JP2654456B2 - Manufacturing method of high quality IGFET - Google Patents

Manufacturing method of high quality IGFET

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JP2654456B2
JP2654456B2 JP3170483A JP17048391A JP2654456B2 JP 2654456 B2 JP2654456 B2 JP 2654456B2 JP 3170483 A JP3170483 A JP 3170483A JP 17048391 A JP17048391 A JP 17048391A JP 2654456 B2 JP2654456 B2 JP 2654456B2
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reactive gas
light
film
silane
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舜平 山崎
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、光気相法(Phot
o Chemical Vapor Depositi
on 以下Photo CVDという)または光プラズ
マ気相法(Photo Plasma Chemica
l Vapor Deposition以下PPCVD
という)による成膜に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
o Chemical Vapor Depositi
on, hereinafter referred to as Photo CVD) or photo-plasma vapor phase method (Photo Plasma Chemical).
l Vapor Deposition or below PPCVD
).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、フォトCVD法においては、被形
成面を有する基板を基板の下方から加熱し、他方、この
基板の上側の表面である被形成面をその垂直上方向より
光照射を行うことにより、この表面上での反応性気体の
光照射による光励起を行って光化学反応を生ぜしめてい
た方法が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a photo-CVD method, a substrate having a surface to be formed is heated from below the substrate, and the surface to be formed, which is the upper surface of the substrate, is irradiated with light from above and below. Thus, there is known a method in which a photochemical reaction is caused by performing photoexcitation by irradiating a reactive gas on the surface with light.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】この従来方法において
は、照射光の面積と同じ大きさ以上の被形成面を有せし
めることができないという工業上の大きな欠点を有して
いた。
This conventional method has a major industrial disadvantage that it is impossible to provide a surface to be formed having a size equal to or larger than the area of the irradiation light.

【0004】さらに例えば珪素をシランを用いて形成さ
せようとする時、この光励起をした珪素の一部が光照射
用の窓に付着して、照射光を吸収してしまうため、反応
性気体への照射光強度を弱めてしまうという欠点を有し
ていた。
Further, for example, when silicon is to be formed by using silane, a part of the photoexcited silicon adheres to a window for light irradiation and absorbs the irradiation light, so that the silicon becomes reactive gas. Has the disadvantage that the irradiation light intensity is reduced.

【0005】このためフォトCVD法が基板表面に損傷
を与えないという特徴を有しながらも、多量生産用に応
用することは全く不可能であった。
For this reason, the photo CVD method has the feature that it does not damage the substrate surface, but it has never been possible to apply it for mass production.

【0006】本発明はこれらの欠点を除去して、初めて
工業的に量産可能なフォトCVD方法を提案するもので
ある。
The present invention proposes, for the first time, a photo CVD method which can be industrially mass-produced by eliminating these disadvantages.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明のIGFETの作
製方法では、光エネルギー、熱エネルギー、電気エネル
ギーの少なくとも1つを反応性気体に加えてシリコン膜
を形成するに際し、少なくとも一度液化精製した反応性
気体を膜形成に供して、ターボ分子ポンプで真空引きを
することにより、酸素の濃度がSIMSの測定において
1×10 18 cm −3 以下の真性または実質的に真正な
シリコン膜を得る。
SUMMARY OF THE INVENTION The fabrication of the IGFET of the present invention
In the manufacturing method , at least one of light energy, heat energy, and electric energy is added to a reactive gas to form a silicon film.
When forming a reactive gas, a reactive gas that has been liquefied and purified at least once is subjected to film formation, and evacuation is performed with a turbo molecular pump.
By doing so, the concentration of oxygen in SIMS measurement
1 × 10 18 cm -3 or less intrinsic or substantially authentic
Obtain a silicon film .

【0008】[0008]

【作用】本発明においては、反応性気体は光照射により
光化学反応を生ずる。しかしその反応生成物は照射光を
吸収することのない材料に限定される。
In the present invention, the reactive gas causes a photochemical reaction by light irradiation. However, the reaction products are limited to materials that do not absorb the irradiation light.

【0009】このため本発明においては、珪素を主成分
とする半導体においては10.6μという光学ギャップ
より小さい光エネルギーを有する赤外光を炭酸ガスレー
ザーまたは遠赤外光源を用いて光励起せしめている。
、酸化珪素、窒化珪素、炭化珪素等の絶縁物に関して
は、その光学的バンドギャップ(以下Egという)より
小さい光である紫外光(2537A、1850A)を用
いる(A:オングストローム)。
For this reason, in the present invention, in a semiconductor containing silicon as a main component, infrared light having a light energy smaller than the optical gap of 10.6 μ is optically excited using a carbon dioxide laser or a far infrared light source. . What
For insulators such as silicon oxide, silicon nitride, and silicon carbide, ultraviolet light (2537A, 1850A) that is light smaller than the optical band gap (hereinafter referred to as Eg) is used.
Are (A: angstrom).

【0010】[0010]

【実施例】以下に図面に従って、本発明の特徴を従来装
置との比較において記す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The features of the present invention will be described below in comparison with a conventional apparatus according to the drawings.

【0011】図1は従来より知られたフォトCVD装置
の概要を示す。
FIG. 1 shows an outline of a conventionally known photo CVD apparatus.

