JP3100702B2 - Reduced pressure chemical reaction method and apparatus - Google Patents
Reduced pressure chemical reaction method and apparatusInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、たとえば化学的気相成
長法による絶縁基板上への半導体薄膜形成などのよう
に、固体表面と気体とを反応させる方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for reacting a solid surface with a gas, for example, for forming a semiconductor thin film on an insulating substrate by a chemical vapor deposition method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、絶縁基板または絶縁膜上にSiなど
の半導体薄膜を形成し、薄膜半導体素子を形成する薄膜
トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）技術
が、ＳＲＡＭなどの半導体分野や液晶などのディスプレ
イ分野を中心に盛んに研究されてきている。2. Description of the Related Art In recent years, a thin film transistor (TFT: Thin Film Transistor) technology for forming a thin film semiconductor element by forming a semiconductor thin film such as Si on an insulating substrate or an insulating film has been developed in the field of semiconductors such as SRAMs and displays such as liquid crystals. It has been actively studied in various fields.
【０００３】このような半導体薄膜を形成する方法とし
て、たとえば減圧式化学的気相成長法（ＬＰＣＶＤ：Lo
w Pressure Chemical Vapor Deposition）や、超高真空
中での真空蒸着法などに代表される各種の方法が知られ
ている。なかでも減圧式化学的気相成長法（以下文中で
はＬＰＣＶＤと記す）は、他の方法に比較して、Si原子
同士の結合が強い、大気にさらしたときに不純物を取り
込みにくいなどの長所があるため、非晶質Si膜あるいは
多結晶Si膜を形成する方法として多用されている。As a method of forming such a semiconductor thin film, for example, a low pressure chemical vapor deposition method (LPCVD: Lo
Various methods typified by pressure chemical vapor deposition (w Pressure Chemical Vapor Deposition) and a vacuum deposition method in an ultra-high vacuum are known. Among them, the low pressure chemical vapor deposition method (hereinafter referred to as LPCVD) has advantages over other methods, such as strong bonding between Si atoms and difficulty in taking in impurities when exposed to the atmosphere. Therefore, it is widely used as a method for forming an amorphous Si film or a polycrystalline Si film.
【０００４】図４には、ＬＰＣＶＤによる半導体薄膜形
成のために使用される従来装置の一例の概略を示してあ
る。図４において、反応炉１の内部には、試料基板２を
載置して加熱するためのヒータ３が設けられ、反応炉１
の側面に設けられたガス導入口４には、反応気体を供給
するためのガス供給管５が接続されている。反応炉１の
ガス導入口４の反対側には、排気口６が設けられたとえ
ばロータリーポンプなどの排気機器系７、８、９が接続
されている。FIG. 4 schematically shows an example of a conventional apparatus used for forming a semiconductor thin film by LPCVD. In FIG. 4, a heater 3 for mounting and heating a sample substrate 2 is provided inside a reaction furnace 1.
A gas supply pipe 5 for supplying a reaction gas is connected to a gas inlet 4 provided on a side surface of the gas supply port. An exhaust port 6 is provided on the opposite side of the gas introduction port 4 of the reaction furnace 1, and is connected to exhaust equipment systems 7, 8, 9 such as a rotary pump.
【０００５】図４に示した装置を用いた半導体薄膜形成
は以下のように行われる。まず、反応炉１の内部に設け
たヒータ３の上に試料基板２を載置し、 500℃前後の所
定の温度に加熱するとともに排気系機器７、８、９を作
動させて、反応炉１内を反応炉１内部を真空度１×10-8
Torr程度の減圧状態に到達させる。次いで、ガス供給管
５からたとえばSiＨ4 などの反応気体を、ガス流量 200
sccm 程度で反応炉１の内部に供給するとともに反応炉
１内を真空度0.4 Torr程度に保ちつつ、Siを堆積させ
る。The formation of a semiconductor thin film using the apparatus shown in FIG. 4 is performed as follows. First, the sample substrate 2 is placed on the heater 3 provided inside the reaction furnace 1, heated to a predetermined temperature of about 500 ° C., and the exhaust system devices 7, 8, 9 are operated, and the reaction furnace 1 is heated. The inside of the reactor 1 is vacuumed 1 × 10 -8
The pressure is reduced to about Torr. Next, a reactant gas such as SiH 4 is supplied from the gas supply pipe 5 to a gas flow rate of 200.
