JP2010065296A - Method and apparatus for continuously depositing thin film, film-deposited glass substrate, and semi-conductor device - Google Patents

Method and apparatus for continuously depositing thin film, film-deposited glass substrate, and semi-conductor device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus capable of continuously depositing various kinds of thin films on a substrate at high speed, and to provide a film-deposited glass substrate and a semi-conductor device. <P>SOLUTION: A first feed port 131 for feeding first reactive gas 11 and a first exhaust port 135 for exhausting the first reactive gas are provided in a nucleus formation zone 115. A second feed port 132 for feeding second reactive gas 12 and a second exhaust port 136 for exhausting the second reactive gas are provided in a crystal growth zone 116. Favorable reactive gases of different kinds can be used for the first reactive gas 11 to be used for nucleus formation, and for the second reactive gas to be used for crystal growth. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、幅に対して厚さが小さく長手方向に十分に長い帯状の基板上に所定の薄膜を連続して形成する連続薄膜形成方法等の技術に関するものであり、特にアモルファスシリコン又は多結晶シリコン(ポリシリコン)等の緻密なシリコン薄膜を形成するのに好適な連続薄膜形成方法等の技術に関する。   The present invention relates to a technique such as a continuous thin film forming method for continuously forming a predetermined thin film on a strip-shaped substrate having a small thickness with respect to the width and sufficiently long in the longitudinal direction, and in particular, amorphous silicon or polycrystalline The present invention relates to a technique such as a continuous thin film forming method suitable for forming a dense silicon thin film such as silicon (polysilicon).

TFT(Thin Film Transistor)、有機EL等では、ガラス基板上にシリコン薄膜を形成し、形成したシリコン薄膜上に駆動回路を形成している。このようなガラス基板上に各種薄膜を形成する成膜技術は、半導体製造技術の基礎となる重要な技術分野である。   In TFT (Thin Film Transistor), organic EL, etc., a silicon thin film is formed on a glass substrate, and a drive circuit is formed on the formed silicon thin film. Film formation technology for forming various thin films on such a glass substrate is an important technical field that is the basis of semiconductor manufacturing technology.

ガラス基板への成膜技術の一例として、TFT等の成膜工程を説明する。TFTの製造工程においては、ガラス基板上にアモルファスシリコン膜、またはポリシリコン膜を形成し、該シリコン膜上に、液晶を駆動する駆動回路やトランジスタ等の半導体制御回路を形成している。最近の傾向として、高速動作の要請から、ガラス基板上にポリシリコン薄膜を形成する技術が注目されている。ポリシリコン膜を形成する従来技術においては、まず、アモルファスシリコンを成膜した後、アモルファスシリコンをレーザアニールや熱アニール法によりポリシリコンに変換している。   As an example of a technique for forming a film on a glass substrate, a film forming process of a TFT or the like will be described. In the TFT manufacturing process, an amorphous silicon film or a polysilicon film is formed on a glass substrate, and a driving circuit for driving a liquid crystal or a semiconductor control circuit such as a transistor is formed on the silicon film. As a recent trend, a technique for forming a polysilicon thin film on a glass substrate has attracted attention because of a demand for high-speed operation. In the conventional technology for forming a polysilicon film, first, after amorphous silicon is formed, the amorphous silicon is converted into polysilicon by laser annealing or thermal annealing.

通常、ガラス基板上にアモルファスシリコンを形成するのに、蒸着法、スパッタ法、または各種CVD法が用いられる。最も多用されているプラズマCVD法では、原料ガスのシラン(SiH)、ジシラン(Si)をグロー放電により分解し、アモルファスシリコン薄膜を基板上に成長させている。基板には結晶シリコン、ガラス、耐熱プラスチックなどが用いられ、通常400℃以下で成長させる。また、この方式では、大面積のものを作成することができるといったメリットがある。 Usually, vapor deposition, sputtering, or various CVD methods are used to form amorphous silicon on a glass substrate. In the most frequently used plasma CVD method, silane (SiH 4 ) and disilane (Si 2 H 6 ) as source gases are decomposed by glow discharge, and an amorphous silicon thin film is grown on a substrate. For the substrate, crystalline silicon, glass, heat-resistant plastic or the like is used, and it is usually grown at 400 ° C. or lower. In addition, this method has an advantage that a large area can be created.

ガラス基板上にポリシリコン膜を形成する従来技術の一例を、特許文献1を用いて説明する。まず基板となるガラス基板の上に酸化膜を形成し、その上にCVD法等により水素含有のアモルファスシリコン膜を堆積する。その後、熱処理により脱水素処理を行い、エキシマレーザの照射によるアニール処理によりアモルファスシリコン膜をポリシリコン膜に変化させる。その後、さらにいくつかの処理を経てポリシリコン膜を得ることができる。   An example of a conventional technique for forming a polysilicon film on a glass substrate will be described with reference to Patent Document 1. First, an oxide film is formed on a glass substrate to be a substrate, and a hydrogen-containing amorphous silicon film is deposited thereon by a CVD method or the like. Thereafter, dehydrogenation treatment is performed by heat treatment, and the amorphous silicon film is changed to a polysilicon film by annealing treatment by excimer laser irradiation. Thereafter, a polysilicon film can be obtained through some further processing.

上記のような水素含有アモルファスシリコン膜は、CVD法あるいはプラズマCVD法により堆積されるのが一般的である。このようなCVD法、プラズマCVD法、プラズマ法等の処理は通常400℃程度の温度で行われ、脱水素処理も通常400℃〜500℃の温度下で60分程度行われる。   The hydrogen-containing amorphous silicon film as described above is generally deposited by a CVD method or a plasma CVD method. Such a process such as a CVD method, a plasma CVD method, or a plasma method is usually performed at a temperature of about 400 ° C., and a dehydrogenation process is also usually performed at a temperature of 400 to 500 ° C. for about 60 minutes.

上記のように、従来のポリシリコン膜を形成する処理は最高でも500℃程度で行われるため、基板材料として材料費の安い多成分ガラスなどを使用することができ、基板材料の選択自由度が高いという利点がある。
特開平11−204794号公報
As described above, since the conventional process for forming a polysilicon film is performed at about 500 ° C. at the maximum, multi-component glass or the like having a low material cost can be used as a substrate material, and the degree of freedom in selecting a substrate material is increased. There is an advantage of high.
JP-A-11-204794

しかしながら、シラン等を原料とする成膜プロセスは、減圧プロセスを伴うためバッチプロセスとなり、既存の装置では成膜速度を大幅に高めて生産性を改善することは望めない。特にシランを用いた真空プロセスの場合には、アモルファスシリコン薄膜中に水素を多く含有しているため、結晶粒径を大きくしてポリシリコンに変換するための熱アニールやレーザアニールの処理の前に、脱水素プロセスを長時間行う必要があった。この脱水素プロセスは、例えば60分にも及ぶ処理時間が必要となる等、生産性に大きな問題があった。   However, the film formation process using silane or the like as a raw material is a batch process because it involves a decompression process, and it is not possible to improve productivity by greatly increasing the film formation speed with existing apparatuses. Especially in the case of a vacuum process using silane, the amorphous silicon thin film contains a large amount of hydrogen. Therefore, before thermal annealing or laser annealing to increase the crystal grain size and convert it to polysilicon, Therefore, it was necessary to perform the dehydrogenation process for a long time. This dehydrogenation process has a serious problem in productivity, for example, requiring a processing time of 60 minutes.

また、核形成、結晶成長、アニール等の各プロセスをバッチ処理する場合、例えば加熱炉を用いて次のプロセスで必要な温度に加熱するのに、ある程度の時間がかかっていた。そのため、たとえば核形成のプロセスで形成された結晶核が結晶成長プロセスへの移行中にマイグレーション等により変化して品質劣化が進むおそれがあった。
さらに、従来より原料ガスにシラン(SiH)等が用いられているが、シランは酸素と反応して発火しやすいといった危険性があるため、取扱いが難しいといった問題もある。
Further, when batch processes such as nucleation, crystal growth, and annealing are performed, it takes a certain amount of time to heat to a necessary temperature in the next process using, for example, a heating furnace. For this reason, for example, crystal nuclei formed in the nucleation process may change due to migration or the like during the transition to the crystal growth process, leading to deterioration in quality.
Furthermore, although silane heretofore material gas (SiH 4) or the like is used, the silane is because of the risk such easily ignited reacts with oxygen, even handling a problem difficult.

