JPH0733317B2 - ｎ型単結晶薄膜の製法 - Google Patents
ｎ型単結晶薄膜の製法Info
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- JPH0733317B2 JPH0733317B2 JP30375886A JP30375886A JPH0733317B2 JP H0733317 B2 JPH0733317 B2 JP H0733317B2 JP 30375886 A JP30375886 A JP 30375886A JP 30375886 A JP30375886 A JP 30375886A JP H0733317 B2 JPH0733317 B2 JP H0733317B2
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は単結晶薄膜の製法に関し、特にｎ型シリコン単
結晶薄膜の低温形成に関する。
結晶薄膜の低温形成に関する。
［背景技術］ 単結晶薄膜の低温形成法は、半導体装置の高集積化を達
成する為に非常に重要な技術として最近注目されてお
り、このために各種のアプローチがなされている。しか
しながら、たとえば、モノシランの熱CVD（ Chemical V
apor Deposition:化学気相蒸着）法では約1000〜1100℃
程度の高温が必要であり、また、我々の検討の結果によ
れば、フロロシランもしくはジシランの光CVD法におい
ては、約600〜700℃程度の温度が必要であった。このよ
うに従来の技術においては、まだかなりの高温が必要で
あり、現在のところ、必ずしも満足されうる低温での単
結晶薄膜の形成技術は完成されていない状況にある。
成する為に非常に重要な技術として最近注目されてお
り、このために各種のアプローチがなされている。しか
しながら、たとえば、モノシランの熱CVD（ Chemical V
apor Deposition:化学気相蒸着）法では約1000〜1100℃
程度の高温が必要であり、また、我々の検討の結果によ
れば、フロロシランもしくはジシランの光CVD法におい
ては、約600〜700℃程度の温度が必要であった。このよ
うに従来の技術においては、まだかなりの高温が必要で
あり、現在のところ、必ずしも満足されうる低温での単
結晶薄膜の形成技術は完成されていない状況にある。
本発明者はシランおよびフロロシランを光分解（光CVD
法）することにより、低温で単結晶薄膜を形成し得る技
術を基本的に完成し、先に提案した（特公平05−047518
号、特公平05−047519号、特公平05−049637号、特公平
06−050730号）。
法）することにより、低温で単結晶薄膜を形成し得る技
術を基本的に完成し、先に提案した（特公平05−047518
号、特公平05−047519号、特公平05−049637号、特公平
06−050730号）。
しかしながら、この光CVD法では、膜形成時間が長くな
るにつれて、わずかずつではあるが光透過窓が曇り、光
の透過量が徐々に低下するという実用上の問題点があっ
た。
るにつれて、わずかずつではあるが光透過窓が曇り、光
の透過量が徐々に低下するという実用上の問題点があっ
た。
この問題を解決すべくさらに検討を進めた結果、フロロ
シランとシランの混合ガスに水素を過剰量加えた原料ガ
スを用いることにより、300℃以下の基板温度において
さえも、単結晶シリコン薄膜が、光CVDよりも大面積
化、高速製造性等において、実用性の高い放電分解によ
って成長し、かつ、該混合ガス中にＶ族化合物を共存さ
せることにより、ｎ型ドーピングが可能であることを見
出し、本発明を完成した。
シランとシランの混合ガスに水素を過剰量加えた原料ガ
スを用いることにより、300℃以下の基板温度において
さえも、単結晶シリコン薄膜が、光CVDよりも大面積
化、高速製造性等において、実用性の高い放電分解によ
って成長し、かつ、該混合ガス中にＶ族化合物を共存さ
せることにより、ｎ型ドーピングが可能であることを見
出し、本発明を完成した。
［発明の開示］ 本発明は、シラン、フロロシラン、Ｖ族化合物および過
剰量の水素からなる混合ガスを放電分解して基板上に形
成することを特徴とする単結晶薄膜の製法、を要旨とす
るものである。
剰量の水素からなる混合ガスを放電分解して基板上に形
成することを特徴とする単結晶薄膜の製法、を要旨とす
るものである。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明においては、シランとして、SimH2m+2（ｍは１〜
３の整数）で表わされるモノシラン、ジシラン、トリシ
ランなどが有効に用いられる。また、フロロシランとし
てはSiH4-nFn（ｎ＝１〜４の整数）で表されるフロロモ
ノシランまたはSi2F6が有効に用いられる。
３の整数）で表わされるモノシラン、ジシラン、トリシ
