JPH05335244A - アモルファスシリコン薄膜の成膜方法 - Google Patents

アモルファスシリコン薄膜の成膜方法

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JPH05335244A
JPH05335244A JP16366792A JP16366792A JPH05335244A JP H05335244 A JPH05335244 A JP H05335244A JP 16366792 A JP16366792 A JP 16366792A JP 16366792 A JP16366792 A JP 16366792A JP H05335244 A JPH05335244 A JP H05335244A
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JP
Japan
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film
amorphous silicon
thin film
silicon thin
discharge
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JP16366792A
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English (en)
Inventor
Manabu Ikemoto
学 池本
Yoshi Watabe
嘉 渡部
Hitoshi Ueda
仁 上田
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Canon Anelva Corp
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Anelva Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体材料としての膜質を確保できると共
に、半導体デバイスの製造上、必要とされる膜厚を短時
間で成膜する方法を提供する。 【構成】 プラズマCVD法で基板4の表面にアモルフ
ァスシリコン薄膜を成膜する方法において、成膜初期は
連続放電で成膜し、次いで間欠放電で必要な膜厚まで成
膜する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、プラズマCVD法で
基板表面にアモルファスシリコン薄膜を成膜する方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、成膜チャンバー(真空チャンバ
ー)内で、シランガス(SiH4 )および水素ガス(H
2 )の原料ガスを導入すると共に、対向電極間に高周波
電力を印加して、放電によるプラズマを形成し、プラズ
マで原料ガスを励起、分解することにより、対向電極の
一方の電極に支持した基板の表面にアモルファスシリコ
ン薄膜を成膜するようにした、プラズマCVD法による
成膜方法が知られている。薄膜トランジスタ(TFT)
などの半導体デバイスの製造に応用されている。
【0003】前記の対向電極間における放電は、連続放
電と間欠放電とがある。
【0004】連続放電は、一般的に行なわれているプラ
ズマCVD法であり、高品質なアモルファスシリコン薄
膜が、低い基板温度で成膜できる特質があるものであ
る。
【0005】間欠放電は、基本的な成膜条件(圧力、温
度、原料ガス)は、前記連続放電の場合と同じである
が、対向電極に印加する高周波電力を、振幅変調した高
周波電力とした方法で、1987年以降、九州大学の渡
辺等により提案された方法である(Y.Watanab
e et al. Appl. Phys. Let
t.53,1263(1988)、渡辺他 九州大学工
学集報第60巻6号739頁(1987)、白谷他 九
州大学工学集報第62巻6号677頁(1989)、白
谷他 電気学会プラズマ研究会資料 EP−89−62
(1989))。連続放電の場合に比較して、成膜速度
の向上および気相中で発生するパーティクルの低減がで
きるとされている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記の如くの従来のア
モルファスシリコンの成膜方法においては、次のような
問題点があった。
【0007】即ち、連続放電による場合、高周波電力を
増大したり、原料ガスの導入量を増大して、成膜速度を
大きくすると、気相中での反応が促進されて、パーティ
クルの発生が起ると共に、プラズマ中でSiH2 ラジカ
ルが多量に生成されることによって、膜質が悪くなるこ
とである。従って、実用に耐え得る膜質を得るために
は、成膜速度を遅くしなければならなくなり、成膜時間
が長くなり、能率が低下する問題点となっていた(参考
として、松田彰久 電子技術総合研究所研究報告864
号 P35〜45、A.Matsuda and N.
