TWI308361B - Method and apparatus for forming a crystalline silicon thin film - Google Patents

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TWI308361B
TWI308361B TW095134642A TW95134642A TWI308361B TW I308361 B TWI308361 B TW I308361B TW 095134642 A TW095134642 A TW 095134642A TW 95134642 A TW95134642 A TW 95134642A TW I308361 B TWI308361 B TW I308361B
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Eiji Takahashi
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Description

1308361 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於在基體上形成矽物體之方法及裝置。 【先前技術】 以結晶性矽而言，所知的有多晶矽、奈米結晶矽等， 該些則有多樣用途。 多晶矽薄膜是被採用於例如當作被設置在液晶顯示裝 置中之畫素的TFT (薄膜電晶體）開關之材料使用，再者 ，採用於製作各種積體電路、太陽電池等之製作。奈米結 晶矽是被期待於非揮發性記憶體、發光元件、光增感劑之 利用。 針對多晶性薄膜之形成方法，所知的有（1 )將被成 膜之溫度維持至800°C以上在低壓下藉由CVD法或濺鑛 蒸鍍法等之PVD法形成的方法（例如，參照 JP 5 -23 49 1 9A、JP 1 1 -54432A) ，（2)藉由各種 CVD 法 或PVD法在比較低溫下形成非晶矽薄膜之後，對該非晶 矽薄膜施予熱處理例如1 000°c左右之熱處理或是在600。〇 左右長時間之熱處理而形成之方法（例如參照 JP 5-2 1 83 68 A)。 也知有對非晶矽膜施予雷射退火而使該膜與以結晶化 之方法（例如，參照JP 8-124852A)。 除上述之外’也提案有在以氫或氟化矽（SiF)等稀 釋單矽烷（SiH4 )、二矽烷（Si2H6 )等之矽烷矽氣體之 (2) (2)1308361 氣體的電漿之狀態下’於500 °C左右以下之低溫下直接在 基板上形成結晶性矽薄膜之方法（例如參照 JP 2000- 1 958 1 0A )。 但是’結晶性矽薄膜是該表面藉由氧或氮等被終端處 理爲佳。在此’ 「終端處理」是指在結晶性薄膜表面使例 如氧或（及）氮與以耦合，產生（Si-O )耦合、（Si-N ) 耦合或是（Si-0-Ν )耦合等。 藉由如此終端處理的氧或氮之耦合，即使在終端處理 前之結晶性矽薄膜表面上，例如有懸鍵般之缺陷，亦發揮 彌補此之功能，就結晶性矽薄膜整體而言，形成實質上抑 制缺陷之狀態。施予如此終端處理之結晶性矽薄膜當作電 子裝置之材料使用時，提昇該裝置所求取之特性。例如， 當作TFT材料使用時，可以提昇該TFT之電子移動度， 或降低OFF電流。再者，即使在長時間之TFT使用，亦 可提升電壓電流特性難以變化等之信賴性。
針對如此之終端處理，於JP 2004-83299A中記載有 藉由氧或氮被終端處理之矽奈米結晶構造體之形成方法。 [專利文獻 1]JP 5-2349 1 9A [專利文獻 2]JP 1 1 -54432A [專利文獻 3]JP 5-2 18 3 68A [專利文獻 8- 1 248 52A
