專利名稱：硅薄膜形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于等離子體CVD法的硅薄膜的形成方法。
背景技術(shù)：
以往，作為設(shè)置于液晶顯示裝置中的像素上的TFT(薄膜晶體管)開關(guān)的 材料，或在各種集成電路、太陽能電池等的制作中，采用硅薄膜。
硅薄膜大多通過使用硅烷類反應(yīng)氣體的等離子體CVD法來形成，此時，
該膜基本為非晶硅薄膜。
非晶硅薄膜能夠在使被成膜基板的溫度較低的條件下形成，能夠基于 由使用平行平板型電極的高頻放電(頻率13.56MHz)產(chǎn)生的材料氣體的等 離子體而容易地大面積形成。因此，非晶硅薄膜一直以來被廣泛地用于液 晶顯示裝置的像素用開關(guān)器件、太陽能電池等。
但是，對于非晶硅薄膜，無法要求使用硅膜的太陽能電池的發(fā)電效率 的進(jìn)一步提高、以及使用硅膜的半導(dǎo)體器件的響應(yīng)速度等特性的進(jìn)一步提 高。因此，正在探討結(jié)晶硅薄膜(例如多晶硅薄膜)的使用(例如參照日本專 利特開2001 — 313257號公報)。
作為多晶硅薄膜這樣的結(jié)晶硅薄膜的形成方法，己知如下方法將被 成膜基板的溫度維持在60(TC 70(rC以上的溫度，利用低壓等離子體CVD、 熱CVD等CVD法或真空蒸鍍法、濺射蒸鍍法等PVD法形成膜(例如參照日本專 利特開平5 — 234919號公報、日本專利特開平ll一54432號公報)，以及如下 方法利用各種CVD法或PVD法在較低的溫度下形成非晶硅薄膜后，作為后 處理，實施800'C左右以上的熱處理或在60(rC左右實施長時間的熱處理(例 如參照日本專利特開平5 — 218368號公報)。
還已知對非晶硅膜實施激光退火處理以使該膜結(jié)晶化的方法(例如參 照曰本專利特開平8—124852號公報、日本專利特開2005—197656號公報、日本專利特開2004 —253646號公報)。
除以上方法外，還提出了利用催化CVD法在較低的溫度下形成多晶硅薄 膜的方法(Jpn. J.Appl. Phys. Vol. 37(1998)卯.3175-3187 Part 1， No. 6A, June 1998)。
專利文獻(xiàn)l:日本專利特開2001 — 313257號公報
專利文獻(xiàn)2:日本專利特開平5 —234919號公報
專利文獻(xiàn)3:日本專利特開平11一54432號公報
專利文獻(xiàn)4:日本專利特開平5 — 218368號公報
專利文獻(xiàn)5:日本專利特開平8—124852號公報
專利文獻(xiàn)6:日本專利特開2005—197656號公報
專利文獻(xiàn)7:日本專利特開2004 — 253646號公報
非專利文獻(xiàn)l: Jpn.J.Appl.Phys. Vol. 37 (1998) pp. 3175-3187 Part 1， No. 6A, June 1998
發(fā)明的揭示
然而，結(jié)晶硅薄膜的形成中，在將基板暴露于高溫的方法中，必須采 用能耐高溫的高價的基板作為基板，例如在廉價的低熔點玻璃基板(耐熱溫 度50(TC以下)上形成結(jié)晶硅薄膜是很困難的，因此存在多晶硅薄膜這樣的 結(jié)晶硅薄膜的制造成本高的問題。
采用激光退火法時，雖然能在低溫下獲得結(jié)晶硅薄膜，但由于需要激 光照射工序、或必須照射能量密度非常高的激光等原因，此時的結(jié)晶硅薄 膜的制造成本也很高。
