JP2000188257A - 結晶性シリコン系半導体薄膜の製造方法 - Google Patents
結晶性シリコン系半導体薄膜の製造方法Info
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の３工程を採用する方法に比べると、安
価に、且つ、省エネルギで、また、低温で結晶性のよい
良質の結晶性シリコン系半導体薄膜を製造できる方法を
提供する。 【解決手段】 基板Ｓに結晶性シリコン系半導体薄膜を
形成する結晶性シリコン系半導体薄膜の製造方法であ
り、基板Ｓ近傍に少なくともシリコン系ガスを含む膜原
料ガスのプラズマＰを形成して基板Ｓにシリコン主体薄
膜を形成するとともに、励起粒子原料ガスから生成した
励起粒子を基板Ｓへ向け照射して該シリコン主体薄膜に
おけるシリコンを結晶化させ、膜原料ガス及び励起粒子
原料ガスのうち少なくとも一方にはシリコン半導体を形
成するための不純物ガスを含ませておくことで基板Ｓに
結晶性シリコン系半導体薄膜を形成する。
価に、且つ、省エネルギで、また、低温で結晶性のよい
良質の結晶性シリコン系半導体薄膜を製造できる方法を
提供する。 【解決手段】 基板Ｓに結晶性シリコン系半導体薄膜を
形成する結晶性シリコン系半導体薄膜の製造方法であ
り、基板Ｓ近傍に少なくともシリコン系ガスを含む膜原
料ガスのプラズマＰを形成して基板Ｓにシリコン主体薄
膜を形成するとともに、励起粒子原料ガスから生成した
励起粒子を基板Ｓへ向け照射して該シリコン主体薄膜に
おけるシリコンを結晶化させ、膜原料ガス及び励起粒子
原料ガスのうち少なくとも一方にはシリコン半導体を形
成するための不純物ガスを含ませておくことで基板Ｓに
結晶性シリコン系半導体薄膜を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大規模集積回路
（ＬＳＩ）等の集積回路に用いられるｃ−ＭＯＳトラン
ジスタ等のシリコン系トランジスタを作製する際の材料
となるｎ型シリコン半導体やｐ型シリコン半導体の形成
に必要な不純物を含有する結晶性シリコン系半導体薄膜
の製造方法に関する。
（ＬＳＩ）等の集積回路に用いられるｃ−ＭＯＳトラン
ジスタ等のシリコン系トランジスタを作製する際の材料
となるｎ型シリコン半導体やｐ型シリコン半導体の形成
に必要な不純物を含有する結晶性シリコン系半導体薄膜
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】結晶性シリコン系半導体薄膜の従来の製
造方法では、主に３つの異なる工程を必要としていた。
すなわち、例えば熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法等の気
相合成法を用いて基板上に非晶質シリコン薄膜や微結晶
を含むシリコン薄膜を形成する第１の工程と、該シリコ
ン薄膜を熱処理炉や高温ランプ等を用いて熱処理する固
相成長法或いはレーザーアニール法による再結晶化処理
を実施する第２の工程と、かくして得られる結晶化シリ
コン薄膜にｎ型やｐ型のシリコン半導体の形成に必要な
不純物をイオン注入法等で注入する不純物ドーピングの
第３の工程とである。なお、トランジスタの構造によっ
て、前記第２の工程と第３の工程の順序が逆になること
もある。
造方法では、主に３つの異なる工程を必要としていた。
すなわち、例えば熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法等の気
相合成法を用いて基板上に非晶質シリコン薄膜や微結晶
を含むシリコン薄膜を形成する第１の工程と、該シリコ
ン薄膜を熱処理炉や高温ランプ等を用いて熱処理する固
相成長法或いはレーザーアニール法による再結晶化処理
を実施する第２の工程と、かくして得られる結晶化シリ
コン薄膜にｎ型やｐ型のシリコン半導体の形成に必要な
不純物をイオン注入法等で注入する不純物ドーピングの
第３の工程とである。なお、トランジスタの構造によっ
て、前記第２の工程と第３の工程の順序が逆になること
もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な従来方法では大別して３つの工程が必要であり、それ
ぞれに用いられる製造装置は非常に高価であり、その結
果製品価格が高騰する。そこで低価格製品供給の面から
極力工程数を減らした製造方法が望まれているのが実情
である。
な従来方法では大別して３つの工程が必要であり、それ
ぞれに用いられる製造装置は非常に高価であり、その結
果製品価格が高騰する。そこで低価格製品供給の面から
極力工程数を減らした製造方法が望まれているのが実情
である。
【０００４】また、前記工程には次のような問題点があ
る。例えばトランジスタの基になる結晶性シリコン薄膜
の作製においては、非晶質シリコン薄膜の再結晶化の際
に、熱処理による固相成長法では６００℃程度まで基板
が加熱されるために基板材料の選択にその熱的損傷防止
の観点から制限が生じ、利用できる基板材料が制限され
る。またレーザーアニール処理では、気相合成により作
製された非晶質シリコン薄膜の基板との密着性が低いの
で、レーザーの照射時に基板から膜はがれが生じやす
く、また結晶粒径の制御性が悪いといった問題がある。
る。例えばトランジスタの基になる結晶性シリコン薄膜
の作製においては、非晶質シリコン薄膜の再結晶化の際
に、熱処理による固相成長法では６００℃程度まで基板
が加熱されるために基板材料の選択にその熱的損傷防止
の観点から制限が生じ、利用できる基板材料が制限され
る。またレーザーアニール処理では、気相合成により作
製された非晶質シリコン薄膜の基板との密着性が低いの
で、レーザーの照射時に基板から膜はがれが生じやす
く、また結晶粒径の制御性が悪いといった問題がある。
【０００５】結晶化したシリコン薄膜に不純物を例えば
イオン注入法でドーピングする第三の工程では、イオン
注入時に膜内部に多数の格子欠陥が発生したり、結晶が
破壊されて非晶質層が形成されるなどの問題がある。従
って、このように問題のある工程を採用することなく低
温で、結晶性のよい良質の半導体薄膜を製造する方法が
要望されている。
イオン注入法でドーピングする第三の工程では、イオン
注入時に膜内部に多数の格子欠陥が発生したり、結晶が
破壊されて非晶質層が形成されるなどの問題がある。従
って、このように問題のある工程を採用することなく低
温で、結晶性のよい良質の半導体薄膜を製造する方法が
要望されている。
【０００６】また、近年の大規模集積回路（ＬＳＩ）に
おけるデバイスの微細化に伴って、半導体形成のための
不純物の超極浅拡散層の形成が重要な課題となってい
る。すなわち、大規模集積回路におけるデバイスの微細
化に伴ってトランジスタの微細化が必要となり、そのた
めにｐ型、ｎ型半導体を形成するドナー、アクセプター
不純物をいかにして微細な領域に添加するか、というこ
とが重要な課題となっている。このため、最近は従来の
イオン注入法を改良して４０ｋｅＶ以下の低エネルギで
イオン注入を行う手法がとられている。しかしイオン注
入法では、結晶化シリコンに注入されたイオンが、結晶
の原子層間の隙間に沿ってある確率で奥深く入ってくる
現象（チャネリング効果）を防ぐことは困難であり、そ
の不純物分布はテイルを引いた深めの分布となってしま
う。さらにイオン注入では注入された不純物の活性化の
ためにその後熱処理工程が必要となるところ、イオン注
入時に発生した欠陥との相互作用で、不純物分布のテイ
ル部分では該熱処理時に非常に早い速度で不純物の拡散
が生じてしまい、特に高濃度超極浅拡散層を形成するこ
とはきわめて困難である。
おけるデバイスの微細化に伴って、半導体形成のための
不純物の超極浅拡散層の形成が重要な課題となってい
る。すなわち、大規模集積回路におけるデバイスの微細
