JP2664886B2

JP2664886B2 - シリコン膜の形成方法及びシリコン膜形成装置

Info

Publication number: JP2664886B2
Application number: JP7270338A
Authority: JP
Inventors: 宗裕澁谷; 雅俊北川; 孝平尾; 哲久吉田; 裕二向井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-10-19
Filing date: 1995-10-18
Publication date: 1997-10-22
Anticipated expiration: 2015-10-18
Also published as: JPH08169708A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜の形成方法及
び薄膜形成装置に関し、特にシリコン膜の形成方法及び
シリコン膜形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置に用いられる種々の薄膜は、
スパッタリングや真空蒸着などの物理的堆積方法、ある
いはＣＶＤ法（化学気相成長法）などの方法により形成
される。特に、ＣＶＤ法は薄膜形成の有用な手段として
注目されており、シリコン膜は、主としてＣＶＤ法によ
り製造されている。

【０００３】図７は、シリコン膜を形成するための従来
の装置の断面構造を模式的に示している。従来のシリコ
ン膜の形成装置２００は、真空室２０２と、真空室２０
２に接続されたガス供給口２０４及び排気口２０６と、
真空室２０２の周りに設けられたヒータ２０８とを備え
ている。排気口２０６に接続された排気装置により、真
空室２０２の内部が真空に排気され、ガス供給口２０４
から、流量制御装置により流量が制御されたモノシラン
ガス(ＳｉＨ₄）及び水素が真空室２０２へ導入される。
真空室２０２へ導入されたモノシランガスは、真空室２
０２内の温度を制御するためのヒータ２０８により加熱
され、熱分解する。そして真空室２０２内に保持された
基板２１０にシリコン膜が堆積される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の装置２００を用
いた従来のシリコン膜の形成方法では、真空室２０２へ
導入されたモノシランガスのうち、その一部分のみが熱
により分解され、シリコン膜の形成に寄与する。そし
て、分解しなかったモノシランガスは排気口２０６から
排気されてしまう。このため、従来の装置２００に導入
するモノシランガスのうち、大部分は無駄に排気されて
おり、利用効率が悪かった。

【０００５】高純度のモノシランガスは高価であるた
め、利用効率が悪いと、シリコン膜の製造コストを上昇
させる結果となる。例えば、この方法により形成される
シリコン膜を用いて太陽電池を製造する場合、太陽電池
の製品寿命の間に発生させることのできる電力よりも太
陽電池の製造コストが高くなり、この様な太陽電池は実
用的ではないという問題が生じる。

【０００６】また、モノシランガスは空気中で爆発した
り発火したりするため、モノシランガスを用いる場合、
安全設備が必要となり、製造コストを更に上昇させる。

【０００７】更に、危険性を考慮すれば、シリコン膜形
成時のモノシランガスの圧力は低い方が好ましいが、圧
力が低いとシリコン膜の堆積速度が遅くなり、生産性が
低下してしまう。一方、生産性を向上させるために、危
険性を考慮した上で高圧のモノシランを扱うためには、
安全設備に必要な費用を増大させてしまう。

【０００８】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的とするところは、低コストでシ
リコン膜を形成する方法及びシリコン膜の形成装置を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のシリコン膜の形
成方法は、ケイ素及び塩素を含み、常温および常圧下で
液体である化合物を反応室内に導入し、該反応室内に保
持された基板の表面に該化合物を液体の微粒子の状態で
噴霧する工程と、該反応室内の外部より印加されたエネ
ルギによって、該微粒子状の化合物を分解し、該反応室
内に保持された基板上にシリコン膜を堆積する工程とを
包含しており、そのことにより、上記目的が達成され
る。

【００１０】前記化合物を噴霧する工程は、搬送ガス及
び還元性ガスの少なくとも一方のガスにより、前記化合
物を前記反応室に接続されたノズルから噴霧させてもよ
い。前記噴霧する工程は、前記基板に対向するように保
持された前記化合物の液体を超音波により振動させ、該
液体の表面から該基板へ該化合物を噴霧させてもよい。

