WO2011040394A1 - 結晶性珪素膜の成膜方法およびプラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

結晶性珪素膜の成膜方法およびプラズマｃｖｄ装置 Download PDF

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WO2011040394A1
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plasma cvd
crystalline silicon
forming
film
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大介 片山
稔 本多
真之 鴻野
敏雄 中西
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東京エレクトロン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method for forming a crystalline silicon film and a plasma CVD apparatus.
  • Crystalline silicon is a substance that can be highly doped, and is widely used in semiconductor elements such as diodes.
  • a thermal CVD method or a plasma CVD method using plasma excited at a high frequency is used for the production of the crystalline silicon film.
  • a plasma CVD method using plasma excited at a high frequency is used for the production of the crystalline silicon film.
  • other than monosilane (SiH 4 ) is used as a raw material gas industrially from the viewpoint of suppressing defects in a crystalline silicon thin film to be formed.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a method for forming a high-quality crystalline silicon film at a high film formation rate by plasma CVD.
  • the method for forming a crystalline silicon film according to the present invention uses a plasma CVD apparatus that generates plasma by introducing a microwave into a processing container using a planar antenna having a plurality of holes, and uses the formula Si n H 2n + 2 (where, n is a number equal to or greater than 2), and a plasma is generated by exciting a film-forming gas containing a silicon compound represented by the microwave and performing plasma CVD using the plasma.
  • a crystalline silicon film is deposited.
  • the silicon compound is preferably disilane or trisilane.
  • the film forming gas preferably contains a rare gas.
  • the film forming gas preferably contains hydrogen gas.
  • the volume flow rate ratio of the silicon compound to the total flow rate of the film forming gas is preferably in the range of 0.5% to 10%.
  • the plasma CVD by setting the pressure in the processing container within a range of 0.1 Pa to 10.6 Pa.
  • the method for forming a crystalline silicon film of the present invention is preferably performed at a processing temperature of 250 ° C. or higher and 600 ° C. or lower.
  • the power density of the microwave is preferably in a range of 2.56 W / cm 2 or less 0.25 W / cm 2 or more per area of the object.
  • a bias voltage is applied to an object to be processed by applying high-frequency power to an electrode embedded in a mounting table for mounting the object to be processed during the plasma CVD. It is preferable to do.
  • the plasma CVD apparatus of the present invention is a plasma CVD apparatus for forming a crystalline silicon film on a workpiece by plasma CVD,
  • a processing container having an open top for accommodating the object to be processed;
  • a mounting table disposed in the processing container and on which a target object is mounted;
  • a dielectric member that closes the opening of the processing container;
  • a planar antenna provided on top of the dielectric member and having a plurality of holes for introducing microwaves into the processing vessel;
  • a gas introduction part for introducing a film forming gas into the processing container;
  • An exhaust device for evacuating the inside of the processing vessel;
  • a film-forming gas containing a silicon compound represented by the formula Si n H 2n + 2 (where n means a number of 2 or more) introduced into the processing vessel through the gas introduction unit is used for the planar antenna.
  • a method of forming a crystalline silicon film is performed in which plasma is generated by excitation with the microwave introduced through the plasma, and plasma CVD is performed using the plasma to deposit a crystalline silicon film on the surface of the object to be processed. And a control unit for controlling the operation.
  • the plasma CVD apparatus further includes an electrode embedded in the mounting table and a high-frequency power source connected to the electrode, and the control unit applies high-frequency power to the electrode during the plasma CVD.
  • a plasma CVD apparatus that generates plasma by introducing a microwave into a processing container using a planar antenna having a plurality of holes is used, and the formula Si n H 2n + 2 (here And n represents a number of 2 or more) by performing plasma CVD using a film-forming gas containing a silicon compound, a crystalline silicon film at a high film-forming rate without lowering the degree of crystallinity. Can be formed.
  • the method of the present invention can form a crystalline silicon film at a low temperature of 600 ° C. or lower, it can reduce the thermal budget and does not cause dopant diffusion during the film formation process. Useful.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a plasma CVD apparatus suitable for forming a crystalline silicon film. It is drawing which shows the structure of a planar antenna. It is explanatory drawing which shows the structure of a control part. It is a graph which shows the relationship between the film-forming rate of a polysilicon film, and the film-forming gas flow rate. It is a graph which shows the relationship between the crystallinity degree of a polysilicon film, and film-forming gas flow rate. It is a graph which shows the relationship between the crystal orientation of a polysilicon film, and the film-forming gas flow rate. It is a graph which shows the relationship between the crystal orientation of a polysilicon film, and the film-forming pressure.
  • FIG. 11 is a fragmentary cross-sectional view of the memory cell array of FIG. 10. It is drawing explaining the manufacturing process of a diode. It is drawing explaining the process following FIG. It is drawing explaining the process following FIG. 2 is a diagram illustrating a state where a polysilicon film to be a pin diode is laminated and formed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of a plasma CVD apparatus 100 that can be used in the method for producing a crystalline silicon film of the present invention.
  • the plasma CVD apparatus 100 generates a plasma by introducing a microwave into a processing container using a planar antenna having a plurality of slot-shaped holes, particularly an RLSA (Radial Line Slot Antenna). It is configured as an RLSA microwave plasma processing apparatus that can generate microwave-excited plasma having a density and a low electron temperature.
  • RLSA Random Line Slot Antenna
  • the plasma CVD apparatus 100 treatment with plasma having a plasma density of 1 ⁇ 10 10 to 5 ⁇ 10 12 / cm 3 and a low electron temperature of 0.7 to 2 eV is possible. Therefore, the plasma CVD apparatus 100 can be suitably used for the purpose of forming a polysilicon film as a crystalline silicon film by plasma CVD in the manufacturing process of various semiconductor devices.
  • the plasma CVD apparatus 100 includes, as main components, an airtight processing container 1, a gas supply device 18 that supplies a gas into the processing container 1, a gas introduction unit 14 that is connected to the gas supply device 18, An exhaust device 24 for evacuating the inside of the processing vessel 1, a microwave introducing device 27 that is provided above the processing vessel 1 and introduces microwaves into the processing vessel 1, and each component of the plasma CVD device 100 And a control unit 50 for controlling.
  • the gas supply device 18 may not be included in the components of the plasma CVD apparatus 100 but may be configured to use an external gas supply device connected to the gas introduction unit 14.
  • the processing container 1 is formed of a substantially cylindrical container that is grounded, and has an open top. Note that the processing container 1 may be formed of a rectangular tube-shaped container.
  • the processing container 1 has a bottom wall 1a and a side wall 1b made of a material such as aluminum.
  • a processing table 1 is provided with a mounting table 2 for horizontally supporting a silicon wafer (hereinafter simply referred to as a “wafer”) W as an object to be processed.
  • the mounting table 2 is made of a material having high thermal conductivity, such as ceramics such as AlN.
  • the mounting table 2 is supported by a cylindrical support member 3 that extends upward from the center of the bottom of the exhaust chamber 11 and is fixed to the bottom.
  • the support member 3 is made of ceramics such as AlN, for example.
  • the mounting table 2 is provided with a cover ring 4 that covers the outer edge portion thereof and guides the wafer W.
  • the cover ring 4 is an annular member made of a material such as quartz, AlN, Al 2 O 3 , or SiN. From the viewpoint of protecting the mounting table 2, the cover ring 4 may cover the entire surface of the mounting table 2.
  • a resistance heating type heater 5 as a temperature adjusting mechanism is embedded in the mounting table 2.
  • the heater 5 is heated by the heater power supply 5a to heat the mounting table 2 and uniformly heats the wafer W, which is a substrate to be processed, with the heat.
  • the mounting table 2 is provided with a thermocouple (TC) 6.
  • TC thermocouple
  • the heating temperature of the wafer W can be controlled in a range from room temperature to 900 ° C., for example.
  • the mounting table 2 has wafer support pins (not shown) for supporting the wafer W and moving it up and down.
  • Each wafer support pin is provided so as to protrude and retract with respect to the surface of the mounting table 2.
  • an electrode 7 is embedded on the surface side of the mounting table 2.
  • the electrode 7 is disposed between the heater 5 and the surface of the mounting table 2.
  • a high-frequency power supply 9 for applying a bias is connected to the electrode 7 via a matching box (MB) 8 by a feeder line 7a.
  • a high frequency power is supplied to the electrode 7 from a high frequency power source 9 so that a high frequency bias (RF bias) can be applied to the wafer W as a substrate. That is, the electrode 7, the power supply line 7 a, the matching box (MB) 8, and the high-frequency power source 9 constitute a bias applying unit.
  • the material of the electrode 7 is preferably a material having a thermal expansion coefficient equivalent to that of ceramics such as AlN, which is the material of the mounting table 2, and is preferably a conductive material such as molybdenum or tungsten.
  • the electrode 7 is formed, for example, in a mesh shape, a lattice shape, a spiral shape, or the like.
  • the size of the electrode 7 is preferably at least equal to or slightly larger than the wafer W (for example, approximately 1 to 5 mm larger than the diameter of the wafer W).
  • a circular opening 10 is formed at a substantially central portion of the bottom wall 1a of the processing container 1.
  • An exhaust chamber 11 that communicates with the opening 10 and protrudes downward is provided on the bottom wall 1a.
  • An exhaust pipe 12 is connected to the exhaust chamber 11 and is connected to an exhaust device 24 via the exhaust pipe 12.
  • An annular plate 13 having a function as a lid for opening and closing the processing container 1 is disposed at the upper end of the side wall 1b forming the processing container 1.
  • the inner peripheral lower part of the plate 13 protrudes toward the inner side (inside the processing container space) to form an annular support part 13a.
  • a gas introduction part 14 for introducing a processing gas is disposed above the processing container 1.
  • the plate 13 is provided with a first gas introduction part 14a having a first gas introduction hole.
  • a second gas introduction part 14 b having a second gas introduction hole is provided on the side wall 1 b of the processing container 1. That is, the first gas introduction part 14 a and the second gas introduction part 14 b are provided in two upper and lower stages to constitute the gas introduction part 14.
