JP3428767B2 - Deposition method of polycrystalline Si thin film - Google Patents

Deposition method of polycrystalline Si thin film

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JP3428767B2
JP3428767B2 JP05105695A JP5105695A JP3428767B2 JP 3428767 B2 JP3428767 B2 JP 3428767B2 JP 05105695 A JP05105695 A JP 05105695A JP 5105695 A JP5105695 A JP 5105695A JP 3428767 B2 JP3428767 B2 JP 3428767B2
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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】本発明は、多結晶Si薄膜の堆積
法に係る。より詳細には、結晶性が良く、かつ導電率の
高い多結晶Si薄膜の堆積法に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for depositing a polycrystalline Si thin film. More specifically, it relates to a method for depositing a polycrystalline Si thin film having good crystallinity and high conductivity.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、多結晶Si薄膜の堆積法として
は、次に示す(a)と(b)の2つの方法があった。 (a)SiH4等のガスを高温に加熱した基板上に吹き
出し、ガスを分解することによって、堆積種を生成し、
基板上に多結晶Si薄膜を形成する熱CVD法。 (b)CVD法又はグロー放電プラズマ分解法により、
基板上に作製した非晶質Si膜又は粒径の小さな多結晶
Si膜を、レーザー光照射、赤外光照射、又は、電気炉
等で加熱溶融した後、冷却処理することにより、基板上
に多結晶Si薄膜を形成するCVD法とアニール処理を
組み合わせた方法。
2. Description of the Related Art Conventionally, there have been the following two methods (a) and (b) for depositing a polycrystalline Si thin film. (A) A gas such as SiH 4 is blown onto a substrate heated to a high temperature, and the gas is decomposed to generate a deposition species,
A thermal CVD method for forming a polycrystalline Si thin film on a substrate. (B) By the CVD method or the glow discharge plasma decomposition method,
An amorphous Si film or a polycrystalline Si film with a small grain size produced on a substrate is laser-irradiated, infrared-irradiated, or is heated and melted in an electric furnace or the like, and then cooled to form a substrate. A method combining a CVD method for forming a polycrystalline Si thin film and an annealing treatment.

【0003】しかしながら、上記(a)と(b)の方法
は、多結晶Si薄膜を作製する際、1000℃程度ある
いはそれ以上の熱処理が必要である。そのため、多結晶
Si薄膜を作製する基板としては、通常のガラス又は金
属等が使えないという問題があった。したがって、50
0℃以下の低温プロセスで多結晶Si薄膜を堆積する方
法が望まれていた。
However, the above methods (a) and (b) require heat treatment at about 1000 ° C. or higher when producing a polycrystalline Si thin film. Therefore, there is a problem that ordinary glass or metal cannot be used as a substrate for forming a polycrystalline Si thin film. Therefore, 50
A method of depositing a polycrystalline Si thin film by a low temperature process of 0 ° C. or lower has been desired.

【0004】上記低温プロセスを実現する方法として
は、例えば、熱の代わりに放電又は光を用いて、ガスの
分解を行う方法(c)が考案されている。
As a method of realizing the above-mentioned low temperature process, for example, a method (c) of decomposing gas by using discharge or light instead of heat has been devised.

【0005】その代表的なガスの分解方法としては、プ
ラズマCVD法及び光CVD法が挙げられる。プラズマ
CVD法は、膜の堆積速度が速い点で光CVD法より秀
れている。通常、これらの方法では、SiH4ガス,S
iF4ガス,Si26ガス等の原料ガスをH2ガスで大希
釈し、放電電力を大きくした場合、300〜450℃の
低温にある基板上においても多結晶Si薄膜が作製でき
る。
As a typical gas decomposition method, there are a plasma CVD method and a photo CVD method. The plasma CVD method is superior to the photo CVD method in that the film deposition rate is high. Usually, in these methods, SiH 4 gas, S
When the raw material gas such as iF 4 gas and Si 2 H 6 gas is largely diluted with H 2 gas and the discharge power is increased, a polycrystalline Si thin film can be formed even on a substrate at a low temperature of 300 to 450 ° C.

【0006】しかしながら、上記(c)の方法で作製し
た多結晶Si薄膜には、多量の非晶質Si部分も含まれ
ている。そのため、光電変換特性が悪く、結晶粒径も5
0以下となる問題があった。その理由は、グロー放電プ
ラズマという非平衡反応で形成された堆積種が基板上に
降りそそぎ、膜中に取り込まれるため、形成された薄膜
の構造緩和が十分に行われないためと考えられている。
したがって、低温プロセスを維持した状態で、かつ、上
記の構造緩和も十分に行うことが可能な多結晶Si薄膜
の堆積法が望まれていた。
However, the polycrystalline Si thin film produced by the above method (c) also contains a large amount of amorphous Si portions. Therefore, the photoelectric conversion characteristics are poor and the crystal grain size is 5
There was a problem that it was 0 or less. The reason is believed to be that the deposited species formed by the non-equilibrium reaction of glow discharge plasma fall on the substrate and are taken into the film, so that the structural relaxation of the formed thin film is not sufficiently performed. .
Therefore, there has been a demand for a method of depositing a polycrystalline Si thin film that can sufficiently perform the above structural relaxation while maintaining a low temperature process.

【0007】上記の低温プロセスと構造緩和とを同時に
実現する方法としては、例えば、成膜を行っている際
に、途中で原料ガスの供給を停止するか、又は、原料ガ
スが供給されていない別のプラズマ空間に基板を移動さ
せることにより、薄膜の堆積を周期的に停止し、成膜途
中にある薄膜の表面をH2プラズマに曝すことによっ
て、原子状水素の化学的アニーリング作用で構造緩和を
行い、薄膜の結晶性を向上させる方法(d)が提案され
ている。
As a method of simultaneously realizing the above-mentioned low temperature process and structural relaxation, for example, during the film formation, the supply of the raw material gas is stopped midway, or the raw material gas is not supplied. By moving the substrate to another plasma space, the deposition of the thin film is stopped periodically, and the surface of the thin film in the process of film formation is exposed to H 2 plasma to relax the structure by the chemical annealing action of atomic hydrogen. A method (d) for improving the crystallinity of the thin film is proposed.

【0008】しかしながら、上記(d)の方法で作製し
た多結晶Si薄膜では、原料ガスにPH3,B26,又
はBF3等のドーピングガスを混入させ、n型又はp型
の多結晶Si薄膜を作製する場合、その薄膜の結晶化率
が著しく低下し、良好なn型又はp型の多結晶Si薄膜
を得るのは困難であるという問題があった。但し、ドー
ピングガスを混入させず、原料ガスのみ用いて多結晶S
i薄膜を作製する場合には、結晶性の良好な膜が得られ
た。
However, in the polycrystalline Si thin film produced by the above method (d), a doping gas such as PH 3 , B 2 H 6 or BF 3 is mixed in the source gas to produce an n-type or p-type polycrystalline film. When producing a Si thin film, the crystallization rate of the thin film is remarkably reduced, and it is difficult to obtain a good n-type or p-type polycrystalline Si thin film. However, the polycrystalline S is prepared by using only the source gas without mixing the doping gas.
When an i thin film was produced, a film with good crystallinity was obtained.