【００１１】前記液体の前記表面は、前記基板の前記表
面よりも大きくなっていることが好ましい。

【００１２】前記噴霧する工程は、搬送ガス及び還元性
ガスの少なくとも一方を導入することにより、前記微粒
子状の化合物を前記基板へ搬送してもよい。

【００１３】前記シリコン膜を堆積する工程を、数十Ｔ
ｏｒｒから１気圧の範囲の圧力で行うことが好ましい。

【００１４】前記エネルギにより前記基板を加熱し、該
基板から放射される輻射エネルギにより、前記微粒子状
の化合物を熱分解させてもよい。

【００１５】前記エネルギにより、前記反応室内の前記
微粒子状の化合物をプラズマ状態に分解させてもよい。

【００１６】前記化合物は、ヘキサクロロジシラン（Ｓ
ｉ₂Ｃｌ₆）、またはテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ₄）
であることが好ましい。

【００１７】前記化合物は、ジクロロシラン（ＳｉＨ₂
Ｃｌ₂）、またはトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ₃）であ
ってもよい。

【００１８】前記化合物は、加圧、または冷却により液
化されていてもよい。

【００１９】前記還元性ガスは水素、または一酸化炭素
であることが好ましい。

【００２０】前記搬送ガスはアルゴンまたはヘリウムで
あることが好ましい。

【００２１】また、本発明のシリコン膜の形成装置は、
空間を備えた反応室と、ケイ素及び塩素を含み、常温お
よび常圧下で液体である化合物を該反応室内に導入し、
該反応室内に保持された基板の表面に該化合物を液体の
微粒子の状態で噴霧する手段と、該微粒子状の化合物を
分解するための分解手段とを有しており、そのことによ
り、上記目的が達成される。

【００２２】前記噴霧する手段は、液体導入口と、ガス
導入口と、前記反応室に接続されたノズルとを備えた液
体噴霧器を有し、該液体導入口から導入された前記化合
物を該ガス導入口から導入された搬送ガス及び還元性ガ
スの少なくとも一方のガスにより、該ノズルから前記反
応室へ噴霧させてもよい。

【００２３】前記噴霧する手段は、前記反応室内に接続
され、前記基板の前記表面に対向する開口部を備え、前
記化合物を保持するための原料槽と、該原料槽に超音波
エネルギを与える超音波発生装置とを有していてもよ
い。

【００２４】前記原料槽の前記開口部の面積は前記基板
の前記表面より大きくなっていることが好ましい。

【００２５】前記原料槽の前記開口部の周りから搬送ガ
ス及び還元性ガスの少なくとも一方を前記反応室へ導入
するためのガス導入口を更に有していてもよい。

【００２６】前記分解手段は、前記基板を加熱する加熱
装置を備え、該基板を加熱することにより、該基板表面
近傍の前記微粒子状の前記化合物を分解してもよい。

【００２７】前記加熱手段は、前記基板を保持する基板
ホルダと該基板ホルダに設けられたヒータとから構成さ
れていてもよい。

【００２８】前記分解手段は、前記反応室の周囲に設け
られた高周波電力印加装置を備え、高周波電力印加装置
により、該反応室内の前記微粒子状の前記化合物をプラ
ズマ状態に分解する構成を備えていてもよい。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて説明する。

【００３０】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例
によるシリコン膜形成装置の構成を概略的に示してい
る。シリコン膜形成装置１０は、反応室１２と、反応室
１２により形成される空間１４内に設けられた基板ホル
ダ１６と反応室１２に接続された噴霧器１８とを有して
いる。

