JP2928071B2 - アモルファスシリコン膜の形成方法 - Google Patents
アモルファスシリコン膜の形成方法Info
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- JP2928071B2 JP2928071B2 JP5323583A JP32358393A JP2928071B2 JP 2928071 B2 JP2928071 B2 JP 2928071B2 JP 5323583 A JP5323583 A JP 5323583A JP 32358393 A JP32358393 A JP 32358393A JP 2928071 B2 JP2928071 B2 JP 2928071B2
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- silicon film
- silicon
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アモルファスシリコン
膜の形成方法に関する。
膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】絶縁膜上に形成したアモルファスシリコ
ン膜を６００℃程度の熱処理によって結晶化して形成し
たＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏ
ｒ）構造は、ＴＦＴデバイス等に広く利用されている。
アモルファスシリコン膜が結晶化する際に導入される格
子欠陥密度、結晶粒界等は、デバイスの電気的特性に多
大な影響を与えており、それらの結晶性は、膜中に存在
する不純物濃度に強く依存する。
ン膜を６００℃程度の熱処理によって結晶化して形成し
たＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏ
ｒ）構造は、ＴＦＴデバイス等に広く利用されている。
アモルファスシリコン膜が結晶化する際に導入される格
子欠陥密度、結晶粒界等は、デバイスの電気的特性に多
大な影響を与えており、それらの結晶性は、膜中に存在
する不純物濃度に強く依存する。
【０００３】アモルファスシリコン膜を形成する方法の
一つとして、超高真空蒸着法がある。この方法は、超高
真空領域（１×１０ー 9Torr以下）まで減圧されたチャン
バー内において、基板上にシリコン分子線を照射する方
法であり、超高真空下という制御された雰囲気下におけ
る蒸着であることから、高純度のアモルファスシリコン
膜を形成することが可能である。
一つとして、超高真空蒸着法がある。この方法は、超高
真空領域（１×１０ー 9Torr以下）まで減圧されたチャン
バー内において、基板上にシリコン分子線を照射する方
法であり、超高真空下という制御された雰囲気下におけ
る蒸着であることから、高純度のアモルファスシリコン
膜を形成することが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この従来のアモルファ
スシリコン膜の形成方法では、多孔質のアモルファスシ
リコン膜が形成されてしまう。このようなアモルファス
シリコン膜を大気に放置すると、大気中の成分を吸着し
て膜中の不純物濃度が増加し、結晶化させても、結晶核
形成速度の制御が困難で、結果的に結晶粒径を精度よく
制御できないという欠点があった。
スシリコン膜の形成方法では、多孔質のアモルファスシ
リコン膜が形成されてしまう。このようなアモルファス
シリコン膜を大気に放置すると、大気中の成分を吸着し
て膜中の不純物濃度が増加し、結晶化させても、結晶核
形成速度の制御が困難で、結果的に結晶粒径を精度よく
制御できないという欠点があった。
【０００５】このようなアモルファスシリコン膜の多孔
質性は、蒸着時の基板温度に起因しており、基板表面に
到達したシリコン原子が、室温では十分に拡散できず、
アモルファスシリコンとしての網目構造が不完全なため
である。これに対し、稠密なアモルファスシリコン膜を
形成するためには、蒸着直後に、真空中４００℃付近で
１時間以上の焼締めが必要であった。
質性は、蒸着時の基板温度に起因しており、基板表面に
到達したシリコン原子が、室温では十分に拡散できず、
アモルファスシリコンとしての網目構造が不完全なため
である。これに対し、稠密なアモルファスシリコン膜を
形成するためには、蒸着直後に、真空中４００℃付近で
１時間以上の焼締めが必要であった。
【０００６】本発明の目的は、このような従来の欠点を
除去し、稠密なアモルファスシリコン膜を高いスループ
ットで形成する方法を提供することにある。
除去し、稠密なアモルファスシリコン膜を高いスループ
ットで形成する方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のアモルファスシ
リコン膜の形成方法は、減圧されたチャンバー内に装着
され且つ加熱された絶縁基板又は半導体基板上に形成さ
れた絶縁膜の表面に、シリコン分子線および原子状水素
を同時に照射して成膜する工程を含んで構成される。