Hata Glow−Discharge Hydro
genated Amorphous Silico
n、edited by K.Tanaka P28
(1989)などの文献がある。)。
【0008】一方、間欠放電による方法では、前記の通
り、成膜速度の向上およびパーティクルの低減が可能で
あるが、半導体材料としての膜質が、連続放電の場合に
比較して劣るという問題点があった。
【0009】
【課題を解決する為の手段】この発明は、前記の如くの
問題点に鑑みてなされたもので、半導体材料としての膜
質を確保できると共に、半導体デバイスの製造上、必要
とされる膜厚を短時間で成膜する方法を提供することを
目的としている。
【0010】斯る目的を達成するこの発明のアモルファ
スシリコン薄膜の成膜方法は、プラズマCVD法で基板
表面にアモルファスシリコン薄膜を成膜する方法におい
て、成膜初期は連続放電で成膜し、次いで間欠放電で必
要な膜厚まで成膜することを特徴としている。
【0011】前記連続放電における高周波電力や原料ガ
スの導入量は、成膜チャンバー内で、パーティクルの発
生が起らない条件とするのは言うまでもない。
【0012】連続放電および間欠放電による成膜は、同
一の成膜チャンバー内で行なっても良く、別の成膜チャ
ンバー内で行なっても良い。
【0013】高周波電力の周波数は1kHz〜100M
Hz(通常13.56MHz)とすることができる。連
続放電は、このような高周波電力を時間的に連続して印
加するのに対し、間欠放電では、100Hz〜100k
Hzで変調して印加する。変調放電時における放電時間
の割合であるデューティー比は1%以上100%未満と
することができる。
【0014】
【作用】この発明のアモルファスシリコン薄膜の成膜方
法によれば、成膜の初期の連続放電による成膜で膜質の
良好なアモルファスシリコンを成膜し、その後の間欠放
電による成膜で、パーティクルの発生を伴うことなく、
高速でアモルファスシリコンを成膜し、必要な膜厚に要
する時間を短縮することができる。
【0015】薄膜トランジスタなどの半導体デバイスに
おいて、アモルファスシリコン層は、半導体材料として
は理論上10〜20nm、物理的には50〜100nm
の膜厚が確保できれば十分であり、残部のアモルファス
シリコン層は電流の経路、或いはエッチングマージンと
されるので、この部分は膜質が多少劣っていても、デバ
イスの性能上、問題は生じない。
【0016】従って、所要の膜厚のアモルファスシリコ
ン層のうち、半導体材料としての膜質が必要な部分を連
続放電で成膜し、次いで残りの膜厚部分を間欠放電で成
膜し、結果として成膜時間の短縮を図ることができる。
【0017】
【実施例】薄膜トランジスタの製造に際し、膜厚300
nmのアモルファスシリコン薄膜を成膜した。
【0018】図1は使用した装置の構成を示したもので
ある。真空容器1内に高周波電極2と接地電極3が対向
して設置してあり、接地電極3に基板4が支持できるよ
うにしてあると共に、高周波電極2には、整合回路12
を介して高周波電源11が接続してある。高周波電源1
1には波形発生器13が接続してあり、波形発生器13
の変調用信号14で、連続高周波電力15が、振幅変調
高周波電力16に変化できるようになっている。
【0019】真空容器1には、SiH4 、H2 等の原料
ガス5を流量制御器6を通して導入するガス導入系が接
続してあると共に、可変コンダクタンスバルブ8を介し
て排気系9が接続してあり、真空容器1内を所定の圧力
に調整できるようになっている。真空容器1内の圧力は
圧力計7で測定する。
【0020】接地電極3には、基板加熱機構10が内蔵
してあり、基板4を加熱できるようになっている。
【0021】図中17は高周波電極2と接地電極3の間
の放電で形成されるプラズマを表わしている。
【0022】前記のような構成の成膜装置を用いて、基
板4の表面に厚さ300nmのアモルファスシリコン薄
膜を成膜した。
【0023】先ず、基板4を接地電極3に取付けた後、
真空容器1内を真空に排気し、十分な真空(5×10-3
Pa(3.8×10-5Torr))を得た後、基板4を
加熱(250℃)すると共に、原料ガス5を導入し、真
空容器1内を100Pa(0.75Torr)の圧力に
調整した。圧力調整は流量制御器6と可変コンダクタン
スバルブ8で行う。原料ガス5はSiH4 ガスとH2
スを混合した(組成比1:4)のものとし、連続放電に
よる成膜の際に、パーティクルが生じないように、50
0sccmの流量とした。
【0024】次に、高周波電源11を動作させて、連続
高周波電力15を高周波電極2と接地電極3間に印加し
て、両電極間で連続放電させ、基板4の表面にアモルフ
ァスシリコン薄膜を成膜した。パーティクルが発生しな
いように、高周波電力は100w(0.1kw)とし
た。
【0025】前記のような条件で得られるアモルファス
シリコン薄膜の成膜速度は約10nm/minであり、
10分の成膜時間で約100nmの膜厚のアモルファス
シリコン薄膜を成膜した。
【0026】10分間の連続放電を終了した後、波形成
形器13を動作させて、高周波電源11の出力を振幅変
調高周波電力16に変化させて、高周波電極2と接地電
極3間で間欠放電が起るようにして、成膜を続行した。
変調用信号14の周波数は500Hzとし、デューティ
ー比は50%とした。
【0027】この間欠放電時の条件で得られるアモルフ
ァスシリコン薄膜の成膜速度は約86nm/minであ
り、2.3分の成膜時間で200nmの膜厚のアモルフ
ァスシリコン薄膜を成膜し、合計300nmの膜厚のア
モルファスシリコン薄膜を基板4の表面に成膜した。成
膜時間の合計は12.3分で、連続放電のみで300n
mの膜厚に成膜する時間(30分)の約1/3とするこ
