JP2000150500A - Method of forming silicon system thin film - Google Patents
Method of forming silicon system thin filmInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマＣＶＤ法に
よるシリコン系薄膜の形成方法に関する。The present invention relates to a method for forming a silicon-based thin film by a plasma CVD method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】シリコン系薄膜としては、シリコン薄
膜、酸化シリコン薄膜、窒化シリコン薄膜等が知られて
おり、これらには様々の用途がある。シリコン薄膜は、
液晶表示装置における画素に設けられるＴＦＴ（薄膜ト
ランジスタ）スイッチの材料として、或いは各種集積回
路、太陽電池等の作製に採用されている。また、酸化シ
リコン薄膜や窒化シリコン膜は電気絶縁性膜として利用
されている。2. Description of the Related Art As a silicon thin film, a silicon thin film, a silicon oxide thin film, a silicon nitride thin film and the like are known, and these have various uses. Silicon thin film
It is employed as a material for a TFT (thin film transistor) switch provided in a pixel in a liquid crystal display device, or for manufacturing various integrated circuits, solar cells, and the like. Further, a silicon oxide thin film or a silicon nitride film is used as an electric insulating film.
【０００３】シリコン薄膜を例にとると、該薄膜は多く
の場合、シラン系反応ガスを用いたプラズマＣＶＤ法に
より形成され、その場合、該薄膜のほとんどはアモルフ
ァスシリコン薄膜である。アモルファスシリコン薄膜
は、被成膜基体の温度を比較的低くして形成することが
でき、平行平板型の電極を用いた高周波放電（周波数
１３．５６ＭＨｚ）による材料ガスのプラズマのもとに
容易に大面積に形成できる。このことから、これまで液
晶表示装置の画素用スイッチングデバイス、太陽電池等
に広く利用されている。[0003] Taking a silicon thin film as an example, the thin film is often formed by a plasma CVD method using a silane-based reaction gas, in which case most of the thin film is an amorphous silicon thin film. The amorphous silicon thin film can be formed by setting the temperature of the substrate on which the film is to be formed at a relatively low temperature.
(13.56 MHz), it can be easily formed in a large area under the plasma of the material gas. For this reason, it has been widely used in pixel switching devices of liquid crystal display devices, solar cells, and the like.
【０００４】しかし、シリコン膜利用の太陽電池におけ
る発電効率のさらなる向上、シリコン膜利用の半導体デ
バイスにおける応答速度等の特性のさらなる向上はかか
るアモルファスシリコン膜に求めることはできない。そ
のため結晶性シリコン薄膜の利用が検討されている。結
晶性シリコン薄膜の形成方法としては、被成膜基体の温
度を６００℃〜７００℃以上の温度に維持して低圧プラ
ズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ等のＣＶＤ法や、真空蒸着法、ス
パッタ蒸着法等のＰＶＤ法により形成する方法、各種Ｃ
ＶＤ法やＰＶＤ法により比較的低温下でアモルファスシ
リコン薄膜を形成した後、後処理として、８００℃程度
以上、例えば１０００℃程度の熱処理若しくは６００℃
程度で長時間にわたる熱処理を該アモルファスシリコン
膜に施して形成する方法が知られている。However, further improvement in power generation efficiency in a solar cell using a silicon film and further improvement in characteristics such as response speed in a semiconductor device using a silicon film cannot be required for such an amorphous silicon film. Therefore, use of a crystalline silicon thin film is being studied. As a method for forming a crystalline silicon thin film, a CVD method such as low-pressure plasma CVD, thermal CVD, or the like, a vacuum deposition method, a sputter deposition method, or the like is performed while maintaining the temperature of a substrate on which a film is to be formed at a temperature of 600 ° C. to 700 ° C. or higher. Method of forming by PVD method, various C
After forming an amorphous silicon thin film at a relatively low temperature by a VD method or a PVD method, as a post-treatment, a heat treatment of about 800 ° C. or more, for example, about 1000 ° C. or 600 ° C.
There is known a method in which the amorphous silicon film is formed by performing a heat treatment for about a long time on the amorphous silicon film.
【０００５】また、アモルファスシリコン膜にレーザア
ニール処理を施して該膜を結晶化させる方法も知られて
いる。上記の他、モノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン
（Ｓｉ2 Ｈ6 ）等のシラン系ガスを水素やフッ化シリコ
ン（ＳｉＦ）などで希釈したガスのプラズマのもとで５
００℃程度以下の低温下に結晶性シリコン薄膜を直接形
成する方法も提案されている。There is also known a method in which an amorphous silicon film is subjected to laser annealing to crystallize the film. In addition to the above, under a plasma of a gas obtained by diluting a silane-based gas such as monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ) with hydrogen or silicon fluoride (SiF).
A method of directly forming a crystalline silicon thin film at a low temperature of about 00 ° C. or less has also been proposed.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のうち基体を高温に曝す方法では、基体として高温に耐
え得る高価な基体（例えば石英基板）を採用しなけれな
らず、例えば安価な低融点ガラス基板（耐熱温度５００
℃以下）への結晶性シリコン薄膜の形成は困難であり、
そのため、結晶性シリコン薄膜の製造コストが基体コス
トの面から高くなるという問題がある。However, in the method of exposing the substrate to a high temperature, an expensive substrate (for example, a quartz substrate) capable of withstanding a high temperature must be employed as the substrate. (Heat-resistant temperature 500
It is difficult to form a crystalline silicon thin film
Therefore, there is a problem that the manufacturing cost of the crystalline silicon thin film is increased in terms of the base cost.
【０００７】また、レーザアニール法によるときには、
低温下で結晶性シリコン薄膜を得ることができるもの
の、レーザ照射工程を必要とすることや、非常に高いエ
ネルギー密度のレーザ光を照射しなければならないこと
等から、この場合も結晶性シリコン薄膜の製造コストが
高くなってしまう。また、レーザ光を膜の各部に均一に
照射することが難しく、レーザ照射中に水素が脱離する
ことで膜表面が荒れるといった問題点があり、これらの
ことから良質の結晶性シリコン薄膜を得ることが難し
い。In the case of the laser annealing method,
Although a crystalline silicon thin film can be obtained at a low temperature, a laser irradiation step is required, and a laser beam having a very high energy density must be irradiated. Manufacturing costs increase. In addition, it is difficult to uniformly irradiate each part of the film with laser light, and there is a problem that hydrogen is desorbed during laser irradiation and the film surface is roughened. From these, a high-quality crystalline silicon thin film is obtained. It is difficult.
【０００８】シラン系ガスを水素やフッ化シリコン（Ｓ
ｉＦ）などで希釈したガスのプラズマのもとで低温下に
結晶性シリコン薄膜を直接形成する方法では、シラン系
ガスを水素ガス等で希釈して使用するので、膜堆積速度
が大幅に低下するという問題がある。また、シリコン系
薄膜を形成する場合であれ、酸化シリコン膜等を形成す
る場合であれ、被成膜基体上に直接膜形成すると、基体
の汚染や表面欠陥の影響を大きく受けて膜質が悪化し易
いという問題もある。The silane-based gas is replaced with hydrogen or silicon fluoride (S
In the method of directly forming a crystalline silicon thin film at a low temperature under the plasma of a gas diluted by iF) or the like, the silane-based gas is diluted with a hydrogen gas or the like and used, so that the film deposition rate is significantly reduced. There is a problem. In addition, whether a silicon-based thin film or a silicon oxide film is formed, if a film is formed directly on a substrate on which the film is to be formed, the film quality is greatly affected by contamination of the substrate and surface defects. There is also a problem that it is easy.