化に伴ってトランジスタの微細化が必要となり、そのた
めにｐ型、ｎ型半導体を形成するドナー、アクセプター
不純物をいかにして微細な領域に添加するか、というこ
とが重要な課題となっている。このため、最近は従来の
イオン注入法を改良して４０ｋｅＶ以下の低エネルギで
イオン注入を行う手法がとられている。しかしイオン注
入法では、結晶化シリコンに注入されたイオンが、結晶
の原子層間の隙間に沿ってある確率で奥深く入ってくる
現象（チャネリング効果）を防ぐことは困難であり、そ
の不純物分布はテイルを引いた深めの分布となってしま
う。さらにイオン注入では注入された不純物の活性化の
ためにその後熱処理工程が必要となるところ、イオン注
入時に発生した欠陥との相互作用で、不純物分布のテイ
ル部分では該熱処理時に非常に早い速度で不純物の拡散
が生じてしまい、特に高濃度超極浅拡散層を形成するこ
とはきわめて困難である。
【０００７】そこで本発明は、従来の３工程を採用する
方法に比べると、安価に、且つ、省エネルギで結晶性シ
リコン系半導体薄膜を製造できる方法を提供することを
課題とする。また本発明は、低温で、結晶性のよい良質
の結晶性シリコン系半導体薄膜を製造できる方法を提供
することを課題とする。
方法に比べると、安価に、且つ、省エネルギで結晶性シ
リコン系半導体薄膜を製造できる方法を提供することを
課題とする。また本発明は、低温で、結晶性のよい良質
の結晶性シリコン系半導体薄膜を製造できる方法を提供
することを課題とする。
【０００８】また本発明は、シリコン半導体を形成する
に必要な不純物の膜厚方向における分布の状態を所望の
ものに制御して結晶性シリコン系半導体薄膜を製造でき
る方法を提供することを課題とする。なお、所望の分布
状態とは、膜厚方向において均一な分布の状態、膜厚方
向における所定の部位に所定の濃度で分布する状態等の
うち所望の分布状態である。
に必要な不純物の膜厚方向における分布の状態を所望の
ものに制御して結晶性シリコン系半導体薄膜を製造でき
る方法を提供することを課題とする。なお、所望の分布
状態とは、膜厚方向において均一な分布の状態、膜厚方
向における所定の部位に所定の濃度で分布する状態等の
うち所望の分布状態である。
【０００９】また本発明は、基板上に結晶性シリコン系
半導体薄膜を酸化物薄膜及び（又は）金属薄膜と、膜界
面での外部からの不純物存在を抑制して積層する状態で
得ることができる結晶性シリコン系半導体薄膜の製造方
法を提供することを課題とする。
半導体薄膜を酸化物薄膜及び（又は）金属薄膜と、膜界
面での外部からの不純物存在を抑制して積層する状態で
得ることができる結晶性シリコン系半導体薄膜の製造方
法を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
本発明は、基板に結晶性シリコン系半導体薄膜を形成す
る結晶性シリコン系半導体薄膜の製造方法であり、基板
近傍に少なくともシリコン系ガスを含む膜原料ガスのプ
ラズマを形成して該基板にシリコン主体薄膜を形成する
とともに、励起粒子原料ガスから生成した励起粒子を該
基板へ向け照射して該シリコン主体薄膜におけるシリコ
ンを結晶化させ、前記膜原料ガス及び励起粒子原料ガス
のうち少なくとも一方にはシリコン半導体を形成するた
めの不純物ガスを含ませておくことで該基板に結晶性シ
リコン系半導体薄膜を形成することを特徴とする結晶性
シリコン系半導体薄膜の製造方法を提供する。
本発明は、基板に結晶性シリコン系半導体薄膜を形成す
る結晶性シリコン系半導体薄膜の製造方法であり、基板
近傍に少なくともシリコン系ガスを含む膜原料ガスのプ
ラズマを形成して該基板にシリコン主体薄膜を形成する
とともに、励起粒子原料ガスから生成した励起粒子を該
基板へ向け照射して該シリコン主体薄膜におけるシリコ
ンを結晶化させ、前記膜原料ガス及び励起粒子原料ガス
のうち少なくとも一方にはシリコン半導体を形成するた
めの不純物ガスを含ませておくことで該基板に結晶性シ
リコン系半導体薄膜を形成することを特徴とする結晶性
シリコン系半導体薄膜の製造方法を提供する。
【００１１】本発明方法によると、結晶性シリコン薄膜
の形成と該薄膜へのシリコン半導体形成に必要な不純物
の含有とを一つの装置で同時的に行えるので、従来の結
晶性シリコン系半導体薄膜の製造において前記３工程を
採用する場合に比べると、安価に、且つ、省エネルギで
結晶性シリコン系半導体薄膜を製造できる。また低温
で、結晶性のよい良質の結晶性シリコン系半導体薄膜を
製造できる。
の形成と該薄膜へのシリコン半導体形成に必要な不純物
の含有とを一つの装置で同時的に行えるので、従来の結
晶性シリコン系半導体薄膜の製造において前記３工程を
採用する場合に比べると、安価に、且つ、省エネルギで
結晶性シリコン系半導体薄膜を製造できる。また低温
で、結晶性のよい良質の結晶性シリコン系半導体薄膜を
製造できる。
【００１２】シリコン主体薄膜を形成している所定の時
間帯で前記膜原料ガス及び（又は）励起粒子原料ガスに
おける不純物ガス量を所定量に制御したり、励起粒子原
料ガスが不純物ガスを含んでいる場合には（励起粒子原
料ガスが不純物ガスそのものである場合を含む）、シリ
コン主体薄膜を形成している所定の時間帯で、励起粒子
原料ガスから生成した励起粒子を前記基板へ向け照射し
たりしてシリコン半導体を形成するに必要な不純物の膜
厚方向における分布の状態（特に分布部位及び濃度）を
所望のものに制御できる。
間帯で前記膜原料ガス及び（又は）励起粒子原料ガスに
おける不純物ガス量を所定量に制御したり、励起粒子原
料ガスが不純物ガスを含んでいる場合には（励起粒子原
料ガスが不純物ガスそのものである場合を含む）、シリ
コン主体薄膜を形成している所定の時間帯で、励起粒子
原料ガスから生成した励起粒子を前記基板へ向け照射し
たりしてシリコン半導体を形成するに必要な不純物の膜
厚方向における分布の状態（特に分布部位及び濃度）を
所望のものに制御できる。
【００１３】また、基板に所定真空下で連続して酸化物
薄膜や金属薄膜と結晶性シリコン系半導体薄膜を、膜界
面に外部からの不純物が存在することを抑制して積層形
成して、酸化物薄膜や金属薄膜を合わせ備えた良質の結
晶性シリコン系半導体薄膜搭載基板を提供することもで
きる。
薄膜や金属薄膜と結晶性シリコン系半導体薄膜を、膜界
面に外部からの不純物が存在することを抑制して積層形
成して、酸化物薄膜や金属薄膜を合わせ備えた良質の結
晶性シリコン系半導体薄膜搭載基板を提供することもで
きる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明に係る結晶性シリコン系半
導体薄膜の製造方法では、基板近傍に少なくともシリコ
ン系ガスを含む膜原料ガスのプラズマを形成して該基板
にシリコン主体薄膜を形成する一方、励起粒子原料ガス
から生成した励起粒子を該基板へ向け照射して該シリコ
ン主体薄膜におけるシリコンを結晶化させる。また、前
記膜原料ガス及び励起粒子原料ガスのうち少なくとも一
方にはシリコン半導体を形成するための不純物ガスを含
ませておくことで該基板に結晶性シリコン系半導体薄膜
を形成する。
導体薄膜の製造方法では、基板近傍に少なくともシリコ
ン系ガスを含む膜原料ガスのプラズマを形成して該基板
にシリコン主体薄膜を形成する一方、励起粒子原料ガス
から生成した励起粒子を該基板へ向け照射して該シリコ
ン主体薄膜におけるシリコンを結晶化させる。また、前
記膜原料ガス及び励起粒子原料ガスのうち少なくとも一
方にはシリコン半導体を形成するための不純物ガスを含
ませておくことで該基板に結晶性シリコン系半導体薄膜
を形成する。
【００１５】励起粒子の照射はシリコン主体薄膜の形成
と同時に、さらに言えばシリコン主体薄膜の形成と同時
に連続して行ってもよいし、シリコン主体薄膜の形成と