[專利文獻 5]JP 2004-83 299Α [專利文獻 6]JP 2000- 1958 10A (3) (3)1308361 【發明內容】 [發明所欲解決之課題] 但是，在以往之結晶性矽薄膜之形成方法中，將被成 膜基板在高溫下曝曬之方法，是必須採用耐高溫之高價基 板（例如，石英玻璃基板）以當作膜形成之基板，例如要 在耐熱溫度5 00°C以下之便宜低熔點玻璃基板（代表性爲 無鹼玻璃基板）形成結晶性矽薄膜則有困難。因此，結晶 性矽薄膜之製造成本由基板成本之面變高。於在高溫下處 理非晶矽膜之時也有相同之問題。 於雷射退火處理非晶矽膜之時，雖然可以在比較低溫 下取得結晶性矽膜，但是由於必須要有雷射照射工程，或 必須照射非常高能量密度之雷射光等，此時結晶性矽薄膜 之製造成本也變高。再者，難以將雷射光均勻照射至膜之 各部，並且由於照射雷射，產生氫脫離在膜表面有產生剝 落之狀況，依此難以取得良質之結晶性矽薄膜。 以氟化矽（SiF)等稀釋矽烷系氣體之氣體的電漿狀 態下，以在比較低溫下直接在基板上形成結晶性矽薄膜之 方法，因以氫氣體等稀釋矽烷系氣體而予以使用，故成膜 速度下降。再者，單矽烷氣體在大氣中有自然點火之危險 性。 再者，JP 2004-83299A所記載之矽耐米結晶構造體之 形成方法中’終端處理前之由耐米刻度厚度之矽微結晶和 非晶矽所構成之矽薄膜的形成’是以包含氫化矽氣體和氫 氣體之氣體的熱觸媒反應來執行’或是以對包含有氫化矽 (4) 1308361 氣體和氫氣體之氣體施加高頻電場形成電漿，並在該電漿 之狀態下來執行，包含與先前所說明之以往結晶性矽薄膜 相同之問題。 在此，本發明之課題，是提供一種結晶性矽薄膜之形 成方法，該方法比起以往需要被成膜基板之加熱或非晶矽 膜之熱處理或雷射退火處理之結晶性矽薄膜之形成方法， 是可以比較低溫下、低價且比使用單矽烷之時更安全地取 B 得結晶性矽薄膜，取得自該結晶矽薄膜容易被終端處理之 結晶性矽薄膜。 再者，本發明之課題是提供一種結晶矽性矽薄膜之形 成裝置，該裝置比起以往需要被成膜基板之加熱或非晶矽 膜之熱處理或雷射退火處理之結晶性矽薄膜之形成方法， 是可以比較低溫下、低價且比使用單矽烷之時更安全地取 得結晶性矽薄膜，取得自該結晶矽薄膜容易被終端處理之 結晶性矽薄膜。 [用以解決課題之手段] 本發明者爲了解決如此之課題精心硏究之結果，發現 下述之事實。 即是，若以源自氫氣體之電漿發光中波長在6 5 6nm 之氫原子的發光光譜強度Ηα和波長在41 4nm之矽烷基之 發光光譜強度SiH*之比（Ηα/SiH*) Η冷爲0.3至1.3的 電漿’化學濺鍍（反應性濺鑛）矽濺鍍靶材，藉由被濺鍍 之原子和氫電漿之激起效果及被成膜物品之堆積膜表面和 (5) (5)1308361 氫基之反應等’在被成膜物品上堆積膜時，則與以往在矽 烷系氣體和氫氣體所稀釋之氣體的電漿之狀態下所形成之 矽薄膜相同，形成表示結晶性，表面粗度小之良質的結晶 性矽膜。 而且’如此終端處理前之結晶性矽薄膜是可以在比較 低溫下形成膜’例如可在耐熱溫度50(TC以下之低價的低 熔點玻璃基板（代表性有無鹼玻璃基板）形成結晶性矽薄 膜，僅此可以便宜在被成膜物品上形成結晶性矽薄膜。 並且，因在大氣中不使用自然點火之矽烷氣體，故僅 此可以安全形成結晶性薄膜。 藉由將如此所形成之結晶性矽薄膜暴露於由含氧氣體 及（或）含氮氣體所構成之電漿中，則取得容易被氧或（ 及）氮終端處理之結晶性矽薄膜。 本發明根據如此之見解。 提供一種結晶性矽薄膜之形成方法，其特徵爲：包含 將氫氣體導入至設置有矽濺鍍靶材和被成膜物品之成 膜室內，藉由對該氣體施加高頻電力，使在該成膜室內產 生於電漿發光中波長在656nm之氫原子基之發光光譜強 度Ho:，和波長在414nm的矽烷基之發光光譜強度SiH* 之比（Ha/SiH*)爲〇·3至1.3的電漿，以該電漿將上述 矽濺鍍靶材予以化學濺鍍而在上述被成膜物品上形成結晶 性矽薄膜之工程；和 在藉由對自含氧氣體及含氮氣體中所選出之至少一種 -8 - (6) 1308361 終端處理用氣體施加高頻電力而所產生之終端處理用電漿 之狀態下，終端處理上述結晶性矽薄膜之表面的終端處理 工程。 在此’ SiH*是表示電漿中之氫基的豐富度，當該値 比0.3小時，所形成之膜之結晶性下降，當比1.3大時， 反而難以形成膜。Ha/SiH*之値是可以藉由電漿發光分 光測量裝置測量各種基之發光光譜，並根據該測量結果取 ^ 得。再者，Η a /SiH*之控制是可以藉由施加於氫氣體之 高頻電力之大小、成膜氣體壓、氫氣體導入量等中之至少 一個的控制來執行。 