TW409292B - Thin film forming apparatus - Google Patents

Description

409292 五、發明說明（1) ' 之背景 發明之領域 、^發明是關於一種薄膜形成裝置，係輻射離子光束至來 源氣體的電漿，而以控制到受質的輻射，來使得在電漿 中像離子或自由基的粒子，可以有效率地被激發，在受 質上形成單晶薄膜的沉積。 目關拮術之描沭 薄膜形成裝置的一個典型的例子，是在未審查的日本專 利公開案第5-55194號（H01L 21/31)中敘述的CVD裝置的應 用。當來源氣體的高頻電漿在一薄膜形成箱中形成時，同 時’來自於離子來源的離子光束被直接射入此薄膜形成箱 中，來輻射此高頻電毁和受質的表面。因此，由於來自光 束輻射的電漿中，被激發物質的遷移效應，和薄膜品質的 控制，所以可在低溫下，在受質上形成了單一和均相的薄 膜沉積。 上述的薄膜形成裝置，可以相當有效率地形成TFT型的 液晶顯示板的薄膜電晶體，以及太陽能電池的單晶矽薄 膜。 圖6是上面日本專利公開案所描述的，習知的薄膜形成 裝置的略圖。真空箱1 ，是由下方的薄膜形成箱2，和上方 的離子來源3所組成。薄膜形成箱2的底部連接到一真空 器，作持續抽真空。 受質支架4，是在薄膜形成箱2的下方，來水平地支樓受 質5的厚板或平板》

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在薄膜形成箱2中’來源氣體（反應氣體）的電漿（高頻電 漿）6 ’經由微波放電，被製造在受質5的薄膜形成表面 上方。 來自於離子來源3的離子光束8，由離子來源3被射出， 經由一射出電極7 ’到薄膜形成箱2下方，穿過電漿6， 垂直輻射到受質5的薄膜形成表面。 在此圖中’參考號碼9是指來源氣體的入口； 1 〇，是指 微波的入口；而11，是指場磁鐵組合配件。 經由離子光束8的垂直輻射，在電漿6中，像離子或自由 基的粒子’被激發到較高的能量。同時，受質5受到離子 光束8的輻射；因此，遷移效應和在受質5表面的反應，被 加速地形成單晶薄膜，像是受質5上的矽酮之一。 在圖6所示的傳統的裝置中’離子光束8被垂直輻射到受 質5的表面上’即薄膜沉積的方向。因此，特別是在高伏 特時’由離子來源3射出的離子光束8的這個的例子，離子 光束8，依照它的形式，以這樣大的能量來衝擊受質5。所 =γ受質5可能會受到離子光束8的輻射所損壞，為此，使 得形成一個令人滿意的薄膜變為不可能。 發明之概诫 本發明的目的，是提供一個薄膜形成裝置，可以避免由 離子光束的輻射造成受質的損壞’因此確保在受質的薄膜 形成表面上，形成—個令人滿意的薄膜。 ^發明的另一個目的’是擴大以離子光束來輻射電漿的 產旎，提供了另一個優點，像是改善薄膜的結晶度。

第6頁 五、發明說明（3) 臈形成裝置，包括有··一個真空箱作為 相置有一受質’薄膜被形成在受質上；電 直*狄，，疋指分解被導入該真空箱的來源氣體，在該 電；相雜：Γ ϋ薄膜形成表面之附近’製造該來源氣體的 -，子製造裝置，是指在該真空箱周圍’製造離子光 i電；實質上平行地被射到受質的薄膜形成表®，來輻射 :子光束直接平行地被射到受質的薄膜形成表面，經由 不衝擊它。所以’並不損壞受，，因此確保在 :^薄膜形成表面上’形成一個令人滿意的薄膜，即使 疋在1¾伏特下射出的。 r 成裝置中，所謂離子的製造’是指在該真空 相周圍複數的位置，包含了複數的離子來源， :表面附近的電聚’受到來自複數 方向的 離子光束的輻射。 離子光束輻射受質上的電漿，由複數放射 m受質1。於是，衝擊受質的表面到最接 ΐ:你ί大ΐ輻射受質上的電毁’使得電襞中的粒子被充 提供另一個優點’像是薄膜沉積的結晶度的 =荽ΐΐ薄膜形成裝置中’所謂離子的製造，是指環 3箱的一個離子來源’使得在受質的薄膜形 成表面附近的電漿，受到來自所有放射狀方向的束 的輻射。 ΙΗ

