JPH10194892A - Film formation and device therefor - Google Patents
Film formation and device thereforInfo
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- JPH10194892A JPH10194892A JP310097A JP310097A JPH10194892A JP H10194892 A JPH10194892 A JP H10194892A JP 310097 A JP310097 A JP 310097A JP 310097 A JP310097 A JP 310097A JP H10194892 A JPH10194892 A JP H10194892A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置にお
ける各画素に設けられるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）ス
イッチ等の材料として用いられたり、集積回路、太陽電
池等に用いられる結晶性シリコン、その他の膜を形成す
る成膜方法及びその方法を実施するための装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to crystalline silicon and other films used as a material for a TFT (thin film transistor) switch provided in each pixel of a liquid crystal display device, or used for an integrated circuit, a solar cell or the like. The present invention relates to a method for forming a film and an apparatus for performing the method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、結晶性膜の形成方法として、ＣＶ
Ｄ法、特に熱ＣＶＤ法が多用されている。ＣＶＤ法によ
り、例えば結晶性シリコン膜を形成するためには、通
常、被成膜物品の温度を８００℃程度以上に保つ必要が
ある。また、真空蒸着法、スパッタ蒸着法等のＰＶＤ法
も用いられるが、この場合も、該膜を結晶性を有するも
のにするためには、通常、被成膜物品の温度を７００℃
程度以上に保つ必要がある。2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of forming a crystalline film, CV is used.
Method D, especially thermal CVD, is frequently used. In order to form, for example, a crystalline silicon film by the CVD method, it is usually necessary to maintain the temperature of the article on which the film is to be formed at about 800 ° C. or higher. In addition, a PVD method such as a vacuum evaporation method and a sputter evaporation method is also used. In this case, too, in order to make the film have crystallinity, usually, the temperature of the article to be formed is set to 700 ° C.
It needs to be kept above a certain degree.
【０００３】また近年では、各種ＣＶＤ法、ＰＶＤ法に
より比較的低温下でアモルファスシリコン膜を形成した
後、後処理として、８００℃程度以上の熱処理若しくは
６００℃程度で２０時間程度以上の長時間にわたる熱処
理を施したり、レーザアニール処理を施して、該膜を結
晶性シリコン膜とすることが行われている。In recent years, after forming an amorphous silicon film at a relatively low temperature by various CVD methods and PVD methods, as a post-treatment, a heat treatment at about 800 ° C. or more or a long time at about 600 ° C. for about 20 hours or more. Heat treatment or laser annealing is performed to convert the film into a crystalline silicon film.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ように、各種ＣＶＤ法、ＰＶＤ法により直接結晶性シリ
コン膜を形成する方法によっては、例えば液晶表示装置
のガラス基板として比較的安価な低融点ガラスを用い、
この基板上にＴＦＴを形成するために結晶性シリコン膜
を形成しようとするとき、かかる低融点ガラスを７００
℃や８００℃に保つと、溶融したり歪みが生じる等す
る。このようにＣＶＤ法やＰＶＤ法で直接結晶性シリコ
ン膜を形成する手法では耐熱性が比較的低い材質からな
る物品上への成膜が困難である。However, as described above, depending on the method of forming a crystalline silicon film directly by various CVD methods and PVD methods, for example, a relatively inexpensive low melting point glass is used as a glass substrate of a liquid crystal display device. Using
When a crystalline silicon film is to be formed to form a TFT on this substrate, the low melting glass is
If the temperature is kept at ℃ or 800 ° C., melting or distortion occurs. As described above, it is difficult to form a crystalline silicon film directly on an article made of a material having relatively low heat resistance by the method of directly forming a crystalline silicon film by the CVD method or the PVD method.
【０００５】また、前記の熱処理やレーザアニール処理
を後処理として行い結晶性シリコン膜を得る方法は、直
接結晶性シリコン膜を形成する方法に比べて、１工程多
いため生産性が悪い。なお、レーザアニール処理はレー
ザ照射装置が高価であるとともに、大面積で均一性の良
い膜が得られないという欠点もある。このような問題
は、シリコン膜に限らず、結晶化度の高い膜を形成しよ
うとする場合に生じる問題である。In addition, the method of obtaining a crystalline silicon film by performing the above-described heat treatment or laser annealing as a post-process has one step more than the method of directly forming a crystalline silicon film, and thus has a low productivity. In addition, the laser annealing process has a disadvantage that a laser irradiation device is expensive and a film having a large area and good uniformity cannot be obtained. Such a problem is not limited to a silicon film, but occurs when a film having a high crystallinity is to be formed.
【０００６】そこで、本発明は、比較的低温下で生産性
良く、結晶性良好な膜を形成できる成膜方法及び装置を
提供することを課題とする。Accordingly, an object of the present invention is to provide a film forming method and apparatus capable of forming a film with good productivity and good crystallinity at a relatively low temperature.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明者は研究を重ね、以下の知見を得た。成膜原料
ガスをプラズマ化し、該プラズマの下で膜形成するにあ
たり、該物品にイオンビームを照射し、このとき、プラ
ズマから高エネルギ粒子（高速イオン、高速電子等）が
該被成膜物品に入射するのを抑制し、或いはさらに該物
品へのイオンビームの入射エネルギを低いレベルに制御
することにより、結晶成長面にダメージを与えず、その
結晶成長を促すことができる。Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted various studies and have obtained the following findings. In forming the film-forming raw material gas into plasma and forming a film under the plasma, the article is irradiated with an ion beam. At this time, high-energy particles (high-speed ions, high-speed electrons, etc.) are generated from the plasma by the film-forming article. By suppressing the incidence, or controlling the incident energy of the ion beam to the article to a low level, the crystal growth surface can be promoted without damaging the crystal growth surface.
【０００８】また、図１に示すように、プラズマ１３を
被成膜物品１０の周縁部の近傍に形成するとともに、プ
ラズマ１３と被成膜物品１０との間に該物品表面に例え
ば垂直又は略垂直な方向の多孔を有するコリメーター７
を設置すれば、該プラズマ中の高エネルギ粒子（高速イ
オン・高速電子）Ｈは高速で直進するためコリメーター
７の孔７１を通過できず、被成膜物品１０の表面には到
達できない。一方、該プラズマ中の低エネルギのイオン
や中性ラジカルＬは低速で進むため、図示のように進行
中方向が変わり、コリメーター７の孔７１に沿って該孔
を通過して被成膜物品１０に到達し、成膜に寄与する。
これにより、高エネルギ粒子Ｈが結晶成長面に与えるダ
メージを抑制し、その結晶成長を促すことができる。As shown in FIG. 1, a plasma 13 is formed in the vicinity of the peripheral portion of the article 10 to be film-formed, and between the plasma 13 and the article 10 to be film-formed is, for example, perpendicular or substantially perpendicular to the article surface. Collimator 7 with vertical porosity
Is installed, high-energy particles (high-speed ions / high-speed electrons) H in the plasma cannot travel through the holes 71 of the collimator 7 because they travel straight at high speed, and cannot reach the surface of the article 10 to be film-formed. On the other hand, since the low-energy ions and neutral radicals L in the plasma travel at a low speed, the traveling direction changes as shown in FIG. It reaches 10 and contributes to film formation.
Thereby, damage to the crystal growth surface by the high energy particles H can be suppressed, and the crystal growth can be promoted.
【０００９】前記知見に基づき本発明は、成膜原料ガス
に電力供給して該ガスをプラズマ化し、該プラズマの下
で被成膜物品上に膜形成する方法であって、該プラズマ
を該被成膜物品の周縁部の近傍に形成するとともに、該
プラズマ形成領域と該物品との間に設けたコリメーター
を通して該物品を該プラズマに臨ませることを特徴とす
る成膜方法を提供する。Based on the above findings, the present invention provides a method for supplying a power to a film-forming raw material gas to convert the gas into a plasma, and forming a film on a film-forming article under the plasma. A film forming method is provided, wherein the film is formed near a peripheral portion of a film-formed article and the article is exposed to the plasma through a collimator provided between the plasma forming region and the article.
【００１０】また、前記知見に基づき本発明は、成膜原
料ガス供給手段により供給される成膜原料ガスをプラズ
マ励起用電力供給手段による電力供給によりプラズマ化
し、支持手段に支持される被成膜物品を該プラズマに臨
ませて該物品上に膜形成する装置であって、該プラズマ
励起用電力供給手段は該プラズマを該物品周縁部の近傍
に形成できるものであり、該プラズマ励起用電力供給手
段及び該成膜原料ガス供給手段によりプラズマが形成さ
れる領域と該支持手段との間にコリメーターを設けたこ
とを特徴とする成膜装置を提供する。Further, based on the above-mentioned knowledge, the present invention provides a method of forming a film-forming source gas supplied from a film-forming source gas supplying means into a plasma by supplying electric power from a plasma-exciting electric power supplying means, An apparatus for forming a film on an article by exposing the article to the plasma, wherein the plasma excitation power supply means is capable of forming the plasma near a peripheral portion of the article. Means and a film forming apparatus, wherein a collimator is provided between a region where plasma is formed by the film forming material gas supply means and the supporting means.
【００１１】ここで「コリメータ」とは導電性材料から
なり、面的広がりを有する部材であって、厚さ方向に貫
通する孔を複数分布させたものである。前記本発明の成
膜方法及び成膜装置によると、被成膜物品の周縁部近傍
にプラズマを形成するとともに、コリメーターを介して
被成膜物品を該プラズマに臨ませることにより、被成膜
物品の周縁部から該物品に向かう該プラズマ由来の高エ
ネルギ粒子（高速イオン・高速電子）の全部又は殆ど
が、該コリメーターに遮られて被成膜物品には到達でき
ない。一方、該プラズマ中の低エネルギのイオンやラジ
カル等は低速で進むため、進行中にその方向を変えてコ
リメーターの孔を通過し、被成膜物品に到達して成膜に
寄与する。プラズマ由来の粒子は広いエネルギ幅を有す
るが、このようにコリメーターを介して被成膜物品を該
プラズマに臨ませることにより、該物品に入射するイオ
ン等を低いエネルギを有するエネルギ幅の狭いものに制
御することができる。また、プラズマ由来のイオン等は
コリメーターの孔を通過することにより一定の方向性を
有するものになる。Here, the "collimator" is a member made of a conductive material and having a two-dimensional spread, in which a plurality of holes penetrating in the thickness direction are distributed. According to the film forming method and the film forming apparatus of the present invention, a film is formed by forming a plasma in the vicinity of the peripheral portion of the film forming article and exposing the film forming article to the plasma through a collimator. All or most of the high-energy particles (high-speed ions and high-speed electrons) derived from the plasma traveling from the peripheral portion of the article toward the article cannot be reached by the collimator. On the other hand, low-energy ions and radicals in the plasma travel at a low speed, change their direction during the passage, pass through the holes of the collimator, reach the article to be deposited, and contribute to the deposition. Although particles derived from plasma have a wide energy range, by allowing the article to be deposited to face the plasma through a collimator, ions and the like incident on the article have a narrow energy width having a low energy. Can be controlled. In addition, ions and the like derived from the plasma have a certain direction by passing through the holes of the collimator.
【００１２】これらのことから、プラズマ中の結晶化に
必要な活性種を優先的に被成膜物品表面に輸送すること
ができ、結晶成長面にダメージを与えず欠陥の少ない良
質な結晶性膜の成長が促される。この場合、比較的低温
下で膜成分を結晶化させることができる。また、１工程
でこのような結晶性を有する膜が得られるため、成膜後
の熱処理を省略することができ、生産性が良好である。[0012] From the above, it is possible to preferentially transport active species required for crystallization in plasma to the surface of the article to be formed, and to provide a high quality crystalline film with little damage without damaging the crystal growth surface. Growth is encouraged. In this case, the film components can be crystallized at a relatively low temperature. In addition, since a film having such crystallinity can be obtained in one step, heat treatment after film formation can be omitted, and productivity is good.
