JP2000058460A - シリコン薄膜製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 精度良くドーパント濃度制御がされた高品質
のシリコン薄膜を低温で成膜する。 【解決手段】 原料ガスプラズマ９を基板５に供給して
プラズマＣＶＤ法によりシリコン薄膜を成膜していく。
この時、基板５にバイアス電圧を印加すると、原料ガス
プラズマ９から、結晶化に適したエネルギーを有した加
速イオン１０が基板５に向かって入射し、大粒径のシリ
コン薄膜が形成される。また同時に、ｐ型シリコン薄膜
を形成する際には、少なくともボロンを含むドーピング
剤２０を供給し、ｎ型シリコン薄膜を形成する際には、
少なくとも燐，砒素，アンチモンを含むドーピング剤２
０を供給し、精度の良いドーパント制御をする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシリコン薄膜製造方
法に関し、大粒径の結晶粒からなる高品質のｎ型または
ｐ型のシリコン薄膜を低温で成膜することのできるシリ
コン薄膜製造方法に関するものである。

【０００２】更に詳述すると、従前では４００℃以下の
基板温度では、単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基
板以外の基板上へ、単結晶シリコン薄膜あるいは１μｍ
以上の粒径をもつ多結晶シリコン薄膜を成膜することが
不可能であった。これを改良して、４００℃以下の基板
温度であっても、単結晶シリコン基板あるいは多結晶シ
リコン基板以外の基板上へ、単結晶シリコン薄膜あるい
は１μｍ以上の粒径をもつ多結晶シリコン薄膜の成膜を
可能とするイオン照射を用いた成膜法（加速イオンを基
板に入射する成膜法）が開発された。

【０００３】本発明は、上述したイオン照射を用いた成
膜法において、成膜と同時にドーピング剤を供給して高
精度にドーパント濃度制御をし、しかも、ドーピング剤
の含有成分をコントロールすることにより大粒径のｎ型
またはｐ型の単結晶シリコン薄膜および、大粒径の結晶
粒からなるｎ型またはｐ型の多結晶シリコン薄膜を製造
するシリコン薄膜製造方法に関するものである。

【０００４】

【従来の技術】単結晶シリコン薄膜あるいは多結晶シリ
コン薄膜はメモリー等の半導体デバイス、薄膜トランジ
スタ（ＴＦＴ）および太陽光発電素子の半導体膜の材料
として利用されている。

【０００５】これらの半導体部品に利用されるシリコン
薄膜としては膜中の欠陥および不純物が少なく、できる
だけ結晶粒径の大きな高品質シリコン膜が必要である。

【０００６】また、膜中へ添加されるボロンや燐等のド
ーパントの拡散を抑えて、ドーパント濃度を精度よく制
御するために、低温で単結晶シリコン薄膜あるいは大粒
径の結晶粒からなる多結晶シリコン薄膜を成膜できる方
法が必要とされている。

【０００７】さらに、耐熱性が低く高温の加熱ができな
いガラスや透明導電膜の基板上に、単結晶シリコン薄膜
あるいは大粒径の結晶粒からなる多結晶シリコン薄膜を
低温で成膜できる方法が必要とされている。

【０００８】従来、単結晶シリコン薄膜の製造方法およ
び多結晶シリコン薄膜の製造方法としては、熱化学気相
成長法（熱ＣＶＤ（Chemical Vapour Deposition）法）
や、プラズマ化学気相成長法（プラズマＣＶＤ法）が広
く適用されている。

【０００９】熱ＣＶＤ法は、加熱された基板に原料ガス
を供給し、化学的に反応させて薄膜を成膜する方法であ
る。この熱ＣＶＤ法でシリコン薄膜を成膜する際には、
ヒーターで加熱された基板に、シラン、ジシラン等を原
料ガスとして供給する。

【００１０】プラズマＣＶＤ法は、反応槽内で原料ガス
をプラズマ状態にし、活性なラジカルやイオンを生成さ
せて、ヒーター等で加熱した基板表面上で反応させて成
膜を行う方法である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、熱ＣＶＤ法
においては、４００℃以下の基板温度では熱による結晶
化と表面水素の脱離が低下し、膜中に非晶質成分や数百
ｎｍ程度の小さな粒径の微結晶が含まれるようになり膜
質が低下する問題があった。