【０００９】そこで本発明は、比較的低温下で安価に、
また、成膜速度の大幅な低下を招くことなく生産性よく
結晶性シリコン薄膜を形成できる他、良質の電気絶縁性
シリコン化合物薄膜なども形成できるシリコン系薄膜の
形成方法を提供することを課題とする。Therefore, the present invention provides an inexpensive method at a relatively low temperature,
Another object of the present invention is to provide a method for forming a silicon-based thin film that can form a crystalline silicon thin film with good productivity without causing a significant reduction in the film formation rate and can also form a high-quality electrically insulating silicon compound thin film. I do.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
本発明者は研究を重ね次の知見を得た。すなわち、シリ
コンスパッタターゲットを水素ガスプラズマでスパッタ
リングし、このスパッタリングされた原子と水素プラズ
マによる励起効果及び堆積膜表面と水素ラジカルの反応
などにより被成膜基体上に膜を堆積形成すれば、従来の
シラン系ガスを水素ガスで希釈したガスのプラズマのも
とで形成されるシリコン薄膜と同様に、結晶性を示し、
表面粗度の小さい、シリコンの水素終端された結合手が
配向した表面を有する初期シリコン膜が形成される。そ
してこの初期シリコン膜を形成したのち、該被成膜基体
をシリコンを組成に含む所定の成膜用ガスのプラズマに
さらすことで、該初期シリコン膜の上に、該初期シリコ
ン膜の膜質と表面状態の影響を受けながら良質のシリコ
ン系薄膜が堆積していく。しかも、全体として比較的低
温下で膜形成できるとともに、水素ガス等で希釈された
成膜用ガスを用いる場合のような大幅な成膜速度の低下
を招くことなく生産性よく膜形成できる。Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted research and obtained the following findings. That is, if a silicon sputter target is sputtered with hydrogen gas plasma and a film is deposited and formed on a substrate on which a film is formed by the excitation effect of the sputtered atoms and hydrogen plasma and the reaction of hydrogen radicals with the surface of the deposited film. Similar to a silicon thin film formed under the plasma of a gas obtained by diluting a silane-based gas with hydrogen gas, it exhibits crystallinity,
An initial silicon film having a surface having a small surface roughness and a surface in which hydrogen-terminated bonds of silicon are oriented is formed. After the initial silicon film is formed, the substrate to be formed is exposed to a plasma of a predetermined film forming gas containing silicon in a composition, so that the film quality and surface of the initial silicon film are formed on the initial silicon film. A high-quality silicon-based thin film is deposited under the influence of the state. In addition, the film can be formed as a whole at a relatively low temperature, and the film can be formed with high productivity without causing a drastic reduction in the film forming rate unlike the case of using a film forming gas diluted with hydrogen gas or the like.
【００１１】本発明はかかる知見に基づくもので、前記
課題を解決するため、シリコンスパッタターゲットを設
けたチャンバ内に被成膜基体を設置し、該チャンバ内に
水素ガスプラズマを形成し、該プラズマにて前記シリコ
ンスパッタターゲットをスパッタリングして前記被成膜
基体上に初期シリコン膜を形成する第１の工程と、前記
初期シリコン膜が形成された被成膜基体を設置したチャ
ンバ内にシリコンを組成に含む成膜原料ガス（換言すれ
ばシリコン原子を有する成膜原料ガス）のプラズマを形
成し、該プラズマのもとで前記初期シリコン膜が形成さ
れた被成膜基体上に所定のシリコン系薄膜を形成する第
２の工程とを含むことを特徴とするシリコン系薄膜の形
成方法を提供する。The present invention is based on this finding. In order to solve the above problems, a substrate on which a film is to be formed is installed in a chamber provided with a silicon sputter target, and a hydrogen gas plasma is formed in the chamber. A first step of sputtering the silicon sputter target to form an initial silicon film on the substrate on which the film is to be formed, and forming silicon in a chamber in which the substrate on which the initial silicon film is formed is installed. A plasma of a film-forming material gas (in other words, a film-forming material gas containing silicon atoms) is formed, and a predetermined silicon-based thin film is formed on the film-forming substrate on which the initial silicon film is formed under the plasma. And a second step of forming a silicon thin film.
【００１２】本発明に係る薄膜形成方法によると、良質
のシリコン系薄膜を、比較的低温下で、生産性よく形成
できる。前記シリコン系薄膜を形成する第２の工程にお
いて、前記シリコンを組成に含む成膜原料ガスとしてシ
リコン薄膜形成のためのガス、例えば、シラン系反応ガ
ス〔例えばモノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン（Ｓｉ2
Ｈ6 ）、トリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）〕や、四フッ化シリ
コン（ＳｉＦ4 ）ガス、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ4 ）
ガス、ジクロルシラン（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）ガス等を採用
すれば、表面荒れが少なく均一である、良質の結晶性シ
リコン薄膜を形成できる。According to the thin film forming method of the present invention, a silicon thin film of good quality can be formed at a relatively low temperature with high productivity. In the second step of forming the silicon-based thin film, a gas for forming a silicon thin film such as a silane-based reaction gas [for example, monosilane (SiH 4 ), disilane (Si 2
H 6 ), trisilane (Si 3 H 8 )], silicon tetrafluoride (SiF 4 ) gas, silicon tetrachloride (SiCl 4 )
If a gas, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas, or the like is used, a high-quality crystalline silicon thin film having less surface roughness and uniformity can be formed.
【００１３】また、前記シリコン系薄膜を形成する第２
の工程において、前記シリコンを組成に含む成膜原料と
して、電気絶縁性シリコン化合物膜を形成するためのガ
スを採用すれば、そのような薄膜を良質に形成できる。
例えば、前記シリコンを組成に含む成膜原料ガスとし
て、酸素ガスを含むガスを採用すれば、電気絶縁性良好
な酸化シリコン膜（ＳｉＯ2 ）を形成することができ、
窒素ガス或いはアンモニアガスを含むガスを採用すれ
ば、電気絶縁性良好な窒化シリコン膜（ＳｉX Ｎy）を
形成でき、Ｎ2 Ｏガスを含むガスを採用すれば電気絶縁
性良好な酸窒化シリコン膜（ＳｉＯX Ｎy 又はＳｉＯX
＋ＳｉX Ｎy ）を形成することができる。Further, a second film for forming the silicon-based thin film may be used.
In this step, if a gas for forming an electrically insulating silicon compound film is employed as a film-forming material containing silicon in the composition, such a thin film can be formed with good quality.
For example, if a gas containing oxygen gas is used as a film-forming source gas containing silicon in the composition, a silicon oxide film (SiO 2 ) having good electric insulation can be formed.
By employing the gas containing nitrogen gas or ammonia gas, it can form an electrically insulating good silicon nitride film (Si X N y), electrically insulating by employing a gas including N 2 O gas good silicon oxynitride Film (SiO X Ny or SiO X
+ Si x N y ).
【００１４】前記初期シリコン膜を形成する第１の工程
を実施するに際しては、次のからの点に留意するこ
とができる。特にシリコン系薄膜を形成する第２の工程
において、前記シリコンを組成に含む成膜原料ガスとし
てシリコン薄膜形成のためのガスを用いて結晶性シリコ
ン薄膜を形成する場合、次のからの点に留意するこ
とができる。すなわち、 前記初期シリコン膜を形成する第１の工程において
は、初期シリコン膜の結晶性を高めるために（或いはそ
の後第２工程でシリコン薄膜を形成する場合にはそのシ
リコン薄膜の結晶性もを高めるために）、２０Å以上の
膜厚で初期シリコン膜を形成することができる。しか
し、スパッタリングによる初期膜形成には時間がかかる
から、膜生産性の低下を招かないために、初期膜の膜厚
は５０Å程度に止めておくことが望ましい。 前記初期シリコン膜を形成する第１の工程における
前記水素ガスプラズマは、プラズマ中の水素分子発光
（６０２ｎｍ）強度と水素原子発光（６５６ｎｍ）強度
の比（水素分子発光強度／水素原子発光強度）が０．５
以上となるように形成することができる。In performing the first step of forming the initial silicon film, the following points can be noted. In particular, in the second step of forming a silicon-based thin film, in the case where a crystalline silicon thin film is formed using a gas for forming a silicon thin film as a film forming material gas containing silicon in the composition, the following points are considered. can do. That is, in the first step of forming the initial silicon film, the crystallinity of the initial silicon film is increased (or, when the silicon thin film is formed in the second step thereafter, the crystallinity of the silicon thin film is also increased). Therefore, the initial silicon film can be formed with a thickness of 20 ° or more. However, since it takes time to form an initial film by sputtering, it is desirable to keep the thickness of the initial film to about 50 ° so as not to cause a decrease in film productivity. In the hydrogen gas plasma in the first step of forming the initial silicon film, the ratio of the intensity of hydrogen molecule light emission (602 nm) and the intensity of hydrogen atom light emission (656 nm) (hydrogen molecule light emission intensity / hydrogen atom light emission intensity) in the plasma is obtained. 0.5
It can be formed as described above.
