JPH0445521A - 半導体膜形成方法 - Google Patents
半導体膜形成方法Info
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- JPH0445521A JPH0445521A JP15468190A JP15468190A JPH0445521A JP H0445521 A JPH0445521 A JP H0445521A JP 15468190 A JP15468190 A JP 15468190A JP 15468190 A JP15468190 A JP 15468190A JP H0445521 A JPH0445521 A JP H0445521A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（イ） 産業上の利用分野
本発明は、減圧プラズマ溶射装置による半導体膜の形成
方法に関する。
方法に関する。
（ロ） 従来技術
近年、金属や金属化合物さらには半導体材料をプラズマ
によるエネルギーによって分解あるいは溶融し、それら
分解物、あるいは溶融物を被加工面にジェット状に噴射
せしめることによって、半導体薄膜を形成する減圧プラ
ズマ溶射法が開発されている。
によるエネルギーによって分解あるいは溶融し、それら
分解物、あるいは溶融物を被加工面にジェット状に噴射
せしめることによって、半導体薄膜を形成する減圧プラ
ズマ溶射法が開発されている。
従来、減圧プラズマ溶射法による薄膜形成では、不活性
ガスをプラズマ生成用のガスとして用い、そのプラズマ
のエネルギーによって、前記各種材料を分解、溶融せし
めている。前記不活性ガスは、プラズマ放電を安定して
発生させるために用いられている。
ガスをプラズマ生成用のガスとして用い、そのプラズマ
のエネルギーによって、前記各種材料を分解、溶融せし
めている。前記不活性ガスは、プラズマ放電を安定して
発生させるために用いられている。
最近では、当該減圧プラズマ溶射法は、Ｔｈ１ｎ ５ｏ
１ｉｄ Ｆｉｌｍｓ、１１９（１９８４）ｐ、６７−７
３や、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ ５３（１９８８）ｐ、１０１１−１０１３に記載さ
れているように半導体薄膜や超電導薄膜などの成膜にも
用いられている。
１ｉｄ Ｆｉｌｍｓ、１１９（１９８４）ｐ、６７−７
３や、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ ５３（１９８８）ｐ、１０１１−１０１３に記載さ
れているように半導体薄膜や超電導薄膜などの成膜にも
用いられている。
また、本発明において用いるプラズマ溶射装置における
分解あるいは溶融とは、原料の固体をプラズマ生成に寄
与する気体の活性種や該プラズマの熱によって、前記固
体を分子、原子状に分解あるいは液相状に溶融すること
を意味する。
分解あるいは溶融とは、原料の固体をプラズマ生成に寄
与する気体の活性種や該プラズマの熱によって、前記固
体を分子、原子状に分解あるいは液相状に溶融すること
を意味する。
（ハ）発明が解決しようとする課題
斯る減圧プラズマ溶射法による半導体薄膜の形成で重要
な技術となるのは、当該半導体薄膜の価電子制御方法で
ある。現在、実施されている方法は、米国特許第４００
３７７０号で開示されているように、価電子制御用不純
物を含有した固体を半導体材料とともに溶融あるいは分
解することにより当該半導体薄膜を価電子制御するもの
である。
な技術となるのは、当該半導体薄膜の価電子制御方法で
ある。現在、実施されている方法は、米国特許第４００
３７７０号で開示されているように、価電子制御用不純
物を含有した固体を半導体材料とともに溶融あるいは分
解することにより当該半導体薄膜を価電子制御するもの
である。
このために、一般にｎ型不純物としては、ホウ素（Ｂ）