【００１２】また、熱ＣＶＤ法においては、非耐熱性で
あり高温加熱が不可能な基板、ガラス等の非晶質基板あ
るいはシリコンと結晶構造や格子定数の異なる結晶から
なる基板を用いた場合、成膜反応がエピタキシャリーに
進行しないため、成膜される膜中に非晶質成分や微結晶
成分が含まれたりするために、単結晶シリコン薄膜およ
び多結晶シリコン薄膜を成膜することができない問題が
あった。

【００１３】また、熱ＣＶＤ法ではｎ型シリコン膜に対
しては燐、砒素、アンチモンを、ｐ型シリコン膜に対し
てはボロンを、原料ガスと同時に供給してｎ型あるいは
ｐ型シリコン膜を成膜する。

【００１４】しかしながら、熱ＣＶＤ法では、基板を６
００℃以上の高温に加熱して成膜を行なうため、膜中に
おいてドーパントが相互拡散する問題があった。特に、
多結晶シリコン薄膜の成膜においては、ドーパントが結
晶粒の粒界を低温で拡散し易いために、膜中のドーパン
ト濃度を希望の値に制御することが困難である問題があ
った。

【００１５】さらに、ドーパントの相互拡散も大きく、
急峻な分布を持ったｐｎ接合が得ることができないとい
う問題があった。

【００１６】一方、プラズマＣＶＤ法ではプラズマ状態
として活性な原料ガスにより成膜を行うため、熱ＣＶＤ
法に比べて低温で高品質な膜を成膜できる。したがっ
て、単結晶あるいは多結晶のシリコン基板を用いた場
合、プラズマＣＶＤ法では熱ＣＶＤ法に比べて低温でも
エピタキシャリーに成膜が進行するので、単結晶シリコ
ン薄膜あるいは多結晶シリコン薄膜を成膜できる。

【００１７】しかし、プラズマＣＶＤ法では４００℃以
下の温度でシリコン薄膜を製造することは可能である
が、シリコン以外の基板を用いた場合に膜中にアモルフ
ァスあるいは結晶の微粒子が残り、高品質のシリコン膜
を得ることができないという問題があった。

【００１８】本発明は上記従来技術に鑑み、大粒径の結
晶粒からなる高品質のｎ型またはｐ型のシリコン薄膜を
低温で成膜することのできるシリコン薄膜製造方法を提
供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、成膜室内に供給した原料ガスをプラズマ化
してなる原料ガスプラズマを、前記成膜室内に設置した
基板の表面上に供給して前記基板上にシリコン薄膜を成
膜する際に、少なくともボロン含有ガスを含むドーピン
グ剤を前記成膜室に供給すると同時に、前記基板または
前記基板の裏面に置かれたバイアス電極に電圧を印加す
ることにより加速されて、前記シリコン薄膜の結晶化に
適したエネルギーを有することとなった加速イオンを、
前記原料ガスプラズマから前記基板の表面に入射させる
ことにより、大粒径の結晶粒からなるｐ型シリコン薄膜
を成膜することを特徴とする。

【００２０】また本発明の構成は、成膜室内に供給した
原料ガスをプラズマ化してなる原料ガスプラズマを、前
記成膜室内に設置した基板の表面上に供給して前記基板
上にシリコン薄膜を成膜する際に、少なくとも燐，砒
素，アンチモンを含むドーピング剤を前記成膜室に供給
すると同時に、前記基板または前記基板の裏面に置かれ
たバイアス電極に電圧を印加することにより加速され
て、前記シリコン薄膜の結晶化に適したエネルギーを有
することとなった加速イオンを、前記原料ガスプラズマ
から前記基板の表面に入射させることにより、大粒径の
結晶粒からなるｎ型シリコン薄膜を成膜することを特徴
とする。

【００２１】また本発明では、前記加速イオンの運動エ
ネルギーが、１ [eV] 〜２００ [eV] であることを特徴
とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。

