입하여, 그 가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 제 2 진공챔버 내에 플라즈마를 발생시키고, 그 플라즈마로 상기 실리콘 스퍼터 타깃의 실리콘막을 케미컬 스퍼터링하여 상기 기체 위에 실리콘 도트를 형성하는 실리콘 도트 형성 공정을 포함하는 실리콘 도트 형성방법.
제 1 방법에 의하면, 진공챔버 내벽에 스퍼터 타깃이 되는 실리콘막을 형성할 수 있기 때문에, 시판의 실리콘 스퍼터 타깃을 진공챔버에 뒤에 부착하여 배치하는 경우보다 대면적의 타깃을 얻을 수 있고, 그만큼 기체의 넓은 면적에 걸쳐 균일하게 실리콘 도트를 형성하는 것이 가능하다.
제 1 방법, 제 2 방법에 의하면, 외기에 접촉하지 않는 실리콘 스퍼터 타깃을 채용하여 실리콘 도트를 형성할 수 있고, 그만큼 예정되지 않은 불순물의 혼입이 억제된 실리콘 도트를 형성할 수 있으며, 또한 저온에서(예를 들면 기체 온도가 500℃ 이하 저온에서) 실리콘 도트 형성 대상 기체 위에 직접, 입자지름이 갖추어진 결정성의 실리콘 도트를 균일한 밀도 분포로 형성하는 것이 가능하다.
실리콘막 스퍼터링용 가스로서는, 대표예로서 수소가스를 들 수 있다. 이 외에 예를 들면 수소가스와 희석가스 [헬륨가스(He),네온가스(Ne), 아르곤가스(Ar), 크립톤가스(Kr) 및 크세논가스(Xe)부터 선택된 적어도 1종의 가스]와의 혼합가스도 채용할 수 있다.
즉, 상기 제 1, 제 2의 어느 것의 실리콘 도트 형성방법에서도 상기 실리콘 도트 형성공정에서는 상기 실리콘 도트 형성 대상 기체를 배치한 진공챔버 내에 상기 스퍼터링용 가스로서 예를 들면 수소가스를 도입하여 그 수소가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 진공챔버 내에 플라즈마를 발생시키고, 그 플라즈마로 상기 실리콘막을 케미컬 스퍼터링하여 500℃ 이하의 저온에서(환언하면 기판 온도를 500℃ 이하로 하여) 상기 기체 위에 직접, 입자지름이 20 nm 이하, 또는 입자지름 10 nm 이하의 실리콘 도트를 형성할 수 있다.
이와 같은 제 1, 제 2 방법에서는, 스퍼터 타깃이 되는 실리콘막의 형성을 위한 상기 실란계 가스 및 수소가스 유래의 플라즈마형성에서도, 또 상기 실리콘막을 스퍼터링하기 위한 수소가스 유래의 플라즈마형성에서도 그것들 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 이하인 플라즈마로 하는 것이 바람직하고, 3.0 이하인 플라즈마로 하는 것이 더욱 바람직하다. 0.5 이하인 플라즈마로 하여도 좋다. 그 이유는 다음의 제 3, 제 4 방법에 관련하여 설명한다.
(3) 제 3 실리콘 도트 형성방법(제 3 방법)
실리콘 스퍼터 타깃과 실리콘 도트 형성 대상 기체를 배치한 진공챔버 내에 수소가스를 도입하여 그 가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 진공챔버 내에 플라즈마 발광에서 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 플라즈마를 발생시키고, 그 플라즈마로 상기 실리콘 스퍼터 타깃을 케미컬 스퍼터링하여 500℃ 이하의 저온에서(바꾸어 말하면, 기판 온도를 500℃ 이하로 하여) 상기 기체 위에 직접, 입자지름이 20 nm 이하의 실리콘 도트를 형성하는 실리콘 도트 형성방법.
(4) 제 4 실리콘 도트 형성방법(제 4 방법)
실리콘 도트 형성 대상 기체를 배치한 진공챔버 내에 실란계 가스 및 수소가스를 도입하여 이들 가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 진공챔버 내에 플라즈마 발광에서 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 플라즈마를 발생시키고, 그 플라즈마에 의하여 500℃ 이하의 저온에서(바꾸어 말하면, 기판 온도를 500℃ 이하로 하여) 상기 기판 위에 직접, 입자지름이 20 nm 이하의 실리콘 도트를 형성하는 실리콘 도트 형성방법.
이와 같은 제 4 방법에서는 진공챔버 내에 실리콘 스퍼터 타깃을 배치하고 그 타깃의 플라즈마에 의한 케미컬 스퍼터링을 병용하여도 좋다.
상기 제 1 내지 제 4 방법 중 어느 것에서도 플라즈마에서의 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 10.0 이하로 설정하는 경우, 그것은 플라즈마 중의 수소원자 라디칼이 풍부한 것을 나타낸다.
제 1 방법에서의 스퍼터 타깃이 되는 진공챔버 내벽 상의 실리콘막의 형성을 위한 실란계 가스 및 수소가스로부터의 플라즈마형성에서, 또 제 2 방법에서의 스퍼터 타깃 기판 위에의 실리콘막의 형성을 위한 실란계 가스 및 수소가스로부터의 플라즈마형성에서, 상기 플라즈마에서의 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 10.0 이하, 더욱 바람직하게는 3.0 이하, 또는 0.5 이하로 설정하면 진공챔버의 내벽에, 또는 스퍼터 타깃 기판에 500℃ 이하의 저온에서 실리콘 도트 형성 대상 기판에의 실리콘 도트형성에 적합한 양질의 실리콘막(실리콘 스퍼터 타깃)이 원활하게 형성된다.
또, 상기 제 1 및 제 2 방법 및 상기 제 3 방법 중 어느 것에서도 실리콘 스퍼터 타깃을 스퍼터링하기 위한 플라즈마에서의 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 10.0 이하로, 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 기판 위에 형성할 수 있다.
또, 상기 제 4 방법에서도 실란계 가스 및 수소가스 유래의 플라즈마에서의 발광 강도비 [Si(288 nm)/Hβ]를 10.0 이하로, 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 쪽의 방법에서도 이와 같은 발광 강도비가 10.0 보다 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 지연되어 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.
발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]의 값은, 예를 들면 각종 라디칼의 발광 스펙트럼을 플라즈마 발광 분광 계측장치에 의하여 측정하고, 그 측정 결과에 의거하여 얻을 수 있다. 또 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]의 제어는, 도입 가스에 인가하는 고주파 전력(예를 들면 그 주파수나 전력의 크기), 실리콘 도트 형성시의 진공챔버 내 가스압, 진공챔버 내로 도입하는 가스(예를 들면 수소가스, 또는 수소가스 및 실란계 가스)의 유량 등의 제어에 의하여 행할 수 있다.