【００３１】反応室１２には真空計２０が設けられてお
り、反応室１２内の空間１４の圧力を任意の一定値に保
つことができるように、真空計２０が検知した値に基づ
いて真空制御装置２４が反応室１２に接続された排気装
置２２を制御している。排気装置２２から排気されるガ
スは除害装置（図示せず）などに接続することが好まし
い。

【００３２】反応室１２は、石英やステンレスなど、後
述する原料ガスに腐食されない材料で構成されているこ
とが好ましい。反応室１２は、形成するシリコン膜の大
きさに合わせて任意の大きさを備えていてよい。本実施
例では直径１８０ｍｍ程度の石英製の反応室１２を用い
る。

【００３３】基板ホルダ１６には、その表面に保持され
た基板２６を加熱するためのヒータ２８が設けられてお
り、基板２６の温度はヒータ２８に接続された温度制御
装置３０により制御される。形成するシリコン膜の均一
性を向上させるために、基板ホルダ１６に、回転制御装
置３２を設け、基板２６を回転させてもよい。

【００３４】図２に示されるように、噴霧器１８は、ガ
ス導入口４０と、液体導入口４２と、反応室１２に接続
されたノズル４４とを有しいる。液体導入口４２からは
ケイ素及び塩素を含む液体原料が導入され、液体導入口
４２に設けられたニードルバルブ４６により、液体導入
口４２内で液体が気化しないように調整される。またガ
ス導入口４０からは搬送ガス、還元性ガス、あるいはこ
れらの混合ガスが供給される。

【００３５】図１に示されるように、搬送ガスや還元性
ガスは流量制御装置５０を介して噴霧器１８に導入され
る。また、アンプル５４に保管された液体原料５５は配
管５７から不活性ガスなど加圧され、液体流量制御装置
５２を介して噴霧器１８へ導入される。液体導入口４２
から供給される液体原料５５は、ガス導入口４０から導
入されるガスにより加圧され、ノズル４４から反応室１
２の空間１４へ液体の微粒子として噴霧される。後述す
るように、基板ホルダ１６に保持された基板２６の全面
に液体原料５５が噴霧されるよう、ノズル４４の広がり
角αが適切に選択されている。液体の微粒子は、通常、
数μｍから数十μｍの大きさを有しているが、特定の値
に限定されるものではなく、霧状になっている限りどの
ような大きさであってもかまわない。

【００３６】本発明では、シリコン膜形成のために、ヘ
キサクロロジシラン（Ｓｉ₂Ｃｌ₆）を液体原料として用
いる。ヘキサクロロジシランは、約１４５℃の沸点を有
し、常温および常圧状態では液体である。ヘキサクロロ
ジシランは、モノシランやジシランのように空気中の酸
素あるいは水分と反応して、発火したり爆発したりする
危険性はないが、腐食性を有しており、水と反応して分
解し、塩素や塩化水素を発生する。ヘキサクロロジシラ
ンは例えば、東亞合成化学から購入することができる。
ヘキサクロロジシラン以外にテトラクロロシラン（Ｓｉ
Ｃｌ₄）やジクロロシラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂）、トリクロ
ロシラン（ＳｉＨＣｌ₃）等を液体原料として用いるこ
ともできる。

【００３７】また、ヘキサクロロジシランの分解により
生じる塩素を効率よく反応系外へ除去するため、あるい
は反応系内の酸素を除去するために還元性ガスを添加す
ることが好ましい。還元性ガスとしては、水素あるいは
一酸化炭素を用いることが好ましい。

【００３８】液体原料が腐食性を有するため、上記シリ
コン膜形成装置１０は防食性を有する材料あるいは構造
の部品で構成することが好ましい。この様な腐食性を有
するガスあるいは液体を取り扱うための装置及び部品は
当業者に公知であり、そのような装置や部品を用いて本
発明のシリコン膜形成形成装置を構成することができ
る。シリコン膜形成装置１０において、液体流量制御装
置５２としては、ヘキサクロロジシラン用のマスフロー
コントローラを用いることが好ましいが、入手できない
場合には、防食性を有する液体用マスフローコントロー
ラを用いることができる。本実施例では、小島製作所製
の液体用サーマルマスフローコントローラＦ９００を用
い、ヘキサクロロジシランのコンバージョンファクタが
不明であるため、水の値を用いて液体の流量を制御して
いる。