交互に行ってもよい。前記不純物ガスは前記膜原料ガス
と励起粒子原料ガスの双方に含ませてもよい。該不純物
ガスは前記膜原料ガスに含ませて前記シリコン主体薄膜
を不純物含有シリコン薄膜とし、励起粒子原料ガスは不
純物ガスを含まないシリコン結晶化専用の励起粒子原料
ガス（例えば膜原料ガスを構成しているものと同じシリ
コン系ガス、水素ガス、不活性ガス（ヘリウムガス、ネ
オンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガ
ス等）のうち１種又は２種以上からなるガス）としても
よい。この場合、膜原料ガスのプラズマから形成される
シリコン薄膜中に不純物が含有され、該膜におけるシリ
コンが励起粒子の照射により結晶化する。
と同時に、さらに言えばシリコン主体薄膜の形成と同時
に連続して行ってもよいし、シリコン主体薄膜の形成と
交互に行ってもよい。前記不純物ガスは前記膜原料ガス
と励起粒子原料ガスの双方に含ませてもよい。該不純物
ガスは前記膜原料ガスに含ませて前記シリコン主体薄膜
を不純物含有シリコン薄膜とし、励起粒子原料ガスは不
純物ガスを含まないシリコン結晶化専用の励起粒子原料
ガス（例えば膜原料ガスを構成しているものと同じシリ
コン系ガス、水素ガス、不活性ガス（ヘリウムガス、ネ
オンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガ
ス等）のうち１種又は２種以上からなるガス）としても
よい。この場合、膜原料ガスのプラズマから形成される
シリコン薄膜中に不純物が含有され、該膜におけるシリ
コンが励起粒子の照射により結晶化する。
【００１６】或いは、前記不純物ガスは前記励起粒子原
料ガスに含ませ、膜原料ガスから作られる前記シリコン
主体薄膜はシリコン薄膜としてもよい。この場合、励起
粒子の照射により該膜のシリコンが結晶化するとともに
該膜に不純物が注入される。また、この場合、励起粒子
原料ガスは、不純物ガスそのものであってもよいし、不
純物ガスと他のガスとの混合ガスでもよい。該他のガス
としては、シリコン系ガス（特に膜原料ガスを構成して
いるシリコン系ガス）、水素ガス、不活性ガスのうち１
種又は２種以上からなるガスを例示できる。水素ガスや
不活性ガスは不純物ガスを希釈するガスとして用いるこ
とができる。
料ガスに含ませ、膜原料ガスから作られる前記シリコン
主体薄膜はシリコン薄膜としてもよい。この場合、励起
粒子の照射により該膜のシリコンが結晶化するとともに
該膜に不純物が注入される。また、この場合、励起粒子
原料ガスは、不純物ガスそのものであってもよいし、不
純物ガスと他のガスとの混合ガスでもよい。該他のガス
としては、シリコン系ガス（特に膜原料ガスを構成して
いるシリコン系ガス）、水素ガス、不活性ガスのうち１
種又は２種以上からなるガスを例示できる。水素ガスや
不活性ガスは不純物ガスを希釈するガスとして用いるこ
とができる。
【００１７】また、結晶性シリコン系半導体薄膜の製造
においては、結晶性シリコン系半導体薄膜の膜厚方向に
おける前記不純物の分布状態（特に不純物の分布部位と
濃度）を制御するために、次のようにしてもよい。すな
わち、 膜原料ガスに不純物ガスを含ませる場合において、前
記シリコン主体薄膜を形成している所定の時間帯で該膜
原料ガスにおける不純物ガス量を所定量に制御する。 不純物ガスを励起粒子原料ガスに含ませる場合におい
て、特に、励起粒子原料ガスが不純物ガスと他のガスと
の混合ガスである場合において、前記シリコン主体薄膜
を形成している所定の時間帯で前記励起粒子原料ガスに
おける不純物ガス量を所定量に制御する。 励起粒子原料ガスが不純物ガスである場合、或いは不
純物ガスと他のガスとの混合ガスである場合において、
前記シリコン主体薄膜を形成している所定の時間帯で、
該励起粒子原料ガスから生成した励起粒子を前記基板へ
向け照射する。該励起粒子の照射は例えばシリコン主体
薄膜の形成と同時であっても、交互でもよい。
においては、結晶性シリコン系半導体薄膜の膜厚方向に
おける前記不純物の分布状態（特に不純物の分布部位と
濃度）を制御するために、次のようにしてもよい。すな
わち、 膜原料ガスに不純物ガスを含ませる場合において、前
記シリコン主体薄膜を形成している所定の時間帯で該膜
原料ガスにおける不純物ガス量を所定量に制御する。 不純物ガスを励起粒子原料ガスに含ませる場合におい
て、特に、励起粒子原料ガスが不純物ガスと他のガスと
の混合ガスである場合において、前記シリコン主体薄膜
を形成している所定の時間帯で前記励起粒子原料ガスに
おける不純物ガス量を所定量に制御する。 励起粒子原料ガスが不純物ガスである場合、或いは不
純物ガスと他のガスとの混合ガスである場合において、
前記シリコン主体薄膜を形成している所定の時間帯で、
該励起粒子原料ガスから生成した励起粒子を前記基板へ
向け照射する。該励起粒子の照射は例えばシリコン主体
薄膜の形成と同時であっても、交互でもよい。
【００１８】前記膜原料ガスを構成するシリコン系ガス
は、それには限定されないが、例えばモノシラン（Ｓｉ
Ｈ4 ）ガス、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）ガス等の水素化シ
リコンガス、四フッ化シリコン（ＳｉＦ4 ）ガス等のフ
ッ化シリコンガス、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ4 ）ガス
等の塩化シリコンガスを挙げることができる。膜原料ガ
スとしては、このようなシリコン系ガスを単独で用いて
もよいし、シリコン系ガス以外の例えば水素ガスのよう
な希釈ガスを混合して希釈したシリコン系ガスを用いる
こともできる。さらには、前記したように不純物ガスを
混合することもできる。不純物ガスとしては、代表的に
は、ｐ型シリコン半導体やｎ型シリコン半導体を得るた
めのｐ型不純物ガスやｎ型不純物ガスを挙げることがで
きる。
は、それには限定されないが、例えばモノシラン（Ｓｉ
Ｈ4 ）ガス、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）ガス等の水素化シ
リコンガス、四フッ化シリコン（ＳｉＦ4 ）ガス等のフ
ッ化シリコンガス、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ4 ）ガス
等の塩化シリコンガスを挙げることができる。膜原料ガ
スとしては、このようなシリコン系ガスを単独で用いて
もよいし、シリコン系ガス以外の例えば水素ガスのよう
な希釈ガスを混合して希釈したシリコン系ガスを用いる
こともできる。さらには、前記したように不純物ガスを
混合することもできる。不純物ガスとしては、代表的に
は、ｐ型シリコン半導体やｎ型シリコン半導体を得るた
めのｐ型不純物ガスやｎ型不純物ガスを挙げることがで
きる。
【００１９】ｐ型不純物ガスとしてはジボラン等の硼素
系ガスを、またｎ型不純物ガスとしては、ホスフィン等
のリン系のガスを例示できる。結晶性シリコン系半導体
薄膜の形成において照射される前記励起粒子の運動エネ
ルギは１０ｅＶ以上２０ｋｅＶ以下であることが好まし
く、より好ましくは、１００ｅＶ以上１０ｋｅＶ以下で
ある。１０ｅＶより小さいと、十分な励起粒子照射量が
得難く、また励起粒子照射を行うことができてもシリコ
ン結晶成長のための反応が促進され難い。２０ｋｅＶよ
り大きいと、励起粒子照射により膜内部欠陥が発生し易
く、最終的なデバイス性能が害される。
系ガスを、またｎ型不純物ガスとしては、ホスフィン等
のリン系のガスを例示できる。結晶性シリコン系半導体
薄膜の形成において照射される前記励起粒子の運動エネ
ルギは１０ｅＶ以上２０ｋｅＶ以下であることが好まし
く、より好ましくは、１００ｅＶ以上１０ｋｅＶ以下で
ある。１０ｅＶより小さいと、十分な励起粒子照射量が