【0009】したがって、原料ガスにドーピングガスを
混入させ、n型又はp型の多結晶Si薄膜を作製する場
合にも、結晶性の良好な多結晶Si薄膜の堆積法が望ま
れていた。
Therefore, even when a doping gas is mixed with a source gas to produce an n-type or p-type polycrystalline Si thin film, a method of depositing a polycrystalline Si thin film having good crystallinity has been desired.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、低温プロセ
スを維持した状態で、薄膜の構造緩和も十分に行うこと
ができ、かつ、原料ガスにドーピングガスを混入させ、
n型又はp型の多結晶Si薄膜を作製する場合にも、結
晶性の良好な多結晶Si薄膜が得られる堆積法を提供す
ることを目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION According to the present invention, the structure of a thin film can be sufficiently relaxed while maintaining a low temperature process, and a doping gas is mixed with a source gas,
An object of the present invention is to provide a deposition method by which a polycrystalline Si thin film having good crystallinity can be obtained even when producing an n-type or p-type polycrystalline Si thin film.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の多結晶Si薄膜
の堆積法は、成膜空間に隣接された別の空間で、水素ガ
スにマイクロ波電力を印加し、予め生成された原子状の
水素を用いて、原料ガスとドーピングガスを分解し、膜
生成用のラジカルを生起させることによって、前記成膜
空間にある基板の表面上に多結晶Si薄膜を形成する堆
積法において、前記水素ガスが常に流され、前記マイク
ロ波電力が常に印加された状態の前記別の空間に、前記
原料ガスと前記ドーピングガスを時間的に分割して導入
し、前記原料ガスと前記水素ガスが流れている時間
(t1)、前記ドーピングガスと前記水素ガスが流れ
ている時間(t2)、及び、前記水素ガスのみが流れ
ている時間(t3)からなる3種類の時間を繰り返しな
がら成膜することを特徴とする。
The method of depositing a polycrystalline Si thin film according to the present invention comprises applying a microwave power to hydrogen gas in another space adjacent to a film forming space to generate a pre-generated atomic state. In a deposition method of decomposing a source gas and a doping gas using hydrogen to generate radicals for forming a film, thereby forming a polycrystalline Si thin film on the surface of a substrate in the film formation space, the hydrogen gas Is always flowed, the raw material gas and the doping gas are temporally divided and introduced into the separate space where the microwave power is always applied, and the raw material gas and the hydrogen gas are flowing. time (t 1), the doping gas and the hydrogen time gas is flowing (t 2), and is deposited by repeating three times consisting of the time only hydrogen gas is flowing (t 3) Characterized by That.

【0012】また、本発明の多結晶Si薄膜の堆積法で
は、前記t3は、10秒以上50秒以下であることが好
ましい。
In the method of depositing a polycrystalline Si thin film of the present invention, t 3 is preferably 10 seconds or more and 50 seconds or less.

【0013】さらに、本発明の多結晶Si薄膜の堆積法
では、前記原料ガスとしては、SiF4またはSiH
4が、前記ドーピングガスとしては、PH3またはBF3
が好適に用いられる。
Further, in the method for depositing a polycrystalline Si thin film of the present invention, the source gas is SiF 4 or SiH.
4 is PH 3 or BF 3 as the doping gas.
Is preferably used.

【0014】[0014]

【作用】[Action]

(請求項1)請求項1に係る発明では、薄膜形成中の成
膜空間に隣接された別の空間内には、水素ガスが常に流
され、かつ、マイクロ波電力が常に印加された状態にあ
る。この状態において、原料ガスとドーピングガスは断
続的に、かつ、時間的にずらして前記別の空間内に導入
した。
(Claim 1) In the invention according to claim 1, hydrogen gas is constantly flowed and microwave power is always applied in another space adjacent to the film formation space during thin film formation. is there. In this state, the source gas and the doping gas were introduced into the separate space intermittently and with a temporal shift.

【0015】その結果、原料ガスと水素ガスが流れてい
る間(t1)は成膜を、ドーピングガスと水素ガスが流
れている間(t2)は不純物拡散を、かつ、水素ガスの
み流れている間(t3)は膜表面に対して水素プラズマ
処理を行うことが可能となった。
As a result, film formation is performed while the source gas and hydrogen gas are flowing (t 1 ), impurity diffusion is performed while the doping gas and hydrogen gas are flowing (t 2 ), and only hydrogen gas is flown. During this time (t 3 ), it became possible to perform hydrogen plasma treatment on the film surface.

【0016】ゆえに、このガスを流す時分割処理によっ
て、低温プロセスを維持した状態で、薄膜の構造緩和も
十分に行うことができ、かつ、原料ガスにドーピングガ
スを混入させ、n型又はp型の多結晶Si薄膜を作製す
る場合にも、結晶性の良好な多結晶Si薄膜が形成でき
る堆積法が得られた。
Therefore, by the time-divisional process of flowing this gas, the structure of the thin film can be sufficiently relaxed while the low temperature process is maintained, and the doping gas is mixed with the source gas to form the n-type or p-type. Even in the case of producing the polycrystalline Si thin film, the deposition method capable of forming the polycrystalline Si thin film having good crystallinity was obtained.

【0017】(請求項2)請求項2に係る発明では、前
記t3が10秒以上50秒以下であるため、結晶性が良
好で、かつ導電率が高い多結晶Si薄膜が形成できる堆
積法が得られた。
(Aspect 2) In the invention according to aspect 2, since the t 3 is 10 seconds or more and 50 seconds or less, a deposition method capable of forming a polycrystalline Si thin film having good crystallinity and high conductivity. was gotten.

【0018】(請求項3)請求項3に係る発明では、前
記原料ガスが、SiF4またはSiH4であるため、作製
コストが安く、かつ結晶性が良いという特徴を有する多
結晶Si薄膜が形成できる堆積法が得られた。
(Claim 3) In the invention according to claim 3, since the raw material gas is SiF 4 or SiH 4 , a polycrystalline Si thin film is formed which is characterized by low manufacturing cost and good crystallinity. A possible deposition method was obtained.

【0019】(請求項4)請求項4に係る発明では、前
記ドーピングガスが、PH3またはBF3であるため、作
製コストが安く、結晶性が良く、かつ導電性が高いとい
う特徴を有する多結晶Si薄膜が形成できる堆積法が得
られた。
(Claim 4) In the invention according to claim 4, since the doping gas is PH 3 or BF 3 , the manufacturing cost is low, the crystallinity is good, and the conductivity is high. A deposition method capable of forming a crystalline Si thin film was obtained.

【0020】[0020]

【実施態様例】[Example embodiment]

(多結晶Si薄膜を形成する堆積法)本発明における多
結晶Si薄膜を形成する堆積法としては、例えば、図1
及び図2に示すものが挙げられる。図1は本堆積法のタ
イムチャートであり、図2は本堆積法で用いた成膜装置
の概略図である。
(Deposition Method for Forming Polycrystalline Si Thin Film) As a deposition method for forming a polycrystalline Si thin film in the present invention, for example, FIG.
And those shown in FIG. 2. FIG. 1 is a time chart of the present deposition method, and FIG. 2 is a schematic diagram of a film forming apparatus used in the present deposition method.

【0021】以下では、図1を参照して、3種類のガス
を導入するタイミングと、マイクロ波電力を印加するタ
イミングに関して説明する。
In the following, with reference to FIG. 1, the timing of introducing three kinds of gas and the timing of applying microwave power will be described.