【００１３】コリメーターの開口（孔）の寸法、分布状
況、厚み等のコリメータの形態は、通過させようとする
粒子のエネルギ分布と装置構成に応じて定めればよい。
すなわち、発生させる周縁部プラズマと被成膜物品との
位置関係等により、コリメーターの孔を通過できるイオ
ン等のエネルギが異なるため、このような装置構成と被
成膜物品に入射させようとするイオン等のエネルギに応
じてコリメーターの形態を適宜調整する。例えばコリメ
ータを被成膜物品の膜形成面と平行又は略平行に配置
し、コリメータの孔を該膜形成面に垂直又は略垂直な方
向のものとするとき、コリメータの厚みは、厚いほど多
くのイオン等を捕捉することができ、その結果被成膜物
品に入射するイオン等のエネルギ分布は狭くなり、逆
に、薄いほど被成膜物品に入射するイオン等のエネルギ
分布は広くなる。The form of the collimator, such as the size, distribution and thickness of the opening (hole) of the collimator, may be determined according to the energy distribution of the particles to be passed and the configuration of the apparatus.
That is, the energy of ions or the like that can pass through the hole of the collimator differs depending on the positional relationship between the peripheral plasma to be generated and the article on which the film is to be formed. The form of the collimator is appropriately adjusted according to the energy of ions and the like. For example, when the collimator is arranged in parallel or substantially parallel to the film forming surface of the article to be film-formed and the hole of the collimator is in a direction perpendicular or substantially perpendicular to the film forming surface, the thickness of the collimator increases as the thickness increases. The ions and the like can be trapped, and as a result, the energy distribution of ions and the like incident on the article to be formed becomes narrower. Conversely, the energy distribution of the ions and the like incident on the article to be formed becomes wider as the article becomes thinner.
【００１４】また、コリメータの被成膜物品に対する配
置及びコリメータ孔の方向を前記と同様とした場合、コ
リメーターの開口率は５０％以上９９％以下であること
が好ましく、より好ましくは９０％以上９９％以下であ
る。５０％より低いと成膜速度が著しく低くなる。開口
（孔）の断面の形状は円形、多角形（正方形、六角形
等）等とすることができ、特に限定されない。１つの開
口（孔）の断面積は０．０４ｃｍ2 〜４ｃｍ2 、より好
ましくは０．２５ｃｍ2 〜１ｃｍ2 程度が適当である。When the collimator is arranged with respect to the article to be formed and the direction of the collimator hole is the same as above, the aperture ratio of the collimator is preferably 50% or more and 99% or less, more preferably 90% or more. 99% or less. If it is lower than 50%, the film forming rate becomes extremely low. The shape of the cross section of the opening (hole) can be circular, polygonal (square, hexagonal, etc.) or the like, and is not particularly limited. Sectional area 0.04cm 2 ~4cm 2 of one opening (hole), more preferably suitably about 0.25 cm 2 1 cm 2.
【００１５】プラズマを被成膜物品の周縁部の近傍に形
成するために、具体的には、本発明装置において、前記
プラズマ励起用電力供給手段に含まれる電極として、前
記被成膜物品の周縁部に対向するリング状電極、筒状電
極、コイル状電極、リジタノコイル型電極及びリング状
のマイクロ波導入用アンテナのうちのいずれかのものを
採用することが考えられる。In order to form the plasma in the vicinity of the peripheral portion of the article to be coated, specifically, in the apparatus of the present invention, as an electrode included in the power supply means for plasma excitation, the periphery of the article to be deposited is used as an electrode. It is conceivable to employ any one of a ring-shaped electrode, a cylindrical electrode, a coil-shaped electrode, a lidano coil-type electrode, and a ring-shaped microwave introduction antenna facing the portion.
【００１６】なお、「被成膜物品の周縁部に対向するリ
ング状電極、筒状電極、コイル状電極、リジタノコイル
型電極、マイクロ波導入用アンテナ」において、該電極
やアンテナが被成膜物品の周縁部に対向する状態には、
それらが文字通り被成膜物品周縁部に対向している場合
だけでなく、被成膜物品の周縁部近傍にプラズマを形成
できるようにその周縁部に臨む位置、その周縁部に関係
する位置等に配置されている場合も含まれる。この点に
ついては、以下同様である。In the "ring-shaped electrode, cylindrical electrode, coil-shaped electrode, Rigidano coil-type electrode, antenna for introducing microwave" facing the peripheral portion of the article to be formed, the electrode and the antenna are the same as those of the article to be formed. In the state facing the peripheral part,
Not only when they are literally opposed to the peripheral part of the article to be coated, but also at a position facing the peripheral part so that plasma can be formed near the peripheral part of the article to be coated, a position related to the peripheral part, etc. The case where it is arranged is also included. This is the same in the following.
【００１７】前記リジタノコイル型電極は、通常その外
周部に磁場形成手段を有するものである。また、マイク
ロ波電極としてリング状電極、筒状電極、コイル状電極
又はリング状のマイクロ波導入用アンテナを採用する場
合も、該電極の外周部から磁場を入れる磁場形成手段を
設けることが考えられる。原料ガスのプラズマ化にあた
り、高周波、マイクロ波等のプラズマ励起用電力印加に
加えて磁場を形成することにより、プラズマの形成・維
持が容易になり、低圧下（高真空度下）でも高密度のプ
ラズマを安定維持することができる。The above-mentioned lithitano coil type electrode usually has a magnetic field forming means on its outer peripheral portion. Also, when a ring-shaped electrode, a cylindrical electrode, a coil-shaped electrode or a ring-shaped microwave introduction antenna is adopted as the microwave electrode, it is conceivable to provide a magnetic field forming means for applying a magnetic field from the outer periphery of the electrode. . When the raw material gas is turned into plasma, a magnetic field is formed in addition to the application of power for plasma excitation such as high frequency and microwave, thereby facilitating the formation and maintenance of plasma, and high density even under low pressure (high vacuum). Plasma can be stably maintained.
【００１８】本発明方法において、成膜中は前記被成膜
物品の表面近傍の真空度を１×１０ -3Ｔｏｒｒ〜１×１
０-8Ｔｏｒｒ程度に保つことが考えられ、このとき、本
発明装置において、前記成膜原料ガス供給手段は、前記
被成膜物品表面近傍の真空度が１×１０-3Ｔｏｒｒ〜１
×１０-8Ｔｏｒｒ程度になるように前記成膜原料ガスを
供給できるものを採用すればよい。In the method of the present invention, the film is formed during the film formation.
The degree of vacuum near the surface of the article is 1 × 10 -3Torr ~ 1 × 1
0-8It is conceivable to keep it at about Torr.
In the apparatus according to the present invention, the film-forming source gas supply means may include:
The degree of vacuum in the vicinity of the surface of the article is 1 × 10-3Torr ~ 1
× 10-8The film forming raw material gas is adjusted to about Torr.
What can be supplied may be adopted.
【００１９】このように、被成膜物品表面近傍の真空度
を１×１０-3Ｔｏｒｒ〜１×１０-8Ｔｏｒｒ程度という
高い真空度（低圧）とすることにより、結晶成長面に与
えるダメージが一層抑制され、一層欠陥の少ない良質な
結晶性膜の成長が促される。また、１×１０-3Ｔｏｒｒ
〜１×１０-8Ｔｏｒｒ程度という高真空下でガスをプラ
ズマ化させるため、気相反応が抑制されて不要なダスト
パーティクルの生成が少なくなり、被成膜物品表面への
不純物の付着が抑制され、良質な結晶性膜が得られる。
また、高真空度下でガスをプラズマ化させるため、膜形
成に寄与するラジカルの拡散域が広がり、それだけ大面
積の被成膜物品上にも良質の結晶性膜を形成することが
できる。さらに、膜形成工程において成膜を行う容器内
面等への膜付着が少なく、それだけクリーニング等のメ
ンテナンスが容易になる。なお、このような真空度は、
例えば結晶性シリコン膜を形成するのに適している。As described above, by setting the degree of vacuum near the surface of the article on which the film is to be formed to a high degree (low pressure) of about 1 × 10 −3 Torr to 1 × 10 −8 Torr, damage to the crystal growth surface is reduced. The growth of a high-quality crystalline film which is further suppressed and has fewer defects is promoted. Also, 1 × 10 −3 Torr
Since the gas is turned into plasma under a high vacuum of about 1 × 10 −8 Torr, the gas phase reaction is suppressed, the generation of unnecessary dust particles is reduced, and the adhesion of impurities to the surface of the article is suppressed. And a good quality crystalline film can be obtained.
Further, since the gas is converted into plasma under a high vacuum, a diffusion region of radicals contributing to film formation is expanded, and a high-quality crystalline film can be formed on a film-forming article having a large area. Further, the film is less adhered to the inner surface of the container where the film is formed in the film forming step, and maintenance such as cleaning becomes easy accordingly. In addition, such a degree of vacuum is
For example, it is suitable for forming a crystalline silicon film.
【００２０】前記本発明方法及び装置において、前記被
成膜物品の周縁部近傍にプラズマを形成するとともに、
該物品表面にイオンビームを照射することができ、その
イオン種及びイオン加速エネルギを適宜選択或いは調整
することにより、表面励起、結晶性向上、結晶配向制御
等の効果が得られ、膜構成原子の移動乃至マイグレーシ
ョン（migration)が促進されて、被成膜物品上に良好な
結晶性を有する膜が形成される。In the method and the apparatus according to the present invention, a plasma is formed in the vicinity of a peripheral portion of the article to be coated,
The surface of the article can be irradiated with an ion beam, and by appropriately selecting or adjusting the ion species and ion acceleration energy, effects such as surface excitation, crystallinity improvement, and crystal orientation control can be obtained. Movement or migration is promoted, and a film having good crystallinity is formed on the film-forming article.
【００２１】なお、イオンビーム照射手段は通常コリメ
ーターを挟み被成膜物品に対向する位置に設けられ、イ
オンビームはコリメーターの孔に沿って通過できる方向
から照射されるため、コリメーターの孔を通過すること
により一定の方向性を有するものになる。このことも、
膜の結晶化促進に寄与する。さらに、イオンビーム照射
を行うことにより、膜と被成膜物品との界面部分処理
時、成膜中及び成膜後の表面処理時のいずれの時におい
ても、イオン種を選択し、或いはイオン加速エネルギを
調整し、或いはこれらの組み合わせにより、膜応力制
御、結晶性制御、結晶粒径制御、結晶配向制御、膜密着
力制御等を行うことができる。なお、通常のプラズマＣ
ＶＤにおいてプラズマ励起による反応種のエネルギは数
ｅＶ〜数１００ｅＶという広範囲に及ぶため、単なるプ
ラズマＣＶＤではこのような制御を行い難い。The ion beam irradiating means is usually provided at a position facing the article to be coated with the collimator interposed therebetween, and the ion beam is radiated from a direction which can pass along the hole of the collimator. Has a certain direction by passing through. This also
It contributes to promoting crystallization of the film. Further, by performing ion beam irradiation, the ion species can be selected or ion acceleration can be performed at any time of the interface portion processing between the film and the object to be film-formed, during the film formation and during the surface treatment after the film formation. By adjusting the energy or by combining these, it is possible to control the film stress, control the crystallinity, control the crystal grain size, control the crystal orientation, control the film adhesion, and the like. The normal plasma C
In VD, the energy of the reaction species due to plasma excitation extends over a wide range of several eV to several hundred eV, so that it is difficult to perform such control by simple plasma CVD.