  • the first gas introduction part 14a and the second gas introduction part 14b are connected to a gas supply device 18 for supplying a film forming gas and a plasma excitation gas.
  • the first gas introduction part 14a and the second gas introduction part 14b may be provided in a nozzle shape or a shower head shape.
  • both the first gas introduction part 14 a and the second gas introduction part 14 b may be provided on the side wall 1 b of the processing container 1.
  • a loading / unloading port 16 for loading / unloading the wafer W between the plasma CVD apparatus 100 and a transfer chamber (not shown) adjacent to the plasma CVD apparatus 100 is provided on the side wall 1b of the processing container 1.
  • a gate valve 17 for opening and closing 16 is provided.
  • the gas supply device 18 supplies a film forming gas or the like into the processing container 1, and includes an inert gas supply source 19a, a hydrogen gas supply source 19b, and a silicon compound gas (Si compound gas) supply source containing a silicon compound. 19c, a dopant gas supply source 19d, and a hydrogen gas supply source 19e.
  • the inert gas supply source 19a and the hydrogen gas supply source 19b are connected to the first gas introduction part 14a via the gas lines 20a and 20b and the gas line 20f.
  • the silicon compound gas supply source 19c, the dopant gas supply source 19d, and the hydrogen gas supply source 19e are connected to the second gas introduction unit 14b through the gas lines 20c, 20d, 20e, and the gas line 20g. .
  • the gas supply device 18 includes, as gas supply sources (not shown) other than those described above, for example, a cleaning gas supply source for cleaning the inside of the processing container 1, a purge gas supply source used when replacing the atmosphere in the processing container 1, and the like. You may have.
  • a silicon compound gas that is a film forming raw material a gas of a silicon compound in which the number of silicon atoms contained in the molecule is 2 or more, more specifically, the formula Si n H 2n + 2 (where n is 2 A silicon compound gas represented by the above number is used.
  • This silicon compound is preferably a compound composed of a silicon atom and a hydrogen atom.
  • disilane (Si 2 H 6 ), trisilane (Si 3 H 8 ), or the like can be used. You may use these in combination of 2 or more type.
  • an inert gas, hydrogen gas, dopant gas, or the like can be used as the film forming gas. Since the inert gas and the hydrogen gas are plasma forming gases that have a function of stably forming the plasma generated in the processing vessel 1, it is preferable to mix them in the film forming gas.
  • the inert gas for example, a rare gas can be used.
  • the rare gas is useful for generating stable plasma as a plasma excitation gas.
  • Ar gas, Kr gas, Xe gas, He gas, or the like can be used.
  • Examples of the dopant gas include PH 3 and AsH 3 when forming an n-type polysilicon film, and B 2 H 6 when forming a p-type polysilicon film.
  • the inert gas and the hydrogen gas are merged from the inert gas supply source 19a and the hydrogen gas supply source 19b of the gas supply device 18 to the gas line 20f via the gas lines 20a and 20b, and then to the first gas introduction unit 14a. Finally, it is introduced into the processing container 1 from the first gas introduction part 14a.
  • the silicon compound gas, the dopant gas, and the hydrogen gas joined from the silicon compound gas supply source 19c, the dopant gas supply source 19d, and the hydrogen gas supply source 19e to the gas line 20g through the gas lines 20c, 20d, and 20e, respectively.
  • the second gas introduction part 14b is reached and introduced into the processing container 1 from the second gas introduction part 14b.
  • Each gas line 20a to 20e connected to each gas supply source is provided with mass flow controllers 21a to 21e and front and rear opening / closing valves 22a to 22e.
  • the supplied gas can be switched and the flow rate can be controlled.
  • an inert gas or hydrogen gas for plasma excitation such as Ar, is an arbitrary gas and is not necessarily supplied simultaneously with the film forming gas.
  • the exhaust device 24 includes a high-speed vacuum pump such as a turbo molecular pump. As described above, the exhaust device 24 is connected to the exhaust chamber 11 of the processing container 1 through the exhaust pipe 12. By operating the exhaust device 24, the gas in the processing container 1 flows uniformly into the space 11a in the exhaust chamber 11, and is further exhausted to the outside through the exhaust pipe 12 from the space 11a. Thereby, the inside of the processing container 1 can be depressurized at a high speed, for example, to 0.133 Pa.
  • the microwave introduction device 27 includes a transmission plate 28, a planar antenna 31, a slow wave material 33, a cover member 34, a waveguide 37, and a microwave generation device 39 as main components.
  • the microwave introduction device 27 is a plasma generation unit that introduces a microwave into the processing container 1 to generate plasma.
  • the transmission plate 28 as a dielectric member is provided on a support portion 13 a that protrudes to the inner peripheral side of the plate 13.
  • the transmission plate 28 is made of a dielectric material that transmits microwaves, for example, ceramics such as quartz, Al 2 O 3 , and AlN. In particular, when used as a plasma CVD apparatus, ceramics such as Al 2 O 3 and AlN are preferable.
  • a gap between the transmission plate 28 and the support portion 13a is hermetically sealed through a seal member 29. Therefore, the upper opening of the processing container 1 is closed by the transmission plate 28 via the plate 13, and the inside of the processing container 1 is kept airtight.
  • the planar antenna 31 is provided above the transmission plate 28 so as to face the mounting table 2.
  • the planar antenna 31 has a disk shape.
  • the shape of the planar antenna 31 is not limited to a disk shape, and may be a square plate shape, for example.
  • the planar antenna 31 is locked to the upper end of the plate 13.
  • the planar antenna 31 is made of, for example, a copper plate, a nickel plate, a SUS plate or an aluminum plate whose surface is plated with gold or silver.
  • the planar antenna 31 has a number of slot-shaped microwave radiation holes 32 that radiate microwaves.
  • the microwave radiation holes 32 are formed through the planar antenna 31 in a predetermined pattern.
  • each microwave radiation hole 32 has an elongated rectangular shape (slot shape), and two adjacent microwave radiation holes form a pair. And typically, the adjacent microwave radiation holes 32 are arranged in an “L” shape. Further, the microwave radiation holes 32 arranged in combination in a predetermined shape (for example, L-shape) are further arranged concentrically as a whole.
  • the length and arrangement interval of the microwave radiation holes 32 are determined according to the wavelength ( ⁇ g) of the microwave.
  • the interval between the microwave radiation holes 32 is arranged to be ⁇ g / 4 to ⁇ g.
  • the interval between adjacent microwave radiation holes 32 formed concentrically is indicated by ⁇ r.
  • the microwave radiation hole 32 may have another shape such as a circular shape or an arc shape.
  • the arrangement form of the microwave radiation holes 32 is not particularly limited, and may be arranged in a spiral shape, a radial shape, or the like in addition to the concentric shape.
  • a slow wave material 33 having a dielectric constant larger than that of a vacuum, for example, quartz, Al 2 O 3 , AlN, resin, or the like is provided.
  • the slow wave material 33 has a function of adjusting the plasma by shortening the wavelength of the microwave because the wavelength of the microwave becomes longer in vacuum.
  • planar antenna 31 and the transmission plate 28 and the slow wave member 33 and the planar antenna 31 may be brought into contact with or separated from each other, but are preferably brought into contact with each other.
  • a cover member 34 is provided above the plate 13 so as to cover the planar antenna 31 and the slow wave material 33.
  • the cover member 34 is made of a metal material such as aluminum or stainless steel.
  • the plate 13 and the cover member 34 are sealed by a seal member 35.
  • a cooling water channel 34 a is formed inside the cover member 34. By allowing cooling water to flow through the cooling water flow path 34a, the cover member 34, the slow wave material 33, the planar antenna 31 and the transmission plate 28 can be cooled.
  • the cover member 34 is grounded.
  • An opening 36 is formed at the center of the upper wall (ceiling part) of the cover member 34, and a waveguide 37 is connected to the opening 36.
  • a microwave generator 39 that generates microwaves is connected to the other end of the waveguide 37 via a matching circuit 38.
  • the waveguide 37 includes a coaxial waveguide 37a having a circular cross section extending upward from the opening 36 of the cover member 34, and a rectangular guide extending in the horizontal direction connected to the upper end of the coaxial waveguide 37a. And a wave tube 37b.
  • An inner conductor 41 extends in the center of the coaxial waveguide 37a.
  • the inner conductor 41 is connected and fixed to the center of the planar antenna 31 at its lower end. With such a structure, the microwave is efficiently and uniformly propagated radially and uniformly to the planar antenna 31 via the inner conductor 41 of the coaxial waveguide 37a.
  • the microwave generated by the microwave generation device 39 is propagated to the planar antenna 31 through the waveguide 37 and further into the processing container 1 through the transmission plate 28. It has been introduced.
  • the microwave frequency for example, 2.45 GHz is preferably used, and 8.35 GHz, 1.98 GHz, or the like can be used.
  • the control unit 50 includes a computer, and includes, for example, a process controller 51 including a CPU, a user interface 52 connected to the process controller 51, and a storage unit 53 as illustrated in FIG.
  • the process controller 51 includes each component (for example, the heater power source 5a, the high frequency power source 9, and the like related to process conditions such as temperature, pressure, gas flow rate, microwave output, and high frequency output for bias application).
  • the gas supply device 18, the exhaust device 24, the microwave generator 39, and the like) are controlled.
  • the user interface 52 includes a keyboard on which a process administrator manages command input to manage the plasma CVD apparatus 100, a display that visualizes and displays the operating status of the plasma CVD apparatus 100, and the like.
  • the storage unit 53 stores a recipe in which a control program (software) for realizing various processes executed by the plasma CVD apparatus 100 under the control of the process controller 51 and processing condition data are recorded. Yes.
  • recipes such as the control program and processing condition data may be stored in a computer-readable storage medium such as a CD-ROM, hard disk, flexible disk, flash memory, DVD, or Blu-ray disk. Alternatively, it may be transmitted from other devices as needed via, for example, a dedicated line and used online.