【0012】図面において、反応容器(2)内は基板
(1)が配設され、下側よりヒーター(53)により2
00〜400℃に加熱されている。さらに紫外光(25
3nm)が低圧水銀灯(9)により、石英板を介して基
板(1)の表面に垂直方向に照射(51)される。石英
板の下側には反応生成物の付着を少なくするため、オイ
ル(54)が塗布されている。反応性気体は、ドーピン
グ系(20)よりシラン(26)が流量計(29)より
バルブ(28)を経て基板表面に平行(50)に供給さ
れる。キャリアガスとしての水素またはヘリュームが
(27)より供給され、光化学反応がなされ、半導体被
膜が基板(1)上に形成される。不要反応生成物および
キャリアガスは、圧力調整用のバルブ(13)を経て、
真空ポンプ(18)より外部に排気される。
In the drawing, a substrate (1) is provided in a reaction vessel (2), and a substrate (1) is provided from below by a heater (53).
It is heated to 00 to 400 ° C. In addition, ultraviolet light (25
3 nm) is vertically irradiated (51) on the surface of the substrate (1) through the quartz plate by the low-pressure mercury lamp (9). Oil (54) is applied to the lower side of the quartz plate to reduce the adhesion of reaction products. As for the reactive gas, the silane (26) is supplied from the doping system (20) in parallel (50) to the substrate surface via the valve (28) from the flow meter (29). Hydrogen or helium as a carrier gas is supplied from (27), a photochemical reaction is performed, and a semiconductor film is formed on the substrate (1). Unnecessary reaction products and carrier gas pass through a pressure adjusting valve (13),
The air is exhausted from the vacuum pump (18).

【0013】かかる従来の装置においては、シリコン膜
をシランにより形成させる場合、シランを(50)の方
向より流しており、紫外光が基板に垂直に照射されてお
り、基板上での表面反応によりシリコン膜が形成され
る。
In such a conventional apparatus, when a silicon film is formed with silane, silane is flowed from the direction (50), and ultraviolet light is irradiated perpendicularly to the substrate, and the surface reaction on the substrate causes A silicon film is formed.

【0014】しかしもし他の基板が(1′)に配設され
ると、(1′)により(1)の表面には紫外光が照射さ
れず陰になってしまった。このため下側の基板(1)上
では光化学反応をさせることができない。
However, if another substrate is provided in (1 '), the surface of (1) is not irradiated with ultraviolet light and becomes negative due to (1'). Therefore, a photochemical reaction cannot be caused on the lower substrate (1).

【0015】即ち従来の方法では、多量に基板上に形成
させることができない。従来法においては、この光化学
反応は飛翔中の反応性気体での光化学反応よりも、むし
ろ基板表面の光化学反応が律速であるとの事実に基づい
て作られてきた。このため、図1に示す以外の構成をと
ることができなかった。
That is, the conventional method cannot form a large amount on a substrate. In the prior art, this photochemical reaction has been made based on the fact that the photochemical reaction on the substrate surface is rate-limiting, rather than the photochemical reaction with a reactive gas in flight. Therefore, a configuration other than that shown in FIG. 1 could not be taken.

【0016】しかしこの方式においては、光源が大気中
に配設されているため、石英板(48)を圧力等による
損傷を防ぐため、大面積にすることができない。このた
め基板として3インチウエハ1枚程度であり、理論的に
も5インチウエハ5枚の同時挿着すらも不可能であっ
た。
However, in this method, since the light source is disposed in the atmosphere, the quartz plate (48) cannot be made large in size in order to prevent damage due to pressure or the like. Therefore, the substrate is about one 3-inch wafer, and it is theoretically impossible to even insert five 5-inch wafers simultaneously.

【0017】他方本発明は、このフォトCVD法を十分
検討した結果、光化学反応は飛翔中の反応性気体に対し
ても行わしめ、被膜表面での被膜化を照射光というより
も、むしろ熱エネルギーを用いることにより可能となる
ことを見いだした。
On the other hand, according to the present invention, as a result of a thorough study of the photo-CVD method, the photochemical reaction is performed even on a reactive gas in flight, and the formation of the film on the surface of the film is performed by thermal energy rather than irradiation light. Has been found to be possible by using.

【0018】即ち、シリコン膜においては、250℃以
上の温度例えば300〜350℃においては紫外光を必
ずしも被形成面上に照射させることの必要性がないこと
を見いだした。
That is, it has been found that it is not necessary to irradiate the surface of the silicon film with ultraviolet light at a temperature of 250 ° C. or higher, for example, 300 to 350 ° C.

【0019】さらに加えてかかる温度においてもフォト
CVD法においては、水銀励起法を用いない場合、その
被膜の成長速度が0.1〜0.3A/秒(6A/分〜1
8A/分)しか得られなかった。
In addition, even at such a temperature, in the photo CVD method, when the mercury excitation method is not used, the growth rate of the film is 0.1 to 0.3 A / sec (6 A / min to 1 A).
8 A / min).

【0020】このため本発明装置においては、光エネル
ギーに加えて電気エネルギーを同時に供給して反応性気
体の活性化を促し、ひいては反応性気体の被膜の成長速
度を約10倍以上の6〜20A/秒に大きくすることが
できたことを特長とする。
For this reason, in the apparatus of the present invention, electric energy is simultaneously supplied in addition to light energy to promote the activation of the reactive gas and, consequently, the growth rate of the reactive gas film to about 6 to 20 A, which is about 10 times or more. / Sec.