【００３９】以下にシリコン膜形成装置１０を用い、シ
リコン膜を形成する方法を詳述する。

【００４０】まず、基板ホルダ１６上に石英やシリコン
等からなる基板２６を保持し、反応室１２の内部を排気
装置２２を用いて真空に排気する。また、ヒータ２８を
用いて基板２６を加熱する。シリコン膜を形成する際、
基板２６を４５０℃から８００℃の範囲の温度に保つこ
とが好ましく、７００℃程度に保つことがより好まし
い。

【００４１】続いて、液体原料５５としてヘキサクロロ
ジシランが封入されたアンプル５４にアルゴンまたはヘ
リウム等の不活性ガスを配管５７から導入してアンプル
５４内を加圧する。本実施例では、アンプル５５内が約
１．５ｋｇ／ｃｍ²の圧力となるように加圧して、液体
原料であるヘキサクロロジシランを一定の圧力で液体流
量制御装置５２へ送り出す。液体流量制御装置５２は所
定の流量で液体原料を噴霧器１８へ送り出す。

【００４２】噴霧器１８では液体流量制御装置内で液体
が気化するのを防ぐため、液体の経路を狭くしてニード
ルバルブ４６によって、適当な流量の液体原料が反応室
１２へ導入されるように調節する。流量制御装置５０に
よって適当な圧力で加圧された搬送ガス、還元性ガス、
またはこれらの混合ガスを噴霧器１８に導入し、ガスと
液体原料を混合させ、ノズル４４から反応室１２内の基
板２６へ液体原料を噴出させる。ノズル４４から噴霧さ
れた液体原料は微粒子となり、破線５６で示されるよう
に、反応室１２内に広がりながら基板２６の表面に向け
て飛散する。この際、反応室１２内の圧力は数十Ｔｏｏ
ｒから約１気圧の範囲の圧力に調整されていることが好
ましい。この際、ノズル４４から噴出される原料の一部
は気化していてもよい。その場合には後述するように原
料の利用効率が少し低下する可能性はあるが、液体の微
粒子状の原料の一部がが基板２６へ噴霧されておれば、
従来の方法に比べて堆積速度は著しく向上する。

【００４３】基板２６の表面近傍に到達した微粒子状の
液体原料は、加熱された基板２６からの輻射エネルギを
うけて分解し、ケイ素が基板２６上に堆積する。これに
より、基板２６上にシリコン膜６０が形成される。

【００４４】この方法により、形成されるシリコン膜６
０は多結晶シリコン膜であり、その品質は、太陽電池な
どの半導体装置に適している。以下に示す表１は、上記
方法により形成したシリコン膜及び従来の方法により形
成したシリコン膜の堆積速度を示している。表１に示す
結果は、ヘキサクロロジシランをＨ₂Ｏ換算で１．８ｇ
／ｈｒ、搬送ガスとしてアルゴンガスを１５ｌ／ｍｉｎ
の流量で反応させた場合の結果を示している。

【００４５】

【表１】

【００４６】表から明らかなように本発明によれば、従
来のモノシランを用いたＣＶＤ法よりも１０倍程度堆積
速度が速くなっていることが分かる。また、図３は、基
板温度を変化させたときの堆積速度の変化を示すグラフ
である。基板温度が高くなるにつれてヘキサクロロジシ
ランの分解が促進され、堆積速度が増していることが分
かる。