得難く、また励起粒子照射を行うことができてもシリコ
ン結晶成長のための反応が促進され難い。２０ｋｅＶよ
り大きいと、励起粒子照射により膜内部欠陥が発生し易
く、最終的なデバイス性能が害される。
【００２０】また、結晶性シリコン系半導体薄膜の形成
において照射される前記励起粒子の照射量は、シリコン
結晶化のための適正な量として、前記基板上に堆積して
いくシリコンの原子量の０．１％から５０％の範囲内の
量にすることが好ましく、５％から３０％の範囲内の量
にすることがより好ましい。０．１％より少ないと、結
晶成長に必要な反応エネルギが小さくなり結晶成長が促
進され難い。５０％より多いと、欠陥生成が助長され、
結晶成長が阻害されるようになる。
において照射される前記励起粒子の照射量は、シリコン
結晶化のための適正な量として、前記基板上に堆積して
いくシリコンの原子量の０．１％から５０％の範囲内の
量にすることが好ましく、５％から３０％の範囲内の量
にすることがより好ましい。０．１％より少ないと、結
晶成長に必要な反応エネルギが小さくなり結晶成長が促
進され難い。５０％より多いと、欠陥生成が助長され、
結晶成長が阻害されるようになる。
【００２１】既述のとおり、本発明方法では、基板に所
定真空下で連続して酸化物薄膜や金属薄膜と結晶性シリ
コン系半導体薄膜を積層形成して、酸化物薄膜や金属薄
膜を合わせ備えた結晶性シリコン系半導体薄膜搭載基板
を提供することもできるが、その例として次の結晶性シ
リコン系半導体薄膜の製造方法を挙げることができる。 前記シリコン主体薄膜の形成に先立ち、前記基板に
酸化物薄膜を形成し、該酸化物薄膜上に前記いずれかの
方法で結晶性シリコン系半導体薄膜を形成し、前記酸化
物薄膜及び結晶性シリコン系半導体薄膜はそれぞれ所定
の真空下で連続して形成する結晶性シリコン系半導体薄
膜の製造方法。 前記シリコン主体薄膜の形成に先立ち、前記基板に
金属薄膜を形成し、該金属薄膜上に前記いずれかの方法
で結晶性シリコン系半導体薄膜を形成し、前記金属薄膜
及び結晶性シリコン系半導体薄膜はそれぞれ所定の真空
下で連続して形成する結晶性シリコン系半導体薄膜の製
造方法。 前記いずれかの方法で基板上に前記結晶性シリコン
系半導体薄膜を形成したのち、該半導体薄膜上に酸化物
薄膜又は金属薄膜を形成し、該半導体薄膜及び酸化物薄
膜又は金属薄膜は、それぞれ所定の真空下で連続して形
成する結晶性シリコン系半導体薄膜の製造方法。
定真空下で連続して酸化物薄膜や金属薄膜と結晶性シリ
コン系半導体薄膜を積層形成して、酸化物薄膜や金属薄
膜を合わせ備えた結晶性シリコン系半導体薄膜搭載基板
を提供することもできるが、その例として次の結晶性シ
リコン系半導体薄膜の製造方法を挙げることができる。 前記シリコン主体薄膜の形成に先立ち、前記基板に
酸化物薄膜を形成し、該酸化物薄膜上に前記いずれかの
方法で結晶性シリコン系半導体薄膜を形成し、前記酸化
物薄膜及び結晶性シリコン系半導体薄膜はそれぞれ所定
の真空下で連続して形成する結晶性シリコン系半導体薄
膜の製造方法。 前記シリコン主体薄膜の形成に先立ち、前記基板に
金属薄膜を形成し、該金属薄膜上に前記いずれかの方法
で結晶性シリコン系半導体薄膜を形成し、前記金属薄膜
及び結晶性シリコン系半導体薄膜はそれぞれ所定の真空
下で連続して形成する結晶性シリコン系半導体薄膜の製
造方法。 前記いずれかの方法で基板上に前記結晶性シリコン
系半導体薄膜を形成したのち、該半導体薄膜上に酸化物
薄膜又は金属薄膜を形成し、該半導体薄膜及び酸化物薄
膜又は金属薄膜は、それぞれ所定の真空下で連続して形
成する結晶性シリコン系半導体薄膜の製造方法。
【００２２】かかる酸化物薄膜は例えばゲート用絶縁膜
として利用でき、その種類は限定されないが、例えば酸
化珪素（ＳｉＯ2 ）が挙げられる。また金属薄膜はゲー
ト電極として利用でき、例えばアルミニウム、クロム、
ニッケルなどが材料としてあげられる。これらを結晶性
シリコン系半導体薄膜と積層構造とする場合、良質な結
晶性シリコン系半導体薄膜を形成するために、或いはデ
バイスとして使用する際のリーク電流を極力小さくする
ため等のために、結晶性シリコン系半導体薄膜とこれら
の酸化物薄膜或いは金属薄膜との界面には極力外部から
の不純物を含まないようにする必要があり、この観点か
ら酸化物薄膜や金属薄膜と結晶性シリコン系半導体薄膜
は大気に曝すことなく、それぞれ所定の真空下で連続し
て形成することが好ましい。
として利用でき、その種類は限定されないが、例えば酸
化珪素（ＳｉＯ2 ）が挙げられる。また金属薄膜はゲー
ト電極として利用でき、例えばアルミニウム、クロム、
ニッケルなどが材料としてあげられる。これらを結晶性
シリコン系半導体薄膜と積層構造とする場合、良質な結
晶性シリコン系半導体薄膜を形成するために、或いはデ
バイスとして使用する際のリーク電流を極力小さくする
ため等のために、結晶性シリコン系半導体薄膜とこれら
の酸化物薄膜或いは金属薄膜との界面には極力外部から
の不純物を含まないようにする必要があり、この観点か
ら酸化物薄膜や金属薄膜と結晶性シリコン系半導体薄膜
は大気に曝すことなく、それぞれ所定の真空下で連続し
て形成することが好ましい。
【００２３】前記いずれの結晶性シリコン系半導体薄膜
の形成においても、前記不純物が成膜中に規定された位
置以外に拡散あるいは偏析することを防ぐため、さらに
言えば、結晶性シリコン系半導体薄膜に含まれる不純
物、或いは膜厚方向における所定の位置に所定の濃度で
形成する不純物拡散層の不純物が成膜中に規定された位
置以外に拡散あるいは偏析することを防ぐために、基板
の温度は低温である方が望ましく、例えば、５５０℃以
下に維持することが好ましい。
の形成においても、前記不純物が成膜中に規定された位
置以外に拡散あるいは偏析することを防ぐため、さらに
言えば、結晶性シリコン系半導体薄膜に含まれる不純
物、或いは膜厚方向における所定の位置に所定の濃度で
形成する不純物拡散層の不純物が成膜中に規定された位
置以外に拡散あるいは偏析することを防ぐために、基板
の温度は低温である方が望ましく、例えば、５５０℃以
下に維持することが好ましい。
【００２４】次に図面を参照して本発明方法実施の例に
ついて説明する。図１は本発明方法を実施するための膜
形成装置の１例の概略構成を示す図である。図１に示す
膜形成装置１０は、真空チャンバ１、その中に配置され
た基板ホルダ２、ホルダ２の下側に設置された基板加熱
用ヒータ３、基板ホルダ２の周縁部に臨むようにホルダ
上方に配置された筒形状の放電電極４、筒状電極４の上
方に配置され、該電極の中空部を通して基板ホルダ２に
臨んでいる励起粒子発生源（ここではイオン源）５を含
んでいる。
ついて説明する。図１は本発明方法を実施するための膜
形成装置の１例の概略構成を示す図である。図１に示す
膜形成装置１０は、真空チャンバ１、その中に配置され
た基板ホルダ２、ホルダ２の下側に設置された基板加熱
用ヒータ３、基板ホルダ２の周縁部に臨むようにホルダ
上方に配置された筒形状の放電電極４、筒状電極４の上
方に配置され、該電極の中空部を通して基板ホルダ２に
臨んでいる励起粒子発生源（ここではイオン源）５を含
んでいる。
【００２５】真空チャンバ１には排気装置６が接続され
ているとともに、１又は２以上のマスフローコントロー
ラ、弁、ガス源等を含む膜原料ガス供給装置Ｇ１が接続
されている。また放電電極４にはマッチングボックス４
１を介して高周波電源ＰＷが接続されている。
ているとともに、１又は２以上のマスフローコントロー
ラ、弁、ガス源等を含む膜原料ガス供給装置Ｇ１が接続
されている。また放電電極４にはマッチングボックス４
１を介して高周波電源ＰＷが接続されている。
【００２６】基板ホルダ２は接地されている。図示の例
では、イオン源５はチャンバ１に接続してチャンバ１外
