DE3784756T2 - Verfahren zur Herstellung einer niedergeschlagenen Schicht. - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer niedergeschlagenen Schicht.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bildung eines funktionellen abgeschiedenen Films, der Silizium enthält, vor allem auf einen funktionellen Film, insbesondere einen abgeschiedenen Film aus kristallinem Silizium, zur Verwendung für Halbleitervorrichtungen, lichtempfindliche Vorrichtungen, Liniensensoren für die Bildeingabe, Vorrichtungen zum Aufnehmen von Bildern und ähnliches.
  • Zum Beispiel sind zur Bildung von polykristallinen Siliziumfilmen hauptsächlich das Normaldruck-CVD-Verfahren, das LPCVD-Verfahren, das Plasma-CVD-Verfahren und ähnliches verwendet worden, und im allgemeinen wurde das LPCVD-Verfahren weit verwendet und industrialisiert.
  • In dem Verfahren nach dem Stand der Technik, zum Beispiel in dem LPCVD-Verfahren, ist die Schichtträgertemperatur jedoch hoch und billige Glasschichtträger und ähnliches kann nicht verwendet werden, und ein abgeschiedener Film mit praktisch nützlichen Eigenschaften kann bei tiefer Temperatur nicht erhalten werden. Auch in dem Plasma-CVD-Verfahren, obwohl es den Vorteil besitzt, daß es die Trägertemperatur im Vergleich zum LPCVD-Verfahren erniedrigt, ist sein Reaktionsprozeß kompliziert und es existieren nicht wenige Unsicherheiten in seinem Reaktionsmechanismus.
  • Es ist auch eine große Zahl an Parametern bei der Bildung eines abgeschiedenen Films eingeschlossen (z. B. Trägertemperatur, Strömungsgeschwindigkeiten und die Verhältnisse der eingeleiteten Gase, Druck während der Filmbildung, Hochfrequenzenergie, Elektrodenstruktur, Struktur des Reaktionsbehälters, Geschwindigkeit der Evakuierung, System der Plasmaerzeugung und ähnliches) und das Plasma, das durch die Kombination solch einer großen Zahl an Parametern gebildet wird, kann manchmal instabil werden, wobei häufig ausgeprägt schlechte Einflüsse auf den gebildeten abgeschiedenen Film ausgeübt werden. Außerdem ist es in dem Plasma-CVD-Verfahren schwierig eine Beschädigung durch Kollision von Ionen oder Elektronen mit dem Film zu vermeiden, was ein Hindernis bei der Erlangung eines Films mit guter Qualität darstellt.
  • Wie vorstehend beschrieben, war es erwünscht, bei der Bildung eines kristallinen Siliziumfilmes ein Verfahren zur Bildung eines polykristallinen oder Einkristall-Siliziumfilmes mit guter Qualität und mit einem großen Flächenbereich, mittels einer Vorrichtung mit niedrigen Kosten, unter Wahrung der praktisch nützlichen Merkmale und Gleichmäßigkeit, zu entwickeln. Dies ist auch auf andere funktionelle Filme anwendbar, wie Siliziumcarbidfilme, Siliziumnitridfilme, Siliziumoxidfilme und ähnliches.
  • Unter spezieller Bezugnahme auf den Stand der Technik soll die deutsche Patentanmeldung DE-A-3429899 erwähnt werden. Diese Referenz beschreibt ein Verfahren der chemischen Abscheidung aus der Gasphase (CVD) für die Abscheidung von Siliziumfilmen, in dem:
  • (a) ein Schichtträger in eine Abscheidungskammer eingebracht,
  • (b) eine aktivierte erste Spezies (A) aus einer Verbindung, die Silizium und ein Halogen enthält, in einer vorangestellten Reaktionskammer gebildet und in die Abscheidungskammer eingeleitet wird, und
  • (c) eine aktivierte zweite Spezies (B) aus einer anderen vorangestellten Reaktionskammer in die Abscheidungskammer eingeleitet und mit der aktivierten Spezies (A) umgesetzt wird, um einen abgeschiedenen Film auf dem Schichtträger zu bilden.
  • Es sei angemerkt, daß in dem in der vorstehenden Referenz beschriebenen Verfahren das abgeschiedene Filmmaterial amorph ist und keine Anleitung zur Verfügung gestellt wird, wie solch ein Verfahren verändert werden könnte, um zu einem zufriedenstellenden Kristallwachstum zu führen.
  • Es seien hier ferner die europäischen Patentanmeldungen des Patentanmelders erwähnt:
  • EP-A-0241317 betrifft das Wachstum eines kristallinen Films durch ein Verfahren, in dem während der Filmbildung die abgeschiedene Spezies durch Erhitzen umgelagert wird und die Wachstumsoberfläche des Films einem gasförmigen Ätzmittel ausgesetzt wird. Die Aktivität dieses Ätzmittels wird durch UV-Bestrahlung verstärkt.
  • EP-A-0242182 betrifft das Wachstum eines kristallinen Films auf einem Schichtträger, dessen Oberfläche kristallin ist, und dies deshalb, um dadurch die Orientierung des sich darauf abscheidenden Materials festzulegen. Dieses Verfahren ist nicht auf ein Verfahren begrenzt, in dem das gasförmige Ätzmittels photounterstützt wird.
  • EP-A-0243074 betrifft ebenfalls ein Verfahren in dem die Ätzmittelaktivität photounterstützt ist. Wachstum und/oder Kristallkeimbildung wird jedoch an auseinanderliegenden Stellen initiiert und der Film wird durch ein seitlich ausgedehntes Wachstum gebildet.
  • EP-A-0242207 betrifft ein Verfahren, in dem die Schichtträgeroberfläche selektiv mit einer Bestrahlung behandelt wird, als Mittel um lokalisierte Stellen für die Initiierung des Wachstums oder der Kristallkeimbildung festzulegen.
  • Die Erfindung stellt ein neues Verfahren für die Bildung eines kristallinen abgeschiedenen Films zur Verfügung, das die Probleme des Plasma-CVD-Verfahrens, wie sie vorstehend beschrieben wurden, löst.
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird beabsichtigt ein Verfahren für die Bildung eines kristallinen abgeschiedenen Films zur Verfügung zu stellen, das für die Vergrößerung des Filmes geeignet ist und auf einfache Weise eine Verbesserung der Produktivität und der Massenproduktion des Films erreicht, wobei es versucht die Merkmale des gebildeten Films, die Geschwindigkeit der Filmbildung und die Reproduzierbarkeit zu verbessern und auch die Filmqualität zu vereinheitlichen.
  • In Übereinstimmung mit der Erfindung wird ein Verfahren zur Bildung eines siliziumhaltigen kristallinen Films zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
  • Bereitstellung eines Schichtträgers in einer Abscheidungskammer, wobei eine seiner Hauptoberflächen so angeordnet ist, daß sie räumlich auseinandergelegene Bereiche aufweist, die entweder jeweils dazu geeignet sind, epitaktisches Wachstum eines siliziumhaltigen kristallinen Films zu unterstützen, oder jeweils siliziumhaltige Oberflächen für die Kristallkeimbildung zu bilden,
  • getrennte Einleitung von zuvor aktivierten, chemisch miteinander reaktiven ersten und zweiten Spezies in die Abscheidungskammer und Veranlassung ihrer Umsetzung und Abscheidung eines siliziumhaltigen kristallinen Films auf der Hauptoberfläche des Schichtträgers, wobei die aktivierte erste Spezies durch die Zersetzung einer Verbindung gebildet wird, die sowohl Silizium als auch ein Halogen enthält; und
  • Aussetzen der Wachstumsoberfläche des Films während der Bildung des kristallinen Films einem gasförmigen Ätzmittel unter Förderung des Kristallwachstums in einer bevorzugten Kristallflächenrichtung.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines abgeschiedenen Films mit der vorstehend spezifizierten Beschaffenheit weist den Vorteil der Bildung eines abgeschiedenen Films ohne Plasmareaktion in der Abscheidungskammer auf, es verwendet unter Einwirkung auf die Ausgangsgase für die Filmbildung, anstelle des Plasma-CVD- Verfahrens vom Stand der Technik, in dem eine Plasmaentladung durch Zulassen einer Entladungsenergie und ähnliches gebildet wird, eine aktivierte Spezies (A), die durch die Zersetzung einer Verbindung gebildet wird, die Silizium und ein Halogen enthält, und eine aktivierte Spezies (B), die aus einer chemischen Substanz für die Filmbildung gebildet wird, und die wechselseitig mit der aktivierten Spezies (A) chemisch reaktiv ist, und wobei es den Vorteil aufweist, während der Filmbildung und ähnlichem nicht durch eine anormale Entladung und ähnliches beeinflußt zu werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines abgeschiedenen Films weist auch ein anderes besonderes Merkmal auf, nämlich die Erzielung eines Kristallwachstums bevorzugt in einer speziellen Kristallflächenrichtung durch Verwendung einer Ätzwirkung auf die Wachstumsoberfläche des oben abgeschiedenen Films, indem die den abgeschiedenen Film bildende Oberfläche einer gasförmigen Substanz unterworfen wird, die auf den zu bildenden abgeschiedenen Film eine Ätzwirkung ausübt, wobei der Vorteil auftritt, daß ein kristalliner abgeschiedener Film mit einer bestimmten Kristallflächenrichtung, der eine gleichmäßige Filmdicke und eine gleichmäßige Filmqualität aufweist, erreicht werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines abgeschiedenen Films nutzt die chemische Reaktion mittels eines Kontakts der aktivierten Spezies (A) mit der aktivierten Spezies (B), ohne daß es eine hohe Temperatur zur Herstellung des abgeschiedenen Films erfordert und deshalb keine Störung der Struktur durch Wärme verursacht wird. Es wird auch keine Vorrichtung für das Erhitzen benötigt, so daß der Aufbau und die laufenden Kosten vermindert werden können. Es ist ebenfalls möglich, ein Schichtträgermaterial aus einem großen Bereich auszuwählen, da seine Hitzeverträglichkeit nicht in Rechnung gestellt werden muß.
