JP4997925B2 - シリコンドット形成方法及び装置並びにシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法及び装置 - Google Patents
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Description
また、プラズマが不安定な状態から絶縁膜形成を開始すると、膜厚の制御性が悪化し、複数の基板間で許容できない膜厚バラツキが生じる。
なお、以下の記載において「第1」の語は、シリコンドット形成に係るプラズマ生成室、アンテナ等を絶縁膜形成に係るプラズマ生成室、アンテナ等と区別するために付した語であり、「第1」の語が付されたプラズマ生成室、アンテナ等はシリコンドット形成のためのものであることを示している。
また、以下の記載において「第2」の語は、絶縁膜形成に係るプラズマ生成室、アンテナ等をシリコンドット形成に係るプラズマ生成室、アンテナ等と区別するために付した語であり、「第2」の語が付されたプラズマ生成室、アンテナ等は絶縁膜形成のためのものであることを示している。
第1プラズマ生成室内に設置された低インダクタンス化された第1アンテナに高周波電力を印加して該室内に供給されるシリコンドット形成用ガスから誘導結合プラズマを生成させ、該誘導結合プラズマのもとで該室内に配置される基板にシリコンドットを形成するシリコンドット形成方法であり、シリコンドット形成にあたっては、前記第1プラズマ生成室に生成させるプラズマが不安定状態にある間は該基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませて該基板上にシリコンドット形成を開始させ、前記第1プラズマ生成室のプラズマが不安定状態か、安定化した状態かの把握は、該プラズマが不安定状態か、安定化状態かを示す該プラズマからの発光スペクトル強度が不安定状態か、安定化した状態かを把握することで行うシリコンドット形成方法。
第1プラズマ生成室、
該第1プラズマ生成室内へシリコンドット形成用のガスを供給する第1ガス供給装置、 該第1プラズマ生成室内に設置された、低インダクタンス化された第1アンテナ、
該第1アンテナに高周波電力を印加して前記第1ガス供給装置から前記第1プラズマ生成室へ供給されるガスから誘導結合プラズマを生成させるための第1高周波電力印加装置、
シリコンドット形成にあたり前記第1プラズマ生成室内に配置されるシリコンドット形成対象基板を該第1プラズマ生成室内のプラズマが不安定状態にある間は該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該安定化プラズマに臨ませる第1のプラズマ状態対応装置、
前記第1プラズマ生成室内に生成される前記プラズマの状態を把握する第1プラズマ状態把握装置であって、該第1プラズマ生成室のプラズマが不安定状態か、安定化した状態かを把握するための該プラズマからの発光スペクトル強度が不安定状態か、安定化した状態かを示すプラズマ状態把握装置及び
前記第1プラズマ状態把握装置により把握される前記第1プラズマ生成室内のプラズマ状態が不安定状態にあるときは前記基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませるように前記第1プラズマ状態対応装置を制御する第1制御部を含んでいるシリコンドット形成装置。
基板上にシリコンドットを少なくとも1回、絶縁膜を少なくとも1回形成するシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法であり、
シリコンドットについては本発明に係るシリコンドット形成方法により形成し、
絶縁膜については、第2プラズマ生成室内に設置された低インダクタンス化された第2アンテナに高周波電力を印加して該室内に供給される絶縁膜形成用ガスから誘導結合プラズマを生成させ、該誘導結合プラズマのもとで該室内に配置される基板に絶縁膜を形成する絶縁膜形成方法を採用し、該絶縁膜形成方法による絶縁膜形成にあたっては、前記第2プラズマ生成室に生成させるプラズマが不安定状態にある間は該基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませて該基板上に絶縁膜形成を開始させ、前記第2プラズマ生成室のプラズマが不安定状態か、安定化した状態かの把握は、該プラズマが不安定状態か、安定化状態かを示す該プラズマからの発光スペクトル強度が不安定状態か、安定化した状態かを把握することで行い、
シリコンドット形成後に絶縁膜を形成するときは、前記基板を該基板のある室(第1プラズマ生成室又は後述する終端処理室を使用するときは該終端処理室)から前記第2プラズマ生成室へ、該両室を外部から気密に連通させる基板搬送通路(第1及び第2のプラズマ生成室をつなぐ基板搬送通路、後述する終端処理室を使用するときは該終端処理室と第2プラズマ生成室とを直接又は第1プラズマ生成室を介してつなぐ基板搬送通路等)を通して移動させ、絶縁膜形成後にシリコンドットを形成するときは、前記基板を前記第2プラズマ生成室から前記第1プラズマ生成室へ、該両室を外部から気密に連通させる基板搬送通路(第2プラズマ生成室を直接又は後述する終端処理室を介して第1プラズマ生成室へつなぐ基板搬送通路等)を通して移動させるシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法。
本発明に係るシリコンドット形成装置と絶縁膜形成装置とを含んでおり、
該絶縁膜形成装置は、
第2プラズマ生成室、
該第2プラズマ生成室内へ絶縁膜形成用のガスを供給する第2ガス供給装置、
該第2プラズマ生成室内に設置された低インダクタンス化された第2アンテナ、