【0022】薄膜形成中の成膜空間に隣接された別の空
間内には、水素ガスが常に流され、かつ、マイクロ波電
力が常に印加された状態にある。この状態において、原
料ガスを断続的に流す。原料ガスを流している間は成膜
がなされ、原料ガスの導入が停止されている間は水素プ
ラズマ処理がなされ、膜の構造緩和が行われる。
In another space adjacent to the film-forming space during thin film formation, hydrogen gas is constantly flown and microwave power is always applied. In this state, the source gas is flowed intermittently. Film formation is performed while the source gas is flowing, and hydrogen plasma treatment is performed while the introduction of the source gas is stopped to relax the structure of the film.

【0023】一方、ドーピングガスを原料ガスと共に流
すと、ドーピングガスの分解生成物あるいは該ドーピン
グガスの分解生成物とHラジカルとの反応生成物と、原
料ガスの分解生成物あるいは該原料ガスの分解生成物と
Hラジカルとの反応生成物との気相反応が起こるため
か、ドーピングガスを流さない時に比べ、膜の結晶性が
著しく低下する。この場合、1サイクル当たりの水素プ
ラズマ処理の時間を十分に長くしても、結晶性の向上は
難しい。
On the other hand, when the doping gas is supplied together with the source gas, the decomposition product of the doping gas or the reaction product of the decomposition product of the doping gas and H radicals, the decomposition product of the source gas or the decomposition of the source gas. The crystallinity of the film is remarkably lowered as compared with the case where the doping gas is not flowed, probably because the gas phase reaction between the reaction product of the product and H radical occurs. In this case, it is difficult to improve the crystallinity even if the hydrogen plasma treatment time per cycle is sufficiently long.

【0024】そこで、本発明では図1に示すとおり、原
料ガスとドーピングガスとの導入を時間的にずらした。
その結果、気相中でのドーピングガスの分解生成物と原
料ガスの分解生成物との反応を抑えることができ、ドー
ピングガスを導入することによる、結晶性の著しい低下
を防止することができた。
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 1, the introduction of the source gas and the doping gas is staggered in time.
As a result, it was possible to suppress the reaction between the decomposition product of the doping gas and the decomposition product of the source gas in the gas phase, and it was possible to prevent the crystallinity from significantly lowering due to the introduction of the doping gas. .

【0025】以下では、図2を参照して、成膜装置の詳
細に関して説明する。1は成膜用の真空チャンバーであ
る。2は真空チャンバー1の排気管で、ガスの流れを均
一にするため2本の管よりなっており、最終的に1本に
連結され真空排気装置4に接続されている。排気管2の
途中には、圧力調整用の電動バタフライバルブ3が接続
されており、圧力計5の信号をもとに圧力調整器6によ
り所望の圧力になるように開閉度が調整される。
The details of the film forming apparatus will be described below with reference to FIG. Reference numeral 1 is a vacuum chamber for film formation. Reference numeral 2 denotes an exhaust pipe of the vacuum chamber 1, which is composed of two pipes in order to make the gas flow uniform, and is finally connected to one and connected to the vacuum exhaust device 4. An electric butterfly valve 3 for pressure adjustment is connected in the middle of the exhaust pipe 2, and the degree of opening and closing is adjusted by a pressure adjuster 6 based on a signal from a pressure gauge 5 so that a desired pressure is obtained.

【0026】7は基板支持台で、その表面に成膜用の基
板8が置かれている。基板支持台7にはヒーター10を
うめこんだヒーターブロック9が設置されており、基板
8を所望の温度に加熱されるため使用される。11はヒ
ーターブロック9上にとりつけられた熱電対で、ヒータ
ーブロック9の温度を測定している。基板8の表面温度
を所望の温度にするため温度コントローラー12によ
り、ヒーターブロック9の温度をあらかじめ校正された
所定値になるように制御されている。
Reference numeral 7 denotes a substrate support, on the surface of which a substrate 8 for film formation is placed. A heater block 9 containing a heater 10 is installed on the substrate support 7, and is used for heating the substrate 8 to a desired temperature. Reference numeral 11 is a thermocouple mounted on the heater block 9 to measure the temperature of the heater block 9. In order to bring the surface temperature of the substrate 8 to a desired temperature, the temperature controller 12 controls the temperature of the heater block 9 to a predetermined value that is calibrated in advance.

【0027】13は、ベロース管で、基板支持台7の位
置が図2の上下方向に動けるように取り付けている。基
板支持台7は電気的に真空チャンバー1に接続されてい
る。
Numeral 13 is a bellows tube which is mounted so that the position of the substrate support base 7 can be moved in the vertical direction in FIG. The substrate support base 7 is electrically connected to the vacuum chamber 1.

【0028】15はマイクロ波空洞でガス導入管16よ
り導入されるガスを、マイクロ波導入窓28を通して導
入される。マイクロ波電力により励起し、プラズマグロ
ー放電を生起させ、原子状水素を生成する。
Reference numeral 15 denotes a microwave cavity into which the gas introduced from the gas introduction pipe 16 is introduced through the microwave introduction window 28. It is excited by microwave power to generate plasma glow discharge and generate atomic hydrogen.

【0029】17は水素ガス流量を制御するための流量
制御器であり、バルブ18を介してガス管19により水
素ガス用の圧力調整器(不図示)及び水素ガスボンベ
(不図示)に接続されている。
Reference numeral 17 denotes a flow rate controller for controlling the flow rate of hydrogen gas, which is connected to a pressure regulator (not shown) for hydrogen gas and a hydrogen gas cylinder (not shown) by a gas pipe 19 via a valve 18. There is.

【0030】生成された原子状水素は、リング状のガス
吹き出し管20より導入される原料ガス及びドーピング
ガスと衝突反応し、該原料ガス及び該ドーピングガスを
分解及び反応し、膜堆積能を有するラジカルを生成す
る。
The produced atomic hydrogen collides with the source gas and the doping gas introduced from the ring-shaped gas blowing pipe 20, and decomposes and reacts with the source gas and the doping gas to have a film depositing ability. Generate radicals.

【0031】21はガス吹き出し管20へガスを導入す
るためのガス導入管で、途中二つに分かれ、原料ガスの
流量制御器22及びドーピングガスの流量制御器25に
それぞれ接続されている。
Reference numeral 21 denotes a gas introduction pipe for introducing gas into the gas blowing pipe 20, which is divided into two on the way and is connected to a source gas flow controller 22 and a doping gas flow controller 25, respectively.

【0032】原料ガスの流量制御器22はバルブ23を
介してガス管24により、原料ガス用の圧力調整器(不
図示)及び原料ガスボンベ(不図示)に接続されてい
る。ドーピングガスの流量制御器25はバルブ26を介
してガス管27により、ドーピングガス用の圧力調整器
(不図示)及びドーピングガスボンベ(不図示)に接続
されている。
The raw material gas flow rate controller 22 is connected to a raw material gas pressure regulator (not shown) and a raw material gas cylinder (not shown) by a gas pipe 24 via a valve 23. The doping gas flow controller 25 is connected to a doping gas pressure regulator (not shown) and a doping gas cylinder (not shown) by a gas pipe 27 via a valve 26.