【００１５】このように発光強度比が０．５以上になる
ように水素ガスプラズマを制御することで、結晶性良好
な初期シリコン膜を形成できる。発光強度比の上限につ
いては、強度比を向上させる方法の一つとしてプラズマ
生成パワーを上げることがあるが、分子の励起以上に原
子への分解励起が促進されることなどから、例えば１０
程度を挙げることができる。 前記初期シリコン膜を形成する第１の工程における
水素ガスプラズマは、ガス圧が１０ｍＴｏｒｒから５０
ｍＴｏｒｒの範囲で形成することができる。By controlling the hydrogen gas plasma so that the emission intensity ratio becomes 0.5 or more, an initial silicon film having good crystallinity can be formed. Regarding the upper limit of the emission intensity ratio, as one of the methods for improving the intensity ratio, there is a case where the plasma generation power is increased.
The degree can be mentioned. The hydrogen gas plasma in the first step of forming the initial silicon film has a gas pressure of 10 mTorr to 50 mTorr.
It can be formed in the range of mTorr.
【００１６】ガス圧が１０ｍＴｏｒｒより著しく小さく
なると、シリコン膜の結晶性は向上しないばかりか、水
素ガスプラズマが不安定になる。ガス圧が５０ｍＴｏｒ
ｒより高くなると結晶性が低下する。シリコン薄膜、酸
化シリコン薄膜、窒化シリコン薄膜等のいずれを形成す
る場合であれ、前記初期シリコン膜を形成する第１の工
程と前記所定のシリコン系薄膜を形成する第２の工程と
は同じチャンバ内において連続的に実施することもでき
るし、別々のチャンバで実施することもできる。同じチ
ャンバ内で実施すると、形成される膜への不純物の付着
や混入、膜表面の不必要な酸化等がそれだけ抑制され、
それだけ良質の膜を形成できる。If the gas pressure is significantly lower than 10 mTorr, the crystallinity of the silicon film is not improved, and the hydrogen gas plasma becomes unstable. Gas pressure is 50mTorr
When it is higher than r, the crystallinity decreases. Regardless of whether a silicon thin film, a silicon oxide thin film, a silicon nitride thin film, or the like is formed, the first step of forming the initial silicon film and the second step of forming the predetermined silicon-based thin film are performed in the same chamber. Can be carried out continuously or can be carried out in separate chambers. When carried out in the same chamber, the attachment and mixing of impurities into the formed film, unnecessary oxidation of the film surface, etc. are suppressed accordingly,
As a result, a high-quality film can be formed.
【００１７】また、水素ガスから所定の成膜用ガスへの
置換を円滑に行い、プラズマを一旦消滅させることがな
ければ、プラズマの乱れをプラズマ点灯時の場合より小
さく抑制してそれだけ良質の薄膜を形成できる利点もあ
る。また、いずれにしても、前記第１の工程で使用する
シリコンスパッタターゲットは、様々の状態で提供でき
る。例えば第１工程を実施するチャンバ内の前記水素ガ
スプラズマに触れる部分（例えば、プラズマに触れ易い
チャンバ内壁）の全部又は一部をシリコン膜形成、シリ
コンウエハの貼着、シリコン片の付設等によりシリコン
で覆ってシリコンスパッタターゲットにしてもよい。別
途独立したシリコンスパッタターゲットを設置してもよ
い。Further, if the hydrogen gas is smoothly replaced with a predetermined film-forming gas and the plasma is not extinguished once, the turbulence of the plasma is suppressed to a smaller level than when the plasma is turned on, so that a high quality thin film is obtained. There is also an advantage that can be formed. In any case, the silicon sputter target used in the first step can be provided in various states. For example, all or a part of a portion (for example, an inner wall of the chamber which is easily exposed to the plasma) in the chamber where the first step is performed is exposed to silicon gas by forming a silicon film, attaching a silicon wafer, attaching a silicon piece, or the like. And a silicon sputter target. An independent silicon sputter target may be separately provided.
【００１８】また、前記初期シリコン膜を形成する第１
の工程における水素ガスプラズマを、該プラズマを形成
する前記チャンバ内に設置した高周波電極からの放電に
より形成するようにし、該高周波電極は表面の全部又は
一部をシリコン膜で覆って前記シリコンスパッタターゲ
ットの少なくとも一部としてもよい。Further, the first silicon film forming the initial silicon film
The hydrogen gas plasma in the step is formed by discharging from a high-frequency electrode provided in the chamber for forming the plasma, and the high-frequency electrode is entirely or partially covered with a silicon film, and the silicon sputter target is formed. May be at least a part thereof.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明に係るシリコン系薄
膜形成方法を実施する薄膜形成装置の１例の概略構成を
示している。図１に示す薄膜形成装置Ａは、成膜チャン
バ１、チャンバ１内に設置された基板ホルダ２、該チャ
ンバ１内において基板ホルダ２の上方領域において左右
に設置された一対の放電電極３、各放電電極３にマッチ
ングボックス４１を介して接続された放電用高周波電源
４、チャンバ１内に水素ガスを供給するためのガス供給
装置５、チャンバ１内にシリコンを組成に含む（シリコ
ン原子を有する）成膜原料ガスを供給するためのガス供
給装置６、チャンバ１内から排気するためにチャンバ１
に接続された排気装置７、チャンバ１内に生成されるプ
ラズマ状態を計測するための発光分光計測装置８等を備
えている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of an example of a thin film forming apparatus for performing a silicon-based thin film forming method according to the present invention. A thin film forming apparatus A shown in FIG. 1 includes a film forming chamber 1, a substrate holder 2 installed in the chamber 1, a pair of discharge electrodes 3 installed left and right in an upper region of the substrate holder 2 in the chamber 1. A high-frequency power source for discharge 4 connected to the discharge electrode 3 via a matching box 41, a gas supply device 5 for supplying hydrogen gas into the chamber 1, and silicon in the chamber 1 (containing silicon atoms) A gas supply device 6 for supplying a film forming material gas, and a chamber 1 for exhausting gas from the chamber 1
And an emission spectrometer 8 for measuring the state of plasma generated in the chamber 1.
【００２０】図示を省略した制御部も設けられており、
該制御部は、発光分光計測装置８による検出情報に基づ
いて電源４による投入電力、ガス供給装置５からの水素
ガス供給及びチャンバ１内の成膜圧力のうち少なくとも
一つを所定の水素ガスプラズマ状態を得るように制御で
きる。なお、これら全体は図示を省略したホストコンピ
ュータの指示に基づいて動作する。A control unit not shown is also provided.
The controller controls at least one of the input power from the power supply 4, the supply of hydrogen gas from the gas supply device 5, and the film formation pressure in the chamber 1 based on the detection information from the emission spectrometer 8 to a predetermined hydrogen gas plasma. You can control to get the status. Note that these components operate based on instructions from a host computer (not shown).