상기 제 1, 제 2 실리콘 도트 형성방법(단, 어느 것이나 스퍼터링용 가스로서 수소가스를 채용하는 경우) 및 제 3 실리콘 도트 형성방법에 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 기판 위에 결정핵의 형성이 촉진되고, 그 핵으로부터 실리콘 도트가 성장한다.
상기 제 4 실리콘 도트 형성방법에 의하면, 실란계 가스와 수소가스가 여기분해되어 화학반응이 촉진되고, 기판 위에 결정핵의 형성이 촉진되며, 그 핵으로부터 실리콘 도트가 성장한다. 제 4 방법에서 실리콘 스퍼터 타깃의 플라즈마에 의한 케미컬 스퍼터링을 병용하면, 그것에 의해서도 기판 위의 결정핵 형성이 촉진된다.
이와 같이 결정핵 형성이 촉진되어 실리콘 도트가 성장하기 때문에 미리 실리콘 도트 형성 대상 기체 위에 댕그링본드)나 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 기체 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 고밀도 또한 균일분포로 형성된다.
본 발명은 실리콘 도트 형성 대상 기체 위에 미소 입자지름의 실리콘 도트, 예를 들면 입자지름이 20 nm 이하, 더욱 바람직하게는 입자지름이 10 nm 이하의 실리콘 도트를 형성하고자 하는 것이다. 그러나 실제로는 극단적으로 작은 입자지름의 실리콘 도트를 형성하는 것은 곤란하고, 그것에는 한정되지 않으나, 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 형성방법에 의하면, 500℃ 이하의 저온하에서(바꾸어 말하면, 기체 온도를 500℃ 이하로 하여), 조건에 따라서는 400℃ 이하의 저온하에서(바꾸어 말하면 조건에 따라서는 기판 온도를 400℃ 이하로 하여), 기판 위에 실리콘 도트를 형성할 수 있기 때문에 기판 재료의 선택범위가 그만큼 넓어진다. 예를 들면 내열 온도 500℃ 이하의 저렴한 저융점 유리 기체에의 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 곤란해지기 때문에 다른 여러가지 조건에도 의하나, 대략 200℃ 이상의 온도에서(바꾸어 말하면, 기체 온도를 대략 200℃ 이상으로 하여) 실리콘 도트를 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제 4 실리콘 도트 형성방법과 같이, 플라즈마 형성용 가스로서 실란계 가스와 수소가스를 병용하는 경우, 상기 진공챔버 내에 실리콘 도트 형성용 진공챔버 내에 뒤에 부착하여 배치하는 경우, 그 타깃의 진공챔버 내에서의 배치로서는, 이것이 플라즈마에 의하여 케미컬 스퍼터링되는 배치이면 좋으나, 예를 들면 진공챔버 내 벽면의 전부 또는 일부를 따라 배치하는 경우를 들 수 있다. 챔버 내에 독립하여 배치하여도 좋다. 챔버 내벽을 따라 배치되는 것과, 독립적으로 배치되는 것을 병용하여도 좋다.
진공챔버의 내벽에 실리콘막을 형성하여 이것을 실리콘 스퍼터 타깃으로 하기도 하고, 실리콘 스퍼터 타깃을 진공챔버 내 벽면을 따라 배치하면 진공챔버를 가열함으로써 실리콘 스퍼터 타깃을 가열할 수 있고, 타깃을 가열하면 타깃이 실온인 경우보다 스퍼터되기 쉬워져 그만큼 고밀도로 실리콘 도트를 형성하기 쉬워진다. 진공챔버를 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 실리콘 도트 형성방법에서도 진공챔버 내에 도입되는 가스에의 고주파 전력의 인가는, 전극을 사용하여 행하나, 유도 결합형 전극, 용량 결합형 전극의 어느 것이나 채용할 수 있다. 유도 결합형 전극을 채용할때, 그것은 진공챔버 내에 배치하는 것도, 챔버 밖에 배치할 수도 있다.
진공챔버 내에 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 혼입 억제 등을 도모하여도 좋다.
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 수직자세에 배치하는 것)이 권장된다.
어쨌든 플라즈마형성을 위한 고주파 전력의 주파수로서는, 비교적 저렴하게 할 수 있는 13 MHz 정도 내지 100 MHz 정도의 범위의 것을 예시할 수 있다. 100 MHz보다 고주파수가 되면 전원 비용이 높아져 고주파 전력 인가시의 매칭이 취하기 어렵게 된다.
또, 어쨌든 고주파 전력의 전력밀도〔인가전력(W)/진공챔버용적(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.
<실리콘 도트 구조체>
이상 설명한 어느 하나의 실리콘 도트 형성방법으로 형성된 실리콘 도트를 포함하는 실리콘 도트 구조체도 본 발명에 포함된다.
<실리콘 도트 형성장치>
본 발명은, 또 본 발명에 관한 실리콘 도트 형성방법을 실시하기 위한 다음 의 제 1 내지 제 4의 실리콘 도트 형성장치도 제공한다.
(1) 제 1 실리콘 도트 형성장치
실리콘 도트 형성 대상 기체를 지지하는 홀더를 가지는 진공챔버와,
상기 진공챔버 내에 수소가스를 공급하는 수소가스공급장치와,
상기 진공챔버 내에 실란계 가스를 공급하는 실란계 가스공급장치와,
상기 진공챔버 내로부터 배기하는 배기장치와,
상기 진공챔버 내에 상기 수소가스공급장치로부터 공급되는 수소가스 및 상기 실란계 가스공급장치로부터 공급되는 실란계 가스에 고주파 전력을 인가하여 상기 진공챔버의 내벽에 실리콘막을 형성하기 위한 플라즈마를 형성하는 제 1 고주파 전력 인가장치와,
상기 실리콘막 형성 후에, 상기 진공챔버 내에 상기 수소가스공급장치로부터 공급되는 수소가스에 고주파 전력을 인가하여, 상기 실리콘막을 스퍼터 타깃으로 하여 케미컬 스퍼터링하기 위한 플라즈마를 형성하는 제 2 고주파 전력 인가장치와,
상기 진공챔버 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 플라즈마 발광 분광 계측장치를 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 플라즈마 발광 분광 계측장치에서 구해지는 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]와 10.0 이하의 범위에서 정한 기준발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 비교하여, 상기 진공챔버 내 플라즈마에서의 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]가 상기 기준 발광 강도비를 보이도록 상기 제 2 고주파 전력 인가장치의 전원 출력, 상기 수소가스공급장치로부터 상기 진공챔버 내에의 수소가스공급량 및 상기 배기장치에 의한 배기량 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 더 가지고 있어도 좋다.
어쨌든 제 1, 제 2 고주파 전력 인가장치는, 서로 일부 또는 전부가 공통이어도 좋다.