【００２２】本発明装置において、前記コリメーターに
バイアス電圧を印加するための手段を設け、本発明方法
においては、コリメーターにバイアス電圧を印加して被
成膜物品に入射する粒子（特にプラズマからの粒子）の
エネルギ分布を制御することができる。成膜中コリメー
ターに適当な粒子制御バイアス電圧を印加すると、プラ
ズマ中の高エネルギイオン等は電界により該コリメータ
ーに捕捉され、逆に、低エネルギイオン等は一定の速度
に加速される。これにより、成膜に必要な一層狭いエネ
ルギ分布を有する成膜種を被成膜物品に輸送することが
でき、一層良質な結晶性膜を形成することができる。In the apparatus of the present invention, a means for applying a bias voltage to the collimator is provided. In the method of the present invention, particles (particularly, plasma Of the particles) can be controlled. When an appropriate particle control bias voltage is applied to the collimator during film formation, high energy ions and the like in the plasma are captured by the collimator by an electric field, and low energy ions and the like are accelerated to a constant speed. This makes it possible to transport a film-forming species having a narrower energy distribution required for film formation to a film-forming article, and to form a better-quality crystalline film.
【００２３】なお、コリメーターにはイオンビームを引
き出すために印加する電圧より低い電圧を印加する。そ
のため、イオンビームを照射する場合、イオンビームは
その電界により若干変速するが、イオンビームは実質的
にコリメーターに印加する電圧の影響は受けない。ま
た、本発明方法において、イオンビームを照射する場
合、前記プラズマのポテンシャルを制御することで前記
被成膜物品の表面に入射するイオンビームのエネルギを
制御することが考えられる。同様に、本発明装置におい
て、前記プラズマのポテンシャルを制御するための手段
を備えていることが考えられる。Note that a voltage lower than the voltage applied to extract the ion beam is applied to the collimator. Therefore, when irradiating the ion beam, the ion beam is slightly shifted by the electric field, but the ion beam is not substantially affected by the voltage applied to the collimator. In the method of the present invention, when irradiating an ion beam, it is conceivable to control the energy of the ion beam incident on the surface of the article to be formed by controlling the potential of the plasma. Similarly, it is conceivable that the apparatus of the present invention includes means for controlling the potential of the plasma.
【００２４】イオン源から例えば１００ｅＶ以下のエネ
ルギでイオンを引き出すことは空間電荷の働きから非常
に困難であるところ、イオンビームが通過するプラズマ
のポテンシャルを制御することにより、１００ｅＶ以下
の低エネルギのイオンビームを制御性良く、且つ、効率
良く被成膜物品に照射することが可能となり、これより
イオンビーム照射による表面励起、結晶性向上、結晶配
向制御等の効果を妨げず、膜構成原子のマイグレーショ
ンを促進し、被成膜物品上に良質な結晶性を有する膜を
得ることができる。It is very difficult to extract ions from the ion source with an energy of, for example, 100 eV or less, because of the action of space charge. By controlling the potential of the plasma through which the ion beam passes, low-energy ions of 100 eV or less can be obtained. It is possible to irradiate the film-formed article efficiently with good controllability of the beam, thereby preventing the effects of ion beam irradiation such as surface excitation, improvement of crystallinity, and control of crystal orientation, and migration of film constituent atoms. And a film having good crystallinity can be obtained on the article on which the film is to be formed.
【００２５】通常のイオンビーム照射において、イオン
源の加速電圧を例えば約１００Ｖにしてイオンを引き出
す場合、イオン源の出口付近の正の空間電荷が低エネル
ギのイオンの引き出しを抑制し、十分な量のイオンを被
成膜物品に照射し難い。一方、本発明方法及び装置で
は、イオン源からのイオンの引き出しは加速電圧を１０
０Ｖ以上として行い（例えば１００Ｖ〜２００Ｖで引き
出し）、プラズマからの電子の供給により正の空間電荷
を緩和し、十分な量のイオンを被成膜物品に照射するこ
とともに、プラズマ励起用電力供給手段（より具体的に
はプラズマ励起用電極）に直流バイアスを印加すること
でプラズマポテンシャルを正に持ち上げ、該プラズマ中
を通過するイオンのエネルギを減じ、被成膜物品に低エ
ネルギのイオンビームをエネルギの精度良く、且つ、効
率良く大量に照射することが可能になる。すなわち、イ
オン源の加速電圧とプラズマポテンシャルの両者を制御
することで、照射イオンのエネルギを低いレベルに制御
してイオン照射効果をあげることが可能となる。In normal ion beam irradiation, when ions are extracted by setting the acceleration voltage of the ion source to about 100 V, for example, the positive space charge near the outlet of the ion source suppresses the extraction of low energy ions and provides a sufficient amount of ions. It is difficult to irradiate the film-formed article with the ions. On the other hand, in the method and apparatus of the present invention, the extraction of ions from the ion source requires an acceleration voltage of 10
The voltage is set to 0 V or more (for example, the voltage is extracted at 100 V to 200 V), the positive space charge is relaxed by supplying electrons from the plasma, a sufficient amount of ions are irradiated on the object to be film-formed, and the plasma excitation power supply means is provided. (More specifically, a plasma excitation electrode) is applied with a DC bias to raise the plasma potential positively, reduce the energy of ions passing through the plasma, and apply a low-energy ion beam to the object to be film-formed. It is possible to irradiate a large amount with high precision and efficiency. That is, by controlling both the acceleration voltage of the ion source and the plasma potential, the energy of the irradiated ions can be controlled to a low level, and the ion irradiation effect can be improved.
【００２６】本発明装置において、前記プラズマポテン
シャル制御手段としては、プラズマ励起用電力供給手段
に接続されたフィルター及び直流バイアス印加手段等が
考えられ、本発明方法においては、具体的には、成膜原
料ガスにプラズマ励起用電力を供給するとともに、直流
バイアスを印加することが考えられる。また、本発明方
法及び装置において、コリメーターの厚みや開口率等の
形態、コリメーターにバイアス電圧を印加する場合は該
バイアス電圧の大きさ、原料ガスの供給量及び該ガスを
プラズマ化させる電力の大小や量のうち１又は２以上を
調整することで、前記プラズマからのイオンが前記被成
膜物品表面に入射しないようにすること、前記プラズマ
から前記被成膜物品表面に入射するイオンのエネルギを
０ｅＶより大きく５００ｅＶ以下とすること、又は、前
記プラズマを前記被成膜物品の周縁部近傍に限定的に形
成し、前記被成膜物品表面に前記プラズマから低エネル
ギのラジカル種を優先的に拡散させることができる。In the apparatus of the present invention, the plasma potential control means may be a filter connected to a power supply means for plasma excitation, a direct current bias applying means, or the like. It is conceivable to supply a power for plasma excitation to the source gas and to apply a DC bias. Further, in the method and the apparatus of the present invention, the form of the collimator, such as the thickness and the aperture ratio, the magnitude of the bias voltage when applying a bias voltage to the collimator, the supply amount of the raw material gas, and the power for converting the gas into plasma By adjusting one or two or more of the magnitude and amount of the to prevent the ions from the plasma from entering the surface of the article to be deposited, the ion of the ions that enter the surface of the article to be deposited from the plasma The energy is set to be greater than 0 eV and equal to or less than 500 eV, or the plasma is formed only in the vicinity of the peripheral portion of the article to be deposited, and low-energy radical species are preferentially generated from the plasma on the surface of the article to be deposited. Can be diffused.
【００２７】なお、ラジカル種の密度は、プラズマ励起
に用いる電力の周波数を調整すること等により制御する
ことができる。本発明方法及び装置において、前記プラ
ズマの原料ガスとして、膜構成元素含有ガス又は膜構成
元素含有ガスのうち少なくとも一種のガスと反応性ガス
（水素（Ｈ2 ）ガス、フッ素（Ｆ2 ）ガス、フッ化水素
（ＨＦ）ガス等）のうち少なくとも一種のガスとを用い
ることができる。The density of the radical species can be controlled by adjusting the frequency of the power used for exciting the plasma. In the method and the apparatus according to the present invention, as the raw material gas of the plasma, at least one of a film constituent element-containing gas or a film constituent element-containing gas and a reactive gas (hydrogen (H 2 ) gas, fluorine (F 2 ) gas, Hydrogen fluoride (HF) gas or the like can be used.
【００２８】なお、イオンビーム照射を行う場合は、イ
オン源内からイオンの原料ガスが成膜を行う容器内に拡
散してくるため、イオンビーム照射に用いるイオンの原
料ガスとして膜構成元素含有ガスを用いるときには、プ
ラズマの原料ガスとして別途膜構成元素含有ガスを成膜
容器内に導入することを省略することができることもあ
る。When ion beam irradiation is performed, the ion source gas diffuses from the ion source into the container where the film is formed, so that the gas containing the film constituent element is used as the ion source gas used for ion beam irradiation. When used, it may be possible to omit introduction of a film constituent element-containing gas separately as a raw material gas for plasma into the film forming container.
【００２９】前記膜構成元素含有ガスとして、シリコン
系ガス（モノシラン（ＳｉＨ4 ）ガス、ジシラン（Ｓｉ
2 Ｈ6 ）ガス等の水素化シリコンガス、四フッ化シリコ
ン（ＳｉＦ4 ）ガス等のフッ化シリコンガス、四塩化シ
リコン（ＳｉＣｌ4 ）ガス等の塩化シリコンガス等）を
用いるときは、結晶性シリコン膜を形成することができ
る。As the film constituent element-containing gas, a silicon-based gas (monosilane (SiH 4 ) gas, disilane (Si
When a silicon hydride gas such as 2 H 6 ) gas, a silicon fluoride gas such as silicon tetrafluoride (SiF 4 ) gas, or a silicon chloride gas such as silicon tetrachloride (SiCl 4 ) gas is used, A silicon film can be formed.
【００３０】また、本発明方法及び装置において、イオ
ンビーム照射を行う場合、前記イオンビームのイオン種
として、不活性ガス（ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン
（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリプトン（Ｋ
ｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等）、前記プラズマ原
料ガスとして例示した反応性ガス及び膜構成元素含有ガ
スのうち少なくとも一種のガスを用いることができる。In the method and the apparatus of the present invention, when performing ion beam irradiation, an inert gas (helium (He) gas, neon (Ne) gas, argon (Ar) gas, krypton) is used as an ion species of the ion beam. (K
r) gas, xenon (Xe) gas, etc.), at least one of the reactive gases exemplified as the plasma raw material gas and the film-constituting element-containing gas.
【００３１】前記不活性ガスイオンを照射するときに
は、結晶化のための物理的励起制御が可能となる。ま
た、前記反応性ガス及び前記膜構成元素含有ガスのうち
水素（Ｈ）又は（及び）フッ素（Ｆ）を含むものを用い
るときには、水素原子、フッ素原子が膜中のアモルファ
ス相の原子と結合してこれを気化し、膜の結晶化が促進
されるとともに、ダングリングボンド（結晶性シリコン
膜を形成する場合はシリコン−シリコンネットワーク中
のダングリングボンド）や膜中欠陥が低減され、一層良
質な結晶性を有する膜を形成することができる。When irradiating with the inert gas ions, physical excitation control for crystallization can be performed. When a gas containing hydrogen (H) or (and) fluorine (F) among the reactive gas and the film-constituting element-containing gas is used, hydrogen atoms and fluorine atoms bond with atoms in an amorphous phase in the film. This evaporates and promotes the crystallization of the film, and reduces dangling bonds (dangling bonds in a silicon-silicon network in the case of forming a crystalline silicon film) and defects in the film, resulting in higher quality. A film having crystallinity can be formed.
【００３２】また、本発明方法及び装置において、イオ
ン種によっても異なるが、前記イオンビームを被成膜物
品に対し１０ｅＶ〜１００ｅＶ程度、より好ましくは２
０ｅＶ〜１００ｅＶ程度の低エネルギで照射することが
考えられ、このとき、イオンビームを基板に照射するこ
とによる表面励起、結晶性向上、結晶配向制御等の効果
を妨げることなく一層良質な結晶性を有する膜を形成す
ることができる。前記イオン照射エネルギは、例えば結
晶性シリコン膜を形成する場合に適している。In the method and the apparatus according to the present invention, the ion beam is applied to the article to be deposited on the order of 10 eV to 100 eV, more preferably 2 eV, though it varies depending on the ion species.