リコン膜の形成方法は、減圧されたチャンバー内に装着
され且つ加熱された絶縁基板又は半導体基板上に形成さ
れた絶縁膜の表面に、シリコン分子線および原子状水素
を同時に照射して成膜する工程を含んで構成される。
【０００８】
【作用】通常、２００℃以上に加熱された絶縁基板上に
シリコン分子線を照射すると、基板上のシリコン原子は
容易に表面拡散し、結晶核を形成する。結果的には、こ
れらが個々の結晶粒へと成長して、多結晶シリコン膜が
形成されてしまう。
シリコン分子線を照射すると、基板上のシリコン原子は
容易に表面拡散し、結晶核を形成する。結果的には、こ
れらが個々の結晶粒へと成長して、多結晶シリコン膜が
形成されてしまう。
【０００９】これに対し本発明者は、真空中において、
絶縁膜基板を加熱してシリコン分子線および、原子状の
水素を同時供給した際、絶縁膜基板上に堆積したシリコ
ンは結晶化せず、アモルファスシリコンとなることを見
い出した。
絶縁膜基板を加熱してシリコン分子線および、原子状の
水素を同時供給した際、絶縁膜基板上に堆積したシリコ
ンは結晶化せず、アモルファスシリコンとなることを見
い出した。
【００１０】このように、水素によってシリコンの結晶
化が抑制される現象は、加熱された基板上にシリコン分
子線と同時に供給した水素原子が、基板表面に到達した
シリコン原子に吸着することによって、シリコン原子の
基板表面上における表面拡散が抑制されている。結果的
に、形成された膜は、短周期の秩序構造は有するものの
長周期の秩序構造は持たないアモルファス構造となる。
こうした表面上の水素は、シリコンの堆積によって大多
数は離脱するため、シリコン分子線照射と同時に、原子
状の水素も常に供給することが必要である。さらに、離
脱しないで表面上に残った小量の水素は、シリコン原子
のダングリングボンドを終端した状態で膜中に取り込ま
れるため、結果的に膜の不純物吸着を抑止させる効果を
持つ。
化が抑制される現象は、加熱された基板上にシリコン分
子線と同時に供給した水素原子が、基板表面に到達した
シリコン原子に吸着することによって、シリコン原子の
基板表面上における表面拡散が抑制されている。結果的
に、形成された膜は、短周期の秩序構造は有するものの
長周期の秩序構造は持たないアモルファス構造となる。
こうした表面上の水素は、シリコンの堆積によって大多
数は離脱するため、シリコン分子線照射と同時に、原子
状の水素も常に供給することが必要である。さらに、離
脱しないで表面上に残った小量の水素は、シリコン原子
のダングリングボンドを終端した状態で膜中に取り込ま
れるため、結果的に膜の不純物吸着を抑止させる効果を
持つ。
【００１１】このようにしてアモルファスシリコンの固
相成長が進行する温度以下もしくは表面の水素原子が脱
離する温度以下まで基板を加熱して、アモルファスシリ
コンを堆積することが可能となる。
相成長が進行する温度以下もしくは表面の水素原子が脱
離する温度以下まで基板を加熱して、アモルファスシリ
コンを堆積することが可能となる。
【００１２】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
る。
【００１３】図１は本発明の一実施例を説明するための
模式的断面図である。
模式的断面図である。
【００１４】図１に示すように、４インチ型のｎ型シリ
コン（００１）基板上に熱酸化法により厚さ２００ｎｍ
の酸化シリコン膜を形成した基板１１を真空チャンバー
内に装着して基板１１を５００℃の温度に加熱し、４０
ｃｍ3 のシリコン原料を含む電子銃により供給されるシ
リコン分子線１２とタングステンフィラメント加熱方式
のラジカル銃により供給される原子状水素１３を同時に
基板１１の表面に供給してアモルファスシリコン膜１４
を２００ｎｍの厚さに形成する。このときのシリコンの
蒸着速度は０．１ｎｍ／ｓでラジカル銃から供給される
水素ガス分圧は１×１０-4Ｔｏｒｒである。
コン（００１）基板上に熱酸化法により厚さ２００ｎｍ
の酸化シリコン膜を形成した基板１１を真空チャンバー
内に装着して基板１１を５００℃の温度に加熱し、４０
ｃｍ3 のシリコン原料を含む電子銃により供給されるシ
リコン分子線１２とタングステンフィラメント加熱方式
のラジカル銃により供給される原子状水素１３を同時に
基板１１の表面に供給してアモルファスシリコン膜１４
を２００ｎｍの厚さに形成する。このときのシリコンの
蒸着速度は０．１ｎｍ／ｓでラジカル銃から供給される
水素ガス分圧は１×１０-4Ｔｏｒｒである。
【００１５】上記サンプルの作成段階において、アモル
ファスシリコン膜が形成されたかどうかの判断は、その
場高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）、走査電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ）、および透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察によって
行なった。
ファスシリコン膜が形成されたかどうかの判断は、その