기준 발광 강도비는 3.0 이하, 또는 0.5 이하의 범위에서 정하여도 좋다.
(2) 제 2 실리콘 도트 형성장치
스퍼터 타깃 기판을 지지하는 홀더를 가지는 제 1 진공챔버와,
상기 제 1 진공챔버 내에 수소가스를 공급하는 제 1 수소가스공급장치와,
상기 제 1 진공챔버 내에 실란계 가스를 공급하는 실란계 가스공급장치와,
상기 제 1 진공챔버 내로부터 배기하는 제 1 배기장치와,
상기 제 1 진공챔버 내에 상기 제 1 수소가스공급장치로부터 공급되는 수소가스 및 상기 실란계 가스공급장치로부터 공급되는 실란계 가스에 고주파 전력을 인가하여 상기 스퍼터 타깃 기판 위에 실리콘막을 형성하기 위한 플라즈마를 형성하는 제 1 고주파 전력 인가장치와,
상기 제 1 진공챔버에 외부로부터 기밀하게 차단되는 상태로 이어서 설치(連設)되고, 실리콘 도트 형성 대상 기체를 지지하는 홀더를 가지는 제 2 진공챔버와,
상기 제 2 진공챔버 내에 수소가스를 공급하는 제 2 수소가스공급장치와,
상기 제 2 진공챔버 내로부터 배기하는 제 2 배기장치와,
상기 제 2 진공챔버 내에 상기 제 2 수소가스공급장치로부터 공급되는 수소가스에 고주파 전력을 인가하여, 상기 스퍼터 타깃 위의 실리콘막을 케미컬 스퍼터링하기 위한 플라즈마를 형성하는 제 2 고주파 전력 인가장치와,
상기 제 2 진공챔버 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 플라즈마 발광 분광 계측장치와,
실리콘막이 형성된 상기 스퍼터 타깃 기판을 상기 제 1 진공챔버로부터 제 2 진공챔버에 외기에 접촉시키지 않고 반입 배치하는 반송장치를 구비하고 있는 실리콘 도트 형성장치.
이 제 2 실리콘 도트 형성장치는 상기 제 2 실리콘 도트 형성방법을 실시할 수 있는 장치이다.
이 제 2 실리콘 도트 형성장치는, 제 2 고주파 전력 인가장치에 의한 플라즈마의 형성에서, 상기 플라즈마 발광 분광 계측장치에서 구해지는 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]와 10.0 이하의 범위에서 정한 기준 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 비교하여, 상기 제 2 진공챔버 내 플라즈마에서의 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]가 상기 기준 발광 강도비를 보이도록 상기 제 2 고주파 전력 인가장치의 전원 출력, 상기 제 2 수소가스공급장치로부터 제 2 진공챔버 내의 수소가스의 공급량 및 상기 제 2 배기장치에 의한 배기량 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 더 가지고 있어도 좋다.
어쨌든 제 1 진공챔버에 대해서도 상기 챔버 내의 플라즈마 발광에서의 파장 288 nm에서의 실리콘원자의 발광강도(Si)(288 nm)와 파장 484 nm 에서의 수소원자의 발광강도(Hβ)와의 비[Si(288 nm)/Hβ]를 구하는 플라즈마 발광 분광 계측장치를 설치하여도 좋다. 그 경우 또한 이 계측장치에 대하여 상기와 동일한 제어부을 설치하여도 좋다. 제 1 및 제 2 고주파 전력 인가장치는, 서로 일부 또는 전부가 공통이어도 좋다.
제 1, 제 2 수소가스공급장치도 서로 일부 또는 전부가 공통이어도 좋다.
제 1, 제 2 배기장치도, 서로 일부 또는 전부가 공통이어도 좋다.
상기한 반송장치의 배치로서는, 제 1 또는 제 2 진공챔버에 배치하는 예를 들 수 있다. 제 1, 제 2 진공챔버의 연설(連設)은, 게이트 밸브 등을 거쳐 직접적으로 연달아 설치하여도 좋고, 상기 반송장치를 배치한 진공챔버를 사이로 하여 간접적으로 연달아 설치하는 것도 가능하다.
어쨌든 기준 발광 강도비는, 3.0 이하, 또는 0.5 이하의 범위에서 정하여도 좋다.
제 2 진공챔버 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
실리콘 도트 형성 대상 기판을 지지하는 홀더를 가지는 진공챔버와, 상기 진공챔버 내에 배치되는 실리콘 스퍼터 타깃과, 상기 진공챔버 내에 수소가스를 공급하는 수소가스공급장치와, 상기 진공챔버 내로부터 배기하는 배기장치와, 상기 진공챔버 내에 상기 수소가스공급장치로부터 공급되는 수소가스에 고주파 전력을 인가하여 상기 실리콘 스퍼터 타깃을 케미컬 스퍼터링하기 위한 플라즈마를 형성하는 고주파 전력 인가장치와, 상기 진공챔버 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 플라즈마 발광 분광 계측장치를 포함하는 실리콘 도트 형성장치.
이 제 3 실리콘 도트 형성장치는 상기 제 3 실리콘 도트 형성방법을 실시할 수 있는 장치이다.
이 제 3 실리콘 도트 형성장치는, 플라즈마 발광 분광 계측장치에서 구해지는 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]와 10.0 이하의 범위에서 정한 기준발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 비교하여, 상기 진공챔버 내 플라즈마에서의 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]가 상기 기준 발광 강도비를 보이도록 상기 고주파 전력 인가장치의 전원 출력, 상기 수소가스공급장치로부터 상기 진공챔버 내에의 수소가스공급량 및 상기 배기장치에 의한 배기량 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 더 가지고 있어도 좋다.
기준 발광 강도비는 3.0 이하 또는 0.5 이하의 범위에서 정하여도 좋다.
(4) 제 4 실리콘 도트 형성장치
실리콘 도트 형성 대상 기체를 지지하는 홀더를 가지는 진공챔버와, 상기 진공챔버 내에 수소가스를 공급하는 수소가스공급장치와, 상기 진공챔버 내에 실란계 가스를 공급하는 실란계 가스공급장치와, 상기 진공챔버 내로부터 배기하는 배기장치와, 상기 진공챔버 내에 상기 수소가스공급장치 및 실란계 가스공급장치로부터 공급되는 가스에 고주파 전력을 인가하여 실리콘 도트 형성을 위한 플라즈마를 형성하는 고주파 전력 인가장치와, 상기 진공챔버 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 플라즈마 발광 분광 계측장치를 포함하는 실리콘 도트 형성장치.
이 제 4 실리콘 도트 형성장치는 상기 제 4 실리콘 도트 형성방법을 실시할 수 있는 장치이다.