該第2アンテナに高周波電力を印加して前記第2ガス供給装置から前記第2プラズマ生成室へ供給されるガスから誘導結合プラズマを生成させるための第2高周波電力印加装置、
絶縁膜形成にあたり前記第2プラズマ生成室内に配置される基板を該第2プラズマ生成室内のプラズマが不安定な間は該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該安定化プラズマに臨ませる第2のプラズマ状態対応装置、
前記第2プラズマ生成室内に生成される前記プラズマの状態を把握する第2プラズマ状態把握装置であって、該第2プラズマ生成室のプラズマが不安定状態か、安定化した状態かを把握するための該プラズマからの発光スペクトル強度が不安定状態か、安定化した状態かを示すプラズマ状態把握装置及び
前記第2プラズマ状態把握装置により把握される前記第2プラズマ生成室内のプラズマ状態が不安定状態にあるときは前記基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませるように前記第2プラズマ状態対応装置を制御する第2制御部を含んでおり、
前記第1プラズマ生成室及び第2プラズマ生成室は、該両室間で前記基板を搬送するための基板搬送通路を介して外部から気密に連設されているシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置。
また、絶縁膜は、例えばその厚さが概ね1nm〜100nm程度、より好ましくは2nm〜20nm程度のものである。
本発明に係るシリコンドット形成方法においては、第1プラズマ生成室のプラズマが安定化した状態でシリコンドットを形成するが、その場合、例えば、
前記第1プラズマ生成室内に配置される基板を該室内に生成されるプラズマから遮蔽するための開閉可能のシャッタ装置を設けておき、シリコンドット形成にあたっては、該第1プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該シャッタ装置により該基板を該プラズマから遮蔽して不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該シャッタ装置を開いて該安定化したプラズマのもとで該基板上にシリコンドット形成を開始させるようにしてもよい。
例えば、前記第1プラズマ生成室内に配置される前記基板を該プラズマ生成室内に生成されるプラズマから遮蔽し又は該プラズマに臨ませる開閉可能のシャッタ装置や、前記第1プラズマ生成室内に配置される前記基板を該第1プラズマ生成室内に生成されるプラズマから退避させ又は該退避位置から該プラズマに臨む位置に配置する基板退避装置を採用できる。
前記シリコンドットの形成にあたっては、前記第1プラズマ生成室内へ前記シリコンドット形成用のガスとしてシラン系ガス及び水素ガスを供給し、これらガスから前記誘導結合プラズマを生成させ、該プラズマが不安定状態にある間は前記基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませて該基板上にシリコンドット形成を開始させることができる。
また、「シリコン膜形成用ガス」は、ガス種の点から言えば、「シリコンドット形成用ガス」と同じものでもよい。シリコン膜形成用ガスは代表例としてシラン系ガス及び水素ガスの両者からなるガスを挙げることができる。
また、スパッタリング用ガスとしては、代表例として水素ガスを挙げることができる。
終端処理用酸素含有ガスとしては、酸素ガスや酸化窒素(N2 0)ガスを例示でき、窒素含有ガスとしては、窒素ガスやアンモニア(NH4 )ガスを例示できる。
本発明に係るシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法では、絶縁膜形成にあたり、第2プラズマ生成室のプラズマが安定化した状態で絶縁膜を形成するが、その場合、例えば、
前記第2プラズマ生成室内に配置される基板を該第2プラズマ生成室内に生成されるプラズマから遮蔽するための開閉可能のシャッタ装置を設けておき、絶縁膜形成にあたっては、該第2プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該シャッタ装置により該基板を該プラズマから遮蔽して不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該シャッタ装置を開いて該安定化したプラズマのもとで該基板上に絶縁膜形成を開始させてもよい。
図1はシリコンドット形成装置1と絶縁膜形成装置2とを含むシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置Aを示している。
さらに、プラズマ生成室11に対し、後述するように形成される誘導結合プラズマの状態を把握するためのプラズマ状態把握装置18が設けられている。
さらに、プラズマ生成室21に対し、後述するように形成される誘導結合プラズマの状態を把握するためのプラズマ状態把握装置28が設けられている。
プラズマ生成室11(21)内における各アンテナ12(22)の下端から室天井壁111(211)までの高さHは75mmである。
プラズマ生成室内における2本のアンテナ12の間隔及び2本のアンテナ22の間隔はいずれも100mmである。
なお、アンテナ本数を増やすと、インダクタンス、インピーダンスは小さくなる。
さらに言えば、プラズマにおいてはガスが分解して各種原子、イオン、ラジカル等が出現するとともに発光が生じるが、該発光を分光し、ガス分解が十分進んでいない或いは進んでいることを、換言すればプラズマがまだ安定化していない或いは安定化した状態にあることを示す種のスペクトル強度を把握することでプラズマが不安定な状態にあるか、安定化した状態にあるかを把握できるものである。