【００２１】基板ホルダ２は基板加熱用ヒータ２Ｈを備
えている。電極３はその内側面に予めシリコン膜３１を
設けてあり、また、チャンバ１の天井内面等にも予めシ
リコン膜３１を設けてあり、これらシリコン膜３１はシ
リコンスパッタターゲットとして使用される。電源４は
出力可変の電源であり、周波数６０ＭＨｚの高周波電力
を供給できる。なお、周波数は６０ＭＨｚに限らず、例
えば１３．５６ＭＨｚ程度から数１００ＭＨｚの範囲の
ものを採用できる。The substrate holder 2 has a substrate heating heater 2H. The electrode 3 is provided with a silicon film 31 on the inner surface thereof in advance, and the silicon film 31 is also provided on the inner surface of the ceiling of the chamber 1 and the like, and these silicon films 31 are used as a silicon sputter target. The power supply 4 is a variable output power supply, and can supply high frequency power having a frequency of 60 MHz. The frequency is not limited to 60 MHz, but may be, for example, in the range of about 13.56 MHz to several 100 MHz.
【００２２】チャンバ１及び基板ホルダ２はともに接地
されている。ガス供給装置５は水素ガス源の他、図示を
省略した弁、前記制御部からの指示により流量調整を行
うマスフローコントローラ等を含んでいる。ガス供給装
置６はここではモノシラン（ＳｉＨ4 ）ガス等を供給で
きるもので、ＳｉＨ4 等のガス源の他、図示を省略した
弁、制御部からの指示により流量調整を行うマスフロー
コントローラ等を含んでいる。The chamber 1 and the substrate holder 2 are both grounded. The gas supply device 5 includes, in addition to a hydrogen gas source, a valve (not shown), a mass flow controller that adjusts a flow rate according to an instruction from the control unit, and the like. Here, the gas supply device 6 can supply a monosilane (SiH 4 ) gas or the like, and includes a gas source such as SiH 4 , a valve (not shown), a mass flow controller that adjusts a flow rate according to an instruction from a control unit, and the like. In.
【００２３】排気装置７は排気ポンプの他、制御部から
の指示により排気流量調整を行うコンダクタンスバルブ
等を含んでいる。発光分光計測装置８は、ガス分解によ
る生成物の発光分光スペクトルを検出し、水素分子発光
（６０２ｎｍ）強度と水素原子発光（６５６ｎｍ）強度
の比（水素分子発光強度／水素原子発光強度）を求める
ことができるものである。The exhaust device 7 includes, in addition to the exhaust pump, a conductance valve for adjusting the exhaust flow rate according to an instruction from the control unit. The emission spectrometer 8 detects an emission spectrum of a product resulting from gas decomposition, and obtains a ratio of hydrogen molecule emission (602 nm) intensity to hydrogen atom emission (656 nm) intensity (hydrogen molecule emission intensity / hydrogen atom emission intensity). Is what you can do.
【００２４】図１に示す薄膜形成装置による例えばシリ
コン薄膜の形成は次のとおりである。先ず第１工程とし
て、チャンバ１内の基板ホルダ２に被成膜基板Ｓを設置
し、ヒータ２Ｈにて５００℃以下の温度、例えば４００
℃に加熱する。また、排気装置７の運転にてチャンバ１
内を初期シリコン膜形成のための真空圧力に維持すると
ともにチャンバ１内にガス供給装置５から水素ガスを導
入し、電源４から放電電極３に高周波電力を印加し、導
入した水素ガスをプラズマ化する。The formation of, for example, a silicon thin film by the thin film forming apparatus shown in FIG. 1 is as follows. First, as a first step, a substrate S on which a film is to be formed is placed on a substrate holder 2 in a chamber 1 and a temperature of 500 ° C. or lower, for example, 400
Heat to ° C. The operation of the exhaust device 7 causes the chamber 1
While maintaining the inside at a vacuum pressure for forming an initial silicon film, a hydrogen gas is introduced into the chamber 1 from a gas supply device 5, a high frequency power is applied from a power supply 4 to the discharge electrode 3, and the introduced hydrogen gas is turned into plasma. I do.
【００２５】この水素ガスプラズマは、チャンバ１内ガ
ス圧を１０ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒの範囲内に維持
して形成し、且つ、前記発光分光計測装置８による検出
情報に基づいて、水素分子発光（６０２ｎｍ）強度と水
素原子発光（６５６ｎｍ）強度の比（水素分子発光強度
／水素原子発光強度）が０．５以上になるように制御す
る。この制御は、水素ガスのチャンバ１内への供給量、
放電電極３へ印加する高周波電力等のうち少なくとも一
つの制御により行う。This hydrogen gas plasma is formed while maintaining the gas pressure in the chamber 1 within a range of 10 mTorr to 50 mTorr, and based on information detected by the emission spectrometer 8, the intensity of hydrogen molecule emission (602 nm) And the ratio of the hydrogen atom emission intensity (656 nm) (the emission intensity of the hydrogen molecule / the emission intensity of the hydrogen atom) is controlled to be 0.5 or more. This control is based on the supply amount of hydrogen gas into the chamber 1,
This is performed by controlling at least one of high-frequency power and the like applied to the discharge electrode 3.
【００２６】そして該水素ガスプラズマにて電極３内側
面やチャンバ１の天井内面等におけるシリコン膜３１を
スパッタリングし、それにより被成膜基板Ｓ表面に初期
シリコン膜Ｓｉａ（図２参照）を小さい膜厚で、しかし
２０Å以上の膜厚で形成する。 この初期シリコン膜Ｓ
ｉａは、従来のシラン系ガスを水素ガスで希釈したガス
のプラズマのもとで形成されるシリコン薄膜と同様に、
結晶性を示し、表面粗度は小さく、シリコンの水素終端
された結合手が配向した表面を有する。Then, the silicon film 31 on the inner surface of the electrode 3 or the inner surface of the ceiling of the chamber 1 is sputtered by the hydrogen gas plasma, so that the initial silicon film Sia (see FIG. It is formed thick, but with a thickness of 20 ° or more. This initial silicon film S
ia is the same as a conventional silicon thin film formed under a plasma of a gas obtained by diluting a silane-based gas with a hydrogen gas.
It has crystallinity, low surface roughness, and a surface in which hydrogen-terminated bonds of silicon are oriented.
【００２７】次に、ガス供給装置５からの水素ガスの供
給を停止させる一方、引き続き第２の工程として、チャ
ンバ１内を第２工程のための所定の真空圧力に維持した
まま、また、電極３に高周波電力を印加したまま、ガス
供給装置６からモノシランガスをチャンバ１内へ供給す
る。導入したモノシランガスを電極３からの放電により
プラズマ化し、このプラズマのもとに初期シリコン膜Ｓ
ｉａ上にシリコン膜Ｓｉｂ（図２参照）を堆積させる。Next, while the supply of hydrogen gas from the gas supply device 5 is stopped, as a second step, the inside of the chamber 1 is maintained at a predetermined vacuum pressure for the second step, and The monosilane gas is supplied from the gas supply device 6 into the chamber 1 while the high-frequency power is applied to 3. The introduced monosilane gas is turned into plasma by the discharge from the electrode 3, and the initial silicon film S
A silicon film Sib (see FIG. 2) is deposited on ia.
【００２８】このシリコン膜は、初期シリコン膜Ｓｉａ
の膜質と表面状態の影響を受けながら結晶性シリコン膜
となる。かくして、全体として比較的低温下で膜形成で
きるとともに、従来のように水素ガス等で希釈されたシ
ラン系ガスを用いる結晶性シリコン膜の形成の場合のよ
うな大幅な成膜速度の低下を招くことなく生産性よく良
質の結晶性シリコン薄膜が形成される。This silicon film is an initial silicon film Sia
A crystalline silicon film is formed under the influence of the film quality and the surface state. Thus, as a whole, the film can be formed at a relatively low temperature, and the film formation rate is greatly reduced as in the case of forming a crystalline silicon film using a silane-based gas diluted with a hydrogen gas or the like as in the related art. A high quality crystalline silicon thin film can be formed with good productivity without any problems.
