JPH03139824A - 半導体薄膜の堆積方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体薄膜の堆積方法に関し、特に熱を用いて
ガス原料から半導体薄膜を堆積する方法の改良に関する
。

［従来の技術］ 従来、熱を用いてガス原料からシリコン薄膜を堆積する
方法の１つとしてシラン系ガスからのアモルファスシリ
コン、結晶（多結晶も含む）シリ比べて２桁以上小さか
った。しかし一方、熱ＣＶＤアモルファスシリコンは光
劣化が少ないなど、優れた特性も有していた。

［発明が解決しようとする課題］ したがって、熱ＣＶＤの長所を生かし、かつ堆積速度の
速い半導体薄膜の堆積方法および光電特性の改善方法が
望まれていた。この問題はゲルマニウム薄膜、炭素を含
んだシリコン薄膜についても同揉であった。

ン（Ｓｉ３■ａ）の場合は４００℃以上が実質成膜の温
度であるが、これらの温度では通常１時間に１０００人
程度０堆積速度であり、実用的にはさらに５０℃以上、
高温の堆積温度を必要としていた。このように高温にお
ける成膜は・使用する基板の種類に制限を来し、特にガ
ラス基板は使用できなくなる。さらに光導重度はプラズ
マを利用して堆積した膜によって薄膜を成膜した後、成
膜装置から一度外気へ取り出して、これを水素プラズマ
にあてても光導重度の改善はほとんど見られなかった。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、加熱された基板表面へ原料ガスと要すればキ
ャリアガスを供給し、シリコンまたはゲルマニウムまた
は炭素またはこれらの混合薄膜を堆積する工程と、この
薄膜を外気にさらすことなく励起水素を上記薄膜上へ供
給する工程とを有することを特徴とする。すなわち、本
発明においては、かかる工程によって、半導体薄膜の結
合水素を調節する方法をとる。

゛°結合水素を調節する”とは、すでに水素が薄膜の中
へ含まれている場合でも、励起水素を供給る工程と、こ
の基板を外気にさらすことなく、基板を加熱して原料ガ
スを供給する工程を有することを特徴とする。かかる工
程によって、薄膜の堆積速度を増加させる。

［作　用］ 本発明によれば、以下の実施例でも示すように薄膜の光
導重度を改善し、薄膜の結合水素量を調節することがで
きるだけでなく、堆積速度は数倍にまで増加させること
も可能である。

′１本発明ではＳｔ、Ｇｅ、炭素薄膜の原料ガスとして
は各々シラン系（Ｓｉｔ（４，Ｓｉ２Ｈ６，５ｉ３Ｈａ
、・・・）、ゲルマンこの結合水素の調節される膜厚は
、温度によって変化はするが、たとえば４５０℃前後で
は３００人程０までであるので、厚い膜の膜厚方向全体
にわたって改質するためには、３００Å以下の膜を堆積
して次に励有することを特徴とする半導体薄膜を繰返す
ことか望ましい。

さらに、本発明は、基板上へ励起水素を供給す内に水素
を導入して、チャンバー内または外に設けられた２つの
電極の間に直流、交流電圧を印加して水素プラズマを形
成し、このプラズマを薄膜表面または基板表面に導いて
もよい。水素ブラズマはチャンバーを絶縁性の材料で形
成した部分を作り、その部分からインダクティブな結合
で交流を結合しても、絶縁材料部分からマイクロ波を導
入しても形成することができる。プラズマは基板を含む
空間で作られても、別の空間で作られてもよい。さらに
減圧チャンバー内に水素を導入してこの水素に電子線、
Ｘ線を照射して励起水素を形成してもよい。さらに水素
に遠紫外線を照射するか励起Ｈｇガスと混合するかして
励起水素を作ることもできる（こり場合Ｚよ常圧でもよ
い）。

に挿入された熱電対６により検出され、熱電対６の信号
を制御装置７へ供給し、制御装置７はこの信号の大小に
よりランプに供給する電力を調節して、最終的には基板
３．３′の温度を調節するようになっている。また、石
英チャンバー１はステンレスフランジ８によって真空シ
ールされ、接続した真空ポンプ９で減圧とすることがで
きる。基板の表面には、ガス混合装置１０より予め設定
された（複数の）ガスが流量を調節されて供給される。