場高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）、走査電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ）、および透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察によって
行なった。
【００１６】その結果、ＲＨＥＥＤ観察では多結晶構造
の特徴を現すリングパターンは観察されず、アモルファ
ス構造特有のハローパターンを、ＳＥＭ観察においては
表面の平坦な形態を現す像を、さらに平面方向および断
面方向からの高分解能ＴＥＭ観察においては、シリコン
酸化膜上に形成されたアモルファス構造をそれぞれ確認
した。
の特徴を現すリングパターンは観察されず、アモルファ
ス構造特有のハローパターンを、ＳＥＭ観察においては
表面の平坦な形態を現す像を、さらに平面方向および断
面方向からの高分解能ＴＥＭ観察においては、シリコン
酸化膜上に形成されたアモルファス構造をそれぞれ確認
した。
【００１７】一方、形成されたアモルファスシリコン膜
の稠密性を判断するため、本実施例により形成したアモ
ルファスシリコン膜と、原子状水素を用いずに室温蒸着
によって形成したアモルファスシリコン膜に対して、深
さ方向の二次イオン質量分析を行ない、膜中の不純物、
特に酸素、窒素、炭素の濃度分布形態を比較した。その
結果、前者のアモルファスシリコン膜中の酸素、窒素、
炭素濃度は、後者のそれらに比べ、一桁程度低い値であ
り、本発明の効果を確認した。
の稠密性を判断するため、本実施例により形成したアモ
ルファスシリコン膜と、原子状水素を用いずに室温蒸着
によって形成したアモルファスシリコン膜に対して、深
さ方向の二次イオン質量分析を行ない、膜中の不純物、
特に酸素、窒素、炭素の濃度分布形態を比較した。その
結果、前者のアモルファスシリコン膜中の酸素、窒素、
炭素濃度は、後者のそれらに比べ、一桁程度低い値であ
り、本発明の効果を確認した。
【００１８】図２は、膜厚２００ｎｍのアモルファスシ
リコン膜を、窒素雰囲気中、６００℃で熱処理し結晶化
させた際の、熱処理時間に対する結晶化部分の平均膜厚
をプロットした図である。図の曲線の傾きは、アモルフ
ァスシリコンの結晶加速度を表している。本発明に従っ
て形成したアモルファスシリコン膜の結晶化速度は、通
常の室温蒸着膜のそれに比べて大きく一定であり、室温
蒸着後４００℃、１時間の焼締め熱処理を施したものと
同様である。
リコン膜を、窒素雰囲気中、６００℃で熱処理し結晶化
させた際の、熱処理時間に対する結晶化部分の平均膜厚
をプロットした図である。図の曲線の傾きは、アモルフ
ァスシリコンの結晶加速度を表している。本発明に従っ
て形成したアモルファスシリコン膜の結晶化速度は、通
常の室温蒸着膜のそれに比べて大きく一定であり、室温
蒸着後４００℃、１時間の焼締め熱処理を施したものと
同様である。
【００１９】これに対し室温蒸着膜は、成長速度が小さ
く、さらに膜厚が増加するに従って成長速度が減少して
いる。ビーン（Ｂｅａｎ）らの（実験アプライド・フィ
ジィクス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ）第３６巻、第５９頁、１９８０年参
照）によれば、このような結果は、アモルファスシリコ
ン膜の稠密性に起因している。すなわち、多孔質な室温
蒸着膜の成長速度は、大気中不純物の吸着によって減少
し、かつ膜中の深さ方向の依存性を示すのに対し、本発
明に従って形成したアモルファスシリコン膜では、不純
物の吸着による成長速度の減少が見られず、より稠密な
膜となっていることがわかる。
く、さらに膜厚が増加するに従って成長速度が減少して
いる。ビーン（Ｂｅａｎ）らの（実験アプライド・フィ
ジィクス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ）第３６巻、第５９頁、１９８０年参
照）によれば、このような結果は、アモルファスシリコ
ン膜の稠密性に起因している。すなわち、多孔質な室温
蒸着膜の成長速度は、大気中不純物の吸着によって減少
し、かつ膜中の深さ方向の依存性を示すのに対し、本発
明に従って形成したアモルファスシリコン膜では、不純
物の吸着による成長速度の減少が見られず、より稠密な
膜となっていることがわかる。
【００２０】本実施例では、原子状水素の形成をタング
ステンフィラメント加熱方式のラジカル銃で行なった
が、ＥＣＲプラズマによっても、また酸化膜上へのアモ
ルファスシリコン層の形成を対象としたが、アモルファ
スシリコン膜上でも、同様な効果が得られることを確認
した。さらに、膜形成に要する全時間は、実質的にはシ
リコン分子線の照射速度で決定されるが、例として、厚
さ５００ｎｍのアモルファスシリコン膜形成の際、工程
時間は従来法と比較して、最大１０分の１に短縮される
ことを確認した。
ステンフィラメント加熱方式のラジカル銃で行なった
が、ＥＣＲプラズマによっても、また酸化膜上へのアモ
ルファスシリコン層の形成を対象としたが、アモルファ
スシリコン膜上でも、同様な効果が得られることを確認