  • Eine Vergrößerung des Flächenbereiches ist unabhängigkeit von der Form oder Größe des Schichtträgers möglich und gleichzeitig können die Ausgangsmaterialien sehr gering sein, wodurch die Abscheidungskammer kleiner gemacht werden kann, um die Ausbeute drastisch zu erhöhen.
  • Die Größe des Kristallkorns kann durch Anordnung des Kristallkeimes für das Kristallwachstum wie gewünscht auf dem Schichtträger festgelegt werden, wobei ein kristalliner abgeschiedener Film mit vorbestimmten Merkmalen auf ausgewählte Orte abgeschieden werden kann.
  • Es ist nun ebenfalls möglich, einen guten abgeschiedenen Film mit gleichmäßiger Filmqualität und charakteristischen Merkmalen über einem großen Flächenbereich und mit einer gleichzeitigen einfachen Steuerung der Filmqualität zu bilden: unter Energieeinsparung bei der Bildung des abgeschiedenen Films. Ferner kann ein kristalliner abgeschiedener Film von hoher Qualität mit ausgezeichneten Merkmalen, wie elektrische, optische, Halbleitermerkmale, in wirksamer Form mit einer ausgezeichneten Produktivität und Massenproduktivität erhalten werden.
  • Zu den beigefügten Zeichnungen:
  • Fig. 1 ist eine Schnittansicht der Vorrichtung zur Bildung des erfindungsgemäßen, abgeschiedenen Films.
  • Fig. 2(A)-2(F) bis Fig. 4(A)-4(G) illustrieren die Schritte der Herstellung eines erfindungsgemäßen Schichtträgers.
  • Fig. 5 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel eines abgeschiedenen Films zeigt, der auf einem bestimmten Schichtträger nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildet wurde.
  • Fig. 6 zeigt schematisch die Struktur eines TFT, hergestellt unter Verwendung eines abgeschiedenen Films, der durch das erfindungsgemäße Verfahren erhalten wurde.
  • Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, werden nun Ausführungsformen beschrieben werden und wird Bezug auf die Zeichnungen genommen werden. Die folgende Beschreibung ist nur als Beispiel gedacht.
  • In dem folgenden Verfahren wird anstelle der Anregung von Plasma in der Abscheidungskammer eine wechselseitige chemische Wechselwirkung herbeigeführt, die in Anwesenheit einer aktiven Spezies (A), gebildet durch Zersetzung einer Verbindung, die Silizium und ein Halogen enthält, unter Anwendung einer Aktivierungsenergie in einem Aktivierungsraum (A), der sich von dem filmbildenden Raum unterscheidet und einer aktiven Spezies (B), gebildet aus einer chemischen Substanz für die Filmbildung, stattfindet, weshalb der gebildete abgeschiedene Film nicht den ungünstigen Einflüssen des Plasmas, der Zerstäubung von Ionen oder ähnlichem, Elektronen oder ähnlichem ausgesetzt wird. Auch durch die Steuerung der Umgebungstemperatur in der Abscheidungskammer und der Schichtträgertemperatur, so frei wie gewünscht, kann das CVD-Verfahren stabiler gemacht werden.
  • Einer der Punkte des erfindungsgemäßen Verfahrens, der sich vom CVD-Verfahren vom Stand der Technik unterscheidet, ist die Verwendung aktivierter Spezies, die zuerst in einem Raum aktiviert werden, der sich von der Abscheidungskammer unterscheidet. Indem so verfahren wird, kann die Geschwindigkeit der Filmbildung drastisch vergrößert werden, und auch die Schichtträgertemperatur kann in großem Ausmaß gesenkt werden. Ferner ist es zusätzlich durch die Wirkung der ätzenden Spezies möglich geworden, einen polykristallinen Film abzuscheiden, der nur eine bestimmte Kristallflächenrichtung und eine gute Qualität mit starker Orientierbarkeit und großer Korngröße aufweist.
  • Die aktivierte Spezies (A) aus dem Aktivierungsraum (A) sollte bevorzugt wie gewünscht aus denjenigen ausgewählt und verwendet werden , die eine Lebensdauer von 0,1 Sekunden oder länger, bevorzugter 1 Sekunde oder länger, optimalerweise 10 Sekunden oder länger, aufweisen, sowie vom Standpunkt der Produktivität und der Einfachheit der Handhabung, wobei die Bestandteil-Elemente der aktiven Spezies (A) zu den Bestandteilen, die den in der Abscheidungskammer gebildeten abgeschiedenen Film konstituieren, werden. Die chemische Substanz für die Filmbildung wird ebenfalls aktiviert, um zur aktiven Spezies (B) durch die Einwirkung einer Aktivierungsenergie in einem Aktivierungsraum (B) vor der Einführung in die Abscheidungskammer zu werden, wobei sie zur gleichen Zeit, während der Bildung des abgeschiedenen Films aus dem Aktivierungsraum (B) eingeleitet wird, um wechselseitig eine chemische Reaktion mit der aktiven Spezies (A) einzugehen, die die Bestandteil-Elemente enthält, die zu den konstituierenten - Bestandteilen des gebildeten abgeschiedenen Films werden.
  • Als die silizium- und chlorhaltige Verbindung, die in den Aktivierungsraum (A) eingeleitet wird, können zum Beispiel Ketten- oder cyclische Silanverbindungen angewendet werden, deren Wasserstoffatome teilweise oder ganz durch Halogenatomen ersetzt sind, typischerweise Kettensiliziumhalogenide, dargestellt durch SiuY2u+2 (u ist eine Ganzzahl von 1 oder mehr, Y ist mindestens ein Element, ausgewählt aus F, Cl, Br und I) und cyclische Siliziumhalogenide SivY2v (v ist eine Ganzzahl von 3 oder mehr, und Y besitzt die gleiche Bedeutung wie vorstehend definiert), Ketten- und cyclische Verbindungen, dargestellt durch SiuHxYy (u und y besitzen die gleiche Bedeutung wie vorstehend definiert, x + y = 2u oder 2u + 2).
  • Spezielle Beispiele können gasförmige oder leicht zu vergasende Verbindungen, wie SiF&sub4;, (SiF&sub2;)&sub5;, (SiF&sub2;)&sub6;, (SiF&sub2;)&sub4;, Si&sub2;F&sub6;, Si&sub3;F&sub8;, SiHF&sub3;, SiH&sub2;F&sub2;, SiCl&sub4;, (SiCl&sub2;)&sub5;, SiBr&sub4;, (SiBr&sub2;)&sub5;, Si&sub2;Cl&sub6;, Si&sub2;Br&sub6;, SiHCl&sub3;, SiH&sub2;Cl&sub2;, SiH&sub3;Cl, SiHBr&sub3;, SiHI&sub3;, Si&sub2;Cl&sub3;F&sub3; und ähnliches einschließen.
  • Zur Bildung der aktivierten Spezies (A), können zusätzlich zu der vorstehenden Verbindung, die Silizium und Halogen enthält, andere Siliziumverbindungen, einfache Substanzen aus Silizium, Wasserstoff, Halogengase (z. B. F&sub2;- Gas, Cl&sub2;-Gas, vergastes Br&sub2;, I&sub2; und ähnliches), wenn gewünscht in Kombination, verwendet werden.
  • Als Mittel, um im Aktivierungsraum (A) aktivierte Spezies (A) zu bilden, können in Anbetracht der entsprechenden Voraussetzungen und der Vorrichtung verschiedene Aktivierungsenergien angewendet werden, wie elektrische Energien, einschließlich Mikrowelle, RF, Niederfrequenz- Gleichstrom (DC) und ähnliches, Wärmeenergien, wie Erhitzung mittels einer Heizvorrichtung, IR-Strahlen-Erhitzung und ähnliches, Photoenergie und ähnliches.
