JP2001168030A - 薄膜形成方法及び薄膜堆積装置 - Google Patents
薄膜形成方法及び薄膜堆積装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 爆発性の原料ガスを用いながら、高価な真空
排気装置を必要としない常圧に近い減圧下で、かつ安全
な環境下で、シリコンなどの半導体薄膜やシリコン窒化
膜などの絶縁体薄膜を堆積可能にする。 【解決手段】 本発明では、膜堆積に寄与する原料ガス
自体の分圧はたとえば１Torr以下に保ちつつもガス圧全
体としてはそれよりもはるかに高い760Torrの常圧また
はそれ以下であっても高度な真空排気装置を必要としな
い減圧レベルとし、このようなガス圧下で基板までそれ
ら堆積種が輸送されるようにした。そのため、原料ガス
を接触分解させる触媒体と、基板試料を保持する基板ホ
ルダーなどを備えた反応室内に、化学的に不活性なガス
により少なくとも1000ppm 以下に希釈された原料ガスを
反応室内に導入し、反応室内をガス圧全体として760Tor
r の常圧以下で高度な真空排気装置を必要としない減圧
レベルに保つように排気している。
排気装置を必要としない常圧に近い減圧下で、かつ安全
な環境下で、シリコンなどの半導体薄膜やシリコン窒化
膜などの絶縁体薄膜を堆積可能にする。 【解決手段】 本発明では、膜堆積に寄与する原料ガス
自体の分圧はたとえば１Torr以下に保ちつつもガス圧全
体としてはそれよりもはるかに高い760Torrの常圧また
はそれ以下であっても高度な真空排気装置を必要としな
い減圧レベルとし、このようなガス圧下で基板までそれ
ら堆積種が輸送されるようにした。そのため、原料ガス
を接触分解させる触媒体と、基板試料を保持する基板ホ
ルダーなどを備えた反応室内に、化学的に不活性なガス
により少なくとも1000ppm 以下に希釈された原料ガスを
反応室内に導入し、反応室内をガス圧全体として760Tor
r の常圧以下で高度な真空排気装置を必要としない減圧
レベルに保つように排気している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置、とり
わけ太陽電池や液晶ディスプレイの製作に有用な薄膜形
成方法及び薄膜堆積装置に関する。
わけ太陽電池や液晶ディスプレイの製作に有用な薄膜形
成方法及び薄膜堆積装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池、液晶ディスプレイに用いる薄
膜トランジスタ（ＴＦＴ＝Thin Film Transistor) の製
作の際などでは、半導体薄膜や絶縁体薄膜を、大面積に
わたり、一般のガラス基板が使用できる600 ℃以下、望
ましくは450 ℃以下の低温で、しかも安価に形成できる
方法が必要である。
膜トランジスタ（ＴＦＴ＝Thin Film Transistor) の製
作の際などでは、半導体薄膜や絶縁体薄膜を、大面積に
わたり、一般のガラス基板が使用できる600 ℃以下、望
ましくは450 ℃以下の低温で、しかも安価に形成できる
方法が必要である。
【０００３】従来は、この方法として、原料ガスを放電
により発生するプラズマを用いて分解堆積する「プラズ
マ気相化学堆積法（ＰＥＣＶＤ法＝Plasma Enhanced Ch
emical Vapor Deposition 法）」が広く使用されてい
た。しかし、この方法には、(1) プラズマや電荷による
堆積膜自身や基板への損傷があること、(2) 放電を行わ
せるために１Torrから0.01Torr程度の範囲にガス圧を設
定しなければならないという制約があること、(3) 一般
的には、高周波放電を用いているため、定在波が発生し
て堆積膜厚分布が生じてしまうので、堆積面積を１ｍ以
上に拡大することは難しいこと、(4) 放電、とりわけ高
周波放電を用いるため、薄膜堆積装置の電極部の構造が
複雑になること、などの問題がある。
により発生するプラズマを用いて分解堆積する「プラズ
マ気相化学堆積法（ＰＥＣＶＤ法＝Plasma Enhanced Ch
emical Vapor Deposition 法）」が広く使用されてい
た。しかし、この方法には、(1) プラズマや電荷による
堆積膜自身や基板への損傷があること、(2) 放電を行わ
せるために１Torrから0.01Torr程度の範囲にガス圧を設
定しなければならないという制約があること、(3) 一般
的には、高周波放電を用いているため、定在波が発生し
て堆積膜厚分布が生じてしまうので、堆積面積を１ｍ以
上に拡大することは難しいこと、(4) 放電、とりわけ高
周波放電を用いるため、薄膜堆積装置の電極部の構造が
複雑になること、などの問題がある。
【０００４】一方、これらの問題点の一部を克服する方
法として、本発明者らの一人は、先に、原料ガスを加熱
触媒体との接触分解反応により分解堆積する「触媒気相