  • the gate valve 17 is opened, and the wafer W is loaded into the processing container 1 from the loading / unloading port 16 and mounted on the mounting table 2.
  • an inert gas supply source 19a, a hydrogen gas supply source 19b, a silicon compound gas supply source 19c, and a hydrogen gas supply source 19e of the gas supply device 18 are further exhausted under reduced pressure while the processing container 1 is evacuated.
  • the treatment pressure is preferably in the range of 0.1 Pa to 10.6 Pa, more preferably in the range of 0.1 Pa to 5.3 Pa.
  • the lower the processing pressure, the better, and the lower limit of 0.1 Pa in the above range is a value set based on restrictions on the apparatus (limit of high vacuum).
  • the processing pressure exceeds 10.6 Pa, the crystallinity of polysilicon is lowered and the film quality is lowered, which is not preferable.
  • the volume flow rate ratio of silicon compound gas such as Si 2 H 6 gas is set to 0.5% or more and 10% or less with respect to the total film forming gas flow rate. It is preferably 1% or more and 5% or less, and more preferably 1.25% or more and 2.5% or less. If the volume flow ratio of the silicon compound gas is 0.5% or less, a sufficient film formation rate cannot be obtained, and if it exceeds 10%, the film quality may be deteriorated.
  • the flow rate of the silicon compound gas is 1 mL / min (sccm) or more and 100 mL / min (sccm) or less, preferably 1 mL / min (sccm) or more and 20 mL / min (sccm) or less so that the above flow rate ratio is obtained.
  • the film forming gas contains hydrogen together with the silicon compound gas.
  • Hydrogen has an action of repairing the crystal by entering a defect in the crystalline silicon film. Therefore, by adding hydrogen to the deposition gas, the crystallinity of the crystalline silicon film can be improved and the film quality can be improved.
  • the volume flow rate ratio of hydrogen gas (H 2 gas / percentage of total film formation gas flow rate) is preferably 90% or more and 99.5% or less, and 95% or more and 99% or less with respect to the total film formation gas flow rate. It is more preferable that it is 97.5% or more and 98.75% or less.
  • the flow rate of the hydrogen gas is 10 mL / min (sccm) or more and 1000 mL / min (sccm) or less, preferably 50 mL / min (sccm) or more and 500 mL / min (sccm) or less so that the above flow rate ratio is obtained. Can be set.
  • the volume flow rate ratio of the inert gas to the total deposition gas flow rate is preferably 1% or more and 10% or less, and preferably 1% or more and 5%. % Or less is more preferable.
  • the flow rate of the inert gas is 2 mL / min (sccm) to 100 mL / min (sccm), preferably 2 mL / min (sccm) to 50 mL / min (sccm) in the above flow rate ratio.
  • the flow rate of the inert gas is, for example, 100 mL / min (sccm) or more and 1500 mL / min (sccm) or less. It is preferable that
  • the temperature of the plasma CVD process is 600 ° C. or lower, preferably 250 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or higher and 500 ° C., in order to reduce the thermal budget and suppress the diffusion of impurities. What is necessary is just to set in the following ranges.
  • a microwave having a predetermined frequency, for example, 2.45 GHz, generated by the microwave generator 39 is guided to the waveguide 37 via the matching circuit 38.
  • the microwave guided to the waveguide 37 sequentially passes through the rectangular waveguide 37 b and the coaxial waveguide 37 a and is supplied to the planar antenna 31 through the inner conductor 41. That is, the microwave propagates toward the planar antenna 31 in the coaxial waveguide 37a.
  • the microwave is radiated from the slot-shaped microwave radiation hole 32 of the planar antenna 31 to the space above the wafer W in the processing chamber 1 through the transmission plate 28. At this time, the greater the microwave output, the higher the crystallinity of the polysilicon film to be formed.
  • the microwave output is 0.25 to 2.56 W as the output density per area of the wafer W. preferably in the range of / cm 2, the microwave output can be selected to be the power density within the above range according to the purpose, for example, from the range of 500 W ⁇ 5000 W. Note that 5000 W, which is the upper limit of the microwave output, is a value set due to restrictions on the apparatus, and if possible, a microwave output exceeding the upper limit can be supplied.
  • An electromagnetic field is formed in the processing container 1 by the microwave radiated from the planar antenna 31 through the transmission plate 28 to the processing container 1, and silicon compound gas, hydrogen gas and / or inert gas, and further dopant gas (added) Case), but each becomes plasma. Then, the dissociation of the source gas efficiently proceeds in the plasma, and by reaction of active species such as Si p H q and SiH q (where p and q are arbitrary numbers, the same applies hereinafter). A polysilicon film is deposited.
  • high-frequency power having a predetermined frequency and magnitude is supplied from the high-frequency power source 9 to the electrode 7 of the mounting table 2 during the plasma CVD process, and a high-frequency bias voltage (hereinafter simply referred to as “RF bias”) is supplied. Can also be applied to the wafer W.
  • RF bias high-frequency bias voltage
  • the plasma electron temperature can be kept low, there is little damage to the film even when an RF bias is applied.
  • application of RF bias in an appropriate range can attract Si ions in the plasma toward the wafer W, so that the crystallinity is improved and the quality of the polysilicon film is improved, and the film formation rate is further increased. This can be further improved.
  • the frequency of the high frequency power supplied from the high frequency power source 9 is preferably in the range of 400 kHz to 60 MHz, and more preferably in the range of 450 kHz to 20 MHz.
  • RF power is preferably applied in the range 0.585W / cm 2 or less power density as for example 0.012W / cm 2 or more per area of the wafer W, 0.012W / cm 2 or more 0.234W / cm It is more preferable to apply within the range of 2 or less.
  • the high frequency power is preferably in the range of 10 W to 500 W, and more preferably in the range of 10 W to 200 W, and the RF bias can be applied to the electrode 7 so as to achieve the above output density.
  • the above conditions are stored as recipes in the storage unit 53 of the control unit 50.
  • the process controller 51 reads the recipe and sends a control signal to each component of the plasma CVD apparatus 100, such as the gas supply device 18, the exhaust device 24, the microwave generator 39, the heater power supply 5a, and the high-frequency power supply 9. As a result, a plasma CVD process under a desired condition is realized.
  • Processing temperature (mounting table): 400 ° C
  • Microwave power 3000W
  • Processing pressure 5.3
  • Silane gas flow rate 5, 10 or 20 mL / min (sccm)
  • Ar gas flow rate 800 mL / min (sccm) in total with the silane-based gas
  • the film formation rate tends to increase in proportion to the increase in the flow rate for any silicon compound, but the highest when Si 3 H 8 is used, followed by Si 2 H 6 .
  • SiH 4 gave the lowest results.
  • Si 3 H 8 showed a remarkable improvement of about 3 times and Si 2 H 6 of about 2 times the SiH 4 deposition rate.
  • FIG. 5 shows that the crystallinity tends to slightly decrease with an increase in the flow rate of any silicon compound, but there is little difference depending on the type of silicon compound, and it has been confirmed that the film quality is substantially equivalent.
  • FIG. 6 shows a ratio of the signal strength of the crystal orientation ⁇ 220> normalized by the film thickness by XRD analysis of a polysilicon film formed under the above conditions using SiH 4 and Si 2 H 6 as silicon compounds ( %) And the flow rates of SiH 4 and Si 2 H 6 .
  • the film formation rate (right scale on the vertical axis) is also shown.
  • the XRD analysis of FIG. 6 shows the same tendency as the Raman spectroscopic analysis, and the ratio of the crystal orientation ⁇ 220> tends to slightly decrease with increasing flow rate for both SiH 4 and Si 2 H 6. It was confirmed that the film quality was almost the same. However, the deposition rate of Si 2 H 6 was about twice as great as that of SiH 4 .
  • the volume flow rate ratio of silicon compound gas (silicon compound gas / percentage of total film forming gas flow rate) is within the range of 1.25% to 2.5%, compared to SiH 4 , Si 2. It is understood that the advantages of using H 6 and Si 3 H 8 are significant. Therefore, it has been confirmed that by using a silicon compound having two or more silicon atoms in the molecule as the silicon compound, the deposition rate can be significantly improved without reducing the crystallinity of the polysilicon film. It was done.
  • Treatment temperature (mounting table): set to 250 ° C, 400 ° C or 500 ° C.
  • Microwave power set to 2000W, 3000W or 4000W.
  • Processing pressure 4 Pa, 5.3 Pa or 10.6 Pa was set.
  • Silane-based gas flow rate 5 mL / min (sccm).
  • H2 gas flow rate set to 400 mL / min (sccm) in total with the silane-based gas.
  • FIG. 7 shows the influence of the film forming pressure.
  • the pressure is 4 Pa to 5.3 Pa, the ratio of the crystal orientation ⁇ 220> is hardly changed, but it is greatly reduced at 10.6 Pa.
  • the film forming pressure is preferably 10.6 Pa or less, for example, and more preferably 5.3 Pa or less.
  • FIG. 8 shows the influence of the film formation temperature (mounting table temperature).
  • the ratio of crystal orientation ⁇ 220> hardly changed at 250 ° C., 400 ° C., and 500 ° C., and no significant difference was observed. It was.
  • the upper limit of the film forming temperature is preferably set to about 600 ° C. Therefore, the film formation temperature is preferably 250 ° C. or more and 600 ° C. or less, and more preferably 250 ° C. to 500 ° C.
  • FIG. 9 shows the influence of the microwave output, and it was confirmed that the ratio of the crystal orientation ⁇ 220> increases by increasing the microwave output from 2000 W to 4000 W.
  • FIG. 9 suggests that the crystallinity can be increased as the microwave output is increased. Therefore, it is considered that the microwave output is preferably 2000 W or more and 5000 W or less, and more preferably 3000 W or more and 5000 W or less.
  • FIG. 10 schematically shows a configuration of a cross-point type memory cell array 200.
  • memory cells MC are arranged at intersections of a plurality (three in the figure) bit lines BL and a plurality (three in the figure) word lines WL.