  • Als vorstehende chemische Substanz für die Filmbildung können zur Bildung der aktiven Spezies (B) in dem Aktivierungsraum (B) Wasserstoffgas und/oder Halogengase (z. B. F&sub2;-Gas, Cl&sub2;-Gas, vergastes Br&sub2;, I&sub2; und ähnliches) vorteilhaft verwendet werden. Zusätzlich zu diesen chemischen Substanzen für die Filmbildung kann zum Beispiel auch ein Inertgas wie Helium, Argon, Neon und ähnliches angewendet werden. Wenn eine große Zahl dieser chemischen Substanzen für die Filmbildung verwendet wird, können sie zunächst gemischt werden und in einem gasformigen Zustand in den Aktivierungsraum (B) eingeleitet werden, oder alternativ dazu können diese chemischen Substanzen für eine Filmbildung individuell aus den entsprechenden unabhängigen Beschickungsquellen in den Aktivierungsraum (B) eingeleitet werden, oder sie können in die entsprechenden unabhängigen Aktivierungsräume eingebracht werden, um individuell aktiviert zu werden.
  • Das Mengenverhältnis der vorstehenden aktivierten Spezies (A) zu der aktivierten Spezies (B), das in -die Abscheidungskammer einzuleiten ist, kann geeigneterweise in Abhängigkeit von den Abscheidungsbedingungen, der Art der aktivierten Spezies und ähnlichem ermittelt werden, kann aber bevorzugt 10:1 bis 1:10, bevorzugter 8:2 bis 4:6 betragen.
  • Der abgeschiedene Film kann auch, während oder nach der Filmbildung, mit einem in der Halbleitertechnik sogenannten Fremdelement dotiert werden. Als zu verwendendes Fremdelement kann geeigneterweise, als Fremdelement vom p-Typ, ein Element angewendet werden, das zur Gruppe IIIA des Periodensystems der Elemente gehört, wie B, Al, Ga, In, Tl und ähnliches, und als Fremdelement vom n-Typ, ein Element, das zur Gruppe VA des Periodensystems der Elemente gehört, wie N, P, As, Sb, Bi und ähnliches. Insbesondere B, Ga, P und Sb sind am meisten bevorzugt. Die Menge an zu dotierenden Fremdatom kann geeigneterweise in Abhängigkeit von den gewünschten elektrischen und optischen Merkmalen festgelegt werden.
  • Als Substanz zur Einführung eines Fremdatoms wird es bevorzugt, eine Verbindung auszuwählen, die unter normaler Temperatur und normalem Druck gasförmig ist, oder zumindest unter den Bedingungen für die Bildung des abgeschiedenen Films gasförmig ist, und die durch eine geeignete Vergasungsvorrichtung leicht vergast werden kann. Solche Verbindungen können einschließen: PH&sub3;, P&sub2;H&sub4;, PF&sub3;, PF&sub5;, PCl&sub3;, AsH&sub3;, AsF&sub3;, AsF&sub5;, AsCl&sub3;, SbH&sub3;, SbF&sub5;, BiH&sub3;, BF&sub3;, BCl&sub3;, BBr&sub3;, B&sub2;H&sub6;, B&sub4;H&sub1;&sub0;, B&sub5;H&sub9;, B&sub5;H&sub1;&sub1;, B&sub6;H&sub1;&sub0;, B&sub6;H&sub1;&sub2;, AlCl&sub3; und ähnliches.
  • Die Verbindungen, die das Fremdelement enthalten, können entweder einzeln oder als Kombination von zwei oder mehreren Verbindungen verwendet werden.
  • Die Substanzen zur Einführung von Fremdelementen können direkt im gasförmigen Zustand in den filmbildenden Raum eingeleitet werden oder alternativ dazu, zuvor im Aktivierungsraum (A) oder im Aktivierungsraum (B) oder in einem dritten Aktivierungsraum (C) vor der Einleitung in den filmbildenden Raum aktiviert werden.
  • Während des Schrittes der Filmbildung, das heißt, (a) während der Filmbildung, wird zur gleichen Zeit eine Ätzwirkung auf die Wachstumsoberfläche des abgeschiedenen Films angewendet, oder (b) eine Ätzwirkung wird auf die Wachstumsoberfläche des abgeschiedenen Films bei einer Unterbrechung der Filmbildung angewendet, wobei ein Kristallwachstum bevorzugt in einer speziellen Kristallflächenrichtung bewirkt werden kann, um einen abgeschiedenen Film mit guter Kristallinität zu ergeben. Die Ätzwirkung im vorstehenden Fall (b) kann innerhalb der Abscheidungskammer oder alternativ dazu in einem von der Abscheidungskammer getrennten Ätzraum ausgeführt werden.
  • Als die gasförmige oder leicht zu vergasende Substanz für das Ätzen (E), die eine Ätzwirkung auf den siliziumhaltigen Film aufweist, können einfache Substanzen aus Halogen, Halogenverbindungen oder aus diesen gebildete aktive Spezies (C) eingeschlossen sein.
  • Diese Substanzen (E) für das Ätzen können im gasförmigen Zustand in den Raum eingeleitet werden, in dem die Ätzwirkung angewendet wird, oder alternativ dazu, im Falle, daß die Substanz (E) durch Oberflächenreaktion auf der Oberfläche des abgeschiedenen Films der vorstehenden aktivierten Spezies (A) oder der vorstehenden aktivierten Spezies (B) gebildet wird, oder durch die chemische Reaktion zwischen der aktivierten Spezies (A) und der aktivierten Spezies (B) gebildet wird, wird die Ätzwirkung auf die Wachstumsoberfläche des abgeschiedenen Films gleichzeitig mit der Filmbildung durchgeführt.
  • Zum Beispiel sei als Beispiel, in dem die Substanz für die Ätzwirkung (E) durch die vorstehende Oberflächenreaktion gebildet wird, angeführt: die Reaktion zwischen einer aktivierten Spezies aus Halogen und Wasserstoff oder einem Halogen und aktivierter Spezies aus Wasserstoff geschieht auf der Wachstumsoberfläche des abgeschiedenen Films, wobei Halogenwasserstoff (HX) von der Wachstumsoberfläche des abgeschiedenen Films freigesetzt und der Halogenwasserstoff zur Substanz (E) für die Ätzung wird.
  • Als erfindungsgemäße Substanz (E) mit Ätzwirkung können Halogene, wie F&sub2;, Cl&sub2;, vergastes Br&sub2;, I&sub2; und ähnliches, halogenierter Kohlenstoff wie CHF&sub3;, CF&sub4;, C&sub2;F&sub6;, CCl&sub4;, CBrF&sub3;, CCl&sub2;F&sub2;, CCl&sub3;F, CClF&sub3;, C&sub2;Cl&sub2;F&sub4; und ähnliches, Halogenide einschließlich typischer Borhalogenide, wie BCl&sub3; und BF&sub3;, und zusätzlich SF&sub6;, NF&sub3;, PF&sub5; und ähnliches, und ferner von diesen Gasen Radikale, wie F*, C1*, Ionen, wie CF3&spplus;, CC13&spplus;, verwendet werden. Sie können auch als Mischungen verwendet werden, und die Ätzmerkmale können durch Zugabe von O&sub2;, H&sub2; und anderen Gasen, in Mengen, die den Film nicht beeinträchtigen, gesteuert werden.
  • Als das Verfahren zum Ätzen unter Verwendung dieser Substanz (E), können Ätzung und Filmbildung alternierend wiederholt werden, indem ein getrennter Raum für die Ätzung zur Verfügung gestellt wird, oder die Substanz (E) kann in einem Zustand mit Ätzwirkung in den filmbildenden Raum eingeleitet werden, um die Ätzwirkung gleichzeitig mit der Filmbildung durchzuführen, wobei die Wirkung auftritt, daß die Wachstumsrichtung des kristallinen Films beschränkt wird, um die erfindungsgemäße Aufgabe zu erfüllen.
  • Andererseits wurde eine Abhängigkeit der Wachstumsgeschwindigkeit von der Kristallflächenrichtung während des Kristallwachstums des Silizium oder des siliziumhaltigen Materials gefunden. Sie kann sich in Abhängigkeit von dem Verfahren zur Herstellung des abgeschiedenen Films oder der Abscheidungsbedingungen unterscheiden, aber in dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde eine bevorzugte Reihenfolge von (110) > (111) > (100) gefunden. Durch geeignete Wahl der Art der Substanz (E) für die Ätzung und einer dieser Bedingung entsprechenden Ätzbedingung, kann der Zustand mit stärkerer Orientierbarkeit von (110) » (111) » (100) verwirklicht werden. Erfindungsgemäß wird die Stärkung der vorstehenden Orientierbarkeit und die Beschleunigung der Wachstumsgeschwindigkeit verwirklicht, insbesondere durch die Festlegung eines Bereiches zur Beschleunigung der Kristallkeimbildung auf dem Schichtträger. Und es ist nicht nur die Bildung eines abgeschiedenen polykristallinen Films mit einer großen Korngröße, der nur entlang der (110)- Kristallfläche orientiert ist, möglich, sondern es ist auch möglich einen Einkristall durch Wahl der Größe, der Form, des Abstandes, des Materials und ähnlicher Eigenschaften des Kristallkeims wachsen zu lassen.