【００２９】なお、ガス供給装置６としてシリコンを組
成に含む成膜原料ガスであって酸素ガスを含むガスを供
給できるものを採用して、初期シリコン膜Ｓｉａの上に
電気絶縁性良好な酸化シリコン膜（（ＳｉＯ2 ）を形成
したり、シリコンを組成に含む成膜原料ガスであって窒
素ガス或いはアンモニアガスを含むガスを供給できるも
のを採用して、電気絶縁性良好な窒化シリコン膜（Ｓｉ
X Ｎy ）を形成したりもできる。さらにＮ2 Ｏガスを含
むガスを供給できるものを採用して電気絶縁性良好な酸
窒化シリコン膜（ＳｉＯX Ｎy 又はＳｉＯX ＋ＳｉX Ｎ
y ）を形成することもできる。As the gas supply device 6, a film-forming material gas containing silicon in a composition and capable of supplying a gas containing oxygen gas is adopted, and silicon oxide having good electrical insulation is formed on the initial silicon film Sia. By forming a film ((SiO 2 ) or using a film-forming material gas containing silicon in a composition and capable of supplying a gas containing nitrogen gas or ammonia gas, a silicon nitride film (Si
X N y ). Further, a silicon oxynitride film (SiO x Ny or SiO x + Si x N) having good electric insulation is adopted by adopting a gas which can supply a gas containing N 2 O gas.
y ) can also be formed.
【００３０】図３は本発明に係るシリコン系薄膜形成方
法を実施する薄膜形成装置の他の例の概略構成を示して
いる。図３に示す薄膜形成装置Ｂは、マルチチャンバ型
の薄膜形成装置であり、図１に示す薄膜形成装置Ａにお
いてガス供給装置６を取り去った薄膜形成装置Ａ’と、
従来からの通常のプラズマＣＶＤを実施するプラズマＣ
ＶＤ装置Ａ”と、外部と基板の受渡しを行うためのチャ
ンバ９とを、これらに共通の中央基板搬送チャンバ１０
の周囲にゲート弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を介して気密に接続
したものである。中央基板搬送チャンバ１０には、装置
Ａ’、装置Ａ”、チャンバ９のそれぞれと基板の受渡し
を行うための搬送ロボットＲ（概略図示）が設置されて
いる。FIG. 3 shows a schematic configuration of another example of a thin film forming apparatus for performing the silicon-based thin film forming method according to the present invention. The thin film forming apparatus B shown in FIG. 3 is a multi-chamber type thin film forming apparatus, and includes a thin film forming apparatus A ′ obtained by removing the gas supply device 6 from the thin film forming apparatus A shown in FIG.
Plasma C for performing conventional ordinary plasma CVD
A VD apparatus A ″ and a chamber 9 for transferring a substrate to and from the outside are shared by a central substrate transfer chamber 10 common to them.
Are hermetically connected via gate valves V1, V2, V3. In the central substrate transfer chamber 10, a transfer robot R (schematically illustrated) for transferring a substrate to and from each of the apparatus A ′, the apparatus A ″ and the chamber 9 is provided.
【００３１】図３の装置Ｂによると、被成膜基板Ｓは、
当初、チャンバ９及び中央基板搬送チャンバ１０を介し
て薄膜形成装置Ａ’に搬入され、ここで、図１の装置の
場合と同様にして基板面上に初期シリコン膜Ｓｉａが形
成される。その後該基板は中央基板搬送チャンバ１０を
介してプラズマＣＶＤ装置Ａ”内に搬入され、ここで成
膜用ガスとして例えばシラン系ガスを採用すれば、その
プラズマのもとに初期シリコン膜Ｓｉａ上にシリコン薄
膜が形成される。このシリコン薄膜も、初期シリコン膜
Ｓｉａの膜質と表面状態の影響を受けながら結晶性シリ
コン薄膜Ｓｉｂとなる。なお、プラズマＣＶＤ装置Ａ”
において、成膜原料ガスを適宜選択することで酸化シリ
コン膜等の絶縁性シリコン化合物膜等も形成できる。According to the apparatus B shown in FIG.
Initially, the wafer is carried into the thin film forming apparatus A ′ via the chamber 9 and the central substrate transfer chamber 10, where the initial silicon film Sia is formed on the substrate surface in the same manner as in the apparatus of FIG. Thereafter, the substrate is carried into the plasma CVD apparatus A ″ via the central substrate transfer chamber 10, where if, for example, a silane-based gas is used as a film forming gas, the substrate is deposited on the initial silicon film Sia under the plasma. A silicon thin film is formed, which also becomes a crystalline silicon thin film Sib under the influence of the film quality and surface condition of the initial silicon film Sia.
In this case, an insulating silicon compound film such as a silicon oxide film can be formed by appropriately selecting a film forming material gas.
【００３２】図１に示す薄膜形成装置Ａの場合、同じチ
ャンバ１内で初期シリコン膜Ｓｉａを形成し、これに連
続して結晶性シリコン薄膜Ｓｉｂ等を形成できるから、
形成される膜への不純物の付着や混入、膜表面の不必要
な酸化等がそれだけ抑制され、それだけ良質の膜を形成
できる。また、水素ガスから所定の成膜用ガスへの置換
を円滑に行い、プラズマを一旦消滅させなければ、プラ
ズマの乱れをプラズマ点灯時の場合より小さく抑制して
それだけ良質の薄膜を形成できる利点もある。In the case of the thin film forming apparatus A shown in FIG. 1, an initial silicon film Sia can be formed in the same chamber 1 and a crystalline silicon thin film Sib or the like can be successively formed.
Attachment and mixing of impurities into the formed film, unnecessary oxidation of the film surface, and the like are suppressed accordingly, and a high-quality film can be formed accordingly. In addition, if the hydrogen gas is replaced with a predetermined film-forming gas smoothly, and if the plasma is not extinguished, the plasma turbulence can be suppressed to a smaller level than when the plasma is turned on, and an excellent thin film can be formed. is there.
【００３３】一方、図３に示す装置Ｂによると、装置
Ａ’で第１工程を実施して初期シリコン膜を形成中に、
装置Ａ”でも第２工程を実施して膜形成できるから、従
来の膜形成と同程度のスループットを実現できる。次に
結晶性シリコン薄膜の形成の実験例について説明する。 実験例１ 図３に示す装置Ｂによる結晶性シリコン薄膜形成。On the other hand, according to the apparatus B shown in FIG. 3, during the formation of the initial silicon film by performing the first step in the apparatus A ′,
Since the film can be formed by performing the second step even in the apparatus A ″, the same throughput as that of the conventional film formation can be realized. Next, an experimental example of forming a crystalline silicon thin film will be described. Formation of a crystalline silicon thin film by the apparatus B shown.