［実施例］ 本発明の一実施例として、ジシラン（ＳｉＪａ）を用い
た熱ＣｖＤの場合を示す。

実験に用いた装置は第１図に示すように、石英チャンバ
ー１内にサセプタ２を設け、このサセプタ２の上へ基板
３．３′を載せて、赤外ランプ４から赤外線を照射して
サセプタ２および基板３゜３′を加熱するように設計さ
れている。５は反射ミラーである。基板３．３′の温度
はサセプタ２周辺でプラズマ放電が生ずる。

因１１」１ 本実施例では原料ガスとしてジシラン（ＳｆＪａ）を用
いてシリコン薄膜を堆積する例を示す。なお、キャリア
ガスとして水素を用いている。第１図に示したＳｉＣコ
ートサセプタ２の上へ石英基板３と結晶シリコン基板３
′　（結合水素量測定用）を載せて、８２４０ｓｃｃｒ
ｎ中へ５１２）１．１２ｓｅｃｍを混入して基板上へこ
の原料ガスを供給し、赤外ランプ４により加熱する。チ
ャンバー内の圧力は規定圧力（本実施例では１０Ｔｏｒ
ｒ）とする。基板の温度は約４４０℃としてシリコン薄
膜を規定厚さ堆積する。

次に原料ガス中のＳｉ、Ｈ６のみ停止し、チャンバー内
を真空引きをして、水素の流量を調節して規定のチャン
バー内圧力（本実施例では１〜０．３Ｔｏｒｒ）とし、
交流電源を５Ｗ１３によりＯＮとし、水素プラズマ１５
として励起された水素を薄膜上へ供給する。

このような工程で堆積したシリコン薄膜は水素化された
アモルファスシリコンであった。

まず、励起された水素を供給しないシリコン膜の光導電
度は、へＭ１．５スペクトル、強度６０ｍＷ／ｃｍ２の
光の下で１０−’Ｓ／ｃｍ以下であった。しかし、約６
０人堆積する毎に励起水素を３分間ずつ供給したシリコ
ン膜の光導電度は４　ｘ　１０−’Ｓ／ｃｍ以上になっ
た。光導電度は水素プラズマ源に近づく程大きくなった
。結合水素量も水素プラズマ源に近づく程大きい。水素
プラズマ源から遠い（１０ｃｍ程度）部分のシリコン膜
では結合水素量は励起水素を供給しなかった膜より却っ
て結合水素量は小さい。また、Ｆ＃膜堆積の工程でキャ
リアガスとして水素を用いたからと言って、必ずしも結
合水素量の大きな膜は得られていない。また、結合水素
量は水素プラズマ源に近い試料でも励起水素を供給しな
かった試料より結合水素量が少ないものもあった。

本発明の方法で得られたシリコン膜は、第２図に１Ｏ−
５〜１０−’Ｓ／ｃｍであるのに対して、本発明の実施
例の方法によれば熱ＣＶＤのアモルファスシリコン膜の
結合水素量のレベルが３〜４原子％で１Ｏ−５Ｓ／ｃｍ
、　４〜５原子％でｔｏ−’Ｓ／ｃｍの光導電度が得ら
れるポテンシャルを有する。現在の装置のリーク、不純
物の混入を改善し、励起水素の純度を上げれば１０−’
Ｓ／ｃｍに至る値は得られるものと思われる。

来」Ｃ江ス このように光導電度の改善を有効に得るためには、励起
水素を薄膜表面に供給する前に薄膜をどのくらいの厚さ
まで堆積すればよいかを調べる実験を行った。第１図の
ように、薄膜の真上でプラズマを発生させない方法、ま
たは励起水素を加速しない方法ではその膜厚は小さく限
定される。真速の励起水素の場合は１回の堆積膜厚が３
００Å以下となるとさらに１桁近く光導電度が改善され
ることがわかる。なお、この実施例ではシリコン薄膜は
Ｓｉ２Ｈ６１２ｓｃｃｌ＋Ｈ２４０ＳＣＣｍの原料ガス
＋キャリアガスから４４０℃で石英基板上に堆積し、励
起水素は水素４０ｓｅｃｍ　０．３３Ｔｏｒｒ　、放電
電力３０Ｗ　（１３，５６ＭＨｚ）で放電した水素プラ
ズマより供給した。