im 第7頁 409292 五、發明說明（4) 離子光束輻射受質上的電漿，由所有放射狀方向，直接 平行導到受質上；也是衝擊受質的表面到最小的程度，但 是，相當廣大地輻射受質上的電漿，來提供額外的優點， 像是薄膜沉積的結晶度的更大改良。 圖式之簡單說明 在下列的圖式中： 圖1 ，是本發明的第一個具體例的薄膜形成裝置的直立 剖面圖； 圖2，是本發明的第二個具體例的薄膜形成裝置的直立 剖面圖； 圖3，是本發明的第三個具體例的薄膜形成裝置的直立 剖面圖； 圖4A，是本發明的第四個具體例的薄膜形成裝置的水平 剖面圖； 圖4B，是圖4A中相同裝置的直立剖面圖； 圖5A，是本發明的第五個具體例的薄膜形成裝置的水平 剖面圖； 圖5B，是圖5A中相同裝置的直立剖面圖； 圖6，是習知薄膜形成裝置的略圖。 發明之較佳具體例 本發明的較佳具體例將參考圖1到圖5來描述。 第一個具體例 本發明的第一個具體例特別參考圖1來描述。 如圖1所示，真空箱1 2，有一個薄膜形成箱1 3，相當於

409292 五 發明說明（5) Γ連的接4到膜Λ成箱1。薄膜形成箱13的左邊有氣體出口π， 真二來源1 5 ’來確保持續真空。 支板ΪΪ;膜形成箱13的下方’來水平地支樓 :亥：質支架16 ’包含—個内置加熱器18， 开1的J度(即30 0。。；而且建固於真空箱12的外部賺 於：組合配件19，是在薄膜形成箱13的上方，以至 ;匕勺上方末端穿透了真空箱12的頂 配單元(一…”◦，連i二 月匕源2丨’來供給高頻能量。 平巧電極纽合配件19，包含兩個平板電極，是互 離分隔㈣’是相當於受fl7的相反兩面之 氣體供給單元22，是在真空箱丨2的外部。來源氣 穿25孔’24是從真/箱12至薄膜形成箱13，經由-個導 e和穿孔24 ’而在下方的平板電極组合配件19上 。 來源氣體25 果是被用來形成矽的薄冑，則 巧氣（像是SiH4WiA)的單—氣體，就是㈣氣和像是 虱乱(¾)，氦氣（He)，或是氩氣（Ar)的鈍氣的混合氣 被導入薄膜形成箱13的來源氣體25，是被來自高頻來 1 二電之所引起的高頻放電所分解；於是，來源氣體25的 電名（巧頻電漿)26，則在受質17的薄膜形成表面之附近形 成 平板電極組合配件19，匹配單元2〇，高頻來源21，和氣 409292 五、發明說明（6) "~ 體供給單元22 ’是製造電激單元的基本組成。 光束入口 27，是在真空箱12的右方，事實上，是在受質 17和平板電極組合配件1 9中間的位置。離子來源29有一個 電毁is 3卜光束入’是經由射出電極28 ’冑接到離子 來源29的電漿箱30的開口。離子光束31，是以微波放電， ECR (電子迴旋加速器共振）放電，或是其它方式，在電漿 耘中製造電漿所形成的；被射出電極28，平行地（水平地） 射到受質1 7上。也就是說，離子光束3 j，才皮垂直地射到受 質17上薄膜沉積的方向。 將電漿製造氣體導入電漿箱3 〇，並不是絕對必須的；因 為來源氣體導入薄膜形成箱1 3時，也會擴散進入到電漿箱 3 0。然而，如果需要的話，電漿製造可以由離子來源導 入，氣體供給單元32，為一分開實體，以形成來源氣體。 由離子來源導入氣體供給單元32的氣體，被導入電漿箱 3 0，應該不會在薄膜形成上，造成任何不利的影響。到 此’所提到來源氣體的例子已相當足夠，像是含矽烷氣 (SiH4或Si2He)的單一氣體，以及矽烷氣和氫氣（H2)，氦氣 (He) ’或是氬氣（Ar)的混合氣體。像是氫氣（h2)，氦氣 (He) ’和氬氣（Ar)的鈍氣也可採用。 在圖1中的參考號碼33，代表支撐電極28的一個絕緣 體。 離子光束31，被平行地射到受質π上，並不衝擊受質17 的薄膜形成表面，但會輻射電漿26。因此，電漿26中將在 受質17上沉積的粒子，以離子光束31的碰撞來激發，被激