【0021】プラズマCVDにおいては、従来はプラズ
マ・エネルギーにより基板表面をスパッタ(損傷)して
いたものとされており、かかる欠点を補うためにフォト
CVD法が考え出されていた。
Conventionally, in plasma CVD, the substrate surface has been sputtered (damaged) by plasma energy, and a photo CVD method has been devised to compensate for such a defect.

【0022】しかし本発明人はプラズマの発生機構を十
分に考えた結果、放電(グロー放電)の開始時に強い運
動エネルギーを反応性気体が得るものであり、これが非
形成面をスパッタしてしまい、一度放電を始めてしまっ
た後は、活性化した反応性気体はそれほど大きな運動エ
ネルギーを有してしないことを見いだした。
However, as a result of sufficient consideration of the plasma generation mechanism, the present inventor has found that the reactive gas obtains a strong kinetic energy at the start of discharge (glow discharge), which sputters the non-formed surface, Once the discharge has begun, it has been found that the activated reactive gas does not have much kinetic energy.

【0023】このため放電開始を容易にするとともに、
一度放電してしまった後もこの放電が止まりそうになる
不安定性を防ぐために、まず反応性気体の一部が励起さ
れるように光照射を行い、さらに続けて電気エネルギー
を光エネルギーと同時に反応性気体に加えることによ
り、放電の開始を容易にし、さらに放電の持続を容易に
したことを特徴としている。
This facilitates the start of discharge,
In order to prevent instability in which this discharge is likely to stop even after having been once discharged, light irradiation is first performed so that a part of the reactive gas is excited, and then the electric energy is reacted simultaneously with the light energy. It is characterized in that the start of the discharge is facilitated and the sustain of the discharge is facilitated by adding to the neutral gas.

【0024】以下に図面に従って、本発明のフォトCV
D装置を記す。
The photo CV of the present invention will be described below with reference to the drawings.
D apparatus is described.

【0025】図2は反応系がCVD(PPCVDまたは
Photo CVD)法であって、本発明方法を実施す
るための装置の概要を示す。
FIG. 2 shows an outline of an apparatus for carrying out the method of the present invention in which the reaction system is a CVD (PPCVD or Photo CVD) method.

【0026】[実施例1] 図2は反応系(10)、ドーピング系(20)、本発明
の精製系(30)を有する。
Example 1 FIG. 2 has a reaction system (10), a doping system (20), and a purification system (30) of the present invention.

【0027】反応系(10)は、反応容器(2)内容積
(巾90cm×高さ60cm×奥行き120cm)には
被形成面を有する基板(1)が石英ホルダー(19)に
保持されている。
In the reaction system (10), a substrate (1) having a surface to be formed is held in a quartz holder (19) in an inner volume (90 cm in width × 60 cm in height × 120 cm in depth) of the reaction vessel (2). .

【0028】このホルダーは65cm×65cmである
が、反応性気体の流れ方向(50)に20cmの長さを
有し、20cm×60cmの基板を20枚(被形成面の
総面積24000cm)同時に挿入させている。
This holder is 65 cm × 65 cm, has a length of 20 cm in the direction of flow of the reactive gas (50), and simultaneously holds 20 substrates of 20 cm × 60 cm (total area of the formation surface of 24000 cm 2 ). Have been inserted.

【0029】さらに基板(1)の被形成面は反応性気体
の上方より導入させ、下方へ排出させる流れにそって垂
直(鉛直)方向に一定の間隔(2〜10cm例えば5c
m)を隔てて林立させている。
Further, the surface of the substrate (1) on which the reactive gas is introduced is introduced at a certain interval (2 to 10 cm, for example, 5 cm) in a vertical (vertical) direction along the flow of introducing the reactive gas from above and discharging the reactive gas downward.
m).

【0030】さらに本発明装置においては、ハロゲン・
ヒーター(7)、光化学反応用のランプのある空間の圧
力は反応容器(2)の圧力と等しくなるように、バルブ
(49)の開閉により調整され、1気圧以下の減圧下例
えば0.1〜10torrに保持させている。
Further, in the apparatus of the present invention,
The pressure of the space where the heater (7) and the lamp for the photochemical reaction are located is adjusted by opening and closing the valve (49) so as to be equal to the pressure of the reaction vessel (2). It is kept at 10 torr.

【0031】このため石英基板(48)も破損すること
がなく、大面積(80cm×80cm)を作ることがで
きる。故に反応空間として65cm×65cm×高さ
(20〜60cm)の大空間を作ることが可能となっ
た。
Therefore, the quartz substrate (48) is not damaged and a large area (80 cm × 80 cm) can be formed. Therefore, a large space of 65 cm × 65 cm × height (20 to 60 cm) can be created as a reaction space.