化学堆積法（Cat-CVD 法) ＝Catalytic Chemical Vapor
Deposition 法」を発明し、特許出願を行った( 特開昭
63-40314号、特開昭61-276976 号の各公開公報参照) 。
この先願発明の方法では、プラズマを用いていないの
で、上記(1)、(3) 、(4) の問題は解決できているもの
の、(5) 例えば良く使われるシリコン半導体薄膜製作の
際の原料であるシラン(SiH4 ）ガスなどは、ＰＥＣＶＤ
法と同様に爆発限界以上の濃度で使用しなければならな
いこと、また、(6) 堆積時のガス圧力も、ＰＥＣＶＤ法
よりは適用範囲が広いものの、１Torrから0.001 Torr以
上の間を使用しなければ高品質な膜堆積ができないこ
と、さらに(7)反応室のガス圧を1Torr 以上に上昇させ
ると、触媒体から基板に分解種が輸送される過程で、分
解種どうしの化学反応により分解種が失われたり、気相
中で重合反応などが進み、それが粉状になり膜堆積が起
きなくなること、などの問題を抱えたままであった。そ
のため、この種の薄膜堆積装置で SiH4 ガスなどを使用
する際には、安全装置に多大な費用をかける必要がある
上、ガス圧を下げるために、薄膜堆積装置に高価な本格
的真空排気装置を必要としていた。
法として、本発明者らの一人は、先に、原料ガスを加熱
触媒体との接触分解反応により分解堆積する「触媒気相
化学堆積法（Cat-CVD 法) ＝Catalytic Chemical Vapor
Deposition 法」を発明し、特許出願を行った( 特開昭
63-40314号、特開昭61-276976 号の各公開公報参照) 。
この先願発明の方法では、プラズマを用いていないの
で、上記(1)、(3) 、(4) の問題は解決できているもの
の、(5) 例えば良く使われるシリコン半導体薄膜製作の
際の原料であるシラン(SiH4 ）ガスなどは、ＰＥＣＶＤ
法と同様に爆発限界以上の濃度で使用しなければならな
いこと、また、(6) 堆積時のガス圧力も、ＰＥＣＶＤ法
よりは適用範囲が広いものの、１Torrから0.001 Torr以
上の間を使用しなければ高品質な膜堆積ができないこ
と、さらに(7)反応室のガス圧を1Torr 以上に上昇させ
ると、触媒体から基板に分解種が輸送される過程で、分
解種どうしの化学反応により分解種が失われたり、気相
中で重合反応などが進み、それが粉状になり膜堆積が起
きなくなること、などの問題を抱えたままであった。そ
のため、この種の薄膜堆積装置で SiH4 ガスなどを使用
する際には、安全装置に多大な費用をかける必要がある
上、ガス圧を下げるために、薄膜堆積装置に高価な本格
的真空排気装置を必要としていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記(1) か
ら(7) の問題点の全てを同時に解決しようとするもの
で、高価な本格的真空排気装置を必要としない常圧また
は常圧に近い減圧下で、爆発限界をはるかに下回るほど
に希釈された SiH4 ガスなどを用いる安全な環境下で、
シリコンなどの半導体薄膜やシリコン窒化膜などの絶縁
体薄膜を堆積しようとするものである。
ら(7) の問題点の全てを同時に解決しようとするもの
で、高価な本格的真空排気装置を必要としない常圧また
は常圧に近い減圧下で、爆発限界をはるかに下回るほど
に希釈された SiH4 ガスなどを用いる安全な環境下で、
シリコンなどの半導体薄膜やシリコン窒化膜などの絶縁
体薄膜を堆積しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、本発明者らの
一人による前述の先願発明であるCat-CVD 法の技術思想
に、本発明を構成する新たな技術思想を付加することに
より、上記問題を解決するなどの特段の効果をもたら
す。そのための解決手段として、本発明においては、化
学的に不活性なガスにより少なくとも1000ppm 以下に希
釈された原料ガスを加熱触媒体に接触させ、その原料ガ
ス分子が接触分解されて触媒体上で発生した堆積種が気
相中で反応してしまうのを、堆積種の周辺には化学的に
不活性なガスしかほとんどない状態にすることで防ぐよ
うにするものであるる。
一人による前述の先願発明であるCat-CVD 法の技術思想
に、本発明を構成する新たな技術思想を付加することに
より、上記問題を解決するなどの特段の効果をもたら
す。そのための解決手段として、本発明においては、化
学的に不活性なガスにより少なくとも1000ppm 以下に希
釈された原料ガスを加熱触媒体に接触させ、その原料ガ
ス分子が接触分解されて触媒体上で発生した堆積種が気
相中で反応してしまうのを、堆積種の周辺には化学的に
不活性なガスしかほとんどない状態にすることで防ぐよ
うにするものであるる。
【０００７】具体的には、本発明では、膜堆積に寄与す