【００２３】〔プラズマ成膜装置の構成〕まずはじめ
に、本発明方法を実施するのに使用する２例のプラズマ
成膜装置の構成を、図１と図２を参照しつつ説明する。

【００２４】図１に示すプラズマ成膜装置００１は、成
膜室１と、この成膜室１の上部に配置されるプラズマ発
生装置２とから構成される。

【００２５】成膜室１内には、基板５と、バイアス電極
６と、基板５及びバイアス電極６を保持するための基板
ホルダー７とが設置されている。基板５が導電性材料か
らなる場合は、基板５にバイアス電源８が直接接続さ
れ、基板５が非導電性材料からなる場合にはバイアス電
極６にバイアス電源８が接続される。また、基板ホルダ
ー７には基板５を加熱するためのヒーターを併設しても
よい。

【００２６】成膜室１には、原料ガス１１を供給するた
めの原料ガス導入管３と、ドーピング剤２０を供給する
ためのドーピング剤導入管１９と、真空排気および原料
ガス１１を排気するための真空排気口４が設けられてい
る。

【００２７】成膜室１内に供給された原料ガス１１は、
プラズマ発生装置２により原料ガスプラズマ９となる。
詳細は後述するが、原料ガスプラズマ９からは、基板５
（またはバイアス電極６）に印加した電圧により加速さ
れた加速イオン１０が、基板５に向けて入射する。

【００２８】なお、プラズマ発生装置２としてはプラズ
マ発生装置全般を用いることができるが、好ましくは高
密度プラズマを発生できる電子サイクロトロン共鳴プラ
ズマ発生装置、誘導結合プラズマ発生装置、ヘリコン波
プラズマ発生装置を用いることが望ましい。

【００２９】さらに望ましくは、プラズマ発生装置とし
ては、図２に示すように、高密度プラズマを発生でき、
かつ原料ガス１１の圧力、加速イオン１０の量、エネル
ギー等の制御が容易な電子ビーム励起プラズマ発生装置
を用いることが望ましい。

【００３０】図２に示すプラズマ成膜装置００２では、
プラズマ発生装置として電子ビーム励起プラズマ発生装
置２Ａを採用している。この電子ビーム励起プラズマ発
生装置２Ａは、希ガス導入管１５と、希ガスプラズマ１
２を発生させるためのフィラメント１４と、差動排気口
１６と、希ガスプラズマ１２から電子ビーム１３を引き
出すための電子ビーム加速電極１８と、電子ビーム１３
を絞るための電子ビーム収束磁場コイル１７とを有して
いる。

【００３１】なお、プラズマ成膜装置００２のうち、電
子ビーム励起プラズマ発生装置２Ａ以外の他の部分の構
成は、図１に示すものと同様である。

【００３２】〔ｐ型シリコン薄膜製造方法〕次に、本発
明方法に係るｐ型シリコン薄膜製造方法について説明す
る。

【００３３】〔第１の実施の形態に係るｐ型シリコン薄
膜製造方法〕まず、本発明の第１の実施の形態に係る、
ｐ型単結晶シリコン薄膜あるいは大粒径の結晶粒からな
るｐ型多結晶シリコン薄膜の製造方法を、図１を参照し
つつ説明する。

【００３４】成膜前に真空排気口４から真空排気された
成膜室１内に、原料ガス導入管３を通じて原料ガス１１
を供給し、成膜室１に設置されたプラズマ発生装置２に
より原料ガス１１をプラズマ化して原料ガスプラズマ９
を発生させる。

【００３５】原料ガスプラズマ９を発生している状態に
おいて、バイアス電源８から基板５に直接電圧を印加し
たり、あるいはバイアス電源８から、基板５の裏面に置
かれたバイアス電極６に電圧を印加する。そうすると、
原料ガスプラズマ９から、前記電圧により加速した加速
イオン１０が、膜の結晶化に適したエネルギーで基板５
の表面上に入射する。

【００３６】この加速イオン１０の入射と同時に、原料
ガスプラズマ９を基板５の表面に供給しながら成膜する
ことにより、基板５上に単結晶シリコン薄膜あるいは大
粒径の結晶粒からなる多結晶シリコン薄膜を成膜するこ
とが可能である。

【００３７】基板５あるいはバイアス電極６に印加した
電圧により、原料ガスプラズマ９から基板５の表面に入
射させた加速イオン１０のエネルギーを、原料ガスプラ
ズマ９が堆積してなる基板５上のシリコン膜に与えるこ
とにより、膜の結晶化が進行する。

