TW436896B - Polycrystalline silicon thin film forming method and thin film forming apparatus - Google Patents

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gas
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thin film
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Akinori Ebe
Naoto Kuratani
Eiji Takahashi
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Nissin Electric Co Ltd
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Description

經濟部智慧財產局員工消費合作杜印制衣 4 3 6 B 9 6 A7 B7 五、發明說明（1 ) 〔發明所屬之技術領域] 本發明有關於以等離子c VD法之多結晶矽薄膜之形 成方法，以及可使用於多結晶矽薄膜之形成之薄膜形成裝 置。 〔先前技術〕 以往做爲設於液晶顯示裝置上之畫素之TFT (薄膜 電晶體）開關之材料，或各種積體電路，太陽電池等之製 作上採用有矽薄膜。 矽薄膜在很多時係藉使用矽烷系反應氣體之等離子 C V D法所彤成，該時該薄膜大部份是非晶形薄膜。 由於非晶形矽薄膜乃可以使被成膜基板之溫度比較低 之下可以形成，以使用平行平板型之電極之高頻放電（頻 數1 3 . 5 6MH z )之下之材料氣體之等離子之下很容 易形成大面積，由此緣故該薄膜乃一向廣汎的使用於液晶 顯示裝置之畫素用開關設置，太陽電池等等。 惟在於利用矽膜之太陽電池之發電效率之進一步提高 ，利用矽膜之半導體裝置之回應速度等特性之進一步提向 係無法求助於非晶形矽膜。因此正被檢討結晶性矽薄膜（ 例如多結晶形矽薄膜）之利用。 關於如多結晶矽薄膜之結晶性矽薄膜之形成方法已習 知之方法有：將被成膜基板之溫度維持於6 0 0°C〜 7 0 0°C以上之溫度而藉：低壓等離子CVD，熱CVD 等之CVD法，真空蒸著法，濺射蒸著法等之PVD法來 ^1 ϋ ϋ n I 1· n a— I ϋ I I a— IV^dJ_ n n n n n n It I 線 (請先w讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -4- α 3 689 6 Α7 _ Β7 五、發明說明（2) 請 先 閲 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 本 頁 形成膜之方法，或藉由各種CVD法或PVD法而在於比 較的低溫之下形成非晶形矽薄膜之後做爲後處理，而實施 在於8 0 0°C程度以上之熱處理，或在6 0 0°C程度而實 施長時間之熱處理等等方法。 再者’對於非晶形矽膜上施予雷射退火處理而將該膜 結晶化之方法亦習知也。 〔本發明所欲解決之問題〕 > 惟在上述方法其中，須將基板曝露於高溫之方法時， 使用之基板需要可以耐受高溫之高價基板，例如在低廉之 低融點玻璃基板（耐熱溫度5 0 0 °C以下）形成結晶性矽 薄膜乃很困難，因此如欲製造多結晶矽薄膜時之製造成本 有變高之問題。 再者如採用雷射退火法時，雖然可以在低溫下可獲得 結晶性矽薄膜，惟須要雷射照射過程，及須照射非常高能 量密度之雷射光等等，此時也引起製造成本之提高。 於是本發明乃以提供一種，在比較的低溫之下，低廉 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ’且生產性良好的可以形成多結晶矽膜之多結晶矽薄膜之 形成方法爲其課題之一。 又本發明乃提供一種在比較的低溫之下，低廉且生產 性良好的可以形成多結晶矽薄膜之薄膜形成裝置爲其課題 〔解決課題之手段〕 -5- 本纸張尺度遇用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 43689 6 a? _B7__ 五、發明說明（3 ) 爲了解決上述之問題，本發明等處心積慮硏究之結果 獲得了下述之學識及技術。 導入於成膜室內之有矽原子之材料氣體〔例如四氟化 矽（SiF4) ’四氯化矽（Si Cl4)等之氣體）與氫 氣體之混合氣體或矽烷系反應氣體〔例如甲矽烷（S i H4 )’二矽烷（Si2H6)，三矽烷（Si3H6)等氣體〕 係由於形成等離子而被分解，形成多數之分解生成物（各 種基或離子），其中對於形成矽薄膜有貢獻基可舉出， S i H3’，S 1 H2*，S i H·。在矽薄膜之成長過程中決 定所形成之膜之構造者乃在基板上之表面反應，可推想爲 ，存在於基板表面之矽之未結合手與這些基反應而引起膜 之推疊。 再者，在矽薄膜之結晶化中須要儘量抑制將具有未結 合手之矽原子或與矽原子結合之氫原子被取入於膜中爲要 _，爲了此，而在被形成之膜表面上設法增加氫原子之被覆 率，雖然1該被覆基板表面以及被覆在被形成之膜表面之 氫原子之能減低該與具有未結合手之_矽原子所結合之氫原 子等之被取入之膜中之詳細的原理機構，惟可能推想爲矽 原子之未結合手與氫之充分結合而可以使它氣化所致。反 正如增加了在基板表面之氫原子之被覆率，就可減少具有 未結合手之矽原子，或與矽原子結合之氫原子之被取入於 膜中之情形。爲了使基板表面之氫原子之被覆率之增加率 起見，經常由等離子中對於基板有氫原子基之飛來才行。 於是設法提高等離子中之氫原子基之密度係很重要之事情 n n I IV n ki ϋ H· ϋ _ n m t (請先閱讀背面之注意事項再填寫本5 ) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 -6- 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 4 3θβ95 Α7 _____Β7____ 五、發明說明（4 ) ，依本發明之硏究，提高等離子中之氫原子基之密度之程 度如果設法使，等離子中之S i 基之發光強度對氫原子 基（H/3)之發光強度比爲1以上，換言之 (氫原子基（H/3)之發光強度）/(SiH_基之發光強度）>1 地提高氫原子基之密度就可以形成良質之多結晶矽薄膜也 本發明乃依據上述之硏究所得者，由而提供（1 )多 結晶矽薄膜形成方法，及（2 )薄膜形成裝置=> (1 )多結晶矽薄膜形成方法 由具有矽原子之材料氣體與氫原子之混合氣體，或由 矽烷系反應氣體而形成等離子，以該等離子狀態控制爲， 該等離子中之S i H’基之發光強度對於氫原子基（H召） 之發光強度比爲1以上，而在該等離子狀態之下，在於基 板上形成多結晶矽薄膜爲其特徵之多結晶矽薄膜形成方法 〇 依本發明之多結晶矽薄膜形成方法，即不需要以往之 後續之後熱處理或雷射退火處理之下，生產性良好的可獲 得良質之多結晶矽薄膜也。 再者，依本發明之多結晶矽薄膜形成方法時，得於在 4 0 0 °C以下之低溫而在基板上形成多結晶矽薄膜，所以 得採用耐熱性低之低廉之基板做爲基板，例如可以採用價 本紙張尺度適用尹國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---II----1ΪΙ· 1^—! — —! (請先閱讀背面之注帝爹項再填寫本頁) 436896 A7 B7__ 五、發明說明（5 ) (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 廉之低融點玻璃基板（耐熱溫度5 0 0 °C以下）|該份量 也可以形成低廉之多結晶矽薄膜，引至該份量可降低，利 用矽薄膜之液晶顯示裝置，太陽電池，各種半導體設備等 等之價格而提供。 