如果采用催化CVD法，則能在較低的溫度下形成多晶硅薄膜。另夕卜，采 用CVD法等在被成膜基板上形成膜時，最好是在下一塊基板上形成膜之前、 或者是定期地用清洗用氣體等離子體對有時也會形成于成膜室壁上的膜進(jìn) 行簡單的蝕刻清洗，從而在被成膜基板上形成可對成膜室壁上的膜的影響 加以抑制的優(yōu)質(zhì)的膜。因此，在采用催化CVD法的多晶硅薄膜的形成中，最 好也是通過基于等離子體蝕刻的清洗(作為代表性的例子，有使用NF3氣體等 離子體的蝕刻清洗)來簡單地除去成膜室壁上的膜。但是，采用催化CVD法的多晶硅薄膜的形成中，對成膜室壁上的膜進(jìn)行 等離子體清洗的操作由于會導(dǎo)致因該清洗用氣體等離子體引起的催化劑的 損傷，因此難易實現(xiàn)。因此，催化CVD裝置的維護(hù)費用相應(yīng)地提高，進(jìn)而導(dǎo) 致多晶硅薄膜的制造成本提高。
此外，如果為了用于例如薄膜晶體管的制造而利用該催化CVD法在柵極 絕緣膜上形成多晶硅膜作為半導(dǎo)體層，則在柵極絕緣膜和多晶硅膜的界面 上會產(chǎn)生硅的懸空鍵(dangling bond)之類的大量缺陷，因該缺陷導(dǎo)致泄漏 電流增大。
于是，本發(fā)明的第一課題是提供能夠在較低的溫度下廉價且以良好的 生產(chǎn)性形成結(jié)晶硅薄膜的基于等離子體CVD法的硅薄膜的形成方法。
此外，本發(fā)明的第二課題是提供能解決上述第一課題、并且能獲得泄 漏電流被抑制得較低的薄膜晶體管用基板的硅薄膜的形成方法。
為解決所述第一課題，本發(fā)明提供如下第一硅薄膜形成方法。
(1) 第一硅薄膜形成方法
一種硅薄膜形成方法，該方法是在配置于成膜室內(nèi)的基板上利用等離 子體CVD法形成結(jié)晶硅薄膜的方法，該方法的特征在于，包括
氫結(jié)合工序，該氫結(jié)合工序中，在該基板上形成結(jié)晶硅薄膜之前在該 成膜室內(nèi)形成含氫的氫結(jié)合處理用氣體的等離子體，將該基板的膜形成對 象面暴露于該等離子體，使氫與該基板面結(jié)合；以及
硅薄膜形成工序，該硅薄膜形成工序中，在該氫結(jié)合工序后在所述成 膜室內(nèi)形成含硅烷類氣體的結(jié)晶硅薄膜形成用氣體的等離子體，基于該等 離子體在經(jīng)所述氫結(jié)合處理后的基板面形成結(jié)晶硅薄膜。
為解決所述第二課題，本發(fā)明提供如下第二硅薄膜形成方法。
(2) 第二硅薄膜形成方法
一種硅薄膜形成方法，其中，在所述第一硅薄膜形成方法中，采用如
下基板作為所述基板該基板中，所述膜形成對象面是形成于基板主體上 的薄膜晶體管用柵極絕緣膜的表面。
根據(jù)本發(fā)明的第一、第二硅薄膜形成方法，在基板上形成結(jié)晶硅薄膜 之前實施使氫與該基板的膜形成對象面結(jié)合的氫結(jié)合工序，使該基板面存在有氫，因此在之后的硅薄膜形成工序中，可在抑制結(jié)晶硅薄膜和基板的 界面上的非晶(amorphous)硅的生成的同時，容易地形成結(jié)晶硅薄膜。
本發(fā)明的第一、第二硅薄膜形成方法是基于等離子體CVD法的硅薄膜的 形成方法，能在較低的溫度下形成膜，由于能在較低的溫度下形成膜，因 此在較廉價的基板、例如低熔點玻璃基板(耐熱溫度50(TC以下)上也能形成 結(jié)晶硅薄膜，相應(yīng)地能廉價地形成結(jié)晶硅薄膜。
此外，由于不需要使用高價的激光照射裝置的激光照射以及催化劑及 其加熱單元等，因此從這一點來看也能廉價地形成結(jié)晶硅薄膜。要而言之， 可以通過例如使用NF3氣體等離子體的蝕刻清洗來簡單地除去形成于成膜室 壁上的膜，因此能相應(yīng)地降低膜形成裝置的維護(hù)費用，形成廉價且優(yōu)質(zhì)的 結(jié)晶硅薄膜。
藉此，若利用本發(fā)明的第一、第二硅薄膜形成方法，則能在較低的溫 度下廉價且以良好的生產(chǎn)性形成結(jié)晶硅薄膜。
