JP2834475B2 - 半導体薄膜の形成装置 - Google Patents
半導体薄膜の形成装置Info
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- JP2834475B2 JP2834475B2 JP1127371A JP12737189A JP2834475B2 JP 2834475 B2 JP2834475 B2 JP 2834475B2 JP 1127371 A JP1127371 A JP 1127371A JP 12737189 A JP12737189 A JP 12737189A JP 2834475 B2 JP2834475 B2 JP 2834475B2
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、非晶質シリコン薄膜などの半導体薄膜の形
成装置に関する。
成装置に関する。
〔従来の技術〕 従来、非晶質シリコン薄膜などの半導体薄膜を形成す
る方法として、グロー放電CVD法や光CVD法などが一般的
によく知られている。
る方法として、グロー放電CVD法や光CVD法などが一般的
によく知られている。
最近では半導体形成プロセスにおいて、電子サイクロ
トロン共鳴（以下ECRという）による低圧マイクロ波プ
ラズマで生成したイオンを積極的に活用したエッチング
プロセス，デポジションプロセスが注目されており、JA
PANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS VOL.27,NO.12 DEC
EMBER,1988,pp2192−2198にも記載されているように、E
CRプラズマCVD法による薄膜形成の研究が盛んに行われ
ている。
トロン共鳴（以下ECRという）による低圧マイクロ波プ
ラズマで生成したイオンを積極的に活用したエッチング
プロセス，デポジションプロセスが注目されており、JA
PANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS VOL.27,NO.12 DEC
EMBER,1988,pp2192−2198にも記載されているように、E
CRプラズマCVD法による薄膜形成の研究が盛んに行われ
ている。
ところで、Material Research Society Proceeding V
ol.118,1988,pp3−17には、膜形成プロセスにおいて、
イオンが成長膜表面の脱水素効果を有し、基板ないし成
長膜の表面における反応制御パラメータとして作用し、
膜特性の向上を図れることが報告されている。
ol.118,1988,pp3−17には、膜形成プロセスにおいて、
イオンが成長膜表面の脱水素効果を有し、基板ないし成
長膜の表面における反応制御パラメータとして作用し、
膜特性の向上を図れることが報告されている。
従って、前記したECRプラズマCVD法は、高真空反応で
あるため、イオン化率が高く、気相中での重合反応が少
なく、しかもプラズマにおいて生成されるイオンの積極
的な活用により、膜特性の向上を図ることができるな
ど、一般のグロー放電CVD法や光CVD法に比べて優れた特
徴を有している。
あるため、イオン化率が高く、気相中での重合反応が少
なく、しかもプラズマにおいて生成されるイオンの積極
的な活用により、膜特性の向上を図ることができるな
ど、一般のグロー放電CVD法や光CVD法に比べて優れた特
徴を有している。
ECRプラズマCVD法とは、前記した文献等から明らかな
ように、磁場中においてサイクロトロン運動する電子に
よるマイクロ波の共鳴吸収を利用してプラズマを生成す
るため、マイクロ波発成手段及び磁場発生手段が必要に
なり、装置が非常に大型で高価になり、しかもマイクロ
波に対する安全対策が必要になり、構成が複雑になるな
どの問題点がある。
ように、磁場中においてサイクロトロン運動する電子に
よるマイクロ波の共鳴吸収を利用してプラズマを生成す
るため、マイクロ波発成手段及び磁場発生手段が必要に
なり、装置が非常に大型で高価になり、しかもマイクロ
波に対する安全対策が必要になり、構成が複雑になるな
どの問題点がある。
本発明は、前記の点に留意してなされ、小型でかつ簡
単な構成の装置により、特性の優れた半導体薄膜が得ら
れるようにすることを目的とする。
単な構成の装置により、特性の優れた半導体薄膜が得ら
れるようにすることを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明の半導体薄膜の形
成装置は、真空容器内に設けられた基板ホルダに保持さ
れる基板上に、半導体薄膜を形成する半導体薄膜の形成
装置であって、フィラメント、補助電極及び加速電極か
らなり且つ非成膜性反応ガスが導入されるイオン源を前
記基板ホルダに対向して設けると共に、前記真空容器内
に成膜性反応ガスを供給するためのガス供給管を前記基
板と前記イオン源との間に設け、且つ前記基板ホルダを
アース電位としたものである。