【0033】29は、テーパーをつけた変換導波管で、
マイクロ波電力の損失が少なくマイクロ波空洞15に導
入されるようにテーパーをつけてある。30は、マイク
ロ波の電力モニター用の導波管で、入射電力モニター用
の検出器31及び反射電力モニター用の検出器33が取
り付けられている。各検出器31と33はそれぞれメー
ター32,34に接続され、入射電力及び反射電力がモ
ニターできるようになっている。
29 is a tapered conversion waveguide,
It is tapered so that the microwave power is less lost and is introduced into the microwave cavity 15. Reference numeral 30 denotes a waveguide for microwave power monitoring, to which a detector 31 for incident power monitor and a detector 33 for reflected power monitor are attached. The detectors 31 and 33 are connected to meters 32 and 34, respectively, so that incident power and reflected power can be monitored.

【0034】35は、マイクロ波整合器で、負荷との整
合をとるために用いられる。36は、接続用の導波管で
ある。37は、アイソレータで、反射電力がマイクロ波
電源38に入るのを防止している。
Reference numeral 35 denotes a microwave matching device, which is used for matching with a load. Reference numeral 36 is a waveguide for connection. An isolator 37 prevents reflected power from entering the microwave power source 38.

【0035】(原料ガス)本発明における原料ガスとし
ては、例えば、Si元素を含んだ水素化物、ハロゲン化
物、あるいは一部の水素がハロゲン化したSi水素化物
が挙げられる。具体的には、SiH4,Si26,Si3
8,SiF4,Si26,SiCl4,Si2Cl6,S
iH2Cl2,SiH22,SiHCl3,SiHF3等が
代表的なものである。
(Raw material gas) The raw material gas in the present invention includes, for example, a hydride containing a Si element, a halide, or a Si hydride in which a part of hydrogen is halogenated. Specifically, SiH 4 , Si 2 H 6 , Si 3
H 8, SiF 4, Si 2 F 6, SiCl 4, Si 2 Cl 6, S
Typical examples are iH 2 Cl 2 , SiH 2 F 2 , SiHCl 3 , and SiHF 3 .

【0036】(ドーピングガス)本発明におけるn型の
Si膜を作製するためのドーピングガスとしては、例え
ば、周期律表のV族の元素を含むガスが挙げられる。具
体的には、PH3,PF5,PF3,AsH3,AsF3
AsF5,PCl3,PCl5,AsCl3,AsCl5
411P,C411As等が用いられる。また、p型の
Si膜を作製するためのドーピングガスとしては、例え
ば、周期律表のIII族の元素を含むガスが挙げられ
る。具体的には、BF3,B26,Al(CH33,A
l(C253,BCl3,BBr3,B(CH33,B
(C253等が用いられる。
(Doping Gas) As a doping gas for producing the n-type Si film in the present invention, for example, a gas containing an element of Group V of the periodic table can be mentioned. Specifically, PH 3 , PF 5 , PF 3 , AsH 3 , AsF 3 ,
AsF 5 , PCl 3 , PCl 5 , AsCl 3 , AsCl 5 ,
C 4 H 11 P, C 4 H 11 As and the like are used. Further, as a doping gas for forming the p-type Si film, for example, a gas containing a Group III element of the periodic table can be mentioned. Specifically, BF 3 , B 2 H 6 , Al (CH 3 ) 3 , A
l (C 2 H 5 ) 3 , BCl 3 , BBr 3 , B (CH 3 ) 3 , B
(C 2 H 5 ) 3 or the like is used.

【0037】(結晶性の評価)本発明における結晶性の
評価としては、例えば、X線回折法とラマン分光法を用
いた。
(Evaluation of Crystallinity) For the evaluation of crystallinity in the present invention, for example, X-ray diffraction method and Raman spectroscopy method were used.

【0038】X線回折法では、Siの(220)面、
(111)面、及び(311)面に起因する各回折強度
を調べた。
In the X-ray diffraction method, the Si (220) plane,
Each diffraction intensity due to the (111) plane and the (311) plane was examined.

【0039】ラマン分光法では、光源がAr+レーザか
らなる装置を用いた。X線回折法と併用してラマン分光
法を行った理由は、X線回折法の測定結果が、実際の結
晶構造と、どのように関連しているかを調べるためであ
る。ラマン分光法の測定結果、すなわち、結晶Siに起
因する520cm-1付近の鋭いピークと、アモルファス
Siに起因する480cm-1付近のブロードなピークと
の積分強度比から、結晶化している割合を推定した。
In Raman spectroscopy, a device whose light source was an Ar + laser was used. The reason why Raman spectroscopy was performed in combination with the X-ray diffraction method is to investigate how the measurement results of the X-ray diffraction method relate to the actual crystal structure. The ratio of crystallization is estimated from the measurement results of Raman spectroscopy, that is, the integrated intensity ratio of the sharp peak near 520 cm −1 due to crystalline Si and the broad peak near 480 cm −1 due to amorphous Si. did.

【0040】上記520cm-1付近の鋭いピークが結晶
Siに起因するものであることは、結晶Siウェハの測
定により同定した。同様に、上記480cm-1付近のブ
ロードなピークがアモルファスSiに起因するものであ
ることは、通常のSiH4ガスを用いたグロー放電プラ
ズマで作製したアモルファスSi膜の測定により同定し
た。また、上記結晶Siウェハ及びアモルファスSi膜
の構造は、電子線回折像でも確認した。
The fact that the sharp peak near 520 cm -1 is due to crystalline Si was identified by measuring a crystalline Si wafer. Similarly, the fact that the broad peak near 480 cm −1 is due to amorphous Si was identified by measurement of an amorphous Si film produced by glow discharge plasma using ordinary SiH 4 gas. The structures of the crystalline Si wafer and the amorphous Si film were also confirmed by electron beam diffraction images.

【0041】本発明の堆積法を用いて作製した試料で
は、上記ラマン分光法の測定において、結晶化している
割合が増加するにしたがい、X線回折法の測定における
Siの(220)面からの回折強度が大きくなる結果が
得られた。また、試料の膜厚が、700nm〜900n
mの範囲にある場合は、Siの(220)面からの回折
強度が300カウント/秒(以下cpsと略す)を越え
ると、上記ラマン分光法の測定において、アモルファス
Siに起因する480cm-1付近のピークは検出されな
くなった。この結果から、300cps以上のX線回折
強度が得られた試料においては、ほぼ100%結晶化し
ていると判断した。
In the sample manufactured by the deposition method of the present invention, the ratio of crystallization in the Raman spectroscopic measurement was increased, and therefore, from the (220) plane of Si in the X-ray diffraction measurement. The result that the diffraction intensity was increased was obtained. Moreover, the film thickness of the sample is 700 nm to 900 n.
In the range of m, when the diffraction intensity from the (220) plane of Si exceeds 300 counts / second (abbreviated as cps hereinafter), the Raman spectroscopic measurement shows that 480 cm −1 due to amorphous Si. No longer detected. From this result, it was determined that the sample in which the X-ray diffraction intensity of 300 cps or more was obtained was almost 100% crystallized.

【0042】したがって、結晶化の割合から考えて望ま
しい多結晶Si薄膜は、膜厚が700nm〜900nm
の範囲にある場合、Siの(220)面からの回折強度
が300cps以上の試料である。
Therefore, in view of the crystallization rate, a desirable polycrystalline Si thin film has a film thickness of 700 nm to 900 nm.
In the range of 1, the sample has a diffraction intensity from the Si (220) plane of 300 cps or more.