に代表される周期律第１ＩＩ族元素が ｎ型不純物とし
ては周期律第Ｖ族元素が用いられる。
に代表される周期律第１ＩＩ族元素が ｎ型不純物とし
ては周期律第Ｖ族元素が用いられる。
しかしながら、このような固体を不純物ドープ源とする
にはいくつかの間組がある。まず第１に、当該不純物ド
ープ源を半導体材料とともに溶融、分解するため均一に
ドーピングすることが困難であること、第２に不純物ド
ープ源自体からの汚染を防止するために該不純物ドープ
源の精製によるコスト高が生しること、さらには、第３
に、前記不純物ドープ源として有害なホウ素やリンを扱
う必要があり、安全面での付帯設備に要する費用が巨額
となる。
にはいくつかの間組がある。まず第１に、当該不純物ド
ープ源を半導体材料とともに溶融、分解するため均一に
ドーピングすることが困難であること、第２に不純物ド
ープ源自体からの汚染を防止するために該不純物ドープ
源の精製によるコスト高が生しること、さらには、第３
に、前記不純物ドープ源として有害なホウ素やリンを扱
う必要があり、安全面での付帯設備に要する費用が巨額
となる。
本発明の目的はかかる課題に鑑みドーピングの制御が容
易で、かつ均一なドーピングを大面積で行える半導体膜
形成方法を提供することにある。
易で、かつ均一なドーピングを大面積で行える半導体膜
形成方法を提供することにある。
（ニ）課題を解決するための手段
本発明の半導体膜形成方法の特徴とするところは、真空
保持容器、該真空保持容器内に配置された基板、前記真
空保持容器内に前記基板の表面に対向する位置に配置さ
れ、プラズマ発生用電源と結合した、溶射用ガン、から
なるプラズマ溶射装置であって、前記溶射用ガンにおけ
るプラズマ生成によって固体の原材料を分解あるいは溶
融し、ジェット状に噴射し、前記基板上に半導体膜を形
成する半導体膜形成方法において、前記真空保持容器内
を少なくとも１以上のドーピング用反応ガスを含むガス
雰囲気とし前記半導体膜を成膜することにある。
保持容器、該真空保持容器内に配置された基板、前記真
空保持容器内に前記基板の表面に対向する位置に配置さ
れ、プラズマ発生用電源と結合した、溶射用ガン、から
なるプラズマ溶射装置であって、前記溶射用ガンにおけ
るプラズマ生成によって固体の原材料を分解あるいは溶
融し、ジェット状に噴射し、前記基板上に半導体膜を形
成する半導体膜形成方法において、前記真空保持容器内
を少なくとも１以上のドーピング用反応ガスを含むガス
雰囲気とし前記半導体膜を成膜することにある。
（ホ）作用
本発明による一半導体膜形成方法としては、まず所望の
ドーピング用反応気体を少なくとも１以上混入した雰囲
気中で、半導体材料をプラズマのエネルギーによって分
解、溶融する。次に分解ミ溶融された前記半導体材料を
基板表面に向かって噴射する。これら分解、溶融物は、
基板に被着するまでの間に、これら自身の熱エネルギー
によって前記ドーピング用反応ガスを分解し、かつ反応
する。この気相中における反応によって、成膜される半
導体は均一にドーピングされることになる。
ドーピング用反応気体を少なくとも１以上混入した雰囲
気中で、半導体材料をプラズマのエネルギーによって分
解、溶融する。次に分解ミ溶融された前記半導体材料を
基板表面に向かって噴射する。これら分解、溶融物は、
基板に被着するまでの間に、これら自身の熱エネルギー
によって前記ドーピング用反応ガスを分解し、かつ反応
する。この気相中における反応によって、成膜される半
導体は均一にドーピングされることになる。
（へ） 実施例
図は、本発明による半導体膜形成方法を説明するための
減圧プラズマ溶射装置の構造図を示している。
減圧プラズマ溶射装置の構造図を示している。
図において（１）は真空保持用容器、（２）はプラズマ
発生を行う溶射用ガンで（２ａ）及び（２ｂ）の２電極
からなり、（３）は該２を極と電気的に結合されたプラ
ズマ発生用電源、（４）は真空保持容器（１）内に配置
され、溶射用ガン（２）と対向する位置に設置された基