根據(jù)本發(fā)明的第二硅薄膜形成方法，采用所述膜形成對象面是形成于 基板主體上的薄膜晶體管用柵極絕緣膜的表面的基板作為所述基板，在形 成結(jié)晶硅薄膜之前實施使氫與該柵極絕緣膜面結(jié)合的氫結(jié)合工序，使該表 面存在有氫，因此在之后的硅薄膜形成工序中，可在抑制結(jié)晶硅薄膜和基 板的界面上的硅的懸空鍵之類的缺陷、且抑制非晶硅的生成的狀態(tài)下容易 地形成結(jié)晶硅薄膜，可獲得適合于得到電子遷移率相應(yīng)地提高、泄漏電流 被抑制得較低的薄膜晶體管的薄膜晶體管用基板。
第二硅薄膜形成方法中，實施氫結(jié)合工序，使該基板面存在有氫，因 此在之后的硅薄膜形成工序中，在結(jié)晶硅薄膜和基板的界面上的非晶硅的 生成被抑制的狀態(tài)下形成結(jié)晶硅薄膜，但是，也可采用含氮柵極絕緣膜作 為所述柵極絕緣膜，藉此，在將最終得到的形成有結(jié)晶硅薄膜的基板用于 薄膜晶體管的制造時，可在允許生成能提高該晶體管的截止電流相關(guān)特性 的合適的非晶硅的同時形成結(jié)晶硅薄膜。
作為所述薄膜晶體管用柵極絕緣膜，可列舉二氧化硅(Si02)膜、含氮 柵極絕緣膜等。
作為含氮柵極絕緣膜，可列舉SiON膜、SiNx膜。無論如何，第二結(jié)晶硅薄膜的形成方法中，氫結(jié)合工序中的氫結(jié)合處
理的時間最好是在60秒以內(nèi)。如果超過60秒，則基板面上的氫結(jié)合量增多， 非晶硅層過薄或無法形成，難以實現(xiàn)晶體管的截止電流相關(guān)特性的提高。 氫結(jié)合處理時間如果過短，則氫結(jié)合處理不充分，非晶硅層過厚，晶體管 的電子遷移率下降。關(guān)于氫結(jié)合處理時間的下限，雖然也取決于所使用的 氣體等條件，但大致設(shè)為30秒左右以上即可。
作為用于提高晶體管的截止電流相關(guān)特性的非晶硅層的厚度，可列舉 lnm 10nm， 優(yōu)選lnm 5nm。
關(guān)于本發(fā)明的第一、第二結(jié)晶硅薄膜的形成方法，均可進(jìn)行以下描述。 首先，作為所述結(jié)晶硅薄膜，可列舉多晶硅薄膜作為代表性的例子。
作為所述氫結(jié)合工序中使用的氫結(jié)合處理用氣體，可列舉氫氣、氫氣 和惰性氣體(氬氣等)的混合氣體、氫氣和硅烷類氣體(例如甲硅烷(SiHj氣 體)和惰性氣體的混合氣體等。
作為氫結(jié)合處理用氣體，除氫氣外，在采用含有SiH4氣體等硅烷類氣 體的氣體時，可以將該硅垸類氣體在氫結(jié)合處理用氣體中所占的量設(shè)定為 能夠在之后的硅薄膜形成工序中形成用于結(jié)晶硅成長的核的程度的量。但 是，無論如何，在采用含硅烷類氣體的氣體時，將硅烷類氣體的量設(shè)定為 不會在基板上形成硅膜的程度的量。
可以在氫結(jié)合工序后對成膜室內(nèi)進(jìn)行暫時的排氣處理，然后開始進(jìn)行 硅薄膜形成工序，但也可以不進(jìn)行上述處理，而是在氫結(jié)合工序后向成膜 室內(nèi)導(dǎo)入含硅垸類氣體的結(jié)晶硅膜形成用氣體，然后實施硅薄膜形成工序。
作為硅薄膜形成工序中使用的含硅垸類氣體的結(jié)晶硅膜形成用氣體， 可列舉例如硅垸類氣體、硅烷類氣體和氫氣的混合氣體，但無論如何，都 將硅垸類氣體在結(jié)晶硅膜形成用氣體中所占的量設(shè)定為可形成結(jié)晶硅薄膜 的量。
還可對于在硅薄膜形成工序中使用的硅烷類氣體，采用甲硅垸(SiHj 氣體、乙硅烷(Si2H6)氣體等，以作為也可在氫結(jié)合工序中使用的硅垸類氣 體，作為代表性的例子，可列舉SiH4氣體。
所述氫結(jié)合工序最好是在等離子體電勢為30V以下的條件下實施。氫結(jié)合工序中的等離子體電勢與離子能量有關(guān)，如果超過30V，則由于離子沖擊， 硅的晶體成長變得困難。關(guān)于等離子體電勢的下限，從維持等離子體的角 度來看，大致可列舉10V左右以上。