に設置されているが、真空チャンバ１内に設置されてい
てもよい。イオン源５はここではバケット型イオン源で
あり、その励起粒子生成室（ここではイオン生成室）５
１には１又は２以上のマスフローコントローラ、弁、ガ
ス源等を含む励起粒子原料ガス供給装置Ｇ２が接続され
ている。また、励起粒子生成室５１のイオン引出し開口
には引出し電極系５２が設けられており、これにはイオ
ンｉの引出しのための図示を省略した電源等が接続され
ている。また、励起粒子生成室５１にはその内側に図示
を省略した電源に接続された熱電子放出用フィラメント
Ｆが設けられているとともに、外面沿ってカスプ磁場形
成用の磁石群Ｍｇを設置してある。
では、イオン源５はチャンバ１に接続してチャンバ１外
に設置されているが、真空チャンバ１内に設置されてい
てもよい。イオン源５はここではバケット型イオン源で
あり、その励起粒子生成室（ここではイオン生成室）５
１には１又は２以上のマスフローコントローラ、弁、ガ
ス源等を含む励起粒子原料ガス供給装置Ｇ２が接続され
ている。また、励起粒子生成室５１のイオン引出し開口
には引出し電極系５２が設けられており、これにはイオ
ンｉの引出しのための図示を省略した電源等が接続され
ている。また、励起粒子生成室５１にはその内側に図示
を省略した電源に接続された熱電子放出用フィラメント
Ｆが設けられているとともに、外面沿ってカスプ磁場形
成用の磁石群Ｍｇを設置してある。
【００２７】基板Ｓ（それには限定されないが、例えば
ガラス製の基板Ｓ）に結晶性シリコン系半導体薄膜を形
成するにあたっては、該基板Ｓをホルダ２上に設置し、
チャンバ１内を排気装置６の運転にて所定圧力まで減圧
し、また、基板Ｓをヒータ３にて基板表面が５５０℃以
下の所定の温度となるまで加熱する。その後、ガス供給
装置Ｇ１から膜原料ガスを構成するシリコン系ガス及び
シリコン半導体形成に必要な不純物ガスをチャンバ１内
に導入する。
ガラス製の基板Ｓ）に結晶性シリコン系半導体薄膜を形
成するにあたっては、該基板Ｓをホルダ２上に設置し、
チャンバ１内を排気装置６の運転にて所定圧力まで減圧
し、また、基板Ｓをヒータ３にて基板表面が５５０℃以
下の所定の温度となるまで加熱する。その後、ガス供給
装置Ｇ１から膜原料ガスを構成するシリコン系ガス及び
シリコン半導体形成に必要な不純物ガスをチャンバ１内
に導入する。
【００２８】不純物ガスはｐ型シリコン半導体を形成す
るときは、ｐ型不純物ガス（例えばジボラン等のホウ素
系ガス）を採用し、ｎ型シリコン半導体を形成するとき
は、ｎ型不純物ガス（例えばホスフィン等のリン系ガ
ス）を採用する。シリコン系ガスと不純物ガスとの混合
割合は前記マスフローコントローラで行う。シリコン系
ガスへの不純物ガスの混合割合は、その後製造するデバ
イスの種類に依存した適正な不純物濃度となるように予
め調整するが、それは、高々５×１０15個／ｃｍ2 程度
となるようにする。
るときは、ｐ型不純物ガス（例えばジボラン等のホウ素
系ガス）を採用し、ｎ型シリコン半導体を形成するとき
は、ｎ型不純物ガス（例えばホスフィン等のリン系ガ
ス）を採用する。シリコン系ガスと不純物ガスとの混合
割合は前記マスフローコントローラで行う。シリコン系
ガスへの不純物ガスの混合割合は、その後製造するデバ
イスの種類に依存した適正な不純物濃度となるように予
め調整するが、それは、高々５×１０15個／ｃｍ2 程度
となるようにする。
【００２９】これら膜原料ガスはチャンバ１内で混合さ
れるが、チャンバ１内へ導入する前に別途混合室へ導入
してそこで混合した後、チャンバ１内へ導入してもよ
い。またチャンバ１内を成膜圧力に維持して、放電電極
４に電源ＰＷから高周波電圧を印加し、これにより基板
Ｓ近傍に該原料ガスのプラズマＰを形成して基板Ｓ上に
不純物含有シリコン薄膜を堆積させ、さらに、該不純物
含有シリコン薄膜形成と同時に又は該膜の堆積と交互に
高励起化されたエネルギ粒子を基板Ｓに向け照射する。
れるが、チャンバ１内へ導入する前に別途混合室へ導入
してそこで混合した後、チャンバ１内へ導入してもよ
い。またチャンバ１内を成膜圧力に維持して、放電電極
４に電源ＰＷから高周波電圧を印加し、これにより基板
Ｓ近傍に該原料ガスのプラズマＰを形成して基板Ｓ上に
不純物含有シリコン薄膜を堆積させ、さらに、該不純物
含有シリコン薄膜形成と同時に又は該膜の堆積と交互に
高励起化されたエネルギ粒子を基板Ｓに向け照射する。
【００３０】ここでは該エネルギ粒子として前記イオン
源５において生成したイオンｉを用い、これを基板Ｓに
向け照射する。イオン源５におけるイオン生成は、ガス
供給装置Ｇ２から励起粒子原料ガス（例えばチャンバ１
内へ導入するシリコン系ガスと同じシリコン系ガス、水
素ガス、不活性ガスのうち少なくとも１種又は２種以上
からなるガス）を、チャンバ１の減圧に伴って所定圧力
に減圧された励起粒子生成室５１へ導入するとともにフ
ィラメントＦから熱電子を放出させ、磁石群Ｍｇの磁場
に閉じ込めた状態で生成する。生成されたイオンｉは引
出し電極系５２の作用で引き出され、基板Ｓに照射され
る。
源５において生成したイオンｉを用い、これを基板Ｓに
向け照射する。イオン源５におけるイオン生成は、ガス
供給装置Ｇ２から励起粒子原料ガス（例えばチャンバ１
内へ導入するシリコン系ガスと同じシリコン系ガス、水
素ガス、不活性ガスのうち少なくとも１種又は２種以上
からなるガス）を、チャンバ１の減圧に伴って所定圧力
に減圧された励起粒子生成室５１へ導入するとともにフ
ィラメントＦから熱電子を放出させ、磁石群Ｍｇの磁場
に閉じ込めた状態で生成する。生成されたイオンｉは引
出し電極系５２の作用で引き出され、基板Ｓに照射され
る。
【００３１】かくして、比較的低温で良質な結晶性シリ
コン系半導体薄膜を基板Ｓ上に形成することができる。
なおイオンｉを基板Ｓに向け照射するときの該基板に到
達する励起粒子（ここではイオン）の運動エネルギは、
最低１０ｅＶ、高々２０ｋｅＶ程度とし、好ましくは１
００ｅＶから１０ｋｅＶの運動エネルギで照射する。基
板Ｓに到達した励起粒子は、基板Ｓ上でのマイグレーシ
ョン効果によって、前記不純物含有シリコン薄膜におけ
るシリコン原子と衝突し、高励起状態を形成し、該不純
物を含んだ良質な結晶性シリコン系半導体薄膜が形成さ
れる。
コン系半導体薄膜を基板Ｓ上に形成することができる。
なおイオンｉを基板Ｓに向け照射するときの該基板に到
達する励起粒子（ここではイオン）の運動エネルギは、
最低１０ｅＶ、高々２０ｋｅＶ程度とし、好ましくは１
００ｅＶから１０ｋｅＶの運動エネルギで照射する。基
板Ｓに到達した励起粒子は、基板Ｓ上でのマイグレーシ
ョン効果によって、前記不純物含有シリコン薄膜におけ
るシリコン原子と衝突し、高励起状態を形成し、該不純
物を含んだ良質な結晶性シリコン系半導体薄膜が形成さ
れる。
【００３２】結晶性シリコン系半導体薄膜を製造すると
きの基板Ｓの温度は５５０℃以下に維持されているか
ら、不純物拡散層の不純物が成膜中に規定された位置以
外に拡散あるいは偏析することを防がれている。以上説
明した例では、膜原料ガスのプラズマ化は放電電極を用
いて高周波放電により行ったが、膜原料ガスのプラズマ
化はこれに限定されるものではなく、マイクロ波放電、
ＥＣＲ放電等も採用できる。また、放電電極の形状も前
記のような筒形状電極に限定されるものではなく、励起
粒子の照射に支障ないのであれば、リング状電極その他
も採用できる。
きの基板Ｓの温度は５５０℃以下に維持されているか
ら、不純物拡散層の不純物が成膜中に規定された位置以
外に拡散あるいは偏析することを防がれている。以上説
明した例では、膜原料ガスのプラズマ化は放電電極を用
いて高周波放電により行ったが、膜原料ガスのプラズマ
化はこれに限定されるものではなく、マイクロ波放電、