ランなどが有効に用いられる。また、フロロシランとし
てはSiH4-nFn（ｎ＝１〜４の整数）で表されるフロロモ
ノシランまたはSi2F6が有効に用いられる。
本発明において用いられるＶ族化合物としてはＶ族元素
の水素化物が好ましく、特にPH3およびAsH3が好まし
い。なお、排ガス処理時の毒性の問題からは、PH3が特
に好ましい。
の水素化物が好ましく、特にPH3およびAsH3が好まし
い。なお、排ガス処理時の毒性の問題からは、PH3が特
に好ましい。
本発明は、かかるフロロシラン、シランおよびＶ族化合
物とともに過剰量の水素を存在せしめ、すなわち、フロ
ロシラン、シラン、Ｖ族化合物および過剰量の水素から
なる混合ガス、好ましくはシラン、フロロシランおよび
Ｖ族化合物に対して５倍量以上の水素を含み混合ガスと
し、これを放電により分解し、加熱された結晶性基板上
にｎ型単結晶薄膜を形成する方法である。
物とともに過剰量の水素を存在せしめ、すなわち、フロ
ロシラン、シラン、Ｖ族化合物および過剰量の水素から
なる混合ガス、好ましくはシラン、フロロシランおよび
Ｖ族化合物に対して５倍量以上の水素を含み混合ガスと
し、これを放電により分解し、加熱された結晶性基板上
にｎ型単結晶薄膜を形成する方法である。
本発明における放電分解は高周波グロー放電、直流グロ
ー放電、マイクロ波放電などを有効に利用することがで
きる。
ー放電、マイクロ波放電などを有効に利用することがで
きる。
また本発明では、単結晶薄膜を、基板上に、特に好まし
い態様として単結晶からなる基板上にエピタキシャル成
長させるものであり、該基板としてはシリコンウエハー
やサファイアなどが用いられる。
い態様として単結晶からなる基板上にエピタキシャル成
長させるものであり、該基板としてはシリコンウエハー
やサファイアなどが用いられる。
本発明においては、上記のごとく、フロロシラン、シラ
ンおよびＶ型化合物に対して過剰量の水素を共存させた
状態で放電分解することが好ましいのであるが、さらに
好ましく態様としては、シラン、フロロシランおよびＶ
型化合物に対して５倍量以上の水素を混合したガスを放
電分解するものである。
ンおよびＶ型化合物に対して過剰量の水素を共存させた
状態で放電分解することが好ましいのであるが、さらに
好ましく態様としては、シラン、フロロシランおよびＶ
型化合物に対して５倍量以上の水素を混合したガスを放
電分解するものである。
この混合ガス比については、単結晶薄膜を形成する薄膜
形成装置への原料ガス供給流量（容量）比で表わすこと
が便利である。好ましい流量比の範囲はつぎの通りであ
る。すなわち、フロロシラン／シラン＝0.5〜50、特に
好ましくは１〜20である。Ｖ型化合物の添加量はＶ型化
合物／（シラン＋フロロシラン）の比の値が１＊10-7〜
0.001程度で充分である。また、水素／（フロロシラン
＋シラン＋Ｖ型化合物）は５以上である。蓋し、ｎ型単
結晶薄膜は水素添加量の過剰の領域で形成されやすい傾
向にあるからである。但し、水素添加量を多くしすぎる
と、ｎ型単結晶薄膜の成長速度が低下するので好ましく
ないので、本発明において好ましい混合比は、水素／
（フロロシラン＋シラン＋Ｖ型化合物）５〜100、さら
に好ましくは10〜50、特に好ましくは12〜30の範囲であ
る。
形成装置への原料ガス供給流量（容量）比で表わすこと
が便利である。好ましい流量比の範囲はつぎの通りであ
る。すなわち、フロロシラン／シラン＝0.5〜50、特に
好ましくは１〜20である。Ｖ型化合物の添加量はＶ型化
合物／（シラン＋フロロシラン）の比の値が１＊10-7〜
0.001程度で充分である。また、水素／（フロロシラン
＋シラン＋Ｖ型化合物）は５以上である。蓋し、ｎ型単
結晶薄膜は水素添加量の過剰の領域で形成されやすい傾
向にあるからである。但し、水素添加量を多くしすぎる
と、ｎ型単結晶薄膜の成長速度が低下するので好ましく
ないので、本発明において好ましい混合比は、水素／
（フロロシラン＋シラン＋Ｖ型化合物）５〜100、さら
に好ましくは10〜50、特に好ましくは12〜30の範囲であ
る。
本発明において、混合ガスの形成方法は臨界的な因子で
はなく特に限定されるものではない。たとえば、該形成
装置外であらかじめ混合したガスを導入することや、該
形成装置内で、上記の希釈度合を満足すべく水素を混合
することのいずれも有用である。もちろん、水素希釈の
フロロシランやシランを使用することもなんら支障がな
い。
はなく特に限定されるものではない。たとえば、該形成
装置外であらかじめ混合したガスを導入することや、該
形成装置内で、上記の希釈度合を満足すべく水素を混合
することのいずれも有用である。もちろん、水素希釈の
フロロシランやシランを使用することもなんら支障がな
い。
また、本発明において、放電分解に用いる電力を発生す
る電源も臨界的な条件ではなく特に限定されるものでは
ない。具体的示例としては、高周波電源、直流高圧電