【００３８】この時、原料ガス１１の供給と同時に、ｐ
型シリコン膜の形成に対しては、ドーピング剤導入管１
９からボロンを含むドーピング剤２０を成膜室１内に供
給する。このようにすることにより、従来の熱ＣＶＤ法
あるいはプラズマＣＶＤ法よりも低温で、例えば６００
°Ｃ以下の温度で、ｐ型単結晶シリコン薄膜あるいは大
粒径の結晶粒からなるｐ型多結晶シリコン薄膜を成膜す
ることができる。

【００３９】前記原料ガス１１としてはシラン（Si
H₄）、ジシラン(Si₂H₆) 、ジクロルシラン(SiH₂Cl₂) 、
４塩化珪素（SiCl₄)等の珪素含有ガス、あるいはヘリウ
ム（He）、アルゴン（Ar）等の希ガス、水素ガス（H₂）
または窒素ガス（N₂）等により希釈した珪素含有ガスの
いずれも用いることができる。

【００４０】ｐ型シリコン膜に対するドーピング剤２０
としては、ボロンを含むジボラン等のボロン含有ガスを
用いることができる。あるいは蒸着器等からボロンを直
接供給しても良い。もちろん、これらのドーピング剤２
０を希ガス、水素ガス等で希釈して用いても良い。

【００４１】成膜の際に原料ガスプラズマ９を安定して
保持するために、プラズマ発生装置２として電子ビーム
励起プラズマ発生装置以外を用いた場合には、原料ガス
１１を１mTorr 〜１００mTorr の圧力で供給し、、電子
ビーム励起プラズマ発生装置を用いた場合には、原料ガ
ス１１を０．１mTorr 〜５０mTorr の圧力で供給するこ
とが望ましい。

【００４２】ドーピング剤２０はシリコン膜中のドーパ
ント濃度を制御するために、原料ガス１１に対して０．
０００１ppm 〜１０００ppm の範囲で供給することが望
ましい。

【００４３】基板５としては、金属材料、シリコン半導
体、誘電体、セラミックスおよびプラスチック材料を含
有する基板のいずれも用いることができる。

【００４４】また、シリコン膜の結晶化をさらに促進す
るために成膜中に基板５を２００℃以上に加熱すること
が望ましい。

【００４５】プラズマ発生装置２によりプラズマ化され
た原料ガスプラズマ９から、上記基板５の表面上に加速
イオン１０を供給するために、基板５が導電性材料から
なる場合には、基板５に直接接続されたバイアス電源８
から直流バイアスあるいは交流バイアスを印加する。

【００４６】基板５が非導電性材料からなる場合には、
加速イオン１０を基板５に引き込むとともに、加速イオ
ン１０による基板５のチャージアップ防止のための電子
を基板５に引き込む必要がある。そのため、基板５が非
導電性材料からなる場合には、基板５の裏面に置かれた
バイアス電極６に、バイアス電源８から交流バイアスを
印加する。このとき、好ましくは加速イオン１０のエネ
ルギーをできるだけ一定値に保つため、バイアス電源８
として高周波電源を用いることが望ましく、さらに好ま
しくはバイアス電源８を１MHz 以上の周波数の高周波電
源とすることが望ましい。

【００４７】基板５上に堆積した膜の結晶化の促進と高
エネルギーの加速イオン１０による膜中の欠陥の増加お
よび膜の非晶質化の防止を同時に満たすために、好まし
くは１ [eV] 〜２００ [eV] の運動エネルギーをもつ加
速イオン１０を基板５の表面に入射させることが望まし
い。さらに好ましくは１０ [eV] 〜４０ [eV] の運動エ
ネルギーをもつ加速イオン１０を用いることが望まし
い。

【００４８】〔第１の実験例に係るｐ型シリコン薄膜製
造方法〕次にこの発明の具体的な実験例１として、ドー
ピング剤２０としてジボランガスを用いたｐ型多結晶シ
リコン薄膜の製造方法を、図２を参照しつつ説明する。

【００４９】成膜前に基板５として、透明導電膜である
酸化錫（SnO₂）を表面に形成してあるガラス基板を、成
膜室１内の基板ホルダー７に保持されたバイアス電極６
上に設置する。