(1) 先ず、被処理基板SとしてP形半導体シリコン基板の表面を予め熱酸化処理してトンネル酸化シリコン膜を形成した基板Sをプラズマ生成室11内の基板ホルダ16上に支持させるとともにヒータ161にて該基板を220℃に向け加熱する。
(2) 排気装置17にて室11から排気し、室11内を2×10-4Pa以下まで減圧し、その後室11内へモノシラン(SiH4 )ガス(0.2ccm)及び水素ガス(30ccm)を供給する。
(3) 該ガス供給と排気装置17とにより室11内を0.8Pa(6mTorr)のシリコンドット形成圧に維持しつつ、図5に示すようにシャッタ装置10は閉じて基板Sを覆った状態で、アンテナ12へ13.56MHz、2000Wの高周波電力を印加して該ガスから誘導結合プラズマを生成開始させる。
(4) 該プラズマの状態はプラズマ状態把握装置18により把握されるが、装置18はプラズマ点灯直後から暫くの間はプラズマが不安定な状態にあることを把握するので、シャッタ制御部41は未だシャッタ装置10を閉じさせたままである。
(5) プラズマ点灯後の時間の経過によりプラズマが安定化してくると、図6に示すようにシャッタ制御部41は、装置18からのプラズマ安定化状態を示す情報を受けてシャッタ装置10を開けさせ、基板Sをプラズマに臨ませる。なお、遅くともこのときまでに基板温度を220℃に到達させておく。これにより基板Sへのシリコンドット形成が開始される。
(6) 所望粒径のシリコンドット形成に要する時間の経過後、アンテナ12への電力印加を停止し、排気装置17にて室11内の残留ガスを十分排気し、一層のシリコンドット形成を完了する。
このようにして、電界放出形走査電子顕微鏡(FE−SEM)観察においてそれぞれ独立した粒径が5nm程度のシリコンドットを得ることができる。
(8) 基板ホルダ26上の基板Sをヒータ261で220℃へ向け加熱する。 (9) 排気装置27にて室21から排気し、室21内を2×10-4Pa以下まで減圧し、その後室21内へモノシラン(SiH4 )ガス(8.6ccm)及び酸素ガス(30ccm)を供給する。
(10)該ガス供給と排気装置27とにより室21内を0.8Pa(6mTorr)の絶縁膜形成圧に維持しつつ、図7に示すようにシャッタ装置20は閉じて基板Sを覆った状態で、アンテナ22へ13.56MHz、500Wの高周波電力を印加して該ガスから誘導結合プラズマを生成開始させる。
(11)該プラズマの状態はプラズマ状態把握装置28により把握されるが、装置28はプラズマ点灯直後から暫くの間はプラズマが不安定な状態にあることを把握するので、シャッタ制御部42は未だシャッタ装置20を閉じさせたままである。
(12)プラズマ点灯後の時間の経過によりプラズマが安定化してくると、図8に示すようにシャッタ制御部42は、装置28からのプラズマ安定化状態を示す情報を受けてシャッタ装置20を開けさせ、基板Sをプラズマに臨ませる。なお、遅くともこのときまでに基板温度を220℃に到達させておく。これにより基板Sへの絶縁膜(コントロール酸化シリコン膜)形成が開始される。
(13)所望厚さのコントロール酸化シリコン膜形成に要する時間の経過後、アンテナ22への電力印加を停止し、排気装置27にて室21内の残留ガスを十分排気し、絶縁膜形成を完了する。
このようにして、エリプソメトリ法による測定において厚さ15nm程度の酸化シリコン膜を得ることができる。
なお、例えば 図16(B)に示すシリコンドット2層構造の半導体装置の形成に用いる基板は、前記のようにコントロール酸化シリコン膜形成後に、基板を再びプラズマ生成室11へ移送してシリコンドットを形成し、その後該基板をプラズマ生成室21へ移送して酸化シリコン膜を形成すればよい。
以上の他にもプラズマ生成室11と21との間に基板を往復させることで、所望積層状態のシリコンドット及び絶縁膜を形成することができる。
シリコンドット形成装置1’では、プラズマ生成室11内のアンテナ12の下方に基板ホルダ支持台100が設けられており、該支持台100に基板加熱ヒータ191を有する基板ホルダ19を載置できるようになっている。さらにプラズマ生成室11に対し基板退避装置31’が設けられている。
かかる基板退避装置31’としては、例えば市販の基板搬送ロボットを利用することができる。
(1) 先ず、被処理基板SとしてP形半導体シリコン基板の表面を予め熱酸化処理してトンネル酸化シリコン膜を形成した基板Sをプラズマ生成室11内の基板ホルダ19上に支持させるとともにヒータ191にて該基板を220℃に加熱する。
(2) ゲート弁V1を開け排気装置17にて室11及び通路3’から排気し、室11及び通路3’内を2×10-4Pa以下まで減圧し、その後室11内へモノシラン(SiH4 )ガス(0.2ccm)及び水素ガス(30ccm)を供給する。
(3) 該ガス供給と排気装置17とにより室11内を0.8Pa(6mTorr)のシリコンドット形成圧に維持しつつ、図11に示すように基板退避装置31’にて基板ホルダ19を基板Sごと通路3’へ退避させ、その基板退避状態でアンテナ12へ13.56MHz、2000Wの高周波電力を印加して該ガスから誘導結合プラズマを生成開始させる。
(4) 該プラズマの状態はプラズマ状態把握装置18により把握されるが、装置18はプラズマ点灯直後から暫くの間はプラズマが不安定な状態にあることを把握するので、搬送装置31’の制御部4’は未だ基板ホルダ19を通路3’へ退避させたままである。
(5) プラズマ点灯後の時間の経過によりプラズマが安定化してくると、制御部4’は、装置18からのプラズマ安定化状態を示す情報を受けて搬送装置31’にホルダ19をプラズマ生成室11内の支持台100に載置させ、ゲート弁V1を閉じる。基板Sは退避中、熱容量の大きいホルダ19に支持されたままであるので、基板温度は速やかに220℃へ復帰する。かくして、基板Sへのシリコンドット形成が開始される。