板ホルダ、（５）は基板ホルダ（４）上に置かれた基板
、（６）はプラズマによって分解、溶融されたものを基
板（５）に向かって噴射せしめるための溶射用ガン（２
）に設けられた溶射ガス導入口、（７）は薄膜を形成す
るために半導体用原材料を導入するための溶射用ガン（
２）に設けられた原材料導入口、（８）は溶射用ガン（
２）に設けられた原材料導入口と配管によって結ばれた
、Ｓｉ、 ＳｉＣ，ＳｉＮ、 Ｇｅ、 Ｃ粉末などの原
材料の溜である。さらに、（９）は真空保持用容器内を
真空排気する排気口、（１０）はプラズマ発生用ガス及
びドーピング用反応ガスを導入するガス導入口、（１１
）は分解、溶融物が噴射したプラズマジェットである。
発生を行う溶射用ガンで（２ａ）及び（２ｂ）の２電極
からなり、（３）は該２を極と電気的に結合されたプラ
ズマ発生用電源、（４）は真空保持容器（１）内に配置
され、溶射用ガン（２）と対向する位置に設置された基
板ホルダ、（５）は基板ホルダ（４）上に置かれた基板
、（６）はプラズマによって分解、溶融されたものを基
板（５）に向かって噴射せしめるための溶射用ガン（２
）に設けられた溶射ガス導入口、（７）は薄膜を形成す
るために半導体用原材料を導入するための溶射用ガン（
２）に設けられた原材料導入口、（８）は溶射用ガン（
２）に設けられた原材料導入口と配管によって結ばれた
、Ｓｉ、 ＳｉＣ，ＳｉＮ、 Ｇｅ、 Ｃ粉末などの原
材料の溜である。さらに、（９）は真空保持用容器内を
真空排気する排気口、（１０）はプラズマ発生用ガス及
びドーピング用反応ガスを導入するガス導入口、（１１
）は分解、溶融物が噴射したプラズマジェットである。
但し、溶射ガス導入口（６）への外部からの配管は図示
していない。
していない。
これら機構は、例えばＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ ５３ （１９８８） ｐ、１０］１
−１０１３に記載されている如く公知のものである。
Ｌｅｔｔｅｒｓ ５３ （１９８８） ｐ、１０］１
−１０１３に記載されている如く公知のものである。
以下に図示の減圧プラズマ溶射装置図を用いて本発明に
よるｐ型多結晶シリコンの形成方法について詳述する。
よるｐ型多結晶シリコンの形成方法について詳述する。
まず、真空保持用容器（１）内に半導体膜を被着すべき
基板（５）を基板ホルダ（４）に設置し、該真空保持用
容器を真空度が１０−”ｔｏｒｒ以下となるまで真空排
気する。この間、基板ホルダ（４）を介して基板（５）
を５００℃にまで加熱保持する。
基板（５）を基板ホルダ（４）に設置し、該真空保持用
容器を真空度が１０−”ｔｏｒｒ以下となるまで真空排
気する。この間、基板ホルダ（４）を介して基板（５）
を５００℃にまで加熱保持する。
次に溶射カス導入口（６）からジェット状のプラズマを
基板（５）の表面に向かって噴射せしめるためのＡｒ（
アルゴン）とＨｅ（ヘリウム）の混合ガス、あるいはＨ
！（水素）ガスを溶射用ガスとして１〜１１０５Ｌ導入
するとともにガス導入口００）より、本発明による形成
方法の特徴となるドーピング用反応ガスを導入する。本
実施例においては、ｐ型多結晶ジノコンを形成するため
水素ガスによりＩＯＺに希釈されたＢ２Ｈ２（ジボラ
ン）ガスあるいは、窒素ガスにより１０ｚに希釈された
ＴＭＡ （トリメチルアルミニウム）やＴＭＧ （）リ
メチルガリウム）さらにＴＭＩ（）リメチルインジウム
）などを使用し、ガス流量として０．５〜５ＳＬＭ導入
した。そして、真空保持用容器（１）内のガス圧力が安
定したことを確認した後、プラズマ発生用電源（３）か
ら１−５０ＫＷの電力により溶射用ガン（２）にプラズ
マを発生させ、さらに半導体の原材料を原材料導入口（
７）より導入した。原料としては、本実施例では１１０
−４４ｐの粒度分布を有するＳｉ粉末を用いた。また反
応時の真空度は５ｔｏｒｒ、電力を３０ＫＷとした。
基板（５）の表面に向かって噴射せしめるためのＡｒ（