実施例３ 本発明の他の態様を示す実施例として、励起本積した実
施例で、１回に堆積する膜厚を変化させて光導電度の変
化を測定した結果を示す。

１回に堆積する膜厚は５００人を超えても、単純な熱Ｃ
ＶＤ　（励起水素を供給しない）の場合よりも光導電度
が１桁よく改善されているので膜厚限定の必要は不可欠
ではないが、第３図の結果より非加バー圧を約０．６Ｔ
δｒｒに調節した。５Ｗ１３をＯＮとして、交流電圧を
放電電極に印加し、４０Ｗの交流電力で水素プラズマを
発生させ、５分間励起水素を基板上に供給する（このと
き、基板はすでに４２５℃に加熱されている）。この後
５ｉ２Ｈ，を流してチャンバー圧を１０Ｔｏｒｒとし、
　４２５℃に加熱された基板上へ５ｆ２Ｈ，を供給した
。得られたシリコン薄膜の堆積速度は７０〜４０人／分
であり、励起水素供給後３分から１０分までは堆積速度
には上述の範囲内の変化しかなかった。しかし、これら
の堆積速度は同一装置で励起水素を予め基板に供給しな
い通常の熱ＣＶＤ実験を行ったときの堆積速度の５〜３
倍であった。シリコン薄膜の堆積時の原料ガスを５ｉ２
１１６．１２ｓｃｃｍ十８２（キャリアガス）　４０ｓ
ｅｃｍとし、堆積温度を４４０℃とすると、堆積速度改
善率は１．７〜２倍となった。

ばよい。水素の全部を弗素に置換した原料ガスに対して
はシラン系のガスを混合して、ゲルマニウム主体の薄膜
を堆積することができる。

メタン（Ｃ１１４）　、エタン（Ｃ２Ｈａ）等の炭化水
素を原料ガスとして同様の方法で炭素膜を堆積すること
ができる。

さらに上述したシラン系ガス、ゲルマン系ガス、アルキ
ル・シラン系ガス等の原料ガスを混合して、シリコン、
ゲルマニウム、炭素をそれぞれ任意の割合で混合した薄
膜を、上述した実施例とたが、モノシラン（Ｓｉｎ４）
、　　トリシラン（Ｓｉ３ｔ＋、）その他のシラン系ガ
ス、シリコンにアルキル基が結合したガスを用いること
もできる。

ゲルマニウムの堆積のためには、前に述べたように、ゲ
ルマン系（ＧｅＨ４，Ｇｅ２ｕ６・・・）ガスおよびこ
の水素のいくつかを弗素に置換したガスを用いれ以上説
明したように、本発明によれば、（１）結合水素が有効
に光電特性（光導電度）の改善に使われている、 （２）結合水素が少ないので、光学バンドギャップは１
．６ｅＶ程度に小さくでき、それだけ長波長光の変換が
可能である、 （３）光劣化が熱ＣＶＯ膜と同様小さい、（４）従来の
熱ＣＶＤ れる、 より低温でも堆積速度が改善さ １２・・・放電電極、 １４・・・交流電源。

という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる装置の概要を示す図、 第２図は光導重度と結合水素量の関係を示す特性図、 ２・・・サセプタ、 ３．３”・・・基板、 ４・・・赤外ランプ、 ６・・・熱電対、 ７・・・制御装置、 ｌＯ・・・ガス混合装置、 ｎ含水−ｔ、（（赤子％） 第３図 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）加熱された基板表面へ原料ガスと、要すればキャ
   リアガスを供給し、シリコンまたはゲルマニウムまたは
   炭素またはこれらの任意の混合薄膜を堆積する工程と、 前記薄膜を外気にさらすことなく励起水素を前記薄膜上
   へ供給する工程と を有することを特徴とする半導体薄膜の堆積方法。
2. （２）請求項１に記載の堆積方法において、前記励起水
   素を供給する工程の前または工程間に堆積する薄膜の厚
   さが３００Å以下であることを特徴とする半導体薄膜の
   堆積方法。
3. （３）基板上へ励起水素を供給する工程と、前記基板を
   外気にさらすことなく加熱して原料ガスを供給する工程
   と を有することを特徴とする半導体薄膜の堆積方法。