  • Der hier verwendete Ausdruck "kristalliner abgeschiedener Film" schließt selbstverständlich beides, polykristallinen und einkristallinen Film ein. Die Oberfläche zur Förderung der Kristallkeimbildung kann auf der ganzen Oberfläche des Schichtträgers, oder alternativ dazu, auf einem Teil davon, zur Verfügung gestellt werden, oder es können andernfalls viele Bereiche zur Verfügung gestellt werden, einzeln verteilt zur Förderung der Kristallkeimbildung. Es muß berücksichtigt werden, daß die aktive Spezies (A) in der Nähe des Schichtträgers, gebildet aus Verbindungen, die Silizium und ein Halogen enthalten, einen großen Koeffizienten der Anlagerung aufweist. Um den Koeffizienten der Anlagerung zu erhöhen, kann ein Material mit einem großen Koeffizienten der Anlagerung verwendet werden oder es kann eine Oberflächenstruktur zur Erhöhung des Koeffizienten der Anlagerung gebildet werden.
  • Der Koeffizient der Anlagerung bezieht sich im allgemeinen auf eine Größe, die ein Maß für die Bereitschaft, daß eine chemische Absorption eintritt, ist und im Falle der Erfindung sind physikalische und chemische Adsorption, einschließlich Dissoziation ebenfalls eingeschlossen. Als Material zur Erhöhung des Koeffizienten der Anlagerung werden diejenigen mit Oberflächenunebenheiten von einigen 100 nm (1000 Å) oder weniger bevorzugt. Was die Gestalt anbelangt, werden diejenigen mit einer Gestalt so regulär wie möglich, anstatt zufällig, bevorzugt.
  • Das Material mit einem großen Koeffizienten der Anlagerung kann aus isolierenden Substanzen und halbleitenden Substanzen ausgesucht sein, wie Si : N : H, Si&sub3;N&sub4;, A-Si : H, Si : N : O : H, Al&sub2;O&sub3;, SiO&sub2;, Ta&sub2;O&sub5; und ähnliches, wobei aber eine Verbindung, die Si-N enthält, bevorzugt ist. Manchmal kann auch ein metallisches Material verwendet werden. Wie vorstehend erwähnt, wurde eine Reihenfolge der stärkeren Orientierbarkeit des Kristalls von (110) > (111) > (100) hergestellt, aber natürlich ist es erfindungsgemäß möglich, die Richtung der orientierten Oberfläche und die Richtung der Wachstumsfläche des Einkristalls in Abhängigkeit von den Abscheidungsbedingungen und dem Kristallkeim zu steuern.
  • Der Bereich zur Förderung der Kristallkeimbildung muß nicht gleichmäßig über die gesamte Oberfläche des Schichtträgers verbreitet sein, aber es kann ein Film mit regulären Größen der Kristallkörner und regulären Richtungen der Kristallachsen erhalten werden, indem Plätze bereitgestellt werden, wo Kristallkeime dazu neigen, sich lokal zu bilden.
  • Um selektiv einen wie vorstehend beschrieben, gewünschten kristallinen abgeschiedenen Film zu bilden, ist es notwendig, vorher entweder ein Material, das Kristallkeime für den zu bildenden, abgeschiedenen Film bereitstellt oder ein Material, das in der Lage ist, dort, wo es erforderlich ist, selektiv Kristallkeime zu bilden, anzuordnen.
  • Im ersteren Fall, unter Verwendung eines Einkristallschichtträgers, der teilweise mit einem amorphen dünnen Film überzogen ist, als Schichtträger, oder durch Anordnung von einkristallinen Körnern auf dem Schichtträger, kann das gleiche Material wie der Einkristall selektiv einem epitaktischen Wachstum unterworfen werden, wobei der freie Bereich des Einkristallschichtträgers oder die einkristallinen Körner zu Kristallkeimen werden.
  • Kristalline abgeschiedene Filme verschiedener Art können auch durch die geeignete Auswahl der Bedingungen für die Filmbildung und der Art des kristallinen Materials, das zu den Kristallkeimen wird, hergestellt werden.
  • Im letzteren Fall kann unter Ausnutzung des Dichteunterschiedes bei der Kristallkeimbildung entsprechend den Arten an Materialien, die die Kristallkeimbildungsoberflächen bilden, durch eine verstreute Anordnung der Kristallkeimbildungsoberflächen gemäß einem gewünschten Muster auf dem Schichtträger, der gewünschte kristalline abgeschiedene Film selektiv gebildet werden.
  • Als zu verwendender Schichtträger kann im ersteren Fall ein Siliziumeinkristall, der mit einem Siliziumoxidfilm beschichtet ist und dessen darunterliegende Siliziumeinkristalle freigelegt sein müssen, oder ein Schichtträger mit einem geringen Wachstum der Siliziumkristalle, der darauf angeordnete Siliziumeinkristalle aufweist, verwendet werden. Ferner können anstelle der vorstehend beschriebenen Siliziumkristalle, Kristalle aus einer vom Silizium verschiedenen Art ebenfalls als Kristallkeime verwendet werden, aber die Materialien dieser Kristalle müssen den folgenden Bedingungen genügen:
  • 1. Die Gitterkonstante des kristallinen Materials auf der Schichtträgeroberfläche sollte identisch mit der Gitterkonstanten des abgeschiedenen Films sein oder ihr sehr nahe kommen.
  • 2. Die Koeffizienten der thermischen Ausdehnung des kristallinen Materials auf der Schichtträgeroberfläche und des abgeschiedenen Films sollten identisch miteinander oder einander sehr ähnlich sein.
  • Deshalb können als Material, das die Oberfläche eines geeigneten Schichtträgers zum Erhalt eines abgeschiedenen Films aus kristallinem Si konstituieren sollte, eingeschlossen sein: GaF&sub2;, ZnS, Yb, Mn&sub3;Ga, NaCoF&sub3;, Ni&sub3;Sn, Fe&sub3;C, NiTex (x ≤ 0,7), CoMnO&sub3;, NiMnO&sub3;, CuCl, AlP, Si und ähnliches.
  • Ferner kann, sogar wenn die zwei vorstehenden Bedingungen nicht erfüllt sind, durch eine angemessenere Auswahl der Abscheidungsbedingungen ebenfalls ein kristalliner abgeschiedener Film erhalten werden und das erfindungsgemäße Verfahren zur Bildung eines abgeschiedenen Films ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Materialien beschränkt.
  • Als Schichtträger, der im letzteren Fall zu verwenden ist, können zum Beispiel diejenigen verwendet werden, die ein auf dem SiO&sub2; verstreut angeordnetes Si&sub3;N&sub4; aufweisen oder diejenigen mit einem von SiO&sub2; bedeckten Si&sub3;N&sub4;-Film, wobei das darunterliegendes Si&sub3;N&sub4; teilweise freigelegt sein muß.
  • Diese Schichtträger machen sich die Eigenschaft der Siliziumkristallkeime zunutze, sich mit Leichtigkeit auf dem Si&sub3;N&sub4; und mit Schwierigkeiten auf dem SiO&sub2; zu bilden, und in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bildung eines abgeschiedenen Films, können sowohl amorphe als auch kristalline Materialien verwendet werden, vorausgesetzt daß sie Unterschiede in der Schwierigkeit und der Leichtigkeit bei der Bildung von Kristallkeimen aufweisen.
  • Die Schichtträgertemperatur (Ts) während der Filmbildung kann in Abhängigkeit von der Art des zu bildenden abgeschiedenen Films und der Art des verwendeten Schichtträgers in geeigneter Weise festgelegt werden.
  • Als nächstes wird die Erfindung durch Bezugnahme auf ein typisches Beispiel für die Vorrichtung zur Bildung eines abgeschiedenen Films nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben.
  • Fig. 1 ist eine teilweise Schnittansicht, die den schematischen Aufbau eines Beispiels für die Vorrichtung zur Bildung eines abgeschiedenen Films zeigt, in der das erfindungsgemäße Verfahren praktiziert wird.