第10頁 409292 五、發明說明（7) 發的高能粒子被沉積在受質1 7上。 既然離子光束31對受質17的衝擊被避免了，在受質17表 面所發生的遷移效應被加強了，而且像是矽之—具有令人 滿意的結晶度的薄膜’可以在受質1 7上被形成，而沒有由 射出的離子光束3 1所引起損壞的麻煩。 使用如圖1的裝置’本發明人在一加熱至3〇〇 °c的石英受 質上’形成一厚3，0 0 0 A的矽薄膜，並以X射線繞射儀來檢 驗此薄膜的結晶度。結果發現結晶度的一個尖峰，證明有 令人滿意的結晶度的薄膜。 為了形成此薄膜’單一矽烷（Si H4)和氫氣（H2)的混合氣 體被用作為來源氣體，每一部份的流量是10ccm。氣體壓 力是lOmTorr ;高頻能量是100W ;離子光束31是以2kv的伏 特被射出。 在第一個具體例中’離子光束3 1 ,被平行地射到受質1 7 上。如果受夤17疋由一種材料所製，是會受到離子光束μ 的輻射造成相當小程度損壞時，另一種組合可被採用；像 是對在真空箱12周圍的離子來源29 ,提供較高於電漿26的 位置，使得由電漿箱3 0射出的離子光束3 1，是以一個角度 向下，確保受質1 7只被一部份的離子光束3丨所輻射。 在這^ 一種例子，其離子光束穿透的深度較小，相較於 圖6所示的習知裝置，其離子光束是垂直輻射在受質上。 被射出的離子光束對受質的損壞可有效地被避免。由於受 質受到部份離子光束的輻射，在受質表面的反應被加速 了 ’遷移效應更快速了 ’來提供可以形成更另人滿意薄膜

第11頁 409292 五、發明說明（8) 的優點。 ’是傾斜的話；則決定 暴露’是以45 °到90。 質17上’薄膜沉積的方 I 的電漿箱30，至少被— 的離子光束31具有一定 ’應該被提到的是，這 輻射的最基本要素。 光束31的能量，是由離 的電槳電位能之電位差 如果離子光束31，相對於受質17 其角度時’應考慮對受質17所作的 (水平的）的範圍為佳’且是以在受 向（垂直的）被作為〇度時所計算的（ 在第一個具體例中，離子來源2 9 個射出電極28所分隔，可以使射出 的旎量，允許輻射量的控制。然而 射出電極28並不是完成離子光束31 若射出電極28未被提供，則離子 子來源2 9的電漿電位能和受質表面 來決定的。 第二個具體例 本發明的第二個具體例將參考圖2來描述，其中顯示使 用感應偶線圈電極組合配件，取代了如圖1所示的平板電 極組合配件1 9，來製造電漿的例子。參考號碼34，代表— 個感應線圈，是在真空箱1 2頂端的外部，它連接到高頻1 源21 ’來形成一個感應偶線圈電極組合配件。 月 在這第二個具體例中’真空箱1 2是由絕緣體所製。 咼頻能宜用來供應感應線圈34，使得在受質17的薄膜形 成表面附近形成電漿26 ’再以離子光束31輻射，則製造了' 像第一個具體例的相同效果。 第1個具體例 我們繼續參考圖3來描述本發明的第三個具體例，其中

第12頁 409292 五、發明說明（9) 顯示以微波放電形成電漿26的例子。 在圓3的參考號碼35，是指在真空箱12上方的一個ECR 箱；36 ’是ECR箱35周圍的一個場磁鐵組合配件；37，是 ECR箱35之微波導入口。 若微波38經由入口 37，被導入ECR箱35後，產生放電來 製造電漿26，再以離子光束31輻射，來製造同第一個和第 二個具體例相同的效果。 第四個具體例 本發明的第四個具體例將參考圖4來描述。 圖4A ’是此裝置的水平剖面；圖4B，是此裝置的直立剖 面。長方柱體的真空箱12，由四個離子來源29a，29b， 2 9c和29d所圍繞，和圖1的離子來源29，具有相同的形 態。一個抽真空的單元15，是在真空箱12的下方。 四個離子來源29a到29d，事實上圍繞著電漿26。由這些 離子來源的離子光束31輻射，平行地被射至受質17上。因 此’電漿26被大量的離子光束31，有效率地輻射。於是， 就可能得到在受質1 7上形成更佳結晶度的理想薄膜。 如果需要的話’離子來源可以只在真空箱1 2的兩個相對 方向上提供β 若真空箱12並不是長方柱體的，而假設是其他形狀，像 是圓柱體的，複數的離子來源可以存於真空箱中，即使在 這個例子，也可以得到相同的效果。 個別的離子來源，可以由這樣的方式來提供，像製造離 子光束，直接以一個角度向下射入。在這另一種例子中，