作爲對上述氫氣體施加高頻電力之代表例，可以舉出 以電感耦合來執行之時，該電感耦合是藉由來自對上述成 膜室之高頻放電電極的放電。依此，成膜室內部則成氫基 及氫離子豐富之狀態。 本發明者是藉由電感耦合方式使氫氣體予以電漿化， φ 由電漿發光分光，觀測到在該電漿中Ho: ( 65 6nm )及 H/3 ( 48 6nm)成爲支配性。Ηα及HyS爲豐富是指氫基濃 度爲高之意。該點與缺乏Ηα及H/3之電容耦合方式的電 漿生成之時大有不同。 依據電感耦合方式對氫氣體施加高頻高頻電力，依此 所形成之電漿之電漿電位雖然也依條件有所不同，但大約 例如爲20 eV左右，因無論哪一種皆爲相當低，故難以引 起通常之物體性濺度。但是，本發明者是藉由電漿發光分 光觀測到Si ( 2 8 8nm)之存在。該是取決於矽濺鍍靶材表 (7) 1308361 面之藉由氫基及氫離子的化學濺鍍（反應性濺鍍）者。 用以對氫氣體施加高頻電力之高頻放電電極，即$言受 置在成膜室之外側亦可。於設置在成膜室外之時，高胃& 電電極面臨的成膜室壁部分若由介電體材料所形成即胃。 於設置在成膜室內時，是以電氣絕緣性材料覆蓋g胃 極之導體部比面爲佳。藉由以電氣絕緣性材料覆蓋電極_ 體部表面，由於自行偏壓電極被來自電漿之荷電粒子灘鍍 g ，可以抑制源自電極之濺鍍粒子混入至欲形成之膜中。 作爲如此之絕緣性材料，可以例示藉由石英玻璃或電 極之陽極氧化的材料。 上述矽濺鍍靶材是可以各種狀態提供。例如，以藉由 矽膜形成、矽晶圓之貼合、矽片之付設等，以矽覆蓋接觸 於成膜室之氣體電漿之部分[例如，容易接觸電漿之成膜 室內壁（即使爲設置在室壁內側之內壁亦可）]之全部或 室一部分而成爲矽濺鍍靶材亦可。即使在成膜室內設置與 φ 成膜室本體另外獨立的矽濺鍍靶材亦可。 無論在成膜室之外側設置高頻放電電極’或設置在內 側，矽濺銨靶材是以將此予以圓滑化學濺鍍’並且設置在 至少臨著發生電漿區域之高頻放電電極之位置’換言之設 置在高頻放電電極之附近位置爲佳。 在例如將高頻放電電極設置在成膜室內之時’可以舉 出包圍該電極周圍並開口於被成膜物品側之筒狀的矽濺鍍 靶材，以當作被臨著該高頻放電電極而設置之砂灘鑛¥巴材 之例。 -10- (8) 1308361 再者，無論哪一種，上述結晶性矽薄膜形成中上述電 漿之電位是以15eV至45 eV爲佳。上述結晶性矽薄膜形 成中上述成膜室內壓力（成膜壓）是以〇.6Pa至13.4Pa( 大約5mTorr至大約lOOmTorr)左右爲佳。 結晶性矽薄膜形成中電漿電位比1 5 eV低時，結晶性 下降，縱使比45 eV高，結晶化也容易受到阻害。 再者，電漿中之電子密度當比101。個/cm3小時，結 φ 晶化度下降，形成膜速度下降，當比1〇12個/cm3大時， 膜及被膜基體容易受到損傷。 結晶性矽薄膜形成中之室內壓力當比〇.6Pa (大約 5mTorr )低時，膜形成速度則下降。當比13.4Pa (大約 lOOmTorr)高時，電漿則成爲不安定，膜之結晶性則下降 〇 如此之電漿電位或電漿之電子密度是可以藉由控制濺 鍍用電漿生成裝置[例如對依此之氫氣體施加電力（電位 φ 之大小及（或是）頻率等）、成膜壓等中之至少一個而予 以調整。 針對上述終端處理工程，若無障礙，即使於結晶性矽 薄膜形成工程之後，將上述終端處理用氣體導入至上述成 膜室內，對該氣體施加高頻電力，使終端處理用電漿予以 發生，在該電漿之狀態下，將結晶性矽薄膜之表面予以終 端處理亦可。 再者，即使準備自上述成膜室獨立之終端處理室，在 該終端處理室實施終端處理工程亦可。 -11 - 1308361