本発明は、上記のような従来技術の問題に鑑みてなされたもので、基板上に各種薄膜を高速で連続的に形成することのできる連続薄膜の形成方法、形成装置、成膜ガラス基板及び半導体素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and a continuous thin film forming method, a forming apparatus, a film forming glass substrate, and a film forming glass substrate capable of continuously forming various thin films on a substrate at a high speed. An object is to provide a semiconductor device.

この発明にかかる連続薄膜形成方法の第1の態様は、帯状の基板と反応ガスとを内部に連続的に通過させる反応管と、前記反応管の外部から加熱する加熱炉とを用いて前記基板上に前記反応ガスの成分からなる薄膜を連続的に形成する連続薄膜形成方法であって、前記反応管が前記基板を通過させる方向に核形成ゾーン、結晶成長ゾーン、および冷却ゾーンに区分されており、前記核形成ゾーンで入口側に設けられた第1供給口から該核形成ゾーンの内部に第1の反応ガスを供給して出口側に設けられた第1排気口から排気することで前記基板上に所定の結晶核を形成し、前記結晶成長ゾーンで入口側に設けられた第2供給口から該結晶成長ゾーンの内部に前記第1の反応ガスとは異なる第2の反応ガスを供給して出口側に設けられた第2排気口から排気することで前記結晶核を成長させて結晶を形成し、前記冷却ゾーンで前記基板を冷却することで前記結晶を定着して薄膜を形成することを特徴とする。   According to a first aspect of the continuous thin film forming method of the present invention, the substrate is formed by using a reaction tube that allows a strip-shaped substrate and a reaction gas to continuously pass through the inside, and a heating furnace that is heated from the outside of the reaction tube. A continuous thin film forming method for continuously forming a thin film comprising the reaction gas component on the reaction tube, wherein the reaction tube is divided into a nucleation zone, a crystal growth zone, and a cooling zone in a direction of passing the substrate. The first reaction gas is supplied into the nucleation zone from the first supply port provided on the inlet side in the nucleation zone and exhausted from the first exhaust port provided on the outlet side. A predetermined crystal nucleus is formed on the substrate, and a second reaction gas different from the first reaction gas is supplied to the inside of the crystal growth zone from a second supply port provided on the inlet side in the crystal growth zone. The second exhaust provided on the exit side Grown the crystal nuclei by exhausting from the mouth to form a crystal, and forming a thin film by fixing the crystals by cooling the substrate in the cooling zone.

この発明にかかる連続薄膜形成方法の他の態様は、前記加熱炉は、前記核形成ゾーンと前記結晶成長ゾーンと前記冷却ゾーンとをそれぞれ独立して加熱していることを特徴とする。   Another aspect of the method for forming a continuous thin film according to the present invention is characterized in that the heating furnace heats the nucleation zone, the crystal growth zone, and the cooling zone independently.

この発明にかかる連続薄膜形成方法の他の態様は、前記第1の反応ガスは、前記第2の反応ガスよりも多くの塩素成分を含んでいることを特徴とする。   Another aspect of the continuous thin film forming method according to the present invention is characterized in that the first reaction gas contains more chlorine component than the second reaction gas.

この発明にかかる連続薄膜形成方法の他の態様は、前記第1の反応ガスは、ジクロロシラン(SiHCl)に四塩化ケイ素(SiCl)または塩素(Cl)を混合したガスであることを特徴とする。 In another aspect of the method for forming a continuous thin film according to the present invention, the first reaction gas is a gas obtained by mixing dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) with silicon tetrachloride (SiCl 4 ) or chlorine (Cl 2 ). It is characterized by that.

この発明にかかる連続薄膜形成方法の他の態様は、前記第2の反応ガスは、ジクロロシラン(SiHCl)であることを特徴とする。 Another aspect of the continuous thin film forming method according to the present invention is characterized in that the second reaction gas is dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ).

この発明にかかる連続薄膜形成方法の他の態様は、前記冷却ゾーンの入口側に設けられた第3供給口から該冷却ゾーンの内部に冷却用ガスを供給して前記基板を前記反応管の外部に引き出すための引出口から排気することを特徴とする。   In another aspect of the method for forming a continuous thin film according to the present invention, a cooling gas is supplied from the third supply port provided on the inlet side of the cooling zone to the inside of the cooling zone, and the substrate is placed outside the reaction tube. It is characterized by exhausting from the outlet for drawing out.

この発明にかかる連続薄膜形成方法の他の態様は、前記冷却用ガスは、水素(H)であることを特徴とする。 Another aspect of the continuous thin film forming method according to the present invention is characterized in that the cooling gas is hydrogen (H 2 ).

この発明にかかる連続薄膜形成方法の他の態様は、前記核形成ゾーンには、前記基板を導入する導入口と前記第1供給口との間に第4供給口が設けられており、該第4供給口から前記核形成ゾーンの内部に所定の不活性ガスを供給して前記導入口から排気することを特徴とする。   In another aspect of the continuous thin film forming method according to the present invention, the nucleation zone is provided with a fourth supply port between the introduction port for introducing the substrate and the first supply port. A predetermined inert gas is supplied to the inside of the nucleation zone from four supply ports, and exhausted from the introduction port.

この発明にかかる連続薄膜形成方法の他の態様は、前記基板は、前記核形成ゾーンと前記結晶成長ゾーンとの境界部、および前記結晶成長ゾーンと前記冷却ゾーンとの境界部で一時的に冷却されることを特徴とする。   In another aspect of the method for forming a continuous thin film according to the present invention, the substrate is temporarily cooled at a boundary portion between the nucleation zone and the crystal growth zone, and at a boundary portion between the crystal growth zone and the cooling zone. It is characterized by being.

この発明にかかる連続薄膜形成方法の他の態様は、前記薄膜は、多結晶構造を有していることを特徴とする。   Another aspect of the continuous thin film forming method according to the present invention is characterized in that the thin film has a polycrystalline structure.

この発明にかかる連続薄膜形成方法の他の態様は、前記薄膜は、ポリシリコン薄膜であることを特徴とする。   Another aspect of the continuous thin film forming method according to the present invention is characterized in that the thin film is a polysilicon thin film.

この発明にかかる連続薄膜形成方法の他の態様は、前記加熱炉の加熱手段として、熱CVDを用いることを特徴とする。   Another aspect of the continuous thin film forming method according to the present invention is characterized in that thermal CVD is used as the heating means of the heating furnace.

この発明にかかる連続薄膜形成方法の他の態様は、前記加熱炉の加熱手段として、プラズマCVDを用いることを特徴とする。   Another aspect of the continuous thin film forming method according to the present invention is characterized in that plasma CVD is used as the heating means of the heating furnace.

この発明にかかる連続薄膜形成方法の他の態様は、前記基板として、厚さが30μm以上300μm以下の石英ガラスを用いることを特徴とする。 Another aspect of the method for forming a continuous thin film according to the present invention is characterized in that quartz glass having a thickness of 30 μm to 300 μm is used as the substrate.

この発明にかかるガラス基板の製造方法の第1の態様は、上記のいずれか1項に記載の連続薄膜形成方法により製造された前記基板を所望の長さに切断して幅方向に接続することにより、前記薄膜を備えた基板を作製することを特徴とする。   According to a first aspect of the method for manufacturing a glass substrate according to the present invention, the substrate manufactured by the continuous thin film forming method according to any one of the above items is cut into a desired length and connected in the width direction. Thus, a substrate provided with the thin film is manufactured.

この発明にかかる連続薄膜形成装置の第1の態様は、帯状の基板と反応ガスとを内部に連続的に通過させる反応管と、前記反応管の外部から加熱する加熱炉とを備えて前記基板上に前記反応ガスの成分からなる薄膜を連続的に形成する連続薄膜形成装置であって、前記反応管は、前記基板を通過させる方向に核形成ゾーン、結晶成長ゾーン、および冷却ゾーンに区分されており、前記核形成ゾーンの入口側に設けられて第1の反応ガスを該核形成ゾーンの内部に供給する第1供給口と、前記核形成ゾーンの出口側に設けられて前記第1の反応ガスを排気する第1排気口と、前記結晶成長ゾーンの入口側に設けられて前記第1の反応ガスとは異なる第2の反応ガスを該結晶成長ゾーンの内部に供給する第2供給口と、前記結晶成長ゾーンの出口側に設けられて前記第2の反応ガスを排気する第2排気口と、を備えることを特徴とする。   According to a first aspect of the continuous thin film forming apparatus of the present invention, the substrate includes: a reaction tube that continuously passes a strip-shaped substrate and a reaction gas; and a heating furnace that is heated from the outside of the reaction tube. An apparatus for continuously forming a thin film comprising a component of the reaction gas thereon, wherein the reaction tube is divided into a nucleation zone, a crystal growth zone, and a cooling zone in a direction of passing the substrate. A first supply port provided on the inlet side of the nucleation zone for supplying a first reaction gas to the inside of the nucleation zone; and provided on an outlet side of the nucleation zone. A first exhaust port for exhausting the reaction gas, and a second supply port that is provided on the inlet side of the crystal growth zone and supplies a second reaction gas different from the first reaction gas to the inside of the crystal growth zone And exit of the crystal growth zone A second exhaust port for exhausting the second reaction gas provided, characterized in that it comprises a.