る原料ガス自体の分圧はたとえば１Torr以下に保ちつつ
も、ガス圧全体としてはそれよりもはるかに高い圧力、
760Torr の常圧またはそれ以下であっても高度な排気機
能を持つ真空排気装置を必要としない減圧レベルとし、
このようなガス圧下において、基板までそれら堆積種を
輸送し、基板上に、各種電子デバイスに使用可能な高品
質の半導体膜または絶縁体膜を、基板温度が600 ℃以下
の低温でかつ工業的に満足できる堆積速度で、堆積可能
にする。
る原料ガス自体の分圧はたとえば１Torr以下に保ちつつ
も、ガス圧全体としてはそれよりもはるかに高い圧力、
760Torr の常圧またはそれ以下であっても高度な排気機
能を持つ真空排気装置を必要としない減圧レベルとし、
このようなガス圧下において、基板までそれら堆積種を
輸送し、基板上に、各種電子デバイスに使用可能な高品
質の半導体膜または絶縁体膜を、基板温度が600 ℃以下
の低温でかつ工業的に満足できる堆積速度で、堆積可能
にする。
【０００８】さらに本発明では、SiH4などの原料ガス
は、1000ppm 以下、場合によっては100ppm以下または10
ppm 以下にまでアルゴン（Ａr)などの希ガス等で希釈し
て、1500℃から2000℃の間の温度に加熱された触媒体
と、ガス圧１Torr以上から常圧（760 Torr）に近い値ま
での範囲のガス圧下において接触分解させる。気相中で
の分解堆積後の反応による堆積種の変性は、多量の希ガ
スで防止され、生成された堆積種は、触媒体から数ｃｍ
離れた 600℃以下、望ましくは 450℃以下、場合によっ
ては 300℃以下の温度に保った基板上に輸送され、膜堆
積される。
は、1000ppm 以下、場合によっては100ppm以下または10
ppm 以下にまでアルゴン（Ａr)などの希ガス等で希釈し
て、1500℃から2000℃の間の温度に加熱された触媒体
と、ガス圧１Torr以上から常圧（760 Torr）に近い値ま
での範囲のガス圧下において接触分解させる。気相中で
の分解堆積後の反応による堆積種の変性は、多量の希ガ
スで防止され、生成された堆積種は、触媒体から数ｃｍ
離れた 600℃以下、望ましくは 450℃以下、場合によっ
ては 300℃以下の温度に保った基板上に輸送され、膜堆
積される。
【０００９】このため SiH4 などの原料ガスは、もとも
と爆発限界をはるかに下回るようにＡr などの希ガスで
高希釈されるので、取り扱い時の安全性は、従来法に比
べて飛躍的に向上する。また、本発明では高度の（本格
的な）真空排気装置は本質的に必要ではなく、例えば、
いわゆるバキューム・ジェネレータ・ポンプ( 高速の窒
素ガス流にプロセスガスをその高速流の横から細いノズ
ルなどにより導入することによりベルヌーイの原理に基
づきそのプロセスガスを吸引排気する減圧排気するポン
プ) や水流ポンプ( 高速窒素ガス流の代わりに水等の液
体を用いるポンプ) などで500Torr から300Torr に減圧
する程度でも十分であるし、SiH4ガスの希釈率を5ppm程
度にまですれば、760Torr の常圧でも十分に使用可能と
なる。
と爆発限界をはるかに下回るようにＡr などの希ガスで
高希釈されるので、取り扱い時の安全性は、従来法に比
べて飛躍的に向上する。また、本発明では高度の（本格
的な）真空排気装置は本質的に必要ではなく、例えば、
いわゆるバキューム・ジェネレータ・ポンプ( 高速の窒
素ガス流にプロセスガスをその高速流の横から細いノズ
ルなどにより導入することによりベルヌーイの原理に基
づきそのプロセスガスを吸引排気する減圧排気するポン
プ) や水流ポンプ( 高速窒素ガス流の代わりに水等の液
体を用いるポンプ) などで500Torr から300Torr に減圧
する程度でも十分であるし、SiH4ガスの希釈率を5ppm程
度にまですれば、760Torr の常圧でも十分に使用可能と
なる。
【００１０】これらにより、薄膜堆積装置のコストは大
幅に低下するので、太陽電池の製作や、ＴＦＴの製作な
どに革命的変化を招くことが期待される。
幅に低下するので、太陽電池の製作や、ＴＦＴの製作な
どに革命的変化を招くことが期待される。
【００１１】図１は、本発明による薄膜形成方法を説明
するための薄膜堆積装置の原理説明図である。
するための薄膜堆積装置の原理説明図である。
【００１２】図１において、1 は原料ガスの分解と堆積
処理を行う反応容器、２は反応容器１の内部の反応室で
断面を示したもの、３は不活性ガスにより希釈された原
料ガスを反応室２へ供給する原料ガス供給管、４は反応
室２の上部中央に取り付けられて原料ガス供給管３から
供給された原料ガスを反応室２内に広範囲に噴出拡散さ
せるためのシャワーヘッド、５はタングステン材料など
からなって例えばそれ自身に直接通電することにより加
熱される触媒体、６は薄膜形成中試料を保持して加熱あ
るいは冷却する基板ホルダー、７は外部から反応室２へ
