(57)【要約】【課題】基板にシリコン薄膜を形成する際、従来のプラズマ処理装置に比べて純度の高いシリコン薄膜を形成することのできる薄膜形成装置を提供する。【解決手段】薄膜形成装置は、減圧状態の成膜空間を形成する成膜容器と、前記成膜空間に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、前記原料ガスが供給された前記成膜空間で、電磁波を用いてプラズマを生成させるプラズマ生成素子と、を有する。前記プラズマ生成素子は、前記成膜空間と隔壁で隔てられた空間に設けられ、前記隔壁の前記成膜空間に接する表面には、シリコンを主成分とする隔壁基材が設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にシリコン薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
減圧状態の成膜空間を形成する成膜容器と、
前記成膜空間に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記原料ガスが供給された前記成膜空間でプラズマを生成させるプラズマ生成素子と、を有し、
前記プラズマ生成素子は、前記成膜空間と隔壁で隔てられた空間に設けられ、
前記隔壁の前記成膜空間に接する表面には、シリコンを主成分とする隔壁基材が設けられている、ことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
前記隔壁基材は、原子パーセントで９９．９９％以上のシリコンの純度を有する、請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記隔壁基材の比抵抗が１００（Ω・ｃｍ）以上である、請求項１または２に記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記原料ガスは、シランガスと水素ガスを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板にシリコン薄膜を形成する薄膜形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、半導体装置、太陽電池あるいはフラットパネルディスプレイ等、各種基板の製作には、ＣＶＤやエッチングやスパッタリング等、プラズマを用いた成膜処理やエッチング処理を利用して精度の高い加工処理を行なっている。
例えば、基板に微結晶シリコン膜を形成する場合、高周波電力をコイルアンテナに給電して電磁波を放射させることにより、加工処理室（チャンバ）内にプラズマを誘導するプラズマ誘導型処理装置が用いられる。
【０００３】
一方、半導体装置においてプラズマを用いて処理（プラズマ処理）されるシリコンウエハやフラットパネルディスプレイに用いるガラス基板等は大型化の一途をたどっているとともに、基板に微結晶シリコン膜を形成する場合、純度の高いシリコン薄膜を形成することが求められている。
【０００４】
このようなプラズマ処理装置として、収納容器に石英板が設けられ、この石英板が成膜空間とアンテナを配置する空間とを区分けする隔壁として用いられるプラズマ処理装置が知られている（特許文献１）。
また、シランガスと水素を用いてプラズマを生成し、多結晶シリコン薄膜を形成する際、プラズマ処理装置の上記隔壁に酸化アルミニウムを用いることも知られている（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２８５５６４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】“Suppression of Oxygen Impurity Incorporation into Silicon Films Prepared from Surface-Wave Excited H2/SiH4Plasma”, Satoru Somiya et al., JJAP Vol.43,  No.11A, 2004, pp7696-7700
【０００７】
図３には、従来のプラズマ処理装置１００の概略構成が示されている。プラズマ処理装置１００は、成膜容器１０２と、原料ガス供給部１０４と、排気部１０６と、基板ステージ１０８と、プラズマ生成素子１１０と、高周波電源１１２と、を主に有する。
【０００８】
成膜容器１０２内は、石英板１１４により、成膜空間１１６と上部空間１１８とに区分けされている。上部空間１１８には、プラズマ生成素子１１０が設けられる。プラズマ生成素子１１０は、高周波電流の給電によって電磁波を発生し、この電磁波が成膜空間１１６に伝播するように誘電体である石英ガラス板１１４が用いられる。
しかし、プラズマ処理装置１００において、基板１２０に微結晶シリコン薄膜を形成するとき、薄膜にシリコン以外の余分な成分が含まれ易く、純度の高いシリコン薄膜が形成されない場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、基板にシリコン薄膜を形成する際、従来のプラズマ処理装置に比べて純度の高いシリコン薄膜を形成することのできる薄膜形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、基板にシリコン薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