この発明にかかる連続薄膜形成装置の他の態様は、前記加熱炉は、前記核形成ゾーンを加熱する第1加熱部と、前記結晶成長ゾーンを加熱する第2加熱部と、前記冷却ゾーンを加熱する第3加熱部とを備え、前記第1〜第3加熱部による加熱はそれぞれ独立して制御されていることを特徴とする。   In another aspect of the continuous thin film forming apparatus according to the present invention, the heating furnace heats the nucleation zone, a second heating unit that heats the crystal growth zone, and the cooling zone. And heating by the first to third heating units is independently controlled.

この発明にかかる連続薄膜形成装置の他の態様は、前記反応管は、前記核形成ゾーンと前記結晶成長ゾーンとの境界の断面、および前記結晶成長ゾーンと前記冷却ゾーンとの境界の断面が、前記各ゾーンの断面よりも狭くなっていることを特徴とする。   In another aspect of the continuous thin film forming apparatus according to the present invention, the reaction tube has a cross section at the boundary between the nucleation zone and the crystal growth zone, and a cross section at the boundary between the crystal growth zone and the cooling zone. It is narrower than the cross section of each zone.

この発明にかかる連続薄膜形成装置の他の態様は、前記冷却ゾーンの入口側に冷却用ガスを該冷却ゾーンの内部に供給する第3供給口を備え、前記基板を前記反応管の外部に引き出すための引出口から前記冷却用ガスを排気することを特徴とする。   In another aspect of the continuous thin film forming apparatus according to the present invention, a third supply port for supplying a cooling gas to the inside of the cooling zone is provided on the inlet side of the cooling zone, and the substrate is drawn out of the reaction tube. The cooling gas is exhausted from an outlet for the purpose.

この発明にかかる連続薄膜形成装置の他の態様は、前記核形成ゾーンには、前記基板を導入する導入口と前記第1供給口との間に第4供給口が設けられ、該第4供給口から前記核形成ゾーンの内部に所定の不活性ガスが供給されて前記導入口から排気されることを特徴とする。   In another aspect of the continuous thin film forming apparatus according to the present invention, the nucleation zone is provided with a fourth supply port between the introduction port for introducing the substrate and the first supply port, and the fourth supply A predetermined inert gas is supplied from the mouth into the nucleation zone and exhausted from the introduction port.

この発明にかかる連続薄膜形成装置の他の態様は、前記核形成ゾーンと前記結晶成長ゾーンと前記冷却ゾーンのそれぞれの内部には、前記基板に近接させてサセプタを配置していることを特徴とする。   Another aspect of the continuous thin film forming apparatus according to the present invention is characterized in that a susceptor is disposed in each of the nucleation zone, the crystal growth zone, and the cooling zone in proximity to the substrate. To do.

この発明にかかる連続薄膜形成装置の他の態様は、前記加熱炉は、前記核形成ゾーンと前記結晶成長ゾーンとの境界、および前記結晶成長ゾーンと前記冷却ゾーンとの境界、のそれぞれで前記反応管を外気に接触させるための空隙部を有していることを特徴とする。   In another aspect of the continuous thin film forming apparatus according to the present invention, the heating furnace is configured to react the reaction at each of a boundary between the nucleation zone and the crystal growth zone and a boundary between the crystal growth zone and the cooling zone. It has the space | gap part for making a pipe | tube contact with external air, It is characterized by the above-mentioned.

この発明にかかる連続薄膜形成装置の他の態様は、上記のいずれか一項に記載の連続薄膜形成装置において、帯状の基板を供給する手段と成膜された基板を巻き取る手段が設けられていることを特徴とする。   According to another aspect of the continuous thin film forming apparatus of the present invention, in the continuous thin film forming apparatus according to any one of the above, a means for supplying a belt-shaped substrate and a means for winding up the formed substrate are provided. It is characterized by being.

この発明にかかる帯状の成膜ガラス基板の第1の態様は、上記のいずれか一項に記載の連続薄膜形成装置を用いて製造されることを特徴とする。   A first aspect of a strip-shaped film-forming glass substrate according to the present invention is characterized by being manufactured using the continuous thin film forming apparatus according to any one of the above.

この発明にかかる二次元成膜ガラス基板の第1の態様は、上記の帯状成膜ガラス基板を所望の長さに切断して幅方向に接続して作製されることを特徴とする。   A first aspect of the two-dimensional film-formation glass substrate according to the present invention is characterized in that it is produced by cutting the strip-form film-formation glass substrate into a desired length and connecting it in the width direction.

この発明にかかる半導体素子または半導体モジュールの第1の態様は、上記の帯状成膜ガラス基板または二次元成膜ガラス基板を用いて製造されることを特徴とする。   A first aspect of a semiconductor element or a semiconductor module according to the present invention is characterized by being manufactured using the above-described belt-shaped film-formation glass substrate or two-dimensional film-formation glass substrate.

本発明によれば、核形成と結晶成長で異なる反応ガスを用いることで、所定の結晶粒径の各種薄膜を基板上に高速で連続的に形成することのできる連続薄膜の形成方法、形成装置、成膜ガラス基板及び半導体素子を提供することが可能となる。   According to the present invention, by using different reaction gases for nucleation and crystal growth, various thin films having a predetermined crystal grain size can be continuously formed on a substrate at high speed, and a continuous thin film forming method and apparatus It is possible to provide a film-forming glass substrate and a semiconductor element.

図面を参照して本発明の好ましい実施の形態にかかる連続薄膜形成方法等について説明する。なお、以下の説明では、一例として石英ガラス基板にシリコン薄膜を形成する実施例を用いて説明するが、これに限定されることなく、反応ガスの種類に対応して所定の薄膜を形成することが可能である。また、基板には、石英ガラス基板に限らず、温度条件等に適合する各種ガラス基板やパイレックス(登録商標)等を用いることが可能である。   A continuous thin film forming method and the like according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, an example in which a silicon thin film is formed on a quartz glass substrate will be described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and a predetermined thin film is formed corresponding to the type of reaction gas. Is possible. Further, the substrate is not limited to the quartz glass substrate, and various glass substrates, Pyrex (registered trademark), and the like suitable for the temperature conditions can be used.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施の形態に係る連続薄膜形成方法及び連続薄膜形成装置を、図1を用いて説明する。図1は、本実施形態の連続薄膜形成装置の一実施例を示す概略構成図である。本実施形態の基板10には、厚さが小さく長尺に形成された帯状の石英ガラス基板が用いられる。
(First embodiment)
A continuous thin film forming method and a continuous thin film forming apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of the continuous thin film forming apparatus of the present embodiment. As the substrate 10 of the present embodiment, a band-shaped quartz glass substrate having a small thickness and a long length is used.

図1において、連続薄膜形成装置100は反応管110と、加熱炉120と、基板10を移動させるための供給ドラム141および巻き取りドラム142とを備えている。供給ドラム141に巻き付けられた基板10は、反応管110の導入口111から反応管110の内部に導入され、反応管110の内部で成膜された後引出口112から引き出されて巻き取りドラム142に巻き取られる。   In FIG. 1, the continuous thin film forming apparatus 100 includes a reaction tube 110, a heating furnace 120, and a supply drum 141 and a take-up drum 142 for moving the substrate 10. The substrate 10 wound around the supply drum 141 is introduced into the reaction tube 110 from the introduction port 111 of the reaction tube 110, formed into a film inside the reaction tube 110, and then drawn out from the drawing port 112 to take up the winding drum 142. Rolled up.