上述之具有矽原子之材料氣體乃可以例示，四氟化矽 (S i F 4 )，四氯化矽（SiCl4)等之氣體，又矽烷 系反應氣體即可以例示甲矽烷（Si H4)，二矽烷（ S i 2 Η 6 )，三矽烷（Si3H8)等之氣體。 等離子中之S i 基之發光強度對於氫原子基（Η泠 )之發光強度比〔即（氫原子基（H；S)之發光強度）/ (S 1 基之發光強度）〕（下面略稱爲「HyS/S i 」）係1以上地控制該等離子狀態乃，以發光分光法計測 氣體之解離狀態，而設法控制等離子狀態成爲，該對形成 矽薄膜之基之一之S i H’（ 4 1 4 nm之出現）之發光強 度對於氣原子基Η /3 ( 4 8 6 n m之出現之發光強度比爲 1以上。 關於Hy3/S i H·之上限即在多結晶矽薄膜之形成上 不會有妨礙之範圍地可以採用大値*雖不做特別之限定， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 惟爲了不致於招到後述之不合宜之離子之增加起見，雖然 不限定惟以2 0以下程度爲宜。 等離子狀態之控制乃，具體的說，由下述之：爲了形 成等離子用之投入電力之大小；導入於成膜室之氣體之流 量；成膜室內之成膜氣體壓力等；中之一或二以上之控制 而可以實施。 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） 43 S8 9 6 -V A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（6) 例如’使投入電力（瓦特數）加大時即氣體分解較容 易’惟投入電力太大時，即離子會增至無法忽略之程度， 如果減低成膜氣體壓力時離子會減少，惟同時氫原子基也 會減少。例如採用具有矽原子之材料氣體與氫氣體之混合 氣體時，如果增加氫氣體導入量時，就可以一面抑制離子 之增加一面可以增加氫原子基。考量上述之各條件之下， 適當的控制投入電力之小，導入於成膜室之氣體之流量， 成膜室內之成膜氣體壓力等之一種或二..種以上由而以能獲 得所欲之等離子狀態地控制等離子就可以。 依本發明方法來形成多結晶矽薄膜時，對於基板表面 ，進一步即被形成之膜表面就會有與「基」一齊等離子中 之離子也會飛過來，惟如果離子入射太多時，被形成之膜 會受損傷同時也會妨礙矽之結晶化。 等離子中之離子之朝基板表面之入射能乃等離子電位 所影響，由等離子電位與基板表面電位之差而獲得。 依本發明人等之硏究，如果將等離子之電位設定於 6 Ο V以下時，相當的可以抑制離子朝基板之入射，再者 如果可以使產生於等離子中之離子之密度予以減少地控制 等離子也可以減少離子之入射數。 於是有關於本發明之多結晶矽薄膜形成方法中，在於 控制等離子時，可以將等離子電位控制於6 Ο V以下|或 替代於它或同時，在於等離子狀態之控制時，使等離子中 之離子密度控制爲5xl01() (Cm—3)以下地實施等離 子狀態之控制亦可以。 . . 一 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ί Τ ί 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -9- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 43 689 6 ^ A7 __ B7 五、發明說明（7 ) 關於等離子電位之下限乃，只要能形成多結晶矽薄膜 時即不做特別之限定，惟以例如等離子之能安定地持續之 狀態等觀點，雖不做限定，例如採用1 0 V程度以上。 又關於在等離子中所產生之離子之密度乃，對於形成 多結晶矽薄膜上不.妨礙之範圍內愈低愈好，惟以等離子之 安定持續之觀點，雖不做限定，例如可以採用1 X 1 0 8 ( c m - 3 )程度以上。 本發明方法中，等離子之形成（產生）乃代表的可以 在放電之狀態下形成。此時以往所用之平行平板型之電極 構造之形成等離子相比較時，採用圓筒形電極爲放電用電 極之形成等離子時，更能有效率的進行氣體之分解。因爲 _爲了使發光強度比（H0/ SiH·)爲1以上起見提 高等離子中之原子狀氫基之密度起見須要有效率的分解所 導入之氣體，而氣體之分解乃由等離子中之高速電子與氣 體分子之衝突而會引起。並且等離子中之電子乃隨應於賦 加電壓之變動而在電極間移動（運動），在此間與氣體分 子碰衝。所以在以往所使用之平行平板型之電極構造時由 於電極間距離短，所以在電極間之電子之移動中電子之碰 衝於氣體分子之次數少，所以氣體之分解不容易進行。這 一點，在於圓筒形放電電極時，即做爲該相向之電極而可 採用成膜室內壁或與它同電位之基板保持器等等，由而可 以使電極間距離加長，以資增加電子之移動中之電子與氣 體分子相碰衝之次數而有效率地可以分解氣體。再者在採 用圓筒形放電電極時即通常以該圓筒形放電電極之圓筒形 — — — — — — — — — — — — — 1111111 — — — — — — I— 1 -* C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） -10- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 43S39 64, a? Β7 五、發明說明（8 > 中心軸線之能對於基板面成垂直或略垂直的予以設置就可 以。 再者在本發明之方法中等離子之產生乃代表性的乃在 放電狀態下可以形成，此時使用於發生等離子之放電之放 電用電源係，以往一般所使用之1 3 · 5 6MH z之高頻 電源也可以，惟，由於增加頻數即可以使每單位時間之電 子之電極間移動次數，更有效率的引起氣體分解，所以使 用例如6 Ο Μ Η z以上之高頻電源就容·易使發光強度比（ Η泠/ S 1 Η ’）加大。 於是有關本發明之多結晶矽薄膜形成方法乃，使上述 等離子在於放電狀態下產生，而使用於該放電之放電電極 即使用圓筒形電極亦可以。再者，與它同時或替化它的將 頻數6 ΟΜΗ ζ以上之高頻電源做爲使用於放電之放電用 電源也可以。 使用頻數6 ΟΜΗ ζ以上之高頻電源時，關於頻數之 上限乃只要可以形成多結晶矽薄膜者即不需要特別的限定 ，惟如頻數太高時，即等離子產生領域有被限制之趨向， 所以可以使之限於例如微波級之頻數（代表的以2 . 4 5 G Η ζ )程度也。 再者，由氣體分解所發生之氫原子基之壽命很短，其 一部份會到達於基板上，惟大部份即與近鄰之氫原子基或 S iH3‘基，S iH2·，S ιΗ·等之基再結合，所以應使 氫原子基之到達於基板之間*盡量不會碰到其他之基令成 膜時之氣體壓力較低爲宜，所以與以往之等離子C VD法 — — I I I I------I I - I - I J · . (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -11 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 435^96? 五、發明說明（9 ) 之一般的成膜壓力之數百mTo r r〜數To r Γ而以 2 OmT o r r以下，更合宜時，即1 〇mT〇 r r以下 之成膜壓力乃更能使所產生之氫原子基有效率的到達於基 板上。 所以有關於本發明之多結晶矽薄膜形成方法，成膜胃 體壓力係可以維持於2 OmTo r r以下，甚至]_ 〇 m T 〇 r r以下。 關於成膜氣體壓之下限乃只要可以形成多結晶砂薄膜 者不做特別之限定，惟爲了順暢的形成等離子等起見以 ◦ . lmTo r r程度爲宜。 成膜時之基板溫度乃只要可以維持於4 0 〇 °C以下， 至於成膜時之基板溫度之下限乃，只要可以形成多結晶砂 薄膜即不特別的限定，惟通常爲室溫或膜形成裝置之週邊 溫度程度。 在這裏梢回過頭來討論，以當在於上述基板上形成多 結晶矽薄膜時，首先將該基板設置於成膜室內，將該成膜 室內予以排氣減壓而設定成膜氣體壓、’同時對於導入於該 成膜室內之上述具有矽原子之材料氣體與氫氣體之混合氣 體或矽烷系反應氣體之成膜原料氣體賦加高頻電力來形成 等離子之情形來硏討。