이 제 4 실리콘 도트 형성장치는, 플라즈마 발광 분광 계측장치에서 구해지는 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]와 10.0 이하의 범위에서 정한 기준 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 비교하여, 상기 진공챔버 내 플라즈마에서의 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]가 상기 기준 발광 강도비를 보이도록 상기 고주파 전력 인가장치의 전원 출력, 상기 수소가스공급장치로부터 상기 진공챔버 내의 수소가스공급량, 상기 실란계 가스공급장치로부터 상기 진공챔버 내에의는 실란계 가스공급량 및 상기 배기장치에 의한 배기량 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 더 가지고 있어도 좋다.
기준 발광 강도비는 3.0 이하, 또는 0.5 이하의 범위에서 정하여도 좋다.
어쨌든 진공챔버 내에 실리콘 스퍼터 타깃을 배치하여도 좋다.
상기 제 1 내지 제 4의 어느 쪽의 실리콘 도트 형성장치에서도 상기 플라즈마 발광 분광 계측장치의 예로서, 플라즈마발광에서의 파장 288 nm 에서의 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.
이상 설명한 본 발명에 의하면, 저온에서 실리콘 도트 형성 대상 기체 위에 직접 입자지름이 갖추어진 실리콘 도트를 균일한 밀도분포로 형성할 수 있다.
또 본 발명에 의하면, 저온에서 실리콘 도트 형성 대상 기체 위에 직접, 입자지름이 갖추어진 실리콘 도트를 균일한 밀도분포로 형성할 수 있는 실리콘 도트 형성장치를 제공할 수 있다.
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(진공챔버 내압)의 제어 등을 행하는 회로예의 블럭도,
도 4는 실리콘 도트 형성의 다른 예를 나타내는 도,
도 5는 실리콘막을 형성하는 타깃 기판과 전극 등과의 위치관계를 나타내는 도,
도 6은 실험예에서 얻어진 실리콘 도트 구조체의 예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다.
<실리콘 도트 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, 진공챔버(1), 챔버(1) 내에 설치된 기판 홀더(2), 상기 챔버(1) 내의 기판 홀더(2)의 윗쪽영역에서 좌우에 설치된 한 쌍의 방전 전극(3), 각 방전 전극(3)에 매칭박스(41)를 거쳐 접속된 방전용 고주파 전원(4), 챔버(1) 내에 수소가스를 공급하기 위한 가스공급장치(5), 챔버(1) 내에 실리콘을 조성에 포함하는 (실리콘원자를 가진다) 실란계 가스를 공급하기 위한 가스공급장치(6), 챔버(1) 내로부터 배기하기 위하여 챔버(1)에 접속된 배기장치(7), 챔버(1) 내에 생성되는 플라즈마상태를 분석하기 위한 플라즈마 발광 분광 계측장치(8) 등을 구비하고 있다. 전원(4), 매칭박스(41) 및 전극(3)은 고주파 전력 인가장치를 구성하고 있다.
실란계 가스로서는 모노실란(SiH4) 외에 디실란(Si2H6), 4플루오르화규소(SiF4), 4염화규소(SiCl4), 디클로실란(SiH2Cl2) 등의 가스도 사용할 수 있다.
기판 홀더(2)는 기판 가열용 히터(2H)를 구비하고 있다.
전극(3)은 그 안쪽면에 절연성막으로서 기능시키는 실리콘막(31)을 미리 설치하고 있다. 또, 챔버(1)의 천정벽 내면 등에는 실리콘 스퍼터 타깃(20)을 미리 설치하고 있다.
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.
(l) 단결정 실리콘으로 이루어지는 타깃, 다결정 실리콘으로 이루어지는 타깃, 미세 결정 실리콘으로 이루어지는 타깃, 아몰퍼스 실리콘으로 이루어지는 타깃, 이들의 2 이상의 조합으로 이루어지는 타깃 중 어느 하나의 타깃,
(2) 상기 (1)에 기재된 어느 하나의 타깃으로서, 인(P), 붕소(B) 및 게르마늄(Ge)의 각각의 함유량이 모두 10 ppm 미만으로 억제된 실리콘 스퍼터 타깃,
(3) 상기 (1)에 기재된 어느 하나의 타깃으로서, 소정의 비저항을 나타내는 실리콘 스퍼터 타깃(예를 들면 비저항이 0.001 Ω·cm∼50 Ω·cm인 실리콘 스퍼터 타깃).
전원(4)은 출력 가변의 전원으로, 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 그것 이상의 것을 채용할 수도 있다.
챔버(1) 및 기판 홀더(2)는 모두 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, SiH4 등의 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 진공챔버(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.
<장치 A에서 수소가스를 사용하는 실리콘 도트 형성>
다음에 이상 설명한 실리콘 도트 형성장치(A)에 의한 기체(본예에서는 기판) (S)에의 실리콘 도트 형성예, 특히 플라즈마형성용 가스로서 수소가스만을 사용하는 경우의 예에 대하여 설명한다.
실리콘 도트 형성은, 진공챔버(1) 내의 압력을 0.1 Pa∼10.0 Pa의 범위의 것으로 유지하여 행한다. 진공챔버 내 압력은, 도시를 생략하고 있으나, 예를 들면 상기 챔버에 접속한 압력센서로 알 수 있다.
먼저, 실리콘 도트 형성에 앞서, 챔버(1)로부터 배기장치(7)에서 배기를 개시한다. 배기장치(7)에서의 컨덕턴스 밸브(도시생략)는 챔버(1) 내의 상기 실리콘 도트 형성시의 압력 0.1 Pa∼10.0 Pa을 고려한 배기량으로 조정하여 둔다.
배기장치(7)의 운전에 의하여 챔버(1) 내 압력이 미리 정하여 둔 압력 또는 그것보다 저하하면 가스공급장치(5)로부터 챔버(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(비용 등을 고려하면 예를 들면 1000∼8000 와트 정도), 수소가스 도입량, 챔버(1) 내 압력 등을 결정한다.
고주파 전력의 크기에 대해서는 또한 전극(3)에 인가하는 고주파 전력의 전력밀도〔인가전력(W : 와트)/진공챔버 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 챔버(1) 내의 기판 홀더(2)에 실리콘 도트 형성 대상 기체(본예에서는 기판)(S)를 설치하고, 그 기판(S)을 히터(2H)로 500℃ 이하의 온도, 예를 들면 400℃로 가열한다. 또 배기장치(7)의 운전으로 챔버(1) 내를 실리콘 도트 형성을 위한 압력으로 유지하면서 챔버(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 챔버(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.