【００４７】上記説明から明らかなように、本実施例に
よれば、シリコン膜の原料となるヘキサクロロジシラン
は微粒子状の液体として反応室１２内の基板２６にのみ
吹き付けられる。従って、原料を基板にのみ供給するた
め、シリコン膜形成に寄与せず、無駄に排出される原材
料を減らすことができ、原料の利用効率が非常に高くな
る。ノズル４４から噴霧される原料の一部が気化してい
る場合でも、原料の一部が液体の微粒子として基板の近
傍に到達している限り、同様の効果が得られる。

【００４８】また、基板表面近傍までは、微粒子状の液
体として原料を供給し、その後気化させて、分解するの
で、基板近傍での原料の濃度が非常に高くなり、シリコ
ン膜の堆積速度を増大させることができる。

【００４９】上記実施例では、基板表面に到達した微粒
子状のヘキサクロロジシランを分解させるために、基板
を加熱させているが、更に分解を促進させるために、プ
ラズマ放電を利用してもよい。図４に示されるシリコン
膜形成装置７０は、反応室１２の外部にプラズマ発生装
置７２を有している点で図１に示されるシリコン膜形成
装置１０とは異なっている。プラズマ発生装置７２は、
反応室１２の外部に設けられたコイル７４とＲＦ電源７
６とを備えている。ＲＦ電源７６から１３．５６ＭＨｚ
の周波数で１００から５００Ｗの交流電力をコイル７４
に印加することにより、反応室１２内に噴霧されるヘキ
サクロロジシランが分解し、プラズマ状態になる。従っ
て、基板２６の加熱温度が低くても、早い堆積速度でシ
リコン膜を形成することができる。プラズマ放電を発生
させるためには、反応室１２内の圧力は１ｍＴｏｒｒか
ら１０Ｔｏｒｒの範囲に調節することが好ましい。

【００５０】（実施例２）図５は本発明の第２の実施例
によるシリコン膜形成装置１００の構成を概略的に示し
ている。また、図６はシリコン膜形成装置１００の主要
部の分解斜視図である。シリコン膜形成装置１００は、
反応室１０２と、反応室１０２により形成される空間１
０４内に設けられた基板ホルダ１０６と、原料槽１０８
とを有している。

【００５１】反応室１０２には真空計１１２が設けられ
ており、反応室１０２内の空間１０４の圧力を任意の一
定値に保つことができるように、真空計１１２が検知し
た値に基づいて真空制御装置１１４が反応室１０２に接
続された排気装置１１５を制御している。排気装置１１
５から排気されるガスは除害装置（図示せず）などに接
続することが好ましい。

【００５２】反応室１０２は、石英やステンレスなど、
後述する原料ガスに腐食されない材料で構成されている
ことが好ましい。反応室１０２は、形成するシリコン膜
の大きさに合わせて任意大きさを備えていてよい。本実
施例では直径１８０ｍｍ程度の石英製の反応室１０２を
用いる。

【００５３】基板ホルダ１０６には、その表面に保持さ
れた基板２６を加熱するためのヒータ１１６が設けられ
ており、基板２６の温度はヒータ１１６に接続された温
度制御装置１１８により制御される。形成するシリコン
膜の均一性を向上させるために、基板ホルダ１０６に、
回転制御装置１２０を設け、基板２６を回転させてもよ
い。

【００５４】反応室１０２と原料槽１０８とはゲートバ
ルブ１２２によって遮断されており、ゲートバルブ１２
２のシャッタ１２４が開くと、原料槽１０８の開口部１
２６がゲートバルブ１２２の開口１２５を介して基板ホ
ルダ１０６に保持された基板２６の表面１２８とが直接
対向する。原料槽１０８の開口部１２６は基板２６の表
面１２８の面積よりも大きいことが好ましい。例えば、
基板の直径が３インチである場合には、原料槽１０８の
直径は４インチ程度であることが好ましい。