再者，即使在上述成膜室中實施上述結晶性矽薄膜形 成工程之後，將形成有該結晶性矽薄膜之被成膜物品搬入 至與該成膜室連設的終端處理室，在該終端處理室實施上 述終端處理工程亦可。 在如此之終端處理室之終端處理中，即使針對對終端 處理用氣體施加高頻電力之高頻放電電極，也當作使上述 般之電感耦合電漿予以發生之電極亦可。 當作終端處理氣體是如上述般使用含氧氣體或（及） 含氮氣體，含氧氣體可以例示氧氣體及氧化氮（n2o )氣 體，含氮氣體可以例示氮氣體或氨（nh3)氣體。 本發明也再者提供下述結晶性矽薄膜之形成裝置。 一種結晶性矽薄膜形成裝置，其特徵爲： 包含： 具有支持被成膜物品之物品支持器的成膜室； 被配置在上述成膜室內之矽濺鍍靶材； 對上述成膜室內供給氫氣體之氫氣體供給裝置； 自上述成膜室排氣之排氣裝置； 對自上述氫氣體供給裝置被供給至上述成膜室內之氫 氣體施加高頻電力，而形成用以將上述矽濺鑛靶材予以化 學濺鍍之化學濺鑛用電漿的高頻電力施加裝置；和 求出在上述成膜室內之化學濺鍍用之電槳發光中波長 在656nm的氫原子基之發光光譜強度Ηα ，和波長在 4 14nm的矽烷基之發光光譜強度SiH*之發光強度比（Ha /SiH+ )的電漿發光分光測量裝置；和 -12- (10) 1308361 在藉由對自含氧氣體及含氮氣體中所選出之至少一種 終端處理用氣體施加高頻電力而產生終端處理用電漿，在 該終端處理用電漿之狀態下，用以將被形成在上述被成膜 物品上之結晶性矽薄膜之表面予以終端處理的終端處理裝 置。 該薄膜形成裝置即使又具有控制部亦可，該控制部是 比較以上述電漿發光分光測量裝置所求出之發光強度比（ Ha/SiH*)和自0.3以下±1.3以下之範圍所決定之基準値 ，以上述成膜室內電漿中之發光強度比（Ha /SiH* )朝 向該基準値之方式，控制上述高頻電力施加裝置之電源輸 出、自上述氫氣體供給裝置被供給至上述成膜室內之氫氣 體供給量及藉由上述排氣裝置之排氣量中之至少一個。 即使在該薄膜形成裝置中，形成上述化學濺鍍用電漿 之高頻電力施加裝置，是包含對上述成膜室設置的高頻放 電電極，藉由來自該電極之放電，以電感耦合方式執行高 頻電力施加者亦可。 如此之高頻放電電極即使設置在上述成膜室內亦可， 此時，矽濺鍍靶是與上述薄膜形成方法中所說明相同，即 使至少臨著高頻放電電極而設置亦可。 於在成膜室內設置高頻放電電極之時，該高頻放電電 極是以該導體表面被電氣絕緣性材料覆蓋爲佳。 上述終端處理裝置，是可以例示包含：對上述成膜室 內供給自含氧氣體及含氮氣體中選出之至少一種終端處理 用氣體之終端處理用氣體供給裝置；和對自該終端處理用 -13- (11) 1308361 氣體供給裝置被供給至該成膜室內之終端處理用氣體施加 高頻電力而產生終端處理用電漿之高頻電力施加裝置者。 於該終端處理裝置之時，即使利用因應所需調整電力 大小等，利用形成上述化學濺鍍用電漿之高頻電力施加裝 置來當作使終端處理用電漿予以發生之高頻電力施加裝置 亦可。 再者，針對排氣裝置，可以利用上述之排氣裝置。 g 亦可採用自上述成膜室獨立之終端處理室來當作終端 處理室。 終端處理室即使包含： 與上述成膜室連設，搬入在該成膜室中形成結晶性矽 薄膜之被成膜物品的終端處理室； 自該終端處理室內排氣之排氣裝置； 對該終端處理室內供給自含氧氣體及含氮氣體所選出 之至少一種終端處理用氣體的終端處理用氣體供給裝置； • 和 對自該終端處理用氣體供給裝置被供給至該終端處理 室內之終端處理用氣體施加高頻電力，而產生終端處理用 電漿之高頻電力施加裝置亦可。 於該終端處理裝置中，終端處理室即使直接性與成膜 室連設亦可，或是即使介由具有物品般送機器人之搬送室 等而間接性連設。 針對如此之終端處理室用之電極之高頻電力施加裝置 ，將高頻電力施加至終端處理用之高頻放電電極，即使當 -14 - (12) 1308361 作使電感耦合電漿予以發生之電極亦可。 [發明之效果] 當如以上說明般藉由本發明時，則可以提供比起以往 需要被成膜基板之加熱或非晶矽膜之熱處理或是雷射退火 處理之結晶性矽薄膜之形成方法時，可以在比較低溫下以 低價，且比使用單矽烷氣體之時更安全地取得結晶性矽薄 膜，自該結晶性矽薄膜取得容易被終端處理之結晶性矽薄 膜的結晶性矽薄膜形成裝置。 【實施方式】 以下，針對本發明之實施形態參照圖面予以說明。第 1圖是表示使用於被終端處理之結晶性矽薄膜形成的裝置 之1例之槪略構成。 第1圖所示之裝置是具備成膜室1，該成膜室內是設 φ 置有物品支持器2、該支持器上方之高頻放電電極51及 臨著該電極之矽濺鍍靶材T。 電極51是該導體部表面是被由石英玻璃所構成之絕 緣材5 2所覆蓋。 該電極51是經由匹配箱MB1而連接有放電用高頻電 源PW1。