  • FIG. 11 is a fragmentary cross-sectional view of the memory cell array 200 of FIG. 10, showing the detailed structure of the memory cell MC.
  • the memory cell MC has a circuit structure in which a diode 201 and a storage element 211 are connected in series.
  • the diode 201 is a pin diode, and includes a p-type silicon layer 202, an intrinsic silicon layer 203, and an n-type silicon layer 204.
  • the memory element 211 is a material (for example, a transition metal oxide such as PrCaMnO) whose resistance is changed by an electrical stress.
  • a phase change memory PRAM
  • a phase change is caused by a thermal stress due to current.
  • a material that changes for example, GeSeTe
  • a ferroelectric memory FeRAM
  • a ferroelectric material for example, lead zirconate titanate, strontium / bismuth / tantalum composite oxide
  • MRAM magnetic memory Is a TMR (ferromagnetic tunnel magnetoresistive effect) in which a ferromagnetic layer made of a transition metal magnetic element such as Fe, Co, Ni, CoFe, or NiFe or an alloy thereof, a nonmagnetic layer, and the ferromagnetic layer are stacked. And the like having an element structure.
  • the method for manufacturing a polysilicon film according to the present invention can be applied when manufacturing the diode 201 of the cross-point type memory cell array 200.
  • a polysilicon layer 202a (a portion to become the p-type silicon layer 202) is formed using a film forming gas containing a silicon compound having a thickness of 2 or more.
  • plasma CVD is performed while supplying a dopant gas such as B 2 H 6 from the dopant gas supply source 19d.
  • a film forming gas containing a silicon compound in which the number of silicon atoms contained in the molecule is 2 or more is used on the polysilicon layer 202a by the plasma CVD apparatus 100. Then, a polysilicon layer 203a (a portion to become the intrinsic silicon layer 203) is formed.
  • a film forming gas containing a silicon compound in which the number of silicon atoms contained in the molecule is 2 or more is used on the polysilicon layer 203a by the plasma CVD apparatus 100.
  • a polysilicon layer 204a (a portion to become the n-type silicon layer 204) is formed.
  • plasma CVD is performed while supplying a dopant gas such as PH 3 from the dopant gas supply source 19d.
  • the polysilicon layer 202a to be the p-type silicon layer 202, the polysilicon layer 203a to be the intrinsic silicon layer 203, and the polysilicon layer 204a to be the n-type silicon layer 204 can be sequentially formed. Thereafter, a memory cell MC having the stacked structure shown in FIG. 11 can be formed by forming a material film of a portion to be the memory element 211 on the polysilicon layer 204a and performing etching.
  • high-quality polysilicon layers 202a, 203a and 204a having a high crystallinity can be formed at a high film formation rate.
  • the polysilicon layers 202a, 203a, and 204a are formed at a low temperature of 600 ° C. or lower by using the plasma CVD apparatus 100 that generates plasma by introducing microwaves into the processing container using a planar antenna. Since the film can be formed, the dopant is not diffused during the film formation process.
  • the degree of integration is usually improved by forming a memory cell array 200 as shown in FIG. 10 in a stacked structure.
  • the diode 201 pin diode
  • the diode 201 pin diode
  • the polysilicon layers 202a, 203a, and 204a are formed by the thermal CVD method, it is difficult to reduce the thickness, and the dopant diffuses at a high temperature. From this point of view, it is extremely advantageous to apply the method of the present invention that can form the polysilicon layers 202a, 203a, and 204a in a thin film and that can be formed at a relatively low temperature and does not cause dopant diffusion. .

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Abstract

【課題】プラズマＣＶＤ法により良質な結晶性珪素膜を高い成膜レートで成膜する方法を提供する。 【解決手段】複数の孔を有する平面アンテナにより処理容器内にマイクロ波を導入してプラズマを生成するプラズマＣＶＤ装置を用い、式ＳｉｎＨ２ｎ＋２（ここで、ｎは２以上の数を意味する）で表される珪素化合物を含む成膜ガスを前記マイクロ波により励起してプラズマを生成させ、該プラズマを用いてプラズマＣＶＤを行うことにより被処理体の表面に結晶性珪素膜を堆積させる。

Description

結晶性珪素膜の成膜方法およびプラズマＣＶＤ装置
　本発明は、結晶性珪素膜の成膜方法およびプラズマＣＶＤ装置に関する。
　結晶性珪素は、高濃度ドーピングが可能な物質であり、例えばダイオードなどの半導体素子に広く使われている。結晶性珪素膜の製造には、熱ＣＶＤ法や、高周波で励起したプラズマを用いるプラズマＣＶＤ法が利用されている。熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法のどちらにおいても、現状では、成膜される結晶性珪素薄膜の欠陥を抑制する観点から、工業的には原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ４）以外は使用されていない。
　プラズマＣＶＤで成膜レートを大きくするためには、原料ガスであるＳｉＨ４の時間当たりの流量を大きくすることが効果的である。しかし、時間当たりのＳｉＨ４の流量を大きくすると、成膜される結晶性珪素膜の結晶化度が低下し、膜質が劣化することが知られている。このため、プラズマＣＶＤで良質な膜質の結晶性珪素膜を短時間に成膜することは困難であり、工業的な規模で結晶性珪素膜を大量に生産する上での隘路となっていた。
　本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、プラズマＣＶＤ法により良質な結晶性珪素膜を高い成膜レートで成膜する方法を提供することである。
　本発明の結晶性珪素膜の成膜方法は、複数の孔を有する平面アンテナにより処理容器内にマイクロ波を導入してプラズマを生成するプラズマＣＶＤ装置を用い、式ＳｉｎＨ２ｎ＋２（ここで、ｎは２以上の数を意味する）で表される珪素化合物を含む成膜ガスを前記マイクロ波により励起してプラズマを生成させ、該プラズマを用いてプラズマＣＶＤを行うことにより被処理体の表面に結晶性珪素膜を堆積させる。
　本発明の結晶性珪素膜の成膜方法は、前記珪素化合物がジシランまたはトリシランであることが好ましい。
　本発明の結晶性珪素膜の成膜方法は、前記成膜ガスが、希ガスを含むことが好ましい。
　本発明の結晶性珪素膜の成膜方法は、前記成膜ガスが、水素ガスを含むことが好ましい。
　本発明の結晶性珪素膜の成膜方法は、前記成膜ガスの全流量に対する前記珪素化合物の体積流量比率が０．５％～１０％の範囲内であることが好ましい。