試料を搬入する際に開閉する試料供給ゲート、８は反応
室２から外部へ試料を搬出する際に開閉する試料排出ゲ
ート、９はガラス基板などの薄膜を形成される基板の試
料、１０は反応容器１に接続された排気管である。
処理を行う反応容器、２は反応容器１の内部の反応室で
断面を示したもの、３は不活性ガスにより希釈された原
料ガスを反応室２へ供給する原料ガス供給管、４は反応
室２の上部中央に取り付けられて原料ガス供給管３から
供給された原料ガスを反応室２内に広範囲に噴出拡散さ
せるためのシャワーヘッド、５はタングステン材料など
からなって例えばそれ自身に直接通電することにより加
熱される触媒体、６は薄膜形成中試料を保持して加熱あ
るいは冷却する基板ホルダー、７は外部から反応室２へ
試料を搬入する際に開閉する試料供給ゲート、８は反応
室２から外部へ試料を搬出する際に開閉する試料排出ゲ
ート、９はガラス基板などの薄膜を形成される基板の試
料、１０は反応容器１に接続された排気管である。
【００１３】試料９は、反応容器１の側壁に設けられた
試料供給ゲート７を一時的に開いて、コンベア機構によ
り反応室２内へ送り込まれ、薄膜形成処理の間中基板ホ
ルダー６上に保持されている。薄膜形成処理が済むと、
試料排出ゲート８を一時的に開き、試料９を反応容器１
の外へ送り出す。この機構を用いて多数の試料９を一枚
ずつ所定の時間間隔で間欠的に供給すれば、薄膜形成処
理を連続的に行わせることができる。試料供給ゲート７
と試料排出ゲート８は、試料９が通過するときの比較的
短い時間だけ開けばよく、薄膜形成処理時間中は閉じて
いるので、反応室２からのガス漏洩を最小限に抑えるこ
とができる。
試料供給ゲート７を一時的に開いて、コンベア機構によ
り反応室２内へ送り込まれ、薄膜形成処理の間中基板ホ
ルダー６上に保持されている。薄膜形成処理が済むと、
試料排出ゲート８を一時的に開き、試料９を反応容器１
の外へ送り出す。この機構を用いて多数の試料９を一枚
ずつ所定の時間間隔で間欠的に供給すれば、薄膜形成処
理を連続的に行わせることができる。試料供給ゲート７
と試料排出ゲート８は、試料９が通過するときの比較的
短い時間だけ開けばよく、薄膜形成処理時間中は閉じて
いるので、反応室２からのガス漏洩を最小限に抑えるこ
とができる。
【００１４】反応室２内には、シャワーヘッド４と、触
媒体５と、基板ホルダー６が平行に配置されており、シ
ャワーヘッド４から噴出された原料ガスは下方に流れ、
触媒体５で接触分解される。分解により生成された堆積
種は、原料ガス成分の大半を占める不活性ガス中を下方
に運ばれ、基板ホルダー６上に保持されている試料９の
基板上に堆積する。なお、図示されていないが基板ホル
ダー６の内部には、試料９を加熱するためのヒーターお
よび冷却するための冷媒供給管が設けられている。これ
らにより加熱あるいは冷却される試料９の温度は、熱電
対などの温度センサーによってモニターされ、必要な温
度制御が行われる。前述した触媒体５を加熱するために
は1000Ｗ以下の適当な交流電力が供給され、それにより
触媒体５は、1500℃から2000℃の高温に加熱される。こ
の高温の触媒体５にシャワーヘッド４から原料ガスが吹
付けられ、原料ガスと触媒体５とが接触することによ
り、原料ガスが分解され、ラジカル等の活性種が形成さ
れる。また反応容器１に接続されている排気管１０に
は、図示されていないバキューム・ジェネレータ・ポン
プが接続されていて、堆積処理時に反応容器１内に生じ
る反応ガスの排気を行う。
媒体５と、基板ホルダー６が平行に配置されており、シ
ャワーヘッド４から噴出された原料ガスは下方に流れ、
触媒体５で接触分解される。分解により生成された堆積
種は、原料ガス成分の大半を占める不活性ガス中を下方
に運ばれ、基板ホルダー６上に保持されている試料９の
基板上に堆積する。なお、図示されていないが基板ホル
ダー６の内部には、試料９を加熱するためのヒーターお
よび冷却するための冷媒供給管が設けられている。これ
らにより加熱あるいは冷却される試料９の温度は、熱電
対などの温度センサーによってモニターされ、必要な温
度制御が行われる。前述した触媒体５を加熱するために
は1000Ｗ以下の適当な交流電力が供給され、それにより
触媒体５は、1500℃から2000℃の高温に加熱される。こ
の高温の触媒体５にシャワーヘッド４から原料ガスが吹
付けられ、原料ガスと触媒体５とが接触することによ
り、原料ガスが分解され、ラジカル等の活性種が形成さ
れる。また反応容器１に接続されている排気管１０に
は、図示されていないバキューム・ジェネレータ・ポン
プが接続されていて、堆積処理時に反応容器１内に生じ
る反応ガスの排気を行う。
【００１５】従来は、本発明のように超希釈状態の原料
ガスを用いることに思い至らなかったため、分解堆積種
同士の気相反応により堆積種が重合して粉末になるほど
であり、常圧下では膜堆積ができなかったが、本発明で