成装置は、真空容器内に設けられた基板ホルダに保持さ
れる基板上に、半導体薄膜を形成する半導体薄膜の形成
装置であって、フィラメント、補助電極及び加速電極か
らなり且つ非成膜性反応ガスが導入されるイオン源を前
記基板ホルダに対向して設けると共に、前記真空容器内
に成膜性反応ガスを供給するためのガス供給管を前記基
板と前記イオン源との間に設け、且つ前記基板ホルダを
アース電位としたものである。
以上のように構成された本発明の半導体薄膜の形成装
置の場合、前記構成のイオン源を備え、成膜性反応ガス
を供給するためのガス供給管を基板とイオン源との間に
設けたので、このイオン源の放電により、成膜性反応ガ
スの分解による成膜種の生成と、非成膜性反応ガスの分
解による基板表面の反応制御用イオンの生成とが同時に
行われ、従来のECRプラズマCVD法のようなマイクロ波発
生手段，磁場発生手段が不要となり、マイクロ波に対す
る安全対策を施す必要もなく、装置の小型化及び簡素化
が図れる。
置の場合、前記構成のイオン源を備え、成膜性反応ガス
を供給するためのガス供給管を基板とイオン源との間に
設けたので、このイオン源の放電により、成膜性反応ガ
スの分解による成膜種の生成と、非成膜性反応ガスの分
解による基板表面の反応制御用イオンの生成とが同時に
行われ、従来のECRプラズマCVD法のようなマイクロ波発
生手段，磁場発生手段が不要となり、マイクロ波に対す
る安全対策を施す必要もなく、装置の小型化及び簡素化
が図れる。
加えて、基板ホルダをアース電位としたことにより、
基板への反応制御用イオンの到達量を十分確保すること
ができ、Ar＋イオンなどのイオンの脱水素効果を積極的
に活用して基板表面の反応を制御でき、膜特性の向上を
図ることができる。
基板への反応制御用イオンの到達量を十分確保すること
ができ、Ar＋イオンなどのイオンの脱水素効果を積極的
に活用して基板表面の反応を制御でき、膜特性の向上を
図ることができる。
１実施例について、図面を参照して説明する。
装置の概略を示す第１図において、（１）は真空容
器、（２）は容器（１）内の一側に配設されたヒータ内
蔵の基板ホルダ、（３）はホルダ（２）に保持されて容
器（１）内に配設された基板、（４）はリング状のガス
供給管であり、容器（１）内のほぼ中央に設けられてい
る。
器、（２）は容器（１）内の一側に配設されたヒータ内
蔵の基板ホルダ、（３）はホルダ（２）に保持されて容
器（１）内に配設された基板、（４）はリング状のガス
供給管であり、容器（１）内のほぼ中央に設けられてい
る。
そして、容器（１）に貫設された図外の送給管を介し
てガス供給管（４）に成膜性反応ガスが送給され、ガス
供給管（４）に透設された複数個の透孔（４′）から基
板（３）に向つて成膜性反応ガスが供給される。
てガス供給管（４）に成膜性反応ガスが送給され、ガス
供給管（４）に透設された複数個の透孔（４′）から基
板（３）に向つて成膜性反応ガスが供給される。
（５）は容器（１）内の他側に設けられたイオン源で
あり、容器（１）に貫設された非成膜性反応ガスの導入
管（６）と、フィラメント（７）と、補助電極（８）
と、加速電極（９）とからなる。
あり、容器（１）に貫設された非成膜性反応ガスの導入
管（６）と、フィラメント（７）と、補助電極（８）
と、加速電極（９）とからなる。
（10）は容器（１）の側壁に形成され高真空排気系
（図示せず）が接続された排気口、（11），（12）はス
イッチ及び直流電流計であり、基板（３）とアースとの
間に直列に設けられており、特性測定のためにのみ用い
られ、通常成膜を行う場合には、これらスイッチ（1
1），電流計（12）が除去され、基板（３）が直接アー
スされ、又はバイアス電源によつてバイアスされる。
（図示せず）が接続された排気口、（11），（12）はス
イッチ及び直流電流計であり、基板（３）とアースとの
間に直列に設けられており、特性測定のためにのみ用い
られ、通常成膜を行う場合には、これらスイッチ（1
1），電流計（12）が除去され、基板（３）が直接アー
スされ、又はバイアス電源によつてバイアスされる。
そして、例えば非晶質シリコン（以下ａ−Siという）
薄膜を形成する場合、容器（１）内を10-7Torr以下に排
気したのち、供給管（４）から成膜性反応ガスとしてモ
ノシラン〔SiH4〕ガスを導入し、所定圧力に保持し、イ
オン源（５）のフィラメント（７）に所定の電流を通流
すると共に、補助，加速電極（８），（９）にそれぞれ
所定の電圧を印加することにより、イオン源（５）の放
電によつて、導入管（６）から導入した非成膜性反応ガ
スであるアルゴン〔Ar〕ガスがイオン化されると共に、
SiH4ガスが分解されて成膜種が生成され、換言すれば、
反応ガスの分解により、成膜種の生成と、基板（３）表
面の反応制御用イオンの生成とが同時に行われ、基板
（３）上にａ−Si薄膜が形成される。
薄膜を形成する場合、容器（１）内を10-7Torr以下に排
気したのち、供給管（４）から成膜性反応ガスとしてモ