反応管110の概略構成を以下に説明する。反応管110は、石英ガラスで形成することができ、第1境界部113及び第2境界部114で3つのゾーンに区切られている。第1境界部113及び第2境界部114は、その断面積が近傍の反応管110の断面積より小さくなるように細く形成されている。これにより、各ゾーンに供給されたガスが隣接するゾーンに侵入するのをできるだけ抑制するようにしている。   A schematic configuration of the reaction tube 110 will be described below. The reaction tube 110 can be formed of quartz glass and is divided into three zones by the first boundary portion 113 and the second boundary portion 114. The first boundary portion 113 and the second boundary portion 114 are formed so as to have a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area of the nearby reaction tube 110. As a result, the gas supplied to each zone is prevented from entering the adjacent zones as much as possible.

反応管110は、導入口111から第1境界部113までを核形成ゾーン115、第1境界部113から第2境界部114までを結晶成長ゾーン116、および第2境界部114から引出口112までを冷却ゾーン117としている。基板10が、導入口111から核形成ゾーン115、結晶成長ゾーン116、および冷却ゾーン117を経由して引出口112まで移動可能なように各ゾーンが貫通されている。   The reaction tube 110 has a nucleation zone 115 from the inlet 111 to the first boundary 113, a crystal growth zone 116 from the first boundary 113 to the second boundary 114, and from the second boundary 114 to the outlet 112. Is a cooling zone 117. Each zone is penetrated so that the substrate 10 can move from the inlet 111 to the outlet 112 through the nucleation zone 115, the crystal growth zone 116, and the cooling zone 117.

核形成ゾーン115には、所定のガスを供給するための第1供給口131と第4供給口134、およびガスを排気するための第1排気口135が設けられている。第1供給口131と第1排気口135は、核形成ゾーン115のそれぞれ入口側(導入口111側)と出口側(第1境界部113側)に設けられ、第1供給口131から供給された第1の反応ガス11が第1排気口135から排気されるようにしている。   The nucleation zone 115 is provided with a first supply port 131 and a fourth supply port 134 for supplying a predetermined gas, and a first exhaust port 135 for exhausting the gas. The first supply port 131 and the first exhaust port 135 are provided on the inlet side (inlet port 111 side) and outlet side (first boundary portion 113 side) of the nucleation zone 115, respectively, and are supplied from the first supply port 131. The first reaction gas 11 is exhausted from the first exhaust port 135.

第4供給口134は、導入口111と第1供給口131との間に設けられており、これを経由して不活性ガス13が核形成ゾーン115内に供給されている。第4供給口134から供給される不活性ガス13は、第1供給口131から供給される第1の反応ガス11が導入口111側から漏出するのを防止するために供給されるものであり、第1の反応ガス11をシールドして導入口111から外部に排気される。不活性ガス13として、たとえばアルゴン(Ar)ガスを用いることができる。   The fourth supply port 134 is provided between the introduction port 111 and the first supply port 131, and the inert gas 13 is supplied into the nucleation zone 115 via this. The inert gas 13 supplied from the fourth supply port 134 is supplied to prevent the first reaction gas 11 supplied from the first supply port 131 from leaking out from the introduction port 111 side. The first reaction gas 11 is shielded and exhausted from the introduction port 111 to the outside. For example, argon (Ar) gas can be used as the inert gas 13.

また、結晶成長ゾーン116には、第2の反応ガス12を供給するための第2供給口132と、第2の反応ガス12を排気するための第2排気口136が設けられている。第2供給口132と第2排気口136は、結晶成長ゾーン116のそれぞれ入口側(第1境界部113側)と出口側(第2境界部114側)に設けられ、第2供給口132から供給された第2の反応ガス12が第2排気口136から排気されるようにしている。   The crystal growth zone 116 is provided with a second supply port 132 for supplying the second reaction gas 12 and a second exhaust port 136 for exhausting the second reaction gas 12. The second supply port 132 and the second exhaust port 136 are provided on the inlet side (first boundary portion 113 side) and the outlet side (second boundary portion 114 side) of the crystal growth zone 116, respectively. The supplied second reaction gas 12 is exhausted from the second exhaust port 136.

さらに、冷却ゾーン117には、冷却用ガス14をその内部に供給するための第3供給口133が設けられている。冷却用ガス14は、基板10を冷却するとともに、第2の反応ガス12が結晶成長ゾーン116から流れ込んでくるのを防止している。第3供給口133は、冷却ゾーン117の入口側(第2境界部114側)に設けられ、第3供給口133から供給された冷却用ガス14を引出口112から排気している。冷却用ガス14として、たとえば水素(H)ガスやヘリウム(He)ガスを用いることができる。 Further, the cooling zone 117 is provided with a third supply port 133 for supplying the cooling gas 14 to the inside thereof. The cooling gas 14 cools the substrate 10 and prevents the second reaction gas 12 from flowing from the crystal growth zone 116. The third supply port 133 is provided on the inlet side (second boundary portion 114 side) of the cooling zone 117, and exhausts the cooling gas 14 supplied from the third supply port 133 from the outlet 112. For example, hydrogen (H 2 ) gas or helium (He 2 ) gas can be used as the cooling gas 14.

次に、加熱炉120の構成を以下に説明する。加熱炉120は、反応管110の外周に配置され、反応管110の内部を核形成ゾーン115、結晶成長ゾーン116、および冷却ゾーン117毎に独立して加熱する構成となっている。すなわち、炉殻120aの内部に核形成ゾーン115を加熱する第1加熱部121と、結晶成長ゾーン116を加熱する第2加熱部122と、冷却ゾーン117を加熱する第3加熱部123とが設けられている。第1〜第3加熱部121〜123は、温度制御部124によってそれぞれ独立して制御されており、核形成ゾーン115、結晶成長ゾーン116、および冷却ゾーン117をそれぞれ独立に加熱することができる。   Next, the configuration of the heating furnace 120 will be described below. The heating furnace 120 is arranged on the outer periphery of the reaction tube 110 and is configured to heat the inside of the reaction tube 110 independently for each of the nucleation zone 115, the crystal growth zone 116, and the cooling zone 117. That is, a first heating unit 121 that heats the nucleation zone 115, a second heating unit 122 that heats the crystal growth zone 116, and a third heating unit 123 that heats the cooling zone 117 are provided inside the furnace shell 120 a. It has been. The first to third heating units 121 to 123 are independently controlled by the temperature control unit 124, and can heat the nucleation zone 115, the crystal growth zone 116, and the cooling zone 117 independently.

加熱炉120の加熱手段として熱CVDを用いることができ、この場合には第1〜第3加熱部121〜123から赤外線を放射させる。赤外線により基板10を高温に加熱するために、反応炉110内部の各ゾーンには基板に近接または接触させてサセプタ125〜127を配置している。加熱炉120の加熱手段として、熱CVDに限定せず例えばプラズマCVD等を用いることも可能である。   Thermal CVD can be used as a heating means of the heating furnace 120. In this case, infrared rays are emitted from the first to third heating units 121 to 123. In order to heat the substrate 10 to a high temperature by infrared rays, susceptors 125 to 127 are arranged in each zone inside the reaction furnace 110 in proximity to or in contact with the substrate. The heating means of the heating furnace 120 is not limited to thermal CVD, and for example, plasma CVD or the like can be used.

上記のように構成された連続薄膜形成装置100では、供給ドラム141に巻き付けられた基板10が、導入口111から反応管110の内部に導入されて各ゾーン115〜117を通過する間に薄膜が形成され、引出口112から引き出されて巻き取りドラム142に巻き取られる。基板10の長手方向に対し垂直な面の断面の寸法として幅をb、厚さをdとしたとき、bd/(2(b+d))が0.015以上0.15以下となるように寸法b、dを決定するのがよい。これにより、ポリシリコンを成膜することが可能となる。 In the continuous thin film forming apparatus 100 configured as described above, the thin film is formed while the substrate 10 wound around the supply drum 141 is introduced into the reaction tube 110 from the inlet 111 and passes through the zones 115 to 117. Then, it is drawn out from the outlet 112 and taken up on the take-up drum 142. Dimension b so that bd / (2 (b + d)) is not less than 0.015 and not more than 0.15, where b is the width and d is the thickness of the cross section of the surface perpendicular to the longitudinal direction of substrate 10. , D should be determined. This makes it possible to form polysilicon.