アルゴン）とＨｅ（ヘリウム）の混合ガス、あるいはＨ
！（水素）ガスを溶射用ガスとして１〜１１０５Ｌ導入
するとともにガス導入口００）より、本発明による形成
方法の特徴となるドーピング用反応ガスを導入する。本
実施例においては、ｐ型多結晶ジノコンを形成するため
水素ガスによりＩＯＺに希釈されたＢ２Ｈ２（ジボラ
ン）ガスあるいは、窒素ガスにより１０ｚに希釈された
ＴＭＡ （トリメチルアルミニウム）やＴＭＧ （）リ
メチルガリウム）さらにＴＭＩ（）リメチルインジウム
）などを使用し、ガス流量として０．５〜５ＳＬＭ導入
した。そして、真空保持用容器（１）内のガス圧力が安
定したことを確認した後、プラズマ発生用電源（３）か
ら１−５０ＫＷの電力により溶射用ガン（２）にプラズ
マを発生させ、さらに半導体の原材料を原材料導入口（
７）より導入した。原料としては、本実施例では１１０
−４４ｐの粒度分布を有するＳｉ粉末を用いた。また反
応時の真空度は５ｔｏｒｒ、電力を３０ＫＷとした。
形成される半導体のドーピング量は、前記ドーピング用
反応ガスの流量及び反応時の真空度を調整することによ
って制御することが可能である。
反応ガスの流量及び反応時の真空度を調整することによ
って制御することが可能である。
このようなドーピング量の制御は、固形をドーピング材
とする従来技術では、非常に再現性の悪いものであった
。
とする従来技術では、非常に再現性の悪いものであった
。
本実施例により得られたｐ型多結晶シリコンの代表的物
性値は、キャリア移動度がｌＸｌ０”−ＩＸＩＯ’ａｃ
ｍ″３ ホール移動度は２０〜３０ｃｍ”／Ｖ−ｓで
良好にドーピングが行われていた。
性値は、キャリア移動度がｌＸｌ０”−ＩＸＩＯ’ａｃ
ｍ″３ ホール移動度は２０〜３０ｃｍ”／Ｖ−ｓで
良好にドーピングが行われていた。
次に本発明の形成方法によるｎ型多結晶シリコン膜の形
成について述べる。形成過程はｐ型多結晶シリコン膜と
同様であるが、ドーピング用反応ガスとして、１０χに
水素希釈されたＰＨ，あるいは、Ｎ、、ＮＨ，の１００
χガス、さらには、１０χに窒素希釈されたＡｓＨ，ガ
スなどを用いた。ガス流量は、０．１−０゜５ＳＬＭで
ある。
成について述べる。形成過程はｐ型多結晶シリコン膜と
同様であるが、ドーピング用反応ガスとして、１０χに
水素希釈されたＰＨ，あるいは、Ｎ、、ＮＨ，の１００
χガス、さらには、１０χに窒素希釈されたＡｓＨ，ガ
スなどを用いた。ガス流量は、０．１−０゜５ＳＬＭで
ある。
本実施例によるｎ型多結晶シリコンの代表的物性値は、
キャリア密度がｌＸｌ０”−ＩＸＩＯ” ｃｍ−”ホー
ル移動度は３０−４０ｃｍ”／Ｖ−ｓであり、良好で−
あった。
キャリア密度がｌＸｌ０”−ＩＸＩＯ” ｃｍ−”ホー
ル移動度は３０−４０ｃｍ”／Ｖ−ｓであり、良好で−
あった。
実施例ではシリコンを用いて説明したが、本発明の形成
方法によれば、ｐ型、ｐ型のＳｉＣ，ＳｉＮ、 Ｇｅ、
Ｃによる半導体膜を形成することも可能であり、また発
明者らは、本発明による半導体膜形成方法によれば微結
晶半導体や非晶質半導体の形成においても容易にドーピ
ング可能であることを実験により確認している。
方法によれば、ｐ型、ｐ型のＳｉＣ，ＳｉＮ、 Ｇｅ、
Ｃによる半導体膜を形成することも可能であり、また発
明者らは、本発明による半導体膜形成方法によれば微結
晶半導体や非晶質半導体の形成においても容易にドーピ
ング可能であることを実験により確認している。
（ト） 発明の効果
本発明によれば半導体膜の形成雰囲気中にドーピング用
反応ガスを含ませることによって、該半導体の成膜と同
時に膜中ヘト−ピングが行え、かつ気相反応であるため
に均一なドーピングが可能である。このことは本発明に
用いる減圧プラズマ溶射法が大面積の半導体を形成する
ことに特徴を有していることから有効である。
反応ガスを含ませることによって、該半導体の成膜と同
時に膜中ヘト−ピングが行え、かつ気相反応であるため