  • In Fig. 1 ist 101 eine Abscheidungskammer (filmbildender Raum), in der die Abscheidung eines dünnen Siliziumfilmes durchgeführt wird, und die Abscheidungskammer 101 ist intern mittels eines Evakuierungsauslasses 106 mit einem nichtgezeigten Evakuierungssystem verbunden, wodurch die Abscheidungskammer 101 auf einem gewünschten Druck gehalten werden kann. In der Abscheidungskammer 101 sind ein Satz aus einer Einleitungsröhre 102 für Radikale (SX), die z. B. Silizium und ein Halogen enthalten, das die reaktive Spezies (A) darstellt, beziehungsweise aus einer Einleitungsröhre 103 - für z. B. Wasserstoffradikale als aktive Spezies (B) eingebracht. Die Enden der entsprechenden Einleitungsröhren für Radikale sind in den Wirkkammern (acting chambers) 108, 108A dick, und eng an den Auslässen 109, 109A. Innerhalb .der Abscheidungskammer 101 wird ein Schichtträger tragendes Element 104 durch die Rolle 110 so gehalten, daß es beidseitig in der Richtung senkrecht zur Papieroberfläche bewegbar ist. Und auf dem tragenden Element 104 wird ein Schichtträger 105 für die Abscheidung festgehalten. Die entsprechenden Radikale kommen aus dem Auslaß 109, 109A und werden in der Nähe des Schichtträgers innerhalb der Abscheidungskammer 101 miteinander vermischt und miteinander umgesetzt, um einen Film auf dem Schichtträger 105 zu bilden. Die Radikale (SX) beziehungsweise die Wasserstoffradikale werden aus -den entsprechenden Gasen des Ausgangsmaterials in den Kammern zur Bildung der aktiven Spezies, wie Glühöfen oder Plasmakammern und ähnliches, das nicht gezeigt ist, gebildet und danach mittels der Einleitungsröhren 102 beziehungsweise 103 in die Wirkkammern 108, 108A eingeleitet. Ihre Mengen werden mittels Mengenfluß-Steuervorrichtungen auf der Seite der Gasquelle aus dem Glühofen oder der Plasmakammer gesteuert.
  • Rolle 110 ist lediglich für die Abscheidung eines dünnen Siliziumfilmes über die ganze Oberfläche des Schichtträgers durch die Bewegung des Schichtträgers 105 vorgesehen.
  • Die Einleitungsröhre 111 ist eine Einleitungsröhre für ein anderes Gas mit chemischer oder physikalischer Ätzwirkung (Ätzgas), und in einigen Fällen wird das Ätzgas zuvor in dem nichtgezeigten Glühofen oder dem Plasmaofen aktiviert und zu dem Auslaß 114 geführt. Das Ätzgas, das den Film angreifen soll, wird aus dem Auslaß 114 freigesetzt, um die Bindungen selektiv zu durchtrennen oder auszuschließen, außer in der den Filmmerkmalen entsprechenden Wachstumsrichtung. Die Einleitung des Ätzgases kann auch, anders als durch solch getrennte Einleitungsröhren, durch die Einleitungsröhren 102, 103 ausgeführt werden, gemischt mit Ausgangsgasen, wenn die Reaktivität mit den Ausgangsgasen gering ist.
  • Die Erfindung wird mehr im Detail durch die Bezugnahme auf Beispiele beschrieben.
    • Beispiel 1
  • Auf eine flache Glasgrundplatte (#7059, hergestellt von Corning Co.) wurde ein wasserstoffhaltiger Si-N-H-Film von ungefähr 3 nm (30 Å) nach dem Glimmentladungsverfahren bei einer Grundplattentemperatur von 200ºC abgeschieden (dielektrische Konstante des Films 6,5, Brechungsindex 2,0), gefolgt von einer Musterung in Intervallen von 2 um. Unter Verwendung dieses Schichtträgers wurde mittels der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung darauf ein dünner Siliziumfilm gebildet.
  • Unter Verwendung von SiF&sub4; als Gas für das Ausgangsmaterial zur Bildung der Radikale, die Silizium und Halogen enthalten, dem F&sub2; als Ätzgas zugemischt wurde, wurde es der Mischung erlaubt in den Reaktionsofen zu strömen, gehalten bei 1100ºC, um zersetzt zu werden und um dann durch die Einleitungsröhre 102 in die Wirkkammer 108 freigesetzt zu werden. Zur gleichen Zeit wurde es dem H&sub2;-Gas gestattet in die Einleitungsröhre 103 zu strömen und eine Entladung wurde in der Einleitungsröhre 103 durch Einbringen von Mikrowellen mit 2,45 GHz bei einer Energie von 0,5 w/cm² durchgeführt, um das H&sub2; zu zersetzen, gefolgt von einer Freisetzung des zersetzten Produkts in die Wirkkammer 108A. Die Schichtträgertemperatur wurde bei 250ºC gehalten. Die Verhältnisse der Strömungsgeschwindigkeiten der reaktiven Ausgangsgase wurden zu dieser Zeit folgendermaßen variiert: 5/100, 20/100, 30/100, 60/100, 80/100 von F&sub2;-Gas/SiF&sub4;-Zersetzungsgas (Einheit ist SCCM) und ein Druck von 67 N/m² (0,5 Torr) wurde in jedem Fall für 1 Stunde beibehalten, wobei der Film, der die in Tabelle 1 gezeigten Eigenschaften aufwies, abgeschieden wurde. Bei den entsprechenden Proben, wenn die Driftbeweglichkeit für Nr. 2, 3 und 4 gemessen wurde, wurde gefunden, daß sie 30 cm²/V·sec für Nr. 2, 47 für Nr. 3 und 18 für Nr. 4 betrug. So wurde gefunden, daß ein sehr guter polykristalliner Film mit starker Orientierbarkeit hergestellt werden kann. Da die Kristallinität besser ist, wenn die Abscheidungsgeschwindigkeit, wie in Tabelle 1 gezeigt, erniedrigt wird, wird die Korngröße unter Verbesserung der Orientierbarkeit durch die Wirkung der Ätzung größer, wie in dem vorstehenden Teil der Erfindung beschrieben ist.
    • Beispiel 2
  • Mittels der gleichen Vorrichtung wie in Beispiel 1 verwendet, wurde ein Film auf der gleichen Corning #7059 Grundplatte mit daraufbefindlichem abgeschiedenem SiNH wie in Beispiel 1 als Schichtträger gebildet, indem der aktiven Spezies aus Si&sub2;F&sub6; als dem Ausgangsmaterial gestattet wurde, in die Einleitungsröhre 102 zu strömen und indem die aktive Spezies, die aus H&sub2; gebildet wurde, in die Einleitungsröhre 103 eingeleitet wurde. Unter Verwendung von Si&sub2;F&sub6; als dem Startgas zur Bildung der Radikale, die Silizium und Halogen enthalten, wurde es diesem erlaubt in den Reaktionsofen zu strömen, gehalten bei 800ºC, um zersetzt zu werden, gefolgt von der Freisetzung aus der Einleitungsröhre 102 in die Wirkkammer 108. Zur gleichen Zeit wurde es dem F&sub2; gestattet durch die Einleitungsröhre 111 zu strömen und die Entladung wurde durch das Einbringen von Mikrowellen mit 2,45 GHz bei einer Energie von 0,7 w/cm² durchgeführt, und das entladene Produkt wurde in die Wirkkammer 113 freigesetzt. Dem H&sub2;-Gas wurde es gestattet, durch die Einleitungsröhre 103 zu strömen, die Entladung wurde durch das Einbringen von Mikrowellen mit 2,45 GHz bei einer Energie von 0,5 w/cm² durchgeführt, um das H&sub2; zu zersetzen, und das zersetzte Produkt wurde in die Reaktionskammer 108A freigesetzt. Die Schichtträgertemperatur wurde auf 310ºC gehalten. Zu dieser Zeit wurden die Verhältnisse der Strömungsgeschwindigkeiten der entsprechenden Ausgangsgase wie folgt verändert: 5/100, 15/100, 25/100, 35/100, 50/100 von F&sub2;-Gas/Si&sub2;F&sub6;-Zersetzungsgas, mit konstant gehaltenem H&sub2; von 30 SCCM und ein Druck von 67 N/m² (0,5 Torr) wurde in jedem Fall für 1 Stunde beibehalten, wobei die in Tabelle 2 gezeigten Filme abgeschieden wurden. Von den entsprechenden Proben wurde die Driftbeweglichkeit für Nr. 8 und 9 gemessen, und man fand, daß sie 80 cm²/V·sec für Nr. 8 und 65 für Nr. 9 betrug. So wurde gefunden, daß ein sehr guter polykristalliner Film mit starker Orientierbarkeit hergestellt werden kann. Die Korngröße wurde unter Verwendung eines Röntgenstrahldiffraktometers und eines Elektronenmikroskops gemessen
    • Beispiel 3
  • Unter Verwendung der gleichen Bedingungen wie in den Proben Nr. 3 und 8 in den Beispielen 1 und 2 wurde, wie in Fig 6 gezeigt, ein Dünnfilmtransistor (nachstehend als TFT abgekürzt) hergestellt. Nach der Abscheidung einer polykristallinen Si-Halbleiterschicht 502, wie in Fig. 5 gezeigt, mit einer Filmdicke von 0,5 um auf einer Glasgrundplatte (Corning #7059) 501, die einer Musterbildung mit SiNH unter den vorstehenden Bedingungen unterworfen wurde, wurde ein TFT unter Verwendung des Verfahrens zur Herstellung eines TFT mit coplanarem oberen Gate hergestellt.