した。さらに、膜形成に要する全時間は、実質的にはシ
リコン分子線の照射速度で決定されるが、例として、厚
さ５００ｎｍのアモルファスシリコン膜形成の際、工程
時間は従来法と比較して、最大１０分の１に短縮される
ことを確認した。
【００２１】本実施例では、シリコンウェハを対象とし
たが、本発明の方法は表面にのみシリコンが存在するＳ
ＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｓａｐｐｈｉｒｅ）基板
や、さらに一般にＳＯＩ基板等にも適用できる。
たが、本発明の方法は表面にのみシリコンが存在するＳ
ＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｓａｐｐｈｉｒｅ）基板
や、さらに一般にＳＯＩ基板等にも適用できる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、稠
密なアモルファスシリコン膜を高いスループットで形成
することができる。それによって、アモルファスシリコ
ンの固相成長で多結晶シリコン膜を形成する際、結晶核
形成速度の制御が容易になり、結果的に結晶粒径を精度
よく制御することが可能となる。
密なアモルファスシリコン膜を高いスループットで形成
することができる。それによって、アモルファスシリコ
ンの固相成長で多結晶シリコン膜を形成する際、結晶核
形成速度の制御が容易になり、結果的に結晶粒径を精度
よく制御することが可能となる。
【図１】本発明の一実施例を説明するための模式的断面
図。
図。
【図２】結晶化熱処理時間とアモルファスシリコン膜中
の結晶化した部分の膜厚の関係を示す図。
の結晶化した部分の膜厚の関係を示す図。
１１ 基板 １２ シリコン分子線 １３ 原子状水素 １４ アモルファスシリコン膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ３０Ｂ 29/06 ５０４ Ｃ３０Ｂ 29/06 ５０４Ｚ
Claims (1)
- 【請求項１】超高真空蒸着法において、加熱された絶縁
基板または半導体基板上に形成された絶縁膜の表面にシ
リコン原料を含む電子銃により供給されるシリコン分子
線及び原子状水素を同時に照射して成膜する工程を含む
ことを特徴とするアモルファスシリコン膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5323583A JP2928071B2 (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | アモルファスシリコン膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5323583A JP2928071B2 (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | アモルファスシリコン膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07183217A JPH07183217A (ja) | 1995-07-21 |
| JP2928071B2 true JP2928071B2 (ja) | 1999-07-28 |
Family
ID=18156333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5323583A Expired - Lifetime JP2928071B2 (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | アモルファスシリコン膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2928071B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6247181B2 (ja) * | 2014-09-05 | 2017-12-13 | 東京エレクトロン株式会社 | シリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法および成膜装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5721669U (ja) * | 1980-07-11 | 1982-02-04 |
-
1993
- 1993-12-22 JP JP5323583A patent/JP2928071B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 前田和夫「最新ＬＳＩプロセス技術」（昭５８−７−２５）工業調査会第１９２〜１９３頁 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07183217A (ja) | 1995-07-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19970909 |