【００３４】装置Ａ’による第１工程 電源 ６０ＭＨｚ、 ８００Ｗ 被成膜基板 ガラス基板 成膜時の基板温度 ４００℃ 成膜圧力 ２ｍＴｏｒｒ 水素ガス供給量 ８０ｓｃｃｍ ２分間実施により膜厚 ４０Å 発光強度比 ０．５ 装置Ａ”による第２工程 電源 ６０ＭＨｚ、 ８００Ｗ 成膜時の基板温度 ４００℃ 成膜圧力 ５ｍＴｏｒｒ （ＳｉＨ4 ）ガス供給量 ３０ｓｃｃｍ 成膜速度 １００Å／分 膜厚 ５００Å 第２工程で得られたシリコン薄膜の結晶性をレーザラマ
ン分光法により評価したところ、図４のラマンスペクト
ル１０１に示されるように、ラマンシフト５２０ｃｍ-1
の結晶性を示すピークが出現し、結晶性が確認された。 実験例２ 図１に示す装置Ａによる結晶性シリコン薄膜形成。First step by the apparatus A 'Power source 60 MHz, 800 W Deposition substrate Glass substrate Substrate temperature at the time of deposition 400 ° C. Deposition pressure 2 mTorr Hydrogen gas supply amount 80 sccm 2 minutes of film thickness 40 ° emission intensity ratio 0.5 Second process using apparatus A ″ Power supply 60 MHz, 800 W Substrate temperature during film formation 400 ° C. Film formation pressure 5 mTorr (SiH 4 ) gas supply amount 30 sccm Film formation rate 100 ° / min Film thickness 500} The silicon thin film obtained in the second step When the crystallinity was evaluated by laser Raman spectroscopy, the Raman shift was 520 cm −1 as shown in the Raman spectrum 101 in FIG.
A peak indicating crystallinity appeared, and crystallinity was confirmed. Experimental Example 2 Formation of a crystalline silicon thin film by the apparatus A shown in FIG.
【００３５】第１工程 電源４ ６０ＭＨｚ、 ８００Ｗ 被成膜基板 ガラス基板 成膜時の基板温度 ４００℃ 成膜圧力 ２ｍＴｏｒｒ 水素ガス供給量 ８０ｓｃｃｍ ２分間実施により膜厚 ４０Å 発光強度比 ０．５ プラズマ点灯維持のままによる第１工程に連続する第２
工程の実施 電源４ ６０ＭＨｚ、 ８００Ｗ 成膜時の基板温度 ４００℃ 成膜圧力 ５ｍＴｏｒｒ （ＳｉＨ4 ）ガス供給量 ３０ｓｃｃｍ 成膜速度 １００Å／分 膜厚 ５００Å 第２工程で得られたシリコン薄膜の結晶性をレーザラマ
ン分光法により評価したところ、図４のラマンスペクト
ル１０２に示されるように、ラマンシフト５２０ｃｍ-1
の結晶性を示すピークが出現し、結晶性が確認された。
また、実験例１の場合よりもラマンシフト５２０ｃｍ-1
の結晶性を示すピークが強く出現した。これは第１工程
と第２工程をプラズマ点灯のまま連続して実施したこと
によるものと考えられる。 実験例３ 図１に示す装置Ａによる結晶性シリコン膜形成。First step: Power source: 4 60 MHz, 800 W Deposition substrate Glass substrate Deposition temperature: 400 ° C. Deposition pressure: 2 mTorr Hydrogen gas supply: 80 sccm For 2 minutes, film thickness: 40 ° Emission intensity ratio: 0.5 Plasma lighting maintained 2nd continuous with the 1st process
Process execution Power source: 460 MHz, 800 W Deposition temperature: 400 ° C. Deposition pressure: 5 mTorr (SiH 4 ) gas supply: 30 sccm Deposition rate: 100 ° / min Thickness: 500 The crystallinity of the silicon thin film obtained in the second step was determined. When evaluated by laser Raman spectroscopy, the Raman shift was 520 cm −1 as shown in the Raman spectrum 102 in FIG.
A peak indicating crystallinity appeared, and crystallinity was confirmed.
Further, the Raman shift is 520 cm −1 more than that of the experimental example 1.
Strongly appeared. This is considered to be due to the fact that the first step and the second step were continuously performed with plasma lighting. Experimental Example 3 Formation of a crystalline silicon film by the apparatus A shown in FIG.
【００３６】第１工程 電源４ ６０ＭＨｚ、 ８００Ｗ 被成膜基板 ガラス基板 成膜時の基板温度 ４００℃ 成膜圧力 １０ｍＴｏｒｒ 水素ガス供給量 ８０ｓｃｃｍ ２分間実施により膜厚 ４０Å 発光強度比 ０．７ プラズマ点灯維持のままによる第１工程に連続する第２
工程の実施 電源４ ６０ＭＨｚ、 ８００Ｗ 成膜時の基板温度 ４００℃ 成膜圧力 ５ｍＴｏｒｒ （ＳｉＨ4 ）ガス供給量 ３０ｓｃｃｍ 成膜速度 １００Å／分 膜厚 ５００Å 第２工程で得られたシリコン薄膜の結晶性をレーザラマ
ン分光法により評価したところ、図４のラマンスペクト
ル１０３に示されるように、ラマンシフト５２０ｃｍ-1
の結晶性を示すピークが出現し、結晶性が確認された。
また、実験例２の場合よりもラマンシフト５２０ｃｍ-1
の結晶性を示すピークが強く出現した。これは第１工程
の成膜圧力を１０ｍＴｏｒｒと高くしたことによるもの
と考えられる。First step: power supply 4 60 MHz, 800 W Deposition substrate Glass substrate Deposition temperature 400 ° C. Deposition pressure 10 mTorr Hydrogen gas supply rate 80 sccm 2 minutes by film formation 40 ° Emission intensity ratio 0.7 Plasma lighting maintenance 2nd continuous with the 1st process
Step execution Power supply 460 MHz, 800 W Substrate temperature at the time of film formation 400 ° C. Film formation pressure 5 mTorr (SiH 4 ) gas supply amount 30 sccm Film formation rate 100 ° / min Film thickness 500 ° The crystallinity of the silicon thin film obtained in the second step is determined. When evaluated by laser Raman spectroscopy, the Raman shift was 520 cm −1 as shown in the Raman spectrum 103 in FIG.
A peak indicating crystallinity appeared, and crystallinity was confirmed.
Further, the Raman shift is 520 cm −1 more than that of the experimental example 2.
Strongly appeared. It is considered that this is because the deposition pressure in the first step was increased to 10 mTorr.
【００３７】なお、第１工程における成膜圧力を上げて
同様の実験を行ってみたが、圧力が５０ｍＴｏｒｒより
大きくなってきても、図４のラマンスペクトル１０３に
示される程度と同程度の結晶性を示し、それより大きく
向上することはなかった。第１工程と第２工程を連続し
て行う場合、第１工程と第２工程とで圧力差が大きい
と、工程の移り変わりのときのプラズマ状態が不安定に
なるから、第２工程での成膜圧力が１ｍＴｏｒｒから１
０ｍＴｏｒｒであることを考えると、第１工程での成膜
圧力は１０ｍＴｏｒｒ〜数１０ｍＴｏｒｒが適当であ
る。A similar experiment was conducted by increasing the film forming pressure in the first step. Even when the pressure became larger than 50 mTorr, the same crystallinity as that shown in the Raman spectrum 103 in FIG. 4 was obtained. And did not improve much more than that. In the case where the first step and the second step are continuously performed, if the pressure difference between the first step and the second step is large, the plasma state at the transition of the steps becomes unstable. Membrane pressure from 1 mTorr to 1
Considering that the pressure is 0 mTorr, the film forming pressure in the first step is suitably from 10 mTorr to several tens mTorr.