(6) 所望粒径のシリコンドット形成に要する時間の経過後、アンテナ12への電力印加を停止し、排気装置17にて室11内の残留ガスを十分排気し、一層のシリコンドット形成を完了する。
このようにして、電界放出形走査電子顕微鏡(FE−SEM)観察においてそれぞれ独立した粒径が5nm程度のシリコンドットを得ることができる。
(8) ゲート弁V2を開け排気装置27にて室21及び通路3’から排気し、室21及び通路3’内を2×10-4Pa以下まで減圧し、その後室21内へモノシラン(SiH4 )ガス(8.6ccm)及び酸素ガス(30ccm)を供給する。
(9) 該ガス供給と排気装置27とにより室21内を0.8Pa(6mTorr)の絶縁膜形成圧に維持しつつ、図11に示すと同様に(図12に示すように)基板退避装置31’にて基板ホルダ19を基板Sごと通路3’へ退避させ、その基板退避状態でアンテナ22へ13.56MHz、500Wの高周波電力を印加して該ガスから誘導結合プラズマを生成開始させる。
(10)該プラズマの状態はプラズマ状態把握装置28により把握されるが、装置28はプラズマ点灯直後から暫くの間はプラズマが不安定な状態にあることを把握するので、搬送装置31’の制御部4’は未だ基板ホルダ19を通路3’へ退避させたままである。
(11)プラズマ点灯後の時間の経過によりプラズマが安定化してくると、制御部4’は、装置28からのプラズマ安定化状態を示す情報を受けて搬送装置31’にホルダ19をプラズマ生成室21内の支持台200に載置させ、ゲート弁V2を閉じる。基板Sは退避中、熱容量の大きいホルダ19に支持されたままであるので、基板温度は速やかに220℃へ復帰する。かくして、基板Sへの絶縁膜(コントロール酸化シリコン膜)形成が開始される。
(12)所望厚さのコントロール酸化シリコン膜形成に要する時間の経過後、アンテナ22への電力印加を停止し、排気装置27にて室21内の残留ガスを十分排気し、絶縁膜形成を完了する。
このようにして、エリプソメトリ法による測定において厚さ15nm程度の酸化シリコン膜を得ることができる。
なお、例えば 図16(B)に示すシリコンドット2層構造の半導体装置の形成に用いる基板は、前記のようにコントロール酸化シリコン膜形成後に、基板を再びプラズマ生成室11へ移送してシリコンドットを形成し、その後該基板をプラズマ生成室21へ移送して酸化シリコン膜を形成すればよい。
以上の他にもプラズマ生成室11と21との間に基板を往復させることで、所望積層状態のシリコンドット及び絶縁膜を形成することができる。
(1) 図1に示す絶縁膜形成装置2においてモノシランガス(8.6ccm)及び酸素ガス(30ccm)を用い、成膜圧を0.8Pa(6mTorr)に維持するとともに基板温度を220℃に維持し、アンテナ22に13.56MHz、500Wの高周波電力を印加して該基板上に形成した酸化シリコン膜、
(2) 図示省略の平行平板形電極を用いた容量結合プラズマCVDによる成膜装置においてモノシランガス(300ccm)及び酸素ガス(1000ccm)を用い、成膜圧を2.7Pa(20mTorr)に維持するとともに基板温度を400℃に維持し、13.56MHz、10000Wの高周波電力印加のもとに該基板上に形成した酸化シリコン膜、
(3) 同じ基板に熱CVD法により形成した酸化シリコン膜
のそれぞれにつき電流−電圧特性について調べた結果を図14に示す。
図14において、ラインL1は容量結合型プラズマのもとでの膜を、ラインL2は熱酸化による膜を、ラインL3は絶縁膜形成装置2による膜を示している。
粒径分布(nm) 7.2±0.8 7.7±0.7 6.9±0.5
(1) 図1の絶縁膜形成装置2において前記のようにシャッタ装置20を用いて、
(2) 図9の絶縁膜形成装置2’において前記のように基板退避装置31’を用いて、
(3) 図1の絶縁膜形成装置2においてシャッタ装置20を用いず、プラズマ点灯時から基板をプラズマに曝す状態で、
それぞれ3回ずつ酸化シリコン膜を形成し、それら酸化シリコン膜について成膜速度のバラツキをエプソメトリ法で膜厚測定して調べた結果を次表に示す。
SiO2成膜速度(Å/秒) 6.7±0.5 6.8±1.1 8.1±1.9
図15に示すように、図1のシリコンドット形成装置1においてプラズマ生成室11内の例えば天井壁111の内面に予めシリコンスパッタターゲットTをはりつけておき、シリコンドット形成にあたっては、室11内へ水素ガスを供給し、該ガスから誘導結合プラズマを生成させ、該プラズマが不安定状態にある間はシャッタ装置10にて基板Sを該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化するとシャッタ装置10を開いて基板Sを該安定化プラズマに臨ませ、該安定化したプラズマによるシリコンスパッタターゲットTのケミカルスパッタリングにより基板S上にシリコンドットを形成するのである。シリコンスパッタターゲットとしては市販のシリコンウエハやターゲット基板にシリコン膜を形成したもの等を採用できる。
シリコンスパッタターゲット:単結晶シリコンスパッタターゲット
アンテナ12へ印加する高周波電力:60MHz、4kW
シリコンドット形成対象基板:熱酸化膜(SiO2 )で被覆されたシリコンウエハ
基板温度:400℃
室内圧:0.6Pa
水素ガス:100sccm
この条件により粒径10nm以下の粒径の揃ったシリコンドットを形成できた。