【0032】基板はハロゲンヒーター(7)により例え
ば200〜500℃に加熱される。加えて、185n
m、253nmまたは10〜15μの波長を発光する光
化学反応用のランプ(9)が上側光源、下側光源に同時
に設けられている。その結果、反応性気体の流れ(5
0)、照射光(51)は基板表面に平行または概略平行
に配設され、照射光は反応空間(44)のすべてを照射
している。反応性気体は導入口(11)より石英ノズル
(3)を経て反応空間(44)に至り、石英排出口
(8)を経て(12)より排気系に至る。
The substrate is heated to, for example, 200 to 500 ° C. by the halogen heater (7). In addition, 185n
m, a lamp (9) for a chemical reaction that emits a wavelength of 253 nm or 10 to 15 μm is provided at the same time for the upper light source and the lower light source. As a result, the flow of the reactive gas (5
0), the irradiation light (51) is disposed parallel or substantially parallel to the substrate surface, and the irradiation light irradiates the entire reaction space (44). The reactive gas reaches the reaction space (44) from the inlet (11) via the quartz nozzle (3), and reaches the exhaust system from (12) via the quartz outlet (8).

【0033】排気系は、圧力調整バルブ(13)、スト
ップバルブ(14)、メカニカルブースターポンプ(1
7)、ロータリーポンプ(18)、ターボポンプ(1
9)より外部に不用物を排出させる。
The exhaust system includes a pressure adjusting valve (13), a stop valve (14), and a mechanical booster pump (1).
7), rotary pump (18), turbo pump (1
9) Unnecessary substances are discharged to the outside.

【0034】基板は、石英ホルダーにて最初予備室(1
6)に配設させ、真空引きを(23)にて行った後、ゲ
ートバルブ(45)を開け、反応部(44)に移設させ
た。反応性気体はドーピング系(20)にてシランが
(26)より、その他ジボラン(B)等のP型用
反応性気体、またはフォスヒン(PH)等のN型用気
体(24)、珪素に窒素添加または炭素添加せしめるた
めのアンモニアまたはメタン等の気体(25)、キャリ
アガスとしての水素またはヘリューム(27)がそれぞ
れ流量系(29)を経てバルブ(28)により制御して
加えられる。
The substrate is first placed in the preliminary chamber (1
After evacuating at (23), the gate valve (45) was opened and transferred to the reaction section (44). The reactive gas is a doping system (20) in which silane is (26), and other P-type reactive gas such as diborane (B 2 H 6 ) or N-type gas (24) such as phosphine (PH 3 ). A gas (25) such as ammonia or methane for adding nitrogen or carbon to silicon, and hydrogen or helium (27) as a carrier gas are respectively controlled by a valve (28) through a flow system (29). .

【0035】本発明のフォトCVD装置においては、用
いられる反応性気体のシランをさらに精製させている。
In the photo-CVD apparatus of the present invention, the reactive gas used, silane, is further purified.

【0036】即ち、シランの精製系(30)に関して
は、原シランが第1の容器の(31)に封入されてい
る。
That is, with respect to the silane purification system (30), the original silane is sealed in the first container (31).

【0037】図2においては、圧力調整バルブ(32)
を経て第2の容器(40)に至る。
In FIG. 2, the pressure regulating valve (32)
To the second container (40).

【0038】原シランの精製は以下の操作にて行った。Purification of the raw silane was performed by the following operation.

【0039】まずパージ工程として、原シラン(31)
をボンベバルブを閉とし、排気系、第2の容器をバルブ
(32)、(34)、(46)、(15)を開、バルブ
(13)、(25)、(33)、(14)を閉としター
ボポンプ(19)、ロータリーポンプ(18)にて、1
−6torr以下好ましくは10−7torrに真空
引きをする。さらに第2の容器(40)をヒーター(3
9)にて150〜250℃に加熱して脱気パージをす
る。
First, as a purge step, the raw silane (31)
Is closed with the cylinder valve closed, and the exhaust system and the second container are opened with valves (32), (34), (46) and (15), and valves (13), (25), (33) and (14) Is closed and the turbo pump (19) and the rotary pump (18)
0 -6 torr or less preferably evacuated to 10 -7 torr. Further, the second container (40) is heated with the heater (3).
In 9), the mixture is heated to 150 to 250 ° C. and purged by deaeration.

【0040】この後、第2の容器(40)を冷却するた
め、バルブ(13)、(14)、(15)、(25)、
(33)、(34)を閉とする。
Thereafter, in order to cool the second container (40), valves (13), (14), (15), (25),
(33) and (34) are closed.

【0041】又コントローラ(47)により液化窒素を
(35)よりバルブ(36)を制御してニードルバルブ
(37)を経てトラップ(38)に導入する。
The controller (47) controls the valve (36) from (35) to introduce liquefied nitrogen into the trap (38) via the needle valve (37).

【0042】気化した不要の窒素は(42)より排出す
る。この(42)を再び液化して(35)に還元するこ
とは省エネルギー対策として有効である。
The unnecessary nitrogen vaporized is discharged from (42). It is effective to liquefy this (42) again and reduce it to (35) as an energy saving measure.

【0043】かくして第2の容器(40)を約−150
℃にする。
Thus, the second container (40) is filled with about -150
Temperature.

【0044】この後、バルブ(32)、(46)および
第1の容器のコックを開として原シランを第2の容器に
移し液化シランを作製した。
Thereafter, the valves (32) and (46) and the cock of the first container were opened, and the raw silane was transferred to the second container to prepare a liquefied silane.