Si is deposited while supplying the inside of the reaction furnace 1 at about sccm and maintaining the inside of the reaction furnace 1 at a vacuum degree of about 0.4 Torr.
【０００６】ところで、ＬＰＣＶＤにおける膜形成の反
応のパラメータは、主に温度、真空度、ガス流量、ガス
組成比などであり、これらのパラメータの適正化によ
り、所望の薄膜が形成される。そして、得られた薄膜半
導体素子においては、活性層である半導体層の膜質が素
子特性を大きく左右し、とくに膜形成時の律速条件が素
子特性に大きく影響を与えることが判明している。By the way, parameters of a film formation reaction in LPCVD are mainly temperature, degree of vacuum, gas flow rate, gas composition ratio, and the like, and a desired thin film is formed by optimizing these parameters. In the obtained thin-film semiconductor device, it has been found that the film quality of the semiconductor layer, which is the active layer, greatly affects the device characteristics, and that the rate-determining conditions at the time of film formation greatly affect the device characteristics.
【０００７】すなわちＬＰＣＶＤによる薄膜形成におい
ては、反応律速の状態とすることにより堆積速度が大き
くなり、膜中への酸素などの不純物の巻き込みも抑えら
れることがこれまでに判明している。さらに、このよう
な反応律速下で形成した非晶質Si膜を低温再結晶化させ
た場合には、供給律速下で形成した膜に比べ、膜の結晶
粒径が数倍以上の大きさに成長することも知られてい
る。したがって、反応律速の状態で薄膜を形成すること
により、不純物の巻き込みが少なくSi結晶粒径の大きい
Si薄膜が得られ、薄膜半導体素子の特性が向上しうるこ
とになる。In other words, it has been found that in the formation of a thin film by LPCVD, the deposition rate is increased by controlling the reaction rate, and the incorporation of impurities such as oxygen into the film can be suppressed. Furthermore, when the amorphous Si film formed under such a reaction rate control is recrystallized at a low temperature, the crystal grain size of the film is several times larger than the film formed under the supply rate control. It is also known to grow. Therefore, by forming a thin film in a reaction-controlled state, the inclusion of impurities is small and the Si crystal grain size is large.
As a result, a Si thin film can be obtained, and the characteristics of the thin film semiconductor element can be improved.
【０００８】なお、ＬＰＣＶＤによる薄膜形成において
は、ガス流量を大きくすることによって、気体の供給速
度より拡散速度を大きくして反応律速の状態とすること
ができることも知られている。したがって、上記した反
応のパラメータの中でもとくにガス流量に着目して反応
の制御を行い、反応律速の状態として薄膜を形成するこ
とにより堆積速度が大きくなり、その結果すぐれた特性
を有する薄膜半導体素子がＬＰＣＶＤにより得られるこ
とが理解されよう。It is also known that, in thin film formation by LPCVD, by increasing the gas flow rate, the diffusion rate can be made higher than the gas supply rate to achieve a reaction-controlled state. Therefore, the reaction is controlled by focusing on the gas flow rate among the above reaction parameters, and the deposition rate is increased by forming the thin film as a reaction-controlled state. As a result, a thin film semiconductor device having excellent characteristics is obtained. It will be appreciated that it can be obtained by LPCVD.
【０００９】図５は、ガス流量とSi堆積速度との関係を
示したものであり、ガス流量の増加により堆積速度が増
大することがわかる。FIG. 5 shows the relationship between the gas flow rate and the Si deposition rate. It can be seen that the deposition rate increases as the gas flow rate increases.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、温度や
真空度などの他の条件と異なり、反応炉内の試料基板表
面におけるガス流量を実際に測定することは難しい。そ
のため堆積条件を定める際には、図４中反応炉１内ガス
導入管に設置したガス流量計１２により得られる測定値
で近似しているのが現状である。そのため、従来ＬＰＣ
ＶＤによって薄膜を形成する際に、ガス流量とは試料表
面での値を意味せず炉内導入での値を示しているだけで
あって、実際に起こっている試料表面の反応状態には殆
ど関与していなかった。したがって従来の方法において
は、このような内容のガス流量の値を制御したとして
も、形成される薄膜の膜質の向上には直接繋がらないと
いう難点があった。However, unlike other conditions such as temperature and degree of vacuum, it is difficult to actually measure the gas flow rate on the surface of the sample substrate in the reactor. Therefore, when the deposition conditions are determined, at present, they are approximated by the measurement values obtained by the gas flow meter 12 installed in the gas introduction pipe in the reactor 1 in FIG. Therefore, conventional LPC
When a thin film is formed by VD, the gas flow rate does not mean a value at the sample surface but only a value at the time of introduction into the furnace. Was not involved. Therefore, in the conventional method, there is a problem that even if the value of the gas flow rate having such a content is controlled, it does not directly lead to the improvement of the film quality of the formed thin film.