基板10の具体例として、幅bが数mmから数十mm程度の長尺の帯状に加工されたものを用い、厚さdを30μm以上300μm以下とするのがよい。これにより、基板10の熱容量を小さくすることができる。また、好ましくは、厚さdを60μm以上200μm以下となるようにするのがよい。これにより、フレキシブル性が増して取り扱いが容易になる。それとともに表面積を大きくすることにより、基板10を急速加熱及び急速冷却することが可能となり、基板10上に高速かつ連続的に薄膜を形成することができる。基板10に石英ガラス基板を用いた場合には、加熱炉120に熱CVDを用いてこれを1200度以上に加熱することができる。これにより、基板10上に30nmから500nm程度のシリコン薄膜を形成することが可能となる。   As a specific example of the substrate 10, it is preferable to use a substrate which is processed into a long band shape having a width b of several mm to several tens mm and a thickness d of 30 μm to 300 μm. Thereby, the heat capacity of the substrate 10 can be reduced. Preferably, the thickness d is 60 μm or more and 200 μm or less. Thereby, flexibility increases and handling becomes easy. At the same time, by increasing the surface area, the substrate 10 can be rapidly heated and cooled rapidly, and a thin film can be formed on the substrate 10 continuously at high speed. When a quartz glass substrate is used as the substrate 10, it can be heated to 1200 ° C. or more by using thermal CVD for the heating furnace 120. As a result, a silicon thin film having a thickness of about 30 nm to 500 nm can be formed on the substrate 10.

基板10は、核形成ゾーン115を通過する間に所定の温度まで加熱され、第1供給部131から供給される第1の反応ガス11の成分からなる結晶核がその表面上に形成される。本実施形態では、第1の反応ガス11として結晶核の原料となるガスに塩素を多く含むガスを混合したものを用いている。塩素は、基板10上に形成された結晶核を削り取るエッチング効果を有しており(以下では、このようなガスをエッチングガスという)、このようなガスを混合することにより基板10上に形成される結晶核の個数を制限している。   The substrate 10 is heated to a predetermined temperature while passing through the nucleation zone 115, and crystal nuclei composed of components of the first reaction gas 11 supplied from the first supply part 131 are formed on the surface thereof. In the present embodiment, the first reaction gas 11 is a mixture of a gas that is a raw material for crystal nuclei and a gas containing a large amount of chlorine. Chlorine has an etching effect for scraping off crystal nuclei formed on the substrate 10 (hereinafter, such a gas is referred to as an etching gas), and is formed on the substrate 10 by mixing such a gas. The number of crystal nuclei to be limited is limited.

第1の反応ガス11の一例として、ジクロロシラン(SiHCl)に四塩化ケイ素(SiCl)または塩素(Cl)等の塩素を多く含むエッチングガスを混合したものを用いることができ、これにより基板10上にシリコン(ケイ素;Si)の結晶核が形成される。エッチングガスを混合したことにより、基板10上に残されるシリコンの結晶核の数を制限することができる。基板10上に残される結晶核の数は、第1の反応ガス11に混合されるエッチングガスの比率を大きくするほど少なくなる。 As an example of the first reaction gas 11, a mixture of dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and an etching gas containing a large amount of chlorine such as silicon tetrachloride (SiCl 4 ) or chlorine (Cl 2 ) can be used. Thus, silicon (silicon) crystal nuclei are formed on the substrate 10. By mixing the etching gas, the number of silicon crystal nuclei remaining on the substrate 10 can be limited. The number of crystal nuclei remaining on the substrate 10 decreases as the ratio of the etching gas mixed into the first reaction gas 11 increases.

上記のように、本実施形態ではエッチングガスの混合比率によって結晶核の形成状態を制御することができる。また、第1の反応ガス11に用いるガスの種類を変えることによっても、基板10上に形成される結晶核の分布状態を変えることができる。さらに、第1の反応ガス11の供給量によっても結晶核の数を調整することができ、図1に示すガス流量制御部130を用いて第1の反応ガス11の供給量を制御する。基板10上に形成する結晶核を少なくする場合には、第1の反応ガス11の供給量も少なくする。   As described above, in this embodiment, the formation state of crystal nuclei can be controlled by the mixing ratio of the etching gas. The distribution state of crystal nuclei formed on the substrate 10 can also be changed by changing the type of gas used for the first reaction gas 11. Furthermore, the number of crystal nuclei can also be adjusted by the supply amount of the first reaction gas 11, and the supply amount of the first reaction gas 11 is controlled using the gas flow rate control unit 130 shown in FIG. When the number of crystal nuclei formed on the substrate 10 is reduced, the supply amount of the first reaction gas 11 is also reduced.

次の結晶成長ゾーン116では、基板10が核形成ゾーン115よりもさらに加熱され、第2供給部132から供給される第2の反応ガス12が基板10上で分解してSi結晶を成長させる。結晶成長ゾーン116では、基板10を1050℃以上1300℃以下の範囲で加熱するのがよい。   In the next crystal growth zone 116, the substrate 10 is further heated than the nucleation zone 115, and the second reaction gas 12 supplied from the second supply unit 132 is decomposed on the substrate 10 to grow Si crystals. In the crystal growth zone 116, the substrate 10 is preferably heated in the range of 1050 ° C. to 1300 ° C.

第2の反応ガス12として、第1の反応ガス11よりも構成元素の塩素成分が少なく比較的安定して安全なガスを用いるのがよい。また、核形成ゾーン115で形成される結晶核の数を制限した場合には各結晶核を大きく成長させることができることから、第2の反応ガス12を結晶成長ゾーン116に多量に供給するのがよい。第2の反応ガス12として、ジクロロシラン(SiHCl)を用いることができる。また、シラン(SiH)等を用いることも可能であるが、シラン(SiH)、ジシラン(Si)等は発火しやすく取り扱いに注意を要するため必ずしも好ましくはない。 As the second reaction gas 12, it is preferable to use a relatively stable and safe gas having a smaller constituent chlorine component than the first reaction gas 11. Further, when the number of crystal nuclei formed in the nucleation zone 115 is limited, each crystal nuclei can be grown to a large extent. Therefore, a large amount of the second reaction gas 12 is supplied to the crystal growth zone 116. Good. As the second reaction gas 12, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) can be used. Silane (SiH 4 ) or the like can also be used, but silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ) and the like are not necessarily preferable because they easily ignite and require attention in handling.

続く冷却ゾーン117では、結晶成長ゾーン116で形成されたシリコンの結晶粒が、ここで急速冷却される。本実施形態では、冷却ゾーン117に冷却用ガス(Hガス)を供給して冷却しており、これにより結晶粒が基板10上でマイグレーションするのを抑制して基板10上に定着させている。 In the subsequent cooling zone 117, the silicon crystal grains formed in the crystal growth zone 116 are rapidly cooled here. In the present embodiment, the cooling by supplying a cooling gas (H 2 gas) to the cooling zone 117, the crystal grains are allowed to settle on the substrate 10 to suppress for migration on the substrate 10 by this .

上記実施例のように、本実施形態では核形成ゾーン115に供給する第1の反応ガス11と結晶成長ゾーン116に供給する第2の反応ガス12のそれぞれの種類を適切に選択することで、比較的大きな結晶粒からなる薄膜を基板10上に形成することができる。本実施形態では、結晶核を形成するための第1の反応ガス11と結晶成長させるための第2の反応ガス12に、それぞれ異なる種類のガスを用いることができる。これにより、結晶核の分布を好適に調整することができ、また所望の大きさでほぼ均一となるように結晶を成長させることができる。   As in the above example, in this embodiment, by appropriately selecting the respective types of the first reaction gas 11 supplied to the nucleation zone 115 and the second reaction gas 12 supplied to the crystal growth zone 116, A thin film made of relatively large crystal grains can be formed on the substrate 10. In the present embodiment, different types of gases can be used for the first reaction gas 11 for forming crystal nuclei and the second reaction gas 12 for crystal growth. Thereby, the distribution of crystal nuclei can be suitably adjusted, and the crystal can be grown so as to be almost uniform in a desired size.

上記実施例のように、粒径の大きな結晶を形成するには、ジクロロシラン(SiHCl)に塩素成分の多いエッチングガスを高い比率で混合したものを第1の反応ガス11に用いるのがよく、これにより核形成ゾーン115で生成される結晶核の数を少なくし、結晶成長ゾーン116でエッチングガスの混合比率の低い第2の反応ガスを用いて各結晶核を大きく成長させることができる。これに対し、粒径の小さな結晶を形成する場合には、第1の反応ガス11としてエッチングガスの混合比率を低くするか塩素を含まないシラン系のガスを用いるのがよい。これにより、核形成ゾーン115で生成される結晶核の数を増やして結晶核の間隔を小さくすることができる。 In order to form a crystal having a large particle size as in the above embodiment, a mixture of dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and an etching gas containing a large amount of chlorine component is used as the first reaction gas 11. In this way, the number of crystal nuclei generated in the nucleation zone 115 is reduced, and each crystal nuclei can be grown large in the crystal growth zone 116 using a second reaction gas having a low mixing ratio of etching gas. it can. On the other hand, when a crystal having a small particle size is formed, it is preferable to use a silane-based gas that does not contain chlorine or a low mixing ratio of the etching gas as the first reaction gas 11. As a result, the number of crystal nuclei generated in the nucleation zone 115 can be increased and the interval between crystal nuclei can be reduced.