【００５０】その後、真空排気口４から成膜室１内を１
×１０^-8Torr以下の真空度に排気する。バイアス電極６
にはバイアス電源８として１MHz の高周波バイアス電源
を接続する。成膜中、基板５は基板ホルダー７を構成す
るヒーターにより４００℃に保持した。

【００５１】プラズマ発生装置２Ａに希ガス導入管１５
を通じてArガスを導入し、フィラメント１４に５〔Ａ〕
以下の電流を流すことによりプラズマ発生装置２Ａ中に
希ガスプラズマ１２を発生させる。電子ビーム加速電極
１８に電圧を印加すると共に、電子ビーム収束磁場コイ
ル１７に流す電流を調整することでプラズマ発生装置２
Ａから成膜室１中へ１〔Ａ〕〜５〔Ａ〕の電流量の電子
ビーム１３を入射させる。

【００５２】原料ガス導入管３から成膜室１内に導入し
た原料ガス１１に、電子ビーム１３を照射することによ
り原料ガス１１内に原料ガスプラズマ９が発生する。原
料ガス１１は１００％のジシランガス(Si₂H₆) を用い
た。成膜中、成膜室１内の原料ガス１１の圧力は１mTor
r に保持した。

【００５３】原料ガス１１の供給と同時にドーピング剤
導入管１９よりドーピング剤２０としてジボランを供給
した。ジボランは原料ガス１１であるジシランに対して
０．０００１ppm 〜１０００ppm の濃度で供給した。こ
のとき、プラズマ発生装置２Ａに設けられた差動排気口
１６から真空排気することにより、成膜室１内空間とプ
ラズマ発生装置２Ａ内空間のガスが相互に混入すること
を防いでいる。

【００５４】原料ガスプラズマ９内には、原料ガス１１
から分解・生成された Si₂H₄ ⁺ やSiH₂ ⁺ 等のイオンが大
量に発生しており、バイアス電源８を用いてバイアス電
極６に１MHz の高周波バイアスを印加することにより、
基板５の表面に加速イオン１０を入射させる。高周波バ
イアスを１〔Ｖ〕〜５００〔Ｖ〕の各電圧に保持する事
により、加速イオン１０のエネルギーを制御し、成膜中
は一定の値に保持した。同時に供給された原料ガスプラ
ズマ９からも基板５上にシリコン膜を堆積させる。

【００５５】基板５に入射させた加速イオン１０の持つ
エネルギーによりシリコン膜の結晶化が進行し、粒径１
μｍ以上（最大３０μｍ以上）の多結晶シリコン薄膜が
得られる。

【００５６】このとき、原料ガス１１であるジシランと
同時にドーピング剤２０であるジボランを供給すること
により、多結晶シリコン薄膜中にボロンが添加され大粒
径の結晶粒からなるｐ型多結晶シリコン薄膜が形成され
る。

【００５７】図３にジシランとジボランの供給比と多結
晶シリコン薄膜中のボロン濃度の関係を示す。

【００５８】図３に示すように、原料ガス１１であるジ
シランとドーピング剤２０であるジボランの供給比を変
えることにより、シリコン膜中のボロン濃度を制御でき
る。特に、本成膜方法では膜中のボロン濃度を１０¹⁴／
cm³ 〜１０²¹／cm³ の広い範囲において精度良く制御す
ることができる。このように、加速イオン１０を入射し
つつボロン含有ガスを含むドーピング剤２０を供給する
ことにより、従来のＣＶＤ法では得られなかった粒径１
μｍ以上の大粒径の結晶粒からなるｐ型多結晶シリコン
薄膜を得ることができる。

【００５９】〔ｎ型シリコン薄膜製造方法〕次に、本発
明方法に係るｎ型シリコン薄膜製造方法について説明す
る。

【００６０】〔第２の実施の形態に係るｎ型シリコン薄
膜製造方法〕まず本発明の第２の実施の形態に係る、ｎ
型単結晶シリコン薄膜あるいは大粒径の結晶粒からなる
ｎ型多結晶シリコン薄膜の製造方法を、図１を参照しつ
つ説明する。