【００１１】さらに、従来の方法においては、反応炉内
の位置によってガス流が不均一であるという難点もあっ
た。このことは、枚様式のＬＰＣＶＤ装置はもちろん、
試料を一括して処理可能なバッチ式の反応炉においては
とくに顕著にみられており、ガス流がウェハの周辺部の
みを流れてウェハ中央部には流れてこない、または流れ
ても非常にガス流量が小さいという現象が指摘されてい
る。したがって、形成される薄膜の膜厚の不均一などの
不都合を生じていた。Furthermore, the conventional method has a disadvantage that the gas flow is not uniform depending on the position in the reactor. This means, of course, not only single-plate LPCVD equipment,
This is particularly noticeable in batch-type reactors that can process samples all at once.The gas flow only flows around the periphery of the wafer and does not flow to the center of the wafer. It is pointed out that the flow rate is small. Therefore, inconveniences such as unevenness of the thickness of the formed thin film have been caused.
【００１２】図６は、図４に一例として示した従来方法
装置において薄膜形成を行う際の、反応炉内のガス流量
の理論値を計算により求め、その結果をコンピュータグ
ラフィックスにより描いたものである。図６中矢印は各
点での気体の向きと流れの大きさを示している。図６に
示されているように従来方法装置においては、ガス導入
口４から反応炉１内に導入された気体はすぐに拡散し、
その結果気体の流速は激減し、試料表面でのガス流が小
さくかつ不均一になっている。FIG. 6 is a graph showing a theoretical value of a gas flow rate in a reactor when a thin film is formed by the conventional method apparatus shown in FIG. 4 as an example, and the result is drawn by computer graphics. is there. The arrows in FIG. 6 indicate the direction of the gas and the magnitude of the flow at each point. As shown in FIG. 6, in the conventional method apparatus, the gas introduced into the reactor 1 from the gas inlet 4 diffuses immediately,
As a result, the gas flow rate is drastically reduced, and the gas flow on the sample surface is small and non-uniform.
【００１３】図６からも明らかなように、従来方法で
は、たとえガス導入口４に接続されるガス配管部でのガ
ス流量を増大させたとしても、試料２の表面におけるガ
ス流量を増加させることは難しい。As is apparent from FIG. 6, in the conventional method, even if the gas flow rate in the gas pipe connected to the gas inlet 4 is increased, the gas flow rate on the surface of the sample 2 is increased. Is difficult.
【００１４】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
のであり、固体表面において気体を反応させる際に、固
体表面における気体の実効的ガス流量を向上させて均一
なガス流を形成することにより反応の律速条件を制御す
るように構成した、固体表面と気体とを反応させる方法
を提供することをその目的とする。より具体的には、た
とえば絶縁基板または絶縁膜などの固体試料表面にSi薄
膜を形成する際に、反応の律速条件を制御して、すぐれ
た膜質の薄膜を堆積しうる薄膜の形成方法を提供しよう
とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to improve the effective gas flow rate of a gas on a solid surface to form a uniform gas flow when reacting the gas on the solid surface. It is an object of the present invention to provide a method of reacting a gas with a solid surface, wherein the method controls the rate-determining condition of the reaction by the method. More specifically, when forming a Si thin film on the surface of a solid sample such as an insulating substrate or an insulating film, a method for forming a thin film capable of depositing a thin film of excellent film quality by controlling the rate-determining conditions of the reaction is provided. What you want to do.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の方法
は、減圧状態にした反応炉内に配置された固体試料表面
に導入した気体を反応せしめるにあたり、前記固体試料
表面に平行な方向に反応気体を導入口から供給しつつ、
前記導入口近傍に前記固体試料表面の上方から前記反応
気体と同組成の気体を供給し、前記固体試料表面と反応
させることを特徴とする。前記反応気体としては、Ｓｉ
Ｈ4を含むものが挙げられる。本発明の装置は、減圧維
持可能な反応炉と、前記反応炉内に配置され、固体試料
を支持する支持部と、前記固体試料の表面に平行な方向
に反応気体を供給する第１供給手段と、前記第１供給手
段近傍に前記固体試料の表面の上方から、前記反応気体
と同組成の気体を前記第１供給手段と同時に供給する第
２供給手段と、を備えたことを特徴としている。That is, in the method of the present invention, when reacting a gas introduced into the surface of a solid sample placed in a reactor under reduced pressure, the gas reacts in a direction parallel to the surface of the solid sample. While supplying gas from the inlet ,
The reaction is performed from above the solid sample surface near the inlet.