Irradiation at a low energy of about 0 eV to 100 eV can be considered. At this time, better quality crystallinity can be obtained without hindering effects such as surface excitation, crystallinity improvement, and crystal orientation control by irradiating the substrate with an ion beam. Can be formed. The ion irradiation energy is suitable for forming a crystalline silicon film, for example.
【００３３】また、本発明方法及び装置においては、膜
の種類によっても異なるが、被成膜物品の温度を室温〜
６００℃程度にすることができ、従来に比べてこのよう
な低温下でも良質な結晶性を有する膜を得ることができ
る。なお、室温より低温にするときには、形成される膜
中にアモルファス成分が増加し結晶性が低くなる。さら
に、本発明方法及び装置においては、より結晶性を高め
る必要がある場合には、膜の種類によっても異なるが、
得られた結晶性膜に後処理として、３００℃〜６００℃
程度の熱処理を施すことができる。また、このように、
結晶化のために行われる従来の後処理より加熱温度を低
くすることができるとともに、加熱時間も短くすること
ができる。例えば、本発明方法及び装置により結晶性シ
リコン膜を形成する場合、得られるシリコン膜中の水素
濃度は１×１０21ｃｍ-3以下という通常のＣＶＤ法によ
り得られるシリコン膜より約２桁低い値にできるため、
このように低値として上述の３００℃〜６００℃程度の
熱処理を行い、ボイドの少ない一層良質な結晶性を有す
るシリコン膜を形成することができる。In the method and the apparatus of the present invention, the temperature of the article to be formed is set at a temperature from room temperature to room temperature, although it differs depending on the kind of the film.
The temperature can be set to about 600 ° C., and a film having good crystallinity can be obtained even at such a low temperature as compared with the related art. When the temperature is lower than room temperature, amorphous components increase in the formed film, and the crystallinity decreases. Furthermore, in the method and the device of the present invention, when it is necessary to further increase the crystallinity, it depends on the type of the film,
300 ° C. to 600 ° C. as post-treatment on the obtained crystalline film
A degree of heat treatment can be applied. Also, like this:
The heating temperature can be lower than that of the conventional post-treatment performed for crystallization, and the heating time can be shortened. For example, when a crystalline silicon film is formed by the method and apparatus of the present invention, the hydrogen concentration in the obtained silicon film is 1 × 10 21 cm −3 or less, which is about two orders of magnitude lower than that of a silicon film obtained by a normal CVD method. To be able to
By performing the above-described heat treatment at about 300 ° C. to 600 ° C. with a low value, a silicon film having less voids and higher quality crystallinity can be formed.
【００３４】[0034]
【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２は、本発明に係る成膜装置の
１例の概略構成を示す図である。この装置は、プラズマ
生成室Ｃを有し、室Ｃには真空排気部１８が接続される
とともに、原料ガス供給部１２が接続されている。原料
ガス供給部１２には原料ガス源、マスフローコントロー
ラ等が含まれるが、これらについては図示を省略してい
る。また室Ｃ内には被成膜物品保持部材１１が設置さ
れ、保持部材１１は被成膜物品１０を搬入搬出すべく図
示しない駆動部により水平往復動可能で、室Ｃ内では被
成膜物品加熱用ヒータ９上に配置される。また、保持部
材１１に保持される被成膜物品１０周縁部に対向する位
置には、リング状対向電極１４ａが設置される。該電極
１４ａの開口部は図１中１５ａで示してある。電極１４
ａには整合器１６を介して高周波電源１７ａが接続され
ている。また、リング状電極１４ａと保持部材１１との
間にはコリメーター７が設けられている。コリメーター
７は、ここではリング状電極１４ａより若干大きい外径
を有する円板状のもので、保持部材１１に保持される被
成膜物品１０の被成膜面と平行に配置され、該被成膜面
に対し垂直な方向に設けられた多数の円形の孔７１を有
している。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an example of a film forming apparatus according to the present invention. This apparatus has a plasma generation chamber C, and a vacuum exhaust unit 18 is connected to the chamber C, and a source gas supply unit 12 is connected to the chamber C. The source gas supply unit 12 includes a source gas source, a mass flow controller, and the like, but these are not shown. Further, a deposition object holding member 11 is installed in the chamber C, and the holding member 11 can be reciprocated horizontally by a driving unit (not shown) to carry in and out the deposition object 10. It is arranged on the heater 9 for heating. In addition, a ring-shaped counter electrode 14a is provided at a position facing the peripheral portion of the film-formed article 10 held by the holding member 11. The opening of the electrode 14a is indicated by 15a in FIG. Electrode 14
A is connected to a high-frequency power supply 17a via a matching unit 16. A collimator 7 is provided between the ring-shaped electrode 14a and the holding member 11. Here, the collimator 7 is a disk-shaped one having an outer diameter slightly larger than the ring-shaped electrode 14a, and is arranged in parallel with the film-forming surface of the film-forming article 10 held by the holding member 11, and It has a number of circular holes 71 provided in a direction perpendicular to the film formation surface.
【００３５】この装置を用いて本発明方法を実施するに
あたっては、被成膜物品１０を保持部材１１により保持
してプラズマ生成室Ｃ内に搬入しヒータ９上の所定の成
膜位置に設置するとともに、室Ｃ内を真空排気部１８の
運転にて所定真空度とする。次いで、原料ガス供給部１
２からプラズマ生成室Ｃ内に成膜原料ガスを導入すると
ともに、整合器１６を介して高周波電源１７ａからリン
グ状電極１４ａに高周波電力を供給して前記導入したガ
スをプラズマ化し、図中１３で示す位置、すなわちリン
グ状電極１４ａに沿う被成膜物品１０の周縁部の近傍位
置にプラズマを形成する。成膜原料ガスとしては、膜構
成元素含有ガスまたはこれに加えて反応性ガスを用い
る。In carrying out the method of the present invention using this apparatus, the article 10 to be film-formed is held by the holding member 11, carried into the plasma generation chamber C, and set at a predetermined film-forming position on the heater 9. At the same time, the inside of the chamber C is set to a predetermined degree of vacuum by the operation of the vacuum exhaust unit 18. Next, the raw material gas supply unit 1
2, a film-forming raw material gas is introduced into the plasma generation chamber C, and high-frequency power is supplied from the high-frequency power supply 17a to the ring-shaped electrode 14a via the matching unit 16 to convert the introduced gas into plasma. Plasma is formed at the indicated position, that is, at a position near the peripheral edge of the article 10 along the ring-shaped electrode 14a. As the film forming material gas, a film constituent element-containing gas or a reactive gas is used in addition thereto.
【００３６】これにより、被成膜物品１０上に所定の結
晶性膜が形成される。なお、成膜中は、被成膜物品１０
表面近傍の真空度が１×１０-3Ｔｏｒｒ〜１×１０-8Ｔ
ｏｒｒの範囲内になるようにプラズマ生成室内の真空度
を調整する。また、被成膜物品１０の温度はヒータ９に
よりＲＴ（室温）〜６００℃に保つ。以上説明した方法
及び装置によると、コリメーター７の存在により、被成
膜物品１０の周縁部から該物品１０に向かうプラズマ１
３由来の高エネルギ粒子（高速イオン・高速電子）は、
高速で直進してコリメーター７の孔７１を通過できず、
被成膜物品１０には到達できない。一方、プラズマ１３
中の低エネルギのイオンやラジカルは低速で進むため、
進行中にその方向を変えてコリメーター７の孔７１を通
過し、被成膜物品１０に到達して成膜に寄与する。プラ
ズマ由来の粒子は広いエネルギ幅を有するが、このよう
にコリメーター７を介して被成膜物品１０をプラズマ１
３に臨ませることにより、物品１０に入射するイオン等
を低いエネルギを有するエネルギ幅の狭いものに制御す
ることができる。また、プラズマ由来のイオン等はコリ
メーター７の孔７１を通過することにより一定の方向性
を有するものになる。Thus, a predetermined crystalline film is formed on the article 10 to be formed. During the film formation, the film-forming article 10
The degree of vacuum near the surface is 1 × 10 −3 Torr to 1 × 10 −8 T
The degree of vacuum in the plasma generation chamber is adjusted so as to fall within the range of orr. The temperature of the article 10 is maintained at RT (room temperature) to 600 ° C. by the heater 9. According to the method and the apparatus described above, the presence of the collimator 7 causes the plasma 1 traveling from the peripheral portion of the film-forming article 10 toward the article 10.
High-energy particles (fast ions and fast electrons) derived from 3
Going straight at high speed and unable to pass through the hole 71 of the collimator 7,
The film-forming article 10 cannot be reached. On the other hand, plasma 13
The low-energy ions and radicals inside move at a low speed,
During the progress, the direction is changed and passes through the hole 71 of the collimator 7, reaches the article 10 to be deposited, and contributes to the deposition. The particles derived from the plasma have a wide energy width.
By approaching 3, the ions and the like incident on the article 10 can be controlled to have a low energy and a narrow energy width. In addition, ions and the like derived from the plasma have a certain directionality when passing through the hole 71 of the collimator 7.
【００３７】これらのことから、プラズマ１３中の結晶
化に必要な活性種を優先的に被成膜物品１０の表面に輸
送することができ、結晶成長面にダメージを与えず欠陥
の少ない良質な結晶性膜の成長が促される。また、成膜
中は膜を結晶化させるために物品１０の温度を６００℃
より高くする必要はない。このことから、例えば液晶表
示装置用のガラス基板として比較的低融点の安価なガラ
スを用い、その上にＴＦＴ用等の結晶性シリコン膜を形
成することもできる。From these facts, active species required for crystallization in the plasma 13 can be preferentially transported to the surface of the article 10 to be deposited, and high quality with few defects without damaging the crystal growth surface. The growth of the crystalline film is promoted. During the film formation, the temperature of the article 10 is set to 600 ° C. in order to crystallize the film.
There is no need to be higher. For this reason, for example, an inexpensive glass having a relatively low melting point can be used as a glass substrate for a liquid crystal display device, and a crystalline silicon film for a TFT or the like can be formed thereon.
【００３８】また、１工程で結晶性膜が得られるため、
成膜後の熱処理を省略することができ、生産性が良好で
ある。さらに結晶性を向上させる必要があるために熱処
理を加える場合にも、３００℃〜６００℃という従来よ
り低温で、しかも加熱時間も従来（２０時間以上）より
短くすることができる。また、１×１０-3Ｔｏｒｒ〜１
×１０-8Ｔｏｒｒという高真空度下で原料ガスをプラズ
マ化させるため、気相反応が抑制されて不要なパーティ
クルの生成が抑制され、被成膜物品１０への不純物の付
着が抑制されて良質な結晶性膜が得られる。また、前記
のとおり高真空下で原料ガスをプラズマ化するため、成
膜に寄与するラジカルの拡散域が広くなり、大面積の被
成膜物品１０上にも良質な結晶性膜を形成することがで
きる。さらにプラズマ生成室Ｃ内面等への膜付着が少な
く、従って室Ｃ内のクリーニングの頻度が少なくて済
む。Also, since a crystalline film can be obtained in one step,
Heat treatment after film formation can be omitted, and productivity is good. Even in the case of performing a heat treatment because it is necessary to further improve the crystallinity, the heat treatment can be performed at a lower temperature of 300 ° C. to 600 ° C. than before and the heating time can be shorter than that of the conventional case (20 hours or more). In addition, 1 × 10 −3 Torr to 1
Since the raw material gas is turned into plasma under a high degree of vacuum of 10 -8 Torr, the gas phase reaction is suppressed, the generation of unnecessary particles is suppressed, and the adhesion of impurities to the film-forming article 10 is suppressed, resulting in good quality. A highly crystalline film can be obtained. In addition, since the source gas is converted into plasma under a high vacuum as described above, the diffusion region of radicals contributing to film formation is widened, and a high-quality crystalline film is formed on a large-area article 10 to be formed. Can be. Further, film deposition on the inner surface of the plasma generation chamber C and the like is small, so that the frequency of cleaning in the chamber C can be reduced.