　本発明の結晶性珪素膜の成膜方法は、前記処理容器内の圧力を０．１Ｐａ以上１０．６Ｐａ以下の範囲内に設定して前記プラズマＣＶＤを行うことが好ましい。
　本発明の結晶性珪素膜の成膜方法は、処理温度を２５０℃以上６００℃以下で行うことが好ましい。
　本発明の結晶性珪素膜の成膜方法は、前記マイクロ波のパワー密度が、被処理体の面積あたり０．２５Ｗ／ｃｍ２以上２．５６Ｗ／ｃｍ２以下の範囲内であることが好ましい。
　本発明の結晶性珪素膜の成膜方法は、前記プラズマＣＶＤの間、被処理体を載置する載置台に埋設された電極に高周波電力を印加することにより、被処理体にバイアス電圧を印加することが好ましい。
　本発明のプラズマＣＶＤ装置は、プラズマＣＶＤ法により被処理体上に結晶性珪素膜を形成するプラズマＣＶＤ装置であって、
　被処理体を収容する上部が開口した処理容器と、
　前記処理容器内に配置され、被処理体を載置する載置台と、
　前記処理容器の前記開口を塞ぐ誘電体部材と、
　前記誘電体部材の上部に設けられ、前記処理容器内にマイクロ波を導入するための複数
の孔を有する平面アンテナと、
　前記処理容器内に成膜ガスを導入するガス導入部と、
　前記処理容器内を減圧排気する排気装置と、
　前記処理容器内に前記ガス導入部を介して導入した式ＳｉｎＨ２ｎ＋２（ここで、ｎは２以上の数を意味する）で表される珪素化合物を含む成膜ガスを、前記平面アンテナを介して導入した前記マイクロ波により励起してプラズマを生成させ、該プラズマを用いてプラズマＣＶＤを行い被処理体の表面に結晶性珪素膜を堆積させる結晶性珪素膜の成膜方法が行われるように制御する制御部と、を備えている。このプラズマＣＶＤ装置は、前記載置台内に埋設された電極と、前記電極に接続する高周波電源と、をさらに備え、前記制御部は、前記プラズマＣＶＤの間、前記電極に高周波電力を印加することにより、被処理体にバイアス電圧を印加することが好ましい。
　本発明の結晶性珪素膜の成膜方法によれば、複数の孔を有する平面アンテナにより処理容器内にマイクロ波を導入してプラズマを生成するプラズマＣＶＤ装置を用い、式ＳｉｎＨ２ｎ＋２（ここで、ｎは２以上の数を意味する）で表される珪素化合物を含む成膜ガスを用いてプラズマＣＶＤを行うことにより、結晶化度を低下させずに高い成膜レートで結晶性珪素膜を成膜できる。
　また、本発明方法は、６００℃以下の低温で結晶性珪素膜を成膜できるため、サーマルバジェットを低減できるとともに、成膜の過程でドーパントの拡散を生じさせることがないので、半導体製造プロセスにおいて有用である。
結晶性珪素膜の形成に適したプラズマＣＶＤ装置の一例を示す概略断面図で　　ある。 平面アンテナの構造を示す図面である。 制御部の構成を示す説明図である。 ポリシリコン膜の成膜レートと成膜ガス流量との関係を示すグラフである。 ポリシリコン膜の結晶化度と成膜ガス流量との関係を示すグラフである。 ポリシリコン膜の結晶配向性と成膜ガス流量との関係を示すグラフである。 ポリシリコン膜の結晶配向性と成膜圧力との関係を示すグラフである。 ポリシリコン膜の結晶配向性と成膜温度との関係を示すグラフである。 ポリシリコン膜の結晶配向性とマイクロ波出力との関係を示すグラフである。 クロスポイント型のメモリセルアレイの構成を示す模式図である。 図１０のメモリセルアレイの要部断面図である。 ダイオードの製造工程を説明する図面である。 図１２に続く工程を説明する図面である。 図１３に続く工程を説明する図面である。 ｐｉｎダイオードとなるポリシリコン膜が積層して成膜された状態を説明　　する図面である。
　　１…処理容器、２…載置台、３…支持部材、５…ヒータ、９…高周波電源、１２…排気管、１４…ガス導入部、１４ａ…第１のガス導入部、１４ｂ…第２のガス導入部、１６…搬入出口、１７…ゲートバルブ、１８…ガス供給装置、１９ａ…不活性ガス供給源、１９ｂ…水素ガス供給源、１９ｃ…珪素化合物ガス（Ｓｉ化合物ガス）供給源、１９ｄ…ドーパントガス供給源、１９ｅ…水素ガス供給源、２４…排気装置、２７…マイクロ波導入装置、２８…透過板、２９…シール部材、３１…平面アンテナ、３２…マイクロ波放射孔、３７…導波管、３９…マイクロ波発生装置、５０…制御部、１００…プラズマＣＶＤ装置、Ｗ…シリコンウエハ（基板）
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の結晶性珪素膜の製造方法に利用可能なプラズマＣＶＤ装置１００の概略構成を模式的に示す断面図である。
　プラズマＣＶＤ装置１００は、複数のスロット状の孔を有する平面アンテナ、特にＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna；ラジアルラインスロットアンテナ）にて処理容器内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のマイクロ波励起プラズマを発生させ得るＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置として構成されている。プラズマＣＶＤ装置１００では、１×１０１０～５×１０１２／ｃｍ３のプラズマ密度で、かつ０．７～２ｅＶの低電子温度を有するプラズマによる処理が可能である。従って、プラズマＣＶＤ装置１００は、各種半導体装置の製造過程においてプラズマＣＶＤによって結晶性珪素膜としてのポリシリコン膜を成膜処理する目的で好適に利用できる。
　プラズマＣＶＤ装置１００は、主要な構成として、気密に構成された処理容器１と、処理容器１内にガスを供給するガス供給装置１８と、このガス供給装置１８に接続するガス導入部１４と、処理容器１内を減圧排気するための排気装置２４と、処理容器１の上部に設けられ、処理容器１内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入装置２７と、これらプラズマＣＶＤ装置１００の各構成部を制御する制御部５０と、を備えている。なお、ガス供給装置１８は、プラズマＣＶＤ装置１００の構成部分には含めずに、外部のガス供給装置をガス導入部１４に接続して使用する構成としてもよい。
　処理容器１は、接地された略円筒状の容器により形成されており、上部が開口している。なお、処理容器１は角筒形状の容器により形成してもよい。処理容器１は、アルミニウム等の材質からなる底壁１ａと側壁１ｂとを有している。
　処理容器１の内部には、被処理体であるシリコンウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す）Ｗを水平に支持するための載置台２が設けられている。載置台２は、熱伝導性の高い材質例えばＡｌＮ等のセラミックスにより構成されている。この載置台２は、排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状の支持部材３により支持され、底部に固定さている。支持部材３は、例えばＡｌＮ等のセラミックスにより構成されている。
　また、載置台２には、その外縁部をカバーし、ウエハＷをガイドするためのカバーリング４が設けられている。このカバーリング４は、例えば石英、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ等の材質で構成された環状部材である。載置台２の保護の観点から、カバーリング４は載置台２の全表面を覆うようにしてもよい。
　また、載置台２には、温度調節機構としての抵抗加熱型のヒータ５が埋め込まれている。このヒータ５は、ヒータ電源５ａから給電されることにより載置台２を加熱して、その熱で被処理基板であるウエハＷを均一に加熱する。
　また、載置台２には、熱電対（ＴＣ）６が配備されている。この熱電対６により、温度計測を行うことにより、ウエハＷの加熱温度を例えば室温から９００℃までの範囲で制御可能となっている。
　また、載置台２には、ウエハＷを支持して昇降させるためのウエハ支持ピン（図示せず）を有している。各ウエハ支持ピンは、載置台２の表面に対して突没可能に設けられている。
　また、載置台２の表面側には電極７が埋設されている。この電極７は、ヒータ５と載置台２の表面との間に配置されている。この電極７に、給電線７ａによって、マッチングボックス（Ｍ．Ｂ．）８を介してバイアス印加用の高周波電源９が接続されている。電極７に高周波電源９より高周波電力を供給して、基板であるウエハＷに高周波バイアス（ＲＦバイアス）を印加できる構成となっている。つまり、電極７、給電線７ａ、マッチングボックス（Ｍ．Ｂ．）８及び高周波電源９は、バイアス印加手段を構成している。電極７の材質としては、載置台２の材質であるＡｌＮ等のセラミックスと同等の熱膨張係数を有する材質が好ましく、例えばモリブデン、タングステンなどの導電性材料を用いることが好ましい。電極７は、例えば網目状、格子状、渦巻き状等の形状に形成されている。電極７のサイズは、少なくともウエハＷと同等かそれより若干大きく（例えば、ウエハＷの直径よりも１～５ｍｍ程度大きく）形成することが好ましい。
　処理容器１の底壁１ａの略中央部には、円形の開口部１０が形成されている。底壁１ａにはこの開口部１０と連通し、下方に向けて突出する排気室１１が設けられている。この排気室１１には、排気管１２が接続されており、この排気管１２を介して排気装置２４に接続されている。
　処理容器１を形成する側壁１ｂの上端には、処理容器１を開閉させる蓋体（リッド）としての機能を有する環状のプレート１３が配置されている。プレート１３の内周下部は、内側（処理容器内空間）へ向けて突出し、環状の支持部１３ａを形成している。
　処理容器１の上方には、処理ガスを導入するガス導入部１４が配設されている。プレート１３には、第１のガス導入孔を有する第１のガス導入部１４ａが設けられている。また、処理容器１の側壁１ｂには、第２のガス導入孔を有する第２のガス導入部１４ｂが設けられている。つまり、第１のガス導入部１４ａおよび第２のガス導入部１４ｂは、上下２段に設けられ、ガス導入部１４を構成している。第１のガス導入部１４ａおよび第２のガス導入部１４ｂは成膜ガスやプラズマ励起用ガスを供給するガス供給装置１８に接続されている。なお、第１のガス導入部１４ａおよび第２のガス導入部１４ｂはノズル状またはシャワーヘッド状に設けてもよい。また、第１のガス導入部１４ａと第２のガス導入部１４ｂを単一のシャワーヘッドに設けてもよい。さらに、第１のガス導入部１４ａと第２のガス導入部１４ｂを共に処理容器１の側壁１ｂに設けてもよい。
　また、処理容器１の側壁１ｂには、プラズマＣＶＤ装置１００と、これに隣接する搬送室（図示せず）との間で、ウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１６と、この搬入出口１６を開閉するゲートバルブ１７とが設けられている。
　ガス供給装置１８は、成膜ガスなどを処理容器１内に供給するものであり、不活性ガス供給源１９ａ、水素ガス供給源１９ｂ、珪素化合物を含有する珪素化合物ガス（Ｓｉ化合物ガス）供給源１９ｃ、ドーパントガス供給源１９ｄ及び水素ガス供給源１９ｅを有している。不活性ガス供給源１９ａ及び水素ガス供給源１９ｂ、は、ガスライン２０ａ，２０ｂ、及びガスライン２０ｆを介して第１のガス導入部１４ａに接続されている。また、珪素化合物ガス供給源１９ｃ、ドーパントガス供給源１９ｄ及び水素ガス供給源１９ｅは、ガスライン２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、及びガスライン２０ｇを介して、第２のガス導入部１４ｂに接続されている。なお、ガス供給装置１８は、上記以外の図示しないガス供給源として、例えば処理容器１内をクリーニングするクリーニングガス供給源や、処理容器１内の雰囲気を置換する際に用いるパージガス供給源等を別に有していてもよい。