所述氫結(jié)合工序最好是在將所述氫結(jié)合處理用氣體等離子體中的電子 密度設(shè)為lX10"個/cm3以上的條件下實施。
氫結(jié)合工序中的等離子體的電子密度與被成膜基板的膜形成對象面上 的氫結(jié)合量相關(guān)，如果電子密度小于lXl(y。個/cm3，則硅的晶體成長變得困 難。
關(guān)于該電子密度的上限，從抑制基板或所形成的膜的因離子而導(dǎo)致的 損傷的角度來看，此外也由于一般來說要進(jìn)一步提高電子密度其本身就很 困難，因此大致可列舉lX10'2個/cm3左右以下。
所述氫結(jié)合工序最好是在將所述氫結(jié)合處理用氣體等離子體的電子溫 度設(shè)為2. 5eV以下的條件下實施。
氫結(jié)合工序中的等離子體的電子溫度與等離子體中生成的氫離子數(shù)量 有關(guān)，電子溫度如果超過2.5eV，則氫離子量過剩，之后形成的硅膜和被成
膜基板的界面上的損傷增加，硅膜的結(jié)晶性變差。關(guān)于電子溫度的下限， 從維持等離子體的角度來看，大致可列舉leV左右以上。
氫結(jié)合工序中，
所述等離子體電勢例如可通過調(diào)整成膜內(nèi)氣體壓力來控制。所述等離 子體中的電子密度例如可通過調(diào)整為了生成等離子體而輸入的功率的大小 來控制。
所述等離子體的電子溫度例如可通過調(diào)整該壓力及功率的大小來控制。
這些可調(diào)整的要素中，成膜室內(nèi)的氣壓必須在能實施氫結(jié)合處理的范 圍內(nèi)，大致可列舉lmTorr 10mTorr(約0. 13Pa 1. 33Pa)左右。
如果超過10mTorr(1.33Pa)，則氫離子與包括氫離子在內(nèi)的等離子體中 的其它粒子碰撞，難以到達(dá)基板。如果低于lmTorr(約O. 13Pa)，則難以維 持等離子體。
所述硅薄膜形成工序中，將成膜室內(nèi)的氣壓設(shè)定在能形成結(jié)晶硅薄膜的范圍內(nèi)即可，大致可列舉O. 13Pa 6. 65Pa左右。
如果超過6. 65Pa，則因等離子體密度的下降而導(dǎo)致硅的結(jié)晶性下降。 如果低于O. 13Pa，則難以維持等離子體。
硅薄膜形成工序中的成膜室內(nèi)的氣壓與所述氫結(jié)合工序中的成膜室內(nèi) 的氣壓為相同程度即可。
氫結(jié)合工序、硅薄膜形成工序中的氣體等離子體的形成可通過在成膜 室內(nèi)設(shè)置平行平板型電極并對該電極施加高頻功率、在成膜室內(nèi)部或外部 配置感應(yīng)耦合型天線并對該天線施加高頻功率等各種方法來形成，但從高 效地利用輸入功率、在面積較大的基板上也能形成膜的角度來看，所述氫 結(jié)合工序及所述硅薄膜形成工程中的等離子體也可以通過向設(shè)置于所述成 膜室內(nèi)的感應(yīng)耦合型天線施加高頻功率而形成。
如以上所說明的，若利用本發(fā)明，則可提供能夠在較低的溫度下廉價 且以良好的生產(chǎn)性形成結(jié)晶硅薄膜的基于等離子體CVD法的硅薄膜的形成方法。
此外，若利用本發(fā)明，則可提供具有上述優(yōu)點的硅薄膜的形成方法、 即能獲得泄漏電流被抑制得較低的薄膜晶體管用基板的硅薄膜的形成方 法。
附圖
的簡單說明
圖l是表示能用于形成多晶硅薄膜的薄膜形成裝置的一例的圖。 圖2是表示利用實施例1和比較實施例1形成的硅膜的激光拉曼分光分 析結(jié)果的圖。
圖3A是實施例2中得到的柵極絕緣膜上的非晶硅層及多晶硅膜的截面 的示意圖。
圖3B是實施例1中得到的柵極絕緣膜上的多晶硅膜的截面的示意圖。
標(biāo)號說明
1成膜室
11成膜室l的頂壁