【００３８】また、実験例３における第１工程と同様に
して、但し、成膜時間を種々かえて各種膜厚の初期シリ
コン膜を形成し、それぞれの初期シリコン膜における結
晶性を調べたところ、図５に示す結果を得た。この実験
によると、初期シリコン膜は成膜時間として略５分費や
して膜厚が１００Å程度以上になると結晶性が安定して
くる。膜厚１００Åのときの結晶化状態を１００％とし
て、これの７０％程度の結晶化状態までは許容できると
して、そのときの膜厚を見ると、略２０Åである。従っ
て、結晶性向上効果を保ちつつ時間を短縮するには初期
シリコン膜の膜厚は概ね２０Å以上が好ましいと言え
る。 比較実験例１ 図１の装置Ａにより、第１工程を実施することなく、第
２の工程のみを実施。Further, the initial silicon films having various thicknesses were formed in the same manner as in the first step in Experimental Example 3, except that the film formation time was varied, and the crystallinity of each initial silicon film was examined. The result shown in FIG. 5 was obtained. According to this experiment, the crystallinity becomes stable when the initial silicon film takes about 5 minutes as the film formation time and the film thickness becomes about 100 ° or more. Assuming that the crystallized state at a film thickness of 100 ° is 100% and the crystallized state of about 70% of this is acceptable, the film thickness at that time is approximately 20 °. Therefore, it can be said that the thickness of the initial silicon film is preferably about 20 ° or more in order to shorten the time while maintaining the effect of improving the crystallinity. Comparative Experimental Example 1 Only the second step was performed by the apparatus A in FIG. 1 without performing the first step.
【００３９】 電源４ ６０ＭＨｚ、 ８００Ｗ 被成膜基板 ガラス基板 成膜時の基板温度 ４００℃ 成膜圧力 ５ｍＴｏｒｒ （ＳｉＨ4 ）ガス供給量 ３０ｓｃｃｍ 成膜速度 １００Å／分 膜厚 ５００Å 発光強度比 ０．２ 得られたシリコン薄膜の結晶性をレーザラマン分光法に
より評価したところ、図４のラマンスペクトル１００に
示されるように、ラマンシフト５２０ｃｍ-1の結晶性を
示すピークが出現せず、該シリコン薄膜はアモルファス
シリコン薄膜であることが確認された。Power supply 460 MHz, 800 W Deposition substrate Glass substrate Deposition temperature 400 ° C. Deposition pressure 5 mTorr (SiH 4 ) gas supply amount 30 sccm Deposition rate 100 ° / min Film thickness 500 ° Emission intensity ratio 0.2 obtained When the crystallinity of the obtained silicon thin film was evaluated by laser Raman spectroscopy, as shown in the Raman spectrum 100 of FIG. 4, no peak indicating the crystallinity of 520 cm −1 of Raman shift appeared, and the silicon thin film was amorphous silicon. It was confirmed that the film was a thin film.
【００４０】なお、この比較実験例と同様にして、但
し、結晶性を示す程度まで、モノシランガスを水素ガス
やＳｉＦで希釈して膜形成してみたところ、成膜速度は
５０Å／分以下に低下した。次に図１に示す装置による
電気絶縁性シリコン化合物膜（ここでは酸窒化シリコン
膜）形成の実験例４及び比較実験例２について説明す
る。 実験例４ 図１に示す装置Ａによる絶縁性シリコン化合物膜形成。When a film was formed by diluting a monosilane gas with hydrogen gas or SiF to the extent that crystallinity was exhibited, the film formation rate was reduced to 50 ° / min or less. did. Next, Experimental Example 4 and Comparative Experimental Example 2 of forming an electrically insulating silicon compound film (here, a silicon oxynitride film) by the apparatus shown in FIG. 1 will be described. Experimental Example 4 Formation of an insulating silicon compound film by the apparatus A shown in FIG.
【００４１】第１工程 電源４ ６０ＭＨｚ、 ８００Ｗ 被成膜基板 ガラス基板 成膜時の基板温度 ４００℃ 成膜圧力 １０ｍＴｏｒｒ 水素ガス供給量 ８０ｓｃｃｍ ２分間実施により膜厚 ４０Å 発光強度比 ０．７ 第２工程 電源４ ６０ＭＨｚ、 ８００Ｗ 成膜時の基板温度 ４００℃ 成膜圧力 ３０ｍＴｏｒｒ （ＳｉＨ4 ）ガス供給量 ２０ｓｃｃｍ （Ｎ2 Ｏ）ガス供給量 ２００ｓｃｃｍ 成膜速度 １０００Å／分 膜厚 １０００Å 絶縁性測定結果 耐電圧 ８ＭＶ／ｃｍ at １０-7Ａ リーク電流 １０-12 Ａ／ｃｍ2 比較実験例２ 図１の装置Ａにより、第１工程を実施することなく、第
２の工程のみを実施。First step Power supply 4 60 MHz, 800 W Deposition substrate Glass substrate Substrate temperature during deposition 400 ° C. Deposition pressure 10 mTorr Hydrogen gas supply rate 80 sccm Performed for 2 minutes to form film thickness 40 ° Emission intensity ratio 0.7 Second step Power supply 460 MHz, 800 W Substrate temperature at the time of film formation 400 ° C. Film formation pressure 30 mTorr (SiH 4 ) gas supply amount 20 sccm (N 2 O) gas supply amount 200 sccm Film formation rate 1000 Å / min Film thickness 1000 性 Insulation measurement result Withstand voltage 8 MV / Cm at 10 −7 A Leakage current 10 −12 A / cm 2 Comparative Experimental Example 2 The apparatus A of FIG. 1 performed only the second step without performing the first step.
【００４２】 電源４ ６０ＭＨｚ、 ８００Ｗ 被成膜基板 ガラス基板 成膜時の基板温度 ４００℃ 成膜圧力 ３０ｍＴｏｒｒ （ＳｉＨ4 ）ガス供給量 ２０ｓｃｃｍ （Ｎ2 Ｏ）ガス供給量 ２００ｓｃｃｍ 成膜速度 １０００Å／分 膜厚 １０００Å 絶縁性測定結果 耐電圧 ７ＭＶ／ｃｍ at １０-7Ａ リーク電流 １０-11 Ａ／ｃｍ2 実験例４及び比較実験例２から分かるように、第１工程
を行った膜の方が耐電圧は大きくリーク電流は小さい。
第１工程を実施することにより酸化シリコン膜や窒化シ
リコン膜などの絶縁性膜に関しても絶縁性良好な膜を作
成できる。Power supply 4 60 MHz, 800 W Deposition substrate Glass substrate Deposition temperature 400 ° C. Deposition pressure 30 mTorr (SiH 4 ) gas supply amount 20 sccm (N 2 O) gas supply amount 200 sccm Film formation rate 1000 ° / min. Thickness 1000 ° Insulation measurement result Dielectric strength 7 MV / cm at 10 -7 A Leakage current 10 -11 A / cm 2 As can be seen from Experimental example 4 and Comparative experimental example 2, the film subjected to the first step has a higher dielectric strength. Is large and the leakage current is small.
By performing the first step, a film having good insulating properties can be formed even with respect to an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film.
【００４３】[0043]
【発明の効果】以上説明したように本発明によると、比
較的低温下で安価に、また、成膜速度の大幅な低下を招
くことなく生産性よく結晶性シリコン薄膜を形成できる
他、良質の電気絶縁性シリコン化合物薄膜なども形成で
きるシリコン系薄膜の形成方法を提供することができ
る。As described above, according to the present invention, a crystalline silicon thin film can be formed at a relatively low temperature at a low cost and with high productivity without causing a significant reduction in the film forming rate. A method for forming a silicon-based thin film that can also form an electrically insulating silicon compound thin film or the like can be provided.
【図１】本発明に係るシリコン系薄膜形成方法の実施に
使用できる薄膜形成装置の１例の概略構成を示す図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an example of a thin film forming apparatus that can be used for performing a silicon-based thin film forming method according to the present invention.
【図２】本発明に係るシリコン系薄膜形成方法により被
成膜基板上に形成される初期シリコン膜及びその上に形
成される結晶性シリコン薄膜の例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of an initial silicon film formed on a film formation substrate by a silicon-based thin film forming method according to the present invention and a crystalline silicon thin film formed thereon.
【図３】本発明に係るシリコン系薄膜形成方法の実施に
使用できる薄膜形成装置の他の例の概略構成を示す図で
ある。FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of another example of a thin film forming apparatus that can be used for performing a silicon-based thin film forming method according to the present invention.