電極51、匹配箱MB1及電極PW1是如後述般， 構成對被導入至成膜室內之氫氣體施加高頻電力之高頻電 力施加裝置5。 電源PW1爲輸出可變電源，例如，可以供給頻率 -15- (13) 1308361 13.56MHz之高頻電力。並且，頻率不限於13.56MHz，例 如可採用從60MHz左右至1 00MHz左右範圍之頻率。 物品支持器2是具備有加熱被成膜物品（本例中爲基 板S )之加熱器2 1。物品支持器2是與成膜室同時被接地 〇 矽濺鍍靶材T是形成筒形狀，以包圍電極51之方式 臨著該電極，安裝被保持在成膜室1之頂部。筒狀靶材T ϋ 之下端是朝向支持器2開口。 並且，除了靶材Τ之外，或是以取代靶材Τ，即使例 如在被圖式之靶材Τ所包圍之成膜頂棚壁部分等設置矽濺 鑛靶材亦可。如此之靶材是可以藉由將例如矽晶圓貼附於 該頂棚壁部分等保持而予以設置。如此一來，若將矽濺鍍 靶材設置在容易接觸到被形成在成膜室1內之電漿即可。 對成膜室1設置氫氣體供給裝置4，該氫氣體供給裝 置4是可以在上述靶材Τ之外側區域自設置在頂棚部之氣 φ 體導入噴嘴Ν1供給氫氣體至室內。 成膜室1除上述之外，自成膜室1內連接有排氣之排 氣裝置3，也附設有用以測量被形成在成膜室內之電漿之 狀態的發光分光測量裝置6。 排氣裝置3是包含執行排氣量調整之電導閥及經由該 閥與室1離接之排氣泵。 在此之發光分光測量裝置6是如第2圖（Α)所示般 ，包含檢測出已述之矽烷基之發光光譜強度Ha /SiH* ( 波長4l4nm)之分光器61、氫之發光光譜強度Hct (波長 -16- (14) 1308361 65 6nm)及HyS (波長48 6nm)之分光器62、64。在分光 器61、62所檢測出之發光強度SiiT及Ηα是被輸入至運 算部63，在此求出發光強度比（Η a /SiH* )。並且，亦 可採用具有過濾器之光感測器，來取代分光器。 第1圖所示之結晶性矽薄膜形成裝置再者具有經基板 搬送室7而與成膜室1連設之終端處理室10。基板搬送 室7和成膜室1之間具有可開關之閘閥V2。在基板搬送 室7內設置有基板搬送機器人71。 在終端處理室10內設置有物品支持器20及該支持器 上方之平板型高頻放電電極501。 電極501是經由匹配箱MB2而被連接於放電用高頻 電源PW2。電極501、匹配箱MB 2及電極PW2是如述般 構成對被導入至終端處理室1 0內之終端處理用氣體施加 高頻電力之高頻電力施加裝置50。 電源 PW2爲輸出可變電源，例如可以供給頻率 13.56MHz之高頻電力。並且，電源頻率不需要限定於 13·56ΜΗζ。 物品支持器20是如後述般，具備有加熱在成膜室1 內形成結晶性薄膜之被成膜基板S的加熱器20 1。物品支 持器20是與室10同時被接地。 對終端處理室1 〇設置有終端處理用氣體供給裝置40 ，該氣體供給裝置40是可以自設置在室10之頂棚部之氣 體導入噴嘴N2對室內供給終端處理用氣體， 在此之終端處理用氣體爲氧氣體或是氮氣體。 -17- (15) 1308361 終端處理室10除上述之外，連接有自室10排氣之排 氣裝置30。排氣裝置30是包含執行排氣量調整之電導閥 及經由該閥而與室10連接之排氣泉。 接著，針對藉由以上說明之矽薄膜形成裝置，在基板 S上形成被氧終端處理或是氮終端處理之結晶性矽薄膜之 例予以說明。 於該膜形成中，將成膜室1內之成膜氣體壓維持 g 0.6P a至13.4P a之範圍而予以執行，成膜氣體壓雖然省略 圖示，但是若檢測出於成膜室1連接壓力感測器等即可。 首先，在成膜室1中於基板S上形成終端處理前之結 晶性矽薄膜。 以排氣裝置3自成膜室1內開始排氣。此時之排氣量 事先調整成考慮到室1內之成膜氣體壓〇.6Pa至13.4Pa 之排氣量。 藉由排氣裝置3之運轉，導入氫氣體至成膜室1內’ φ 並且自輸出可變電源PW1對高頻放電電極51施加高頻電 力，依此以電感耦合方式使被導入之氫氣體予以電漿化。 自電漿發光測量裝置6之檢測資訊，求出來自如此所 發生之電漿中之Ha ( 656xun )及Η泠（4 86nm )。 