【００６１】この製造方法は、プラズマ成膜装置００１
を用いたプラズマＣＶＤ法により、基板上にｎ型単結晶
シリコン薄膜あるいは大粒径の結晶粒からなるｎ型多結
晶シリコン薄膜を形成する方法である。これらはｐ型単
結晶シリコン薄膜あるいは大粒径の結晶粒からなるｐ型
多結晶シリコン薄膜を形成する方法とほぼ同様であり、
以下重複しない点について説明を行う。

【００６２】ｎ型単結晶シリコン薄膜あるいは大粒径の
結晶粒からなるｎ型多結晶シリコン薄膜の製造方法は、
第１の実施の形態に係るｐ型単結晶シリコン薄膜あるい
は大粒径の結晶粒からなるｐ型多結晶シリコン薄膜の製
造方法と同様であるが、原料ガス１１の供給と同時に、
ドーピング剤導入管１９から燐、砒素、アンチモンを含
むドーピング剤２０を成膜室１内に供給することによ
り、従来の熱ＣＶＤ法あるいはプラズマＣＶＤ法よりも
低温でｎ型単結晶シリコン薄膜あるいは大粒径の結晶粒
からなるｎ型多結晶シリコン薄膜を成膜することができ
る点が異なる。

【００６３】ｎ型シリコン膜に対するドーピング剤２０
としては燐、砒素、アンチモンを含むホスフィン、ホス
ゲン、アルシン含有ガスのいずれも用いることができ
る。あるいは蒸着器等から燐、砒素、アンチモンを直接
供給してもよい。もちろん、これらのドーピング剤２０
を希ガス、水素ガス等で希釈して用いても良い。

【００６４】〔第２の実験例に係るｎ型シリコン薄膜製
造方法〕次にこの発明の具体的な実験例２として、ドー
ピング剤２０としてホスフィンを用いたｎ型多結晶シリ
コン薄膜の作製法を図２を参照しつつ説明する。

【００６５】成膜前に基板５として、透明導電膜である
酸化錫（SnO₂）を表面に形成してあるガラス基板を成膜
室１内の基板ホルダー７に保持されたバイアス電極６上
に設置する。

【００６６】その後、真空排気口４から成膜室１内を１
×１０^-8Torr以下の真空度に排気する。バイアス電極６
にはバイアス電源８として１MHz の高周波バイアス電源
を接続する。成膜中、基板５は基板ホルダー７を構成す
るヒーターにより４００℃に保持した。

【００６７】プラズマ発生装置２Ａに希ガス導入管１５
を通じてArガスを導入し、フィラメント１４に５〔Ａ〕
以下の電流を流すことによりプラズマ発生装置２Ａ中に
希ガスプラズマ１２を発生させる。電子ビーム加速電極
１８に電圧を印加すると共に、電子ビーム収束磁場コイ
ル１７に流す電流を調整することでプラズマ発生装置２
Ａから成膜室１中へ１〔Ａ〕〜５〔Ａ〕の電流量の電子
ビーム１３を入射させる。

【００６８】原料ガス導入管３から成膜室１内に導入し
た原料ガス１１に、電子ビーム１３を照射することによ
り原料ガス１１内に原料ガスプラズマ９が発生する。原
料ガス１１は１００％のジシランガス(Si₂H₆) を用い
た。成膜中、成膜室１内の原料ガス１１の圧力は１mTor
r に保持した。

【００６９】原料ガス１１の供給と同時にドーピング剤
導入管１９よりドーピング剤２０としてホスフィンを供
給した。ホスフィンは原料ガス１１であるジシランに対
して０．０００１ppm 〜１０００ppm の濃度で供給し
た。このとき、プラズマ発生装置２Ａに設けられた差動
排気口１６から真空排気することにより、成膜室１内空
間とプラズマ発生装置２Ａ内空間のガスが相互に混入す
ることを防いでいる。

【００７０】原料ガスプラズマ９内には原料ガス１１か
ら分解・生成された Si₂H₄ ⁺ やSiH₂ ⁺ 等のイオンが大量
に発生しており、バイアス電源８を用いてバイアス電極
６に１MHz の高周波バイアスを印加することにより、基
板５の表面に加速イオン１０を入射させる。高周波バイ
アスを１〔Ｖ〕〜５００〔Ｖ〕の各電圧に保持する事に
より、加速イオン１０のエネルギーを制御し、成膜中は
一定の値に保持した。同時に供給された原料ガスプラズ
マ９からも基板５上にシリコン膜を堆積させる。