【００５５】原料槽１０８は、水あるいはオイル１２９
が満たされた超音波槽１３０に浸されており、超音波エ
ネルギは原料槽１０８の内部に満たされたヘキサクロロ
ジシラン１３１へ与えられる。原料槽１０８の直径が約
４インチである場合には、超音波槽１３０は４０ｋＨ
ｚ、６００Ｗ程度の能力を備えていることが好ましい。
この場合、ヘキサクロロジシラン１３１の表面と基板２
６との間隔は１０から２０ｃｍ程度であることが好まし
い。超音波槽１３０内の水あるいはオイル１２９が一定
の温度、例えば約１５℃に保たれるように、超音波槽１
３０には、冷却装置１３３が設けられている。

【００５６】ゲートバルブ１２２と基板ホルダ１０６と
の間の開口１２５の周りにリング状のガス導入管１３２
が設けられており、ガス導入管１３２の内周に設けられ
た複数の穴１３４から搬送ガスあるいは還元性ガスが反
応室１０２内に導入される。以下にシリコン膜形成装置
１００を用い、シリコン膜を形成する方法を詳述する。
まず、基板ホルダ１０６に基板２６を保持し、反応室１
０２の内部を排気装置１１５を用いて真空に排気する。
また、ヒータ１１６を用いて基板２６を加熱する。シリ
コン膜を形成する際、基板２６を４５０℃から８００℃
の範囲の温度に保つことが好ましく、７００℃程度に保
つことがより好ましい。反応室１２内の圧力は数十Ｔｏ
ｏｒから約１気圧の範囲の圧力に調整されていることが
好ましい。

【００５７】続いて、超音波槽１３０を駆動させ、原料
槽１０８内のヘキサクロロジシラン１３１に超音波エネ
ルギを与える。そして、ゲートバルブ１２２のシャッタ
１２４を開ける。

【００５８】原料槽１０８内のヘキサクロロジシラン１
３１は超音波エネルギにより振動し、微粒子状の液体の
ヘキサクロロジシランがその表面から矢印１４０で示さ
れるように基板２６へ向かって噴霧される。この際、実
施例１において説明したように、原料槽１０８から噴霧
されるヘキサクロロジシランの一部が気化していてもよ
い。また、噴霧される微粒子は、通常、数μｍから数十
μｍの大きさを有しているが、特定の値に限定されるも
のではなく、霧状になっている限りどのような大きさで
あってもかまわない。

【００５９】基板２６の表面近傍に到達した微粒子状の
ヘキサクロロジシランは、加熱された基板２６からの輻
射エネルギをうけて分解し、ケイ素が基板２６上に堆積
する。これにより、基板２６上にシリコン膜６０が形成
される。基板２６の表面にまで到達しなかったヘキサク
ロロジシランや反応に寄与しなかったヘキサクロロジシ
ランは矢印１４２で示されるように原料槽１０８へ戻
り、再び超音波エネルギを受けて原料槽１０８から噴霧
される。

【００６０】この方法により、形成されるシリコン膜６
０は実施例１と同様、多結晶シリコン膜であり、その品
質は太陽電池などの半導体装置に適している。上記表１
に示すように、本実施例の方法によれば、従来のモノシ
ランを用いたＣＶＤ法よりも５倍程度堆積速度が速くな
っていることが分かる。

【００６１】上記説明から明らかなように、本実施例に
よれば、シリコン膜の原料となるヘキサクロロジシラン
は原料槽１０８の開口部１２６から上方に向かって噴霧
され、反応室１２内の基板２６へ吹き付けられる。そし
て、反応しなかったヘキサクロロジシランは、原料槽１
０８に戻り、超音波エネルギを受けて再度反応に寄与す
ることができる。従って、リコン膜形成に寄与せず、無
駄に排出される原材料を減らすことができ、原材料の利
用効率が非常に高くなる。

【００６２】また、基板表面近傍までは、微粒子状の液
体として原料を供給し、その後気化させて分解するの
で、基板近傍での原料の濃度が非常に高くなり、シリコ
ン膜の堆積速度を増大させることができる。