即在此種多結晶矽薄膜成形中，爲 了使，例如發光強度比（Ηθ/S iiT)爲1以上，且等 離子電位V p爲6 0 V以下即如下述的實施就可以。 詳述之，當上述發光強度比小於1 ，等離子電位爲 6 0 V以下時，即增加上述高頻電力。而上述發光強度比 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) .12 · ------------ I 1111111 · - - - ---- <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 436S96 五、發明說明（1〇) 爲1以上|而等離子電位大於6 Ο V時，即調整從上述成 膜室內之排氣量，以資增加上述成膜氣體壓力，而上述發 光強度比小於1 ，等離子電位大於6 Ο V時，就可以藉對 於上述成膜室內之減少上述原料氣體導入量而設定發光強 度比1以上，且等離子電位6 Ο V以下之條件就可以。而 這些操作乃視其必要將複數依序實施亦可以 當上述發光強度比係小於1，等離子電位爲6 Ο V以 下時，增加高頻電力時，即可以使等離子之解離度增加， 發光強度比會上昇，所以等離子電位在維持6 Ο V以下之 狀態地可以使發光強度比朝1以上變化。 又，當上述發光強度比爲1以上，且等離子電位大於 6 Ο V時，即調整從上述成膜室內之排氣量由而增加上述 成膜氣體壓力時，即由於平均自由行程之減少所致之來自 各離子之電場之能量之授與之減少，所以可以維持發光強 度比1以上之狀態下，等離子電位會朝6 Ο V以下變化。 又，當發光強度比小於1 ，等離子電位大於60V時 ，如果減少對於上述成膜室內之上述原料氣體導入量時， 即可以改善由於氣體供給所致之對於氣體分子之能量之供 給不足，發光強度比乃朝1以上地變化，而後如果等離子 電位大於6 Ο V時即增加成膜氣體就可以。 又在於上述等離子狀態之控制時，將等離子狀態控制 成爲等離子中之離子密度之成爲5X101。（cm_3)以 下來形成多結晶矽薄膜也可以。 又在對上述成膜原料氣體賦加上述高頻電力時，採用 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） _ 13 - n .^1 .^1 .^1 tt n ί n t n I— I n 1 1 n l n I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 3 68 9 6 A7 __ B7 五、發明說明（11 ) 蓮接於高頻電源之圓筒形放電電極也可以。 -H I ϋ ^ I n n I I I I H I * I I ~請先閲讀背面之注意ί項再填寫本頁) 當對於上述成膜原料氣體賦加上述高頻電力時，使用 頻數60MHz以上之高頻電力做爲該高頻電力亦可以。-成膜氣體壓力可以維持於2〇mT〇 r r以下。 成膜時之基板溫度可以維持於4 0 0°C以下。 (2 )薄膜形成裝置 .線1 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 主要係具有，可設置被成膜基板之成膜室，設置於該 成膜室內，連接於放電用電源之等離子之形成用之放電用 電極，爲了供給於該成膜室內用於成膜之氣體之氣體供給 裝置，以及由該成膜室予以排氣之排氣裝置之藉由等離子 C V D之薄膜形成裝置中，具備有，用於實施等離子狀態 之計測之用之發光分光計測裝置及探頭測定裝置，以及依 據該發光分光計測裝置以及探頭測定裝置之檢測資料而將 等離子狀態維持於規定之狀態地至少控制由上述放電用電 力供給（代表的爲投入電力之大小），由氣體供給裝置之 氣體之供給（代表的爲供給氣體流量），以及由上述排氣 裝置之排氣中之至少一項用之控制部而構成爲其特徵之薄 膜形成裝置。 依此薄膜形成裝置時，即在成膜室內之規定位置設置 被成膜基板，而運轉排氣裝置，從成膜室內施予排氣，另 一方面爲了從氣體供給裝置導入成膜用之氣體至成膜室內 ，從放電用電極實施放電而可以將該氣體予以等離子化， 在該等離子之下，在基板上可以實施對於基板上成膜，此 -14 - 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 436896 ___B7_____ 五、發明說明（12 ) <請先閱讀背面之注意事項再填窵本頁) 時依據發光分光計測裝置及探頭測定裝置之檢出之資訊， 由控制將等離子狀態維持於規定之狀態地，控制：從上述 放電用電源之電力供給，從氣體供給裝置之氣體之供給， 以及由上述排氣裝置之排氣等，其中之至少一個，（又從 氣體供給裝置之氣體供給及由排氣裝置之排氣之控制乃也 對於成膜氣體壓之控制有關連）由而可以形成所欲之薄膜 〇 例如將上述氣體供給裝置設爲可以供給：具有矽原子 之材料氣體（例如四氟化矽（Si F4)，四氯化矽（ S i C 1 4)等之氣體與氫氣體之混合氣體，或矽烷系反應 氣體（例如甲矽烷（S i Η 4 )、二矽烷（S i 2 Η 6 )， 三矽烷（Si 3Hs)等之氣體。 而上述控制部乃設疋爲可以控制成：由上述發光分光 計測裝置所求得之成膜室內等離子中之S i Η ’基之發光強 度對於氫原子基（Η /3)之發光強度比之能成爲規定之値 ，或及又由探頭測定裝置所檢出之等離子電位之能呈顯規 定之値地， 經濟部智慧財產局具工消費合作社印製 控制：上述從放電用電源之電力供給，從氣體供給裝 置之氣體供給及由上述排氣裝置之排氣等得控制其中之至 少一者，以資在上述基板上形成規定之（規定之結晶性等 等）矽膜薄膜也。 又再例示時，即在於基板上可以形成多結晶矽薄膜地 ，使上述氣體換給裝置設爲可以供給：具有矽原子之材料 氣體與氫氣體，或矽烷系反應氣體，而令上述控制部設爲 15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 436896 > 五、發明說明（13) (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) ，能使由上述發光分光計測裝置所求得之成膜室內之等離 子中之S i 基之發光強度對於氫原子基（ΗΘ)之發光 強度比爲1以上地控制。從上述放電用電源之電力供給， 從上述氣體供給裝置之氣體之供給，以及由上述排氣裝置 之排氣等，其中之至少一個地予以構成亦可以。 或，在於基板上可以形成多結·晶矽薄膜地，設上述氣 體供給裝置爲可以供給具有矽原子之材料氣體與氫原子， 或可以供給矽烷系反應氣體者。又上述控制部即設爲*由 上述發光分光計測裝置所求得之成膜室內等離子中之 5 i 基之發光強度對於氫原子基（ΗΘ)之發光強度比 爲1以上•且以上述探頭測定裝置所求之等離子電位爲 6 Ο V以下地，可以控制：從上述放電用電源之電力供給 ，從氣體供給裝置之氣體供給，以及由上述排氣裝置之排 氣等，至少其中之一者地予以構成亦可以。此裝置中等離 子電位之下限乃只要可以形成多結晶矽薄膜時即不做特別 的限制，惟例如雖不做限定惟從可以安定的持續等離子之 觀點而例如設爲1 0 V程度以上就可以。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 再者，如後者地，使發光強度比控制爲1以上，且等 離子電位爲6 Ο V以下地予以控制時，即亦可以使上述放 電用電源係高頻電源，上述控制部乃，令當對於上述被成 膜基板上形成多結晶矽薄膜時，爲了可以將上述發光強度 比設定爲1以上，且等離子電位設定爲6 Ο V以下之條件 地，