連続薄膜形成装置100では、第1の反応ガス11、第2の反応ガス12、不活性ガス13、および冷却用ガス14の流速あるいはガス圧を調整するために、ガス流量制御部130が設けられている。ガス流量制御部130は、それぞれのガスの流量あるいはガス圧を独立して制御することが可能となっており、これにより第1の反応ガス11および第2の反応ガス12の供給量を調整して結晶核の分布状態や結晶成長を調整することができる。   In the continuous thin film forming apparatus 100, a gas flow rate control unit 130 is provided to adjust the flow rates or gas pressures of the first reaction gas 11, the second reaction gas 12, the inert gas 13, and the cooling gas 14. ing. The gas flow rate control unit 130 can independently control the flow rate or gas pressure of each gas, thereby adjusting the supply amounts of the first reaction gas 11 and the second reaction gas 12. Thus, the distribution state of crystal nuclei and crystal growth can be adjusted.

次に、本実施形態の連続薄膜形成装置100において、反応管110の内部で実現される温度分布の一実施例を、図2を用いて説明する。図2では、基板10の温度変化を符号20で示し、反応管110内部の温度分布を符号21で示している。本実施形態では、境界部113、114の長さをできるだけ小さくすることで、核形成ゾーン115の内部温度から結晶成長ゾーン116の内部温度への温度切り替えを短時間で行えるようにしており、同様に結晶成長ゾーン116の内部温度から冷却ゾーン117の内部温度への温度切り替えも短時間で行えるようにしている。第1境界部113及び第2境界部114では、従来のバッチ処理の場合に比べて1/100〜1/1000程度の時間で温度切り替えが行えるようにしている。   Next, an example of the temperature distribution realized in the reaction tube 110 in the continuous thin film forming apparatus 100 of the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the temperature change of the substrate 10 is indicated by reference numeral 20, and the temperature distribution inside the reaction tube 110 is indicated by reference numeral 21. In the present embodiment, the length of the boundary portions 113 and 114 is made as small as possible so that the temperature can be switched from the internal temperature of the nucleation zone 115 to the internal temperature of the crystal growth zone 116 in a short time. In addition, temperature switching from the internal temperature of the crystal growth zone 116 to the internal temperature of the cooling zone 117 can be performed in a short time. In the first boundary portion 113 and the second boundary portion 114, the temperature can be switched in a time of about 1/100 to 1/1000 compared with the case of the conventional batch processing.

従来のバッチ処理では、各プロセスの移行に時間がかかっていたため、基板上に形成された結晶核が移行期間中にマイグレーション等により変化して品質劣化が進むおそれがあった。これに対し本実施形態では、上記のように各ゾーン間での温度切り替えを短時間で行えるようにしていることから、各ゾーンで形成された結晶状態をできるだけ維持したまま次のゾーンに移動させることができる。その結果、結晶粒のマイグレーションを低減してほぼ均一なSi結晶を形成することが可能となる。   In conventional batch processing, since it takes time to shift each process, there is a possibility that the crystal nucleus formed on the substrate changes due to migration or the like during the transition period and quality degradation proceeds. In contrast, in the present embodiment, since the temperature switching between the zones can be performed in a short time as described above, it is moved to the next zone while maintaining the crystal state formed in each zone as much as possible. be able to. As a result, it is possible to reduce the migration of crystal grains and form a substantially uniform Si crystal.

上記説明のように、本実施形態の連続薄膜形成装置100を用いた連続薄膜形成方法では、核形成に用いる第1の反応ガスと結晶成長に用いる第2の反応ガスとを適切に選択することで、結晶粒の大きさを調整して均一な薄膜を基板上に形成することが可能となる。また、上記実施例では、基板10の片面のみに薄膜を形成する場合について説明したが、これに限らず、基板10の両面に第1の反応ガス11及び第2の反応ガスを供給することで、基板10の両面に薄膜を形成することができる。   As described above, in the continuous thin film forming method using the continuous thin film forming apparatus 100 of this embodiment, the first reaction gas used for nucleation and the second reaction gas used for crystal growth are appropriately selected. Thus, a uniform thin film can be formed on the substrate by adjusting the size of the crystal grains. Moreover, although the said Example demonstrated the case where a thin film was formed only in the single side | surface of the board | substrate 10, it is not restricted to this, By supplying the 1st reaction gas 11 and the 2nd reaction gas to both surfaces of the board | substrate 10, it is. A thin film can be formed on both sides of the substrate 10.

(第2の実施形態)
本発明の連続薄膜形成方法および装置の第2の実施形態を、図3に示す実施例を用いて以下に説明する。本実施形態の連続薄膜形成装置200では、加熱炉220において第1加熱部221と第2加熱部222との間、および第2加熱部222と第3加熱部223との間にそれぞれ空隙部220a,220bを設けている。このような空隙部220a、220bを設けることで、反応管110の第1境界部113および第2境界部114が外気で直接冷却されるようにしている。空隙部220a、220bは、加熱炉220を3つに分割して切り離すことで形成してもよいし、加熱炉220の一部を切除して形成してもよい。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the method and apparatus for forming a continuous thin film of the present invention will be described below using the example shown in FIG. In the continuous thin film forming apparatus 200 of this embodiment, in the heating furnace 220, the gap 220a is provided between the first heating unit 221 and the second heating unit 222 and between the second heating unit 222 and the third heating unit 223, respectively. 220b. By providing such gaps 220a and 220b, the first boundary 113 and the second boundary 114 of the reaction tube 110 are directly cooled by outside air. The gaps 220a and 220b may be formed by dividing the heating furnace 220 into three parts, or may be formed by cutting off a part of the heating furnace 220.

空隙部220a、220bを有する本実施形態の連続薄膜形成装置200では、反応管110の内部で実現される温度分布が、特に第1境界部113および第2境界部114の周辺で異なってくる。本実施形態の反応管110内部の温度分布の一実施例を、図4を用いて説明する。図4では、基板10の温度変化を符号30で示し、反応管110内部の温度分布を符号31で示している。   In the continuous thin film forming apparatus 200 of the present embodiment having the gaps 220a and 220b, the temperature distribution realized in the reaction tube 110 differs particularly around the first boundary 113 and the second boundary 114. An example of the temperature distribution inside the reaction tube 110 of this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the temperature change of the substrate 10 is indicated by reference numeral 30, and the temperature distribution inside the reaction tube 110 is indicated by reference numeral 31.

本実施形態では、境界部113、114を外気で冷却するように構成したことで、第1境界部113および第2境界部114で反応管110内部の温度31が急激に低下している。このような急速冷却により、基板10上に形成された結晶粒を安定的に固定させている。第1境界部113および第2境界部114において外気で急速冷却される時間は、例えば0.1秒以下の極めて短時間とするのがよい。このような短時間では、基板10の温度30はほとんど低下することはない。   In the present embodiment, the boundary portions 113 and 114 are configured to be cooled with outside air, so that the temperature 31 inside the reaction tube 110 is rapidly decreased at the first boundary portion 113 and the second boundary portion 114. By such rapid cooling, the crystal grains formed on the substrate 10 are stably fixed. The time for rapid cooling with outside air at the first boundary 113 and the second boundary 114 is preferably, for example, an extremely short time of 0.1 seconds or less. In such a short time, the temperature 30 of the substrate 10 hardly decreases.

上記のように、本実施形態では第1境界部113および第2境界部114において反応管110内部を外気で急速冷却しており、これにより結晶粒のマイグレーションを防止して基板10上にほぼ均一な結晶粒からなる高品質な薄膜を形成することが可能となる。   As described above, in the present embodiment, the inside of the reaction tube 110 is rapidly cooled with the outside air at the first boundary portion 113 and the second boundary portion 114, thereby preventing the migration of crystal grains and substantially uniform on the substrate 10. It is possible to form a high-quality thin film composed of various crystal grains.