  • Zuerst wurde gemäß dem Glimmentladungsverfahren eine n+-Schicht (Spezifischer Widerstand σ 1Ω cm), die die Ohmsche Kontaktschicht 603 darstellt, dotiert mit P, mit einer Dicke von 100 nm (1000 Å) gebildet, und dann blieb mittels Photolithographie eine aktive Schicht 602, gefolgt von der Ätzung des Kanalbereiches 606, um oben die Kontaktschicht 603 zu bilden. Dann wurden unter Verwendung des Glimmentladungsverfahrens NH&sub3; und SiH&sub4; zersetzt, um einen Si- N-H-Film mit einer Filmdicke von 300 nm (3000 Å), einer Dielektrizitätskonstanten von 67 und einer dielektrischen Festigkeit von 3·10&sup6; V/cm VFB OV bei einer Schichtträgertemperatur von 200ºC abzuscheiden. Dann wurden die Kontaktöffnungen 605 für Source und Drain offengelegt, Al wurde bis zu 500 nm (5000 Å) durch Vakuum-Dampfabscheidung als die obere Elektrode 607 abgeschieden, und die Source-Elektrode 607, die Gate-Elektrode 609 beziehungsweise die Drain- Elektrode 608 wurden durch Photolithographie gebildet. Die Gate-Breite W und die Gate-Länge L betrugen 600 um beziehungsweise 20 um. Die charakteristischen Merkmale wurden gemessen, wenn die Drain-Elektrode geerdet und verschiedene +-Spannungen an die Source-Elektrode und die Gate-Elektrode angelegt wurden. In der Drain-Strom ID - Drain-Spannungs VD- Charakteristik wurden sowohl in Nr. 3 als auch in 8 gutes Sättigungsverhalten erhalten, um bei einer Gate-Spannung von 10 V und einer Drain-Spannung von 10 V einen hohen Strom von 8·10&supmin;&sup4;A zu ergeben. Die charakteristischen TFT-Merkmale, die aus den Ergebnissen der Messungen des Drain-Stromes bei verschiedenen Gate-Spannungen VD erhalten wurden, sind in Tabelle 3 gezeigt.
  • Es wurde gefunden, daß der TFT unter Verwendung des Filmes, wie er vorstehend erhalten wurde, gute charakteristische Merkmale aufwies.
    • Beispiel 4
  • Mittels der gleichen Vorrichtung wie in Beispiel 1, wurde ein Film bei einer Schichtträgertemperatur von 280ºC abgeschieden. Als Schichtträger wurden ein Corning Glasträger verwendet, mit einem SiNH-Film 3nm (30 Å) (hergestellt unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1) und einem A-Si:H- Film 8 nm (80Å) (10% Wasserstoff, hergestellt mittels des Glimmentladungsverfahrens bei einer Schichtträgertemperatur von 300ºC), die durch Musterung jeweils zu Rechtecken mit einer Größe von 0,5·1,5um ausgebildet und zweidimensional mit Intervallen von 10 um·80 um angeordnet wurden. Wenn die Abscheidung unter der Bedingung von Strömungsgeschwindigkeit des F&sub2;-Gases/Strömungsgeschwindigkeit des SiF&sub4;- Zersetzungsgases von 20/100 unter den sonst gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchgeführt wurde, wuchsen Körner mit den entsprechenden Kristallkeimen als den Zentren und es wurde ein Polykristall aus sehr langen Körnern mit 10 um·80 um gefunden, der entsprechend den Intervallen der Kristallkeime wuchs. Die Orientierung war eine (110)- Orientierung und es wurde gefunden, daß die Orientierung innerhalb der Oberfläche ebensogut war, wie angenähert im Einkristall im Falle eines Kristallkeims in der Richtung eines kleinen Stücks von 0,5 um, auch im Falle der Verwendung von A- Si:H.
    • Beispiel 5
  • Wenn die Abscheidung unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1, unter Verwendung eines (100), (111), (110)-Si- Einkristalles ausgeführt wurde, wurde gefunden, daß ein vollständiger Einkristall mit einer (100)-Kristallfläche mit 0,2 nm/s (2,0 Å/sec) bis zu einer Dicke von 700 nm (7000 Å), in dem Falle, in dem ein (100)-Schichtträger unter der Bedingung von F&sub2;/SiF&sub4;= 60/100 verwendet wurde, wuchs. Es wurde gefunden, daß das Muster der Reflexionselektronenstrahl- Diffraktion des Films streifenformig war und es wurde auch ein Chrysanthemum-Muster beobachtet und als Ergebnis der Messung der Gesamtbeweglichkeit wurde ein Wert von 750 cm²/sec, vergleichbar mit einem Einkristall, erhalten.
    • Beispiel 6
  • Der Schichtträger 118 wurde gemäß den in Fig. 2 gezeigten Schritten hergestellt. Zuerst wurde ein polykristalliner Siliziumschichtträger 201, wie in Fig. 2(A) gezeigt, gewaschen und dann ein dünner Siliziumoxidfilm 202 auf der gesamten Oberfläche des Schichtträgers 201 gemäß dem Vakuumzerstäubungsverfahren abgeschieden (in diesem Fall können andere Verfahren als das Vakuumzerstäubungsverfahren angewendet werden, Verfahren zur Abscheidung verschiedener dünner Filme, MBE-Verfahren, CVD-Verfahren und ähnliches). [Fig. 2 (B)].
  • Darauffolgend wurde eine Elektronenstrahl-Resistschicht 203 auf dem dünnen Film 202 [Fig. 2 (C)] aufgebracht und die Elektronenstrahl-Resistschicht wurde unter Verwendung einer Photomaske mit einem gewünschten Muster dem Licht ausgesetzt, und die Elektronenstrahl-Resistschicht 203 wurde mittels Entwicklung teilweise entfernt [Fig. 2 (D)].
  • Mit dem restlichen Elektronenstrahl-Resist 203A als Maske wurde der dünne Siliziumoxidfilm 202 geätzt, um einen dünnen Film 202A mit einem gewünschten Muster zu bilden [Fig. 2 (E)].
  • Entsprechend den vorstehend beschriebenen Schritten wurde ein Schichtträger 118 mit bestimmter Kristallfläche aus dem polykristallinem Silizium, das in bestimmten konstanten Abständen aus dem Siliziumoxidfilm freigelegt wurde, erhalten.
  • Die Regionen der auf der Oberfläche des Schichtträgers 118 freigelegten Siliziumkristalle wiesen eine Breite von 500 um und ein Intervall von 300 um auf.
  • Als nächstes wurde unter Verwendung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung ein dünner Siliziumfilm auf dem vorstehenden Schichtträger gebildet.
  • Zunächst wurde das SiF&sub4;, das als Ausgangsgas zur Bildung der silizium- und halogenhaltigen Radikale verwendet wurde, mit F&sub2;, als dem Ätzgas, gemischt und es wurde der Mischung gestattet in den auf 1100ºC gehaltenen Reaktionsofen zu strömen, um darin zersetzt zu werden, gefolgt von einer Freisetzung durch die Einleitungsröhre 102 in die Aktivierungskammer 108. Zur gleichen Zeit wurde es dem H&sub2;-Gas gestattet in die Einleitungsröhre 103 zu strömen, um bei einem Druck von 20 N/m² (0,15 Torr) gehalten zu werden, und Mikrowellen mit 2,45 GHz wurden bei einer Energie von 0,5 w/cm² in die Einleitungsröhre 103 eingeleitet, um eine Entladung und die Zersetzung des H&sub2; zu bewirken, gefolgt von der Freisetzung des zersetzten Gases in die Aktivierungskammer 108. Die Schichtträgertemperatur wurde auf 250ºC gehalten. Zu dieser Zeit wurde das Mengenverhältnis der entsprechenden Startgase, ausgedrückt als Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten von H&sub2;-Gas/SiF&sub4;-Zersetzungsgas, innerhalb von 5/100, 15/100, 25/100, 30/100, 50/100 (die Einheit ist SCCM) variiert, und in jedem Fall wurde eine Stunde lang ein Druck von 67 N/m² beibehalten. Als Ergebnis wurden die Filme mit den in Tabelle 4 gezeigten Eigenschaften abgeschieden. Die Bewertung der Kristallinität einer jeden Probe wurde unter Verwendung von Röntgenstrahl- und Elektronenstrahldiffraktion durchgeführt, wobei gefunden wurde, daß sie alle polykristallin waren. Unter den entsprechenden Proben wurde für die Proben Nr. 6-2, 6-3 und 6-4 die Driftbeweglichkeit der Elektronen nach dem Van der Pauw- Verfahren gemessen. Als Ergebnis wurde gefunden, daß sie für Nr. 6-2 bei 42 cm²/V·sec lag, für 6-3 bei 58 und für 6-4 bei 22. So wurde gefunden, daß ein polykristalliner Film mit einer sehr guten starken Orientierung hergestellt werden kann.
  • Fig. 2(F) zeigt eine schematische Schnittansicht des polykristallinen abgeschiedenen Siliziumfilmes 204, der auf dem Schichtträger 118 erhalten wurde.
  • In Fig. 2(F) zeigt 205 die Kristallkorngrenze. Beispiel 7
  • Der Schichtträger 118 wurde gemäß den in Fig. 3 gezeigten Schritten hergestellt.