【0045】すると原シラン中に含まれる酸化珪素およ
び水は第2の容器内で固体となり壁面に付着する。
Then, the silicon oxide and water contained in the raw silane become solid in the second container and adhere to the wall surface.

【0046】この容器に所望の量の液化原シランを作製
した後バルブ(46)、(32)および第1の容器のコ
ックを閉とし、コントローラ(47)にてこの第2の容
器を−65〜−110℃、例えば−90℃に保持する。
第2の容器内の圧力を(41)にて検出してから、バル
ブ(33)を経て、予め真空引きされているドーピング
系(20)のうちの(26)に至らしめる。
After a desired amount of liquefied raw silane has been prepared in this container, the valves (46) and (32) and the cock of the first container are closed, and the controller (47) removes the second container from -65. It is kept at -110 ° C, for example -90 ° C.
After detecting the pressure in the second container at (41), the pressure is passed to (26) of the doping system (20) which has been evacuated in advance via the valve (33).

【0047】するとこの中で不純物である水、弗化珪
素、弗化水素が残存し、超高純度シランのみが気化して
(26)に至る。
Then, water, silicon fluoride and hydrogen fluoride as impurities remain therein, and only the ultra-high-purity silane is vaporized to reach (26).

【0048】この第2の容器を−65℃〜−110℃好
ましくは−75℃〜−100℃、例えば−90℃に保持
し、原シランを液化せしめることなく、この容器をコー
ルドトラップとして用い、このトラップにて同様にシラ
ン中の水や弗化珪素を除去してもよい。
The second container is kept at -65 ° C to -110 ° C, preferably -75 ° C to -100 ° C, for example, -90 ° C, and this container is used as a cold trap without liquefying the raw silane. Water and silicon fluoride in the silane may be similarly removed by this trap.

【0049】シランよりなる半導体の反応性気体は、流
量計(29)を経て反応系(10)に至る。これら反応
性気体は、ターボンポンプ(19)を経て、ロータリポ
ンプ(18)に排気させる。この反応系における反応器
内には100〜500℃好ましくは250〜350℃、
代表的には300℃に保持された被形成面を有する基板
が配設してあり、反応領域(44)の圧力を0.1〜1
0torr例えば2torrとして、シラン流量を1〜
500cc/分例えば50cc/分供給した。光エネル
ギーを赤外光10.6μまたはそれ以上の長波長光を発
するランプ(長さ680nm、15mm、最大出力45
0w)を用いて光照射を行った。これは炭酸ガスレーザ
ーを用いても有効であった。この光エネルギーとは独立
して、次に電気エネルギーを高周波発振器(周波数1
3.56MHz)(4)より一対の電極(5)、(6)
に加え、プラズマグロー放電をせしめてPPCVD反応
を行った。
The reactive gas of the semiconductor made of silane reaches the reaction system (10) through the flow meter (29). These reactive gases are exhausted to a rotary pump (18) via a turbon pump (19). 100-500 ° C., preferably 250-350 ° C. in the reactor in this reaction system,
Typically, a substrate having a surface to be formed maintained at 300 ° C. is provided, and the pressure in the reaction region (44) is set to 0.1 to 1
0 torr, for example, 2 torr, and the silane flow rate is 1 to
500 cc / min, for example, 50 cc / min was supplied. A lamp that emits long-wavelength light of infrared light of 10.6 μm or more (length: 680 nm, 15 mm, maximum output: 45)
0w). This was effective even with a carbon dioxide laser. Independent of this light energy, the electrical energy is then converted to a high frequency oscillator (frequency 1
3.56 MHz) From (4), a pair of electrodes (5), (6)
In addition, a plasma glow discharge was performed to perform a PPCVD reaction.

【0050】基板位置は、光化学反応用の照射光に対し
て平行にその表面が配設されており、光化学反応は、基
板表面ではなく飛翔中のハロゲンランプにより150〜
350℃例えば300℃に与熱されている反応性気体に
対して行った。
The surface of the substrate is disposed parallel to the irradiation light for the photochemical reaction, and the photochemical reaction is not performed on the surface of the substrate but by a halogen lamp in flight.
The test was performed on a reactive gas heated to 350 ° C., for example, 300 ° C.

【0051】かくすることにより照射光が基板の陰にな
り、その反対側の反応性気体に照射されないことを防ぐ
ことができ、多量生産が可能なPhoto CVDを実
施することができた。さらに本発明装置においては、反
応性気体は基板と概略同一温度に与熱されており、加熱
された反応性気体を光励起しているため、基板の表面に
光が照射されなくても十分被膜化が可能であるという特
徴も有する。
Thus, it was possible to prevent the irradiation light from being shaded by the substrate and not being irradiated to the reactive gas on the opposite side, and it was possible to carry out PhotoCVD capable of mass production. Further, in the apparatus of the present invention, the reactive gas is heated to substantially the same temperature as the substrate, and the heated reactive gas is photo-excited, so that the surface of the substrate can be sufficiently coated without being irradiated with light. Is also possible.