當上述發光強度比係小於1而等離子之電位爲6 0 V -16 - 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公蹵） 五、發明說明（14) 以下時，增加由上述高頻電源所供給之電力， 當上述發光強度比爲1以上而等離子電位大於6 Ο V 時，即調整由上述排氣裝置所實施之從成膜室之排氣量以 資增加成膜室內之成膜氣體壓， 當上述發光強度比小於1而等離子電位大於6 0V時 ，即減少由上述氣體供給裝置之對於成膜室內之氣體供給 量也。 在上述任一個爲了形成多結晶矽薄膜用之薄膜形成裝 置時，均如上述方法中所述，關於H/S/S i 之上限乃 ，在於對於形成多結晶矽薄膜上沒有妨礙之範圍地可以採 用大的値不做特別的限定，惟爲了不會招致後面所說明之 不合宜之離子之增加雖不做限定，惟以2 0以下程度爲宜 〇 依如上述爲了形成多結晶薄膜之薄膜形成裝置時不需 要以往之後熱處理或雷射退火之處理之下以良好之生產性 的可以獲得良質之多結晶矽薄膜。 再者’以4 0 0 °C以下之低溫地在基板上得於形成多 結晶矽膜板’所以該基板乃可採用耐熱性低之低廉之基板 ，例如可採用廉價之低融點玻璃基板（耐熱溫度5 0 0°C 以下）該份量地可以以低廉地形成多結晶矽薄膜，甚至由 而該份量地以低廉的價格而提供矽薄膜之液晶顯示裝置， 太陽電池，各種半導體裝置。 將有關於本發明之薄膜形成裝置使用於這種爲了形成 多結晶矽薄膜形成之薄膜形成裝置時，以如上述之有關本 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------太--- t請先M·讀背面之注意事項再填寫本頁》 la. 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -17- Α7 Λ3δ89β ^ _____J7____ 五、發明說明（15 ) <請先閱讀背面之注意事項再填寫本買) 發明之多結晶矽薄膜形成方法所述之理由而做成爲下述之 薄膜形成裝置亦可以。又將下述之①〜④所述之同樣之理 由而做成如下述之薄膜形成裝置亦可以。或將下述之①〜 ④所述之特徵在不構成妨礙之範圍地適宜的予以組合採用 之薄膜形成裝置也可以。_ ① 上述控制部乃，再令由上述探頭測定裝置所求得之 等離子中之離子密度之成爲5 X 1 01G ( cm — 3)以下地 施予控制，從上述放電用電源之電力供給，從氣體供給裝 置之氣體供給以及由上述排氣裝置之排氣等至少其中之一 者。 產生於等離子之離子之密度乃在形成多結晶矽薄膜上 不妨礙之範圍內愈低愈好，惟從使等離子之安定地持續等 觀點，雖不限於它，可採用例如1 X 1 〇 8 ( c m — 3 )程 度以上。 ② 上述放電用電極爲圓筒形電極之形成多結晶矽薄膜 用之薄膜形成裝置。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 ③ 供給上述放電用電源係頻數6.0 ΜΗ z以上之電力 之電源之多結晶矽薄膜形成用之薄膜形成裝置。 關於該放電用電源之頻數之上限乃，只要是可以形成 多結晶矽薄膜者均可不做特別限制，惟由於頻數太高時會 有限制等離子之產生領域之趨勢，因此例如可採用微波級 之頻數（代表的2.45GHz)程度也。 ④ 上述控制部乃使成膜氣體壓力可維持於2 0 mT 〇 r r以下或1 OmT 〇 r r以下地控制從上述氣體 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局貝工消費合作社"製 Α7 Β7 五、發明說明（16 ) 供給裝置之氣體供給裝置，及由上述排氣裝置之排氣中之 至少一方之爲了形成多結晶矽薄膜用之薄膜形成裝置。 關於成膜氣體壓力之下限，即只要可以形成多結晶矽 薄膜時就不做特別的限定，惟爲了順暢的產生等離子等理 由以0 _ lmTo r r程度以上爲宜。 (發明之實施形態） 下面參照圖面說明本發明之實施形態。 第1圖所示之薄膜形成裝置乃包含有：成膜室（等離 子形成室）1 ，設置於該室內之基板保持器2 ，在該室內 設置於基板保持器2上方之圓筒形放電電極3，介著匹配 箱4 1而連接於放電電極3之放電用高頻電源4，對於成 膜室導入爲了成膜用之氣體之氣體供給裝置5，爲了從成 膜室內排氣而連接於成膜室之排氣裝置6，用於計測形成 於成膜室內之等離子狀態用之發光分光計測裝置7及探頭 測定裝置8，以及依據發光分光計測裝置7及探頭測定裝 置8之檢出資料而控制：由電源4之投入電力，從氣體供 給裝置之氣體供給及成膜室內之成膜壓力中之至少一項， 以資獲得規定之等離子狀態的予以控制之控制部9也。又 這些全體乃依據主電腦1 〇 0之指示來動作。圖中標號 11係實施訊號之送受訊整理之中間之傳遞裝置。 基板保持器2係具備有基板加熱用加熱器2 Η。 圓筒形放電電極3乃使其圓筒中心軸線略垂直地交叉 於設置於基板保持器2之被成膜基板S之中心部地被設置 本紙張尺度適用中固0家標準（CNS>A4規格（210x 297公釐） .19- — I — — — — — —— — — — ^-----!| 訂----- &請先閱讀背面之注意事項再填貧本頁) 五、發明說明（17 ) 〇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 電源4乃依控制部9之指示而可變其輸出之電源，將 可供給頻數60MHz之高頻電力。 成膜室1及基板保持器2乃一齊被接地。 氣體供給裝置5乃在本例中可以供給單矽烷（S i H4 )氣體者，除了 S i 氣體源之外包含有省略了圖示之閥 ，依控制部9之指示而實施流量調整之質量流量控制器 5 1 等。 > 排氣裝置6乃除了排氣栗之外包含有依控制部9之指 示實施排氣流量調整之閥（本例中係電導閥（conductance Valve ) 6 1 等。 發光分光計測裝置7乃檢測出，由氣體分解之產生物 之發光分光光譜，以資求出S i 基之發光強度對於氫原 子基（ΗΘ)之發光強度比（H/5/S i ΗΓ)者。 Η召/S i Η ’乃考慮了裝置之感度之校正而由下式求 之。 發光強度比（H 卢 / S i H ‘）= (Ib X a b)/(Ia X a a) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 I a : S iH‘（414nm)之發光強度，aa :裝 置上之4 1 4 nm之補正係數 lb :H/3 (486nm)之發光強度，ab :裝置 上之在4 8 6 nm之補正係數。 探頭測定裝置8乃藉蘭米爾測定儀（Lang muu prove -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 3 S8 9 6 - Α7 ______ Β7 五、發明說明（18 ) (請先閱讀背面之注意事項再填落本頁) )來測定等離子狀態之裝置’ 一方面可檢測出等離子之電 壓電流特性，同時由該特性而可算出等離子電位，離子密 度，電子密度，以及電子溫度者。 第2圖係表示依本發明之薄膜形成裝置之其他例之槪 略構成。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第2圖所示之薄膜形成裝置乃平行平板型電極構造之 等離子CVD裝置，包含有成膜室（等離子形成室）1〇 ，設置於該室內之接地電位之備有加熱器2 Η之基板保持 器2，在該室內而設置於基板保持器2之上方之平板形之 放電電極3 1 ，介著匹配箱4 1而連接於放電電極3 1之 放電用高頻電源4，對於成膜室內導入爲了成膜用之氣體 之氣體供給裝置5，爲了從成膜室內施予排氣而連接於成 膜室之排氣裝置6，用於計測形成於成膜室內之等離子狀 態之發光分光計測裝置7及探頭測定裝置8，依據發光分 光計測裝置7及探頭測定裝置8之檢測資料而控制：由電 源4之投入電力，從氣體供給裝置5之氣體供給，以及成 膜室內之成膜壓力等其中之至少一項以資獲得規定之等離 子狀態地予以控制之控制部9者。又這些全體均依照主電 腦1 0 0之指示來動作。又圖中之標號1 1乃實施訊號之 送受訊整理之中間之傳遞裝置。 本裝置係除了成膜室（等離子形成室）1 0及放電電 極3 1之各形態之點外與第1圖所示之裝置同樣者。 