  • Zuerst wurde ein Glasträger 301, der im wesentlichen ein wie in Fig. 3(A) gezeigtes gleichförmiges Zusammensetzungsmaterial umfaßte, gewaschen und dann wurde ein amorpher dünner SiN(A-SiN)-Film 302 mit einer Dicke von ungefähr 2 um auf der gesamten Oberfläche des Schichtträgers 301 ig. 3 (B)] gebildet.
  • Darauffolgend wurde ein Glühen des vorstehenden dünnen A-SiN-Filmes in einer N&sub2;-Atmosphäre mittels einer Laserglühvorrichtung auf dem vorstehenden dünnen A-SiN-Film 302 durchgeführt, um ein kristallines Si&sub3;N&sub4; (C-Si&sub3;N&sub4;) 303 auf der Oberflächenschicht des dünnen A-SiN-Filmes 302 zu bilden (bis zu einer Tiefe von ungefähr 1 um) [Fig. 3 (C)].
  • Zu dieser Zeit wurde mit Laser bestrahlt, mit einem Ar- CW-Laser von 4880 Å, bei einer Scanning-Geschwindigkeit von 2,5 cm/sec und einer Energie von 10 W. Nachfolgend wurde die Oberfläche der C-Si&sub3;N&sub4;-Schicht mittels der vorstehenden Laserglühvorrichtung in einer O&sub2;-Atmosphäre überstrichen, um selektiv die SiO&sub2;-Schicht 304 zu bilden [Fig. 3 (D)].
  • Entsprechend den vorstehend beschriebenen Schritten wurde ein Schichtträger 118 gebildet, mit einer C-Si&sub3;N&sub4;- Schicht 303A, die in konstanten Abständen freigelegt ist und in anderen Bereichen mit der SiO&sub2;-Schicht 304 bedeckt ist. Die auf der Schichtträgeroberfläche freigelegten Bereiche der C- Si&sub3;N&sub4;-Schicht 303A wiesen eine Breite von 300 um mit Abständen von 200 um auf.
  • Ferner wurde unter Verwendung dieses Schichtträgers 118 kristallines Silizium mittels der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, ähnlich wie in Beispiel 1 beschrieben, abgeschieden.
  • Zunächst wurde es dem Si&sub2;F&sub6;, das als Ausgangsgas zur Bildung der silizium- und halogenhaltigen Radikale verwendet wurde, gestattet, in den auf 800ºC gehaltenen Reaktionsofen zu strömen, um darin zersetzt zu werden, gefolgt von einer Freisetzung durch die Einleitungsröhre 102 in die Wirkkammer 108. Zur gleichen Zeit wurde es dem F&sub2; gestattet mit 1,0 SCCM durch die Einleitungsröhre 111 zu strömen, wobei Mikrowellen mit 2,45 GHz bei einer Energie von 0,7 w/cm² eingebracht wurden, um entladen und in die Wirkkammer 113 freigesetzt zu werden. Dem H&sub2;-Gas wurde gestattet unter Verwendung der Einleitungsröhre 103 zu strömen, gehalten bei einem Druck von 0,2 Torr, und Mikrowellen von 2,45 GHz wurden bei 0,5 w/cm² eingeleitet, um eine Entladung und Zersetzung des H&sub2; zu bewirken, gefolgt von einer Freisetzung in die Wirkkammer 108. Die Schichtträgertemperatur wurde auf 310ºC gehalten. Zu dieser Zeit wurde das Verhältnis der entsprechenden Startgase, ausgedrückt als Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten von H&sub2;-Gas/Si&sub2;F&sub2;-Zersetzungsgas, variiert: 5/100, 10/100, 15/100, 25/100 und 40/100, wobei das H&sub2; bei 30 SCCM konstant gehalten wurde und in jedem Fall für eine Stunde ein Druck von 67 N/m² (0,5 Torr) aufrechterhalten wurde. Als Ergebnis wurden die in Tabelle 5 gezeigten Filme abgeschieden. Unter den entsprechenden Proben wurde für die Proben Nr. 6-8, und 6-9 die Beweglichkeit gemessen, um einen Wert von 95 cm²/V·sec für Nr. 6-8 und 72 für Nr. 6-9 zu erhalten. So wurde gefunden, daß ein polykristalliner Film mit einer äußerst guten, starken Orientierung hergestellt werden kann. Die Korngröße wurde unter Verwendung eines Röntgenstrahldiffraktometers und eines Elektronenmikroskops gemessen.
  • Fig. 3(E) zeigt eine schematische Schnittansicht des kristallinen abgeschiedenen Siliziumfilmes 305, der auf dem Schichtträger 118 erhalten wurde.
  • 306 in Fig. 3(E) zeigt die Kristallkorngrenze.
    • Beispiel 8
  • Der Schichtträger 118 wurde gemäß den in Fig. 4 gezeigten Schritten hergestellt.
  • Zuerst wurde der polykristalline Siliziumschichtträger 401, wie in Fig. 4(A) gezeigt, gewaschen und dann wurde ein amorpher dünner SiO&sub2;-Film 402 auf der gesamten Oberfläche des Schichtträgers 401 gemäß dem Vakuumzerstäubungsverfahren abgeschieden (in diesem Fall können andere Verfahren als das Vakuumzerstäubungsverfahren angewendet werden, verschiedene Verfahren zur Abscheidung dünner Filme, wie das Verfahren zur Vakuum-Dampfabscheidung, das Verfahren zur Plasmaentladung, MBE-Verfahren, CVD-Verfahren und ähnliches) [Fig. 4(B)]. Als nächstes wurde ein amorpher dünner Si&sub3;N&sub4;-Film 403 auf dem dünnen SiO&sub2;-Film 402 abgeschieden [Fig. 4(C)].
  • Darauffolgend wurde eine Elektronenstrahl-Resistschicht 404 auf den dünnen Si&sub3;N&sub4;-Film 403 [Fig. 4 (D)] aufgebracht und die Elektronenstrahl-Resistschicht 404 wurde unter Verwendung einer Photomaske mit einem gewünschten Muster dem Licht ausgesetzt, und die Elektronenstrahl-Resistschicht 404 wurde mittels Entwicklung teilweise entfernt [Fig. 4 (E)].
  • Unter Verwendung der restlichen Elektronenstrahl- Resistschicht 404A als Maske wurde der dünne Si&sub3;N&sub4;-Film 403 geätzt, der dünne Si&sub3;N&sub4;-Film 403A mit einem gewünschten Muster wurde gebildet [Fig. 4 (F)].
  • Entsprechend den vorstehend beschriebenen Schritten wurde der Schichtträger 118 mit den Bereichen 402A erhalten, wobei die Oberfläche der SiO&sub2;-Schicht 402 in bestimmten konstanten Abständen aus dem dünnen Si&sub3;N&sub4;-Film 403A freigelegt wird.
  • Der vorstehende dünne Si&sub3;N&sub4;-Film 403A war auf dem dünnen SiO&sub2;-Film 402 mit einer Breite von 200 um und einem Abstand von 200 um angeordnet. Als nächstes wurde unter den gleichen Bedingungen wie in den Proben Nr. 6-3 in Beispiel 6 ein abgeschiedener Film 405 mit einer Dicke von ungefähr 3,0 um gebildet.
  • Fig. 4(G) zeigt eine schematische Schnittansicht des polykristallinen abgeschiedenen Filmes 405, der auf dem Schichtträger 118 erhalten wurde.
  • Als nächstes, wenn die Kristallinität des abgeschiedenen Siliziumfilmes unter Verwendung der entsprechenden erhaltenen Proben mittels Röntgenstrahl- und Elektronenstrahl-Diffraktometrie bewertet wurde, erwiesen sie sich als polykristalline Siliziumfilme. Ferner betrug die Korngröße des polykristallinen Siliziums, ermittelt nach dem Scherrarverfahren 0,8 um. Die Varianz der Kristallkorngröße war im wesentlichen über den ganzen Schichtträger einheitlich.
  • Auch wenn der Zustand der Oberfläche der Probe mittels eines Elektronenmikroskops vom Scanning-Typ untersucht wurde, wurde gefunden, daß die Glätte gut war, ohne Wellenmuster und ähnliches, und die Irregularität der Filmdicke betrug ±4% oder weniger. Auch wenn die Beweglichkeit und die Elektroleitfähigkeit des abgeschiedenen kristallinen Si-Films der gebildeten Probe nach dem Verfahren von Van der Pauw gemessen wurde, wurde gefunden, daß sie 300 cm/V·sec beziehungsweise 9·10&supmin;&sup6; S·cm&supmin;¹ betrug.
    • Beispiel 9
  • Der Schichtträger 118 wurde gemäß den in Fig. 4 gezeigten Schritten hergestellt. Zuerst wurde ein Glasträger 401, der ein einheitliches Zusammensetzungsmaterial umfaßte, wie in Fig. 4(A) gezeigt, gewaschen und dann wurde ein amorpher dünner SiN:H-Film 402 auf der gesamten Oberfläche des Schichtträgers 401 unter Verwendung von SiH&sub4;-Gas und NH&sub3;-Gas gemäß dem Plasma-CVD- Verfahren mit einer Dicke von ungefähr 2 um [Fig. 4 (B)] gebildet.