は、堆積種は希ガスや反応しないガスにしか衝突しない
ので、その形を変えずに基板まで到達することができ
る。このようにして生じた活性種を含む雰囲気に試料が
曝されることにより、成膜が行われる。
ガスを用いることに思い至らなかったため、分解堆積種
同士の気相反応により堆積種が重合して粉末になるほど
であり、常圧下では膜堆積ができなかったが、本発明で
は、堆積種は希ガスや反応しないガスにしか衝突しない
ので、その形を変えずに基板まで到達することができ
る。このようにして生じた活性種を含む雰囲気に試料が
曝されることにより、成膜が行われる。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明にもとづく薄膜堆積装置の
１実施例構成を図２に示す。この実施例は反応室内のガ
ス圧を常圧近くに保って堆積処理を行うことを可能にす
る。装置全体は、原料ガスの分解と堆積処理を行う反応
容器の外側にガス緩衝用の容器を備えた二重殻構造をと
っている。
１実施例構成を図２に示す。この実施例は反応室内のガ
ス圧を常圧近くに保って堆積処理を行うことを可能にす
る。装置全体は、原料ガスの分解と堆積処理を行う反応
容器の外側にガス緩衝用の容器を備えた二重殻構造をと
っている。
【００１７】図２において、参照番号１ないし１０の各
要素は図１に同一番号で示されている要素と同じもの
で、１は反応容器、２は反応室、３はSiH4を希ガスある
いは不活性ガスで希釈した原料ガスを供給する原料ガス
供給管、４はシャワーヘッド、５は触媒体、６は基板ホ
ルダー，７は試料供給ゲート、８は試料排出ゲート，９
は試料、１０は排気管である。１１は反応容器１を包む
外側容器、１２は外側容器１１内に希ガスや不活性ガス
からなる希釈ガスを導入するための希釈ガス供給菅、１
３は外側容器１１に接続されて反応容器１と外側容器１
１の間の希釈ガスおよび反応容器１からの漏洩ガスを排
出する排気管、１４は外側容器１１の側壁に設けられた
試料供給用の試料入口、１５は同様な試料出口である。
要素は図１に同一番号で示されている要素と同じもの
で、１は反応容器、２は反応室、３はSiH4を希ガスある
いは不活性ガスで希釈した原料ガスを供給する原料ガス
供給管、４はシャワーヘッド、５は触媒体、６は基板ホ
ルダー，７は試料供給ゲート、８は試料排出ゲート，９
は試料、１０は排気管である。１１は反応容器１を包む
外側容器、１２は外側容器１１内に希ガスや不活性ガス
からなる希釈ガスを導入するための希釈ガス供給菅、１
３は外側容器１１に接続されて反応容器１と外側容器１
１の間の希釈ガスおよび反応容器１からの漏洩ガスを排
出する排気管、１４は外側容器１１の側壁に設けられた
試料供給用の試料入口、１５は同様な試料出口である。
【００１８】試料９は、外側容器１１の試料入口１４か
ら供給され、反応容器１の試料供給ゲートを経て反応室
２内の基板ホルダー６上へ，ローラーなどのコンベア機
構により原料ガスの流れと垂直な方向に移動されて自動
的に搬入される。次に試料９は、薄膜を形成されたあ
と、試料排出ゲート８を経て試料出口１５から自動的に
排出されるようになっている。
ら供給され、反応容器１の試料供給ゲートを経て反応室
２内の基板ホルダー６上へ，ローラーなどのコンベア機
構により原料ガスの流れと垂直な方向に移動されて自動
的に搬入される。次に試料９は、薄膜を形成されたあ
と、試料排出ゲート８を経て試料出口１５から自動的に
排出されるようになっている。
【００１９】試料入口１４および試料出口１５には開閉
用のゲートは設けられていないが、外側容器１１に接続
されている排気管１３にはバキューム・ジェネレータ・
ポンプなどが接続されていて、これで外側容器１１内を
大気圧より少し減圧することにより、内部のガスが試料
入口１４および試料出口１５から大気中に漏れ出ないよ
うにする。
用のゲートは設けられていないが、外側容器１１に接続
されている排気管１３にはバキューム・ジェネレータ・
ポンプなどが接続されていて、これで外側容器１１内を
大気圧より少し減圧することにより、内部のガスが試料
入口１４および試料出口１５から大気中に漏れ出ないよ
うにする。
【００２０】このように外側容器１１は反応容器１を覆
う構造となっており、希釈ガス供給管１２から外側容器
１１を介して希ガスや反応しないガスを供給し、反応容
器１から試料供給ゲート７や試料排出ゲート８から漏れ
出る堆積用の原料ガスSiH4を希釈するようにして安全を
図っている。また、外側容器１１に接続されている排気
管１３からバキューム・ジェネレータ・ポンプにより外
側容器１１内のSiH4が排出される結果、外側容器１１内
のSiH4を、少なくとも5ppm以下(人体に影響のある許容
濃度) にまで希釈できる。さらに前述したように、排気
管１３に接続されているバキューム・ジェネレータ・ポ
ンプは、外側容器１１内を大気圧より少し減圧して、中