【0043】(導電率の評価)本発明における導電率の
評価としては、四端子法を用いた。本発明の実施例1〜
4の各成膜条件下で、実際にSi膜中に取り込まれたP
(リン)又はB(ホウ素)の量は、二次イオン質量分析
計(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometer)を
用いた測定では同じ値、すなわち1〜2×1019cm-3
であったが、各試料の導電率は大きく異なっていた。
(Evaluation of Conductivity) The four-terminal method was used to evaluate the conductivity in the present invention. Examples 1 to 1 of the present invention
Under each film forming condition of No. 4, P actually incorporated in the Si film
The amount of (phosphorus) or B (boron) is the same in the measurement using a secondary ion mass spectrometer (SIMS), that is, 1 to 2 × 10 19 cm −3.
However, the conductivity of each sample was significantly different.

【0044】一方、通常のSiH4ガスを用いたグロー
放電プラズマで作製したアモルファスSi膜の導電率の
最高値は、P(リン)をドーピングしたN型の試料では
2S/cmであり、B(ホウ素)ドーピングしたP型の
試料では2×10-3S/cmであった。
On the other hand, the maximum conductivity of the amorphous Si film produced by glow discharge plasma using ordinary SiH 4 gas is 2 S / cm for the N type sample doped with P (phosphorus), and B ( It was 2 × 10 −3 S / cm for the P-type sample doped with boron).

【0045】したがって、本発明では、P(リン)をド
ーピングしたN型の試料では、導電率が2S/cmより
大きな多結晶Si薄膜の堆積法が得られる条件を検討し
た。また、同様に、B(ホウ素)ドーピングしたP型の
試料では、導電率が2×10 -3S/cmより大きな多結
晶Si薄膜の堆積法が得られる条件を検討した。
Therefore, in the present invention, P (phosphorus) is
The conductivity of the lapped N-type sample is more than 2 S / cm.
Consider the conditions for obtaining a large polycrystalline Si thin film deposition method.
It was Similarly, in the case of P type doped with B (boron),
The sample has a conductivity of 2 × 10 -3Multiple connections larger than S / cm
The conditions under which the deposition method of the crystalline Si thin film was obtained were examined.

【0046】[0046]

【実施例】【Example】

(実施例1)本例では、図1に示したとおり原料ガスと
ドーピングガスを時間的に分割して成膜空間に導入する
効果に関して検討する。図2の成膜装置を用いて、ガラ
ス基板上に、P(リン)をドーピングした多結晶Si薄
膜を堆積した。
(Example 1) In this example, as shown in FIG. 1, the effect of introducing the source gas and the doping gas into the film formation space by temporally dividing them will be examined. A polycrystalline Si thin film doped with P (phosphorus) was deposited on a glass substrate using the film forming apparatus shown in FIG.

【0047】以下では、多結晶Si薄膜の作製方法を手
順にしたがって説明する。 (1)無Na(ナトリウム)ガラスを有機溶剤(アセト
ン及びイソプロピルアルコール)で洗浄した後、基板支
持台7に取り付け、真空排気装置でチャンバー1の室内
を3×10-6Torr以下の圧力まで引いた。また、基
板8の表面温度が350℃になるようにヒーターで加熱
した。 (2)H2ガスをガス導入管16より、流量制御装置1
7を介して15sccm流した。圧力コントローラー
(不図示)を用いて、チャンバー1の内圧を400mT
orrに設定した。 (3)チャンバー1の内圧が400mTorrに安定し
たところでマイクロ波電力を400W印加し、水素ガス
によるグロー放電プラズマを生起した。放電が安定した
ところで、次の成膜工程に移った。 (4)成膜工程は、次の〜の3つのプロセスからな
り、これらを→→→の順に90回繰り返し、P
(リン)をドーピングした多結晶Si薄膜を堆積した。 原料ガスとして、SiF4ガス(流量100scc
m)を、ガス吹き出し管20からチャンバー1の室内に
10秒間導入し、多結晶Si薄膜を堆積する。 原料ガスのチャンバー1への導入を停止し、ドーピ
ングガスとして、H2ガスで2%に希釈したPH3ガス
(流量1sccm)を、ガス吹き出し管20からチャン
バー1の室内に10秒間導入し、堆積膜にP(リン)を
ドーピングする。 ドーピングガスのチャンバー1への導入を停止し、
水素ガスのみチャンバー1の室内に10秒間導入し、水
素プラズマにより堆積膜の表面処理を行う。
The method for producing a polycrystalline Si thin film will be described below in accordance with the procedure. (1) After cleaning Na-free (sodium) glass with an organic solvent (acetone and isopropyl alcohol), it is attached to the substrate support 7 and the chamber 1 is evacuated to a pressure of 3 × 10 −6 Torr or less with a vacuum exhaust device. It was Further, the substrate 8 was heated by a heater so that the surface temperature of the substrate 8 became 350 ° C. (2) Flow control device 1 for H 2 gas from gas introduction pipe 16
Flowed through 7 through 15 sccm. Using a pressure controller (not shown), set the internal pressure of chamber 1 to 400 mT
set to orr. (3) When the internal pressure of the chamber 1 was stabilized at 400 mTorr, 400 W of microwave power was applied to generate glow discharge plasma by hydrogen gas. When the discharge became stable, the next film forming process was started. (4) The film forming process is composed of the following three processes, which are repeated 90 times in the order of →→→, and P
A (Si) -doped polycrystalline Si thin film was deposited. As a source gas, SiF 4 gas (flow rate 100 scc
m) is introduced into the chamber 1 through the gas blowing pipe 20 for 10 seconds to deposit a polycrystalline Si thin film. The introduction of the source gas into the chamber 1 was stopped, and PH 3 gas (flow rate 1 sccm) diluted to 2% with H 2 gas was introduced as a doping gas into the chamber 1 for 10 seconds from the gas blowing pipe 20 to deposit the gas. Dope the film with P (phosphorus). Stop introducing the doping gas into the chamber 1,
Only hydrogen gas is introduced into the chamber 1 for 10 seconds, and the surface treatment of the deposited film is performed by hydrogen plasma.

【0048】水素ガスの導入量、マイクロ波の印加電力
は,,の各プロセスにおいて、特に変えなかっ
た。 (5)上記(1)〜(4)の工程により作製した試料
は、成膜終了後、基板温度を室温まで下げ、チャンバー
1の室外へ取り出した。
The amount of hydrogen gas introduced and the microwave power applied were not particularly changed in each of the processes. (5) The sample manufactured by the steps (1) to (4) above was taken out of the chamber 1 after the film formation was completed, by lowering the substrate temperature to room temperature.

【0049】(比較例1)本例では、成膜工程における
プロセスを省略して、→→の順に90回繰り返
し、P(リン)をドーピングしない多結晶Si薄膜を堆
積した点が実施例1と異なる。他の点は、実施例1と同
様とした。
Comparative Example 1 In this example, the process in the film forming step was omitted, and the process was repeated 90 times in the order of →→, and a polycrystalline Si thin film not doped with P (phosphorus) was deposited. different. The other points were the same as in Example 1.