ＥＣＲ放電等も採用できる。また、放電電極の形状も前
記のような筒形状電極に限定されるものではなく、励起
粒子の照射に支障ないのであれば、リング状電極その他
も採用できる。
【００３３】また以上説明した例では、イオン源をとし
てバケット型イオン源を用いたが、この他、カウフマン
型イオン源等も利用できる。さらに、励起粒子発生源と
して、励起粒子原料ガスの高励起化を、直流放電、交流
放電、マイクロ波放電、ＥＣＲ放電等によって行うもの
も採用できる。バケット型イオン源やカウフマン型イオ
ン源等の有磁場型励起部を有する励起粒子発生源を採用
するときは、励起粒子原料ガスは有磁場型励起部に放電
電力を投入してイオン化して、引き出し電極系で電気的
に加速して用いることができる。なお、照射量は結晶化
を発生させる適正な量を照射するが、既述のとおり基板
Ｓ上に堆積するシリコンの原子量の０．１％から高々５
０％程度とし、好ましくは５％から３０％の照射量で照
射する。
てバケット型イオン源を用いたが、この他、カウフマン
型イオン源等も利用できる。さらに、励起粒子発生源と
して、励起粒子原料ガスの高励起化を、直流放電、交流
放電、マイクロ波放電、ＥＣＲ放電等によって行うもの
も採用できる。バケット型イオン源やカウフマン型イオ
ン源等の有磁場型励起部を有する励起粒子発生源を採用
するときは、励起粒子原料ガスは有磁場型励起部に放電
電力を投入してイオン化して、引き出し電極系で電気的
に加速して用いることができる。なお、照射量は結晶化
を発生させる適正な量を照射するが、既述のとおり基板
Ｓ上に堆積するシリコンの原子量の０．１％から高々５
０％程度とし、好ましくは５％から３０％の照射量で照
射する。
【００３４】前記実施例では、ｐ型又はｎ型の不純物ガ
スを膜原料ガスに含ませたが、膜原料ガスはシリコン系
ガス又は該ガスに水素ガス等の希釈ガスを混合したガス
とし、励起粒子原料ガスに不純物ガスを含ませてもよ
い。この場合、励起粒子原料ガスは不純物ガスのみで構
成してもよい。いずれにしてもｐ型又はｎ型不純物ガス
を含む励起粒子原料ガスを用いて励起粒子を形成し、こ
れを膜原料ガスのプラズマから基板上に堆積形成される
シリコン膜に照射して結晶性シリコン系半導体薄膜を形
成してもよい。該不純物励起粒子が基板Ｓに到達する際
の運動エネルギは１０ｅＶから高々２０ｋｅＶとなるよ
うに制御し、その照射量は、ｐ型及びｎ型シリコン半導
体を得る適正な不純物量となるように制御する。照射量
は、例えば前記イオン源を用いて照射する場合は、該不
純物ガスを高励起化する際に有磁場型励起部に投入する
放電電力を制御するか、あるいは照射電流を制御して行
うことができる。
スを膜原料ガスに含ませたが、膜原料ガスはシリコン系
ガス又は該ガスに水素ガス等の希釈ガスを混合したガス
とし、励起粒子原料ガスに不純物ガスを含ませてもよ
い。この場合、励起粒子原料ガスは不純物ガスのみで構
成してもよい。いずれにしてもｐ型又はｎ型不純物ガス
を含む励起粒子原料ガスを用いて励起粒子を形成し、こ
れを膜原料ガスのプラズマから基板上に堆積形成される
シリコン膜に照射して結晶性シリコン系半導体薄膜を形
成してもよい。該不純物励起粒子が基板Ｓに到達する際
の運動エネルギは１０ｅＶから高々２０ｋｅＶとなるよ
うに制御し、その照射量は、ｐ型及びｎ型シリコン半導
体を得る適正な不純物量となるように制御する。照射量
は、例えば前記イオン源を用いて照射する場合は、該不
純物ガスを高励起化する際に有磁場型励起部に投入する
放電電力を制御するか、あるいは照射電流を制御して行
うことができる。
【００３５】以上説明した結晶性シリコン系半導体薄膜
の製造においては、膜厚方向において、均一の濃度で良
好な結晶性を有するシリコン系半導体薄膜の形成が可能
である。特に従来は既述のとおり３工程を用いて製造し
ていたが、以上説明した方法では、１台の成膜装置で結
晶性シリコン系半導体薄膜を製造することができ、安価
に、省エネルギで、結晶性シリコン系半導体薄膜を製造
でき、きわめて大きな経済的効果がもたらされる。
の製造においては、膜厚方向において、均一の濃度で良
好な結晶性を有するシリコン系半導体薄膜の形成が可能
である。特に従来は既述のとおり３工程を用いて製造し
ていたが、以上説明した方法では、１台の成膜装置で結
晶性シリコン系半導体薄膜を製造することができ、安価
に、省エネルギで、結晶性シリコン系半導体薄膜を製造
でき、きわめて大きな経済的効果がもたらされる。
【００３６】以上説明した結晶性シリコン系半導体薄膜
の製造では、薄膜の厚さ方向において不純物が均一な濃
度で存在するが、既述のとおり、膜厚方向において、不
純物の分布状態（特に不純物の分布部位と濃度）を制御
することもできる。すなわち、例えば、不純物ガスを膜
原料ガス又は励起粒子原料ガスに混合する際に、基板Ｓ
上に堆積するシリコン薄膜が所定の膜厚に達した後に、
該不純物ガスを導入して引き続いて膜堆積させ、これに
よりｐ型或いはｎ型不純物を含んだ層を所定の膜厚方向
部分に形成することができる。この方法により例えば極
浅層で不純物による活性層を形成することができる。こ
の際、該不純物ガスの導入量を所定量に制御すること
で、不純物濃度も制御することができる。かくして従来
技術では困難であった、超高濃度極浅拡散層の形成も可
能である。
の製造では、薄膜の厚さ方向において不純物が均一な濃
度で存在するが、既述のとおり、膜厚方向において、不
純物の分布状態（特に不純物の分布部位と濃度）を制御
することもできる。すなわち、例えば、不純物ガスを膜
原料ガス又は励起粒子原料ガスに混合する際に、基板Ｓ
上に堆積するシリコン薄膜が所定の膜厚に達した後に、
該不純物ガスを導入して引き続いて膜堆積させ、これに
よりｐ型或いはｎ型不純物を含んだ層を所定の膜厚方向
部分に形成することができる。この方法により例えば極
浅層で不純物による活性層を形成することができる。こ
の際、該不純物ガスの導入量を所定量に制御すること
で、不純物濃度も制御することができる。かくして従来
技術では困難であった、超高濃度極浅拡散層の形成も可
能である。
【００３７】また例えば、基板Ｓ上に堆積するシリコン
薄膜が所定の膜厚に達した後に、不純物ガスから生成し
た励起粒子を照射することでも実現できる。すなわち、
例えばシリコン系原料ガスのプラズマのもとで基板Ｓ上
にシリコン薄膜を堆積させる際、結晶化を促進するため
に、例えばシリコン系原料ガス、水素ガス、不活性ガス
の１種又は少なくとも２種類からなる混合ガスを励起粒
子用原料ガスとして高励起化して、基板上に照射する。
その後、シリコン薄膜が所定膜厚に到達した後に、該励
起粒子用原料ガスに不純物ガスを混合してこれらを励起
化して同時に照射し、膜の堆積は引き続き行っていくの
である。該不純物ガスの混合比を所定比に制御すること
で、前記と同様に所定の不純物濃度の不純物拡散層を膜
厚方向における所定の位置に形成することができる。
薄膜が所定の膜厚に達した後に、不純物ガスから生成し
た励起粒子を照射することでも実現できる。すなわち、
例えばシリコン系原料ガスのプラズマのもとで基板Ｓ上
にシリコン薄膜を堆積させる際、結晶化を促進するため
に、例えばシリコン系原料ガス、水素ガス、不活性ガス
の１種又は少なくとも２種類からなる混合ガスを励起粒
子用原料ガスとして高励起化して、基板上に照射する。
その後、シリコン薄膜が所定膜厚に到達した後に、該励
起粒子用原料ガスに不純物ガスを混合してこれらを励起
化して同時に照射し、膜の堆積は引き続き行っていくの
である。該不純物ガスの混合比を所定比に制御すること
で、前記と同様に所定の不純物濃度の不純物拡散層を膜
厚方向における所定の位置に形成することができる。
【００３８】以上説明した結晶性シリコン系半導体薄膜
の製造では結晶性シリコン系半導体薄膜を基板Ｓ上に直
接形成しているが、求めるデバイス構造によって、基板