のガスが大気に漏れ出ないように緩衝するので，一層安
全なものとなる。
う構造となっており、希釈ガス供給管１２から外側容器
１１を介して希ガスや反応しないガスを供給し、反応容
器１から試料供給ゲート７や試料排出ゲート８から漏れ
出る堆積用の原料ガスSiH4を希釈するようにして安全を
図っている。また、外側容器１１に接続されている排気
管１３からバキューム・ジェネレータ・ポンプにより外
側容器１１内のSiH4が排出される結果、外側容器１１内
のSiH4を、少なくとも5ppm以下(人体に影響のある許容
濃度) にまで希釈できる。さらに前述したように、排気
管１３に接続されているバキューム・ジェネレータ・ポ
ンプは、外側容器１１内を大気圧より少し減圧して、中
のガスが大気に漏れ出ないように緩衝するので，一層安
全なものとなる。
【００２１】図２には、単一の薄膜堆積装置のみが示さ
れているが、このような構造の堆積装置を複数台一つの
ラインで結ぶことにより、たとえばｐ型、ｉ型、ｎ型が
順次重なったアモルファス・シリコン太陽電池を大気圧
から真空を引くことなく容易に形成することができる。
れているが、このような構造の堆積装置を複数台一つの
ラインで結ぶことにより、たとえばｐ型、ｉ型、ｎ型が
順次重なったアモルファス・シリコン太陽電池を大気圧
から真空を引くことなく容易に形成することができる。
【００２２】次に、このような本発明の原理によりシリ
コン膜の堆積を行った一つの例を示す。試料作製条件を
表１に、また堆積した試料をラマン分光により測定した
結果を図３に示す。図３中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
は、表１の試料欄に示される番号と対応している。
コン膜の堆積を行った一つの例を示す。試料作製条件を
表１に、また堆積した試料をラマン分光により測定した
結果を図３に示す。図３中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
は、表１の試料欄に示される番号と対応している。
【００２３】
【表１】
【００２４】触媒体温度は1500℃から1800℃、基板温度
を 450℃として、 SiH4 をＡr により50ppm に希釈して
得られた膜は、 480(cm -1) にピークを示すスペクトル
を描いていることから、アルモファス・シリコン膜であ
ることが明らかとなった。また、この時の堆積速度は25
nm／min であった。SiH4の利用効率を見積もると、少な
くとも40％以上となり、減圧下で同様なSiH4を用いたＰ
ＥＣＶＤに比べて、10倍以上もガスの利用効率が高いこ
とが確認された。
を 450℃として、 SiH4 をＡr により50ppm に希釈して
得られた膜は、 480(cm -1) にピークを示すスペクトル
を描いていることから、アルモファス・シリコン膜であ
ることが明らかとなった。また、この時の堆積速度は25
nm／min であった。SiH4の利用効率を見積もると、少な
くとも40％以上となり、減圧下で同様なSiH4を用いたＰ
ＥＣＶＤに比べて、10倍以上もガスの利用効率が高いこ
とが確認された。
【００２５】
【発明の効果】本発明により、気相中での分解堆積後の
気相反応により生じる分解堆積種の変性を多量の希ガス
で防いで膜堆積できるため、高価な本格的真空排気装置
を必要としないような常圧または常圧に近い減圧下で、
爆発限界をはるかに下回るほどに希釈された SiH4 ガス
などを用いることを可能にする。このように本発明は、
常圧に近いガス圧の使用と安全な環境下で、シリコンな
どの半導体薄膜やシリコン窒化膜などの絶縁体薄膜を堆
積させることができるため、たとえばアルモファス・シ
リコン太陽電池や、大面積ディスプレイ用のＴＦＴの生
産に適用した場合、製造装置を著しく簡素化することが
でき、製品コストの大幅な低下を図ることができる。
気相反応により生じる分解堆積種の変性を多量の希ガス
で防いで膜堆積できるため、高価な本格的真空排気装置
を必要としないような常圧または常圧に近い減圧下で、
爆発限界をはるかに下回るほどに希釈された SiH4 ガス
などを用いることを可能にする。このように本発明は、
常圧に近いガス圧の使用と安全な環境下で、シリコンな
どの半導体薄膜やシリコン窒化膜などの絶縁体薄膜を堆
積させることができるため、たとえばアルモファス・シ
リコン太陽電池や、大面積ディスプレイ用のＴＦＴの生
産に適用した場合、製造装置を著しく簡素化することが
でき、製品コストの大幅な低下を図ることができる。
【図１】本発明による薄膜堆積装置の原理説明図であ
る。
る。
【図２】本発明による薄膜堆積装置の１実施例の構成図
である。
である。
【図３】ラマン散乱スペクトルのアルゴン希釈量依存性
を示すグラフである。
を示すグラフである。