本発明のガラス基板の製造方法は、上記説明の本発明の連続薄膜形成方法及び装置を用いて製造された薄膜を有する基板を、所定の長さに複数本切断してこれを幅方向に順次接続していく。これにより、所望の幅の二次元成膜ガラス基板を作製することができる。また、このようにして作製されたガラス基板上に半導体素子またはモジュールを形成することができる。   The method for producing a glass substrate of the present invention comprises cutting a plurality of substrates having a thin film produced using the continuous thin film forming method and apparatus of the present invention described above into a predetermined length and sequentially cutting them in the width direction. Connect. Thereby, a two-dimensional film-forming glass substrate having a desired width can be produced. In addition, a semiconductor element or a module can be formed on the glass substrate thus manufactured.

本発明によれば、核形成と結晶成長で異なる反応ガスを用いることで、所定の結晶粒径の各種薄膜を基板上に高速で連続的に形成することのできる連続薄膜の形成方法、形成装置、成膜ガラス基板及び半導体素子を提供することが可能となる。反応ガスを好適に選択してガス流量の制御および温度制御を好適に行うことで、ほぼ均一な結晶粒からなる薄膜を基板上に形成することができる。さらに、核形成ゾーン、結晶成長ゾーン、冷却ゾーンの長さ等を調整することで、所望の薄膜を有する基板を作製することができる。   According to the present invention, by using different reaction gases for nucleation and crystal growth, various thin films having a predetermined crystal grain size can be continuously formed on a substrate at high speed, and a continuous thin film forming method and apparatus It is possible to provide a film-forming glass substrate and a semiconductor element. A thin film composed of substantially uniform crystal grains can be formed on the substrate by suitably selecting the reaction gas and controlling the gas flow rate and temperature appropriately. Furthermore, a substrate having a desired thin film can be manufactured by adjusting the length of the nucleation zone, the crystal growth zone, the cooling zone, and the like.

本発明の連続薄膜形成方法により薄膜が形成された基板は、薄いフィルム状に形成されることから、これを用いた製品の軽量化を図るとともに、変形容易といったフレキシビリティに富んでいるので、剛性の高いガラス基板に比べてより多くの用途に使用可能となる。   Since the substrate on which the thin film is formed by the continuous thin film forming method of the present invention is formed in a thin film shape, the product using the same is reduced in weight, and is flexible enough to be easily deformed. Compared to a high glass substrate, it can be used for more applications.

本発明の第1の実施形態にかかる連続薄膜形成装置の一実施例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one Example of the continuous thin film formation apparatus concerning the 1st Embodiment of this invention. 第1の実施形態の反応管の内部および基板の温度変化を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the temperature change of the inside of the reaction tube of 1st Embodiment, and a board | substrate. 本発明の第2の実施形態にかかる連続薄膜形成装置の一実施例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one Example of the continuous thin film forming apparatus concerning the 2nd Embodiment of this invention. 第2の実施形態の反応管の内部および基板の温度変化を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the inside of the reaction tube of 2nd Embodiment, and the temperature change of a board | substrate.

符号の説明Explanation of symbols

10 基板
11 第1の反応ガス
12 第2の反応ガス
13 不活性ガス
14 冷却用ガス
100、200 連続薄膜形成装置
110 反応管
111 導入口
112 引出口
113 第1境界部
114 第2境界部
115 核形成ゾーン
116 結晶成長ゾーン
117 冷却ゾーン
120、220 加熱炉
121、221 第1加熱部
122、222 第2加熱部
123、223 第3加熱部
124 温度制御部
125〜127 サセプタ
130 ガス流量制御部
131 第1供給部
132 第2供給口
133 第3供給口
134 第4供給口
135 第1排気口
136 第2排気口
141 供給ドラム
142 巻き取りドラム
143 移動速度制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 11 1st reaction gas 12 2nd reaction gas 13 Inert gas 14 Cooling gas 100, 200 Continuous thin film formation apparatus 110 Reaction tube 111 Inlet 112 Extraction port 113 1st boundary part 114 2nd boundary part 115 Nuclei Formation zone 116 Crystal growth zone 117 Cooling zone 120, 220 Heating furnace 121, 221 First heating unit 122, 222 Second heating unit 123, 223 Third heating unit 124 Temperature control unit 125-127 Susceptor 130 Gas flow rate control unit 131 First DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Supply part 132 2nd supply port 133 3rd supply port 134 4th supply port 135 1st exhaust port 136 2nd exhaust port 141 Supply drum 142 Winding drum 143 Movement speed control part

Claims (26)