　本発明では、成膜原料である珪素化合物ガスとして、分子中に含まれる珪素原子の数が２以上である珪素化合物のガス、より具体的には式ＳｉｎＨ２ｎ＋２（ここで、ｎは２以上の数を意味する）で表される珪素化合物のガスを用いる。この珪素化合物は、珪素原子と水素原子とからなる化合物であることが好ましく、例えばジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）などを用いることができる。これらは２種以上を組み合わせて使用してもよい。
　また、成膜ガスとしては、珪素化合物ガスのほかに、不活性ガス、水素ガス、ドーパントガス等を用いることができる。不活性ガスと水素ガスは、処理容器１内で生成するプラズマを安定して形成させる機能を奏するプラズマ形成用のガスであるため、これらを成膜ガス中に混合することが好ましい。
　不活性ガスとしては、例えば希ガスを用いることができる。希ガスは、プラズマ励起用ガスとして安定したプラズマの生成に役立つものであり、例えばＡｒガス、Ｋｒガス、Ｘｅガス、Ｈｅガスなどを用いることができる。
　ドーパントガスとしては、ｎ型ポリシリコン膜を成膜する場合はＰＨ３、ＡｓＨ３等、ｐ型ポリシリコン膜を成膜する場合はＢ２Ｈ６等を例示できる。
　不活性ガス及び水素ガスは、ガス供給装置１８の不活性ガス供給源１９ａ及び水素ガス供給源１９ｂから、ガスライン２０ａ，２０ｂを介してガスライン２０ｆに合流した後第１のガス導入部１４ａに至り、第１のガス導入部１４ａから処理容器１内に導入される。一方、珪素化合物ガス、ドーパントガス及び水素ガスは、珪素化合物ガス供給源１９ｃ、ドーパントガス供給源１９ｄ及び水素ガス供給源１９ｅから、それぞれガスライン２０ｃ、２０ｄ、２０ｅを介してガスライン２０ｇに合流した後、第２のガス導入部１４ｂに至り、第２のガス導入部１４ｂから処理容器１内に導入される。各ガス供給源に接続する各々のガスライン２０ａ～２０ｅには、マスフローコントローラ２１ａ～２１ｅおよびその前後の開閉バルブ２２ａ～２２ｅが設けられている。このようなガス供給装置１８の構成により、供給されるガスの切替えや流量等の制御が出来るようになっている。なお、Ａｒなどのプラズマ励起用の不活性ガスや水素ガスは任意のガスであり、必ずしも成膜ガスと同時に供給する必要はない。
　排気装置２４は、ターボ分子ポンプなどの高速真空ポンプを備えている。前記のように、排気装置２４は、排気管１２を介して処理容器１の排気室１１に接続されている。この排気装置２４を作動させることにより、処理容器１内のガスは、排気室１１内の空間１１ａへ均一に流れ、さらに空間１１ａから排気管１２を介して外部へ排気される。これにより、処理容器１内を、例えば０．１３３Ｐａまで高速に減圧することが可能となっている。
　次に、マイクロ波導入装置２７の構成について説明する。マイクロ波導入装置２７は、主要な構成として、透過板２８、平面アンテナ３１、遅波材３３、カバー部材３４、導波管３７およびマイクロ波発生装置３９を備えている。マイクロ波導入装置２７は、処理容器１内にマイクロ波を導入してプラズマを生成させるプラズマ生成手段である。
　誘電体部材としての透過板２８は、プレート１３において内周側に張り出した支持部１３ａ上に配備されている。透過板２８は、マイクロ波を透過する誘電体、例えば石英やＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等のセラミックスから構成されている。特にプラズマＣＶＤ装置として用いる場合、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等のセラミックスが好ましい。この透過板２８と支持部１３ａとの間は、シール部材２９を介して気密にシールされている。したがって、処理容器１の上部の開口はプレート１３を介して透過板２８によって塞がれ、処理容器１内が気密に保持される。
　平面アンテナ３１は、透過板２８の上方において、載置台２と対向するように設けられている。平面アンテナ３１は、円板状をなしている。なお、平面アンテナ３１の形状は、円板状に限らず、例えば四角板状でもよい。この平面アンテナ３１は、プレート１３の上端に係止されている。
　平面アンテナ３１は、例えば表面が金または銀メッキされた銅板、ニッケル板、ＳＵＳ板またはアルミニウム板から構成されている。平面アンテナ３１は、マイクロ波を放射する多数のスロット状のマイクロ波放射孔３２を有している。マイクロ波放射孔３２は、所定のパターンで平面アンテナ３１を貫通して形成されている。
　個々のマイクロ波放射孔３２は、例えば図２に示すように、細長い長方形状（スロット状）をなし、隣接する２つのマイクロ波放射孔が対をなしている。そして、典型的には隣接するマイクロ波放射孔３２が「Ｌ」字状に配置されている。また、このように所定の形状（例えばＬ字状）に組み合わせて配置されたマイクロ波放射孔３２は、さらに全体として同心円状に配置されている。
　マイクロ波放射孔３２の長さや配列間隔は、マイクロ波の波長（λｇ）に応じて決定される。例えば、マイクロ波放射孔３２の間隔は、λｇ／４からλｇとなるように配置される。図２においては、同心円状に形成された隣接するマイクロ波放射孔３２どうしの間隔をΔｒで示している。なお、マイクロ波放射孔３２の形状は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、マイクロ波放射孔３２の配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状等に配置することもできる。
　平面アンテナ３１の上面には、真空よりも大きい誘電率、例えば石英、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、樹脂等を有する遅波材３３が設けられている。この遅波材３３は、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてプラズマを調整する機能を有している。
　なお、平面アンテナ３１と透過板２８との間、また、遅波材３３と平面アンテナ３１との間は、それぞれ接触させても離間させてもよいが、接触させることが好ましい。
　プレート１３の上部には、これら平面アンテナ３１および遅波材３３を覆うように、カバー部材３４が設けられている。カバー部材３４は、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材料によって形成されている。プレート１３とカバー部材３４とは、シール部材３５によりシールされている。カバー部材３４の内部には、冷却水流路３４ａが形成されている。この冷却水流路３４ａに冷却水を通流させることにより、カバー部材３４、遅波材３３、平面アンテナ３１および透過板２８を冷却できるようになっている。なお、カバー部材３４は接地されている。
　カバー部材３４の上壁（天井部）の中央には、開口部３６が形成されており、この開口部３６には導波管３７が接続されている。導波管３７の他端側には、マッチング回路３８を介してマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置３９が接続されている。
　導波管３７は、上記カバー部材３４の開口部３６から上方へ延出する断面円形状の同軸導波管３７ａと、この同軸導波管３７ａの上端部に接続された水平方向に延びる矩形導波管３７ｂとを有している。
　同軸導波管３７ａの中心には内導体４１が延在している。この内導体４１は、その下端部において平面アンテナ３１の中心に接続固定されている。このような構造により、マイクロ波は、同軸導波管３７ａの内導体４１を介して平面アンテナ３１へ放射状に効率よく均一に伝播される。
　以上のような構成のマイクロ波導入装置２７により、マイクロ波発生装置３９で発生したマイクロ波が導波管３７を介して平面アンテナ３１へ伝搬され、さらに透過板２８を介して処理容器１内に導入されるようになっている。なお、マイクロ波の周波数としては、例えば２．４５ＧＨｚが好ましく用いられ、他に、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等を用いることもできる。
　プラズマＣＶＤ装置１００の各構成部は、制御部５０に接続されて制御される構成となっている。制御部５０は、コンピュータを有しており、例えば図３に示したように、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ５１と、このプロセスコントローラ５１に接続されたユーザーインターフェース５２および記憶部５３を備えている。プロセスコントローラ５１は、プラズマＣＶＤ装置１００において、例えば温度、圧力、ガス流量、マイクロ波出力、バイアス印加用の高周波出力などのプロセス条件に関係する各構成部（例えば、ヒータ電源５ａ、高周波電源９、ガス供給装置１８、排気装置２４、マイクロ波発生装置３９など）を統括して制御する制御手段である。
　ユーザーインターフェース５２は、工程管理者がプラズマＣＶＤ装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマＣＶＤ装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有している。また、記憶部５３には、プラズマＣＶＤ装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記録されたレシピが保存されている。
　そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５２からの指示等にて任意のレシピを記憶部５３から呼び出してプロセスコントローラ５１に実行させることで、プロセスコントローラ５１の制御下、プラズマＣＶＤ装置１００の処理容器１内で所望の処理が行われる。また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばＣＤ－ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤ、ブルーレイディスクなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
　次に、ＲＬＳＡ方式のプラズマＣＶＤ装置１００を用いたプラズマＣＶＤ法によるポリシリコン膜の堆積処理について説明する。まず、ゲートバルブ１７を開にして搬入出口１６からウエハＷを処理容器１内に搬入し、載置台２上に載置する。次に、処理容器１内を減圧排気しながら、ガス供給装置１８の不活性ガス供給源１９ａ、水素ガス供給源１９ｂ、珪素化合物ガス供給源１９ｃ及び水素ガス供給源１９ｅさらに必要に応じてドーパントガス供給源１９ｄから、珪素化合物ガス、水素ガス及び／又は不活性ガス並びに必要によりドーパントガスを所定の流量でそれぞれ第１のガス導入部１４ａ及び第２のガス導入部１４ｂを介して処理容器１内に導入する。そして、処理容器１内を所定の圧力に調節する。
　ここで、プラズマＣＶＤにおける好ましい条件（処理圧力、成膜ガス流量、成膜温度）について説明する。処理圧力は、０．１Ｐａ以上１０．６Ｐａ以下の範囲内が好ましく、０．１Ｐａ以上５．３Ｐａ以下の範囲内がより好ましい。処理圧力は低いほどよく、上記範囲の下限値０．１Ｐａは、装置上の制約（高真空度の限界）に基づき設定した値である。処理圧力が１０．６Ｐａを超えると、ポリシリコンの結晶化度が低下して膜質が低下するため好ましくない。
　また、合計の成膜ガス流量に対して、Ｓｉ２Ｈ６ガスなどの珪素化合物ガスの体積流量比率（珪素化合物ガス／合計成膜ガス流量の百分率）を０．５％以上１０％以下とすることが好ましく、１％以上５％以下とすることがより好ましく、１．２５％以上２．５％以下とすることが望ましい。珪素化合物ガスの体積流量比率が０．５％以下では十分な成膜レートが得られず、１０％を超えると膜質が低下するおそれがある。なお、珪素化合物ガスの流量は、１ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以上１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下、好ましくは１ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以上２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下の範囲内から上記流量比率になるように設定することができる。