在第1圖及第2圖所示之任一薄膜形成裝置中，均在 於成膜室內之基板保持器2上設置被成膜基板S，視必要 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 3〇896 a? ___ B7 五、發明說明（19 ) 而加熱爲規定之溫度，運轉排氣裝置6從成膜室內排氣， 另一面從氣體供給裝置5供給甲矽烷氣體至成膜室內，由 放電用電極3 (31)放電，由而將該氣體等離子化，在 該等離子之下對於基板S可形成薄膜也。此時控制部9乃 ，以使藉發光分光.計測裝置7所求得之成膜室內等離子中 之S i H’基之發光強度，對於氫原子基（H^S)之發光強 度比（H/3/S i IT)之能成爲規定之値，或/及由探頭 測定裝置8所檢出之等離子電位之可顯示規定之値地，控 制：從上述放電用電源4之投入電力之大小，從氣體供給 裝置5之氣體供給量，再由該氣體供給量及（或）藉由上 述排氣裝置6之排氣量之調整之成膜壓力等之至少一項， 由而在基板S上可以形成規定之（規定之結晶性等）之矽 薄膜也。 特別是，將上述控制部9設定爲可控制成爲：由發光 分光計測裝置7所求得之成膜室內等離子中之S i H'基之 發光強度對於氫原子基ίΗ/3)之發光強度比爲1以上’ 或再由探頭測定裝置8所求得之等離子電位可成爲6 Ο V 以下地，將由放電用電源4所投入之電力之大小，由氣體 供給裝置5之氣體供給量’再藉由該氣體供給量及（或） 由排氣裝置6之排氣量之調整所致之成膜壓力等，其中至 少控制一項，由而在基板S上，以4 0 0 °C以下之基板溫 度而生產性良好的可以形成多結晶矽薄膜也。 爲了順暢的形成良質之多結晶矽薄膜起見，再如下述 的實施也可以。 I I--—I— illlln ^·ϋ--—線 锖先閲t背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐> -22- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 3 6896 a? B7 玉、發明說明（20 ) ①以等離子中之離子密度能成爲5 X 1 01° ( cm-3 )以下地以控制部9來控制，由放電用電源4之投入電力 之大小 > 由氣體供給裝置5之氣體供給量，再由藉該氣體 供給量及（或）由上述排氣裝置6之排氣量之調整所致之 成膜壓力等其中之一項也可以。 0爲了使成膜氣體壓爲2 OmT 〇 r r以下，最好是 1 OmT 〇 r r以下起見，以控制部9來控制由氣體裝置 5之氣體供給量及（或）由排氣裝置6:之排氣量也可以。 下面說明形成矽薄膜之實驗例。 (實驗例1 ) 對於使用第1圖所示之圓筒形電極3之裝置之基板保 持台2上設定了玻璃基板之後，以排氣裝置6從成膜室1 內真空排氣至2 X 1 0 — 6 T 〇 r r。此後維持原狀的做排 氣，另一方由氣體供給裝置5而一面導入甲矽烷（s i H4 )5 s c cm，由電源4而對於圓筒電極3賦加6 0 ΜΗ z，2 0 0W之高頻電力，在成膜室1內引起放電， 將導入氣體予以等離子化，於是在玻璃基板上形成了砂薄 膜500A，在此間成膜氣體壓力係2 . OmTo r r以 下，基板溫度係維持於4 0 0 °C。 以雷射拉曼分光法來評鑑了所獲得矽薄膜之結晶性， 結果確認爲多結晶较薄膜。 再者，拉曼分光法乃，對於以往之等離子C VD法所 形成之非結晶形之構造（拉曼移位=4 8 0 cm — 1)而檢 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 23 - --------— In -----I ^ - I I I I — I 11^. (請先w讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 3ΒΒ96 Α7 — Β7 五、發明說明（21 ) --------------農— itit·先W讀背面之注意事項再填s'本頁) 出結晶化砂之（拉曼移位=5 1 5〜5 2 0 cm_1)峰値 ，於是確認了結晶性。又關於依拉曼分光法之結晶性之評 鑑法在下述之例中也同樣者。 第3圖表示，S i H4導入量5 C cm，放電電力 2 0 0W時之S i 等離子之發光分光光譜。在同圖中可 見隨應於由氣體分解所產生之形成物之發光光譜，可以看 出：對於矽之推疊有貢獻之S i 之發光在於4 1 4 nm，氫原子基（ΗΘ )之發光在4 8·6 nm中可觀測出 ，由而可知在等離子中有多數之S i H·或氫原子基。 而，發光分光計測裝置7所求得之S i IT基（4 1 4 nm)之發光強度對於氫原子基（H/3)之發光強度之比 (H 点 /SiH，）爲 1.10(aa:0.0145， ab:0.0167)也。 -線. 再者第4圖乃，在實施上述實驗例1之形成膜時，將 •氣體導入量及放電電力做種種變化時之等離子之狀態〔發 光強度比（Η /3 / S i H J與離子密度〕與矽結晶性之關 係。 _ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如第4圖中以（黑大點）所示可獲得多結晶矽薄膜乃 在任何之離子密度均處於該發光強度比（H^S/S i Η’） 爲1 · 0以上之狀態。發光強度比（Η /3 / S i tT)小於 1.0時，即如第4圖中以□(空白方塊）所示，被形成 爲非結晶矽薄膜。又如離子密度增加時，即會妨礙結晶化 ，在結晶化時需很高之發光強度比（Η ^ / S i Η _)所以 可知爲了有效的獲得多結晶矽薄膜應將離子密度抑制在5 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） 436896 A7 B7 五、發明說明（22) xl〇1Q/cm3以下爲宜。 (實驗例2及實驗例3 ) 做爲實驗例2，以第1圖所示之薄膜形成裝置來形成 矽薄膜，做爲實驗例3，以第2圖所示之薄膜形成裝置來 形成矽薄膜。 實驗例2之成膜條件 > 基板 玻璃基板 SiH4導入量 5 s c c m
放電電力 60MHz ，300W 基板溫度 4 0 0 t
成膜氣體壓力 安定的可以維持放電之2mTo r r 成膜膜厚 5 0 0 A (請先閱讀背面之注意事項再填客本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製
實 驗 例 3 之成膜 條 件 基 板 玻 璃基板 S i Η 4導入量 5 s c c m 放 電 電 力 6 0 Μ Η z 1 3 0 0 W 基 板 溫 度 4 0 0 °C 成 膜 壓 力 安定 的 可維持放電 之 1 5 0 m Τ ο 成 膜 膜 厚 5 0 0 A 將以拉曼分光法來評鑑藉實驗例2、3所獲得之矽薄 - ·· I i ί i 3 \ w » - * V / 3 A7 B7 436896 五、發明說明（23) {锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 膜之結晶性’結果，在實驗例2認了已形成多結晶砂膜， 惟在實驗例3即確定爲非結晶形矽薄膜。按等離子中之發 光強度比（H/S/S i H·)乃實驗例2爲1以上，而實驗 例3乃小於1。 (實驗例4及實驗例5 ) 實驗例4，5乃由高頻電力之頻數之觀點之實驗例。 實驗例4係以第1圖所示之薄膜彤成裝置來形成矽薄 膜，實驗例5乃在第1圖所示之薄膜形成裝置中，該放電 電源4用13 . 56MHz ，300W之電源來替代以資 形成矽薄膜。。 實驗例4之成膜條件 基板 玻璃基板 SiH.i 導入量 5sccm
放電電力 60MHz，300W
基板溫度 400 °C 成膜氣體壓力 2mTorr 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製
成膜膜厚 5 0 0 A 實驗例5之成膜條件 基板 玻璃基板
SiH4導入量 5sccm
放電電力 13 . 56MHz ，300W -26- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） ^3 6896 A7 _____B7 五、發明說明（24)