然後，藉由控制對電極51施加之高頻電力、來自氣 體供給裝置4之氫氣體導入量、室內氣體壓等中之至少一 個，決定電漿中之Ha ( 656nm)及H/3 ( 486nm)之發 光強度充分變大之高頻電力、氫氣體導入量等之條件。 再者，決定氫氣體電漿中之Ha /SiH*爲0·3至1.3’ -18- (16) 1308361 電漿之電位爲15e V至45eV，電漿中之電子密度成1〇ιο 個/cm3至1012個/cm3之高頻電力、氫氣體導入量等之條 件。 電漿電位、電子密度示可以藉由使用例如插入至室1 內之蘭牟而探針（Langmuir Probe)法而予以確認。 考量該些而決定最終高頻電力、氫氣體導入量、成膜 氣體壓等之條件。 φ 如此決定成膜條件之後’依照該條件執行膜形成。
在膜形成中’以將支持器2所支持之被成膜基板S之 溫度可以加熱至5 〇 0 °C以下比較低溫，例如4 0 0。(：左右之 方式設定加熱器21 ’在該支持器2搭載被成膜基板s。接 著，藉由排氣裝置3自成膜室1排氣，接著自氫氣體供給 裝置4將特定量之氫氣體導入至成膜室丨內，並且自電源 PW1對電極51施加高頻電力。以電感耦合方式執行來自 電極51之放電，依此使電漿產生。 φ 如此一來，將被臨著電極51而設置之矽濺鑛靶材T 予以化學濺鍍（反應性濺鍍），依此在激板S上形成矽薄 膜。該膜是與以氫氣體稀釋以往之矽烷系而取得之氣體電 漿之狀態下所形成之結晶性矽薄膜相同，爲表示結晶性之 矽薄膜。 當基板溫度過低時，因矽之結晶化困難，雖取決於其 他各種條件等，但以大槪設爲200 °C以上爲佳。 接著，將如此形成結晶性矽薄膜之基板搬入至終端處 理室10，在該結晶性矽薄膜之表面施予氧終端處理或是 -19- (17) (17)1308361 氮終端處理。 此時’朝室1 〇搬入基板S是打開閘閥V1，由機器人 71取出支持器2上之基板s，並拉入基板搬送室7內，關 閉閘閥V1 ’接著打開閘閥v 2 ’藉由將該基板搭載於室1 〇 內之支持器20而執行。之後，將機器可動部分拉入基板 搬送室7內’關閉閘閥V2，在室10實施終端處理。 終端處理室1 0中之終端處理，是以加熱器20丨因應 所需將基板S加熱至適合於終端處理溫度之溫度。然後， 以排氣裝置3 0自終端處理室1 〇內開始排氣，當室1 〇之 內壓成爲比作爲目標之終端處理氣體壓低時，將終端處理 用氣體（本例中爲氧氣體或氮氣體）以特定量自終端處理 用氣體供給裝置40導入至室10內，並且自輸出可變電源 PW2對高頻放電電極501施加高頻電力，依此以電容耦合 方式使所導入之氣體予以電漿化。 在如此所發生之終端處理用電漿之狀態下，對基板S 上之矽點表面施予氧終端處理或是氮終端處理，取得被終 端處理之結晶性矽薄膜。 並且，即使在室1〇中，即使在使用高頻放電天線當 作高頻波放電電極而使電感耦合型電漿予以發生亦可。再 者，即使在室1中，採用平行平板型電極取代高頻放電天 線51，而形成電容耦合型電漿亦可。 作爲如此終端處理工程之終端處理壓，雖然並不限定 ，但是可以舉出例如〇.2Pa至7.0Pa程度。 再者，終端處理工程中之基板之加熱溫度，因意味可 -20- (18) 1308361 在比較低溫實施成膜室1之矽薄膜形成，故再者可以例示 考慮基板S之耐熱性，自室溫至500°C左右之溫度範圍選 擇之情形。 接著，針對依據第1圖所示之類型的裝置形成被終端 處理之結晶性薄膜之實驗例予以說明。
(1 )實驗例1 (形成被氧終端處理之結晶性矽薄膜） (1-1)結晶性矽薄膜形成工程 基板：無鹼玻璃基板 基板溫度：400°C 高頻電源：13.56MHz、2000W 氫氣體導入量：50sccm 成膜壓力：13Pa ( 98mT〇rr )
電漿中之H a /SiH* : 1 ·0 電漿電位：30eV 電漿中之電子密度：1011個/cm3 膜厚：約5 00A 藉由雷射雷射拉曼（Laser Raman )分光分析評估如 此所取得之膜的結晶性時，則如第3圖之拉曼光譜所示般 ，出現表示拉曼移位HOcnT1之結晶性，確認出結晶性。