図15に示すシリコンスパッタターゲットの採用に代えて、シリコンドット形成に先立ち、第1プラズマ生成室11内へシリコン膜形成用ガス(図1の装置を利用する場合は、モノシランガス及び水素ガス)を供給して該ガスを第1アンテナ12への高周波電力印加によりプラズマ化させ、該プラズマのもとで室11内のシリコン対象部材(室11の内壁及び(又は)室11内に予め設置したターゲット基板)にシリコン膜を形成しておき、シリコンドットの形成にあたっては、水素ガスを室11内へ供給して該ガスから誘導結合プラズマを生成させ、該プラズマが不安定状態にある間はシャッタ装置10を閉じて基板Sを該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化するとシャッタ装置10を開いて基板Sを該安定化プラズマに臨ませ、該安定化したプラズマによる前記シリコン膜のケミカルスパッタリングにより基板S上にシリコンドットを形成するのである。
<室内壁へのシリコン膜形成条件>
アンテナ12へ印加する
高周波電力:13.56MHz、10kW
室11内壁温度:80℃(室内設置ヒータで加熱)
室内圧:0.67Pa
モノシランガス:100sccm
水素ガス:150sccm
<シリコンドット形成条件>
アンテナ12へ印加する
高周波電力:13.56MHz、5kW
室11内壁温度:80℃(室内設置ヒータで加熱)
シリコンドット形成対象基板:熱酸化膜(SiO2 )で被覆されたシリコンウエハ
基板温度:430℃
室内圧:0.67Pa
水素ガス:150sccm
この条件により平均すると10nm以下の粒径のシリコンドットを形成できた。
そこで本発明に係るシリコンドット形成においては、シリコンドット形成後に絶縁膜を形成する場合、しない場合のいずれにおいても、酸素含有ガス及び窒素含有ガスから選ばれた少なくとも一種の終端処理用ガスに高周波電力を印加することで発生させた終端処理用プラズマのもとでシリコンドットの表面を終端処理してもよい。
また、シリコンドット形成装置1や1’から独立した終端処理室を準備し、該終端処理室において終端処理用ガスの容量結合型プラズマ或いは誘導結合型プラズマのもとで終端処理工程を実施してもよい。
このような終端処理室を設ける場合、該終端処理室とプラズマ生成室21とを外部から気密につなぐ基板搬送通路を設け、終端処理後のシリコンドット上に絶縁膜を形成するときは、該通路から基板を第2プラズマ生成室21内へ搬入して絶縁膜を形成してもよい。
シリコンドットが形成された基板温度:400℃
酸素ガス導入量:100sccm
アンテナ12への高周波電力:13.56MHz、1kW
終端処理圧:0.67Pa
処理時間:1分
シリコンドットが形成された基板温度:400℃
窒素ガス導入量:200sccm
高周波電力:13.56MHz 1kW
終端処理圧:0.67Pa
処理時間:5分
1、1’ シリコンドット形成装置
11 第1プラズマ生成室
111 天井壁
12 第1アンテナ
13 ブスバー
14 マッチングボックス
15 高周波電源
16、19 基板ホルダ
161、191 ヒータ
100 基板ホルダ支持台
17 排気装置
18 プラズマ状態把握装置
G1 シラン系ガス供給装置
G2 水素ガス供給装置
10 シャッタ装置
s1、s2、s1’、s2’ シャッタ羽根
g1〜g4 ギア
M モータ
S 基板
2、2’ 絶縁膜形成装置
21 第2プラズマ生成室
211 天井壁
22 第1アンテナ
23 ブスバー
24 マッチングボックス
25 高周波電源
26 基板ホルダ
261 ヒータ
200 基板ホルダ支持台
28 プラズマ状態把握装置
G3 シラン系ガス供給装置
G4 酸素ガス供給装置
20 シャッタ装置
3、3’ 基板搬送通路
V1、V2 ゲート弁
31 基板搬送ロボット
41、42 シャッタ装置制御部
51、52 モータ駆動回路
31’ 基板退避装置
4’ 基板退避装置制御部
5’ 基板退避装置駆動回路
Claims (28)
- 第1プラズマ生成室内に設置されたU字形状のアンテナからなる第1アンテナに高周波電力を印加して該室内に供給されるシリコンドット形成用ガスから誘導結合プラズマを生成させ、該誘導結合プラズマのもとで該室内に配置される基板にシリコンドットを形成するシリコンドット形成方法であり、シリコンドット形成にあたっては、前記第1プラズマ生成室に生成させるプラズマが不安定状態にある間は該基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませて該基板上にシリコンドット形成を開始させ、前記第1プラズマ生成室のプラズマが不安定状態か、安定化した状態かの把握は、該プラズマが不安定状態か、安定化状態かを示す該プラズマからの発光スペクトル強度が不安定状態か、安定化した状態かを把握することで行うことを特徴とするシリコンドット形成方法。
- 前記第1プラズマ生成室内に配置される基板を該室内に生成されるプラズマから遮蔽するための開閉可能のシャッタ装置を設けておき、シリコンドット形成にあたっては、該第1プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該シャッタ装置により該基板を該プラズマから遮蔽して不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該シャッタ装置を開いて該安定化したプラズマのもとで該基板上にシリコンドット形成を開始させる請求項1記載のシリコンドット形成方法。
- 前記第1プラズマ生成室内に配置される基板を該室内に生成されるプラズマから退避させる基板退避装置を設けておき、シリコンドット形成にあたっては、該第1プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該基板退避装置により該基板を該プラズマから退避させて不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板退避装置により該基板を該安定化したプラズマに臨む位置に配置して該基板上にシリコンドット形成を開始させる請求項1記載のシリコンドット形成方法。