111設(shè)置于頂壁ll的電絕緣性構(gòu)件2基板保持件
21 加熱器
3 感應(yīng)耦合型天線 31、 32 天線3的端部
4 高頻電源 41匹配箱 5排氣泵 51 導(dǎo)流閥
6氫氣供給部 7甲硅烷供給部 10等離子體診斷裝置 10a 朗繆爾探針 10b 等離子體診斷部 100 壓力計
實施發(fā)明的最佳方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行說明。
圖l表示本發(fā)明的能用于形成結(jié)晶硅薄膜(本例中為多晶硅薄膜)的薄 膜形成裝置的一例的簡要結(jié)構(gòu)。
圖l的薄膜形成裝置包括成膜室l，在成膜室l內(nèi)的下部設(shè)置有用于保持 被成膜基板S的保持件2。保持件2中內(nèi)置有能對由其保持的基板S加熱的加 熱器21。
在成膜室1內(nèi)上部的與保持件2相對的區(qū)域配置有感應(yīng)耦合型天線3。天 線3呈倒立門形狀，其兩端部31、 32將設(shè)置于成膜室1的頂壁11上的絕緣性
構(gòu)件lll貫穿并延伸至成膜室外。
伸出至成膜室外的天線端部31通過匹配箱41與輸出功率可變的高頻電 源4連接。另一個天線端部32接地。雖然不限定于此，但這里的電源4的高 頻功率頻率為13. 56MHz。
此外，成膜室1通過排氣量調(diào)整閥(本例中為導(dǎo)流閥)51與排氣泵5連接。另外，成膜室1通過氣體導(dǎo)入管61與氫氣供給部6連接，通過氣體導(dǎo)入管71 與甲硅烷(SiH,)氣體供給部7連接。氣體供給部6、 7分別包括用于對成膜室 內(nèi)的氣體導(dǎo)入量進(jìn)行調(diào)整的質(zhì)量流量控制器和氣體源等。 保持件2通過成膜室1成為接地電位。
此外，對于成膜室1設(shè)置有使用朗繆爾探針的等離子體診斷裝置10及壓 力計IOO。等離子體診斷裝置10包括插入成膜室l內(nèi)的朗繆爾探針10a，可基 于由該探針獲得的等離子體信息求出等離子體電勢、等離子體中的電子密 度、及等離子體的電子溫度。成膜室內(nèi)壓力可用壓力計100來測量。
若利用以上說明的薄膜形成裝置，則可通過例如以下所述的工序在基 板S上形成多晶硅薄膜。形成多晶硅薄膜時，實施與基板S的膜形成對象面 氫結(jié)合的氫結(jié)合工序，接著實施在經(jīng)氫結(jié)合處理后的基板面上形成多晶硅 薄膜的硅薄膜形成工序。以下，對這些工序進(jìn)行描述。
<氫結(jié)合工序>
使被成膜基板S保持在成膜室1內(nèi)的保持件2上，根據(jù)需要用加熱器21 對該基板加熱，使排氣泵5工作，進(jìn)行排氣，直至使成膜室內(nèi)壓力低于氫結(jié) 合處理時的壓力為止。接著，以預(yù)定的比例從氣體供給部6向成膜室1內(nèi)導(dǎo) 入氫氣，從氣體供給部7向成膜室l內(nèi)導(dǎo)入SiH4氣體，利用導(dǎo)流閥51將成膜室 內(nèi)壓力調(diào)整至氫結(jié)合處理時的壓力，并同時從輸出功率可變的高頻電源4通 過匹配箱41對天線3供給高頻功率。
由此，從該天線對成膜室內(nèi)的含氫氣的氫結(jié)合處理用氣體施加高頻功 率，藉此，該氣體受到高頻激勵而產(chǎn)生感應(yīng)耦合等離子體，通過該等離子 體的照射，氫與基板S的膜形成對象面結(jié)合。