(1-2 )終端處理工程 基板溫度：4 0 0 °C -21 - (19) 1308361 氫氣體導入量：lOOsccm 高頻電源：13.56MHz、lkW 終端處理壓：〇.67Pa 處理時間：1分 (2 )實驗例2 (形成被氮終端處理之結晶性矽薄膜） (2-1 )結晶性矽薄膜形成工程 $ 與實驗例1之情形相同。 (2-2 )終端處理工程 基板溫度：4 0 0 °C 氫氣體導入量：200sccm 高頻電源：13.56MHz、lkW 終端處理壓：0.6 7 P a 處理時間：5分 如此一來，氧化終端處理、被氮終端處理之結晶性矽 薄膜，是比不執行終端處理之時，表示TFT之電性特性 之電子移動度比更提升，再者OFF電流降低。 以上所說明之終端處理前之結晶性薄膜形成工程之矽 薄膜形成中，控制電源PW1之輸出、氫氣體供給裝置4 之氫氣體供給量、藉由左右成膜室內之排氣裝置3的排氣 量3是被設爲手動性。 但是，如第2圖（B)所示般，即使將以電漿發光分 -22- (20) 1308361 光測量裝置6之運算部50求出之發光強度比Η a /SiH*輸 入至控制部Cont亦可。然後，作爲如此之控制部Cont， 即使採用被構成判斷自運算部50所輸入之發光強度比Η a /SiH+是否爲事先所決定之基準發光強度比（基準値） ，當在基準發光強度比之範圍外之時，則可以朝向基準發 光強度比，控制上述輸出可變電源pwi之輸出、藉由氫 氣體供給裝置4之氫氣體供給量及藉由排氣裝置3之排氣 g 量中之至少一個亦可。 可以舉出藉由控制排氣裝置3之電導閥（省略圖示） ，控制該裝置3之排氣量，依此將成膜室1朝向達成上述 基準發光強度比而予以控制者，當作如此控制部Cont之 具體例。 此時，針對輸出可變電源PW1之輸出，藉由氫氣體 供給裝置4之氫氣體供給量及排氣裝置3之排氣量等，若 採用取得基準發光強度或接近於此之値，事先以實驗所求 φ 出之電源輸出、氫氣體供給量及排氣量等當作初期値即可 〇 即使於決定如此初期値之時，藉由排氣裝置3之排氣 量，是以成膜室1內之壓力限制於〇.6Pa至l3.4Pa之範 圍的方式來決定。再者，是以電漿電位限制於1 5 eV至 45 eV之範圍，電漿中之電子密度限制於1〇1<3個/cm3至 1〇12個/cm3範圍之方式來決定。 然後，針對電源PW1之輸出、藉由氫氣體供給裝置4 之氫氣體供給量，若於之後也維持該些之初期値’並且將 -23- (21) 1308361 排氣裝置3之排氣量朝向達成基準發光強度比，使控制部 Cont予以控制即可。 接著，針對在成膜室可以實施終端處理工程之矽薄膜 形成裝置之例，參照第4圖予以說明。 第4圖所示之矽薄膜形成裝置是在第1圖所示之裝置 中將成膜室1當作終端處理室而予以利用者。該裝置中， 物品支持器2是經由絕緣構件11而被設置在室1，並且 φ 被連接於切換開關SW。開關SW之一方的端子是被接地 ’另一方之端子是經由屬於高頻電力施加裝置50’之構成 員的匹配箱MB2而被連接於高頻電源40。再者，可以藉 由噴嘴N2將終端處理氣體從終端處理用氣體供給裝置9 供給至成成膜室1內。 於第4圖之裝置中，對實質上與第1圖之裝置A之 零件等相同之零件賦予與第1圖之裝置相同的參照符號。 當藉由第4圖之裝置時，終端處理前之矽點形成工程 • 中，藉由開關SW之操作使支持器2呈接地狀態，使用氫 氣體供給裝置4和高頻電力施加裝置5可以在基板S上形 成結晶性矽膜在終端處理工程中’藉由開關sw之操作將 支持器2連接於電源PW2，使用終端處理用氣體供給裝置 4〇和高頻電力施加裝置50’ ’使基板上之結晶性薄膜表面 施予終端處理。 並且，在第4圖之裝置中之終端處理工程’以不濺鍍 矽濺鍍靶材T之方式，或是抑制成可以忽視程度之方式， 調整高頻電力或室內壓爲佳。 -24 - (22) (22)1308361 [產業上之利用可行性] 本發明是爲了形成利用結晶性薄膜之TFT (薄膜電晶 體）開關等之各種半導體零件、半導體裝置，可利用於形 成被終端處理之結晶性矽薄膜之時。 【圖式簡單說明】 第1圖表示用於形成本發明所涉及之結晶性矽薄膜的 裝置之1例的槪略構成圖。 第2圖A是表示電漿發光分光測量裝置例之方塊圖 〇 第2圖B是執行排氣裝置之排氣量控制的電路例之方 塊圖。 第3圖是藉由雷射拉曼分光分析評估藉由實驗例所形 成之終端處理前矽膜之結晶性的結果之圖式。 