【００３９】また、図３は本発明に係る成膜装置の他の
例の概略構成を示す図である。この装置は、図２の装置
において、電極１４ａを間にして保持部材１１に対向す
る位置にイオン源２が設けられたものである。イオン源
２にはイオン源用ガス供給部１が接続されているととも
に、ガスプラズマ化のために整合器３を介して高周波電
源４が接続されている。なお、ガス供給部１にもガス源
等が含まれるが、これらは図示を省略している。また、
イオン源２は、イオンを引き出すためのここでは３枚の
電極（プラズマ生成室側から加速電極、減速電極、接地
電極）からなるレンズ電極系２１を有している。レンズ
電極系２１とイオン源２との間には加速電源５及び減速
電源６が接続されている。なお、イオン源２の励起方法
はここでは高周波型を示しているが、この他フィラメン
ト型、マイクロ波型等を採用できる。また、レンズ電極
系は３枚電極構造に限定されず他の枚数の電極からなる
ものでよい。その他の構成及び成膜動作は図２の装置と
同様であり、同じ部品には同じ参照符号を付してある。FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of another example of the film forming apparatus according to the present invention. This apparatus is different from the apparatus shown in FIG. 2 in that the ion source 2 is provided at a position facing the holding member 11 with the electrode 14a therebetween. The ion source 2 is connected to an ion source gas supply unit 1 and a high-frequency power supply 4 via a matching unit 3 for gasification. The gas supply unit 1 also includes a gas source and the like, but these are not shown. Also,
The ion source 2 has a lens electrode system 21 composed of three electrodes (an acceleration electrode, a deceleration electrode, and a ground electrode from the side of the plasma generation chamber) for extracting ions. An acceleration power supply 5 and a deceleration power supply 6 are connected between the lens electrode system 21 and the ion source 2. In addition, although the high frequency type is shown here as the excitation method of the ion source 2, a filament type, a microwave type, or the like can be adopted. Further, the lens electrode system is not limited to the three-electrode structure, and may be composed of another number of electrodes. Other configurations and film forming operations are the same as those of the apparatus in FIG. 2, and the same components are denoted by the same reference numerals.
【００４０】この装置を用いて本発明方法を実施するに
あたっては、図２の装置によると同様にしてプラズマ１
３を形成し、コリメーター７を介して被成膜物品１０を
プラズマ１３に臨ませ、また、イオン源２にイオン源用
ガス供給部１からイオンの原料ガスを導入し、これに整
合器３を介して電源４から高周波電力を供給して、図中
８で示すイオン源内の位置にプラズマを発生させ、レン
ズ電極系２１に電源５、６により適当な電圧を印加する
ことによりプラズマ８から加速エネルギ１０ｅＶ〜５０
０ｅＶ、より好ましくは２０ｅＶ〜３００ｅＶでイオン
を引き出し、リング状電極１４ａの開口部１５ａ及びコ
リメーター７の孔７１を通して被成膜物品１０に該イオ
ンビームを照射する。イオンの原料ガスとしては不活性
ガス、反応性ガス及び膜構成元素含有ガスのうち少なく
とも一種のガスのイオンを用いる。In carrying out the method of the present invention using this apparatus, the plasma 1
3, the article 10 to be formed is exposed to the plasma 13 via the collimator 7, and an ion source gas is introduced into the ion source 2 from the ion source gas supply unit 1. RF power is supplied from a power source 4 via a power source to generate plasma at a position in the ion source indicated by 8 in the figure, and an appropriate voltage is applied to the lens electrode system 21 by the power sources 5 and 6 to accelerate the plasma. Energy 10eV ~ 50
Ions are extracted at 0 eV, more preferably 20 eV to 300 eV, and the film-forming article 10 is irradiated with the ion beam through the opening 15a of the ring-shaped electrode 14a and the hole 71 of the collimator 7. As an ion source gas, ions of at least one of an inert gas, a reactive gas, and a gas containing a film constituent element are used.
【００４１】この装置によると、物品１０にイオンビー
ムを照射し、その物品上への照射エネルギは途中のエネ
ルギロスがあって１００ｅＶ以下の低レベルに制御され
ていることにより、イオンビーム照射による表面励起、
結晶性向上、結晶配向制御等の効果が妨げられず膜構成
原子のマイグレーションが促進されて、物品１０上に良
質な結晶性を有する膜が形成される。According to this apparatus, the article 10 is irradiated with an ion beam, and the irradiation energy on the article is controlled to a low level of 100 eV or less due to energy loss on the way, so that the surface by ion beam irradiation is controlled. excitation,
The effects of improving crystallinity, controlling crystal orientation, and the like are not hindered, and migration of atoms constituting the film is promoted, so that a film having good crystallinity is formed on the article 10.
【００４２】なお、イオンビームはコリメーター７の孔
７１に沿って通過できる方向から照射されるため、イオ
ンビームはコリメーター７に捕捉されないが、コリメー
ター７の孔７１を通過することにより一定の方向性を有
するものになり、膜の結晶化促進に寄与する。その他は
図２の装置と同様の効果が得られる。また、図４は本発
明に係る成膜装置の他の例の概略構成を示す図である。
この装置は、図３に示す装置において、リング状電極１
４ａに代えて円筒状電極１４ｂを採用したものである。
その他の構成及び成膜動作は図３の装置と同様であり、
同じ部品には同じ参照符号を付してある。Since the ion beam is irradiated from the direction which can pass along the hole 71 of the collimator 7, the ion beam is not captured by the collimator 7, but is fixed by passing through the hole 71 of the collimator 7. It becomes directional and contributes to promoting crystallization of the film. Otherwise, the same effects as those of the apparatus of FIG. 2 can be obtained. FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of another example of the film forming apparatus according to the present invention.
This device is different from the device shown in FIG.
A cylindrical electrode 14b is employed in place of 4a.
Other configurations and film forming operations are the same as those of the apparatus of FIG.
Identical parts are provided with the same reference symbols.
【００４３】この装置によると、プラズマ１３は、筒状
電極１４ｂに沿った部分すなわち被成膜物品１０の周縁
部に対向する位置に形成され、図３に示す装置と同様の
効果が得られる。また、図５は本発明に係る成膜装置の
さらに他の例の概略構成を示す図である。この装置は、
図３に示す装置において、リング状電極１４ａに代えて
コイル状電極１４ｃを採用したものである。その他の構
成及び成膜動作は図３の装置と同様であり、同じ部品に
は同じ参照符号を付してある。According to this apparatus, the plasma 13 is formed at a portion along the cylindrical electrode 14b, that is, at a position facing the peripheral edge of the article 10 to be formed, and the same effect as the apparatus shown in FIG. 3 can be obtained. FIG. 5 is a view showing a schematic configuration of still another example of the film forming apparatus according to the present invention. This device is
In the apparatus shown in FIG. 3, a coil-shaped electrode 14c is used instead of the ring-shaped electrode 14a. Other configurations and film forming operations are the same as those of the apparatus of FIG. 3, and the same components are denoted by the same reference numerals.
【００４４】この装置によると、プラズマ１３は、コイ
ル状電極１４ｃに沿った部分すなわち被成膜物品１０の
周縁部に対向する位置に形成され、図３に示す装置と同
様の効果が得られる。なお、図２〜図５の装置におい
て、高周波電極の外周からプラズマ安定維持のための磁
場を入れる磁石１００（図中二点鎖線で示す）を設けて
もよい。According to this apparatus, the plasma 13 is formed at a portion along the coiled electrode 14c, that is, at a position facing the peripheral edge of the article 10 to be formed, and the same effect as the apparatus shown in FIG. 3 can be obtained. In the apparatus shown in FIGS. 2 to 5, a magnet 100 (indicated by a two-dot chain line in the drawings) for applying a magnetic field for maintaining plasma stability from the outer periphery of the high-frequency electrode may be provided.
【００４５】また、図６は本発明に係る成膜装置のさら
に他の例の概略構成を示す図である。この装置は図３に
示す装置において、リング状電極１４ａに代えてリジタ
ノコイル型電極１４ｄを採用したものである。リジタノ
コイル型電極１４ｄには整合器１６及び高周波電源１７
ａに代えてマイクロ波電源１７ｂが接続され、その外周
部には電磁石コイル１９ａが設けられている。なお、こ
こでは電磁石コイルを採用しているが、永久磁石を採用
しても構わない。その他の構成は図３に示す装置と同様
であり、同じ部品には同じ参照符号を付してある。FIG. 6 is a view showing a schematic configuration of still another example of the film forming apparatus according to the present invention. This device employs, in place of the ring-shaped electrode 14a in the device shown in FIG. 3, a lidano coil-type electrode 14d. A matching device 16 and a high-frequency power supply 17 are
A microwave power supply 17b is connected in place of a, and an electromagnet coil 19a is provided on the outer periphery thereof. Although an electromagnet coil is employed here, a permanent magnet may be employed. Other configurations are the same as those of the apparatus shown in FIG. 3, and the same components are denoted by the same reference numerals.
【００４６】この装置を用いて本発明方法を実施するに
あたっては、図３の装置によると同様にして成膜を行
い、但し、リジタノコイル型電極１４ｄへのマイクロ波
電力の供給は電磁石コイル１９ａにより磁場を形成した
状態で行う。プラズマ１３は、リジタノコイル型電極１
４ｄに沿った部分すなわち被成膜物品１０の周縁部に対
向する位置に形成される。In carrying out the method of the present invention using this apparatus, a film is formed in the same manner as in the apparatus shown in FIG. 3, except that the supply of microwave power to the rigid-coil type electrode 14d is performed by an electromagnetic coil 19a. Is carried out in a state where is formed. The plasma 13 is applied to the Rigidano coil type electrode 1
4d, that is, at a position facing the peripheral edge of the article 10 to be film-formed.
【００４７】この装置によると、図３に示す装置を用い
た場合と同様の効果が得られる。さらにリジタノコイル
型電極１４ｄを採用することで、マイクロ波の周波数に
無関係にコイルの直径を大きくすることができるため、
大口径のプラズマを形成することができ、大面積の被成
膜物品上にも容易に成膜を行うことができる。また、図
７は本発明に係る成膜装置のさらに他の例の概略構成を
示す図である。この装置は図３に示す装置において、リ
ング状電極１４ａに代えてリング状マイクロ波導入用ア
ンテナ１４ｅを採用したものである。また、アンテナ１
４ｅには、整合器１６及び高周波電源１７ａに代えてマ
イクロ波電源１７ｂが接続されている。さらに、プラズ
マ生成室Ｃ外の、アンテナ３０ｅの外周部に対向する位
置には、低圧下でプラズマを安定維持するためにプラズ
マ密度を高くするような磁場を形成できる電磁石コイル
１９ｂが設けられている。なお、ここでは電磁石コイル
を採用しているが、永久磁石を採用しても構わない。そ
の他の構成は図３に示す装置と同様であり、同じ部品に
は同じ参照符号を付してある。According to this device, the same effect as in the case of using the device shown in FIG. 3 can be obtained. Further, by adopting the Rigidano coil type electrode 14d, the diameter of the coil can be increased irrespective of the microwave frequency.
A large-diameter plasma can be formed, and a film can be easily formed on a large-area article to be formed. FIG. 7 is a view showing a schematic configuration of still another example of the film forming apparatus according to the present invention. This device employs a ring-shaped microwave introduction antenna 14e instead of the ring-shaped electrode 14a in the device shown in FIG. Also, antenna 1
A microwave power supply 17b is connected to 4e instead of the matching unit 16 and the high-frequency power supply 17a. Further, an electromagnet coil 19b that can form a magnetic field that increases the plasma density in order to stably maintain the plasma under low pressure is provided at a position outside the plasma generation chamber C and facing the outer peripheral portion of the antenna 30e. . Although an electromagnet coil is employed here, a permanent magnet may be employed. Other configurations are the same as those of the apparatus shown in FIG. 3, and the same components are denoted by the same reference numerals.