源、マイクロ波電源などが有用である。
る電源も臨界的な条件ではなく特に限定されるものでは
ない。具体的示例としては、高周波電源、直流高圧電
源、マイクロ波電源などが有用である。
さらに本発明において、放電分解時の混合ガス圧力や供
給電力については特に臨界的に限定される条件はない。
これらの条件はｎ型単結晶薄膜の成長速度に影響を与え
るものであり、成長速度に応じて基板温度を適宜変更す
ることで効果的にｎ型単結晶薄膜をエピタキシャル成長
させることができる。
給電力については特に臨界的に限定される条件はない。
これらの条件はｎ型単結晶薄膜の成長速度に影響を与え
るものであり、成長速度に応じて基板温度を適宜変更す
ることで効果的にｎ型単結晶薄膜をエピタキシャル成長
させることができる。
本発明の特にすぐれた特徴の一つとして、ｎ型単結晶薄
膜を形成する温度が従来の方法に比較して極めて低いこ
とが挙げられる。
膜を形成する温度が従来の方法に比較して極めて低いこ
とが挙げられる。
［発明を実施するための好ましい形態］ つぎに本発明の実施の形態についてしるす。放電手段、
基板導入手段、基板保持手段、基板加熱手段、ガス導入
手段、真空排気手段を少なくとも有する薄膜形成装置内
に洗浄およびまたはエッチングにより表面を清浄にした
単結晶材料の基板を設置し真空排気下基板を100〜400℃
に加熱する。原料ガスはシランに対するフロロシランの
流量比を１〜10および（シラン＋フロロシラン）に対す
るＶ族化合物の添加量比は１＊10-7〜0.001とし、かつ
（フロロシラン＋シラン＋Ｖ族化合物）に対する水素の
流量比を５倍以上、より好ましくは10倍以上として該装
置に供給される。真空排気手段で該装置内の圧力を10To
rr以下として、１〜100Wで放電を開始する。放電開始と
共に薄膜の形成が始まるので成膜速度を考慮にいれて必
要膜厚になる時間において放電をとめる。また、膜厚モ
ニターによって膜厚を計測しつつ、成膜時間を決めるこ
ともできる。
基板導入手段、基板保持手段、基板加熱手段、ガス導入
手段、真空排気手段を少なくとも有する薄膜形成装置内
に洗浄およびまたはエッチングにより表面を清浄にした
単結晶材料の基板を設置し真空排気下基板を100〜400℃
に加熱する。原料ガスはシランに対するフロロシランの
流量比を１〜10および（シラン＋フロロシラン）に対す
るＶ族化合物の添加量比は１＊10-7〜0.001とし、かつ
（フロロシラン＋シラン＋Ｖ族化合物）に対する水素の
流量比を５倍以上、より好ましくは10倍以上として該装
置に供給される。真空排気手段で該装置内の圧力を10To
rr以下として、１〜100Wで放電を開始する。放電開始と
共に薄膜の形成が始まるので成膜速度を考慮にいれて必
要膜厚になる時間において放電をとめる。また、膜厚モ
ニターによって膜厚を計測しつつ、成膜時間を決めるこ
ともできる。
［発明の効果］ 本発明において得られるｎ型単結晶薄膜は基板の温度が
300℃以下の低温、さらには200℃以下というきわめて低
い温度においても形成されるものである。高集積化のた
めに、半導体薄膜や半導体装置の低温形成技術が熱望さ
れている半導体装置の製造分野に対して、本発明は極め
て有用な技術を提供するものである。
300℃以下の低温、さらには200℃以下というきわめて低
い温度においても形成されるものである。高集積化のた
めに、半導体薄膜や半導体装置の低温形成技術が熱望さ
れている半導体装置の製造分野に対して、本発明は極め
て有用な技術を提供するものである。
また本発明は、光CVD法のように、増感剤たる有害な水
銀を必要としないので公害防止面からもすぐれた技術で
ある。さらに、光CVD法よりも高速成膜が達成されるの
で実用面からもすぐれた技術と云わざるを得ない。
銀を必要としないので公害防止面からもすぐれた技術で
ある。さらに、光CVD法よりも高速成膜が達成されるの
で実用面からもすぐれた技術と云わざるを得ない。
［実施例］ 高周波電力導入手段および放電電極、基板導入取り出し
手段、基板保持手段、基板加熱手段、ガス導入手段、真
空排気手段、基板導入取り出し室を設備された薄膜形成
装置を用いて本発明を実施例した。基板導入取り出し手
段を用いて膜付けのための基板であるところの洗浄済の
n-型シリコンウエハー（100）を基板導入取り出し室か
ら基板導入取り出し手段を用いて導入し基板保持手段に
設置した。真空排気手段で真空排気しつつ基板加熱手段
により該基板を250℃に加熱した。ついでホスフィン（P
H3）を（モノシラン（SiH4）＋ジフロロシラン（SiH
2F2））に対して、１＊10-5となるように添加し、か
つ、モノシラン（SiH4）／ジフロロシラン（SiH2F2）／
水素を1/5/100の流量比で導入し、真空排気手段に設備
されている圧力調節機構で薄膜形成装置内の圧力を1Tor
rに調節保持した。基板の温度および薄膜形成装置内の