【0050】(比較例2)本例では、成膜工程における
プロセスとの代わりに、以下のプロセスを行った
点が実施例1と異なる。すなわち、実施例1では、原料
ガスとドーピングガスを時間的に分割して成膜室内に導
入したが、本例では、原料ガスとドーピングガスを同時
に用いた。したがって、本例では、→→の順に9
0回繰り返し、P(リン)をドーピングした多結晶Si
薄膜を堆積した。 SiF4ガス(流量100sccm)と、H2ガスで
2%に希釈したPH3ガス(流量1sccm)とを、ガ
ス吹き出し管20から同時にチャンバー1の室内に10
秒間導入し、P(リン)をドーピングしながら多結晶S
i薄膜を堆積する。他の点は、実施例1と同様とした。
Comparative Example 2 This example is different from Example 1 in that the following process was performed instead of the process in the film forming process. That is, in Example 1, the source gas and the doping gas were temporally divided and introduced into the film forming chamber, but in the present example, the source gas and the doping gas were used at the same time. Therefore, in this example, 9 → 9
Repeated 0 times, P (phosphorus) -doped polycrystalline Si
A thin film was deposited. SiF 4 gas (flow rate 100 sccm) and PH 3 gas diluted with H 2 gas to 2% (flow rate 1 sccm) were introduced into the chamber 1 at the same time from the gas blowing pipe 20.
Introduced for seconds, while doping P (phosphorus), polycrystalline S
i Deposit thin film. The other points were the same as in Example 1.

【0051】以下では、実施例1、比較例1、及び比較
例2で作製した各試料に対して行った2つの評価、すな
わち、X線回折法による結晶性の評価と、四端子法によ
る導電率の評価に関する結果を述べる。但し、各試料の
膜厚は、750nm〜800nmの範囲にあるものを用
いた。
In the following, two evaluations performed on each of the samples prepared in Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, namely, evaluation of crystallinity by X-ray diffraction method and conductivity by four-terminal method The results of rate evaluation are described. However, the film thickness of each sample was in the range of 750 nm to 800 nm.

【0052】(1)X線回折法による結晶性の評価結果 表1は、各試料の測定結果である。実施例1と比較例1
の試料では、(220)にきわめて大きなピーク、(1
11),(311)に小さなピークが観測された。これ
に対して、比較例2の試料では、(220)に小さなピ
ーク、すなわち、ほとんどバックグランドに隠れる程度
のピークのみが確認された。
(1) Crystalline Evaluation Results by X-ray Diffraction Method Table 1 shows the measurement results of each sample. Example 1 and Comparative Example 1
In the sample of (2), an extremely large peak at (220), (1
Small peaks were observed at 11) and (311). On the other hand, in the sample of Comparative Example 2, only a small peak at (220), that is, a peak almost hidden by the background was confirmed.

【0053】これらの結果から、ドーパントを混入しな
い場合(比較例1)には、極めて良好な多結晶Si薄膜
が作製できることが分かった。
From these results, it was found that an extremely good polycrystalline Si thin film could be produced when no dopant was mixed (Comparative Example 1).

【0054】しかしながら、原料ガスにドーピングガス
を混入した場合(比較例2)は、結晶性が極端に落ちる
ことがわかる。
However, it can be seen that when the doping gas is mixed in the source gas (Comparative Example 2), the crystallinity is extremely lowered.

【0055】ところが、原料ガスとドーピングガスの導
入を時間的に分離し、その後水素プラズマ処理を行う工
程を繰り返すことにより成膜した場合(実施例1)は、
ドーピングしない場合(比較例1)で得られた薄膜の結
晶性が維持できることが分かった。
However, when the introduction of the source gas and the doping gas is temporally separated, and then the film is formed by repeating the step of performing the hydrogen plasma treatment (Example 1),
It was found that the crystallinity of the thin film obtained without doping (Comparative Example 1) can be maintained.

【0056】[0056]

【表1】 [Table 1]

【0057】(2)四端子法による導電率の評価結果 表2は、各試料の測定結果である。表2から、比較例1
及び比較例2に比べて、結晶性の高い実施例1の試料
は、優れた導電率も有することが分かった。
(2) Evaluation results of conductivity by four-terminal method Table 2 shows the measurement results of each sample. From Table 2, Comparative Example 1
It was also found that the sample of Example 1 having higher crystallinity also had excellent conductivity as compared with Comparative Example 2.

【0058】[0058]

【表2】 [Table 2]

【0059】(実施例2)本例では、1回の水素プラズ
マ処理の時間を変化させた点が実施例1と異なる。1回
の水素プラズマ処理の時間としては、0秒,5秒,10
秒,20秒,30秒,50秒,60秒の7条件を検討し
た。但し、各試料の膜厚は、700nm〜800nmの
範囲にあるものを用いた。他の点は、実施例1と同様と
した。
Example 2 This example is different from Example 1 in that the time of one hydrogen plasma treatment was changed. The time for one hydrogen plasma treatment is 0 seconds, 5 seconds, 10 seconds.
Seven conditions of seconds, 20 seconds, 30 seconds, 50 seconds, and 60 seconds were examined. However, the film thickness of each sample was in the range of 700 nm to 800 nm. The other points were the same as in Example 1.

【0060】図3に、X線回折法による結晶性の評価
と、四端子法による伝導率の評価に関する結果を示し
た。図3から、導電率が2S/cmより大きな多結晶S
i薄膜の堆積法が得られる1回の水素プラズマ処理の時
間は、10秒以上50秒以下であることが分かった。
FIG. 3 shows the results of the evaluation of the crystallinity by the X-ray diffraction method and the evaluation of the conductivity by the four terminal method. From FIG. 3, polycrystalline S having a conductivity of more than 2 S / cm
It was found that the time for one hydrogen plasma treatment for obtaining the i thin film deposition method was 10 seconds or more and 50 seconds or less.

【0061】(実施例3)本例では、ドーピングガスと
して、H2で2%に希釈したBF3を用い、流量を15s
ccmとした点が実施例1と異なる。他の点は、実施例
1と同様とした。
Example 3 In this example, BF 3 diluted with H 2 to 2% was used as a doping gas, and the flow rate was 15 s.
The difference from Example 1 is that it is ccm. The other points were the same as in Example 1.

【0062】(比較例3)本例では、ドーピングガスと
して、H2で2%に希釈したBF3を用い、流量を15s
ccmとした点が比較例2と異なる。他の点は、比較例
2と同様とした。
Comparative Example 3 In this example, BF 3 diluted with H 2 to 2% was used as a doping gas, and the flow rate was 15 s.
It differs from Comparative Example 2 in that it is set to ccm. The other points were the same as in Comparative Example 2.

【0063】以下では、実施例3及び比較例3で作製し
た各試料に対して行った2つの評価、すなわち、X線回
折法による結晶性の評価と、四端子法による導電率の評
価に関する結果を述べる。但し、実施例3の試料膜厚は
730nm、比較例3の試料膜厚は720nmであっ
た。
In the following, the results of two evaluations performed on each sample prepared in Example 3 and Comparative Example 3, namely, evaluation of crystallinity by X-ray diffraction method and evaluation of conductivity by four-terminal method State. However, the sample film thickness of Example 3 was 730 nm, and the sample film thickness of Comparative Example 3 was 720 nm.

【0064】上記結晶性の評価結果から、実施例3の試
料は(220)に大きなピーク(900cps)が観測
され良好な多結晶Si薄膜であることが確認された。一
方、比較例3の試料はピークが観察されなかった。
From the above-mentioned evaluation result of crystallinity, it was confirmed that the sample of Example 3 was a good polycrystalline Si thin film because a large peak (900 cps) was observed at (220). On the other hand, no peak was observed in the sample of Comparative Example 3.