【００４８】この装置を用いて本発明方法を実施するに
あたっては、図３の装置によると同様にし、但し、リン
グ状のマイクロ波導入用アンテナ１４ｅへのマイクロ波
電力の供給は電磁石コイル１９ｂにより磁場を形成した
状態で行う。プラズマ１３は、リング状アンテナ１４ｅ
に沿った部分すなわち被成膜物品１０の周縁部に対向す
る位置に形成される。When the method of the present invention is carried out using this apparatus, the method is the same as that of the apparatus shown in FIG. 3, except that the supply of the microwave power to the ring-shaped microwave introduction antenna 14e is performed by the electromagnetic coil 19b. Is carried out in a state where is formed. The plasma 13 has a ring-shaped antenna 14e.
, That is, at a position opposed to the peripheral edge of the article 10.
【００４９】この装置によると図３に示す装置と同様の
効果が得られる。また、図８は本発明に係る成膜装置の
さらに他の例の概略構成を示す図である。この装置は、
図３に示す装置において、リング状電極１４ａに、整合
器１６及び高周波電源１７ａからなる直列回路に並列し
てフィルタＦａ及び直流バイアス電源Ｂａからなる直列
回路を接続したものである。その他の構成は図３の装置
と同様であり、同じ部品には同じ参照符号を付してあ
る。According to this device, the same effect as the device shown in FIG. 3 can be obtained. FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of still another example of the film forming apparatus according to the present invention. This device is
In the apparatus shown in FIG. 3, a series circuit including a filter Fa and a DC bias power supply Ba is connected to a ring-shaped electrode 14a in parallel with a series circuit including a matching unit 16 and a high-frequency power supply 17a. The other configuration is the same as that of the apparatus of FIG. 3, and the same components are denoted by the same reference numerals.
【００５０】この装置を用いて本発明方法を実施するに
あたっては、図３に示す装置によると同様にし、但し、
プラズマ励起のためにリング状電極１４ａに電源１７ａ
より高周波電力を供給する際、これに加えてフィルタＦ
ａを介してバイアス電源Ｂａより正の直流バイアスを印
加する。これにより、プラズマポテンシャルを正に持ち
上げ、該プラズマ中を通過するイオン源からのイオンの
エネルギを減じ、被成膜物品１０に十分な量の低エネル
ギのイオンを照射することができる。また、フィルタＦ
ａ及びバイアス電源Ｂａを採用しない場合には通常困難
である１００ｅＶ以下の低エネルギのイオンビームの照
射をエネルギ精度よく行うことができ、良質な結晶性を
有する膜を効率良く形成することができる。その他は図
３に示す装置を用いた場合と同様の効果が得られる。In practicing the method of the present invention using this apparatus, the method is the same as that of the apparatus shown in FIG. 3, except that
A power supply 17a is connected to the ring-shaped electrode 14a for plasma excitation.
When supplying higher frequency power, the filter F
A positive DC bias is applied from a bias power supply Ba via a. As a result, the plasma potential is raised to a positive value, the energy of ions from the ion source passing through the plasma is reduced, and a sufficient amount of low-energy ions can be applied to the film-forming article 10. Filter F
Irradiation of a low-energy ion beam of 100 eV or less, which is normally difficult when the bias power source a and the bias power source Ba are not employed, can be performed with high energy accuracy, and a film having good crystallinity can be efficiently formed. Otherwise, the same effects as in the case of using the device shown in FIG. 3 can be obtained.
【００５１】なお、図４〜図７の各装置においても、こ
のようにフィルタＦａ及びバイアス電源Ｂａを用いるこ
とができ、これによりプラズマポテンシャルを制御する
ことで被成膜物品に照射されるイオンビームのエネルギ
を低レベルに制御することができる。次に、本発明に係
る成膜装置のさらに他の例を図９を参照して説明する。4 to 7, the filter Fa and the bias power source Ba can be used in this way, and by controlling the plasma potential, the ion beam irradiated on the article to be formed can be controlled. Can be controlled to a low level. Next, still another example of the film forming apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
【００５２】この装置は、図３の装置において、コリメ
ーター７にフィルタＦｂ及び直流バイアス電源Ｂｂをこ
の順に接続したものである。その他の構成は図３の装置
と同様であり、同じ部品には同じ参照符号を付してあ
る。この装置を用いて本発明方法を実施するにあたって
は、図３に示す装置によると同様にし、但し、成膜中は
コリメーター７にフィルタＦｂを介してバイアス電源Ｂ
ｂより正の直流バイアスを印加して、プラズマ１３から
被成膜物品１０に入射するイオンや電子のエネルギ分布
や方向性を制御する。In this apparatus, a filter Fb and a DC bias power supply Bb are connected to the collimator 7 in this order in the apparatus shown in FIG. The other configuration is the same as that of the apparatus of FIG. 3, and the same components are denoted by the same reference numerals. In carrying out the method of the present invention using this apparatus, the same method as in the apparatus shown in FIG. 3 is used, except that a bias power source B is supplied to the collimator 7 via a filter Fb during film formation.
By applying a DC bias more positive than b, the energy distribution and direction of ions and electrons incident on the article 10 from the plasma 13 are controlled.
【００５３】すなわち、プラズマ１３中の高エネルギイ
オン等は電界によりコリメーター７に捕捉され、逆に、
低エネルギイオン等は一定の速度に加速される。これに
より、成膜に必要な一層狭いエネルギ分布を有する成膜
種を被成膜物品１０に輸送することができ、一層良質な
結晶性膜を形成することができる。なお、この場合イオ
ンビームは電界により若干変速するが、コリメーター７
にはイオンビームを引き出すために印加する電圧よりは
るかに低い電圧しか印加しないため、実質的にコリメー
ター７に印加する電圧の影響は受けない。その他は図３
に示す装置を用いた場合と同様の効果が得られる。That is, high-energy ions and the like in the plasma 13 are captured by the collimator 7 by the electric field.
Low energy ions and the like are accelerated to a constant speed. Accordingly, a film-forming species having a narrower energy distribution required for film formation can be transported to the film-forming article 10, and a higher-quality crystalline film can be formed. In this case, the ion beam is slightly shifted by the electric field.
, Only a voltage much lower than the voltage applied to extract the ion beam is applied, so that the voltage applied to the collimator 7 is not substantially affected. Others are in Figure 3
The same effect as in the case of using the device shown in FIG.
【００５４】なお、図２及び図４〜図８の各装置におい
ても、このようにコリメーター７にフィルタＦｂ及びバ
イアス電源Ｂｂを接続して、入射粒子のエネルギ分布や
方向性を制御することができ、この点で図９の装置によ
ると同様の効果が得られる。次に、図２〜図９の装置を
用いて結晶性シリコン膜を形成した本発明方法実施の具
体例及びその結果得られた結晶性シリコン膜の諸特性に
ついて説明する。併せて、従来の平行平板型プラズマＣ
ＶＤ装置を用いてシリコン膜を形成した比較例について
も説明する。 実施例１（図２の装置による） コリメーター厚み ０．５ｃｍ 開口率 ９５％ 一つの開口（孔）の面積 ０．２５ｃｍ2 被成膜物品 無アルカリガラス基板及び シリコンウエハ＜１００＞のそれぞれ プラズマ励起用電力 周波数13.56MHzの高周波電力 原料ガス ＳｉＨ4 ５０％ Ｈ2 ５０％ 真空度 １×１０-4Ｔｏｒｒ 成膜温度 ３００℃ 成膜膜厚 ２０００Å 実施例２（図３〜図７の装置による） コリメーター厚み ０．５ｃｍ 開口率 ９５％ 一つの開口（孔）の面積 ０．２５ｃｍ2 被成膜物品 無アルカリガラス基板及び シリコンウエハ＜１００＞のそれぞれ プラズマ励起用電力 周波数13.56MHzの高周波電力 （図３〜５の装置） 周波数2.45GHz のマイクロ波電力 （図６、７の装置） 原料ガス ＳｉＨ4 ５０％ Ｈ2 ５０％ 真空度 １×１０-4Ｔｏｒｒ イオンビームイオン種 Ｈ2 ガスイオン 照射エネルギ １０ｅＶ〜１００ｅＶ 成膜温度 ３００℃ 成膜膜厚 ２０００Å 実施例３（図８の装置による） コリメーター厚み ０．５ｃｍ 開口率 ９５％ 一つの開口（孔）の面積 ０．２５ｃｍ2 被成膜物品 無アルカリガラス基板及び シリコンウエハ＜１００＞のそれぞれ プラズマ励起用電力 周波数13.56MHzの高周波電力 バイアス電圧 １００Ｖ 原料ガス ＳｉＨ4 ５０％ Ｈ2 ５０％ 真空度 １×１０-4Ｔｏｒｒ イオンビーム イオン種 Ｈ2 ガスイオン 照射エネルギ １０ｅＶ〜１００ｅＶ 成膜温度 ３００℃ 成膜膜厚 ２０００Å 実施例４（図９の装置による） コリメーター厚み ０．５ｃｍ 開口率 ９５％ 一つの開口（孔）の面積 ０．２５ｃｍ2 コリメーターバイアス電圧 １００Ｖ 被成膜物品 無アルカリガラス基板及び シリコンウエハ＜１００＞のそれぞれ プラズマ励起用電力 周波数13.56MHzの高周波電力 原料ガス ＳｉＨ4 ５０％ Ｈ2 ５０％ 真空度 １×１０-4Ｔｏｒｒ イオンビームイオン種 Ｈ2 ガスイオン 照射エネルギ １０ｅＶ〜１００ｅＶ 成膜温度 ３００℃ 成膜膜厚 ２０００Å 比較例（平行平板型プラズマＣＶＤ装置） 被成膜物品 無アルカリガラス基板及び シリコンウエハ＜１００＞のそれぞれ プラズマ励起用電力 周波数13.56MHzの高周波電力 原料ガス ＳｉＨ4 ５０％ Ｈ2 ５０％ 真空度 ２×１０-1Ｔｏｒｒ 成膜温度 ３００℃ 成膜膜厚 ２０００Å 次に、前記実施例１、２、３、４及び比較例により得ら
れた各シリコン膜について、フーリエ交換赤外分光分析
（ＦＴ−ＩＲ）、Ｘ線回折分析（ＸＲＤ）及びレーザラ
マン分光分析により水素濃度測定及び結晶性評価を行
い、ホール移動度測定を行うことでデバイス特性を評価
した。また、後処理として熱処理を施し、結晶構造の変
化を調べた。 ・ＦＴ−ＩＲ 波数２０００ｃｍ-1のＳｉ−Ｈ(Stretching-band) 吸収
ピーク積分強度から膜中の水素濃度を定量分析したとこ
ろ、実施例１、２、３、４による膜サンプルは、それぞ
れ３×１０20ｃｍ-3以下、１×１０20ｃｍ-3以下、１×
１０20ｃｍ-3以下、１×１０20ｃｍ-3以下であるのに対
し、比較例による膜サンプルは２×１０ 22ｃｍ-3であっ
た。このように本発明実施例１、２、３、４により得ら
れた膜サンプルは比較例によるものより水素濃度が少な
かった。 ・ＸＲＤ 実施例１、２、３、４による全ての膜サンプルは、１１
１面（２θ＝２８．２°）及び２２０面（２θ＝４７．
２°）からのピークが検出され、シリコン(cubic) の結
晶性が確認された。一方、比較例による膜サンプルはア
モルファス構造であることが確認された。 ・レーザラマン分光分析 実施例１による膜サンプルは１０００Å〜２０００Åの
結晶粒が認められた。また、実施例２による膜サンプル
は結晶化シリコンによるピーク（ラマンシフト＝５１５
〜５２０ｃｍ-1のピーク）を検出し、１０００Å〜３０
００Åの結晶粒が認められた。実施例３、４による膜サ
ンプルはそれぞれ１０００Å〜３５００Å、１０００Å
〜３５００Åの結晶粒が認められた。一方、比較例によ
る膜サンプルはアモルファス構造によるピーク（ラマン
シフト＝４８０ｃｍ-1）が検出された。 ・熱処理 実施例１、２、３、４及び比較例により得られた各膜サ
ンプルに後処理として５００℃、８時間の真空中での熱
処理を施したところ、比較例による膜サンプルはアモル
ファス構造のままで結晶化しなかったが、実施例１、
２、３、４のものでは結晶粒径が増大した。実施例１に
よるものでは１０００Å〜２０００Åから２０００Å〜
３０００Åへ、実施例２によるものでは１０００Å〜３
０００Åから２０００Å〜４０００Åへ、実施例３によ
るものでは１０００Å〜３５００Åから２０００Å〜４
０００Åへ、実施例４によるものでは１０００Å〜３５
００Åから２０００Å〜４０００Åへ、それぞれ結晶粒
径が増大した。 ・ホール移動度 比較例による膜サンプルが０．１ｃｍ2 ／Ｖ・ｓのホー
ル移動度を示したのに対し、実施例１、２、３、４によ
る膜サンプルではそれぞれ５０ｃｍ2 ／Ｖ・ｓ、１００
ｃｍ2 ／Ｖ・ｓ、１５０ｃｍ2 ／Ｖ・ｓ、１５０ｃｍ2
／Ｖ・ｓのホール移動度を示した。The apparatus shown in FIG. 2 and FIGS.