【0052】本発明装置においては、この光エネルギー
及び熱エネルギーに加えて電気エネルギーを加えた。こ
の時、基板は発生したグロー放電における陽光柱領域に
配設されており、フォト・プラズマ放電により被形成面
例えばガラス基板上にシリコン膜を形成させた。
In the device of the present invention, electric energy was applied in addition to the light energy and the heat energy. At this time, the substrate was disposed in a positive column region in the generated glow discharge, and a silicon film was formed on a surface to be formed, for example, a glass substrate by photo-plasma discharge.

【0053】この半導体被膜の成長速度は、Photo
CVDのみにおいては0.1〜0.3A/秒例えば
0.2A/秒であった。またPPCVDにおいては、6
〜15A/秒、例えば12A/秒と30倍もの高速成長
を得ることができた。
The growth rate of this semiconductor film is
In the case of only CVD, it was 0.1 to 0.3 A / sec, for example, 0.2 A / sec. In PPCVD, 6
A high-speed growth of 30 to 15 A / sec, for example, 12 A / sec was obtained.

【0054】即ちPhoto CVD法においては、基
板表面をプラズマにより損傷することがないため、良好
な膜質を得ることができた。しかし被膜の成長速度は、
0.1〜0.3A/秒ときわめて遅く、さらにそれに必
要な光エネルギーがきわめて強力であるという欠点を有
する。
That is, in the PhotoCVD method, the substrate surface was not damaged by plasma, so that a good film quality could be obtained. However, the growth rate of the film
It has the drawback that it is extremely slow at 0.1 to 0.3 A / sec, and the light energy required for it is extremely strong.

【0055】他方、他の本発明におけるPPCVDはプ
ラズマによる損傷が若干みられるが、被膜の成長速度と
しては6〜15A/秒と、Photo CVD法の30
倍もの高速成長を行うことができた。このPPCVD法
においては、その工程の順序として反応性気体に対し熱
エネルギーを加えて最初光照射を行い、反応性気体の一
部が光励起してきわめてイオン化しやすくさせ、その後
に電気エネルギーを加えてプラズマ反応を生ぜしめたこ
とはきわめて重要である。かくすることにより、放電開
始時のプラズマ衝撃波を防ぐことができ、基板表面のプ
ラズマ損傷を実質的に防ぐことができた。
On the other hand, in the other PPCVD in the present invention, although damage due to plasma is slightly observed, the growth rate of the film is 6 to 15 A / sec, which is lower than that of the photo CVD method.
It was possible to achieve twice as fast growth. In this PPCVD method, as a sequence of steps, thermal energy is applied to a reactive gas to irradiate light first, and a part of the reactive gas is photoexcited to be extremely easily ionized, and thereafter, electrical energy is applied. It is very important that plasma reactions occur. Thus, the plasma shock wave at the start of the discharge can be prevented, and the plasma damage on the substrate surface can be substantially prevented.

【0056】以上の如くにて本発明方法の示す珪素を主
成分とする酸素濃度が1×1018cm−3以下の非単
結晶半導体を被形成面上に形成させることができた。
As described above, a non-single-crystal semiconductor containing silicon as a main component and having an oxygen concentration of 1 × 10 18 cm −3 or less according to the method of the present invention can be formed on the formation surface.

【0057】なお第2の容器内に堆積され残存した不純
物としての水、弗化珪素またその他−65℃以下の温度
にてトラップされた他の不純物は、半導体被膜の作製が
終了した後、図2においてバルブ(33)、(25)を
閉、バルブ(34)、(14)を開として、第2の容器
をヒーター(39)にて加熱し、加えてターボ分子ポン
プ(19)、ロータリポンプ(18)により真空排気し
た。
Water, silicon fluoride, and other impurities trapped at a temperature of -65 ° C. or less as remaining impurities deposited in the second container are shown in FIG. In 2, the valves (33) and (25) are closed, the valves (34) and (14) are opened, and the second container is heated by the heater (39). In addition, the turbo-molecular pump (19) and the rotary pump Evacuation was performed by (18).

【0058】この珪素膜の膜質を調べると、SIMSの
測定において酸素濃度は1×1018atom/cc以
下(光出力2.0KW以下、放電出力70W以下)を有
せしめることができた。
When the film quality of the silicon film was examined, the oxygen concentration could be 1 × 10 18 atom / cc or less (light output 2.0 KW or less, discharge output 70 W or less) in SIMS measurement.

【0059】さらに放電出力を15Wとすると、2×1
17atom/ccとさらにその1/5に減少し、従
来から知られたシランをドーピング系につなぎ、Pho
toCVD法またはPPCVD法により作製し、その被
膜中の酸素含有量を調べると、3×1019atom/
ccであり、この値より約100分の1に減少している
ことが判明した。
If the discharge output is 15 W, 2 × 1
0 17 atom / cc, which is further reduced to 1/5, and by connecting silane to a doping system known in the art,
The film was manufactured by the toCVD method or the PPCVD method, and the oxygen content in the film was determined to be 3 × 10 19 atom /
cc, which was found to be about 100 times smaller than this value.

【0060】本発明装置において、基板温度を350
℃、400℃にすることにより形成された被膜の結晶性
はさらに進行した。
In the apparatus of the present invention, the substrate temperature is set to 350
The crystallinity of the film formed by setting the temperature to 400 ° C. or more was further advanced.

【0061】この反応生成物を作る温度はPPCVD法
においては300℃ではなく150℃〜300℃におい
ても可能であった。
The temperature at which this reaction product is produced is not limited to 300 ° C. in the PPCVD method, but can be 150 ° C. to 300 ° C.