<장치 A에서 수소가스와 실란계 가스를 사용하는 실리콘 도트 형성>
이상 설명한 실리콘 도트의 형성에서는 가스공급장치(6)에 있어서의 실란계 가스를 사용하지 않고, 수소가스만을 사용하였으나, 진공챔버(1) 내에 가스공급장치(5)로부터 수소가스를 도입함과 동시에 가스공급장치(6)로부터 실란계 가스도 도입하여 실리콘 도트를 형성할 수도 있다. 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 챔버(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 진공챔버(1) 내의 압력은 0.1 Pa∼10.0 Pa의 범위의 것으로 유지하도록 하여, 발광 분광 계측장치(8)에 의하여 발 광 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, 챔버(1) 내 압력 등을 결정한다.
고주파 전력의 크기에 대해서는 또한 전극(3)에 인가하는 고주파 전력의 전력밀도[인가전력(W)/진공챔버 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 진공챔버(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)/진공챔버 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.
이상 설명한 실리콘 도트 형성장치 A에서는, 전극으로서 평판형상의 용량 결합형 전극을 채용하고 있으나, 유도 결합형 전극을 채용할 수도 있다. 유전 결합형 전극의 경우, 그것은 막대형상, 코일형상 등의 각종 형상의 것을 채용할 수 있다. 채용갯수 등에 대해서도 임의이다. 유도 결합형 전극을 채용하는 경우에서 실리콘 스퍼터 타깃을 채용하는 경우, 상기 전극이 챔버 내에 배치되는 경우이든, 챔버 밖에 배치되는 경우이든, 상기 실리콘 스퍼터 타깃은 챔버 내 벽면의 전부 또 는 일부를 따라 배치하기도 하며, 챔버 내에 독립하여 배치하기도 하고, 그것들 양쪽의 배치를 채용하거나 할 수 있다.
또, 장치 A에서는 진공챔버(1)를 가열하는 수단(밴드히터, 전열매체를 통과시키는 가열재킷 등)의 도시가 생략되어 있으나, 실리콘 스퍼터 타깃의 스퍼터링을 촉진시키기 위하여 이와 같은 가열수단으로 챔버(1)를 가열함으로써 실리콘 스퍼터 타깃을 80℃ 이상으로 가열하여도 좋다.
<진공챔버 내압 등의 다른 제어예>
이상 설명한 실리콘 도트 형성에서는 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 향하여 상기한 출력 가변 전원(4)의 출력, 수소가스공급장치(5)에 의한 수소가스공급량, 실란계 가스공급장치(6)에 의한 실란계 가스공급량 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 진공챔버(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, 진공챔버(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∼100 W/L에 들어가도록 결정한다.
또한 수소가스 및 실란계 가스의 양쪽을 플라즈마형성을 위한 가스로서 채용하는 경우는, 그것들 가스의 진공챔버(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.
<실리콘 스퍼터 타깃의 다른 예>
이상 설명한 실리콘 도트 형성에서는 실리콘 스퍼터 타깃으로서 시장에서 입수할 수 있는 타깃을 진공챔버(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 진공챔버(1) 내에 기판(S)를 아직 배치하지 않고 수소가스와 실란계 가스를 도입하여 이들 가스에 전원(4)으로부터 고주파 전력을 인가하여 플라즈마화하고, 그 플라즈마에 의하여 진공챔버(1)의 내벽에 실리콘막을 형성한다. 이와 같은 실리콘막형성에서는 챔버벽을 외부 히터로 가열하는 것이 바람직하다. 그후 상기 챔버(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 다음의 방법을 채용하여도 좋다.
즉, 도 4에 개략 도시하는 바와 같이 실리콘 스퍼터 타깃형성을 위한 진공챔 버(10)를 상기한 진공챔버(1)에 게이트 밸브(V)를 거쳐 외부로부터 기밀하게 차단된 상태로 이어서 설치한다.
챔버(10)의 홀더(2')에 타깃 기판(100)을 배치하고, 배기장치(7')로 상기 진공챔버 내로부터 배기하여 상기 진공챔버 내압을 소정의 성막압으로 유지하면서 상기 챔버 내에 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 챔버 내 전극(3')에 고주파 전력을 인가함으로써 플라즈마를 형성한다. 상기 플라즈마에 의하여 히터(2H')로 가열한 타깃 기판(100) 위에 실리콘막을 형성한다.
그후, 게이트 밸브(V)를 개방하여 실리콘막이 형성된 타깃 기판(100)을 반송장치(T)로 진공챔버(1)내에 반입하여 챔버(1) 내의 대(SP) 위에 세트한다. 이어서 반송장치(T)를 후퇴시켜 게이트 밸브(V)를 기밀하게 폐쇄하고, 그리고 챔버(1) 내에서 상기 실리콘막이 형성된 타깃 기판(100)을 실리콘 스퍼터 타깃으로 하여 상기한 어느 하나의 방법으로, 챔버(1) 내에 배치된 기판(S) 위에 실리콘 도트를 형성한다.
도 5는 이와 같은 타깃 기판(100)과, 전극(3)(또는 3'), 챔버(10) 내의 히터(2H'), 챔버(1) 내의 대(SP), 기판(S) 등과의 위치관계를 나타내고 있다. 그것에는 한정되지 않으나, 여기서의 타깃 기판(100)은 도 5에 나타내는 바와 같이 대면적의 실리콘 스퍼터 타깃을 얻기 위하여 도어형으로 굴곡시킨 기판이다. 반송장치(T)는 상기 기판(100)을 전극 등에 충돌시키는 일 없이 반송할 수 있다. 반송장치 (T)는 기판(SP)을 진공챔버(1) 내에 반입하여 세트할 수 있는 것이면 좋고, 예를 들면 기판(100)을 유지하여 신축할 수 있는 아암을 가지는 장치를 채용할 수 있다.
챔버(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, 진공챔버(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, 진공챔버(10)와 진공챔버(1)의 사이에, 반송장치를 설치한 진공챔버를 배치하고, 상기 반송장치를 설치한 챔버를 게이트 밸브를 거쳐 챔버(10)와 챔버(1)에 각각 이어서 설치하여도 좋다.
<실험예>
(1) 실험예 1
도 1에 나타내는 타입의 실리콘 도트 형성장치를 사용하여, 단 실리콘 스퍼터 타깃은 채용하지 않고, 수소가스와 모노실란가스를 사용하여 기판 위에 직접 실리콘 도트를 형성하였다. 도트 형성조건은 이하와 같게 하였다.
기판 : 산화막(SiO2)으로 피복된 실리콘 웨이퍼
챔버용량 : 180 리터
고주파 전원 : 60 MHz, 6 kW
전력밀도 : 33 W/L
기판 온도 : 400℃
챔버내압 : 0.6 Pa
실란 도입량 : 3 sccm
수소 도입량 : 150 sccm
Si(288 nm)/Hβ : 0.5
도트 형성후, 기판 단면을 투과 전자현미경(TEM)으로 관측한 바, 각각 독립적으로 형성되고, 또 균일 분포이고 고밀도의 상태로 형성된 입자지름이 갖추어진 실리콘 도트를 확인할 수 있었다. TEM 상으로부터 50개의 실리콘 도트의 입자지름을 측정하고, 그 평균값을 구한 바, 7 nm 이고, 20 nm 이하, 다시 말하면 10 nm 이하의 입자지름의 실리콘 도트가 형성되어 있는 것이 확인되었다. 도트밀도는 약 1.4 × 1012개/㎠ 이었다. 도 5에 기판(S) 위에 실리콘 도트(SiD)가 형성된 실리콘 도트 구조체의 예를 모식적으로 나타낸다.