【００７１】基板５に入射させた加速イオン１０の持つ
エネルギーによりシリコン膜の結晶化が進行し、粒径１
μｍ以上（最大３０μｍ以上）の多結晶シリコン薄膜が
得られる。

【００７２】このとき、原料ガス１１であるジシランと
同時にドーピング剤２０であるホスフィンを供給するこ
とにより、多結晶シリコン薄膜中に燐が添加され大粒径
の結晶粒からなるｎ型多結晶シリコン薄膜が形成され
る。

【００７３】図４にジシランとホスフィンの供給比と多
結晶シリコン薄膜中の燐濃度の関係を示す。

【００７４】図４に示すように、原料ガス１１であるジ
シランとドーピング剤２０であるホスフィンの供給比を
変えることにより、シリコン膜中の燐濃度を制御でき
る。特に、本成膜方法では膜中の燐濃度を１０¹⁴／cm³
〜１０²¹／cm³ の広い範囲において精度良く制御するこ
とができる。このように、加速イオン１０を入射しつ
つ、少なくとも燐、砒素、アンチモンを含むドーピング
剤２０を供給することにより、従来のＣＶＤ法では得ら
れなかった粒径１μｍ以上の大粒径の結晶粒からなるｎ
型多結晶シリコン薄膜を得ることができる。

【００７５】

【発明の効果】以上具体的に説明したように、本発明で
は、成膜室内に供給した原料ガスをプラズマ化してなる
原料ガスプラズマを、前記成膜室内に設置した基板の表
面上に供給して前記基板上にシリコン薄膜を成膜する際
に、少なくともボロンを含むドーピング剤を前記成膜室
に供給すると同時に、前記基板または前記基板の裏面に
置かれたバイアス電極に電圧を印加することにより加速
されて、前記シリコン薄膜の結晶化に適したエネルギー
を有することとなった加速イオンを、前記原料ガスプラ
ズマから前記基板の表面に入射させることにより、大粒
径の結晶粒からなるｐ型シリコン薄膜を成膜する構成と
した。

【００７６】かかる構成としたため、大粒径の結晶粒か
らなるｐ型のシリコン薄膜を、低温で成膜することがで
きる。しかも、ボロンの濃度を広い範囲において精度良
く制御することができるとともに、加速イオンを入射さ
せるため、シリコン膜の結晶化が良好に進行する。

【００７７】また本発明では、成膜室内に供給した原料
ガスをプラズマ化してなる原料ガスプラズマを、前記成
膜室内に設置した基板の表面上に供給して前記基板上に
シリコン薄膜を成膜する際に、少なくとも燐，砒素，ア
ンチモンを含むドーピング剤を前記成膜室に供給すると
同時に、前記基板または前記基板の裏面に置かれたバイ
アス電極に電圧を印加することにより加速されて、前記
シリコン薄膜の結晶化に適したエネルギーを有すること
となった加速イオンを、前記原料ガスプラズマから前記
基板の表面に入射させることにより、大粒径の結晶粒か
らなるｎ型シリコン薄膜を成膜する構成とした。

【００７８】かかる構成としたため、大粒径の結晶粒か
らなるｎ型のシリコン薄膜を、低温で成膜することがで
きる。しかも、燐，砒素，アンチモンの濃度を広い範囲
において精度良く制御することができるとともに、加速
イオンを入射させるため、シリコン膜の結晶化が良好に
進行する。

【００７９】また本発明では、前記加速イオンの運動エ
ネルギーが、１ [eV] 〜２００ [eV] である構成とし
た。

【００８０】かかる構成としたため、基板上に堆積した
膜の結晶化の促進と、加速イオンによる膜中の欠陥の増
加及び膜の非晶質化の防止を同時に果たすことができ
る。

【００８１】結局、従来の熱ＣＶＤ法およびプラズマＣ
ＶＤ法では、低温環境下（例えば６００°Ｃ以下）で
は、単結晶シリコン薄膜あるいは大粒径の結晶粒からな
る多結晶シリコン薄膜の結晶化が進行せず、非晶質ある
いは微結晶成分が膜中に混入してしまう。