【0062】Photo CVD法においては、その被
膜成長速度反応性気体としてモノシランを用いると極端
に低く工業的な改良が求められていた。
In the case of the Photo CVD method, when monosilane is used as the reactive gas for the film growth rate, the use of monosilane is extremely low, and industrial improvement has been demanded.

【0063】シランとして前記したモノシランではな
く、精製したモノシランを用い、このシランを無極放電
法により変成して合成した低級化ポリシラン(例えばS
2n+2)を得ることができる。このポリシラン
特にジシランを少なくとも一部(5〜30%の濃度)に
含むシランを用いて前記したPhoto CVD法によ
り半導体被膜を作製する場合は、被膜の成長速度を0.
6A/秒とモノシランの場合の3倍にまで高めることが
できた。
Instead of the above-mentioned monosilane, a purified monosilane is used as the silane, and a lower-grade polysilane (for example, S
i n H 2n + 2) can be obtained. In the case where a semiconductor film is formed by the above-mentioned Photo CVD method using the polysilane, particularly the silane containing disilane in at least a part (concentration of 5 to 30%), the growth rate of the film is set to 0.1.
It was 6 A / sec, which was three times higher than that of monosilane.

【0064】さらにジシランを75%以上の濃度とする
と、さらに0.1〜0.6Aとすることができた。
Further, when the concentration of disilane was set to 75% or more, the concentration could be further increased to 0.1 to 0.6 A.

【0065】図3はガラス基板上に図2の装置にて0.
5のシリコン半導体層をPPCVD法(光出力1.0K
W、(42mw/cm)放電出力が15W)にて作製
したものである。
FIG. 3 shows an example in which the apparatus shown in FIG.
No. 5 silicon semiconductor layer was formed by a PPCVD method (light output 1.0K).
W, (42 mw / cm 2 ) and a discharge output of 15 W).

【0066】さらにこの上面に窒化珪素絶縁物を酸化防
止のバリア層として同一の図2の反応装置を用いて50
0Aの厚さに積層した。この後、この窒化珪素を一部除
去して、この部分にオームコンタクト電極を平行電極と
して設けて、電気伝導度特性を調べたものである。
Further, a silicon nitride insulator is formed on this upper surface as a barrier layer for preventing oxidation by using the same reactor shown in FIG.
It was laminated to a thickness of 0A. After that, the silicon nitride was partially removed, and an ohmic contact electrode was provided as a parallel electrode in this portion, and the electrical conductivity characteristics were examined.

【0067】図3は特に本発明方法の精製されたシラン
を用いたシリコン半導体の電気特性(56)、(6
4)、(65)、(66)、(68)、従来よりの特性
(57)、63)、(58)、(67)、(69)を
示したものである。
FIG. 3 shows, in particular, the electrical characteristics (56) and (6) of the silicon semiconductor using the purified silane of the method of the present invention.
4), (65), (66), and (68), and characteristics (57), ( 63), (58), (67), and (69) of the related art.

【0068】図面において、従来例において領域(5
9)は暗電気伝導度(57)を示し〜10−7(Ωc
m)−1のオーダーの値を有している。ここにAM1
(100mW/cm)を領域(60)にて照射する
と、従来法では曲線(58)に示すごとく、1×10
−4(Ωcm)−1を有し、且つ2時間連続照射して約
1桁その値が劣化していた。
In the drawing, the region (5
9) indicates dark electric conductivity (57) and is 10 −7 (Ωc).
m) has a value on the order of -1 . AM1 here
When (100 mW / cm 2 ) is irradiated in the region (60), as shown in a curve (58), 1 × 10
-4 (Ωcm) −1 , and the value was deteriorated by about one digit after continuous irradiation for 2 hours.

【0069】他方、本発明のPPCVD法において作ら
れた半導体膜は、暗伝導度(56)として5×1011
(Ωcm)−1を有し、その光伝導度(64)は2×1
−4(Ωcm)−1のオーダーとフォトセンシティビ
テーにて10を有し、従来例よりも約2桁も大きく、
さらに連続光の照射にて、曲線(65)に見られるごと
くほとんどその電気伝導度の劣化がみられなかった。
On the other hand, the semiconductor film formed by the PPCVD method of the present invention has a dark conductivity (56) of 5 × 10 11.
(Ωcm) −1 and its photoconductivity (64) is 2 × 1
0 -4 has 10 7 at ([Omega] cm) -1 orders and photo Sensitivity tape, about 2 orders of magnitude greater than the prior art,
Further, upon irradiation with continuous light, almost no deterioration of the electric conductivity was observed as shown by a curve (65).

【0070】さらに領域(61)において、その照射後
の暗伝導度も本発明においては(66)と(56)に比
べ誤差の範囲で同一であった。
Further, in the region (61), the dark conductivity after irradiation was the same in the present invention within the range of the error as compared with (66) and (56).

【0071】さらに150℃の加熱を行うと、従来例で
は曲線(67)が(69)となり、見掛け上の特性変化
があり、その後領域(62)にて再度光照射を行うと、
再び劣化特性がみられた。
When heating is further performed at 150 ° C., the curve (67) becomes (69) in the conventional example, and there is an apparent change in the characteristics.
Degradation characteristics were again observed.