  • Darauffolgend wurde ein amorpher dünner SiO&sub2;-Film 404 nach dem Vakuumzerstäubungs-Verfahren auf dem vorstehenden dünnen SiN:H-Film 402 mit einer Dicke von 50 nm (500 Å) abgeschieden [Fig. 4(C)]. Darauffolgend wurde eine Elektronenstrahl-Resistschicht 404 [Fig. 4 (D)] auf den dünnen SiO&sub2;-Film 403 aufgebracht und die Elektronenstrahl- Resistschicht 404 wurde unter Verwendung einer Photomaske mit einem gewünschten Muster belichtet, um danach die Elektronenstrahl-Resistschicht 404 [Fig. 4 (E)] teilweise zu entfernen. Der dünne SiO&sub2;-Film 403 wurde unter Verwendung der restlichen Elektronenstrahl-Resistschicht 404A als Maske geätzt, um einen dünnen SiO&sub2;-Film 403A mit dem gewünschten Muster zu ergeben [Fig. 4(F)].
  • Entsprechend den vorstehend beschriebenen Schritten wurde der Schichtträger 118 gebildet, mit einem Bereich 402A mit Si&sub3;N&sub4;-Schichten, die in konstanten Abständen freigelegt werden und mit anderen Bereichen, die mit einer SiO&sub2;-Schicht 403A bedeckt sind. Die auf der Schichtträgeroberfläche freigelegten Bereiche der Si&sub3;N&sub4;-Schicht 402A wurden mit einer Breite von ungefähr 300 um einem Abstand von 280 um angeordnet.
  • Als nächstes wurde unter Verwendung des Schichtträgers 118 kristallines Silizium mittels der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung in der gleichen Weise wie in Beispiel 6 abgeschieden. Die Filmbedingungen waren dieselben wie in Probe Nr. 6-8 in Beispiel 7, und der Film wurde mit einer Dicke von ungefähr 2 um hergestellt.
  • Fig. 4(G) zeigt eine schematische Schnittansicht des kristallinen abgeschiedenen Siliziumfilms 405, der auf dem Schichtträger 118 erhalten wurde.
  • Ferner wurde unter Verwendung der entsprechenden erhaltenen Proben die Kristallinität des abgeschiedenen Films mittels Röntgenstrahl- und Elektronenstrahl-Diffraktometrie bewertet, wobei sich bestätigte, daß es sich um polykristallinen Siliziumfilm mit einer Korngröße von ungefähr 0,75 um handelte. Die Varianz der Kristallkorngröße war im wesentlichen über die ganze Oberfläche des Schichtträgers einheitlich.
  • Auch wenn der Zustand der Oberfläche der Probe mittels eines Elektronenmikroskops vom Scanning-Typ untersucht wurde, wurde gefunden, daß die Glätte gut war, ohne Wellenmuster und ähnliches, und die Irregularität der Filmdicke betrug ±4% oder weniger. Auch wenn die Beweglichkeit und die Elektroleitfähigkeit des abgeschiedenen kristallinen Si-Films der erhaltenen Probe nach dem Verfahren von Van der Pauw gemessen wurden, wurde gefunden, daß sie 86 cm/V·sec beziehungsweise 4·10&supmin;&sup6; S·cm&supmin;¹ betrugen.
  • Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bildung eines abgeschiedenen Films kann ein abgeschiedener Film lediglich durch das in Kontakt bringen einer aktivierten Spezies (A) mit einer aktivierten Spezies (B) gebildet werden, wobei das Verfahren den Vorteil aufweist, daß es insbesondere keine Energie zur Reaktionsanregung von außen benötigt.
  • Dementsprechend wird es möglich die Schichtträgertemperatur zu erniedrigen. Auch weil ein Material, das zum Kristallkeim für den abgeschiedenen Film wird oder in der Lage ist, selektiv den Kristallkeim zu bilden, auf einer gewünschten Stelle der Schichtträgeroberfläche angeordnet werden kann, kann jeder gewünschte polykristalline oder einkristalline abgeschiedene Film mit einer extrem hohen Orientierung und großer Korngröße gebildet werden. Ferner ist es bei gleichzeitiger Energieeinsparung möglich, einen Film mit einer einheitlichen Filmqualität und einheitlichen Merkmalen über einen großen Flächenbereich und mittels einer einfachen Handhabbarkeit der Filmqualität zu erhalten. Ferner kann mit Leichtigkeit ein kristalliner Film mit einer ausgezeichneten Produktivität und Massenproduktivität und mit einer hohen Qualität mit ausgezeichneten elektrischen, optisch halbleitenden und anderen physikalischen Eigenschaften erhalten werden. Tabelle 1 F&sub2;-Gasströmungsgeschwindigkeit (SCCM)/ SiF&sub4; Verhältnis der Peakintensität der Diffraktion von 220/111 mittels Röntgenstrahlung Korngröße nm Abscheidungsgeschwindigkeit
  • *Berechnet angesichts des I/I&sub0;-Verhältnisses der ASTM-Karte Tabelle 2 Probe Nr. F&sub2;-Gasströmungsgeschwindigkeit (SCCM)/SiF&sub4; Verhältnis der Peakintensität der Diffreaktion von 220/111 mittels Röntgenstrahlung Korngröße nm Abscheidungsgeschwindigkeit Tabelle 3 Proben Nr. Verhältnis des Maximal- und des Minimalwertes des Drainstromes* Elektrische Feldeffekt-Beweglichkeit** Schwellenwert-Spannung**
  • *Gemessen durch Variation der Gate-Spannung (die Drain-Spannung wurde bei VD=10 V konstant gehalten)
  • **Berechnet aus der VD-VG-Abhängigkeit Tabelle 4 Probe Nr. H&sub2;-Gasströmungsgeschwindigkeit (SCCM)/SiF&sub4; Verhältnis der Peakintensität der Diffraktion von 220/111 mittels Röntgenstrahlung Korngröße Abscheidungsgeschwindigkeit
  • *Berechnet angesichts des I/I&sub0;-Verhältnisses der ASTM-Karte Tabelle 5 Probe Nr. H&sub2;-Gasströmungsgeschwindigkeit (SCCM)/Si&sub2;F&sub6; Verhältnis der Peakintensität der Diffraktion von 220/111 mittels Röntgenstrahlung Korngröße Abscheidungsgeschwindigkeit

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung eines siliziumhaltigen kristallinen Films, welches folgende Schritte umfaßt:
Bereitstellung eines Schichtträgers in einer Abscheidungskammer, wobei eine seiner Hauptoberflächen so angeordnet ist, daß sie auseinander gelegene Bereiche aufweist, die entweder jeweils dazu geeignet sind, epitaktisches Wachstum eines siliziumhaltigen kristallinen Films zu unterstützen, oder jeweils siliziumhaltige Oberflächen für die Kristallkeimbildung bilden,
getrennte Einleitung von zuvor aktivierten, chemisch miteinander reaktiven ersten und zweiten Spezies in die Abscheidungskammer und Veranlassung ihrer Umsetzung und Abscheidung eines siliziumhaltigen kristallinen Films auf der Hauptoberfläche des Schichtträgers, wobei die aktivierte erste Spezies aus der Zersetzung einer Verbindung, die sowohl Silizium als auch ein Halogen enthält, gebildet wird; und
Aussetzen der Wachstumsoberfläche des Films während der Bildung des kristallinen Films einem gasförmigen Ätzmittel unter Förderung des Kristallwachstums in einer bevorzugten Kristallflächenrichtung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die aktivierte erste Spezies eine Lebensdauer von mindestens 0,1 Sekunden aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die aktivierte erste Spezies eine Lebensdauer von mindestens einer Sekunde aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die aktivierte erste Spezies eine Lebensdauer von mindestens 10 Sekunden aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die silizium- und halogenhaltige Verbindung eine Ketten- oder eine cyclische Silanverbindung ist, die zumindestens teilweise mit Halogenatomen substituiert ist.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die aktivierte zweite Spezies aus Wasserstoff- und/oder einem Halogengas gebildet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein Inertgas mit der aktivierten zweiten Spezies eingeleitet wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das gasförmige Ätzmittel ein Halogen, eine Halogenverbindung oder eine aktivierte Spezies, gebildet aus einem Halogen oder einer Halogenverbindung, ist.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das gasförmige Ätzmittel als ein Produkt der Reaktion der aktivierten ersten und zweiten Spezies gebildet wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ausgeführt unter Bedingungen der Temperatur, des Drucks und der Strömungsgeschwindigkeit, die zur Bildung eines polykristallinen Films mit einer einheitlichen Korngröße von mindestens 30 nm führen.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ausgeführt unter Bedingungen der Temperatur, des Drucks und der Strömungsgeschwindigkeit, die zur Bildung eines monokristallinen Films für den Schichtträger führen.
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