ノシラン〔SiH4〕ガスを導入し、所定圧力に保持し、イ
オン源（５）のフィラメント（７）に所定の電流を通流
すると共に、補助，加速電極（８），（９）にそれぞれ
所定の電圧を印加することにより、イオン源（５）の放
電によつて、導入管（６）から導入した非成膜性反応ガ
スであるアルゴン〔Ar〕ガスがイオン化されると共に、
SiH4ガスが分解されて成膜種が生成され、換言すれば、
反応ガスの分解により、成膜種の生成と、基板（３）表
面の反応制御用イオンの生成とが同時に行われ、基板
（３）上にａ−Si薄膜が形成される。
ところで、ａ−Si薄膜の形成条件として、基板温度を
200℃，成膜時圧力を６×10-4Torr,SiH4ガス流量を3SCC
M,Arガス流量を7SCCM,フィラメント（７）の電流を6A,
補助電極（８）の電圧を55Vとし、加速電極（９）の電
圧を40〜200Vまで変化させたときの基板−アース間電流
を、スイッチ（11）を介して電流計（12）により測定
し、この基板−アース間電流と成膜速度との関係を調べ
たところ、第２図に示すようになった。
200℃，成膜時圧力を６×10-4Torr,SiH4ガス流量を3SCC
M,Arガス流量を7SCCM,フィラメント（７）の電流を6A,
補助電極（８）の電圧を55Vとし、加速電極（９）の電
圧を40〜200Vまで変化させたときの基板−アース間電流
を、スイッチ（11）を介して電流計（12）により測定
し、この基板−アース間電流と成膜速度との関係を調べ
たところ、第２図に示すようになった。
なお、第２図中の●印は測定点を示す。
そして、第２図に示す基板−アース間電流が5mAのと
きの成膜速度から、膜表面のネットワーク形成原子数を
換算すると、2.0×1014（個/cm2・秒）となり、基板−
アース間電流（5mA）から、基板（３）の表面への到達
イオン量を換算（但し、１価で換算）すると、1.1×10
14（個/cm2・秒）となり、基板（３）の表面でのイオン
量は約55％となり、非常に高い値となり、多量のAr+な
どのイオンが基板（３）に供給されていることがわか
る。
きの成膜速度から、膜表面のネットワーク形成原子数を
換算すると、2.0×1014（個/cm2・秒）となり、基板−
アース間電流（5mA）から、基板（３）の表面への到達
イオン量を換算（但し、１価で換算）すると、1.1×10
14（個/cm2・秒）となり、基板（３）の表面でのイオン
量は約55％となり、非常に高い値となり、多量のAr+な
どのイオンが基板（３）に供給されていることがわか
る。
つぎに、イオンの脱水素効果を調べるために、基板温
度を130℃，加速電極（９）の電圧を80Vとする以外は前
記した第２図の説明の場合と同じ成膜条件とし、スイッ
チ（11）をオフして基板（３）をアース電位から浮かし
た場合Ａと、スイッチ（11）をオンして基板（３）をア
ースした場合Ｂについて、得られたａ−Si薄膜の赤外吸
収スペクトルを調べたところ、第３図に示すようにな
り、Ａのように基板（３）をアースから浮かしたときに
は、波数2000cm-1と2100cm-1とにピークが見られるのに
対し、Ｂのように基板（３）をアースしたときには、Ａ
で見られた波数2100cm-1のピークがなくなり、2000cm-1
のピークだけとなつている。なお、第３図は縦軸を透過
率で示してある。
度を130℃，加速電極（９）の電圧を80Vとする以外は前
記した第２図の説明の場合と同じ成膜条件とし、スイッ
チ（11）をオフして基板（３）をアース電位から浮かし
た場合Ａと、スイッチ（11）をオンして基板（３）をア
ースした場合Ｂについて、得られたａ−Si薄膜の赤外吸
収スペクトルを調べたところ、第３図に示すようにな
り、Ａのように基板（３）をアースから浮かしたときに
は、波数2000cm-1と2100cm-1とにピークが見られるのに
対し、Ｂのように基板（３）をアースしたときには、Ａ
で見られた波数2100cm-1のピークがなくなり、2000cm-1
のピークだけとなつている。なお、第３図は縦軸を透過
率で示してある。
このとき、波数2100cm-1のピークはSi−H2の結合の共
振モードであり、波数2000cm-1のピークはSi−Ｈの結合
の共振モードであり、Si−H2の結合は一般に膜特性の低
下の要因とされているため、Si−H2の結合が少ないほど
膜特性は良い。
振モードであり、波数2000cm-1のピークはSi−Ｈの結合
の共振モードであり、Si−H2の結合は一般に膜特性の低
下の要因とされているため、Si−H2の結合が少ないほど
膜特性は良い。
即ち、第３図のＡの場合、基板（３）の表面がイオン
によつてチャージアップし、そのためAr+などのイオン
の基板（３）への到達量及び衝突エネルギが減るのに対
し、Ｂの場合、基板（３）の表面のチャージアップがな
く、基板（３）へのイオンの到達量が減ることもなく、
その結果前記したイオンの脱水素効果により、Si−H2の
結合がＡの場合よりも大幅に減少し、Ａで見られた波数