【0072】即ち、従来例では電気伝導度が(67)に
示される如く小さく、かつ光照射により劣化特性がみら
れる。
That is, in the conventional example, the electric conductivity is small as shown in (67), and deterioration characteristics are observed by light irradiation.

【0073】しかし本発明においては、電気伝導度が光
照射の有無、熱アニールの有無で特性の変化、劣化が殆
ど観察されず、かつ光伝導度およびフォドセンシティビ
テー(光伝導度と暗伝導度との差)が大きく、また暗伝
導度は小さかった。
However, in the present invention, almost no change in the electrical conductivity was observed in the presence or absence of light irradiation and the presence or absence of thermal annealing, and the conductivity and the photosensitivity (photoconductivity and darkness) were not observed. The difference from the conductivity was large, and the dark conductivity was small.

【0074】Photo CVDにより作られた半導体
膜でも同様の高信頼性特性が得られた。
The same high reliability characteristics were obtained with a semiconductor film formed by photo CVD.

【0075】以上のごとく、本発明方法はかくのごとく
高信頼性を有するシリコン半導体層を提供することがで
きるという相乗効果を有することが判明した。
As described above, it has been found that the method of the present invention has a synergistic effect of providing a silicon semiconductor layer having high reliability as described above.

【0076】本発明のPhoto CVD装置により、
スパッタ(損傷)効果が実質的になく、かつ多量生産が
可能となった。その結果、PNまたはPIN接合を光電
変換装置、光センサ、静電複写機、絶縁ゲイト型電界効
果半導体および集積回路装置への応用が可能となり、工
業上きわめて有効なものと判断される。
With the Photo CVD apparatus of the present invention,
The sputter (damage) effect was practically eliminated, and mass production became possible. As a result, the PN or PIN junction can be applied to a photoelectric conversion device, an optical sensor, an electrostatic copying machine, an insulated gate type field effect semiconductor, and an integrated circuit device, and is determined to be extremely industrially effective.

【0077】[0077]

【発明の効果】以上の説明より明らかなごとく、少なく
とも一度液化精製した反応性気体を使用することによ
り、形成された被膜の不純物を極めて低くすることがで
きた。また、本発明は反応性気体を上方より下方向に流
し、基板の被形成面上にフレークが付着しないように基
板を垂直(鉛直)に間隔(3〜10cm例えば5cm)
を開けて互いに裏面を合わせて配設し、1つの基板が他
の基板の陰にならないように、この基板の表面に平行に
光照射をさせ反応性気体を飛翔中に光励起せしめたこと
を特長としており、その結果、本発明の実施例に示すご
とく20cm×60cmの基板を20枚または5インチ
サイズのシリコン基板と同様に100枚も挿着すること
ができ、従来の方式の5インチウエハ最大5枚の20倍
もの多量生産が可能となり、工業上の効果をきわめて大
なるものであると信ずる。
As is apparent from the above description, the use of the reactive gas which has been liquefied and purified at least once has made it possible to extremely reduce impurities in the formed film. In the present invention, the reactive gas is caused to flow downward from above, and the substrate is vertically (vertically) spaced (3 to 10 cm, for example, 5 cm) so that flakes do not adhere to the surface on which the substrate is formed.
Opening and disposing the back sides of each other, and irradiating light parallel to the surface of this substrate to excite the reactive gas during flight so that one substrate does not become the shadow of the other substrate. As a result, as shown in the embodiment of the present invention, 20 or 20 cm × 60 cm substrates can be inserted as well as 20 or 100 inches as well as a 5-inch size silicon substrate. It is possible to produce 20 times as many as 5 sheets, and it is believed that the industrial effect is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来のフォトCVD装置の概要を示す。FIG. 1 shows an outline of a conventional photo CVD apparatus.

【図2】本発明方法を用いたフォトCVD装置の概要を
示す。
FIG. 2 shows an outline of a photo CVD apparatus using the method of the present invention.

【図3】本発明方法及び従来例によって得られた電気伝
導度特性を示す。
FIG. 3 shows electrical conductivity characteristics obtained by the method of the present invention and a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 反応容器 7 ヒーター 9 ランプ 10 反応系 17 メカニカルグースターポンプ 18 ロータリーポンプ 19 ターボポンプ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Reaction container 7 Heater 9 Lamp 10 Reaction system 17 Mechanical gooster pump 18 Rotary pump 19 Turbo pump

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光エネルギー、熱エネルギー、電気エネ
ルギーの少なくとも1つを反応性気体に加えてシリコン
膜を形成するに際し、少なくとも一度液化精製した反応
性気体を膜形成に供して、ターボ分子ポンプで真空引き
することにより、酸素の濃度がSIMSの測定において
1×1018cm−3以下の真性または実質的に真性な
シリコン膜とするIGFETの作製方法。
In forming a silicon film by adding at least one of light energy, heat energy, and electric energy to a reactive gas, a reactive gas that has been liquefied and purified at least once is subjected to film formation, and is subjected to a turbo molecular pump. by evacuating the method for manufacturing a IGFET concentration of oxygen is 1 × 10 18 cm -3 or less of intrinsic or substantially intrinsic silicon film in the measurement of SIMS.
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