(2) 실험예 2
도 1에 나타내는 타입의 실리콘 도트 형성장치를 사용하고, 수소가스와 모노실란가스를 사용하여, 또한 실리콘 스퍼터 타깃도 병용하여 기판 위에 직접 실리콘 도트를 형성하였다. 도트형성 조건은 다음과 같았다.
실리콘 스퍼터 타깃 : 아몰퍼스 실리콘 스퍼터 타깃
기판 : 산화막(SiO2)으로 피복된 실리콘 웨이퍼
챔버용량 : 180 리터
고주파 전원 : 60 MHz, 4 kW
전력밀도 : 22 W/L
기판 온도 : 400℃
챔버내압 : 0.6 Pa
실란 도입량 : 1 sccm
수소 도입량 : 150 sccm
Si(288 nm)/Hβ : 0.3
도트 형성후, 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
도 1에 나타내는 타입의 실리콘 도트 형성장치를 사용하여, 단 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
챔버용량 : 180 리터
고주파 전원 : 60 MHz, 4 kW
전력밀도 : 22 W/L
기판 온도 : 400℃
챔버내압 : 0.6 Pa
수소 도입량 : 100 sccm
Si(288 nm)/Hβ : 0.2
도트 형성후, 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 nm 이하, 다시 말하면 10 nm 이하의 입자지름의 실리콘 도트가 형성되어 있는 것이 확인되었다. 도트 밀도는 약 2.0 × 1012개/㎠ 이었다.
(4) 실험예 4
도 1에 나타내는 타입의 실리콘 도트 형성장치를 사용하여, 먼저 진공챔버(1)의 내벽에 실리콘막을 형성하고, 이어서 그 실리콘막을 스퍼터 타깃으로 하여 실리콘 도트를 형성하였다. 실리콘막 형성조건 및 도트 형성조건은 이하와 같았다.
. 실리콘막 형성조건
챔버 내벽 면적 : 약 3 ㎡
챔버용량 : 440 리터
고주파 전원 : 13.56 MHz, 10 kW
전력밀도 : 23 W/L
챔버 내벽 온도 : 80℃(챔버 내부에 설치한 히터로 챔버를 가열)
챔버 내압 : 0.67 Pa
모노실란 도입량 : 100 sccm
수소 도입량 : 150 sccm
Si(288 nm)/Hβ : 2.0
. 도트 형성조건
기판 : 산화막(SiO2)으로 피복된 실리콘 웨이퍼
챔버용량 : 440 리터
고주파 전원 : 13.56 MHz, 5 kW
전력 밀도 : 11 W/L
챔버 내벽 온도 : 80℃(챔버 내부에 설치한 히터로 챔버를 가열)
기판 온도 : 430℃
챔버 내압 : 0.67 Pa
수소 도입량 : 150 sccm(모노 실란가스는 사용하지 않았다.)
Si(288 nm)/Hβ : 1.5
도트 형성후, 기판의 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. 도트 밀도는 약 7.3 × 1011개/㎠ 이었다.
(5) 실험예 5
도 1에 나타내는 타입의 실리콘 도트 형성장치를 사용하여, 먼저 진공챔버(1)의 내벽에 실험예 4에서의 실리콘막 형성조건으로 실리콘막을 형성하고, 이어서 상기 실리콘막을 스퍼터 타깃으로 하여 실리콘 도트를 형성하였다. 도트 형성조건은 챔버 내 압력을 1.34 Pa로 하고, Si(288 nm)/Hβ를 2.5로 한 이외는 실험예 4와 동일하게 하였다.
도트 형성후, 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. 도트 밀도는 약 7.0 × 1011개/㎠이었다.
(6) 실험예 6
도 1에 나타내는 타입의 실리콘 도트 형성장치를 사용하여, 먼저 진공챔버(1)의 내벽에 실험예 4에서의 실리콘막 형성조건으로 실리콘막을 형성하고, 이어서 상기 실리콘막을 스퍼터 타깃으로 하여 실리콘 도트를 형성하였다. 도트 형성조건은, 챔버 내 압력을 2.68 Pa로 하고, Si(288 nm)/Hβ를 4.6으로 한 이외는 실험예 4와 동일하게 하였다.
도트 형성후, 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, 13 nm 이고, 20 nm 이하의 입자지름의 실리콘 도트가 실질적으로 형성되어 있는 것이 확인되었다. 도트 밀도는 약 6.5 × 1011개/㎠이었다.
(7) 실험예 7
도 1에 나타내는 타입의 실리콘 도트 형성장치를 사용하여, 먼저 진공챔버(1)의 내벽에 실험예 4에서의 실리콘막 형성조건으로 실리콘막을 형성하고, 이어서 상기 실리콘막을 스퍼터 타깃으로 하여 실리콘 도트를 형성하였다. 도트 형성조건은 챔버내 압력을 6.70 Pa로 하고, Si(288 nm)/Hβ를 8.2로 한 이외는 실험예 4와 동일하게 하였다.
도트 형성후, 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. 도트 밀도는 약 6.1 × 1011개/㎠ 이었다.
본 발명은, 단일 전자장치 등의 전자장치 재료나 발광재료 등으로서 사용되는 미소 입자지름의 실리콘 도트의 형성에 이용할 수 있다.