帯状の基板と反応ガスとを内部に連続的に通過させる反応管と、前記反応管の外部から加熱する加熱炉とを用いて前記基板上に前記反応ガスの成分からなる薄膜を連続的に形成する連続薄膜形成方法であって、
前記反応管が前記基板を通過させる方向に核形成ゾーン、結晶成長ゾーン、および冷却ゾーンに区分されており、
前記核形成ゾーンで入口側に設けられた第1供給口から該核形成ゾーンの内部に第1の反応ガスを供給して出口側に設けられた第1排気口から排気することで前記基板上に所定の結晶核を形成し、
前記結晶成長ゾーンで入口側に設けられた第2供給口から該結晶成長ゾーンの内部に前記第1の反応ガスとは異なる第2の反応ガスを供給して出口側に設けられた第2排気口から排気することで前記結晶核を成長させて結晶を形成し、
前記冷却ゾーンで前記基板を冷却することで前記結晶を定着して薄膜を形成する
ことを特徴とする連続薄膜形成方法。
A thin film composed of the components of the reaction gas is continuously formed on the substrate using a reaction tube that continuously passes the strip-shaped substrate and the reaction gas inside and a heating furnace that is heated from the outside of the reaction tube. A continuous thin film forming method comprising:
The reaction tube is divided into a nucleation zone, a crystal growth zone, and a cooling zone in a direction of passing the substrate;
The first reaction gas is supplied from the first supply port provided on the inlet side in the nucleation zone to the inside of the nucleation zone and is exhausted from the first exhaust port provided on the outlet side. To form a predetermined crystal nucleus,
A second exhaust gas provided on the outlet side by supplying a second reaction gas different from the first reaction gas into the inside of the crystal growth zone from a second supply port provided on the inlet side in the crystal growth zone. By evacuating from the mouth, the crystal nucleus grows to form a crystal,
A continuous thin film forming method, wherein the substrate is cooled in the cooling zone to fix the crystal to form a thin film.
前記加熱炉は、前記核形成ゾーンと前記結晶成長ゾーンと前記冷却ゾーンとをそれぞれ独立して加熱している
ことを特徴とする請求項1に記載の連続薄膜形成方法。
The continuous heating film forming method according to claim 1, wherein the heating furnace heats the nucleation zone, the crystal growth zone, and the cooling zone independently.
前記第1の反応ガスは、前記第2の反応ガスよりも多くの塩素成分を含んでいる
ことを特徴とする請求項1または2に記載の連続薄膜形成方法。
3. The continuous thin film forming method according to claim 1, wherein the first reaction gas contains more chlorine component than the second reaction gas. 4.
前記第1の反応ガスは、ジクロロシラン(SiHCl)に四塩化ケイ素(SiCl)または塩素(Cl)を混合したガスである
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の連続薄膜形成方法。
The first reaction gas is a gas obtained by mixing dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) with silicon tetrachloride (SiCl 4 ) or chlorine (Cl 2 ). The method for forming a continuous thin film according to Item.
前記第2の反応ガスは、ジクロロシラン(SiHCl)である
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の連続薄膜形成方法。
5. The continuous thin film forming method according to claim 1, wherein the second reaction gas is dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ).
前記冷却ゾーンの入口側に設けられた第3供給口から該冷却ゾーンの内部に冷却用ガスを供給して前記基板を前記反応管の外部に引き出すための引出口から排気する
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の連続薄膜形成方法。
A cooling gas is supplied to the inside of the cooling zone from a third supply port provided on the inlet side of the cooling zone, and exhausted from an outlet for drawing the substrate out of the reaction tube. The continuous thin film formation method of any one of Claims 1 thru | or 5.
前記冷却用ガスは、水素(H)である
ことを特徴とする請求項6に記載の連続薄膜形成方法。
The continuous thin film forming method according to claim 6, wherein the cooling gas is hydrogen (H 2 ).
前記核形成ゾーンには、前記基板を導入する導入口と前記第1供給口との間に第4供給口が設けられており、該第4供給口から前記核形成ゾーンの内部に所定の不活性ガスを供給して前記導入口から排気する
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の連続薄膜形成方法。
In the nucleation zone, a fourth supply port is provided between the introduction port for introducing the substrate and the first supply port, and a predetermined non-circulation is provided from the fourth supply port to the inside of the nucleation zone. The continuous thin film forming method according to claim 1, wherein an active gas is supplied and exhausted from the inlet.
前記基板は、前記核形成ゾーンと前記結晶成長ゾーンとの境界部、および前記結晶成長ゾーンと前記冷却ゾーンとの境界部で一時的に冷却される
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の連続薄膜形成方法。
The substrate is temporarily cooled at a boundary portion between the nucleation zone and the crystal growth zone and a boundary portion between the crystal growth zone and the cooling zone. The continuous thin film formation method of any one of Claims 1-3.
前記薄膜は、多結晶構造を有している
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の連続薄膜形成方法。
The said thin film has a polycrystalline structure. The continuous thin film formation method of any one of Claim 1 thru | or 9 characterized by the above-mentioned.
前記薄膜は、ポリシリコン薄膜である
ことを特徴とする請求項10に記載の連続薄膜形成方法。
The continuous thin film forming method according to claim 10, wherein the thin film is a polysilicon thin film.
前記加熱炉の加熱手段として、熱CVDを用いる
ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の連続薄膜形成方法。
The continuous thin film forming method according to any one of claims 1 to 11, wherein thermal CVD is used as a heating means of the heating furnace.
前記加熱炉の加熱手段として、プラズマCVDを用いる
ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の連続薄膜形成方法。
The method for forming a continuous thin film according to any one of claims 1 to 11, wherein plasma CVD is used as a heating means of the heating furnace.
前記基板として、厚さが30μm以上300μm以下の石英ガラスを用いる
ことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の連続薄膜形成方法。
The continuous thin film forming method according to claim 1, wherein quartz glass having a thickness of 30 μm to 300 μm is used as the substrate.
請求項1乃至14のいずれか1項に記載の連続薄膜形成方法により製造された前記基板を所望の長さに切断して幅方向に接続することにより、前記薄膜を備えた基板を作製する
ことを特徴とするガラス基板の製造方法。
A substrate provided with the thin film is produced by cutting the substrate manufactured by the continuous thin film forming method according to any one of claims 1 to 14 into a desired length and connecting in a width direction. A method for producing a glass substrate, comprising:
帯状の基板と反応ガスとを内部に連続的に通過させる反応管と、前記反応管の外部から加熱する加熱炉とを備えて前記基板上に前記反応ガスの成分からなる薄膜を連続的に形成する連続薄膜形成装置であって、
前記反応管は、前記基板を通過させる方向に核形成ゾーン、結晶成長ゾーン、および冷却ゾーンに区分されており、
前記核形成ゾーンの入口側に設けられて第1の反応ガスを該核形成ゾーンの内部に供給する第1供給口と、
前記核形成ゾーンの出口側に設けられて前記第1の反応ガスを排気する第1排気口と、
前記結晶成長ゾーンの入口側に設けられて前記第1の反応ガスとは異なる第2の反応ガスを該結晶成長ゾーンの内部に供給する第2供給口と、
前記結晶成長ゾーンの出口側に設けられて前記第2の反応ガスを排気する第2排気口と、
を備える
ことを特徴とする連続薄膜形成装置。
A reaction tube for continuously passing a strip-shaped substrate and a reaction gas through the inside, and a heating furnace for heating from the outside of the reaction tube, and continuously forming a thin film made of the components of the reaction gas on the substrate A continuous thin film forming apparatus,
The reaction tube is divided into a nucleation zone, a crystal growth zone, and a cooling zone in a direction in which the substrate passes.
A first supply port provided on the inlet side of the nucleation zone for supplying a first reaction gas into the nucleation zone;
A first exhaust port provided on the outlet side of the nucleation zone for exhausting the first reaction gas;
A second supply port which is provided on the inlet side of the crystal growth zone and supplies a second reaction gas different from the first reaction gas into the crystal growth zone;
A second exhaust port provided on the outlet side of the crystal growth zone for exhausting the second reaction gas;
A continuous thin film forming apparatus comprising:
前記加熱炉は、前記核形成ゾーンを加熱する第1加熱部と、前記結晶成長ゾーンを加熱する第2加熱部と、前記冷却ゾーンを加熱する第3加熱部とを備え、前記第1〜第3加熱部による加熱はそれぞれ独立して制御されている
ことを特徴とする請求項16に記載の連続薄膜形成装置。
The heating furnace includes a first heating unit that heats the nucleation zone, a second heating unit that heats the crystal growth zone, and a third heating unit that heats the cooling zone. The continuous thin film forming apparatus according to claim 16, wherein heating by the three heating units is independently controlled.
前記反応管は、前記核形成ゾーンと前記結晶成長ゾーンとの境界の断面、および前記結晶成長ゾーンと前記冷却ゾーンとの境界の断面が、前記各ゾーンの断面よりも狭くなっている
ことを特徴とする請求項16または17に記載の連続薄膜形成装置。
The reaction tube is characterized in that the cross section of the boundary between the nucleation zone and the crystal growth zone and the cross section of the boundary between the crystal growth zone and the cooling zone are narrower than the cross section of each zone. The continuous thin film forming apparatus according to claim 16 or 17.
前記冷却ゾーンの入口側に冷却用ガスを該冷却ゾーンの内部に供給する第3供給口を備え、前記基板を前記反応管の外部に引き出すための引出口から前記冷却用ガスを排気する
ことを特徴とする請求項16乃至18のいずれか1項に記載の連続薄膜形成装置。
A third supply port for supplying a cooling gas to the inside of the cooling zone on the inlet side of the cooling zone, and exhausting the cooling gas from an outlet for drawing the substrate out of the reaction tube. The continuous thin film forming apparatus according to claim 16, wherein the apparatus is a continuous thin film forming apparatus.
前記核形成ゾーンには、前記基板を導入する導入口と前記第1供給口との間に第4供給口が設けられ、該第4供給口から前記核形成ゾーンの内部に所定の不活性ガスが供給されて前記導入口から排気される
ことを特徴とする請求項16乃至19のいずれか1項に記載の連続薄膜形成装置。
The nucleation zone is provided with a fourth supply port between the introduction port for introducing the substrate and the first supply port, and a predetermined inert gas is introduced from the fourth supply port into the nucleation zone. The continuous thin film forming apparatus according to any one of claims 16 to 19, wherein is supplied and exhausted from the inlet.
前記核形成ゾーンと前記結晶成長ゾーンと前記冷却ゾーンのそれぞれの内部には、前記基板に近接させてサセプタを配置している
ことを特徴とする請求項16乃至20のいずれか1項に記載の連続薄膜形成装置。
21. The susceptor is disposed inside each of the nucleation zone, the crystal growth zone, and the cooling zone in proximity to the substrate. Continuous thin film forming equipment.
前記加熱炉は、前記核形成ゾーンと前記結晶成長ゾーンとの境界、および前記結晶成長ゾーンと前記冷却ゾーンとの境界、のそれぞれで前記反応管を外気に接触させるための空隙部を有している
ことを特徴とする請求項16乃至21のいずれか1項に記載の連続薄膜形成装置。
The heating furnace has a gap for bringing the reaction tube into contact with the outside air at each of a boundary between the nucleation zone and the crystal growth zone and a boundary between the crystal growth zone and the cooling zone. The continuous thin film forming apparatus according to any one of claims 16 to 21, wherein the apparatus is a continuous thin film forming apparatus.
請求項16乃至22のいずれか一項に記載の連続薄膜形成装置において、帯状の基板を供給する手段と成膜された基板を巻き取る手段が設けられている
ことを特徴とする連続薄膜形成装置。
23. The continuous thin film forming apparatus according to claim 16, further comprising means for supplying a belt-shaped substrate and means for winding the film-formed substrate. .
請求項16乃至23のいずれか一項に記載の連続薄膜形成装置を用いて製造された帯状の成膜ガラス基板。   A strip-shaped film-formed glass substrate manufactured using the continuous thin film forming apparatus according to any one of claims 16 to 23. 請求項24の帯状成膜ガラス基板を所望の長さに切断して幅方向に接続して作製される
ことを特徴とする二次元成膜ガラス基板。
25. A two-dimensional film-formation glass substrate produced by cutting the strip-form film-formation glass substrate of claim 24 into a desired length and connecting it in the width direction.
請求項24に記載の帯状成膜ガラス基板または請求項25に記載の二次元成膜ガラス基板を用いて製造された半導体素子または半導体モジュール。
A semiconductor element or a semiconductor module manufactured using the belt-shaped film-formed glass substrate according to claim 24 or the two-dimensional film-formed glass substrate according to claim 25.
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