に均一なドーピングが可能である。このことは本発明に
用いる減圧プラズマ溶射法が大面積の半導体を形成する
ことに特徴を有していることから有効である。
さらに、本発明によればガスを不純物ドープ源としてい
るためにドーピングの制御が容易でかつ、固形のドーピ
ング材料使用時の汚染発生などの問題が無く、半導体装
置の製造に最適である。
るためにドーピングの制御が容易でかつ、固形のドーピ
ング材料使用時の汚染発生などの問題が無く、半導体装
置の製造に最適である。
図面は本発明による形成方法を説明するための減圧プラ
ズマ溶射装置図である。 （１）真空保持用容器 （３）プラズマ発生用電源 （５）基板 （７）原材料導入口 （９）排気口 （２）溶射用ガン （４）基板ホルダ （６）噴射ガス導入口 （８）溜 ００）ガス導入口
ズマ溶射装置図である。 （１）真空保持用容器 （３）プラズマ発生用電源 （５）基板 （７）原材料導入口 （９）排気口 （２）溶射用ガン （４）基板ホルダ （６）噴射ガス導入口 （８）溜 ００）ガス導入口
Claims (1)
- （１）真空保持容器、該真空保持容器内に配置された基
板、前記真空保持容器内に前記基板の表面に対向する位
置に配置され、プラズマ発生用電源と結合した、溶射用
ガン、からなるプラズマ溶射装置であって、前記溶射用
ガンにおけるプラズマ生成によって固体の原材料を分解
あるいは溶融し、ジェット状に噴射し、前記基板上に半
導体膜を形成する半導体膜形成方法において、前記真空
保持容器内を少なくとも１以上のドーピング用反応ガス
を含むガス雰囲気とし前記半導体膜を成膜することを特
徴とする半導体膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15468190A JPH0445521A (ja) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | 半導体膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15468190A JPH0445521A (ja) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | 半導体膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0445521A true JPH0445521A (ja) | 1992-02-14 |
Family
ID=15589592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15468190A Pending JPH0445521A (ja) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | 半導体膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0445521A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6413833B2 (en) | 1998-01-30 | 2002-07-02 | Nec Corporation | Method for forming a CVD silicon film |
-
1990
- 1990-06-12 JP JP15468190A patent/JPH0445521A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6413833B2 (en) | 1998-01-30 | 2002-07-02 | Nec Corporation | Method for forming a CVD silicon film |
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