Claims (35)

  1. 진공챔버 내에 실란계 가스 및 수소가스를 도입하여, 이들 가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 진공챔버 내에 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마에 의하여 상기 진공챔버의 내벽에 실리콘막을 형성하는 실리콘막 형성공정과,
    내벽에 실리콘막이 형성된 상기 진공챔버 내에 실리콘 도트 형성 대상 기체를 배치하고, 상기 진공챔버 내에 스퍼터링용 가스를 도입하여 상기 가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 진공챔버 내에 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마로 상기실리콘막을 스퍼터 타깃으로 하는 케미컬 스퍼터링을 행하여 상기 기체 위에 실리콘 도트를 형성하는 실리콘 도트 형성공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
  2. 제 1 진공챔버 내에 타깃 기판을 배치하고, 상기 제 1 진공챔버 내에 실란계 가스 및 수소가스를 도입하여 이들 가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 제 1 진공챔버 내에 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마에 의하여 상기 타깃 기판 위에 실리콘막을 형성하여 실리콘 스퍼터 타깃을 얻는 스퍼터 타깃 형성공정과,
    상기 제 1 진공챔버로부터 제 2 진공챔버 내에, 상기 스퍼터 타깃 형성공정에서 얻은 실리콘 스퍼터 타깃을 외기에 접촉시키지 않고 반입 배치함과 동시에, 상기 제 2 진공챔버 내에 실리콘 도트 형성 대상 기체를 배치하고, 상기 제 2 진공챔버 내에 스퍼터링용 가스를 도입하여, 상기 가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 제 2 진공챔버 내에 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마로 상기 실리콘 스퍼터 타깃의 실리콘막을 케미컬 스퍼터링하여 상기 기체 위에 실리콘 도트를 형성하는 실리콘 도트 형성공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 실리콘 도트 형성공정에서는, 상기 실리콘 도트 형성 대상 기체를 배치한 진공챔버 내에 상기 스퍼터링용 가스로서 수소가스를 도입하여, 상기 수소가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 진공챔버 내에 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마로 상기 실리콘막을 케미컬 스퍼터링하여, 500℃ 이하의 저온에서 상기 기체 위에 직접 입자지름이 20 nm 이하의 실리콘 도트를 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 실리콘 도트 형성공정에서는, 상기 기체 위에 직접 입자지름이 10 nm 이하의 실리콘 도트를 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 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 도트 형성방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 발광강도비[Si(288 nm)/Hβ]가 3.0 이하인 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
  7. 실리콘 스퍼터 타깃과 실리콘 도트 형성 대상 기체를 배치한 진공챔버 내에 수소가스를 도입하여 상기 가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 진공챔버 내에 플라즈마발광에서 파장 288 nm 에서의 실리콘원자의 발광강도(Si)(288 nm)와 파장 484 nm에서의 수소원자의 발광강도(Hβ)와의 비[Si(288 nm)/Hβ]가 10.0 이하인 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마로 상기 실리콘 스퍼터 타깃을 케미컬 스퍼터링하여 500℃ 이하의 저온에서 상기 기체 위에 직접 입자지름이 20 nm 이하의 실리콘 도트를 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]가 3.0 이하인 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 기체 위에 직접 입자지름이 10 nm 이하의 실리콘 도트를 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
  10. 실리콘 도트 형성 대상 기체를 배치한 진공챔버 내에 실란계 가스 및 수소가스를 도입하여 이들 가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 진공챔버 내에 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 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마에 의하여 500℃ 이하의 저온에서 상기 기체 위에 직접 입자지름이 20 nm 이하의 실리콘 도트를 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]가 3.0 이하인 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
  12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 기체 위에 직접 입자지름이 10 nm 이하의 실리콘 도트를 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
  13. 제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공챔버 내에 실리콘 스퍼터 타깃을 배치하여 상기 플라즈마에 의한 상기 타깃의 케미컬 스퍼터링을 병용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방 법.
  14. 제 7항 내지 제 9항 또는 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 스퍼터 타깃으로서, 스퍼터 타깃 형성용 진공챔버 내에 타깃 기판을 배치하고, 상기 진공챔버 내에 실란계 가스 및 수소가스를 도입하여 이들 가스에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 진공챔버 내에 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마에 의하여 상기 타깃 기판 위에 실리콘막을 형성하여 얻은 실리콘 스퍼터 타깃을 채용하고, 상기 실리콘 스퍼터 타깃을 상기 스퍼터 타깃 형성용 진공챔버로부터 상기 실리콘 도트 형성 대상 기체를 배치하는 진공챔버 내에 외기에 접촉시키지 않고 반입 배치하여 사용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
  15. 제 7항 내지 제 9항 또는 제 13항 또는 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 스퍼터 타깃으로서 인(P), 붕소(B) 및 게르마늄(Ge)의 각각의 함유량이 모두 10 ppm 미만으로 억제된 실리콘 스퍼터 타깃을 채용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
  16. 제 7항 내지 제 9항 또는 제 13항 또는 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 스퍼터 타깃으로서 비저항이 0.001Ω·cm∼50Ω·cm인 실리콘 스퍼터 타깃을 채용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
  17. 제 7항 내지 제 9항 또는 제 13항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 스퍼터 타깃은 상기 진공챔버 내벽을 따라 배치되어 있고, 상기 진공챔버를 가열함으로써 상기 실리콘 스퍼터 타깃을 80℃ 이상으로 가열하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
  18. 제 10항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실란계 가스와 수소가스와의 상기 진공챔버 내에의 도입 유량비(실란계 가스유량/수소가스유량)는 1/200∼1/30 인 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
  19. 제 10항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실란계 가스의 도입유량이 1 sccm∼5 sccm 이고, [실란계 가스의 도입유량(sccm)/진공챔버용적(리터)]이 1/200∼1/30인 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
  20. 제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공챔버 내에 도입되는 가스에의 고주파 전력의 인가는, 상기 진공챔버 내에 배치되고, 실리콘 또는 알루미늄을 함유하는 전기 절연성막으로 피복된 전극을 사용하여 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
  21. 제 1항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 형성시의 상기 진공챔버 내 압력이 0.1 Pa∼10.0 Pa 인 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
  22. 제 1항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공챔버 내에 도입되는 가스에의 고주파 전력의 인가는,
    상기 진공챔버 내에 배치됨과 동시에 상기 기체에 대하여 수직하게 배치된 용량 결합형 전극을 사용하여 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
  23. 제 1항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공챔버 내에 도입되는 가스에의 고주파 전력의 인가는, 유도 결합형 전극을 사용하여 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
  24. 제 1항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 전력의 주파수는 13 MHz∼100 MHz인 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
  25. 제 1항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 전력의 전력밀도[인가전력(W)/진공챔버용적(L : 리터)]가 5 W/L∼ 100 W/L인 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성방법.
  26. 제 1항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 기재된 실리콘 도트 형성방법에 의하여 형성된 실리콘 도트를 가지는 실리콘 도트 구조체.