　また、成膜ガス中には、珪素化合物ガスとともに、水素を含むことが好ましい。水素は、結晶性珪素膜中の欠陥に入り込むことにより、結晶を修復させる作用がある。したがって、成膜ガス中に水素を添加することにより、結晶性珪素膜の結晶性を高め、膜質を向上させることができる。合計の成膜ガス流量に対して、水素ガスの体積流量比率（Ｈ２ガス／合計成膜ガス流量の百分率）を９０％以上９９．５％以下とすることが好ましく、９５％以上９９％以下とすることがより好ましく、９７．５％以上９８．７５％以下とすることが望ましい。なお、水素ガスの流量は、１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以上１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下、好ましくは５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以上５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下の範囲内から上記流量比率になるように設定することができる。
　また、プラズマを安定して生成させるために、上記珪素化合物ガス及び水素ガスとともに、Ａｒなどの不活性ガスを添加することが好ましい。この場合、合計の成膜ガス流量に対して、不活性ガスの体積流量比率（例えばＡｒガス／合計成膜ガス流量の百分率）を１％以上１０％以下とすることが好ましく、１％以上５％以下とすることがより好ましい。なお、不活性ガスの流量は、２ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以上１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下、好ましくは２ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以上５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下の範囲内から上記流量比率になるように設定することができる。
　なお、水素ガスに替えて不活性ガスを用いる場合（つまり、珪素化合物と不活性ガスを用いる場合）は、不活性ガスの流量は、例えば１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以上１５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下とすることが好ましい。
　また、プラズマＣＶＤ処理の温度は、サーマルバジェットを低減し、不純物の拡散を抑えるために、載置台２の温度を６００℃以下、好ましくは２５０℃以上６００℃以下、より好ましくは２５０℃以上５００℃以下の範囲内に設定すればよい。
　次に、マイクロ波発生装置３９で発生させた所定周波数例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を、マッチング回路３８を介して導波管３７に導く。導波管３７に導かれたマイクロ波は、矩形導波管３７ｂおよび同軸導波管３７ａを順次通過し、内導体４１を介して平面アンテナ３１に供給される。つまり、マイクロ波は、同軸導波管３７ａ内を平面アンテナ３１に向けて伝搬していく。そして、マイクロ波は、平面アンテナ３１のスロット状のマイクロ波放射孔３２から透過板２８を介して処理容器１内におけるウエハＷの上方空間に放射させられる。この際、マイクロ波出力を大きくするほど、成膜されるポリシリコン膜の結晶化度を高めることができるため、マイクロ波出力は、ウエハＷの面積あたりの出力密度として０．２５～２．５６Ｗ／ｃｍ２の範囲内とすることが好ましく、マイクロ波出力は、例えば５００Ｗ～５０００Ｗの範囲内から目的に応じて上記範囲内の出力密度になるように選択することができる。なお、マイクロ波出力の上限である５０００Ｗは装置上の制約により設定した値であり、可能であれば前記上限値を超えるマイクロ波出力を供給することができる。
　平面アンテナ３１から透過板２８を経て処理容器１に放射されたマイクロ波により、処理容器１内で電磁界が形成され、珪素化合物ガス、水素ガス及び／又は不活性ガス、さらにドーパントガス（添加する場合）が、それぞれプラズマ化する。そして、プラズマ中で原料ガスの解離が効率的に進み、ＳｉｐＨｑ、ＳｉＨｑ（ここで、ｐ、ｑは任意の数を意味する。以下同様である。）などの活性種の反応によって、ポリシリコン膜が堆積される。
　また、必要に応じて、プラズマＣＶＤ処理を行なっている間、載置台２の電極７に高周波電源９から所定の周波数および大きさの高周波電力を供給し、高周波バイアス電圧（以下、単に「ＲＦバイアス」と記すことがある）をウエハＷに印加することもできる。プラズマＣＶＤ装置１００では、プラズマの電子温度を低く維持できるので、ＲＦバイアスを印加しても膜へのダメージが少ない。また、適切な範囲でのＲＦバイアスの印加は、ウエハＷへ向けてプラズマ中のＳｉイオンを引き込むことができるため、結晶化度を高めポリシリコン膜の膜質を向上させるとともに、成膜レートをより一層向上させることができる。この場合、高周波電源９から供給される高周波電力の周波数は、例えば４００ｋＨｚ以上６０ＭＨｚ以下の範囲内が好ましく、４５０ｋＨｚ以上２０ＭＨｚ以下の範囲内がより好ましい。高周波電力は、ウエハＷの面積当たりの出力密度として例えば０．０１２Ｗ／ｃｍ２以上０．５８５Ｗ／ｃｍ２以下の範囲内で印加することが好ましく、０．０１２Ｗ／ｃｍ２以上０．２３４Ｗ／ｃｍ２以下の範囲内で印加することがより好ましい。また、高周波電力は１０Ｗ以上５００Ｗ以下の範囲内が好ましく、より好ましくは１０Ｗ以上２００Ｗ以下の範囲内から、上記出力密度になるように電極７に供給してＲＦバイアスを印加することができる。
　以上の条件は、制御部５０の記憶部５３にレシピとして保存されている。そして、プロセスコントローラ５１がそのレシピを読み出してプラズマＣＶＤ装置１００の各構成部例えばガス供給装置１８、排気装置２４、マイクロ波発生装置３９、ヒータ電源５ａ、高周波電源９などへ制御信号を送出することにより、所望の条件でのプラズマＣＶＤ処理が実現する。
　次に、本発明の基礎となった実験データを挙げ、プラズマＣＶＤ処理の好適な条件について説明する。
実験１：
　珪素化合物としてＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６及びＳｉ３Ｈ８ガスを、プラズマ生成用ガスとしてＡｒガスを使用し、プラズマＣＶＤ装置１００において下記のプラズマＣＶＤ条件で成膜ガスの流量を変えてポリシリコン膜を成膜した。各条件で成膜されたポリシリコン膜の成膜レートを図４、結晶化度を図５に示した。なお、結晶化度は、ラマン分光分析で得られたスペクトルの結晶性シリコン（５２０ｎｍ）の信号強度をアモルファスシリコン（４８０ｎｍ）の信号強度で除した値である。
［プラズマＣＶＤ条件］
　処理温度（載置台）：４００℃
　マイクロ波パワー：３０００Ｗ
　処理圧力；５．３Ｐａ
　シラン系ガス流量；５、１０又は２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
　Ａｒガス流量；上記シラン系ガスとの合計で８００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
　図４から、成膜レートは、どの珪素化合物でも流量の増加に比例して高くなる傾向を示しているが、Ｓｉ３Ｈ８を使用した場合が最も高く、次にＳｉ２Ｈ６であり、ＳｉＨ４は最も低い結果となった。ＳｉＨ４の成膜レートに対して、Ｓｉ３Ｈ８は約３倍、Ｓｉ２Ｈ６は約２倍の顕著な改善を示した。また、図５から、結晶化度は、どの珪素化合物でも、流量の増加とともに若干減少する傾向が見られるが、珪素化合物の種類による違いは少なく、略同等の膜質であることが確認された。
　また、図６は、珪素化合物としてＳｉＨ４およびＳｉ２Ｈ６を使用し上記条件で成膜したポリシリコン膜をＸＲＤ分析し、結晶方位＜２２０＞の信号強度を膜厚で規格化した比率（％）と、ＳｉＨ４およびＳｉ２Ｈ６の流量との関係を示している。なお、図６には、成膜レート（縦軸の右側目盛り）も併記した。図６のＸＲＤ分析でもラマン分光分析と同様の傾向を示し、結晶方位＜２２０＞の比率は、ＳｉＨ４およびＳｉ２Ｈ６ともに流量の増加とともに若干減少する傾向が見られるが、珪素化合物による違いは少なく、略同等の膜質であることが確認された。しかし、成膜レートは、ＳｉＨ４に比べてＳｉ２Ｈ６は約２倍の顕著な改善を示した。
　以上の結果から、珪素化合物ガスの体積流量比率（珪素化合物ガス／合計成膜ガス流量の百分率）が１．２５％以上２．５％以下の範囲内で、ＳｉＨ４に比較して、Ｓｉ２Ｈ６及びＳｉ３Ｈ８を用いることの優位性が際立っていることが理解される。従って、珪素化合物として、分子中に含まれる珪素原子の数が２以上である珪素化合物を用いることにより、ポリシリコン膜の結晶化度を低下させることなく、成膜レートを大幅に向上できることが確認された。
実験２：
　珪素化合物としてＳｉ２Ｈ６、プラズマ生成用ガスとしてＨ２ガスを使用し、プラズマＣＶＤ装置１００において下記のプラズマＣＶＤ条件でポリシリコン膜を成膜した。各条件で成膜されたポリシリコン膜をＸＲＤ分析し、結晶方位＜２２０＞の信号強度を膜厚で規格化した比率（％）を元に、膜質に対する成膜圧力、温度、及びマイクロ波出力の影響を調べた。結果を図７～９に示した。
［プラズマＣＶＤ条件］
　処理温度（載置台）：２５０℃、４００℃又は５００℃に設定した。
　マイクロ波パワー：２０００Ｗ、３０００Ｗ又は４０００Ｗに設定した。
　処理圧力；４Ｐａ、５．３Ｐａ又は１０．６Ｐａに設定した。
　シラン系ガス流量；５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に設定した。
　Ｈ２ガス流量；上記シラン系ガスとの合計で４００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に設定した。
　図７は成膜圧力の影響を示しており、圧力が４Ｐａから５．３Ｐａでは結晶方位＜２２０＞の比率はほとんど変化していないが、１０．６Ｐａでは大幅に低下していた。従って、成膜圧力は、例えば１０．６Ｐａ以下が好ましく、５．３Ｐａ以下がより好ましいと考えられる。
　図８は成膜温度（載置台の温度）の影響を示しており、２５０℃、４００℃、５００℃で結晶方位＜２２０＞の比率はほとんど変化しておらず、有意な差は認められなかった。ただし、成膜温度が５００℃を超えて高くなると結晶方位＜２２０＞の比率が低下する傾向が見られるため、成膜温度の上限は６００℃程度とすることが好ましいと考えられる。従って、成膜温度は、例えば２５０℃以上６００℃以下が好ましく、２５０℃から５００℃がより好ましい。
　図９はマイクロ波出力の影響を示しており、マイクロ波出力を２０００Ｗから４０００Ｗに大きくすることによって、結晶方位＜２２０＞の比率が増加することが確認された。図９から、マイクロ波出力を大きくするほど結晶化度を高めることが可能であることが示唆された。従って、マイクロ波出力は、例えば２０００Ｗ以上５０００Ｗ以下が好ましく、３０００Ｗ以上５０００Ｗ以下がより好ましいと考えられる。
［不揮発性メモリ装置の製造への適用例］