とができた。
【0028】表1は連続放電で成膜したアモルファスシ
リコン薄膜と、間欠放電で成膜したアモルファスシリコ
ン薄膜の特性を表わしたものである。
【0029】
【表1】
【0030】間欠放電で成膜したアモルファスシリコン
薄膜の電気電導度比(光電気伝導度/暗電気伝導度)
は、連続放電で成膜したアモルファスシリコン薄膜の電
気電導度比に比較して小さい。
【0031】成膜速度は、前記の通り、間欠放電の場合
の方が連続放電の場合に比べて8.6倍大きい。
【0032】図2は、アモルファスシリコン薄膜の赤外
分光測定結果の図である。またSi−Hx結合を示す波
数2000cm-1付近の波形をピーク分離した結果を図
3に示した。何れの図も(a)が間欠放電によるアモル
ファスシリコン薄膜であり、(b)が連続放電によるア
モルファスシリコン薄膜に対するものである。
【0033】間欠放電によるアモルファスシリコン薄膜
では、シリコンと水素の結合を示すピークが二つに分か
れており、Si−H2 結合が多く含まれており、半導体
材料としての膜質が劣っている。連続放電によるアモル
ファスシリコン薄膜では、シリコンと水素の結合を示す
ピークが一つしかなく、、Si−H結合のみが含まれて
いることを示しており、膜質が良いものであった。
【0034】薄膜トランジスタにおけるアモルファスシ
リコン薄膜では、半導体材料としての膜質が必要となる
膜厚は10〜20nmの部分であり、残部は電流の経路
やエッチングのマージンの領域とされる。従って実施例
のように、半導体材料としての膜質が必要となる領域を
連続放電で成膜し、残りの部分は膜質の劣る間欠放電に
よるアモルファスシリコン薄膜としても、半導体デバイ
スの性能上、問題無い。この結果、アモルファスシリコ
ン薄膜の成膜時間を大幅に短縮することができる。
【0035】
【発明の効果】この発明によれば、成膜時間を大幅に短
縮できる効果があり、半導体デバイスの製造能率を向上
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例で使用した成膜装置の構成図
である。
【図2】アモルファスシリコン薄膜の赤外分光分析のグ
ラフである。
【図3】同じく赤外分光分析のシリコンと水素の結合を
示している部分を拡大したグラフである。
【符号の説明】
1 真空容器 2 高周波電極 3 接地電極 4 基板 5 原料ガス 6 流量制御器 7 圧力計 8 可変コンダクタンスバルブ 9 排気系 10 基板加熱機構 11 高周波電源 12 整合回路 13 波形発生器 14 変調用信号 15 連続高周波電力 16 振幅変調高周波電力
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年7月9日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0005
【補正方法】変更
【補正内容】
【0005】 間欠放電は、基本的な成膜条件の中で
温度、原料ガスの種類は、前記連続放電の場合と同じで
あるが、圧力、原料ガスの流量は前記連続放電の場合と
同じ場合もあるし、異なる場合もある。間欠放電は、
向電極に印加する高周波電力を、振幅変調した高周波電
力とした方法で、1987年以降、九州大学の渡辺等に
より提案された方法である(Y.Watanabe e
t al.Appl. Phys. Lett.53,
1263(1988)、渡辺他九州大学工学集報第60
巻6号739頁(1987)、白谷他 九州大学工学集
報第62巻6号677頁(1989)、白谷他 電気学
会プラズマ研究会資料EP−89−62(198
9))。連続放電の場合に比較して、成膜速度の向上お
よび気相中で発生するパーティクルの低減ができるとさ
れている。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】 この発明のアモルファスシリコン薄膜の
成膜方法によれば、成膜の初期の連続放電による成膜で
膜質の良好なアモルファスシリコンを成膜し、その後の
間欠放電による成膜で、パーティクルの発生を伴うこと
なく、高速でアモルファスシリコンを成膜し、必要な膜
を成膜するのに要する時間を短縮することができる。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0024
【補正方法】変更
【補正内容】
【0024】 次に、高周波電源11を動作させて、連
続高周波電力15を高周波電極2と接地電極3間に印加
して、両電極間で連続放電させ、基板4の表面にアモル
ファスシリコン薄膜を成膜した。パーティクルが発生し
ないように、高周波電力は100(0.1k)とし
た。
【手続補正4】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図1
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラズマCVD法で基板表面にアモルフ
    ァスシリコン薄膜を成膜する方法において、成膜初期は
    連続放電で成膜し、次いで間欠放電で必要な膜厚まで成
    膜することを特徴とするアモルファスシリコン薄膜の成
    膜方法。
  2. 【請求項2】 連続放電および間欠放電による成膜は、
    同一のチャンバー内又は別のチャンバー内で行う請求項
    1記載のアモルファスシリコン薄膜の成膜方法。
JP16366792A 1992-05-29 1992-05-29 アモルファスシリコン薄膜の成膜方法 Pending JPH05335244A (ja)

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