第4圖是表示用於形成本發明所渉及之結晶性薄膜的 裝置之其他例的槪略構成圖。 【主要元件符號說明】 1 :成膜室 2 :物品支持器 2 1 :加熱器 3 :排氣裝置 4 :氫氣體供給裝置 -25- (23) (23)1308361 N1 :氣體導入噴嘴 5:高頻電力施加裝置 5 1 :高頻放電電極 5 2 :絕緣材 Μ B 1 :匹配箱 PW1 :放電用高頻電源 Τ :矽濺鍍靶 S :基板 6:電漿發光分光測量裝置 61 、 62 、 63 :分光器 63 :運算部 Cont ：控制部 1 〇 :終端處理室 20 :物品支持器 2 0 1 :加熱器 3 〇 :排氣裝置 40 :終端處理用氣體供給裝置 N2 :氣體導入噴嘴 5 〇 :高頻電力施加裝置 501 :高頻放電電極 MB2 :匹配箱 PW2 :高頻電源 7 :基板搬送室 7 1 :基板搬送機器人 -26- (24)1308361 V 1、V 2 :閘閥 11 :電氣絕緣性構件 50’：局頻電力施加裝置
-27-

Claims (1)

1308361 (1) 十、申請專利範圍 1. 一種結晶性矽薄膜之形成方法，其特徵爲： 包含： 將氫氣體導入至設置有矽濺鑛靶材和被成膜物品之成 膜室內，藉由對該氣體施加高頻電力，使在該成膜室內產 生於電漿發光中波長在6 5 6nm之氫原子基之發光光譜強度 Ηα，和波長在414nm的矽烷基之發光光譜強度SiH*之 比（Hct/SiH*)爲0.3至1.3的電漿，以該電漿將上述矽 濺鑛靶材予以化學濺鍍而在上述被成膜物品上形成結晶性 矽薄膜之工程；和 在藉由對自含氧氣體及含氮氣體中所選出之至少一種 終端處理用氣體施加高頻電力而所產生之終端處理用電漿 之狀態下，將上述結晶性矽薄膜之表面予以終端處理的終 端處理工程。 2 .如申請專利範圍第1項所記載之結晶性矽薄膜之 形成方法’其中，在上述成膜室中實施上述結晶性矽薄膜 形成工程之後’將形成有該結晶性矽薄膜之被成膜物品搬 入至與該成膜室連設的終端處理室，在該終端處理室實施 上述終端處理工程。 3. —種結晶性矽薄膜形成裝置，其特徵爲： 包含： 具有支持被成膜物品之物品支持器的成膜室； 被配置在上述成膜室內之矽濺鍍靶材； 對上述成膜室內供給氫氣體之氫氣體供給裝置； -28- (2) (2)1308361 自上述成膜室排氣之排氣裝置； 對自上述氫氣體供給裝置被供給至上述成膜室內之氫 氣體施加高頻電力，而形成用以將上述矽濺鍍靶材予以化 學濺鍍之化學濺鍍用電漿的高頻電力施加裝置；和 求出在上述成膜室內之化學濺镀用之電漿發光中波長 在65 6nm的氫原子基之發光光譜強度Ηα ，和波長在 414nm的矽烷基之發光光譜強度SitT之發光強度比（Ha /SiH* )的電漿發光分光測量裝置；和 在藉由對自含氧氣體及含氮氣體中所選出之至少一種 終端處理用-氣體施加高頻電力而產生終端處理用電漿，在 該終端處理用電漿之狀態下，用以將被形成在上述被成膜 物品上之結晶性矽薄膜之表面予以終端處理的終端處理裝 置。 4.如申請專利範圍第3項所記載之結晶性矽薄膜形 成裝置，其中，上述終端處理裝置是包含： 與上述成膜室連設，搬入在該成膜室中形成結晶性矽 薄膜之被成膜物品的終端處理室； 自該終端處理室內排氣之排氣裝置， 對該終端處理室內供給自含氧氣體及含氮氣體所選出 之至少一種終端處理用氣體的終端處理用氣體供給裝置； 和 對自該終端處理用氣體供給裝置被供給至該終端處理 室內之終端處理用氣體施加高頻電力，而產生終端處理用 電漿之高頻電力施加裝置。 -29- (3) 1308361 5 .如申請專利範圍第3項所記載之結晶性矽薄膜形 成裝置，其中，上述終端處理裝置是包含： 兼作終端處理室之上述成膜室； 將自含氧氣體及含氮氣體中所選出之至少一種終端處 理用氣體導入至該成膜室內之終端處理用氣體供給裝置； 和 將上述物品支持器當作高頻電極，對自該終端處理用 氣體供給裝置被供給至該成膜室內之終端處理用氣體施加 高頻電力，使產生終端處理用電漿的高頻電力施加裝置。
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