However, as described above, the filter Fb and
By connecting the ias power supply Bb, the energy distribution of incident particles and
The directionality can be controlled, and in this regard, the device of FIG.
Then, the same effect can be obtained. Next, the apparatus shown in FIGS.
For implementing the method of the present invention using a crystalline silicon film
Examples of properties and properties of crystalline silicon films obtained as a result
explain about. In addition, the conventional parallel plate type plasma C
Comparative example in which a silicon film is formed using a VD device
Will also be explained. Example 1 (by the apparatus of FIG. 2) Collimator thickness 0.5 cm Open area 95% Area of one opening (hole) 0.25 cmTwo Articles to be deposited Each of non-alkali glass substrate and silicon wafer <100> Plasma excitation power High frequency power of 13.56 MHz Frequency source gas SiHFour 50% HTwo 50% vacuum 1 × 10-FourTorr Film forming temperature 300 ° C. Film forming film thickness 2000 ° Example 2 (using the apparatus shown in FIGS. 3 to 7) Collimator thickness 0.5 cm Opening ratio 95% Area of one opening (hole) 0.25 cmTwo Articles to be deposited Each of non-alkali glass substrate and silicon wafer <100> Plasma excitation power High frequency power of 13.56 MHz frequency (apparatus of Figs. 3 to 5) Microwave power of 2.45 GHz frequency (apparatus of Figs. 6 and 7) Gas SiHFour 50% HTwo 50% vacuum 1 × 10-FourTorr ion beam ion species HTwoGas ion Irradiation energy 10 eV to 100 eV Deposition temperature 300 ° C. Deposition film thickness 2000Å Example 3 (using the apparatus in FIG. 8) Collimator thickness 0.5 cm Opening ratio 95% Area of one opening (hole) 0.25 cmTwo Articles to be deposited Each of non-alkali glass substrate and silicon wafer <100> Plasma excitation power High frequency power at 13.56 MHz Frequency bias 100 V Source gas SiHFour 50% HTwo 50% vacuum 1 × 10-FourTorr ion beam ion species HTwoGas ion Irradiation energy 10 eV to 100 eV Deposition temperature 300 ° C. Deposition film thickness 2000Å Example 4 (according to the apparatus in FIG. 9) Collimator thickness 0.5 cm Opening ratio 95% Area of one opening (hole) 0.25 cmTwo Collimator bias voltage 100V Articles to be deposited Each of non-alkali glass substrate and silicon wafer <100> Plasma excitation power High frequency power of 13.56MHz frequency Source gas SiHFour 50% HTwo 50% vacuum 1 × 10-FourTorr ion beam ion species HTwoGas ion Irradiation energy 10 eV to 100 eV Deposition temperature 300 ° C. Deposition film thickness 2000Å Comparative example (parallel plate type plasma CVD apparatus) Deposition target article Each of non-alkali glass substrate and silicon wafer <100> Power for plasma excitation 13.56 MHz High-frequency power source gas SiHFour 50% HTwo 50% vacuum 2 × 10-1Torr film forming temperature 300 ° C. film thickness 2000 ° Next, the film thickness obtained by the above-mentioned Examples 1, 2, 3, 4 and Comparative Example
Fourier-exchange infrared spectroscopy analysis of each silicon film
(FT-IR), X-ray diffraction analysis (XRD) and laser
Measure hydrogen concentration and evaluate crystallinity by Mann spectroscopy
Evaluate device characteristics by measuring hole mobility
did. In addition, heat treatment is performed as a post-treatment to change the crystal structure.
Was investigated.・ FT-IR wave number 2000cm-1Si-H (Stretching-band) absorption of
Quantitative analysis of hydrogen concentration in film from peak integrated intensity
The membrane samples according to Examples 1, 2, 3, and 4
3 × 1020cm-3Below, 1 × 1020cm-3Below, 1 ×
1020cm-3Below, 1 × 1020cm-3The following
However, the film sample according to the comparative example is 2 × 10 twenty twocm-3So
Was. Thus, the results obtained by Examples 1, 2, 3, and 4 of the present invention were obtained.
Membrane sample has a lower hydrogen concentration than that of the comparative example.
won. XRD All membrane samples according to Examples 1, 2, 3, 4 are 11
1 plane (2θ = 28.2 °) and 220 planes (2θ = 47.
2 °) is detected and silicon (cubic)
Crystallinity was confirmed. On the other hand, the membrane sample according to the comparative example
The structure was confirmed to be morphus. -Laser Raman spectroscopy The film sample according to Example 1 has a thickness of 1000 to 2000 mm.
Crystal grains were observed. Also, a membrane sample according to Example 2
Indicates a peak due to crystallized silicon (Raman shift = 515)
~ 520cm-1Peak) of 1000 to 30
Crystal grains of 00 ° were observed. Example 3 and 4
Samples are 1000Å to 3500Å and 1000Å respectively
３3500 ° crystal grains were observed. On the other hand, according to the comparative example
Film sample has an amorphous structure peak (Raman
Shift = 480cm-1) Was detected.・ Heat treatment Each film obtained by Examples 1, 2, 3, 4 and Comparative Example
Heat in vacuum at 500 ° C for 8 hours
After the treatment, the membrane sample of the comparative example
Example 1
In the cases of 2, 3, and 4, the crystal grain size was increased. In Example 1
1000 to 2000 to 2,000 to
3000 °, 1000 ° to 3% according to the second embodiment.
From 2000 to 2000 to 4000, according to Example 3.
1000 ~ 3500 ~ 2000 ~ 4
000 °, 1000 ° -35 according to the fourth embodiment.
Crystal grains from 2000 to 4000
The diameter has increased.・ Hole mobility 0.1cm for the film sample according to the comparative exampleTwo/ V · s Ho
Of Examples 1, 2, 3, and 4
50 cm for each membrane sampleTwo/ V · s, 100
cmTwo/ V · s, 150cmTwo/ V · s, 150cmTwo
/ V · s.
【００５５】以上の結果から、本発明実施例１、２、
３、４では平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いた比較
例によっては得られなかった極めて結晶性良好なシリコ
ン膜が３００℃という低温度下で得られたことが分か
る。なお、ここでは図２〜図９の装置についての結果を
示したが、図４〜図７の装置において高周波電極にバイ
アス電源を接続した装置を用いた場合は前記実施例３と
同傾向の結果が得られ、図４〜図７の装置においてコリ
メーターにバイアス電源を接続した装置を用いた場合は
前記実施例４と同傾向の結果が得られる。From the above results, Examples 1 and 2 of the present invention,
3 and 4, it can be seen that a silicon film with extremely good crystallinity, which was not obtained by the comparative example using the parallel plate type plasma CVD apparatus, was obtained at a low temperature of 300 ° C. Although the results for the apparatus shown in FIGS. 2 to 9 are shown here, when the apparatus shown in FIGS. 4 to 7 in which a bias power supply is connected to the high-frequency electrode is used, the results have the same tendency as in the third embodiment. When a device in which a bias power source is connected to a collimator is used in the devices shown in FIGS. 4 to 7, the same result as in the fourth embodiment is obtained.
【００５６】[0056]
【発明の効果】本発明によると、比較的低温下で生産性
良く、結晶性良好な膜を形成できる成膜方法及び装置を
提供することができる。さらに説明すると、本発明によ
ると次のような効果が得られる。 １工程で良質な結晶性膜が得られるため、成膜後の
熱処理を省略することができ、生産性が良好である。 比較的低温下で結晶性膜が得られるため、例えば低
融点ガラスのような耐熱性の低い材質からなる被成膜物
品上にも膜形成でき、被成膜物品の選択範囲が広くな
る。 より結晶性を高める必要がある場合にも、後処理と
して行う熱処理の温度を低くすることができ、また加熱
時間も短くすることができる。 プラズマを被成膜物品周縁部の近傍に形成するた
め、該物品への不要なダストパーティクルの付着が抑制
され、歩留りが向上する。According to the present invention, it is possible to provide a film forming method and apparatus capable of forming a film having good productivity and good crystallinity at a relatively low temperature. More specifically, according to the present invention, the following effects can be obtained. Since a high-quality crystalline film can be obtained in one step, heat treatment after film formation can be omitted, and productivity is good. Since a crystalline film can be obtained at a relatively low temperature, a film can be formed on a film-formed article made of a material having low heat resistance, such as a low-melting glass, for example, and the selection range of the film-formed article is widened. Even when it is necessary to further increase the crystallinity, the temperature of the heat treatment performed as a post-treatment can be lowered, and the heating time can be shortened. Since the plasma is formed in the vicinity of the peripheral portion of the article, unnecessary dust particles are prevented from adhering to the article and the yield is improved.
【図１】被成膜物品の周縁部近傍に形成されたプラズマ
中の粒子のコリメーターに対する動きを説明する図であ
る。FIG. 1 is a diagram illustrating movement of particles in plasma formed near a peripheral portion of a film-forming article with respect to a collimator.
【図２】本発明に係る成膜装置の１例の概略構成を示す
図である。FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an example of a film forming apparatus according to the present invention.
【図３】本発明に係る成膜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 film forming apparatus according to the present invention.
【図４】本発明に係る成膜装置のさらに他の例の概略構
成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of still another example of the film forming apparatus according to the present invention.
【図５】本発明に係る成膜装置のさらに他の例の概略構
成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of still another example of the film forming apparatus according to the present invention.
【図６】本発明に係る成膜装置のさらに他の例の概略構
成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of still another example of the film forming apparatus according to the present invention.
【図７】本発明に係る成膜装置のさらに他の例の概略構
成を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of still another example of the film forming apparatus according to the present invention.
【図８】本発明に係る成膜装置のさらに他の例の概略構
成を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of still another example of the film forming apparatus according to the present invention.
【図９】本発明に係る成膜装置のさらに他の例の概略構
成を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of still another example of the film forming apparatus according to the present invention.