１：反応容器 ２：反応室 ３：原料ガス供給管 ４：シャワーヘッド ５：触媒体 ６：基板ホルダー ７：試料供給ゲート ８：試料排出ゲート ９：試料 １０：排気管
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F045 AA03 AB01 AB03 AB04 AB05 AB32 AB33 AB34 AC01 AC15 AC16 AC17 AD06 AD07 AD08 AD09 AD10 CA13 CA15 DP23 EK07
Claims (23)
- 【請求項１】 化学的に不活性なガスにより少なくとも
1000ppm 以下に希釈された原料ガスを、加熱した触媒体
に接触させ、接触分解により生じた堆積種を基板上に堆
積させて薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方
法。 - 【請求項２】 請求項１において、希釈された原料ガス
自体の分圧は１Torr以下に保ちつつも、全体のガス圧と
しては760Torr の常圧またはそれ以下で高度な真空排気
装置を必要としない減圧レベルとすることを特徴とする
薄膜形成方法。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２において、堆積
種を堆積させる際の基板の温度は600 ℃以下の低温であ
ることを特徴とする薄膜形成方法。 - 【請求項４】 請求項１において、化学的に不活性なガ
スは、アルゴンなどの希ガスか、設定した触媒体温度で
は分解されない窒素などのガスであることを特徴とする
薄膜形成方法。 - 【請求項５】 請求項１において、原料ガスは、シラン
などを含む爆発性の高反応性ガスであり、かつ化学的に
不活性なガスによる原料ガスの希釈の希釈比は、その原
料ガスの貯蔵、輸送、処理の全ての工程において原料ガ
スの爆発限界を大きく下回らせるのに十分なものである
ことを特徴とする薄膜形成方法。 - 【請求項６】 請求項１において、触媒体は、タングス
テン、モリブデン、タンタルなどの高融点金属であるこ
とを特徴とする薄膜形成方法。 - 【請求項７】 請求項３において、基板の温度は、 450
℃以下であることを特徴とする薄膜形成方法。 - 【請求項８】 請求項５において、化学的に不活性なガ
スにより希釈される原料ガスの希釈比は、100ppm以下で
あることを特徴とする薄膜形成方法。 - 【請求項９】 請求項１において、触媒体の加熱温度
は、1500℃以上で2000℃以下の範囲にあることを特徴と
する薄膜形成方法。 - 【請求項１０】 請求項２において、高度な真空排気装
置を必要としない減圧レベルは、１Torr以上で760Torr
以下の範囲にあることを特徴とする薄膜形成方法。 - 【請求項１１】 請求項１ないし請求項１０において、
基板上に形成される薄膜は、アモルファス・シリコン、
ポリ・シリコンなどのシリコン膜、アモルファス・ゲル
マニウム、ポリ・ゲルマニウムなどのゲルマニウム膜、
アモルファス・シリコン・ゲルマニウム、ポリ・シリコ
ン・ゲルマニウムなどの化合物半導体膜、あるいはシリ
コン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜などの
絶縁体膜であることを特徴とする薄膜形成方法。 - 【請求項１２】 請求項１ないし請求項１１において、
堆積種の堆積速度は、毎分20ナノ・メートル以上である
ことを特徴とする薄膜形成方法。 - 【請求項１３】 反応室を形成する容器と、化学的に不
活性なガスにより少なくとも1000ppm 以下に希釈された
原料ガスを反応室内に導入する原料ガス供給手段と、反
応室内をガス圧全体として760Torr の常圧以下で高度な
真空排気装置を必要としない減圧レベルに保つ排気手段
と、反応室内に設けられて原料ガスを接触分解させる触
媒体と、基板試料を保持する基板ホルダーと、を備えて
いることを特徴とする薄膜堆積装置。 - 【請求項１４】 請求項１３において、前記反応室を形
成する容器は内側容器と外側容器からなる２重構造を有
し、前記原料ガス供給手段は内側容器に対して設けら
れ、また外側容器には化学的に不活性なガスを供給する
不活性ガス供給手段が設けられて、外側容器は、内側容
器から外側容器に漏れる原料ガスを、化学的に不活性な
ガスにより希釈して保全するガス緩衝手段を構成してい
ることを特徴とする薄膜堆積装置。 - 【請求項１５】 請求項１３または請求項１４におい
て、原料ガス自体の分圧は１Torr以下に保ちつつもガス
圧全体としては760Torr の常圧またはそれ以下の本格的
な真空排気装置を必要としない減圧レベルとすることを
特徴とする薄膜堆積装置。 - 【請求項１６】 請求項１３または請求項１４におい
て、基板ホルダーは基板を加熱または冷却する手段を有
し、堆積種を堆積させる際に基板の温度を600 ℃以下の
低温に保持することを特徴とする薄膜堆積装置。 - 【請求項１７】 請求項１３において、化学的に不活性