【0065】また、上記導電率の評価において、実施例
3の試料は導電率が1.8S/cmであった。一方、比
較例3の試料は6×10-5S/cmであった。
Further, in the above-mentioned evaluation of conductivity, the sample of Example 3 had a conductivity of 1.8 S / cm. On the other hand, the sample of Comparative Example 3 was 6 × 10 −5 S / cm.

【0066】(実施例4)本例では、原料ガスとしてS
iH4を用い、Pをドーピングした多結晶Si薄膜を堆
積した点が実施例1と異なる。
(Embodiment 4) In this embodiment, S is used as a source gas.
It differs from Example 1 in that a polycrystalline Si thin film doped with P is deposited using iH 4 .

【0067】以下では、多結晶Si薄膜の作製方法を手
順にしたがって説明する。 (1)無Na(ナトリウム)ガラスを有機溶剤(アセト
ン及びイソプロピルアルコール)で洗浄した後、基板支
持台7に取り付け、真空排気装置でチャンバー1の室内
を3×10-6Torr以下の圧力まで引いた。また、基
板8の表面温度が450℃になるようにヒーターで加熱
した。 (2)H2ガスをガス導入管14より、流量制御装置1
7を介して300sccm流した。圧力コントローラー
(不図示)を用いて、チャンバー1の内圧を100mT
orrに設定した。 (3)チャンバー1の内圧が100mTorrに安定し
たところでマイクロ波電力を500W印加し、水素ガス
によるグロー放電プラズマを生起した。放電が安定した
ところで、次の成膜工程に移った。 (4)成膜工程は、次の〜の3つのプロセスからな
り、これらを→→→の順に150回繰り返し、
P(リン)をドーピングした多結晶Si薄膜を堆積し
た。 原料ガスとして、SiH4ガス(流量20scc
m)を、ガス吹き出し管20からチャンバー1の室内に
10秒間導入し、多結晶Si薄膜を堆積する。 ドーピングガスとして、H2ガスで2%に希釈した
PH3ガス(流量0.2sccm)を、ガス吹き出し管
20からチャンバー1の室内に10秒間導入し、堆積膜
にP(リン)をドーピングする。 水素ガスのみチャンバー1の室内に30秒間導入
し、水素プラズマにより堆積膜の表面処理を行う。
Below, a method for producing a polycrystalline Si thin film will be described according to procedures. (1) After cleaning Na-free (sodium) glass with an organic solvent (acetone and isopropyl alcohol), it is attached to the substrate support 7 and the chamber 1 is evacuated to a pressure of 3 × 10 −6 Torr or less with a vacuum exhaust device. It was Further, the substrate 8 was heated by a heater so that the surface temperature of the substrate 8 became 450 ° C. (2) Flow control device 1 for H 2 gas from gas introduction pipe 14
Flowed through 300 through 300 sccm. Using a pressure controller (not shown), set the internal pressure of chamber 1 to 100 mT
set to orr. (3) When the internal pressure of the chamber 1 was stabilized at 100 mTorr, microwave power of 500 W was applied to generate glow discharge plasma by hydrogen gas. When the discharge became stable, the next film forming process was started. (4) The film-forming process consists of the following three processes, which are repeated 150 times in the order of →→→
A polycrystalline Si thin film doped with P (phosphorus) was deposited. As a source gas, SiH 4 gas (flow rate 20 scc
m) is introduced into the chamber 1 through the gas blowing pipe 20 for 10 seconds to deposit a polycrystalline Si thin film. PH 3 gas (flow rate 0.2 sccm) diluted to 2% with H 2 gas is introduced as a doping gas into the chamber 1 through the gas blowing pipe 20 for 10 seconds to dope P (phosphorus) into the deposited film. Only hydrogen gas is introduced into the chamber 1 for 30 seconds, and the surface treatment of the deposited film is performed by hydrogen plasma.

【0068】水素ガスの導入量、マイクロ波の印加電力
は,,の各プロセスにおいて、特に変えなかっ
た。 (5)上記(1)〜(4)の工程により作製した試料
は、成膜終了後、基板温度を室温まで下げ、チャンバー
1の室外へ取り出した。
The amount of hydrogen gas introduced and the power applied to the microwaves were not particularly changed in each of the processes. (5) The sample manufactured by the steps (1) to (4) above was taken out of the chamber 1 after the film formation was completed, by lowering the substrate temperature to room temperature.

【0069】(比較例4)本例では、成膜工程における
プロセスとの代わりに、以下のプロセスを行った
点が実施例4と異なる。すなわち、実施例4では、原料
ガスとドーピングガスを時間的に分割して成膜室内に導
入したが、本例では、原料ガスとドーピングガスを同時
に用いた。したがって、本例では、→→の順に1
50回繰り返し、P(リン)をドーピングした多結晶S
i薄膜を堆積した。 SiH4ガス(流量20sccm)と、H2ガスで2
%に希釈したPH3ガス(流量0.2sccm)とを、
ガス吹き出し管20から同時にチャンバー1の室内に1
0秒間導入し、P(リン)をドーピングしながら多結晶
Si薄膜を堆積する。他の点は、実施例4と同様とし
た。
Comparative Example 4 This example is different from Example 4 in that the following process was performed instead of the process in the film forming process. That is, in Example 4, the source gas and the doping gas were temporally divided and introduced into the film forming chamber, but in the present example, the source gas and the doping gas were used simultaneously. Therefore, in this example, the order of →→ is 1
Repeated 50 times, polycrystalline S doped with P (phosphorus)
An i thin film was deposited. 2 with SiH 4 gas (flow rate 20 sccm) and H 2 gas
% PH 3 gas (flow rate 0.2 sccm),
At the same time from the gas blowing pipe 20 into the chamber 1
It is introduced for 0 seconds, and a polycrystalline Si thin film is deposited while doping P (phosphorus). The other points were the same as in Example 4.

【0070】以下では、実施例4及び比較例4で作製し
た各試料に対して行った2つの評価、すなわち、X線回
折法による結晶性の評価と、四端子法による導電率の評
価に関する結果を述べる。但し、実施例4の試料膜厚は
750nm、比較例4の試料膜厚は740nmであっ
た。
In the following, the results of two evaluations performed on each sample prepared in Example 4 and Comparative Example 4, namely, evaluation of crystallinity by X-ray diffraction method and evaluation of conductivity by four-terminal method State. However, the sample film thickness of Example 4 was 750 nm, and the sample film thickness of Comparative Example 4 was 740 nm.

【0071】X線回折のパターンは、実施例4の試料で
は(220)の回折ピーク強度が1050cpsと強
く、その他(111),(311)に小さなピークがみ
られた。これに対して、比較例4の試料は、いずれのピ
ークもバックグランドノイズ以下で観測できなかった。
この結果から、比較例4の試料に比べて実施例4の試料
は、結晶性の良いことが分かった。
Regarding the X-ray diffraction pattern, in the sample of Example 4, the diffraction peak intensity of (220) was as strong as 1050 cps, and other small peaks were observed at (111) and (311). On the other hand, in the sample of Comparative Example 4, none of the peaks could be observed below the background noise.
From this result, it was found that the sample of Example 4 had better crystallinity than the sample of Comparative Example 4.