  27. 실리콘 도트 형성 대상 기체를 지지하는 홀더를 가지는 진공 챔버와,
    상기 진공챔버 내에 수소가스를 공급하는 수소가스공급장치와,
    상기 진공챔버 내에 실란계 가스를 공급하는 실란계 가스공급장치와
    상기 진공챔버 내로부터 배기하는 배기장치와,
    상기 진공챔버 내에 상기 수소가스공급장치로부터 공급되는 수소가스 및 상기실란계 가스공급장치로부터 공급되는 실란계 가스에 고주파 전력을 인가하여 상기 진공챔버의 내벽에 실리콘막을 형성하기 위한 플라즈마를 형성하는 제 1 고주파 전력 인가장치와,
    상기 실리콘막 형성 후에, 상기 진공챔버 내에 상기 수소가스공급장치로부터 공급되는 수소가스에 고주파 전력을 인가하여 상기 실리콘막을 스퍼터 타깃으로 하여 케미컬 스퍼터링하기 위한 플라즈마를 형성하는 제 2 고주파 전력 인가장치와,
    상기 진공챔버 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 계측장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성장치.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 고주파 전력 인가장치 중, 적어도 제 2 고주파 전력 인가장치에 의한 플라즈마의 형성에 있어서, 상기 플라즈마발광 분광 계측장치로 구해지는 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]와 10.0 이하의 범위로부터 정한 기준 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 비교하여 상기 진공챔버 내 플라즈마에서의 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]가 상기 기준 발광 강도비를 보이도록 상기 제 2 고주파 전력 인가장치의 전원출력, 상기 수소가스공급장치로부터 상기 진공챔버 내에의 수소가스공급량 및 상기배기장치에 의한 배기량 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 더 가지고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성장치.
  29. 스퍼터 타깃 기판을 지지하는 홀더를 가지는 제 1 진공챔버와,
    상기 제 1 진공챔버 내에 수소가스를 공급하는 제 1 수소가스공급장치와
    상기 제 1 진공챔버 내에 실란계 가스를 공급하는 실란계 가스공급장치와,
    상기 제 1 진공챔버 내로부터 배기하는 제 1 배기장치와,
    상기 제 1 진공챔버 내에 상기 제 1 수소가스공급장치로부터 공급되는 수소가스 및 상기 실란계 가스공급장치로부터 공급되는 실란계 가스에 고주파 전력을 인가하여 상기 스퍼터 타깃기판 위에 실리콘막을 형성하기 위한 플라즈마를 형성하는 제 1 고주파 전력 인가장치와,
    상기 제 1 진공챔버에 외부로부터 기밀하게 차단되는 상태에서 이어서 설치되어 실리콘 도트 형성 대상 기체를 지지하는 홀더를 가지는 제 2 진공챔버와,
    상기 제 2 진공챔버 내에 수소가스를 공급하는 제 2 수소가스공급장치와,
    상기 제 2 진공챔버 내로부터 배기하는 제 2 배기장치와,
    상기 제 2 진공챔버 내에 상기 제 2 수소가스공급장치로부터 공급되는 수소가스에 고주파 전력을 인가하여 상기 스퍼터 타깃 위의 실리콘막을 케미컬 스퍼터링하기 위한 플라즈마를 형성하는 제 2 고주파 전력 인가장치와,
    상기 제 2 진공챔버 내의 플라즈마발광에서의 파장 288 nm에서의 실리콘원자의 발광강도(Si)(288 nm)와 파장 484 nm에서의 수소원자의 발광강도(Hβ)와의 비[Si(288 nm)/Hβ]를 구하는 플라즈마발광 분광 계측장치와,
    실리콘막이 형성된 상기 스퍼터 타깃 기판을 상기 제 1 진공챔버로부터 제 2 진공챔버에 외기에 접촉시키지 않고 반입 배치하는 반송장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성장치.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 제 2 고주파 전력 인가장치에 의한 플라즈마의 형성에 있어서, 상기 플라즈마발광 분광 계측장치로 구해지는 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]와 10.0 이하의 범위로부터 정한 기준 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 비교하여 상기 제 2 진공챔버 내 플라즈마에서의 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]가 상기 기준 발광 강도비를 보이도록 상기 제 2 고주파 전력 인가장치의 전원출력, 상기 제 2 수소가스공급장치로부터 제 2 진공챔버 내에의 수소가스공급량 및 상기 제 2 배기장치에 의한 배기량 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 더 가지고 있는 것을 특징으로 하는 실리 콘 도트 형성장치.
  31. 실리콘 도트 형성 대상 기체를 지지하는 홀더를 가지는 진공챔버와, 상기 진공챔버 내에 배치되는 실리콘 스퍼터 타깃과, 상기 진공챔버 내에 수소가스를 공급하는 수소가스공급장치와, 상기 진공챔버 내로부터 배기하는 배기장치와, 상기 진공챔버 내에 상기 수소가스공급장치로부터 공급되는 수소가스에 고주파 전력을 인가하여 상기 실리콘 스퍼터 타깃을 케미컬 스퍼터링하기 위한 플라즈마를 형성하는 고주파 전력 인가장치와, 상기 진공챔버 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 계측장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성장치.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 플라즈마발광 분광 계측장치로 구해지는 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]와 10.0 이하의 범위로부터 정한 기준 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 비교하여 상기 진공챔버 내 플라즈마에서의 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]가 상기 기준 발광 강도비를 보이도록 상기 고주파 전력 인가장치의 전원출력, 상기 수소가스공급장치로부터 상기진공챔버 내에의 수소가스공급량 및 상기 배기장치에 의한 배기량 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 더 가지고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성장치.
  33. 실리콘 도트 형성 대상 기체를 지지하는 홀더를 가지는 진공 챔버와, 상기 진공챔버 내에 수소가스를 공급하는 수소가스공급장치와, 상기 진공챔버 내에 실란계 가스를 공급하는 실란계 가스공급장치와, 상기 진공챔버 내로부터 배기하는 배기장치와, 상기 진공챔버 내에 상기 수소가스공급장치 및 실란계 가스공급장치로부터 공급되는 가스에 고주파 전력을 인가하여 실리콘 도트 형성을 위한 플라즈마를 형성하는 고주파 전력 인가장치와, 상기 진공챔버 내의 플라즈마발광에서의 파장 288 nm 에서의 실리콘원자의 발광강도(Si)(288 nm)와 파장 484 nm에서의 수소원자의 발광강도(Hβ)와의 비[Si(288 nm)/Hβ]를 구하는 플라즈마발광 분광 계측장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성장치.
  34. 제 33항에 있어서,
    상기 플라즈마발광 분광 계측장치로 구해지는 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]와 10.0 이하의 범위로부터 정한 기준 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]를 비교하여 상기 진공챔버 내 플라즈마에서의 발광 강도비[Si(288 nm)/Hβ]가 상기 기준 발광 강도비를 보이도록 상기 고주파 전력 인가장치의 전원출력, 상기 수소가스공급장치로부터 상기진공챔버 내에의 수소가스공급량, 상기 실란계 가스공급장치로부터 상기 진공챔버 내에의 실란계 가스공급량 및 상기 배기장치에 의한 배기량 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 더 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 도트 형성장치.
  35. 제 27항 내지 제 34항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마발광 분광 계측장치는, 플라즈마발광에서의 파장 288 nm 에서의 실리콘원자의 발광강도(Si)(288 nm)를 검출하는 제 1 검출부와, 플라즈마발광에서의 파장 484 nm에서의 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 특징으로 하는 실리콘 도트 형성장치.
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