Ｓに所定真空下で連続して例えばゲート用絶縁膜として
利用できる酸化物薄膜（例えば酸化珪素膜 ＳｉＯ
2 膜）やゲート電極として利用できる金属薄膜（例えば
アルミニウム、クロム、ニッケル膜等）と結晶性シリコ
ン系半導体薄膜を積層形成して、酸化物薄膜や金属薄膜
を合わせ備えた結晶性シリコン系半導体薄膜搭載基板を
提供することもできる。
の製造では結晶性シリコン系半導体薄膜を基板Ｓ上に直
接形成しているが、求めるデバイス構造によって、基板
Ｓに所定真空下で連続して例えばゲート用絶縁膜として
利用できる酸化物薄膜（例えば酸化珪素膜 ＳｉＯ
2 膜）やゲート電極として利用できる金属薄膜（例えば
アルミニウム、クロム、ニッケル膜等）と結晶性シリコ
ン系半導体薄膜を積層形成して、酸化物薄膜や金属薄膜
を合わせ備えた結晶性シリコン系半導体薄膜搭載基板を
提供することもできる。
【００３９】この場合、例えば図２に示すように、酸化
物薄膜や金属薄膜の形成のための成膜装置７を図１に示
すような結晶性シリコン系半導体薄膜の形成装置１０に
開閉可能のゲート弁ＧＶを介して連設し、このゲート弁
ＧＶを開いて両装置間に、図示を省略した基板搬送装置
で基板を大気に曝すことなく行き来できるようにした成
膜装置Ａを採用することができる。この装置により、酸
化物薄膜や金属薄膜とこれ積層される結晶性シリコン系
半導体薄膜との界面部分に極力外部からの不純物を含ま
ない状態で良質の結晶性シリコン系半導体薄膜を得るこ
とができる。
物薄膜や金属薄膜の形成のための成膜装置７を図１に示
すような結晶性シリコン系半導体薄膜の形成装置１０に
開閉可能のゲート弁ＧＶを介して連設し、このゲート弁
ＧＶを開いて両装置間に、図示を省略した基板搬送装置
で基板を大気に曝すことなく行き来できるようにした成
膜装置Ａを採用することができる。この装置により、酸
化物薄膜や金属薄膜とこれ積層される結晶性シリコン系
半導体薄膜との界面部分に極力外部からの不純物を含ま
ない状態で良質の結晶性シリコン系半導体薄膜を得るこ
とができる。
【００４０】基板Ｓに又は基板Ｓ上に形成した結晶性シ
リコン系半導体薄膜の上に酸化物薄膜を形成するときに
は、成膜装置７を酸化物膜形成装置とし、その場合、酸
化物膜形成手段として、それには限定されないが、例え
ば減圧ＣＶＤ装置、プラズマＣＶＤ装置等の気相合成装
置を採用できる。また、基板Ｓに又は基板Ｓ上に形成し
た結晶性シリコン系半導体薄膜の上に金属薄膜を形成す
るときには、成膜装置７を金属膜形成装置とし、その場
合、金属膜形成手段として、それには限定されないが、
例えばＣＶＤ装置等の気相合成装置の他、スパッタリン
グ、電子ビーム蒸着等の固相合成法を利用した装置を採
用できる。
リコン系半導体薄膜の上に酸化物薄膜を形成するときに
は、成膜装置７を酸化物膜形成装置とし、その場合、酸
化物膜形成手段として、それには限定されないが、例え
ば減圧ＣＶＤ装置、プラズマＣＶＤ装置等の気相合成装
置を採用できる。また、基板Ｓに又は基板Ｓ上に形成し
た結晶性シリコン系半導体薄膜の上に金属薄膜を形成す
るときには、成膜装置７を金属膜形成装置とし、その場
合、金属膜形成手段として、それには限定されないが、
例えばＣＶＤ装置等の気相合成装置の他、スパッタリン
グ、電子ビーム蒸着等の固相合成法を利用した装置を採
用できる。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によると、従
来の３工程を採用する方法に比べると、安価に、且つ、
省エネルギで結晶性シリコン系半導体薄膜を製造できる
方法を提供することができる。また本発明によると、低
温で、結晶性のよい良質の結晶性シリコン系半導体薄膜
を製造できる方法を提供することができる。特に本発明
では、結晶性シリコン系半導体膜を得る方法として、従
来の様なレーザーアニール法や高温アニール等の熱処理
工程を用いておらず、基板上に直接的に半導体膜を形成
していく手法を採用しているので、シリコンの結晶粒径
を容易に均一化でき、それだけ安定した特性を有するデ
バイスの提供が可能となっており、さらに、熱的に弱い
基板でも採用でき、基板材料選択の幅が広い。
来の３工程を採用する方法に比べると、安価に、且つ、
省エネルギで結晶性シリコン系半導体薄膜を製造できる
方法を提供することができる。また本発明によると、低
温で、結晶性のよい良質の結晶性シリコン系半導体薄膜
を製造できる方法を提供することができる。特に本発明
では、結晶性シリコン系半導体膜を得る方法として、従
来の様なレーザーアニール法や高温アニール等の熱処理
工程を用いておらず、基板上に直接的に半導体膜を形成
していく手法を採用しているので、シリコンの結晶粒径
を容易に均一化でき、それだけ安定した特性を有するデ
バイスの提供が可能となっており、さらに、熱的に弱い
基板でも採用でき、基板材料選択の幅が広い。
【００４２】また本発明によると、シリコン半導体を形
成するに必要な不純物の膜厚方向における分布の状態を
所望のものに制御して結晶性シリコン系半導体薄膜を製
造できる方法を提供することができる。そしてこれによ
り、将来のＬＳＩの高集積化に対する超微細構造のトラ
ンジスタ構造を得ることが可能となっており、工業的、
技術的に大きな進歩がもたらされている。
成するに必要な不純物の膜厚方向における分布の状態を
所望のものに制御して結晶性シリコン系半導体薄膜を製
造できる方法を提供することができる。そしてこれによ
り、将来のＬＳＩの高集積化に対する超微細構造のトラ
ンジスタ構造を得ることが可能となっており、工業的、
技術的に大きな進歩がもたらされている。
【００４３】また本発明によると、基板上に結晶性シリ
コン系半導体薄膜を酸化物薄膜及び（又は）金属薄膜
と、膜界面での外部からの不純物の存在を抑制して積層
する状態で得ることができる結晶性シリコン系半導体薄
膜の製造方法を提供することができる。これにより良質
のシリコン結晶成長が可能となり、この膜搭載基板から
得られるデバイスの特性向上を期待できる。さらに、酸
化物薄膜や金属薄膜と結晶性シリコン系半導体薄膜が積
層された半導体薄膜基板を得ることができるので、例え
ばかかる積層構造膜をガラス基板上に作製することで、
ドライバＬＳＩやマイクロプロセサ、メモリを一挙に内
蔵したシステム・オン・パネルの製造が可能となるなど
の利点がある。
コン系半導体薄膜を酸化物薄膜及び（又は）金属薄膜
と、膜界面での外部からの不純物の存在を抑制して積層
する状態で得ることができる結晶性シリコン系半導体薄
膜の製造方法を提供することができる。これにより良質
のシリコン結晶成長が可能となり、この膜搭載基板から
得られるデバイスの特性向上を期待できる。さらに、酸
化物薄膜や金属薄膜と結晶性シリコン系半導体薄膜が積
層された半導体薄膜基板を得ることができるので、例え
ばかかる積層構造膜をガラス基板上に作製することで、
ドライバＬＳＩやマイクロプロセサ、メモリを一挙に内
蔵したシステム・オン・パネルの製造が可能となるなど
の利点がある。
【図１】本発明方法の実施に用いる成膜装置の１例の概
略構成を示す図である。
略構成を示す図である。
【図２】酸化物薄膜又は（及び）金属薄膜と結晶性シリ
コン系半導体薄膜を積層形成するときに用いる膜形成装
置の１例の概略構成を示す図である。
コン系半導体薄膜を積層形成するときに用いる膜形成装
置の１例の概略構成を示す図である。