圧力が一定となった時、高周波電力導入手段により放電
電極に20Wの高周波電力を印加しグロー放電を開始し
た。膜厚が約6000Aになった時に放電を停止する。平均
の成膜速度は0.2A/sであった。冷却後基板を取り出して
観察したところ、基板面は曇りの全くない鏡面であっ
た。表面を反射電子線回折（RHEED）により観察して、
基板と同一のストリーク状のラウエ斑点を得て、該基板
面からｎ型単結晶薄膜がエピタキシャル成長しているこ
とを確認した。該抵抗率は0.02Ω・cm以上であった。
手段、基板保持手段、基板加熱手段、ガス導入手段、真
空排気手段、基板導入取り出し室を設備された薄膜形成
装置を用いて本発明を実施例した。基板導入取り出し手
段を用いて膜付けのための基板であるところの洗浄済の
n-型シリコンウエハー（100）を基板導入取り出し室か
ら基板導入取り出し手段を用いて導入し基板保持手段に
設置した。真空排気手段で真空排気しつつ基板加熱手段
により該基板を250℃に加熱した。ついでホスフィン（P
H3）を（モノシラン（SiH4）＋ジフロロシラン（SiH
2F2））に対して、１＊10-5となるように添加し、か
つ、モノシラン（SiH4）／ジフロロシラン（SiH2F2）／
水素を1/5/100の流量比で導入し、真空排気手段に設備
されている圧力調節機構で薄膜形成装置内の圧力を1Tor
rに調節保持した。基板の温度および薄膜形成装置内の
圧力が一定となった時、高周波電力導入手段により放電
電極に20Wの高周波電力を印加しグロー放電を開始し
た。膜厚が約6000Aになった時に放電を停止する。平均
の成膜速度は0.2A/sであった。冷却後基板を取り出して
観察したところ、基板面は曇りの全くない鏡面であっ
た。表面を反射電子線回折（RHEED）により観察して、
基板と同一のストリーク状のラウエ斑点を得て、該基板
面からｎ型単結晶薄膜がエピタキシャル成長しているこ
とを確認した。該抵抗率は0.02Ω・cm以上であった。
Claims (7)
- 【請求項１】シラン、フロロシラン、Ｖ族化合物および
過剰量の水素からなる混合ガスを放電分解して基板上に
形成することを特徴とするｎ型単結晶薄膜の製法。 - 【請求項２】放電分解せしめられる混合ガスの組成比は
シラン、フロロシランおよびＶ族化合物にたいして水素
は少なくとも５倍量以上である特許請求の範囲第１項記
載の製法。 - 【請求項３】Ｖ族化合物がPH3若しくはAsH3である特許
請求の範囲第１項記載の製法。 - 【請求項４】フロロシランがSiH4-nFn（ｎ＝１〜４の整
数）で表されるフロロモノシランまたはSi2F6である特
許請求の範囲第１項記載の製法。 - 【請求項５】シランがSimH2m+2（ｍ＝１〜３の整数）で
ある特許請求の範囲第１項記載の製法。 - 【請求項６】結晶性基板上にｎ型単結晶薄膜がエピタキ
シャルに形成される特許請求の範囲第１項記載の製法。 - 【請求項７】シラン、フロロシラン、Ｖ族化合物および
水素からなる混合ガスをグロー放電により分解し、加熱
された結晶性基板上にエピタキシャル形成する特許請求
の範囲第１項記載の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30375886A JPH0733317B2 (ja) | 1986-12-22 | 1986-12-22 | ｎ型単結晶薄膜の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30375886A JPH0733317B2 (ja) | 1986-12-22 | 1986-12-22 | ｎ型単結晶薄膜の製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63159294A JPS63159294A (ja) | 1988-07-02 |
| JPH0733317B2 true JPH0733317B2 (ja) | 1995-04-12 |
Family
ID=17924918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30375886A Expired - Fee Related JPH0733317B2 (ja) | 1986-12-22 | 1986-12-22 | ｎ型単結晶薄膜の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0733317B2 (ja) |
-
1986
- 1986-12-22 JP JP30375886A patent/JPH0733317B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63159294A (ja) | 1988-07-02 |
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