該氫結(jié)合處理中，在如下條件下實施氫結(jié)合處理從15(TC 40(TC的 范圍內(nèi)選擇確定基板溫度，從lmTorr 10mTorr(約0. 13Pa 1. 33Pa)的范圍 內(nèi)選擇確定成膜室內(nèi)壓力，從1 500的范圍內(nèi)選擇確定導(dǎo)入成膜室1內(nèi)的氣 體的導(dǎo)入流量的比例(氫氣量[sccm]/SiH4氣體量[sccm])，從5mW/cm3 50mW/cm3的范圍內(nèi)選擇確定成膜室內(nèi)的高頻功率密度，而且，將氫結(jié)合處理 時的等離子體電勢維持在30V以下10V以上，將等離子體中的電子密度維持 在lX10'"個/cm3以上lXl(y2個/cm3以下的范圍內(nèi)，將等離子體的電子溫度維持在2.5eV以下leV以上，實施30秒以上、且上限例如為60秒以下的氫結(jié)合處理。
<硅薄膜形成工序>
如上所述結(jié)束了氫結(jié)合處理后，接著從氣體供給部6、 7向成膜室1內(nèi)導(dǎo) 入氫氣及SiH4氣體，并且從1 100的范圍內(nèi)選擇這些氣體的導(dǎo)入量的比例 (氫氣量(sccm)/SiH4氣體量(sccm))(這里，SiH4氣體的導(dǎo)入量多于氫結(jié)合處 理時)，在經(jīng)氫結(jié)合處理后的基板面形成多晶硅膜。
如果要進(jìn)一步說明氫氣及SiH,氣體的導(dǎo)入量的比例，則(氫氣量 (sccm)/SiH4氣體量(sccm))的數(shù)值本身可以與氫結(jié)合處理時相同，但SiH^ 氣體的導(dǎo)入量要多于氫結(jié)合處理時。
本例中，硅薄膜形成工序中的基板溫度、成膜室內(nèi)壓力、成膜室內(nèi)的 高頻功率密度的范圍從與氫結(jié)合工序時的這些條件相同程度的范圍內(nèi)選 擇。此外，硅薄膜形成工序中，將等離子體電勢維持在50V以下10V以上， 將等離子體中的電子密度維持在lXl()9個/cm3以上lX10'2個/cm3以下的范圍 內(nèi)，將等離子體的電子溫度維持在5eV以下leV以上。
通過如上所述在對基板S實施了氫結(jié)合處理的基礎(chǔ)上實施結(jié)晶硅薄膜 形成工序，從而在硅薄膜形成工序中可在抑制硅薄膜和基板的界面上的缺 陷、抑制非晶硅的生成的情況下容易地形成結(jié)晶硅薄膜。
此外，本方法是基于等離子體CVD法的硅薄膜形成方法，能在較低的溫 度下形成膜，由于能在較低的溫度下形成膜，因此在較廉價的基板、例如 低熔點玻璃基板(耐熱溫度50(TC以下)上也能形成結(jié)晶硅薄膜，能以相應(yīng)的 低廉的價格形成結(jié)晶硅薄膜。
此外，由于不需要使用高價的激光照射裝置的激光照射以及催化劑及 其加熱單元等，因此從這一點來看也能廉價地形成結(jié)晶硅薄膜。要而言之， 可以通過例如使用NF3氣體等離子體的蝕刻清洗來簡單地除去形成于成膜室 壁上的膜，因此能相應(yīng)地降低膜形成裝置的維護(hù)費用，形成廉價且優(yōu)質(zhì)的 結(jié)晶硅薄膜。
藉此，能在較低的溫度下廉價且以良好的生產(chǎn)性形成結(jié)晶硅薄膜。 接著，對于利用圖l的裝置形成多晶硅薄膜、換言之即利用圖l的裝置提供具有多晶硅薄膜的基板的實施例與比較實施例一起進(jìn)行揭示。 <實施例1>
基板形成有二氧化硅(Si02)膜的無堿玻璃基板(耐熱溫度450。C以下)
a) 氫結(jié)合工序 基板溫度400°C 成膜室內(nèi)壓力5mTorr(0. 67Pa) 向成膜室內(nèi)的氣體導(dǎo)入量H2(sccm)/SiH4(sccm)
=150 (sccm)/1 (sccm) 成膜室內(nèi)高頻功率密度20mW/cm3 等離子體電勢25V 電子密度3X10'"個/cm3 電子溫度2. 4eV 處理時間30秒
b) 硅薄膜形成工序
基板溫度、成膜室內(nèi)壓力及成膜室內(nèi)高頻功率密度與氫結(jié)合工序時 相同。
向成膜室內(nèi)的氣體導(dǎo)入量H2(sccm)/SiH4(sccm)
=150(sccm)/20(sccm)
等離子體電勢25V
電子密度5X10'。個/cm3