- 前記第1プラズマ生成室内に生成されるプラズマの不安定状態及び安定化状態は、該第1プラズマ生成室に対して設けられたプラズマ状態把握装置であって、該第1プラズマ生成室のプラズマが不安定状態か、安定化した状態かを把握するための該プラズマからの発光スペクトル強度が不安定状態か、安定化した状態かを示すプラズマ状態把握装置で把握する請求項1、2又は3記載のシリコンドット形成方法。
- 前記シリコンドットの形成にあたっては、前記第1プラズマ生成室内へ前記シリコンドット形成用のガスとしてシラン系ガス及び水素ガスを供給し、これらガスから前記誘導結合プラズマを生成させ、該プラズマが不安定状態にある間は前記基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませて該基板上にシリコンドット形成を開始させる請求項1から4のいずれかに記載のシリコンドット形成方法。
- 前記第1プラズマ生成室内に予めシリコンスパッタターゲットを設置しておき、前記シリコンドットの形成にあたっては、前記シリコンドット形成用ガスとしてスパッタリング用ガスを該第1プラズマ生成室内へ供給して該スパッタリング用ガスから前記誘導結合プラズマを生成させ、該プラズマが不安定状態にある間は前記基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませ、該安定化したプラズマによる前記シリコンスパッタターゲットのケミカルスパッタリングにより該基板上にシリコンドット形成を開始させる請求項1から4のいずれかに記載のシリコンドット形成方法。
- 前記シリコンドット形成に先立ち、前記第1プラズマ生成室内へシリコン膜形成用ガスを供給して該ガスを前記第1アンテナへの高周波電力印加によりプラズマ化させ、該プラズマのもとで該第1プラズマ生成室内のシリコン膜形成対象部材にシリコン膜を形成しておき、前記シリコンドットの形成にあたっては、前記シリコンドット形成用ガスとしてスパッタリング用ガスを該第1プラズマ生成室内へ供給して該スパッタリング用ガスから前記誘導結合プラズマを生成させ、該プラズマが不安定状態にある間は前記基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませ、該安定化したプラズマによる前記シリコン膜のケミカルスパッタリングにより該基板上にシリコンドット形成を開始させる請求項1から4のいずれかに記載のシリコンドット形成方法。
- 前記シリコンドット形成後に、酸素含有ガス及び窒素含有ガスから選ばれた少なくとも一種の終端処理用ガスに高周波電力を印加することで発生させた終端処理用プラズマのもとで該シリコンドットの表面を終端処理する請求項1から7のいずれかに記載のシリコンドット形成方法。
- 前記第1プラズマ生成室において前記シリコンドットを形成後、該シリコンドットが形成された前記基板を該第1プラズマ生成室に連設された終端処理室へ搬入し、該終端処理室で前記終端処理を実施する請求項8記載のシリコンドット形成方法。
- 基板上にシリコンドットを少なくとも1回、絶縁膜を少なくとも1回形成するシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法であり、
シリコンドットについては請求項1から9のいずれかに記載のシリコンドット形成方法により形成し、
絶縁膜については、第2プラズマ生成室内に設置されたU字形状のアンテナからなる第2アンテナに高周波電力を印加して該室内に供給される絶縁膜形成用ガスから誘導結合プラズマを生成させ、該誘導結合プラズマのもとで該室内に配置される基板に絶縁膜を形成する絶縁膜形成方法を採用し、該絶縁膜形成方法による絶縁膜形成にあたっては、前記第2プラズマ生成室に生成させるプラズマが不安定状態にある間は該基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませて該基板上に絶縁膜形成を開始させ、前記第2プラズマ生成室のプラズマが不安定状態か、安定化した状態かの把握は、該プラズマが不安定状態か、安定化状態かを示す該プラズマからの発光スペクトル強度が不安定状態か、安定化した状態かを把握することで行い、 シリコンドット形成後に絶縁膜を形成するときは、前記基板を該基板のある室から前記第2プラズマ生成室へ、該両室を外部から気密に連通させる基板搬送通路を通して移動させ、絶縁膜形成後にシリコンドットを形成するときは、前記基板を前記第2プラズマ生成室から前記第1プラズマ生成室へ、該両室を外部から気密に連通させる基板搬送通路を通して移動させることを特徴とするシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法。 - 前記第2プラズマ生成室内に配置される基板を該第2プラズマ生成室内に生成されるプラズマから遮蔽するための開閉可能のシャッタ装置を設けておき、絶縁膜形成にあたっては、該第2プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該シャッタ装置により該基板を該プラズマから遮蔽して不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該シャッタ装置を開いて該安定化したプラズマのもとで該基板上に絶縁膜形成を開始させる請求項10記載のシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法。