　次に、図１０～図１５を参照しながら、本実施の形態に係る結晶性珪素膜の製造方法を不揮発性メモリ装置の製造過程に適用した例について説明する。図１０は、クロスポイント型のメモリセルアレイ２００の構成を模式的に示している。メモリセルアレイ２００は複数本（図示では３本）のビット線ＢＬと複数本（図示では３本）のワード線ＷＬの交点にメモリセルＭＣが配置されている。
　図１１は、図１０のメモリセルアレイ２００の要部断面図であり、メモリセルＭＣの詳細な構造を示している。メモリセルＭＣは、ダイオード２０１と記憶素子２１１とが直列に接続した回路構造をしている。ダイオード２０１は、ｐｉｎダイオードであり、ｐ型シリコン層２０２、真性シリコン層２０３及びｎ型シリコン層２０４を備えている。
　記憶素子２１１としては、抵抗変化メモリ（ＲＲＡＭ）の場合は電気的ストレスによって抵抗変化する材料（例えば、ＰｒＣａＭｎＯ等の遷移金属酸化物）、相変化メモリ（ＰＲＡＭ）の場合は電流による熱ストレスにより相変化する材料（例えばＧｅＳｅＴｅ等）、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）の場合は強誘電体材料（例えば、チタン酸ジルコン酸鉛、ストロンチウム・ビスマス・タンタル複合酸化物等）、磁気メモリ（ＭＲＡＭ）の場合は、例えばＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅなどの遷移金属磁性元素・それらの合金などからなる強磁性層と非磁性層と前記強磁性層とが積層されたＴＭＲ（強磁性トンネル磁気抵抗効果）素子構造など、を有するものを挙げることができる。
　本発明に係るポリシリコン膜の製造方法は、クロスポイント型のメモリセルアレイ２００のダイオード２０１を製造する際に適用できる。図１２及び図１３に示すように、図示しない層間絶縁膜上に形成された下部電極層２２０（ワードラインＷＬとなるもの）の上に、プラズマＣＶＤ装置１００により分子中に含まれる珪素原子の数が２以上である珪素化合物を含む成膜ガスを使用してポリシリコン層２０２ａ（ｐ型シリコン層２０２となる部分）を成膜する。この工程では、ドーパントガス供給源１９ｄから、Ｂ２Ｈ６等のドーパントガスを供給しながらプラズマＣＶＤを行う。
　次に、図１３及び図１４に示すように、ポリシリコン層２０２ａの上に、プラズマＣＶＤ装置１００により分子中に含まれる珪素原子の数が２以上である珪素化合物を含む成膜ガスを使用してポリシリコン層２０３ａ（真性シリコン層２０３となる部分）を成膜する。
　次に、図１４及び図１５に示すように、ポリシリコン層２０３ａの上に、プラズマＣＶＤ装置１００により分子中に含まれる珪素原子の数が２以上である珪素化合物を含む成膜ガスを使用してポリシリコン層２０４ａ（ｎ型シリコン層２０４となる部分）を成膜する。この工程では、ドーパントガス供給源１９ｄから、ＰＨ３等のドーパントガスを供給しながらプラズマＣＶＤを行う。
　以上のようにして、ｐ型シリコン層２０２となるポリシリコン層２０２ａ、真性シリコン層２０３となるポリシリコン層２０３ａ及びｎ型シリコン層２０４となるポリシリコン層２０４ａを順次形成することができる。以降は、ポリシリコン層２０４ａの上に、記憶素子２１１となる部分の材料膜を形成し、エッチングを行うことによって、図１１に示した積層構造のメモリセルＭＣを形成できる。
　本発明方法を適用することによって、高い成膜レートで高い結晶化度の良質なポリシリコン層２０２ａ，２０３ａ及び２０４ａを成膜できる。また、本発明方法では、平面アンテナにより処理容器内にマイクロ波を導入してプラズマを生成する方式のプラズマＣＶＤ装置１００を用いることによって、６００℃以下の低温でポリシリコン層２０２ａ，２０３ａ及び２０４ａを成膜できるので、成膜の過程でドーパントの拡散を生じさせることがない。また、通常、図１０に示すようなメモリセルアレイ２００を積層構造とすることによって集積度の向上を図っている。そのためには、ｐ型シリコン層２０２、真性シリコン層２０３及びｎ型シリコン層２０４からなるダイオード２０１（ｐｉｎダイオード）は、出来るだけ薄く形成する必要がある。しかし、熱ＣＶＤ法によってポリシリコン層２０２ａ，２０３ａ及び２０４ａを成膜する場合には、薄膜化が困難であるとともに、高温によってドーパントの拡散が生じてしまう。このような観点から、ポリシリコン層２０２ａ，２０３ａ及び２０４ａを薄膜に成膜できるとともに、比較的低温での成膜が可能でドーパントの拡散を生じさせない本発明方法を適用することは極めて有利である。
　以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、クロスポイント型不揮発性メモリ装置の製造工程での適用例を挙げて説明したが、これに限るものではなく、良質な結晶性珪素薄膜を高いレートで成膜する必要がある半導体プロセスに広く適用できる。

Claims (11)

  1. 複数の孔を有する平面アンテナにより処理容器内にマイクロ波を導入してプラズマを生成するプラズマＣＶＤ装置を用い、式ＳｉｎＨ２ｎ＋２（ここで、ｎは２以上の数を意味する）で表される珪素化合物を含む成膜ガスを前記マイクロ波により励起してプラズマを生成させ、該プラズマを用いてプラズマＣＶＤを行うことにより被処理体の表面に結晶性珪素膜を堆積させる結晶性珪素膜の成膜方法。
  2. 　前記珪素化合物がジシランまたはトリシランである請求項１に記載の結晶性珪素膜の成膜方法。
  3. 　前記成膜ガスが、希ガスを含む請求項１に記載の結晶性珪素膜の成膜方法。
  4. 　前記成膜ガスが、水素ガスを含む請求項１に記載の結晶性珪素膜の成膜方法。
  5. 　前記成膜ガスの全流量に対する前記珪素化合物の体積流量比率が０．５％～１０％の範囲内である請求項１に記載の結晶性珪素膜の成膜方法。
  6. 　前記処理容器内の圧力を０．１Ｐａ以上１０．６Ｐａ以下の範囲内に設定して前記プラズマＣＶＤを行う請求項１に記載の結晶性珪素膜の成膜方法。
  7. 　処理温度を２５０℃以上６００℃以下で行う請求項１に記載の結晶性珪素膜の成膜方法。
  8. 　前記マイクロ波のパワー密度が、被処理体の面積あたり０．２５Ｗ／ｃｍ２以上２．５６Ｗ／ｃｍ２以下の範囲内である請求項１に記載の結晶性珪素膜の成膜方法。
  9. 　前記プラズマＣＶＤの間、被処理体を載置する載置台に埋設された電極に高周波電力を印加することにより、被処理体にバイアス電圧を印加する請求項１に記載の結晶性珪素膜の成膜方法。
  10. 　プラズマＣＶＤ法により被処理体上に結晶性珪素膜を形成するプラズマＣＶＤ装置であって、
    　被処理体を収容する上部が開口した処理容器と、
    　前記処理容器内に配置され、被処理体を載置する載置台と、
    　前記処理容器の前記開口を塞ぐ誘電体部材と、
    　前記誘電体部材の上部に設けられ、前記処理容器内にマイクロ波を導入するための複数
    の孔を有する平面アンテナと、
    　前記処理容器内に成膜ガスを導入するガス導入部と、
    　前記処理容器内を減圧排気する排気装置と、
    　前記処理容器内に前記ガス導入部を介して導入した式ＳｉｎＨ２ｎ＋２（ここで、ｎは２以上の数を意味する）で表される珪素化合物を含む成膜ガスを、前記平面アンテナを介して導入した前記マイクロ波により励起してプラズマを生成させ、該プラズマを用いてプラズマＣＶＤを行い被処理体の表面に結晶性珪素膜を堆積させる結晶性珪素膜の成膜方法が行われるように制御する制御部と、
    を備えたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
  11. 　前記載置台内に埋設された電極と、
    　前記電極に接続する高周波電源と、
    をさらに備え、
    　前記制御部は、前記プラズマＣＶＤの間、前記電極に高周波電力を印加することにより、被処理体にバイアス電圧を印加する請求項１０に記載のプラズマＣＶＤ装置。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013229372A (ja) * 2012-04-24 2013-11-07 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
JP6008611B2 (ja) * 2012-06-27 2016-10-19 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
JP2014013837A (ja) * 2012-07-04 2014-01-23 Tokyo Electron Ltd シリコン酸化膜の形成方法およびその形成装置
CN103602957A (zh) * 2013-11-07 2014-02-26 中山市创科科研技术服务有限公司 一种用于制备α_SiH膜的设备
KR20150087702A (ko) * 2014-01-22 2015-07-30 삼성전자주식회사 플라즈마 발생 장치
JP6742165B2 (ja) * 2016-06-14 2020-08-19 東京エレクトロン株式会社 窒化珪素膜の処理方法および窒化珪素膜の形成方法
JP7022651B2 (ja) * 2018-05-28 2022-02-18 東京エレクトロン株式会社 膜をエッチングする方法及びプラズマ処理装置
US20200312629A1 (en) * 2019-03-25 2020-10-01 Recarbon, Inc. Controlling exhaust gas pressure of a plasma reactor for plasma stability
US10832893B2 (en) * 2019-03-25 2020-11-10 Recarbon, Inc. Plasma reactor for processing gas

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0817738A (ja) * 1994-06-24 1996-01-19 Mitsui Toatsu Chem Inc 結晶性半導体薄膜形成方法
JP2008277306A (ja) * 1997-01-29 2008-11-13 Foundation For Advancement Of International Science プラズマ装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR950001360B1 (ko) * 1990-11-26 1995-02-17 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 겐큐쇼 전기 광학장치와 그 구동방법
TW297950B (ja) * 1994-12-16 1997-02-11 Handotai Energy Kenkyusho Kk
US7816236B2 (en) * 2005-02-04 2010-10-19 Asm America Inc. Selective deposition of silicon-containing films
US7361574B1 (en) * 2006-11-17 2008-04-22 Sharp Laboratories Of America, Inc Single-crystal silicon-on-glass from film transfer

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0817738A (ja) * 1994-06-24 1996-01-19 Mitsui Toatsu Chem Inc 結晶性半導体薄膜形成方法
JP2008277306A (ja) * 1997-01-29 2008-11-13 Foundation For Advancement Of International Science プラズマ装置

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