JPS63159295A - ｐ型単結晶薄膜の製法 - 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】 ［技術分野］ 本発明は単結晶薄膜の製法に関し、特にｐ型シリコン単
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ｖＸ、ＣＶＤ　（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　：
化学気相蒸着）法では約１０００〜１１００″Ｃ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”Ｃ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ＣＶ
Ｄ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（特願昭６０−２
１５１７０号、特願昭６０−２１５１７１号、特願昭６
０−２１５１７２号、特願昭６０−２１５１７３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。

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■族化合物を共存さ
せることにより、Ｐ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。

［発明の開示コ 本発明は、シラン、フロロシラン、■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。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明においては、シランとして、５ｘｓＨｚ＊＊ｚ（
ｉｉ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ＳｉＨａ−、ＩＦ、　（ｎ
　＝１〜４の整数）で表されるフロロモノシランまたは
５ｉｚＦｈが有効に用いられる。

本発明において用いられる■族化合物としては■族元素
の水素化物が好ましく、特にジボラン（ＢＪｈ）が好ま
しい。

本発明は、かかるフロロシラン、シランおよび■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、・■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■族化合物に対して５倍量以上の水素を含む混合ガス
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Ｐ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。

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ェハー
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（、フロロシラン、シラ
ンおよび■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
好ましい態様としては、シラン、フロロシランおよび■
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。■型化合物の添加量は
■型化合物バシラン＋フロロシラン）の比の値が１１１
０−’〜０．１程度で充分である。また、水素／（フロ
ロシラン＋シラン＋■型化合物）は５以上である。蓋し
、ｐ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、ｐ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＋■型化合物）５〜１０
０、さらに好ましくは１０〜５０、特に好ましくは１０
〜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。

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。

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ｐ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ｐ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、ｐ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。

［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Ｂ、様についてしるす。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
またはエツ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■
族化合物の添加量比は１＄１０−’〜０．１としかつ（
フロロシラン＋シラン＋■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１０
Ｔｏｒｒ以下として、１〜１００Ｗで放電を開始する。

放電開始と共にＩＩＭ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ｐ型単結晶薄膜は基板の温度が
３００°Ｃ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。

［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
−型シリコンウェハー（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°Ｃに加熱した。ついでジボラ
ンを（モノシラン（ＳｉＨ４）＋ジフロロシラン（Ｓｉ
Ｈｚｈ　））に対して、１率１０−６となるように添加
し、かつ、モノシラン（ＳｉＨ４）　／ジフロロシラン
（ＳｉＨｚｈ）　／水素を１１５／１００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Ｉ　Ｔｏｒｒ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２０賀の高周波
電力を印加しグロー放電を開始した。膜厚が約６０００
　Ａになった時に放電を停止する。平均の成膜速度は０
．２八八であった。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０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ェ斑点を得て、該基板面からｐ
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０．０５１Ω・ｃｍ以上であった。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）シラン、フロロシラン、III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ｐ型単結晶薄膜の製法。
2. （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III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。
3. （３）III族化合物がジボランである特許請求の範囲第
   １項記載の製法。
4. （４）フロロシランがＳｉＨ＿４＿−＿ｎＦ＿ｎ（ｎ＝
   １〜４の整数）で表されるフロロモノシランまたはＳｉ
   ＿２Ｆ＿６である特許請求の範囲第１項記載の製法。
5. （５）シランがＳｉ＿ｍＨ＿２＿ｍ＿＋＿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。
6. （６）結晶性基板上にｐ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。
7. （７）シラン、フロロシラン、III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。