A gas having the same composition as the gas is supplied to react with the surface of the solid sample. As the reaction gas, Si
H 4 -containing ones. The apparatus of the present invention includes a reduced pressure sustainable reactor, wherein disposed in the reaction furnace, a support for supporting a solid sample, first supply means for supplying a reaction gas in a direction parallel to the surface of the solid sample And the first supplier
From above the surface of the solid sample near the step , the reaction gas
And a second supply means for supplying a gas having the same composition as the first supply means simultaneously with the first supply means .
【００１６】本発明において、固体試料表面の上方から
導入される気体は、固体試料表面全面に均一な状態で噴
出されることが好ましく、それは、反応炉上面に多数の
ガス供給ノズルを穿設するなどの手段により達成され
る。In the present invention, the gas introduced from above the surface of the solid sample is preferably jetted uniformly over the entire surface of the solid sample, which is provided with a large number of gas supply nozzles on the upper surface of the reactor. This is achieved by such means.
【００１７】本発明において、固体試料表面の上方から
導入される気体の流量が、平行な方向に供給される気体
の流量の２〜10倍の範囲であることが好ましい。上方か
ら導入される気体の流量が、平行な方向に供給される気
体の流量の２倍より小さい場合には、平行な方向一方向
から気体を供給した場合のように拡散が大きく、試料表
面での反応を充分に増加し得ない。また、10倍を越える
場合には、ガスノズルから吹き付けるような状態とな
り、膜厚のムラを生じたり不均一な結晶成長を起こすな
どの現象を生じるため、膜形成には好ましくない。In the present invention, the flow rate of the gas introduced from above the surface of the solid sample is preferably in the range of 2 to 10 times the flow rate of the gas supplied in the parallel direction. When the flow rate of the gas introduced from above is smaller than twice the flow rate of the gas supplied in the parallel direction, the diffusion is large as in the case where the gas is supplied from one direction in the parallel direction. Cannot be increased sufficiently. On the other hand, when the ratio exceeds 10 times, a state of spraying from a gas nozzle occurs, and a phenomenon such as unevenness of film thickness or uneven crystal growth occurs, which is not preferable for film formation.
【００１８】なお、一例としてこのようなガス流量の関
係は、反応炉容積 250〜6,400,000cm3 の範囲、気体の
総供給量10〜100,000 sccmの範囲で成立することが確認
された。また、反応律速で行うことが好ましい固体試料
表面と気体との反応であれば、固体試料、反応気体の種
類に因らない。たとえば、非晶質Si薄膜形成であれば、
反応気体SiＨ4 、Si2 Ｈ6 、Si3 Ｈ8 などの熱分解によ
るＬＰＣＶＤ、あるいは減圧炉内でプラズマや光を用い
るＰＥＣＶＤや光ＣＶＤなどが好適に実施される。ま
た、反応気体を変えることにより、たとえばGeなどの半
導体薄膜形成へも同様に適用可能である。さらには、薄
膜形成だけではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲
で、たとえばアッシングやドライエッチングなどの技術
に対しても、本発明を種々変形して実施することができ
る。As an example, it has been confirmed that such a relationship between the gas flow rates is established in a reactor volume range of 250 to 6,400,000 cm 3 and a total gas supply amount of 10 to 100,000 sccm. In addition, as long as the reaction between the surface of the solid sample and the gas is preferably performed at a rate-determined rate, it does not depend on the type of the solid sample and the reaction gas. For example, if forming an amorphous Si thin film,
LPCVD by thermal decomposition of a reaction gas such as SiH 4 , Si 2 H 6 , Si 3 H 8 , PECVD or plasma CVD using plasma or light in a reduced pressure furnace is preferably performed. Also, by changing the reaction gas, the present invention can be similarly applied to the formation of a semiconductor thin film such as Ge. Further, the present invention can be variously modified and implemented not only for forming a thin film but also for a technique such as ashing or dry etching without departing from the spirit of the present invention.