１０ 成膜装置 １ 真空チャンバ ２ 基板ホルダ ３ 基板加熱用ヒータ ４ 筒形状の放電電極 ４１ マッチングボックス ＰＷ 高周波電源 Ｇ１ 膜原料ガス供給装置 ５ イオン源（励起粒子発生源の１例） ５１ イオン生成室（励起粒子生成室の１例） ５２ イオンビーム引出し電極系 Ｆ 熱電子放出用フィラメント Ｍｇ 磁石群 Ｇ２ 励起粒子原料ガス供給装置 ６ 排気装置 Ａ 成膜装置 ７ 酸化物薄膜や金属薄膜の形成のための成膜装置 ＧＶ ゲート弁 ｉ イオン（励起粒子の１例） Ｓ 基板 Ｐ プラズマ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田仲 広久 大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ 株式会社内 (72)発明者 緒方 潔 京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機 株式会社内 (72)発明者 桐村 浩哉 京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機 株式会社内 Ｆターム(参考） 5F045 AA06 AA08 AA09 AA10 AA16 AB02 AB32 AC01 AC02 AC03 AD04 AD05 AD06 AD07 AD08 AD09 AF07 BB04 BB07 BB08 DP03 DP04 DQ10 EE12 EE15 EH04 HA22
Claims (14)
- 【請求項１】基板に結晶性シリコン系半導体薄膜を形成
する結晶性シリコン系半導体薄膜の製造方法であり、基
板近傍に少なくともシリコン系ガスを含む膜原料ガスの
プラズマを形成して該基板にシリコン主体薄膜を形成す
るとともに、励起粒子原料ガスから生成した励起粒子を
該基板へ向け照射して該シリコン主体薄膜におけるシリ
コンを結晶化させ、前記膜原料ガス及び励起粒子原料ガ
スのうち少なくとも一方にはシリコン半導体を形成する
ための不純物ガスを含ませておくことで該基板に結晶性
シリコン系半導体薄膜を形成することを特徴とする結晶
性シリコン系半導体薄膜の製造方法。 - 【請求項２】前記不純物ガスは前記膜原料ガスに含ま
せ、前記シリコン主体薄膜を不純物含有シリコン薄膜と
する請求項１記載の結晶性シリコン系半導体薄膜の製造
方法。 - 【請求項３】前記不純物ガスは前記励起粒子原料ガスに
含ませ前記シリコン主体薄膜はシリコン薄膜とする請求
項１記載の結晶性シリコン系半導体薄膜の製造方法。 - 【請求項４】前記励起粒子原料ガスは前記不純物ガスと
する請求項３記載の結晶性シリコン系半導体薄膜の製造
方法。 - 【請求項５】結晶性シリコン系半導体薄膜の膜厚方向に
おける前記不純物の分布状態を制御するために、前記シ
リコン主体薄膜を形成している所定の時間帯で、前記膜
原料ガスにおける不純物ガス量を所定量に制御する請求
項２記載の結晶性シリコン系半導体薄膜の製造方法。 - 【請求項６】結晶性シリコン系半導体薄膜の膜厚方向に
おける前記不純物の分布状態を制御するために、前記シ
リコン主体薄膜を形成している所定の時間帯で、前記励
起粒子原料ガスにおける不純物ガス量を所定量に制御す
る請求項３記載の結晶性シリコン系半導体薄膜の製造方
法。 - 【請求項７】結晶性シリコン系半導体薄膜の膜厚方向に
おける前記不純物の分布状態を制御するために、前記シ
リコン主体薄膜を形成している所定の時間帯で、前記励
起粒子原料ガスから生成した励起粒子を前記基板へ向け
照射する請求項３又は４記載の結晶性シリコン系半導体
薄膜の製造方法。 - 【請求項８】前記不純物ガスはｐ型シリコン半導体又は
ｎ型シリコン半導体を得るためのガスである請求項１か
ら７のいずれかに記載の結晶性シリコン系半導体薄膜の
製造方法。 - 【請求項９】結晶性シリコン系半導体薄膜の形成におい
て照射される前記励起粒子の運動エネルギを１０ｅＶ以
上２０ｋｅＶ以下とする請求項１から８のいずれかに記
載の結晶性シリコン系半導体薄膜の製造方法。 - 【請求項１０】結晶性シリコン系半導体薄膜の形成にお
いて照射される前記励起粒子の照射量は、前記基板上に
堆積していくシリコンの原子量の０．１％から５０％の
範囲内の量にする請求項１から９のいずれかに記載の結
晶性シリコン系半導体薄膜の製造方法。 - 【請求項１１】結晶性シリコン系半導体薄膜の形成にお
いて前記基板の温度を５５０℃以下に維持する請求項１
から１０のいずれかに記載の結晶性シリコン系半導体薄
膜の製造方法。 - 【請求項１２】前記シリコン主体薄膜の形成に先立ち、
前記基板に酸化物薄膜を形成し、該酸化物薄膜上に請求
項１から１１のいずれかに記載の方法で結晶性シリコン
系半導体薄膜を形成し、前記酸化物薄膜及び結晶性シリ
コン系半導体薄膜はそれぞれ所定の真空下で連続して形
成する結晶性シリコン系半導体薄膜の製造方法。 - 【請求項１３】前記シリコン主体薄膜の形成に先立ち、
前記基板に金属薄膜を形成し、該金属薄膜上に請求項１
から１１のいずれかに記載の方法で結晶性シリコン系半
導体薄膜を形成し、前記金属薄膜及び結晶性シリコン系
半導体薄膜はそれぞれ所定の真空下で連続して形成する
結晶性シリコン系半導体薄膜の製造方法。 - 【請求項１４】請求項１から１１のいずれかに記載の方
法で基板上に前記結晶性シリコン系半導体薄膜を形成し
たのち、該半導体薄膜上に酸化物薄膜又は金属薄膜を形
成し、該半導体薄膜及び酸化物薄膜又は金属薄膜は、そ
れぞれ所定の真空下で連続して形成する結晶性シリコン
系半導体薄膜の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10364263A JP2000188257A (ja) | 1998-12-22 | 1998-12-22 | 結晶性シリコン系半導体薄膜の製造方法 |
| TW088121907A TW429430B (en) | 1998-12-22 | 1999-12-14 | Manufacture of crystalline silicon-based semiconductor thin film |
| KR1019990059755A KR20000048288A (ko) | 1998-12-22 | 1999-12-21 | 결정성실리콘계 반도체박막의 제조방법 |
| CNB991269705A CN1141735C (zh) | 1998-12-22 | 1999-12-22 | 结晶性硅系列半导体薄膜的制造方法 |
| US09/469,326 US6358313B1 (en) | 1998-12-22 | 1999-12-22 | Method of manufacturing a crystalline silicon base semiconductor thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10364263A JP2000188257A (ja) | 1998-12-22 | 1998-12-22 | 結晶性シリコン系半導体薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000188257A true JP2000188257A (ja) | 2000-07-04 |
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ID=18481391
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|---|---|---|---|
| JP10364263A Pending JP2000188257A (ja) | 1998-12-22 | 1998-12-22 | 結晶性シリコン系半導体薄膜の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6358313B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000188257A (ja) |
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