2100cm-1のピークがなくなつたものと考えられ、逆に第
３図の結果は、イオンの脱水素効果ないしは基板表面の
反応制御作用のあることを示唆している。
によつてチャージアップし、そのためAr+などのイオン
の基板（３）への到達量及び衝突エネルギが減るのに対
し、Ｂの場合、基板（３）の表面のチャージアップがな
く、基板（３）へのイオンの到達量が減ることもなく、
その結果前記したイオンの脱水素効果により、Si−H2の
結合がＡの場合よりも大幅に減少し、Ａで見られた波数
2100cm-1のピークがなくなつたものと考えられ、逆に第
３図の結果は、イオンの脱水素効果ないしは基板表面の
反応制御作用のあることを示唆している。
また、第３図の結果から膜特性の指標となるα（2100
cm-1）／α（2000cm-1）比を調べたところ、Ａの場合に
は一般のグロー放電CVD法によるａ−Si薄膜と同程度の
0.97となり、Ｂの場合には0.45となり、Ｂのように基板
（３）をアースして基板（３）へのイオンの到達量を十
分に確保すれば、Ar+などのイオンの脱水素効果を積極
的に活用して基板表面の反応を制御でき、その結果膜特
性の向上を図ることができる。
cm-1）／α（2000cm-1）比を調べたところ、Ａの場合に
は一般のグロー放電CVD法によるａ−Si薄膜と同程度の
0.97となり、Ｂの場合には0.45となり、Ｂのように基板
（３）をアースして基板（３）へのイオンの到達量を十
分に確保すれば、Ar+などのイオンの脱水素効果を積極
的に活用して基板表面の反応を制御でき、その結果膜特
性の向上を図ることができる。
ところで、ａ−Si薄膜の形成条件をまとめると、表１
に示すようになり、表１から明らかなように、成膜時の
圧力はECRプラズマCVD法の場合と同様に非常に低圧で，
高真空反応となり、加速電極電圧は500V以下という低い
値でよいという特徴がある。
に示すようになり、表１から明らかなように、成膜時の
圧力はECRプラズマCVD法の場合と同様に非常に低圧で，
高真空反応となり、加速電極電圧は500V以下という低い
値でよいという特徴がある。
なお、前記実施例では、ａ−Si薄膜を形成する場合に
ついて説明したが、これに限るものではなく、ａ−Siア
ロイ系や結晶系の薄膜の形成にも適用できるのは勿論で
ある。
ついて説明したが、これに限るものではなく、ａ−Siア
ロイ系や結晶系の薄膜の形成にも適用できるのは勿論で
ある。
また、導入管（６）から容器（１）内に導入するガス
は、前記したArに限らず、ヘリウムガス，水素ガスなど
の非成膜性反応ガスであつてもよい。
は、前記したArに限らず、ヘリウムガス，水素ガスなど
の非成膜性反応ガスであつてもよい。
さらに、ａ−Si薄膜の形成の場合、導入管（６）から
SiH4ガスのみを導入するようにしてもよく、他の半導体
薄膜を形成する場合には、導入管（６）から成膜性反応
ガスのみを導入すればよく、このとき、イオン源（５）
の放電により成膜性反応ガスが分解，イオン化され、成
膜種と基板表面の反応制御用のイオンとが生成される。
SiH4ガスのみを導入するようにしてもよく、他の半導体
薄膜を形成する場合には、導入管（６）から成膜性反応
ガスのみを導入すればよく、このとき、イオン源（５）
の放電により成膜性反応ガスが分解，イオン化され、成
膜種と基板表面の反応制御用のイオンとが生成される。
また、生成すべきイオンは正イオン，負イオンのいず
れであつてもよい。
れであつてもよい。
本発明は、以上説明したように構成されているので、
以下に記載する効果を奏する。
以下に記載する効果を奏する。
フィラメント、補助電極及び加速電極からなり且つ非
成膜性反応ガスが導入されるイオン源を備え、成膜性反
応ガスを供給するためのガス供給管を基板とイオン源と
の間に設けたので、このイオン源の放電により、成膜性
反応ガスの分解による成膜種の生成と、非成膜性反応ガ
スの分解による基板表面の反応制御用イオンの生成とを
同時に行うことができ、従来のECRプラズマCVD法のよう
なマイクロ波発生手段，磁場発生手段が不要となり、マ
イクロ波に対する安全対策を施す必要もなく、装置の小
型及び簡素化が図れる。
成膜性反応ガスが導入されるイオン源を備え、成膜性反
応ガスを供給するためのガス供給管を基板とイオン源と
の間に設けたので、このイオン源の放電により、成膜性
反応ガスの分解による成膜種の生成と、非成膜性反応ガ
スの分解による基板表面の反応制御用イオンの生成とを
同時に行うことができ、従来のECRプラズマCVD法のよう
なマイクロ波発生手段，磁場発生手段が不要となり、マ
イクロ波に対する安全対策を施す必要もなく、装置の小
型及び簡素化が図れる。
加えて、基板ホルダをアース電位としたことにより、
基板への反応制御用イオンの到達量を十分確保すること
ができ、Ar＋イオンなどのイオンの脱水素効果を積極的
に活用して基板表面の反応を制御でき、膜特性の向上を
図ることができるという効果を奏する。
基板への反応制御用イオンの到達量を十分確保すること