基板溫度 40CTC 成膜壓力 2mT〇rr 成膜膜厚 5 0 0 A 以拉曼分光法來評鑑了以實驗例4，5所獲得之矽薄 膜之結晶性’結果實驗例4係確認形成了多結晶矽薄膜， 實驗例5即確認爲非結晶形矽薄膜。按等離子中之發光強 度比（Η石/ S i Η ·)乃實驗例4爲；！以上，而實驗例中 由於放電頻數係1 3 · 5 6 Μ Η ζ太小所以小於1。 (實驗例6及實驗例7 ) 實驗例6 ，7均由成膜氣體壓之觀點之實驗例。 對於實驗例6，7之任一例，均以第1圖所示之薄膜 形成裝置來形成矽薄膜。 實驗例6之成膜條件 基板 玻璃基板 SiH4導入量 5sccm
放電電力 60MHz，300W 基板溫度 4 0 0 t 成膜氣體壓力 2mTorr
成膜膜厚 5 0 0 A 實驗例7之成膜條件 本紙張尺度遶用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------農— ί請先閱1*·背面之注意事項再填寫本頁)
扣6’ I i線 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 •27- 4 3S896 ^ A7 _ B7 五、發明說明（25 )
基板 玻璃基板 SiHi導入量 5sccm 放電電力 60MHz ，300W 基板溫度 4 0 0 °C 成膜壓力 5〇m_Torr 成膜膜厚 5 0 0 A 以拉曼分光法評鑑了以實驗例6、> 7所獲得之矽薄膜 之結晶性，結果實驗例6乃確認形成了多結晶矽薄膜，惟 實驗7即確認形成了非結晶形矽薄膜：等離子中之發光強 度比（H jS / S i ίΤ )乃實驗例爲1以上，而實驗例7即 由於成膜壓力爲50mTo r r之高，所以小於1，又等 離子中之離子密度即實驗例7者高於實驗例6。 請 先 閲 讀. 背 面 之 注 意 事 項 再 I 本 頁 (實驗例8 ) 使用第2圖所示之裝置而形成矽薄膜。 成膜條件如下。 被成膜基板 無鹼玻璃基板及Si-Wafer<100> 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 S i Η 4導入量 放電電力 Η " S 1 Η · 等離子電位 電子溫度 成膜氣體壓力
3 0 s c c m 60MHz ，800W
4 5V
V 1x10— 3Torr -28- 本紙張尺度適用尹國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 43 6896 五、發明說明（26 )
基板溫度 400 °C
成膜膜厚 500A {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 以 FT — I R (傳利葉變換（Fourier transfor mation )紅外分光法）、雷射拉曼分光法來做氫濃度評鑑，結晶 性評鑑。
關於FT— IR，即定量了 2000cm-1之S i — H ( Stretching-band )吸收峰値積分強度，而顯示了 5 X 1 0 2 ° c m - 3以下獲得對於以往之試料（非結晶形矽膜） 2 X 1 0 2 2 c m — 3有很大的減少之結果。 第5圖係表示由實驗例8所獲得之矽薄膜及以往之非 結晶形矽薄膜之以擂射拉曼分光法所測之拉曼移位及拉曼 散亂強度之關係。 依拉曼分光法之結晶性評鑑之結果，對於以往之試料 (非結晶形構造’拉曼移位=4 8 0 cm ^而檢出結晶 化矽（拉曼移位=5 1 5〜5 2 0 cm_1)峰値，確認了 矽薄膜之結晶性。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 結晶尺寸即確認了有1 0 0 A〜2 0 0 0 A之結晶粒 〇 又除了上述實驗例8之外，對於該實驗例8而對於放 電電力，導入氣體流量，成膜氣體壓力之等離子控制參數 等等做種種之變化，惟關於H/S/S i 爲1以上及等離 子電位即維持6 0 V以下，而形成了矽薄膜，結果任一實 驗均對於F T - I R即對於以往例之試料（非結晶形矽膜 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 X 297公釐〉 4 3S89 6 · Α7 Β7 五、發明說明（27 ) )2xl〇22cm_3有很大的減少之改善之結果。又以拉 曼分光法確認形成了多結晶矽薄膜。 (請先閱讀背面之注f項再填寫衣頁) 下面參照第6圖，說明有關本發明之又一其他例。 第2圖所示之薄膜形成裝置乃實質上與第2圖所示之 薄膜形成裝置相同構成之平行平板型電極構造之等離子C V D裝置。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 包含有，成膜室（等離子產成室）1 0，設置於該室 內之接地電位之備有加熱器2 Η之基板保持器2，在該室 內而設置於基板保持器2之上方之平方形之放電電極31 ，介著匹配箱41連接於放電電極31之放電用高頻電源 4，對於成膜室內導入成膜用氣體之氣體供給裝置5，爲 了從成膜室排氣而連接於成膜室之排氣裝置6，用於計測 形成於成膜室內之等離子狀態用之分光分光計測裝置7及 探頭測定裝置8，依據發光分光計測裝置7及探頭測定裝 _置8之檢出資料來控制：由電源4之投入電力，由氣體供 給裝置5之氣體之供給，或成膜室內之成膜壓力（成膜氣 體壓力）使之可獲得規定之等離子狀^態地予以控制之控制 部9 ’而成。 再者，本裝置係備有基板開啓器S Τ，該開啓器ST 乃藉由驅動部D之驅動而往復移動於設置於保持器2上之 覆罩基板2之位置及露出該基板S之退避位置之間。又這 些全體均依照主電腦1 0 0之指示來動作。 圖中標號11係實施訊號之送受訊整理之中間傳遞裝 置° -30- 本紙張尺度適用中圉國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公芨〉 A7 B7 五、發明說明（28) 電源4係依來自控制部9’之指示而可變輸出之電源 ’可以供給頻數6 OMH z之高頻電力。 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 氣體供給裝置5在本例中乃供給甲矽烷（S i Η 4 )氣. 體者，除了 S 1 Η4氣體源之外包含有省略了圖示之閥，及 依控制部9 ’之指示來實施流量控制以資調節成膜室1 0 ’ 之氣體供給量之質量流量控制器51等。 排氣裝置6乃除了排氣泵之外也包含有依控制部9’ 之指示來實施排氣量調整，由而調節成膜室1 內之成 膜壓力（成膜氣體壓）之閥（本例中爲電導閥）6 1等。 開啓器驅動部D係依控制部9 ’之指示之下移動開啓 器。 發光分光計測器7乃與第1圖或第2圖所示之發光分 光計測器相同者，檢測出由氣體分解之形成物之發光分光 光譜，且備有：記憶所檢測出之S i Η基及氫原子基（ Η卢）之各發光強度之記億器，以及而由記憶於該記憶器 之各發光強度而求出發光強度比（H^/S 1 Η’）之計算 部等。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又本例中H y9/S i Η*乃考慮了裝置之感度之校正而 如上述，以發光強度比（HA/S i tr) = ( I bxab )/(Iaxaa)求得。 探頭測定裝置乃與第1圖及第2圖所示之探頭測定裝 置一樣，依蘭米爾測定儀來測定等離子狀態之裝置’備有 依探頭測定資料以計算求出等離子電位之計算部等等。 第6圖所示之薄膜形成裝置乃’在成膜室1 〇’內之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐） -31 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 BBSS：»' A7 __ B7 五、發明說明（29) 基板保持器2上，設置被成膜基板S，起初即以開閉器 S T來覆罩該基板，並視其必要加熱至規定溫度，運轉了 排氣裝置6而從成膜室內實施排氣，另一方面，從氣體供 給裝置5而將甲矽烷氣體導入於成膜室內，由放電用電極 3 1放電，於是將該氣體予以等離子化。另一方面控制部 9’即實施下述之控制。 詳述之，控制部9 ’係如第7圖之流程圖所示，讀取 以發光分光計測裝置7所求得之發光強度比（Η办/ S i 同時讀取以探頭測定裝置8所檢測出之等離子電 位V p (步驟s 1 )。 控制部9'乃再實施，這些是否能滿足（ΗΘ/ S ιΗ·) ，且VpS60V之條件之判斷（步驟S2 )0 如果滿足時就指示於驅動部D移動開啓器S T，露出 基板S開始成膜（步驟S 3 )。 惟如果未能滿足上述條件時即以下述之順序做動作。 首先判斷是否（H/5/S iH·) <1 ’且VpS6〇 V (步驟S 4 )。 「是」時，將電源4之輸出（W)增加規定量（步驟 S 5 ) ° 「否」時，即判斷，是否（Ηθ/S iH·) 且