電子溫度2. OeV 〈比較實施例1〉 基板與實施例l相同。 未實施氫結(jié)合工序。 硅薄膜形成工序
基板溫度、成膜室內(nèi)壓力及成膜室內(nèi)高頻功率密度與實施例l相同。 向成膜室內(nèi)的氣體導(dǎo)入量H2(sccm)/SiH4(sccm)
=150(sccm)/20(sccm)
等離子體電勢60V電子密度8Xl(f個/cm3 電子溫度2.8eV
對于實施例l、比較實施例l中分別形成的各結(jié)晶硅薄膜，進(jìn)行利用He 一Ne激光器的激光拉曼分光分析。
如圖2的線A所示，實施例l的膜中，在拉曼位移520—'cm附近出現(xiàn)尖銳的 光譜，另一方面，在拉曼位移480—'cm附近出現(xiàn)的非晶質(zhì)硅的拉曼信號(光譜 強(qiáng)度)小，可知作為整體，該膜具有高結(jié)晶性。
如圖2的線B所示，比較實施例l的膜中，在拉曼位移520—'cm附近出現(xiàn)的 光譜與實施例l的膜相比寬度較寬，在拉曼位移480—'cm附近出現(xiàn)的非晶質(zhì)硅 的拉曼信號(光譜強(qiáng)度)比實施例l的膜大，可知作為整體，該膜中非晶硅較 多，結(jié)晶化的程度低于實施例l的膜。
〈實施例2〉
基板具有含氮柵極絕緣膜(本例中為氮化硅(SiN)膜)作為薄膜晶體管 用柵極絕緣膜的無堿玻璃基板(耐熱溫度45(TC以下)
a) 氫結(jié)合工序 基板溫度300°C 成膜室內(nèi)壓力5mTorr(0.67Pa) 向成膜室內(nèi)的氣體導(dǎo)入量H2(sccm)/SiH4(sccm)
=150 (sccm)/1(sccm) 成膜室內(nèi)高頻功率密度20mW/cm3 等離子體電勢25V 電子密度2Xl(T個/cm3 電子溫度2. 4eV 處理時間30秒
b) 硅薄膜形成工序
基板溫度、成膜室內(nèi)壓力及成膜室內(nèi)高頻功率密度與氫結(jié)合工序時 相同。
向成膜室內(nèi)的氣體導(dǎo)入量H2(sccm)/SiH4(sccm)
二150(sccm)/20(sccm)等離子體電勢25V
電子密度5X10'Q個/cm3 電子溫度2.0eV
圖3A是表示用透射型電子顯微鏡(TEM)對實施例2中得到的柵極絕緣膜 (SiN)上的非晶硅(a—Si)層及多晶硅(p — Si)膜的截面進(jìn)行觀察的狀態(tài)的 示意圖，圖3B是表示用透射型電子顯微鏡(TEM)對實施例1中得到的柵極絕 緣膜(Si02)上的多晶硅膜(p —Si)的截面進(jìn)行觀察的狀態(tài)的示意圖。
實施例2中得到的柵極絕緣膜(SiN)上的非晶硅(a—Si)層的厚度為 5nm 7nm左右，多晶硅(p — Si)膜的平均厚度為50nm左右。
實施例l中得到的柵極絕緣膜(Si02)上的多晶硅(p — Si)膜的平均厚度 為50nm左右。
對于實施例2中形成的結(jié)晶硅薄膜，進(jìn)行利用He — Ne激光器的激光拉曼 分光分析，結(jié)果可知，與實施例l的膜同樣地，作為整體具有高結(jié)晶性。
使用在實施例2、實施例l所分別提供的在柵極絕緣膜上具有結(jié)晶硅薄 膜的基板來形成薄膜晶體管，對于各薄膜晶體管，測定電子遷移率及截止 電流，得到以下結(jié)果。
電子遷移率 截止電流 由實施例2的基板得到的薄膜晶體管5cm7V' sec. 1X10—12A 由實施例l的基板得到的薄膜晶體管5cm2/V* sec. 1X10—'> 由此，通過形成實施例2、 l中的任一種結(jié)晶硅薄膜，均可提供能獲得
電子遷移率比使用非晶質(zhì)硅膜作為半導(dǎo)體層的薄膜晶體管高一個數(shù)量級的 薄膜晶體管的基板。
此外，采用具有含氮柵極絕緣膜的基板作為基板的實施例2與采用具有