減圧状態の成膜空間を形成する成膜容器と、
前記成膜空間に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記原料ガスが供給された前記成膜空間で、電磁波を用いてプラズマを生成させるプラズマ生成素子と、を有する。
前記プラズマ生成素子は、前記成膜空間と隔壁で隔てられた空間に設けられ、
前記隔壁の前記成膜空間に接する表面には、シリコンを主成分とする隔壁基材が設けられている。
【００１１】
前記隔壁基材は、原子パーセントで９９．９９％以上のシリコンの純度を有する、ことが好ましい。
【００１２】
前記隔壁基材の比抵抗が１００（Ω・ｃｍ）以上である、ことが好ましい。
【００１３】
前記原料ガスは、例えば、シランガスと水素ガスを含む。
【発明の効果】
【００１４】
上述の薄膜形成装置によれば、従来のプラズマ処理装置に比べて純度の高いシリコン薄膜を形成することができる。具体的には、隔壁の成膜空間に接する表面には、シリコンを主成分とする隔壁基材が設けられるので、このシリコンがプラズマによりスパッタされても、形成されるシリコン薄膜と同じ成分を有するので、薄膜の純度には影響を与えない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の薄膜形成装置の一実施例である装置の構成を説明する図である。
【図２】図１に示す装置に用いられるプラズマ生成素子を説明する図である。
【図３】従来の薄膜形成装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の薄膜形成装置について詳細に説明する。
図１は、本実施形態の薄膜形成装置の概略の構成を示す図である。
図１に示す薄膜形成装置１０は、基板１１に微結晶シリコン薄膜形成するために、シランガスおよび水素ガスを同時に成膜空間に流し、シリコン薄膜を形成する。
【００１７】
薄膜形成装置１０は、成膜容器１２と、原料ガス供給部１４と、排気部１６と、基板ステージ１８と、リフトピン２０と、昇降機構２２と、プラズマ生成素子２４と、高周波電源２６と、マッチングボックス２８と、を主に有する。
【００１８】
成膜容器１２内の成膜空間３０には、基板ステージ１８と、加熱ヒータ３２と、が設けられている。基板ステージ１８は、成膜空間３０の下方に設けられ、加熱ヒータ３２は、基板ステージ１８の下方の部分に設けられている。
基板１１は、基板ステージ１８を貫通して成膜容器１２の外側から立設するリフトピン２０にて支持される。また、成膜中の基板１１は基板ステージ１８に載置される。リフトピン２０は、基板１１の交換のために昇降機構２２によって上下方向に昇降可能になっている。
薄膜形成装置１０は、加熱ヒータ３２により基板１１を３００℃程度に加熱した状態で、プラズマを用いて薄膜を形成する、誘導結合型プラズマ処理装置である。
【００１９】
成膜容器１２の図中左側の側壁には、原料ガスを成膜空間３０内に供給する原料ガス供給部１４が設けられている。
原料ガス供給部１４は、シランガスを供給する。この他に、図示されない水素ガス源をガス源として有する。シランガス源から延びる原料ガス供給管１４ａが設けられ、途中、制御バルブ１４ｂを通して、成膜空間３０と接続されている。この他に、図示されない水素ガス源から延びる、図示されない原料ガ゛ス供給管が設けられ、途中、図示されない制御バルブを通して、成膜空間３０と接続されている。
成膜容器１２の右側側壁には、原料ガスを成膜空間３０内から排気する排気部１６が設けられている。排気部１６には、トライポンプ等が設けられ、排気管１６ａを通して、成膜で不要になった原料ガスを排気する。
【００２０】
成膜容器１２の成膜空間３０の上に設けられた上部空間３４には、電磁波を用いてプラズマを生成させるプラズマ生成素子２４が設けられている。プラズマ生成素子２４は、図２に示すように、渦巻き状を成した導体からなるアンテナであり、大電流が流すことができるように、幅のある導体で構成されている。アンテナの渦巻き面は、基板ステージ１８の基板１１の載置面に平行となるように設置されている。プラズマ生成素子２４は、渦巻き状を成したアンテナのほかに、板状部材を成した電極を用いてもよく、複数のモノポールアンテナを配置したものであってもよい。
プラズマ生成素子２４の両端は、成膜容器１２の外部に延びる伝送線と接続されている。この伝送線の一方は、マッチングボックス２８と接続され、他方は高周波電源２６に接続されている。
【００２１】
マッチングボックス２８は、プラズマ生成素子２４のインピーダンスに整合するようにキャパシタンスおよびインダクタンスを調整する。高周波電源２６は、所定の高周波電流をプラズマ生成素子２４に供給する。
【００２２】