【００６３】更に、原料槽１０８のヘキサクロロジシラ
ンを超音波エネルギにより噴霧させることにより、開口
部１２６全体から広い面積にわたって均一な濃度で微粒
子を噴霧することできる。開口部１２６は基板２６の面
積よりも大きいため、基板２６全面に均一厚さを有する
シリコン膜を形成することができる。

【００６４】上記実施例では、ヘキサクロロジシランを
熱により分解しているが、実施例１で説明したように、
プラズマ発生装置をシリコン膜形成装置１００に設け、
プラズマ放電により分解を促進してもよい。

【００６５】また、シリコン膜の原料となる化合物や搬
送ガス、還元性ガスについても実施例１において説明し
たような物質を用いることができる。

【００６６】さらに、ガス導入管１３２をゲートバルブ
１２２と基板ホルダ１０６との間に設ける代わりに、原
料槽１０８内のヘキサクロロジシラン中に浸してバブリ
ングさせてもよい。あるいは、ガス導入管１３２は設け
なくてもよい。

【００６７】上記実施例１及び２では、基板を保持する
基板ホルダを加熱することにより、ヘキサクロロジシラ
ンを分解させているが、反応室の外周にヒータを設置
し、その熱により分解させてもよい。

【００６８】また、ヘキサクロロジシランは腐食性があ
り、大気中では塩素や塩化水素が発生するため、安全性
を考慮すれば、１気圧以下の圧力でシリコン膜を形成す
ることが好ましい。しかし、加圧状態でも機密性の高い
反応室を有する装置を用いることができる場合には、１
気圧以上でシリコン膜を形成してもよい。この場合には
更に堆積速度が増大する。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、ケイ素及び塩素を含む
液体原料を用いて、高い原料利用効率で、かつ早い速度
でシリコン膜を堆積させることができるので、低コスト
でシリコン膜を形成することができる。また、そのよう
な方法に用いるシリコン膜形成装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例によるシリコン膜形成装置の構成
を示す模式図である。