【００１９】[0019]
【作用】本発明においては、固体試料表面に平行な方向
に反応気体を供給しつつ、固体試料表面の上方から反応
気体と同組成の気体を噴出させることにより、固体試料
表面に平行な方向に供給された反応気体が導入口近傍で
拡散することを防ぎ、固体試料表面における反応気体の
流量を増大させる。According to the present invention, a gas having the same composition as the reactant gas is ejected from above the solid sample surface while supplying the reactant gas in a direction parallel to the solid sample surface, so that the reactant gas flows in a direction parallel to the solid sample surface. The supplied reaction gas is prevented from diffusing near the inlet, and the flow rate of the reaction gas on the surface of the solid sample is increased.
【００２０】このように２方向から導入される気体の流
量およびび流量比を制御することにより、固体試料表面
での実効流量が向上する。その結果堆積速度が増加して
反応律速の状態とすることができる。反応律速の状態で
反応が行われることにより、たとえばSi薄膜の形成に際
しては良質の膜を得ることができる。By controlling the flow rate and the flow rate ratio of the gas introduced from two directions as described above, the effective flow rate on the surface of the solid sample is improved. As a result, the deposition rate increases, and the reaction can be controlled. By performing the reaction in a reaction-controlled state, a high-quality film can be obtained, for example, when forming a Si thin film.
【００２１】[0021]
【実施例】以下本発明の詳細を図面にしたがって説明す
る。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
【００２２】実施例１ 図１は本発明の方法の一実施例に係わる半導体薄膜形成
装置の概略図である。図１において、反応炉１の内部に
は、試料基板２を載置して加熱するためのヒータ３が設
けられ、反応炉１の側面に設けられたガス導入口４に
は、反応気体を供給するためのガス供給管５が接続され
ている。反応炉１のガス導入口４の反対側の底部には排
気口６が設けられ、ターボ分子ポンプ７、ロータリーポ
ンプ８などの排気機器系が接続されている。反応炉１の
固体試料上面には、上部ガス供給管１０に接続された上
部ガス導入口１１が設けられている。上部ガス導入口１
１は、反応気体を供給するため多数穿設されたノズルに
より構成されている。ガス供給管５および上部ガス供給
管１０にはそれぞれガス流量制御装置１２，上部ガス流
量制御装置１３が設けられ、排気口６と排気機器系７と
の間には圧力調整弁１４が設けられている。Embodiment 1 FIG. 1 is a schematic view of an apparatus for forming a semiconductor thin film according to an embodiment of the method of the present invention. In FIG. 1, a heater 3 for mounting and heating a sample substrate 2 is provided inside a reaction furnace 1, and a reaction gas is supplied to a gas inlet 4 provided on a side surface of the reaction furnace 1. Gas supply pipe 5 is connected. An exhaust port 6 is provided at the bottom of the reaction furnace 1 opposite to the gas inlet 4, and an exhaust system such as a turbo molecular pump 7 and a rotary pump 8 is connected to the exhaust port 6. An upper gas inlet 11 connected to an upper gas supply pipe 10 is provided on the upper surface of the solid sample of the reactor 1. Upper gas inlet 1
Reference numeral 1 denotes a large number of nozzles for supplying a reaction gas. A gas flow control device 12 and an upper gas flow control device 13 are provided in the gas supply pipe 5 and the upper gas supply pipe 10, respectively. A pressure regulating valve 14 is provided between the exhaust port 6 and the exhaust system 7. I have.
【００２３】図１に示した装置を用いた半導体薄膜形成
は以下のように行われる。まず、反応炉１の内部に設け
たヒータ３の上に試料基板２を載置し、温度 550℃に加
熱するとともに排気機器系７，８，および９を作動させ
て、反応炉１内部を真空度１×10-8Torrに到達させた。
次いで、ガス供給管５からSiＨ4 ガス（99.999％）を、
ガス流量 80 sccmで反応炉１の内部に供給するととも
に、上部ガス供給管１０からSiＨ4 ガス（99.999％）
を、ガス流量240 sccmで反応炉１内に噴出させ、真空度
0.4Torrに保ちつつSiを堆積させた。このときのガス供
給管５と上部ガス供給管１０とから供給された反応気体
のガス流量の比は１：３であった。The formation of a semiconductor thin film using the apparatus shown in FIG. 1 is performed as follows. First, the sample substrate 2 is placed on the heater 3 provided inside the reaction furnace 1, heated to a temperature of 550 ° C., and the exhaust equipment systems 7, 8, and 9 are operated to evacuate the inside of the reaction furnace 1. The temperature reached 1 × 10 -8 Torr.