プラズマ生成素子２４が設けられる上部空間３４と基板ステージ１８が設けられる成膜空間３０とは、成膜容器１２内に設けられる隔壁３６により区切られている。隔壁３６は、成膜容器１２の壁面から内側に突出した突出枠に嵌められた石英板３８と、石英板３８の成膜空間３０の側に設けられたシリコン基材４０と、を含む。すなわち、隔壁３６の成膜空間３０に接する表面には、シリコンを主成分とする基材が設けられている。シリコンを主成分とするとは、金属成分がシリコン以外になく、それ以外の成分も少なくシリコンが原子パーセントで９９％以上であるものをいう。残余成分として、酸素が含まれていることは、純度の高いシリコン薄膜を形成する点好ましくない。シリコン基材４０は、例えば原子パーセントで９９．９９％以上の純度を持つことが、純度の高いシリコン薄膜を形成する点で好ましい。
【００２３】
このようにシリコンの純度を定めるのは、後述するように、基板１１に形成される微結晶シリコン薄膜中に不純物成分、例えば酸素の成分が含まれないようにするためである。すなわち、成膜容器１２内での成膜中のプラズマが隔壁３６をスパッタして、形成しようとする薄膜に堆積しても、この薄膜にとって不純物でないようにするためである。このため、隔壁３６に用いるシリコン基材４０は、純度の高いものが用いられる。
シリコン基材４０は、単結晶シリコンでも、多結晶シリコンでもよい。シリコン基材４０に焼結体を用いることもできる。
実際、成膜空間３０内で生成されるプラズマにより、成膜空間３０のうちシリコン基材４０近傍が最もプラズマ密度が高く、シリコン基材４０はスパッタされ易い。
【００２４】
図３に示す従来の装置では、成膜空間と上部空間との隔壁に石英板１１４あるいは酸化アルミニウムの板が用いられる。しかし、石英板１１４等は、酸素を含むため、成膜空間で生成されるプラズマによりスパッタリングされて基板に形成される薄膜に酸素成分が含まれる。このような薄膜では、半導体装置の要求性能を実現しない。
したがって、本実施形態のように隔壁３６がスパッタリングされても、スパッタされるのはシリコン基材であるため、形成される薄膜にはシリコン以外の不純物成分が含まれ難い。
【００２５】
また、隔壁３６は、成膜空間３０でプラズマを生成するために、電磁波を透過させる必要がある。このためシリコン基材４０は伝導率は小さいことが好ましい。好適には、比抵抗が１００（Ω・ｃｍ）以上である。この範囲にあれば、電磁波を透過させることができ、効率よく電磁波からプラズマを生成することができる。
【００２６】
このような薄膜形成装置１０では、以下の薄膜形成が行われる。
原料ガス供給部１４は、原料ガス供給管１４ａおよび図示されない原料ガス供給管を通して、シランガスおよび水素ガスを成膜空間３０に供給する。成膜空間３０内は、排気部１６の排気によって、所定の真空度、例えば５〜１００（Ｐａ）程度の減圧状態に維持されている。
この状態で、高周波電源２６から高周波がマッチングボックス２８を介してプラズマ生成素子２４に給電される。これにより、プラズマ生成素子２４は、電磁波を成膜空間３０に照射する。
【００２７】
成膜空間３０では、電磁波により、シランガスおよび水素ガスの一部から電子が分離し、電荷を帯びてプラズマが生成される。このプラズマを用いてＳｉ、ＳｉＨ、ＳｉＨ2、水素等のラジカルが生成され、基板１１にシリコンが堆積して基板１１上に薄膜が形成される。
このとき、生成したプラズマは隔壁３６の表面をスパッタする。このスパッタにより、隔壁表面の成分がラジカル化し、基板１１上に堆積する。
【００２８】
しかし、隔壁３６の表面は、純度の高いシリコン基材４０が用いられるので、半導体装置の性能に影響を与える酸素等の不純物成分を殆ど含まない。しかも、基板１１にはシリコン薄膜を形成するので、隔壁３６がスパッタされて基板１１に堆積したシリコンもシランガスを用いて堆積されるシリコンと差異はない。したがって、基板１１に形成される薄膜は、酸素等の不純物成分を含まない。
薄膜形成装置１０の成膜空間３０と上部空間３４との間には、石英板３８が設けられているが、石英板３８が用いられず、直接シリコン基材が隔壁として設けられてもよい。
【００２９】
本実施形態の薄膜形成装置１０は、渦巻き形状のアンテナをプラズマ生成素子として用いる誘導結合型プラズマ処理装置である。しかし、成膜容器の対向する壁面から互い違いに棒状に突出させて、大面積の均一なプラズマを生成する複数のモノポールアンテナをプラズマ生成素子として用いた誘導結合型プラズマ処理装置であってもよい。このようなプラズマＡＬＤ装置は、例えば、ＷＯ２００７／１１４１５５に詳細に記載されている。
また、薄膜形成装置１０に用いるプラズマ生成素子として、渦巻き形状、モノポール形状のアンテナのほかに、螺旋形状（ヘリカル形状）のアンテナを用いることもできる。
【００３０】
以上、本発明の薄膜形成装置について詳細に説明したが、本発明の薄膜形成装置は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００３１】
１０  薄膜形成装置
１２，１０２  成膜容器
１４，１０４  原料ガス供給部
１６，１０６  排気部
１８，１０８  基板ステージ
２０  リフトピン
２２  昇降機構
２４，１１０  プラズマ生成素子
２６，１１２  高周波電源
２８  マッチングボックス
３０，１１６  成膜空間
３２  加熱ヒータ
３４，１１８  上部空間
３６  隔壁
３８，１１４  石英板
４０  シリコン基材
１００  プラズマ処理装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
2011187802.tif 000005