不含氮的柵極絕緣膜的基板的實施例l相比，截止電流小兩個數(shù)量級，可提
供能獲得泄漏電流被抑制的薄膜晶體管的基板。
工業(yè)上的實用性
本發(fā)明可用于在被成膜基板上形成多晶硅薄膜，該多晶硅薄膜可被用 作為TFT(薄膜晶體管)開關(guān)的材料，或者在各種集成電路、太陽能電池等的制作中被用作為半導(dǎo)體膜。
權(quán)利要求
1.一種硅薄膜形成方法，該方法是在配置于成膜室內(nèi)的基板上利用等離子體CVD法形成結(jié)晶硅薄膜的方法，其特征在于，包括氫結(jié)合工序，該氫結(jié)合工序中，在該基板上形成結(jié)晶硅薄膜之前在該成膜室內(nèi)形成含氫的氫結(jié)合處理用氣體的等離子體，將該基板的膜形成對象面暴露于該等離子體，使氫與該基板面結(jié)合；以及硅薄膜形成工序，該硅薄膜形成工序中，在該氫結(jié)合工序后在所述成膜室內(nèi)形成含硅烷類氣體的結(jié)晶硅薄膜形成用氣體的等離子體，以該等離子體為基礎(chǔ)在經(jīng)所述氫結(jié)合處理后的基板面形成結(jié)晶硅薄膜。
2. 如權(quán)利要求l所述的硅薄膜形成方法，其特征在于， 采用如下基板作為所述基板該基板中，所述膜形成對象面是形成于基板主體上的薄膜晶體管用柵極絕緣膜的表面。
3. 如權(quán)利要求2所述的硅薄膜形成方法，其特征在于， 所述柵極絕緣膜是含氮柵極絕緣膜。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的硅薄膜形成方法，其特征在于， 在60秒以下的時間內(nèi)實施所述氫結(jié)合工序。
5. 如權(quán)利要求1 4中的任一項所述的硅薄膜形成方法，其特征在于， 在所述硅薄膜形成工序中形成多晶硅薄膜。
6. 如權(quán)利要求1 5中的任一項所述的硅薄膜形成方法，其特征在于， 所述硅烷類氣體是甲硅垸(SiH4)氣體。
7. 如權(quán)利要求1 6中的任一項所述的硅薄膜形成方法，其特征在于， 所述氫結(jié)合工序在等離子體電勢為30V以下的條件下實施。
8. 如權(quán)利要求1 7中的任一項所述的硅薄膜形成方法，其特征在于，所述氫結(jié)合工序在將所述氫結(jié)合處理用氣體等離子體中的電子密度設(shè) 為1 X 1(T個/cm3以上的條件下實施。
9. 如權(quán)利要求1 8中的任一項所述的硅薄膜形成方法，其特征在于， 所述氫結(jié)合工序在將所述氫結(jié)合處理用氣體等離子體的電子溫度設(shè)為2. 5eV以下的條件下實施。
10.如權(quán)利要求1 8中的任一項所述的硅薄膜形成方法，其特征在于， 對設(shè)置于所述成膜室內(nèi)的感應(yīng)耦合型天線施加高頻功率來形成所述氫 結(jié)合工序及所述硅薄膜形成工序中的等離子體。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠在較低的溫度下廉價且以良好的生產(chǎn)性形成結(jié)晶硅薄膜的硅薄膜形成方法。本發(fā)明提供能獲得泄漏電流被抑制得較低的薄膜晶體管用的基板的硅薄膜形成方法。該硅薄膜形成方法中，將基板(S)暴露于含氫的氫結(jié)合處理用氣體的等離子體后，在該基板上形成結(jié)晶硅薄膜?？刹捎媚ば纬蓪ο竺媸切纬捎诨逯黧w上的含氮柵極絕緣膜的基板作為基板(S)，來獲得能提供電子遷移率高、截止電流小的薄膜晶體管的基板。
文檔編號H01L21/205GK101632153SQ20078005011
公開日2010年1月20日 申請日期2007年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月19日
發(fā)明者高橋英治 申請人:日新電機(jī)株式會社