Next, SiH 4 gas (99.999%) is supplied from the gas supply pipe 5.
A gas flow rate of 80 sccm is supplied to the inside of the reactor 1, and a SiH 4 gas (99.999%) is supplied from the upper gas supply pipe 10.
Into the reactor 1 at a gas flow rate of 240 sccm,
Si was deposited while keeping the pressure at 0.4 Torr. At this time, the ratio of the gas flow rates of the reaction gases supplied from the gas supply pipe 5 and the upper gas supply pipe 10 was 1: 3.
【００２４】図２は、図１に示した装置により行った本
実施例において、反応炉内のガス流量の理論値を計算に
より求め、その結果をコンピュータグラフィックスによ
り描いたものである。矢印は各点でのガスの向きと流れ
の大きさを示している。上方からのガス流を加えたこと
により試料表面でのガス流量が大きく、かつほぼ均一と
なっていることが図２からも理解されよう。FIG. 2 is a graph showing the theoretical value of the gas flow rate in the reaction furnace obtained by calculation in the present embodiment performed by the apparatus shown in FIG. 1, and drawing the result by computer graphics. Arrows indicate the direction of gas and the magnitude of flow at each point. It can also be understood from FIG. 2 that the gas flow on the sample surface is large and almost uniform by adding the gas flow from above.
【００２５】このようにして非晶質Si薄膜の堆積後、 6
00℃程度の低温アニールによる再結晶化を行った。得ら
れたSi結晶の粒径は平均数μm にまで増加していた。そ
して、本発明の方法により得られたSi薄膜上にＭＯＳ素
子を作成し、再結晶化膜の膜質を評価した。ＭＯＳ素子
の作成にあたっては、まず本発明の方法によってSi薄膜
堆積後、 600℃で再結晶化し、しかるのちに常法にした
がってゲート絶縁膜、ゲート電極などを形成した。この
ようにして得られたＭＯＳ素子の特性を図３に示した。
図３から明らかなように本発明にしたがって得られたＭ
ＯＳ素子は、移動度、駆動力などが良好であり、本発明
の方法による膜質の向上が確認された。After the deposition of the amorphous Si thin film in this manner, 6
Recrystallization was performed by annealing at a low temperature of about 00 ° C. The grain size of the obtained Si crystal increased to an average of several μm. Then, a MOS device was formed on the Si thin film obtained by the method of the present invention, and the film quality of the recrystallized film was evaluated. In manufacturing a MOS device, first, a Si thin film was deposited by the method of the present invention, and recrystallized at 600 ° C., and thereafter, a gate insulating film, a gate electrode, and the like were formed according to a conventional method. FIG. 3 shows the characteristics of the MOS device thus obtained.
As is evident from FIG. 3, the M obtained according to the invention
The OS element had good mobility, driving force, and the like, and it was confirmed that the film quality was improved by the method of the present invention.
【００２６】なお、本実施例に用いられた装置におい
て、排気口６は反応炉１の底面に設けられているが、反
応炉１のガス導入口４の反対側の側面に設けるようにし
てもよい。In the apparatus used in the present embodiment, the exhaust port 6 is provided on the bottom surface of the reaction furnace 1, but may be provided on the side of the reaction furnace 1 opposite to the gas inlet 4. Good.
【００２７】実施例２ 実施例１と同様にして、石英基板上に再結晶化Si薄膜上
に、ｎ，ｐ両チャンネルを持つＴＦＴを作成し、このＣ
ＭＯＳをドライバーとした液晶ディスプレイを作成し
た。画素数 640× 400、高移動度、低リークといった特
性向上した素子が作成可能となったことにより、アクテ
ィブマトリックス方式の液晶ディスプレイを作成するこ
とができた。Example 2 In the same manner as in Example 1, a TFT having both n and p channels was formed on a recrystallized Si thin film on a quartz substrate.
We created a liquid crystal display using MOS as a driver. An active matrix type liquid crystal display could be created by making it possible to create an element with improved characteristics such as 640 × 400 pixels, high mobility, and low leakage.