Vp>60V(步驟S6)。 如「是」時，操作排氣裝置6之排氣調整閥6 1，將 成膜室1 0'內之氣體壓力增加規定量（步驟S 7 ) ° — — — — — — — — — — — — — * — — — — — — — ·11111111 (請先Μ·讀背面之注意事項再填貧本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -32- 五、發明說明（3〇 ) 如「否」時，（1"1泠/3111*)<1，且卩？>6〇 (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁》 V，而操作氣體供給裝置5之質量流量控制器5 1，而將 氣體供給量減少規定量（步驟S8)。 在步驟S5，S7，或S8而令電源輸出增加規定量 ，令成膜室內氣體壓增加規定量或減少氣體供給量之規定 量後，再度回至步驟S 1 ，由裝置7，8讀取檢測出之資 料，判斷這些是否合乎（η沒/ siir) si ，且vps 6 0 v之條件，而必要要反複同樣之歩驟。 如上所述滿足了（H/9/S i ίΤ) ，且Vpg 6 Ο V之條件時，即指示驅動部D移動開啓器，露出基板 S開始成膜。 於是在基板S上以4 0 0°C以下之基板溫度，而生產 性良好的可形成多結晶矽薄膜。 爲了順暢的形成良質之多結晶矽薄膜起見，在第6圖 之裝置上再如下述的實施也可以。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ①爲了使等離子中之離子密度爲5xl〇1() (cm-)以下起見以控制部9’來實施：由放電用電源4之投入 電力之大小，由氣體供給量，進一步藉由該氣體供給量及 (或）由上述排氣裝置6之排氣量之調整之成膜壓力等之 至少一項之控制也可以。 0爲了使成膜氣體壓力成爲2 0mTo r r以下，更 合宜爲1 0 m T 〇 r r以下地，以控制部9來控制由氣體 供給裝置5之氣體供給量及（或）由排氣裝置6之排氣量 也可以。 33- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 436896 i A7 •------ B7 五、發明說明（31 ) 使用第6圖所示之薄膜形成裝置而例如與上述實驗例 8相同之基板上，設定與實驗例8相同之條件，而可形成 了良好的多結晶矽薄膜也。 〔發明之效果〕 如上述說明，依本發明時，即可以提供在比較的低溫 下，以低廉且生產性良好的可形成多結晶矽薄膜之多結晶 矽薄膜形成方法也。 > 又依本發明時，可以提供，在比較的低溫之下，以低 廉價格、生產性良好的形成多結晶矽薄膜之外，廣汎的可 以利用於，所欲之薄膜之形成之薄膜形成裝置也 圖式之簡單說明 第1圖表示本發明之薄膜形成裝置之一例之槪略構成 圖。 第2圖表示本發明之薄膜形成裝置之其他例之槪略構 成圖。 第3圖表示依第1圖所示之裝置之實驗例1之S i H4 導入量1 0 c cm，放電電力200W時之S i Η!等離子 之發光分子向量之圖。 第4圖係在實施實施例1之膜之形成時，而將氣體導 入量及放電電力種種的改變時之表示等離子之狀態〔發光 強度比（H jS / S i Η ’）與等離子密度〕與矽結晶性之關 係之圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -34- — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — ^ · I — 1---- (請先閲讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 A7 B7 五、發明說明（32 ) 第5圖表示在實驗例8所獲得之矽薄膜及以往之非晶 形矽薄膜之以射拉曼分光法之拉曼移位與拉曼散亂強度之 關係之圖。 第6圖係表示本發明之薄膜形成裝置之其他例之槪略 構成圖。 第7圖係表示第6圖所示薄膜形成裝置之控制部之動 作之流程圖。 > 〔標號說明〕 1，1〇，1〇’ 成膜室（等離子形成室） 2 基板保持器 2 Η 加熱器 3 圓 筒 形放電 電 極 3 1 平 板形放 電 電 極 4 放 電 用電源 4 1 匹 配箱 5 氣 體 供給裝 置 5 1 質 量流量 控制 器 6 排 氣 裝置 6 1 排 氣量調 整 閥 7 發 光 分光計 測 裝 置 8 探 頭 測定裝 置 9 9 ’ 控制部 1 0 0 主電腦 部 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐〉 -35- A7 8 9 6 - __B7 五、發明說明（33 ) 11 傳遞裝置 S T 開閉器 D 開閉器驅動部 (請先閱讀背面之注意事項再填I本頁) •SJ· -.線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -36-

Claims (1)

  1. it告β a vpt 公A 11 A.av·.'' A8B8C8D8 六、申請專利範圍 — — — — — — — — II — — I— · ί I <♦請先閲1*-背面之泫意^•項再填筲本頁) 1 . 一種多結晶矽薄膜形成方法，由具有矽原子之材 料氣體與氫氣體之混合氣體或由矽烷系反應氣體來形成等 離子，而將該等離子狀態控制爲，對於該等離子中之 S i 基之發光強度之氫原子基（Ηθ )之發光強度比〔 (氫原子基（ΗΘ)之發光強度）/ ( S i 基之發光強 度）〕爲1以上，而在該等離子之下對於基板上形成多結 晶砂薄膜爲其特徵者。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之·多結晶矽薄膜之形 成方法，其中在於上述等離子之控制時，將等離子電位控 制爲6 Ο V以下者。 3 .如申請專利範圍第1項或2項所述之多結晶矽薄 膜之形成方法，其中在上述等離子狀態之控制時，將等離 子中之離子密度控制成爲： -線. 5 X 1 0 1 ^ ( c m _ 3 )以下地實施控制等離子狀態以 資形成多結晶矽薄膜者。 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 4 .如申請專利範圍第1項或2項所述之多結晶矽薄 膜之形成方法，其中令上述等離子以在放電之下形成，而 該放電所用之放電電極而使用圓筒形電極者。 5 .如申請專利範圍第1項或2項所述之多結晶矽薄 膜之形成方法，其中令上述等離子以在放電之下形成，而 該放電所用之放電用電源係使用頻數6 OMH z以上之高 頻電源者。 6 .如申請專利範圍第1項或2項所述之多結晶矽薄 膜之形成方法，其中將成膜氣體壓力維持於2 0 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） · 37 - 鐘08 43 689 6 * 六、申請專利範圍 m T 〇 r r以下者。 (·請先Μ讀背面之注意事項再ft本頁) 7 .如申請專利範圍第1項或2項所述之多結晶矽薄 膜之形成方法，其中將成膜時之基板溫度維持於4 0 0°C 似下者。 8 .如申請專利範圍第2項所述之多結晶矽薄膜形成 方法，其中 經濟部智慧財產局員工消費合作社印*JR 當在於對於上述基板上形成多結晶矽薄膜時，將該基 板設置於成膜室內，而將該成膜室內施予排氣減壓由而設 定爲成膜氣體壓力，同時對於導入於該成膜室內之上述具 有矽原子之材料氣體與氫氣體之混合氣體或該矽系反應氣 體之成膜原料氣體賦加高頻電力以資形成上述等離子，而 當時，如果上述發光強度比係少於1 ，等離子電位爲6 0 V以下時，增加上述高頻電力，而當上述發光強度比爲1 以上，等離子電位大於6 Ο V以上時，即調整由上述成膜 室內之排氣量，以資增加上述成膜氣體壓力，而當上述發 光強度比係小於1 ，等離子電位大於6 Ο V時，即減少對 於上述成膜室內之上述原料氣體之導入量，由而設成成爲 ，發光強度比係1以上，等離子電位爲6 Ο V以下之條件 者。 9 .如申請專利範圍第8項所述之多結晶矽薄膜形成 方法，其中 在於上述等離子狀態之控制時，將等離子狀態控制爲 ，等離子中之離子密度爲5 X 1 01° ( cm — 3)以下以資 形成多結晶矽薄膜者。 -38- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公爱） 6 9 8 6 A8B8C8D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1 0 .如申請專利範圍第8項或第9項所述之多結晶 矽薄膜形成方法’其中當對於上述成膜原料賦加上述高頻 電力時’採用連接於高頻電源之圓筒形放電電極者。 1 1 .如申請專利範圍第8項或第9項所述之多結晶 矽薄膜形成方法，其中當對於上述成膜原料氣體賦加上述 高頻電力時’使用頻數6 ΟΜΗ z以上之高頻電力做爲該 尚頻電力者。 1 2 .如申請專利範圍第8項或第9項所述之多結晶 矽薄膜形成方法’其中將上述成膜氣體壓力維持於2 0 m T 〇 r r以下者。 1 3 .如申請專利範圍第8項或第9項所述之多結晶 矽薄膜形成方法，其中將上述成膜時之基板溫度維持於 4 0 ◦ °C以下者。 1 4 . 一種薄膜形成裝置，主要係具備：可以設置被 成膜基板之成膜室，設置於該成膜室內，連接於放電用電 源之等離子形成用之放電用電極，對於該成膜室內供給成 膜用氣體之氣體供給裝置，由該成膜室予以排氣之排氣裝 置之藉由等離子CVD之薄膜形成裝置，其特徵爲具備有 用於實施等離子狀態之計測用之發光分光計測裝置及 探頭測定裝置，以及依據該發光分光計測裝置及探頭測定 裝置之檢出資料而將等離子狀態維持於規定之狀態地，至 少控制•由上述放電用電源之電力供給；來自氣體供給裝 置之氣體之供給：以及由上述排氣裝置之排氣；等其中之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規柊<210x 297公釐） -39- ------ - - - · I — ！ I I I 訂— — — — — 翁 ,7'請先£^背面之注意事項再1^本頁> 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 436896 六、申請專利範圍 一之控制部者。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項所述之薄膜形成裝置 ，其中 上述氣體供給裝置係，用於供給具有矽原子之材料氣 體與氫氣體，或甩於供給矽烷系反應氣體者， 上述控制部乃令由上述發光分光計測裝置所求得之對 於成膜室內等離子中之S i H'基之發光強度之氫原子基（ Η沒）之發光強度比〔（氫原子基（Η /3 )之發光強度） / (Si Η '基之發光強度）〕之能成爲1地*控制由來自 上述放電用電源之電力供給，來自氣體供給裝置之氣體供 給，以及由上述排氣裝置之排氣中之至少一個，以資在上 述基板上形成多結晶矽薄膜者。 1 6 .如申請專利範圍第1 4項所述之薄膜形成裝置 ,其中 上述氣體供給裝置乃用於供給：具有矽原子之材料氣 體與氫氣體，或用於供給矽烷系反應氣體者， 上述控制裝置乃，令對於，以上述發光分光計測裝置 所求之成膜室內等離子中之S i Η’基之發光強度之氫原子 基（H/3)之發光強度比〔（氫原子基（Η/S)之發光強 度）/(sifr基之發光強度）〕成爲1以上，且由上述 探頭測定裝置所求之等離子電位會成爲6 〇 v以上地，得 控制：由上述放電用電源來之電力供給，由氣體供給裝置 之氣體供給，以及由上述排氣裝置之排氣等，其中之一者 ,以資得在上述基板上，形成多結晶矽之薄膜者。 -------------* 裳！ II 訂！---線 f諫先閱货背面之注意事項再填<本頁} 本纸張疋度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公芨> -40- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 3 6 8 9 6 - as B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 7 .如申請專利範圍第1 6項所述之薄膜形成裝置 ，其中 上述放電用電源係高頻電源， 上述控制部乃，令當對於上述被成膜基板上形成多結 晶矽薄膜時，爲了可以將上述發光強度比設定爲1以上， 且等離子電位設定爲6 Ο V以下之條件地， 當上述發光強度比係小於1而等離子之電位爲6 Ο V 以下時，增加由上述高頻電源所供給之電力， 當上述發光強度比爲1以上而等離子電位大於6 0V 時，即調整由上述排氣裝置所實施之從成膜室之排氣量以 資增加成膜室內之成膜氣體壓， 當上述發光強度比小於1.而等離子電位大於6 Ο V時 ，即減少由上述氣體供給裝置之對於成膜室內之氣體供給 量者。 1 8 .如申請專利範圍第1 5項或1 6，1 7項所述 之薄膜形成裝置，其中 上述控制部乃，再令由上述探頭測定裝置所求得之等 離子中之離子密度之成爲5 X 1 01Q ( cm — 3)以下地施 予控制，從上述放電用電源之電力供給，從氣體供給裝置 之氣體供給，以及由上述排氣裝置之排氣等，至少其中之 一者。 19 .如申請專利範圍第15項或16，17項所述 之薄膜形成裝置，其中 上述放電用電極爲圓筒形電極者。 本紙張尺度用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公发） -41 - -----裝— I — II —訂 i I------線 (請先"讀背面之注t事項再本頁》 Mi 436896 - 六、申請專利範圍 20 ·如申請專利範圍第15項或16，17項所述 之薄膜形成裝置，其中 上述放電用電源乃用於供給頻數6 〇MH z以上之電 力之電源者。 2 1 如申請專利範圍第15項或16，17項所述 之薄膜形成裝置，其中 上述控制部係爲了將成膜氣體壓力維持於2 0 mTo r r以下起見至少控制，由上述氣體供給裝置之氣 體之供給或由上述排氣控制裝置之排氣等’其中之一方者 0 2 2 ·如申請專利範圍第3項所述之多結晶砍薄膜形 成方法，其中 令上述等離子在放電之下形成’而使用於該放電之放 電電極係採用圓筒形電極者。 2 3 .如申請專利範圍第1 7項所述之薄膜形成裝置 •其中 上述放電用電極係圓筒形電極者 — — — — — — — 111! · ! I 1 I I 訂------If— ('請先Μ.讀背面之注意事項再ft.本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -42- 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
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