- 前記第2プラズマ生成室内に配置される基板を該第2プラズマ生成室内に生成されるプラズマから退避させる基板退避装置を設けておき、絶縁膜形成にあたっては、該第2プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該基板退避装置により該基板を該プラズマから退避させて不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板退避装置により該基板を該安定化したプラズマに臨む位置に配置して該基板上に絶縁膜形成を開始させる請求項10記載のシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法。
- 前記基板は基板加熱ヒータを有する基板ホルダで支持させ、シリコンドット形成後に絶縁膜を形成するにあたり前記基板を該基板のある室から前記第2プラズマ生成室側へ前記基板搬送通路を通して移動させるとき及び絶縁膜形成後にシリコンドットを形成するにあたり前記基板を前記第2プラズマ生成室から前記第1プラズマ生成室側へ前記基板搬送通路を通して移動させるときには、該基板を該基板ホルダごと移動させる請求項10から12のいずれかに記載のシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法。
- 前記第2プラズマ生成室内に生成される前記プラズマの不安定状態及び安定化状態は、該第2プラズマ生成室に対して設けられたプラズマ状態把握装置であって、該第2プラズマ生成室のプラズマが不安定状態か、安定化した状態かを把握するための該プラズマからの発光スペクトル強度が不安定状態か、安定化した状態かを示すプラズマ状態把握装置で把握する請求項10から13のいずれかに記載のシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法。
- 前記絶縁膜形成にあたっては、前記第2プラズマ生成室内へ前記絶縁膜形成用のガスとしてシラン系ガス及び酸素ガスを導入し、これらガスから前記誘導結合プラズマを生成させ、該プラズマが不安定状態にある間は前記基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませて該基板上に酸化シリコン絶縁膜を形成開始させる請求項10から14のいずれかに記載のシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成方法。
- 第1プラズマ生成室、
該第1プラズマ生成室内へシリコンドット形成用のガスを供給する第1ガス供給装置、 該第1プラズマ生成室内に設置された、U字形状のアンテナからなる第1アンテナ、
該第1アンテナに高周波電力を印加して前記第1ガス供給装置から前記第1プラズマ生成室へ供給されるガスから誘導結合プラズマを生成させるための第1高周波電力印加装置、
シリコンドット形成にあたり前記第1プラズマ生成室内に配置されるシリコンドット形成対象基板を該第1プラズマ生成室内のプラズマが不安定状態にある間は該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該安定化プラズマに臨ませる第1のプラズマ状態対応装置、
前記第1プラズマ生成室内に生成される前記プラズマの状態を把握する第1プラズマ状態把握装置であって、該第1プラズマ生成室のプラズマが不安定状態か、安定化した状態かを把握するための該プラズマからの発光スペクトル強度が不安定状態か、安定化した状態かを示すプラズマ状態把握装置及び
前記第1プラズマ状態把握装置により把握される前記第1プラズマ生成室内のプラズマ状態が不安定状態にあるときは前記基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませるように前記第1プラズマ状態対応装置を制御する第1制御部を含んでいることを特徴とするシリコンドット形成装置。 - 前記第1のプラズマ状態対応装置は、前記第1プラズマ生成室内に配置される前記基板を該プラズマ生成室内に生成されるプラズマから遮蔽し又は該プラズマに臨ませる開閉可能のシャッタ装置であり、前記第1制御部は、該基板へのシリコンドット形成にあたり、該第1プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該シャッタ装置により該基板が該プラズマから遮蔽されて不安定プラズマに曝されない状態におかれ、該プラズマが安定化すると該シャッタ装置が開かれて該安定化プラズマのもとで該基板上にシリコンドット形成が開始されるように該シャッタ装置を制御する請求項16記載のシリコンドット形成装置。
- 前記第1のプラズマ状態対応装置は、前記第1プラズマ生成室内に配置される前記基板を該第1プラズマ生成室内に生成されるプラズマから退避させ又は該退避位置から該プラズマに臨む位置に配置する基板退避装置であり、前記第1制御部は、該基板へのシリコンドット形成にあたり、該第1プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該基板退避装置が該基板を該プラズマから退避させて不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板退避装置が該基板を該安定化したプラズマに臨む位置に配置するように該基板退避装置を制御する請求項16記載のシリコンドット形成装置。
- 前記第1ガス供給装置は、前記シリコンドット形成用のガスとしてシラン系ガス及び水素ガスを前記第1プラズマ生成室へ供給するものである請求項16から18のいずれかに記載のシリコンドット形成装置。
- 前記第1プラズマ生成室内にはシリコンスパッタターゲットが設置されており、前記第1ガス供給装置は前記シリコンドット形成用ガスとしてプラズマ化されることにより該シリコンスパッタターゲットをケミカルスパッタリングするスパッタリング用ガスを該第1プラズマ生成室内へ供給するものである請求項16から18のいずれかに記載のシリコンドット形成装置。