１ イオン源用ガス供給部 ２ イオン源 ２１ レンズ電極系 ３、１６ 整合器 ４、１７ａ 高周波電源 ５ 加速電源 ６ 減速電源 ７ コリメーター ７１ コリメーターの孔 ８ イオン源内プラズマ ９ 被成膜物品加熱用ヒータ １０ 被成膜物品 １１ 被成膜物品保持部材 １２ 成膜原料ガス供給部 １３ 成膜原料ガスプラズマ １４ａ リング状電極 １４ｂ 円筒状電極 １４ｃ コイル状電極 １４ｄ リジタノコイル型電極 １４ｅ リング状マイクロ波導入用アンテナ １５ａ リング状電極１４ａの開口部 １７ｂ マイクロ波電源 １８ 真空排気部 １９ａ、１９ｂ 電磁石コイル １００ 磁石 Ｆａ、Ｆｂ フィルタ Ｂａ、Ｂｂ 直流バイアス電源 Ｃ プラズマ生成室 Ｈ プラズマ１３中の高エネルギ粒子 Ｌ プラズマ１３中の低エネルギ粒子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion source gas supply part 2 Ion source 21 Lens electrode system 3, 16 Matching device 4, 17a High frequency power supply 5 Acceleration power supply 6 Deceleration power supply 7 Collimator 71 Collimator hole 8 Ion source plasma 9 Heater for heating a film-formed article REFERENCE SIGNS LIST 10 Deposition target article 11 Deposition target article holding member 12 Deposition source gas supply unit 13 Deposition source gas plasma 14 a Ring-shaped electrode 14 b Cylindrical electrode 14 c Coiled electrode 14 d Rigidano coil electrode 14 e Ring-shaped microwave introduction antenna 15 a Opening of ring-shaped electrode 14a 17b Microwave power supply 18 Vacuum exhaust unit 19a, 19b Electromagnet coil 100 Magnet Fa, Fb filter Ba, Bb DC bias power supply C Plasma generation chamber H High energy particles in plasma 13 Low in plasma 13 Energy particles
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 29/786 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６１８Ａ 21/336 31/04 Ｘ 31/04 (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 (72)発明者 奥村 正彦 京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機 株式会社内──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI H01L 29/786 H01L 29/78 618A 21/336 31/04 X 31/04 (72) Inventor Ryuji Mikami Takane Umezu, Ukyo-ku, Kyoto-shi 47-machi Nissin Electric Co., Ltd. (72) Inventor Masahiko Okumura 47-inch, Umezu Takaune-cho, Ukyo-ku, Kyoto-shi Nissin Electric Co., Ltd.
Claims (23)
ラズマ化し、該プラズマの下で被成膜物品上に膜形成す
る方法であって、該プラズマを該被成膜物品の周縁部の
近傍に形成するとともに、該プラズマ形成領域と該物品
との間に設けたコリメーターを通して該物品を該プラズ
マに臨ませることを特徴とする成膜方法。1. A method for supplying electric power to a film-forming raw material gas to convert the gas into plasma and forming a film on the film-formed article under the plasma, wherein the plasma is applied to a peripheral portion of the film-formed article. A film forming method, wherein the article is exposed to the plasma through a collimator provided between the plasma forming region and the article.
することで、前記被成膜物品に入射する粒子のエネルギ
分布を制御する請求項１記載の成膜方法。2. The film forming method according to claim 1, wherein a bias voltage is applied to the collimator to control an energy distribution of particles incident on the article.
１０-3Ｔｏｒｒ〜１×１０-8Ｔｏｒｒとする請求項１又
は２記載の成膜方法。3. The degree of vacuum in the vicinity of the surface of the article on which the film is to be formed is 1 ×.
The film forming method according to claim 1, wherein the pressure is set to 10 −3 Torr to 1 × 10 −8 Torr.
ームを照射する請求項１、２又は３記載の成膜方法。4. The film forming method according to claim 1, wherein the surface of the article is irradiated with an ion beam during film formation.
ことで前記被成膜物品表面に入射するイオンビームのエ
ネルギを制御する請求項４記載の成膜方法。5. The film forming method according to claim 4, wherein the energy of the ion beam incident on the surface of the article to be formed is controlled by controlling the potential of the plasma.
物品に入射しないようにする請求項１から５のいずれか
に記載の成膜方法。6. The film forming method according to claim 1, wherein the ions derived from the plasma are prevented from being incident on the article to be formed.
するイオンのエネルギを５００ｅＶ以下とする請求項１
から５のいずれかに記載の成膜方法。7. The energy of ions incident on the article to be deposited from the plasma is 500 eV or less.
6. The film forming method according to any one of items 1 to 5.
近傍に限定的に形成し、該物品表面に該プラズマから低
エネルギのラジカル種を優先的に拡散させる請求項１か
ら５のいずれかに記載の成膜方法。8. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plasma is formed only in the vicinity of a peripheral portion of the article to be deposited, and low-energy radical species are preferentially diffused from the plasma to the article surface. 3. The film forming method according to item 1.
い、結晶性シリコン膜を形成する請求項１から８のいず
れかに記載の成膜方法。9. The film forming method according to claim 1, wherein a crystalline silicon film is formed by using a silicon-based gas as a film forming source gas.
る成膜原料ガスをプラズマ励起用電力供給手段による電
力供給によりプラズマ化し、支持手段に支持される被成
膜物品を該プラズマに臨ませ該物品上に膜形成する装置
であって、該プラズマ励起用電力供給手段は該プラズマ
を該物品周縁部の近傍に形成できるものであり、該プラ
ズマ励起用電力供給手段及び該成膜原料ガス供給手段に
よりプラズマが形成される領域と該支持手段との間にコ
リメーターを設けたことを特徴とする成膜装置。10. A film forming source gas supplied by a film forming source gas supply unit is turned into plasma by power supply by a plasma excitation power supply unit, and an object to be formed supported by a support unit is exposed to the plasma. An apparatus for forming a film on an article, wherein the plasma excitation power supply means is capable of forming the plasma near a peripheral edge of the article, and wherein the plasma excitation power supply means and the film forming material gas supply means are provided. A collimator is provided between a region where plasma is formed by the method and the supporting means.
まれる電極として、前記被成膜物品の周縁部に対向する
リング状電極、筒状電極、コイル状電極、リジタノコイ
ル型電極及びリング状マイクロ波導入用アンテナのうち
のいずれかのものを採用する請求項１０記載の成膜装
置。11. An electrode included in the plasma excitation power supply means, a ring-shaped electrode, a cylindrical electrode, a coil-shaped electrode, a Rigidanocoil-type electrode, and a ring-shaped microwave introduced to a peripheral portion of the article to be formed. The film forming apparatus according to claim 10, wherein any one of the antennas is used.
周から磁場を入れる磁場形成手段を備えている請求項１
１記載の成膜装置。12. A magnetic field forming means for applying a magnetic field from the outer periphery of an electrode facing said article to be deposited.
2. The film forming apparatus according to 1.
成膜物品表面近傍の真空度が１×１０-3Ｔｏｒｒ〜１×
１０-8Ｔｏｒｒになるように前記成膜原料ガスを供給で
きるものである請求項１０、１１又は１２記載の成膜装
置。13. The film forming material gas supply means, wherein the degree of vacuum in the vicinity of the surface of the article to be formed is 1 × 10 −3 Torr to 1 ×.
13. The film forming apparatus according to claim 10, 11 or 12, wherein the film forming material gas can be supplied at 10 -8 Torr.
するための手段を有する請求項１０から１３のいずれか
に記載の成膜装置。14. The film forming apparatus according to claim 10, further comprising means for irradiating the film-formed article with an ion beam.
るための手段を備えている請求項１４記載の成膜装置。15. The film forming apparatus according to claim 14, further comprising means for controlling a potential of said plasma.
加するための手段を備えている請求項１０から１５のい
ずれかに記載の成膜装置。16. The film forming apparatus according to claim 10, further comprising: means for applying a bias voltage to said collimator.
膜物品表面に入射しないように前記コリメーターの形
態、前記成膜原料ガス供給手段及び前記プラズマ励起用
電力供給手段の１又は２以上が調整されている請求項１
０から１５のいずれかに記載の成膜装置。17. The form of the collimator, and one or more of the film forming material gas supply means and the plasma excitation power supply means are adjusted so that ions from the plasma do not enter the surface of the article to be formed. Claim 1
The film forming apparatus according to any one of 0 to 15.
膜物品表面に入射しないように前記コリメーターの形
態、前記コリメーターにバイアス電圧を印加するための
手段、前記成膜原料ガス供給手段及び前記プラズマ励起
用電力供給手段の１又は２以上が調整されている請求項
１６記載の成膜装置。18. A form of the collimator, a means for applying a bias voltage to the collimator, a means for supplying a source gas for forming the film, and a device for preventing the ions from the plasma from being incident on the surface of the article to be formed. 17. The film forming apparatus according to claim 16, wherein one or more of the plasma excitation power supply means is adjusted.
に入射するイオンのエネルギが５００ｅＶ以下になるよ
うに前記コリメーターの形態、前記成膜原料ガス供給手
段及び前記プラズマ励起用電力供給手段の１又は２以上
が調整されている請求項１０から１５のいずれかに記載
の成膜装置。19. The collimator, the film forming source gas supply unit, and the plasma excitation power supply unit may be configured so that the energy of ions incident on the surface of the article to be formed from the plasma is 500 eV or less. 16. The film forming apparatus according to claim 10, wherein two or more are adjusted.
に入射するイオンのエネルギが５００ｅＶ以下になるよ
うに前記コリメーターの形態、前記コリメーターにバイ
アス電圧を印加するための手段、前記成膜原料ガス供給
手段及び前記プラズマ励起用電力供給手段の１又は２以
上が調整されている請求項１６記載の成膜装置。20. A form of the collimator, means for applying a bias voltage to the collimator, and a material for forming the film so that the energy of ions incident on the surface of the article to be formed from the plasma is 500 eV or less. 17. The film forming apparatus according to claim 16, wherein one or more of the gas supply unit and the plasma excitation power supply unit are adjusted.
前記プラズマを前記被成膜物品の周縁部近傍に限定的に
形成できるものであるとともに、該物品表面に該プラズ
マから低エネルギのラジカル種を優先的に拡散させるこ
とができるように前記コリメーターの形態、前記成膜原
料ガス供給手段及び該プラズマ励起用電力供給手段の１
又は２以上が調整されている請求項１０から１５のいず
れかに記載の成膜装置。21. The plasma excitation power supply means,
The collimator is formed such that the plasma can be limitedly formed in the vicinity of the peripheral portion of the article to be deposited, and low-energy radical species can be preferentially diffused from the plasma to the article surface. Embodiment 1 of the film source gas supply means and the plasma excitation power supply means
16. The film forming apparatus according to claim 10, wherein two or more are adjusted.
前記プラズマを前記被成膜物品の周縁部近傍に限定的に
形成できるものであるとともに、該物品表面に該プラズ
マから低エネルギのラジカル種を優先的に拡散させるこ
とができるように前記コリメーターの形態、前記コリメ
ーターにバイアス電圧を印加するための手段、前記成膜
原料ガス供給手段及び該プラズマ励起用電力供給手段の
１又は２以上が調整されている請求項１６記載の成膜装
置。22. The plasma excitation power supply means,
The collimator is formed such that the plasma can be limitedly formed in the vicinity of the peripheral portion of the article to be deposited, and low-energy radical species can be preferentially diffused from the plasma to the article surface. 17. The film forming apparatus according to claim 16, wherein one or more of a configuration, a unit for applying a bias voltage to the collimator, the film forming material gas supplying unit, and the plasma excitation power supplying unit are adjusted.
コン系ガスを供給できるものである請求項１０から２２
のいずれかに記載の成膜装置。23. The film forming source gas supply means is capable of supplying a silicon-based gas.
A film forming apparatus according to any one of the above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP310097A JPH10194892A (en) | 1997-01-10 | 1997-01-10 | Film formation and device therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP310097A JPH10194892A (en) | 1997-01-10 | 1997-01-10 | Film formation and device therefor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10194892A true JPH10194892A (en) | 1998-07-28 |
Family
ID=11547936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP310097A Pending JPH10194892A (en) | 1997-01-10 | 1997-01-10 | Film formation and device therefor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10194892A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010525155A (en) * | 2007-03-30 | 2010-07-22 | エコール ポリテクニク | Plasma generator |
-
1997
- 1997-01-10 JP JP310097A patent/JPH10194892A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010525155A (en) * | 2007-03-30 | 2010-07-22 | エコール ポリテクニク | Plasma generator |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040316 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040803 |