ができ、Ar＋イオンなどのイオンの脱水素効果を積極的
に活用して基板表面の反応を制御でき、膜特性の向上を
図ることができるという効果を奏する。
そのため、小型でかつ簡単な装置により、特性の優れ
た半導体薄膜を得ることができる。
た半導体薄膜を得ることができる。
図面は、本発明の半導体薄膜の形成装置の１実施例を示
し、第１図は装置の概略図、第２図は基板−アース間電
流と成膜速度との関係図、第３図はａ−Si薄膜の赤外吸
収スペクトルを示す図である。 （１）……真空容器、（２）……基板ホルダ、（３）…
…基板、（４）……成膜性反応ガスのガス供給管、
（５）……イオン源。
し、第１図は装置の概略図、第２図は基板−アース間電
流と成膜速度との関係図、第３図はａ−Si薄膜の赤外吸
収スペクトルを示す図である。 （１）……真空容器、（２）……基板ホルダ、（３）…
…基板、（４）……成膜性反応ガスのガス供給管、
（５）……イオン源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中野 昭一 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−45226（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−211368（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−213344（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−222132（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 31/04
Claims (1)
- 【請求項１】真空容器内に設けられた基板ホルダに保持
される基板上に、半導体薄膜を形成する半導体薄膜の形
成装置であって、フィラメント、補助電極及び加速電極
からなり且つ非成膜性反応ガスが導入されるイオン源を
前記基板ホルダに対向して設けると共に、前記真空容器
内に成膜性反応ガスを供給するためのガス供給管を前記
基板と前記イオン源との間に設け、且つ前記基板ホルダ
をアース電位としたことを特徴とする半導体薄膜の形成
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1127371A JP2834475B2 (ja) | 1989-05-20 | 1989-05-20 | 半導体薄膜の形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1127371A JP2834475B2 (ja) | 1989-05-20 | 1989-05-20 | 半導体薄膜の形成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02306618A JPH02306618A (ja) | 1990-12-20 |
| JP2834475B2 true JP2834475B2 (ja) | 1998-12-09 |
Family
ID=14958321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1127371A Expired - Fee Related JP2834475B2 (ja) | 1989-05-20 | 1989-05-20 | 半導体薄膜の形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2834475B2 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5745226A (en) * | 1980-08-30 | 1982-03-15 | Sekisui Chem Co Ltd | Manufacture of thin film semiconductor |
| JPS61222132A (ja) * | 1985-03-27 | 1986-10-02 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体製造装置 |
| JPS62211368A (ja) * | 1986-03-11 | 1987-09-17 | Akira Tazaki | 化合物薄膜の製造装置 |
| JP2544374B2 (ja) * | 1987-03-02 | 1996-10-16 | 株式会社日立製作所 | プラズマ処理装置、及びその方法 |
-
1989
- 1989-05-20 JP JP1127371A patent/JP2834475B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02306618A (ja) | 1990-12-20 |
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