なガスは、アルゴンなどの希ガスか、設定した触媒体温
度では分解されない窒素などのガスであることを特徴と
する薄膜堆積装置。 - 【請求項１８】 請求項１３において、原料ガスは、シ
ランなどを含む爆発性のある高反応性ガスであり、かつ
化学的に不活性なガスによる原料ガスの希釈は、その原
料ガスの貯蔵、輸送、処理の全ての工程において原料ガ
スの爆発限界を大きく下回るのに十分な希釈比によるも
のであることを特徴とする薄膜堆積装置。 - 【請求項１９】 請求項１３において、触媒体は、タン
グステン、モリブデン、タンタルなどの高融点金属であ
ることを特徴とする薄膜堆積装置。 - 【請求項２０】 請求項１３において、化学的に不活性
なガスによる原料ガスの希釈の希釈比は、100ppm以下で
あることを特徴とする薄膜堆積装置。 - 【請求項２１】 請求項１３において、触媒体の加熱温
度は、1500℃以上で2000℃以下の範囲にあることを特徴
とする薄膜堆積装置。 - 【請求項２２】 請求項１３において、基板上に形成さ
れる薄膜は、アモルファス・シリコン、ポリ・シリコン
などのシリコン膜、アモルファス・ゲルマニウム、ポリ
・ゲルマニウムなどのゲルマニウム膜、アモルファス・
シリコン・ゲルマニウム、ポリ・シリコン・ゲルマニウ
ムなどの化合物半導体膜、あるいはシリコン窒化膜、シ
リコン酸化膜、シリコン酸窒化膜などの絶縁体膜である
ことを特徴とする薄膜堆積装置。 - 【請求項２３】 請求項１３において、排気手段は、高
速ガス流を用いて吸引排気する、バキューム・ジェネレ
ータ・ポンプあるいは水流ポンプであることを特徴とす
る薄膜堆積装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34850599A JP2001168030A (ja) | 1999-12-08 | 1999-12-08 | 薄膜形成方法及び薄膜堆積装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34850599A JP2001168030A (ja) | 1999-12-08 | 1999-12-08 | 薄膜形成方法及び薄膜堆積装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001168030A true JP2001168030A (ja) | 2001-06-22 |
Family
ID=18397477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34850599A Pending JP2001168030A (ja) | 1999-12-08 | 1999-12-08 | 薄膜形成方法及び薄膜堆積装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001168030A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2003005435A1 (ja) * | 2001-07-05 | 2004-10-28 | 大見 忠弘 | 基板処理装置および基板処理方法、基板平坦化方法 |
| JP2009130229A (ja) * | 2007-11-27 | 2009-06-11 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
| KR101305298B1 (ko) | 2009-03-10 | 2013-09-06 | 미쯔이 죠센 가부시키가이샤 | 원자층 퇴적 장치 |
-
1999
- 1999-12-08 JP JP34850599A patent/JP2001168030A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2003005435A1 (ja) * | 2001-07-05 | 2004-10-28 | 大見 忠弘 | 基板処理装置および基板処理方法、基板平坦化方法 |
| JP2009130229A (ja) * | 2007-11-27 | 2009-06-11 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
| KR101305298B1 (ko) | 2009-03-10 | 2013-09-06 | 미쯔이 죠센 가부시키가이샤 | 원자층 퇴적 장치 |
| US9194043B2 (en) | 2009-03-10 | 2015-11-24 | Mitsui Engineering & Shipbuilding | Atomic layer deposition apparatus |
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