【図４】実験例により得られたシリコン薄膜とアモルフ
ァスシリコン薄膜のレーザラマン分光法により得られた
ラマンスペクトルを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing Raman spectra obtained by laser Raman spectroscopy of a silicon thin film and an amorphous silicon thin film obtained in an experimental example.
【図５】第１工程における初期シリコン膜の膜厚と該膜
の結晶性との関係を調べた実験結果を示す図である。FIG. 5 is a view showing an experimental result of examining a relationship between a film thickness of an initial silicon film and crystallinity of the film in a first step.
Ａ シリコン系薄膜形成装置 １ 成膜チャンバ ２ 基板ホルダ ２Ｈ ヒータ ３ 放電電極 ３１ シリコン膜（シリコンスパッタターゲット） ４１ マッチングボックス ４ 放電用高周波電源 ５ 水素ガス供給装置 ６ シリコンを組成に含む成膜原料ガスの供給装置 ７ 排気装置 ８ 発光分光計測装置 Ｓ 被成膜基板 Ｓｉａ 初期シリコン膜 Ｓｉｂ シリコン薄膜 Ｂ シリコン系薄膜形成装置 Ａ’ 初期シリコン膜の形成装置 Ａ” プラズマＣＶＤ装置 ９ 外部と基板の受渡しを行うためのチャンバ １０ 中央基板搬送チャンバ Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３ ゲート弁 Ｒ 基板搬送ロボット Reference Signs List A Silicon-based thin film forming apparatus 1 Film-forming chamber 2 Substrate holder 2H heater 3 Discharge electrode 31 Silicon film (silicon sputter target) 41 Matching box 4 High-frequency power source for discharge 5 Hydrogen gas supply device 6 Supply device 7 Exhaust device 8 Emission spectroscopy measurement device S Deposition substrate Sia Initial silicon film Sib Silicon thin film B Silicon-based thin film forming device A ′ Initial silicon film forming device A ″ Plasma CVD device 9 For transferring the substrate to the outside Chamber 10 Central substrate transfer chamber V1, V2, V3 Gate valve R Substrate transfer robot
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三上 隆司 京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機 株式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA24 BA29 BA40 BA44 BB03 CA06 FA01 HA04 JA01 JA09 LA02 5F045 AA08 AA19 AB02 AB32 AB33 AB34 AC01 AC02 AC03 AC05 AC11 AC12 AD08 AE15 AE17 AF07 BB07 BB08 BB12 DQ17 EB08 EE13 EH04 EH08 EH20 HA22 HA25 5F103 AA08 AA10 BB56 DD16 GG01 HH04 NN10 RR01 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Takashi Mikami, Inventor F-term (reference) 4K030 AA06 AA24 BA29 BA40 BA44 BB03 CA06 FA01 HA04 JA01 JA09 LA02 5F045 AA08 AA19 AB02 AB32 AB33 AB34 AC01 AC02 AC03 AC05 AC11 AC12 AD08 AE15 AE17 AF07 BB07 BB08 BB12 DQ17 EB08 EE13 EH04 EH08 EH20 HA22 HA25 5F103 AA08 AA10 BB56 DD16 GG01 HH04 NN10 RR01
Claims (8)
ャンバ内に被成膜基体を設置し、該チャンバ内に水素ガ
スプラズマを形成し、該プラズマにて前記シリコンスパ
ッタターゲットをスパッタリングして前記被成膜基体上
に初期シリコン膜を形成する第１の工程と、前記初期シ
リコン膜が形成された被成膜基体を設置したチャンバ内
にシリコンを組成に含む成膜原料ガスのプラズマを形成
し、該プラズマのもとで前記初期シリコン膜が形成され
た被成膜基体上に所定のシリコン系薄膜を形成する第２
の工程とを含むことを特徴とするシリコン系薄膜の形成
方法。1. A substrate on which a film is to be formed is set in a chamber provided with a silicon sputter target, a hydrogen gas plasma is formed in the chamber, and the silicon sputter target is sputtered by the plasma. A first step of forming an initial silicon film thereon, and forming a plasma of a film forming material gas containing silicon in a chamber in which a film forming substrate on which the initial silicon film is formed is installed; A second step of forming a predetermined silicon-based thin film on the substrate on which the initial silicon film has been formed;
And a method of forming a silicon-based thin film.
程では、前記シリコンを組成に含む成膜原料ガスとして
シリコン薄膜形成のためのガスを採用して結晶性シリコ
ン薄膜を形成する請求項１記載のシリコン系薄膜の形成
方法。2. The method according to claim 1, wherein in the second step of forming the silicon-based thin film, a crystalline silicon thin film is formed by employing a gas for forming a silicon thin film as a film forming raw material gas containing silicon. The method for forming a silicon-based thin film according to the above.
程では、前記シリコンを組成に含む成膜原料ガスとして
電気絶縁性シリコン化合物膜形成のためのガスを採用し
て電気絶縁性シリコン化合物薄膜を形成する請求項１記
載のシリコン系薄膜の形成方法。3. In the second step of forming the silicon-based thin film, a gas for forming an electrically-insulating silicon compound film is adopted as a film-forming raw material gas containing silicon in the composition. The method for forming a silicon-based thin film according to claim 1, wherein
程においては、該初期シリコン膜を２０Å以上の膜厚で
形成する請求項１から３のいずれかに記載のシリコン系
薄膜の形成方法。4. The method for forming a silicon-based thin film according to claim 1, wherein, in the first step of forming the initial silicon film, the initial silicon film is formed to a thickness of 20 ° or more.
程における前記水素ガスプラズマは、プラズマ中の水素
分子発光（６０２ｎｍ）強度と水素原子発光（６５６ｎ
ｍ）強度の比（水素分子発光強度／水素原子発光強度）
が０．５以上となるように形成する請求項１から４のい
ずれかに記載のシリコン系薄膜の形成方法。5. The hydrogen gas plasma in the first step of forming the initial silicon film includes a hydrogen molecule light emission (602 nm) intensity and a hydrogen atom light emission (656n) in the plasma.
m) Intensity ratio (emission intensity of hydrogen molecule / emission intensity of hydrogen atom)
5. The method for forming a silicon-based thin film according to claim 1, wherein the thickness is set to 0.5 or more.
程における水素ガスプラズマは、ガス圧が１０ｍＴｏｒ
ｒから５０ｍＴｏｒｒの範囲で形成する請求項１から５
のいずれかに記載のシリコン系薄膜の形成方法。6. The hydrogen gas plasma in the first step of forming the initial silicon film has a gas pressure of 10 mTorr.
6. The film is formed in a range of r to 50 mTorr.
The method for forming a silicon-based thin film according to any one of the above.
程と前記所定のシリコン系薄膜を形成する第２の工程と
を同じチャンバ内において連続的に実施する請求項１か
ら６のいずれかに記載のシリコン系薄膜の形成方法。7. The method according to claim 1, wherein the first step of forming the initial silicon film and the second step of forming the predetermined silicon-based thin film are continuously performed in a same chamber. The method for forming a silicon-based thin film according to the above.
程における水素ガスプラズマは、該プラズマを形成する
前記チャンバ内に設置した高周波電極からの放電により
形成し、該高周波電極は表面の全部又は一部をシリコン
膜で覆って前記シリコンスパッタターゲットの少なくと
も一部とする請求項１から７のいずれかに記載のシリコ
ン系薄膜の形成方法。8. The hydrogen gas plasma in the first step of forming the initial silicon film is formed by a discharge from a high-frequency electrode provided in the chamber for forming the plasma, and the high-frequency electrode is formed on the entire surface or on a surface thereof. 8. The method for forming a silicon-based thin film according to claim 1, wherein a part thereof is covered with a silicon film to form at least a part of the silicon sputter target.
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