- 前記シリコンドット形成に先立ち、前記第1プラズマ生成室内のシリコン膜形成対象部材に、プラズマ化されることでシリコン膜を形成するシリコン膜形成用ガスを該第1プラズマ生成室内へ供給するシリコン膜形成用ガス供給装置を備えており、前記第1ガス供給装置は前記シリコンドット形成用ガスとしてプラズマ化されることにより該シリコン膜をケミカルスパッタリングするスパッタリング用ガスを該第1プラズマ生成室内へ供給するものである請求項16から18のいずれかに記載のシリコンドット形成装置。
- シリコンドット形成後に前記第1プラズマ生成室内へ酸素含有ガス及び窒素含有ガスから選ばれた少なくとも一種の終端処理用ガスを供給する終端処理用ガス供給装置をさらに含んでいる請求項16から21のいずれかに記載のシリコンドット形成装置。
- 前記第1プラズマ生成室でシリコンドットが形成された基板を搬入可能に該第1プラズマ生成室に連設された終端処理室であって、該第1プラズマ生成室から搬入される該基板上のシリコンドットに、酸素含有ガス及び窒素含有ガスから選ばれた少なくとも一種の終端処理用ガスに高周波電力を印加することで発生させた終端処理用プラズマのもとで終端処理を施す終端処理室をさらに含んでいる請求項16から21のいずれかに記載のシリコンドット形成装置。
- 請求項16から23のいずれかに記載のシリコンドット形成装置と絶縁膜形成装置とを含んでおり、
該絶縁膜形成装置は、
第2プラズマ生成室、
該第2プラズマ生成室内へ絶縁膜形成用のガスを供給する第2ガス供給装置、
該第2プラズマ生成室内に設置されたU字形状のアンテナからなる第2アンテナ、
該第2アンテナに高周波電力を印加して前記第2ガス供給装置から前記第2プラズマ生成室へ供給されるガスから誘導結合プラズマを生成させるための第2高周波電力印加装置、
絶縁膜形成にあたり前記第2プラズマ生成室内に配置される基板を該第2プラズマ生成室内のプラズマが不安定な間は該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該安定化プラズマに臨ませる第2のプラズマ状態対応装置、
前記第2プラズマ生成室内に生成される前記プラズマの状態を把握する第2プラズマ状態把握装置であって、該第2プラズマ生成室のプラズマが不安定状態か、安定化した状態かを把握するための該プラズマからの発光スペクトル強度が不安定状態か、安定化した状態かを示すプラズマ状態把握装置及び
前記第2プラズマ状態把握装置により把握される前記第2プラズマ生成室内のプラズマ状態が不安定状態にあるときは前記基板を該不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板を該安定化プラズマに臨ませるように前記第2プラズマ状態対応装置を制御する第2制御部を含んでおり、
前記第1プラズマ生成室及び第2プラズマ生成室は、該両室間で前記基板を搬送するための基板搬送通路を介して外部から気密に連設されていることを特徴とするシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置。 - 前記第2のプラズマ状態対応装置は、前記第2プラズマ生成室内に配置される前記基板を該プラズマ生成室内に生成される前記プラズマから遮蔽し又は該プラズマに臨ませる開閉可能のシャッタ装置であり、前記第2制御部は、該基板への絶縁膜形成にあたり、該第2プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該シャッタ装置により該基板が該プラズマから遮蔽されて不安定プラズマに曝されない状態におかれ、該プラズマが安定化すると該シャッタ装置が開かれて該安定化プラズマのもとで該基板上に絶縁膜形成が開始されるように該シャッタ装置を制御する請求項24記載のシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置。
- 前記第2のプラズマ状態対応装置は、前記第2プラズマ生成室内に配置される前記基板を該第2プラズマ生成室内に生成される前記プラズマから退避させ又は該退避位置から該プラズマに臨む位置に配置する基板退避装置であり、前記第2制御部は、該基板への絶縁膜形成にあたり、該第2プラズマ生成室におけるプラズマが安定するまでは該基板退避装置が該基板を該プラズマから退避させて不安定プラズマに曝さない状態におき、該プラズマが安定化すると該基板退避装置が該基板を該安定化したプラズマに臨む位置に配置するように該基板退避装置を制御する請求項24記載のシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置。
- 基板加熱ヒータを有する基板ホルダ及び該基板ホルダの搬送装置を備えており、該基板ホルダ搬送装置は、シリコンドット形成後に絶縁膜を形成するにあたり前記基板を前記第1プラズマ生成室から前記第2プラズマ生成室側へ前記基板搬送通路を通して移動させるとき及び絶縁膜形成後にシリコンドットを形成するにあたり前記基板を前記第2プラズマ生成室から前記第1プラズマ生成室側へ前記基板搬送通路を通して移動させるとき、該基板を該基板ホルダごと移動させる請求項24から26のいずれかに記載のシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置。
- 前記絶縁膜形成装置の第2ガス供給装置は、前記絶縁膜形成用のガスとして酸化シリコン絶縁膜形成用のシラン系ガス及び酸素ガスを該第2プラズマ生成室内へ供給するものである請求項24から27のいずれかに記載のシリコンドット及び絶縁膜付き基板の形成装置。
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