【００２８】実施例３ 図８に示す断面図は、図１に示す本発明に係わる装置の
変形例を説明するためのものである。図８において、反
応炉１の底面中央には排気口６が設けられ、その周囲に
は複数の試料基板２，２，…がヒータ３，３，…上に載
置されて配置されている。反応炉１の側面には複数のガ
ス導入口４、４、…が設けられ、それぞれ反応気体を供
給するためのガス供給管５、５、…が接続されている。
反応炉１の固体試料上面には、反応気体を供給するため
多数穿設されたノズルにより構成される上部ガス導入口
１１が設けられている。本装置において実施例１と同様
にSi薄膜形成を行ったところ、膜質良好な薄膜を形成す
ることができた。Embodiment 3 A sectional view shown in FIG. 8 is for explaining a modification of the apparatus according to the present invention shown in FIG. In FIG. 8, an exhaust port 6 is provided at the center of the bottom of the reaction furnace 1, and a plurality of sample substrates 2, 2,... Are placed on the heaters 3, 3,. A plurality of gas inlets 4, 4,... Are provided on the side surface of the reaction furnace 1, and gas supply pipes 5, 5,.
The upper surface of the solid sample of the reaction furnace 1 is provided with an upper gas inlet 11 composed of a large number of nozzles for supplying a reaction gas. When a Si thin film was formed in this apparatus in the same manner as in Example 1, a thin film having good film quality could be formed.
【００２９】比較例 図４に示す従来方法装置により、絶縁基板上に非晶質Si
薄膜を堆積させた。得られた半導体薄膜を用いてＭＯＳ
素子を作成するにあたっては、常法にしたがいゲート絶
縁膜、ゲート電極などを形成した。得られたＭＯＳ素子
の特性を図７に示した。COMPARATIVE EXAMPLE An amorphous Si film was formed on an insulating substrate by the conventional method shown in FIG.
A thin film was deposited. MOS using the obtained semiconductor thin film
In fabricating the device, a gate insulating film, a gate electrode and the like were formed according to a conventional method. FIG. 7 shows the characteristics of the obtained MOS device.
【００３０】図７の特性図を図３に示した本発明による
ＭＯＳ素子の特性図と比較したところ、移動度、駆動力
などが劣っており、本発明によるＭＯＳ素子より膜質低
下が明らかであった。When the characteristic diagram of FIG. 7 is compared with the characteristic diagram of the MOS device according to the present invention shown in FIG. 3, the mobility, the driving force and the like are inferior, and the film quality is clearly lower than that of the MOS device according to the present invention. Was.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、固
体試料表面と気体とを反応させるにあたり反応律速の状
態にすることが可能になるので、膜質のすぐれた半導体
薄膜が容易に得られる。したがって膜質のすぐれた半導
体薄膜がえられることにより、それを用いて作成するＭ
ＯＳ素子などの半導体装置の特性が改善される。As described in detail above, according to the present invention, the reaction between the surface of the solid sample and the gas can be controlled so that the reaction can be controlled. Therefore, a semiconductor thin film having excellent film quality can be easily obtained. Can be Therefore, by obtaining a semiconductor thin film having excellent film quality, the M
Characteristics of a semiconductor device such as an OS element are improved.
【図１】本発明の方法の実施例１に用いる薄膜形成装置
の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a thin film forming apparatus used in a first embodiment of a method of the present invention.
【図２】本発明の方法におけるガス流を示す図である。FIG. 2 is a view showing a gas flow in the method of the present invention.
【図３】本発明の方法により形成した薄膜を備えたＭＯ
Ｓ素子の特性図である。FIG. 3 shows an MO having a thin film formed by the method of the present invention.
It is a characteristic view of an S element.
【図４】従来方法による薄膜形成装置の一例の構成図で
ある。FIG. 4 is a configuration diagram of an example of a thin film forming apparatus according to a conventional method.
【図５】ガス流量とSi堆積速度との関係を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a gas flow rate and a Si deposition rate.
【図６】従来方法におけるガス流を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a gas flow in a conventional method.
【図７】従来方法により形成した薄膜を備えたＭＯＳ素
子の特性図である。FIG. 7 is a characteristic diagram of a MOS device having a thin film formed by a conventional method.