【図２】図１に示されるシリコン膜形成装置の噴霧器付
近の構造を示す断面模式図である。

【図３】図１に示されるシリコン膜形成装置を用いて形
成されるシリコン膜の基板温度と堆積速度との関係を示
すグラフである。

【図４】第１の実施例によるシリコン膜形成装置の別の
構成を示す模式図である。

【図５】第２の実施例によるシリコン膜形成装置の構成
を示す模式図である。

【図６】図５に示されるシリコン膜形成装置の主要部の
分解斜視図である。

【図７】従来のシリコン膜形成装置の構造を示す模式図
である。

【符号の説明】

１０シリコン膜形成装置１２反応室１６基板ホルダ１８噴霧器２２排気装置２８ヒータ４４ノズル５２液体流量制御装置５４アンプル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田哲久大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者向井裕二大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開平５−90395（ＪＰ，Ａ) 特公昭30−8459（ＪＰ，Ｂ１) 特公昭55−15545（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ケイ素及び塩素を含み、常温および常圧
下で液体である化合物を反応室内に導入し、該反応室内
に保持された基板の表面に該化合物を液体の微粒子の状
態で噴霧する工程と、該反応室内の外部より印加されたエネルギによって、該
微粒子状の化合物を分解し、該反応室内に保持された基
板上にシリコン膜を堆積する工程と、を包含するシリコ
ン膜の形成方法。
【請求項２】前記化合物を噴霧する工程は、搬送ガス
及び還元性ガスの少なくとも一方のガスにより、前記化
合物を前記反応室に接続されたノズルから噴霧させる請
求項１に記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項３】前記噴霧する工程は、前記基板に対向す
るように保持された前記化合物の液体を超音波により振
動させ、該液体の表面から該基板へ該化合物を噴霧させ
る請求項１に記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項４】前記液体の前記表面は、前記基板の前記
表面よりも大きくなっている請求項３に記載のシリコン
膜の形成方法。
【請求項５】前記噴霧する工程は、搬送ガス及び還元
性ガスの少なくとも一方を導入することにより、前記微
粒子状の化合物を前記基板へ搬送する請求項３または４
に記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項６】前記シリコン膜を堆積する工程を、数十
Ｔｏｒｒから１気圧の範囲の圧力で行う請求項１から５
のいずれかに記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項７】前記エネルギにより前記基板を加熱し、
該基板から放射される輻射エネルギにより、前記微粒子
状の化合物を熱分解させる請求項１から６のいずれかに
記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項８】前記エネルギにより、前記反応室内の前
記微粒子状の化合物をプラズマ状態に分解させる請求項
１から６のいずれかに記載のシリコン膜の形成方法。
【請求項９】前記化合物は、ヘキサクロロジシラン
（Ｓｉ₂Ｃｌ₆）、またはテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ
₄）である請求項１から８のいずれかに記載のシリコン
膜の形成方法。
【請求項１０】前記化合物は、ジクロロシラン（Ｓｉ
Ｈ₂Ｃｌ₂）、またはトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ₃）
である請求項１から８のいずれかに記載のシリコン膜の
形成方法。
【請求項１１】前記化合物は、加圧、または冷却によ
り液化されている請求項１０に記載のシリコン膜の形成
方法。
【請求項１２】前記還元性ガスは水素、または一酸化
炭素である請求項２または５に記載のシリコン膜の形成
方法。
【請求項１３】前記搬送ガスはアルゴンまたはヘリウ
ムである請求項２または５に記載のシリコン膜の形成方
法。
【請求項１４】空間を備えた反応室と、ケイ素及び塩素を含み、常温および常圧下で液体である
化合物を該反応室内に導入し、該反応室内に保持された
基板の表面に該化合物を液体の微粒子の状態で噴霧する
手段と、該微粒子状の化合物を分解するための分解手段と、を有
するシリコン膜の形成装置。
【請求項１５】前記噴霧する手段は、液体導入口と、
ガス導入口と、前記反応室に接続されたノズルとを備え
た液体噴霧器を有し、該液体導入口から導入された前記化合物を該ガス導入口
から導入された搬送ガス及び還元性ガスの少なくとも一
方のガスにより、該ノズルから前記反応室へ噴霧する請
求項１４に記載のシリコン膜の形成装置。
【請求項１６】前記噴霧する手段は、前記反応室内に
接続され、前記基板の前記表面に対向する開口部を備
え、前記化合物を保持するための原料槽と、該原料槽に
超音波エネルギを与える超音波発生装置とを有する請求
項１４に記載のシリコン膜の形成装置。
【請求項１７】前記原料槽の前記開口部の面積は前記
基板の前記表面より大きくなっている請求項１６に記載
のシリコン膜の形成装置。
【請求項１８】前記原料槽の前記開口部の周りから搬
送ガス及び還元性ガスの少なくとも一方を前記反応室へ
導入するためのガス導入口を更に有する請求項１７に記
載のシリコン膜の形成装置。
【請求項１９】前記分解手段は、前記基板を加熱する
加熱装置を備え、該基板を加熱することにより、該基板
表面近傍の前記微粒子状の前記化合物を分解する請求項
１４または１５に記載のシリコン膜の形成装置。
【請求項２０】前記加熱手段は、前記基板を保持する
基板ホルダと該基板ホルダに設けられたヒータとからな
る請求項１９に記載のシリコン膜の形成装置
【請求項２１】前記分解手段は、前記反応室の周囲に
設けられた高周波電力印加装置を備え、高周波電力印加
装置により、該反応室内の前記微粒子状の前記化合物を
プラズマ状態に分解する請求項１４または１５に記載の
シリコン膜の形成装置。