第13頁 400292 五、發明說明（ίο) 受質疋受部份的離子光束輪射’使得形成一個更令人滿意 的薄膜》 ' 第五個具體例 本發明的第五個具體例將參考圖5來描述。 圖5A ’是此裝置的水平剖面；圖5B，是此裝置的直立剖 面。圖5所示的裝置，有一個圓柱體的真空箱12，它是由 一個環形電漿箱30’所完全圍繞；其中，是由複數的離子 來源導入的離子來源氣體所供給，氣體供給單元3 2，。 在這第五個具體例中，電漿26，是由來自所有方向的離 子光束31’ ，平行輻射至受質17上。因此，以離子光束 3 1 ’，更有效率地’更廣大地輻射電漿2 6，而達到能夠形 成很好品質的薄膜。 在第一個至第四個具體例中，離子來源29，，是在電裝 26的較高位置上’使得離子光束31’是以一個角度向下\ 本發明提供了下面的優點6 離子光束31，不論是由平行或與受質17的薄膜形成表面 成一個角度，被直接射入到受質1 7上，但都不是垂直地射 入。因此，受質1 7沒有受到離子光束3 1的轄射所損壞；即 使離子光束31在高伏特下被射出，還是可以在薄膜形成表 面上，沉積一個更令人滿意的薄膜。 在受質17上方形成的電漿26，是受到來自複數放射狀方 向的離子光束31的輻射，是由平行或與受質17成一個角度 被射入；確保了當受質17上方的電漿26，受到大量的離子 光束31所輕射時’離子光束31對受質17表面的衝擊，被降

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到最低的限度。因此，以離子光束31來輻射電漿的期間， 充伤地加強提供另一個優點，像是在被沉積薄膜的結晶度 的進一步改良。 如申請專利範圍第3項所示，在受質1 7上方形成的電漿 26 ’是受到來自所有方向的離子光束31的輻射，是由平行 或與受質17成一個角度被射 漿26，受到非常大量的離子 受質1 7表面的衝擊，被降到 優點，像是在不同的性質上 成薄臈的結晶度。 入；確保了當受質17上方的電 光束所輻射時’離子光束31對 最低的限度。這提供了另一個 ，更加顯著的改良，就像被形

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Claims (1)

1. 409292 六、申請專利範圍 1. 一種薄膜形成裝置，包括有·· 被形上作為薄膜形成箱’其中置有〆受質，薄膜 該的：分解被導入該真空箱的來源氣體’在 的電漿； 的4膜形成表面之附近，製造該來源氣體 質：ΐϊίϊϊ到：3空箱周圍，製造離子光束，實 2. -種薄膜形的缚膜形成表面，來輻射該電衆。 哥膦沁成裝置，包括有： ^ 4固直 ΐΛ* 被形成在。上薄膜形成箱’其中置有-受質’薄膜 電漿製造裝置，w八^ 該直空箱中成租+刀解被導入該真空箱的來源氣體，在 的^漿；又的薄膜形成表面之附近，製造該來源氣體 質= ’以在該真空箱周圍，製造離子光束，實 來輻射該電i ;、受質的薄膜形成表面成一個角度被射入， 其中該離子製造裝置，在該直办 含了複數的離子來源，丄受；==置= 的電衆，受到來自複數方向的離子。表面之附近 3. 一種薄骐形成裝置’包括有： -個真空肖，作為薄膜形成箱，其中置有一 被形成在受質上； 秀受％ 4膜 電號製造I置，以分解被導人該真空箱的來源氣體，在

   第16頁 409293 六、申請專利範圍 該真空箱中受質的薄膜形成表面之附近，製造該來源氣體 的電漿； 離子製造裝置，以在該真空箱周圍，製造離子光束，實 質上平行地或與受質的薄膜形成表面成一個角度被射入， 來輻射該電漿； 其中該離子製造裝置，是環狀圍繞著該真空箱的一個離 子來源，使得在受質的薄膜形成表面之附近的電漿，受到 來自所有放射狀方向的離子光束的輻射。

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