【００８２】これに対して、本発明では、上述したよう
な低温環境下（例えば６００°Ｃ以下）であっても、原
料ガスプラズマから結晶化に適したエネルギーの加速イ
オンを基板表面上に入射させながら成膜を行うことによ
り単結晶シリコン薄膜あるいは大粒径の結晶粒からなる
多結晶シリコン薄膜を成膜すると同時に、ｐ型またはｎ
型のシリコン膜を形成するに必要なドーパントを含むド
ーピング剤を供給することによりｐ型またはｎ型の単結
晶シリコン薄膜あるいは大粒径の結晶粒からなるｐ型ま
たはｎ型の多結晶シリコン薄膜を良好に形成することを
可能とした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するのに適したプラズマ成膜
装置を示す構成図。

【図２】本発明方法を実施するのに適したプラズマ成膜
装置を示す構成図。

【図３】原料ガスとドーピング剤の供給比と膜中のボロ
ン濃度の関係を示した特性図。

【図４】原料ガスとドーピング剤の供給比と膜中の燐濃
度の関係を示した特性図。

【符号の説明】 ００１，００２ プラズマ成膜装置 ２ プラズマ発生装置 ２ 電子ビーム励磁プラズマ発生装置 １ 成膜室 ２，２Ａ プラズマ発生装置 ２Ａ 電子ビーム励磁プラズマ成膜装置 ３ 原料ガス導入管 ４ 真空排気口 ５ 基板 ６ バイアス電極 ７ 基板ホルダー ８ バイアス電源 ９ 原料ガスプラズマ １０ 加速イオン １１ 原料ガス １２ 希ガスプラズマ １３ 電子ビーム １４ フィラメント １５ 希ガス導入管 １６ 差動排気口 １７ 電子ビーム収束磁場コイル １８ 電子ビーム加速電極 １９ ドーピング剤導入管 ２０ ドーピング剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA03 AA08 BA04 DB16 EB01 EJ01 TA04 TC02 UA01 4K030 BA29 BB03 FA01 JA14 LA16 5F045 AA08 AA14 AB02 AC01 AC03 AC05 AC15 AC16 AC17 AC19 AD08 AD09 AD10 AE13 AE15 AE17 AE19 AF02 AF07 AF10 BB04 BB07 CA13 CA15 DA61 DP03 EH16 EH20

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成膜室内に供給した原料ガスをプラズマ
   化してなる原料ガスプラズマを、前記成膜室内に設置し
   た基板の表面上に供給して前記基板上にシリコン薄膜を
   成膜する際に、 少なくともボロンを含むドーピング剤を前記成膜室に供
   給すると同時に、 前記基板または前記基板の裏面に置かれたバイアス電極
   に電圧を印加することにより加速されて、前記シリコン
   薄膜の結晶化に適したエネルギーを有することとなった
   加速イオンを、前記原料ガスプラズマから前記基板の表
   面に入射させることにより、大粒径の結晶粒からなるｐ
   型シリコン薄膜を成膜することを特徴とするシリコン薄
   膜製造方法。
2. 【請求項２】 成膜室内に供給した原料ガスをプラズマ
   化してなる原料ガスプラズマを、前記成膜室内に設置し
   た基板の表面上に供給して前記基板上にシリコン薄膜を
   成膜する際に、 少なくとも燐，砒素，アンチモンを含むドーピング剤を
   前記成膜室に供給すると同時に、 前記基板または前記基板の裏面に置かれたバイアス電極
   に電圧を印加することにより加速されて、前記シリコン
   薄膜の結晶化に適したエネルギーを有することとなった
   加速イオンを、前記原料ガスプラズマから前記基板の表
   面に入射させることにより、大粒径の結晶粒からなるｎ
   型シリコン薄膜を成膜することを特徴とするシリコン薄
   膜製造方法。
3. 【請求項３】 前記加速イオンの運動エネルギーが、１
   [eV] 〜２００ [eV] であることを特徴とする請求項１
   または請求項２のシリコン薄膜製造方法。