【図８】本発明の方法の実施例３に用いる薄膜形成装置
の構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram of a thin film forming apparatus used in Embodiment 3 of the method of the present invention.
１………反応炉 ２………試料基板 ３………ヒータ ４………ガス導入口 ５………ガス供給管 ６………排気口 ７………ターボ分子ポンプ ８………ロータリーポンプ ９………除害装置 １０……上部ガス供給管 １１……上部ガス導入口 １２……ガス流量制御装置 １３……上部ガス流量制御装置 １４……圧力調整弁 1 reactor 2 sample substrate 3 heater 4 gas inlet 5 gas supply pipe 6 exhaust port 7 turbo molecular pump 8 rotary pump 9 ... abatement device 10 ... upper gas supply pipe 11 ... upper gas inlet 12 ... gas flow control device 13 ... upper gas flow control device 14 ... pressure regulating valve
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/31 C23C 16/00 C30B 25/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/205 H01L 21/31 C23C 16/00 C30B 25/00
Claims (9)
体試料表面に導入した気体を反応せしめるにあたり、前
記固体試料表面に平行な方向に反応気体を導入口から供
給しつつ、前記導入口近傍に前記固体試料表面の上方か
ら前記反応気体と同組成の気体を供給し、前記固体試料
表面と反応させることを特徴とする減圧化学反応方法。When reacting a gas introduced on a surface of a solid sample placed in a reactor under reduced pressure, a reaction gas is supplied from an inlet in a direction parallel to the surface of the solid sample. And a gas having the same composition as the reactant gas is supplied to the vicinity of the inlet from above the surface of the solid sample and reacted with the surface of the solid sample.
特徴とする請求項１記載の減圧化学反応方法。2. The reduced pressure chemical reaction method according to claim 1, wherein the reaction gas contains SiH 4 .
前記気体の流量は、前記固体試料表面に平行な方向に供
給される前記反応気体の流量の２〜１０倍であることを
特徴とする請求項１記載の減圧化学反応方法。3. The flow rate of the gas supplied from above the surface of the solid sample is 2 to 10 times the flow rate of the reaction gas supplied in a direction parallel to the surface of the solid sample. The reduced pressure chemical reaction method according to claim 1.
前記気体は、前記固体試料表面全面に均一な状態で噴出
されることを特徴とする請求項１記載の減圧化学反応方
法。4. The reduced pressure chemical reaction method according to claim 1, wherein the gas supplied from above the surface of the solid sample is jetted uniformly over the entire surface of the solid sample.
に配置され、固体試料を支持する支持部と、前記固体試
料の表面に平行な方向に反応気体を供給する第１供給手
段と、前記第１供給手段近傍に前記固体試料の表面の上
方から、前記反応気体と同組成の気体を前記第１供給手
段と同時に供給する第２供給手段と、を備えたことを特
徴とする減圧化学反応装置。5. A reaction furnace capable of maintaining a reduced pressure, a support portion disposed in the reaction furnace and supporting a solid sample, and first supply means for supplying a reaction gas in a direction parallel to a surface of the solid sample. And a second supply means for supplying a gas having the same composition as the reactive gas simultaneously with the first supply means from above the surface of the solid sample in the vicinity of the first supply means. Chemical reactor.
を制御する第１制御部を含み、前記第２供給手段は前記
気体の流量を制御する第２制御部を含むことを特徴とす
る請求項５記載の減圧化学反応装置。6. The method according to claim 1, wherein the first supply unit includes a first control unit that controls a flow rate of the reaction gas, and the second supply unit includes a second control unit that controls a flow rate of the gas. The reduced pressure chemical reactor according to claim 5.
気体の流量は、前記第１供給手段により供給される前記
反応気体の流量の２〜１０倍に制御されることを特徴と
する請求項６記載の減圧化学反応装置。7. The flow rate of the gas supplied by the second supply means is controlled to be 2 to 10 times the flow rate of the reaction gas supplied by the first supply means. 7. The reduced pressure chemical reactor according to 6.
り構成され、前記固体試料の表面の全面に均一に配置さ
れることを特徴とする請求項５記載の減圧化学反応装
置。8. The reduced pressure chemical reaction apparatus according to claim 5, wherein said second supply means is constituted by a number of nozzles and is uniformly arranged on the entire surface of said solid sample.
とする請求項５記載の減圧化学反応装置。9. The reduced pressure chemical reaction apparatus according to claim 5, wherein the support includes a heater.
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