【0072】また、導電率は、実施例4の試料が2.8
S/cmであったのに対し、比較例4の試料が8×10
-1S/cmであった。この結果から、結晶性の高い実施
例4の試料では、高い導電率も得られることが分かっ
た。
The conductivity of the sample of Example 4 is 2.8.
The sample of Comparative Example 4 had a S / cm of 8 × 10.
It was -1 S / cm. From this result, it was found that the sample of Example 4 having high crystallinity also had high conductivity.

【0073】[0073]

【発明の効果】【The invention's effect】

(請求項1)以上説明したように、請求項1に係る発明
では、原料ガスとドーピングガスを流す時分割処理によ
って、低温プロセスを維持した状態で、薄膜の構造緩和
も十分に行うことができ、かつ原料ガスにドーピングガ
スを混入させ、n型又はp型の多結晶Si薄膜を作製す
る場合にも、結晶性の良好な多結晶Si薄膜が形成でき
る堆積法が得られる。
(Claim 1) As described above, in the invention according to claim 1, the structure of the thin film can be sufficiently relaxed by the time-divisional process of flowing the source gas and the doping gas while maintaining the low temperature process. Also, when a doping gas is mixed with the source gas to produce an n-type or p-type polycrystalline Si thin film, a deposition method capable of forming a polycrystalline Si thin film with good crystallinity can be obtained.

【0074】(請求項2)請求項2に係る発明では、通
常の水素ガスで多量に希釈したSiH4ガスを用いたグ
ロー放電プラズマで作製したアモルファスSi膜より
も、結晶性が良好で、かつ導電率が高い多結晶Si薄膜
が形成できる堆積法が得られる。
(Claim 2) In the invention according to claim 2, the crystallinity is better than that of an amorphous Si film prepared by glow discharge plasma using SiH 4 gas diluted with a large amount of ordinary hydrogen gas, and It is possible to obtain a deposition method capable of forming a polycrystalline Si thin film having high conductivity.

【0075】(請求項3)請求項3に係る発明では、作
製温度が低く、また作製コストが安いという特徴を有す
る多結晶Si薄膜が形成できる堆積法が得られる。
(Claim 3) The invention according to claim 3 provides a deposition method capable of forming a polycrystalline Si thin film, which is characterized by low manufacturing temperature and low manufacturing cost.

【0076】(請求項4)請求項4に係る発明では、作
製温度が低い条件で、結晶性が良く、かつ導電性が高い
という特徴を有する多結晶Si薄膜が形成できる堆積法
が得られる。
(Claim 4) The invention according to claim 4 provides a deposition method capable of forming a polycrystalline Si thin film, which is characterized by good crystallinity and high conductivity under conditions of low fabrication temperature.

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

【図1】本発明に係る堆積法のタイムチャートを示すグ
ラフである。
FIG. 1 is a graph showing a time chart of a deposition method according to the present invention.

【図2】本発明に係る成膜装置の概略図である。FIG. 2 is a schematic view of a film forming apparatus according to the present invention.

【図3】実施例2に係るX線回折法による結晶性の評価
結果と、四端子法による伝導率の評価結果を示すグラフ
である。
FIG. 3 is a graph showing an evaluation result of crystallinity by an X-ray diffraction method according to Example 2 and an evaluation result of conductivity by a four-terminal method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 1回のプロセスの原料ガスの導入時間、 t2 1回のプロセスのドーピングガスの導入時間、 t3 1回のプロセスの水素プラズマ処理の時間、 1 真空チャンバー、 2 排気管、 3 電動バタフライバルブ、 4 真空排気装置、 5 圧力計、 6 圧力調整器、 7 基板支持台、 8 基板、 9 ヒーターブロック、 10 ヒーター、 11 熱電対、 12 温度コントローラー、 13 ベロース管、 15 マイクロ波空洞、 16 ガス導入管、 17 水素ガス流量を制御するための流量制御器、 18 バルブ、 19 ガス管、 20 リング状のガス吹き出し管、 21 ガス導入管、 22 原料ガスの流量制御器、 23 バルブ、 24 ガス管、 25 ドーピングガスの流量制御器、 26 バルブ、 27 ガス管、 29 テーパーをつけた変換導波管、 30 マイクロ波の電力モニター用の導波管、 31 入射電力モニター用の検出器、 32、34 メーター、 33 反射電力モニター用の検出器、 35 マイクロ波整合器、 36 接続用の導波管、 37 アイソレータ、 38 マイクロ波電源。t 1 raw material gas introduction time for one process, t 2 doping gas introduction time for one process, t 3 hydrogen plasma treatment time for one process, 1 vacuum chamber, 2 exhaust pipes, 3 electric butterfly Valve, 4 vacuum exhaust device, 5 pressure gauge, 6 pressure regulator, 7 substrate support, 8 substrate, 9 heater block, 10 heater, 11 thermocouple, 12 temperature controller, 13 bellows tube, 15 microwave cavity, 16 gas Introducing pipe, 17 Flow controller for controlling hydrogen gas flow rate, 18 valve, 19 gas pipe, 20 ring-shaped gas blowing pipe, 21 gas introducing pipe, 22 raw material gas flow controller, 23 valve, 24 gas pipe , 25 doping gas flow controller, 26 valve, 27 gas tube, 29 tapered conversion waveguide, 30 microphone B Waveguide for power monitoring of microwaves, 31 Detector for incident power monitoring, 32, 34 meters, 33 Detector for reflected power monitoring, 35 Microwave matching box, 36 Connection waveguide, 37 Isolator , 38 microwave power supply.

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 成膜空間に隣接された別の空間で、水素
ガスにマイクロ波電力を印加し、予め生成された原子状
の水素を用いて、原料ガスとドーピングガスを分解し、
膜生成用のラジカルを生起させることによって、前記成
膜空間にある基板の表面上に多結晶Si薄膜を形成する
堆積法において、前記水素ガスが常に流され、前記マイ
クロ波電力が常に印加された状態の前記別の空間に、前
記原料ガスと前記ドーピングガスを時間的に分割して導
入し、 前記原料ガスと前記水素ガスが流れている時間
(t1)、 前記ドーピングガスと前記水素ガスが流れている時間
(t2)、及び、 前記水素ガスのみが流れている時間(t3) からなる3種類の時間を繰り返しながら成膜することを
特徴とする多結晶Si薄膜の堆積法。
1. A microwave power is applied to hydrogen gas in another space adjacent to the film formation space, and the source gas and the doping gas are decomposed using atomic hydrogen that is generated in advance,
In the deposition method of forming a polycrystalline Si thin film on the surface of the substrate in the film formation space by generating radicals for film formation, the hydrogen gas was constantly flowed and the microwave power was always applied. The raw material gas and the doping gas are temporally divided and introduced into the separate space in the state, the time (t 1 ) during which the raw material gas and the hydrogen gas are flowing, the doping gas and the hydrogen gas are A method for depositing a polycrystalline Si thin film, which is characterized in that a film is formed by repeating three kinds of times, which are a flowing time (t 2 ) and a flowing time (t 3 ) of only the hydrogen gas.
【請求項2】 前記t3が、10秒以上50秒以下であ
ることを特徴とする請求項1に記載の多結晶Si薄膜の
堆積法。
2. The method for depositing a polycrystalline Si thin film according to claim 1, wherein the t 3 is 10 seconds or more and 50 seconds or less.
【請求項3】 前記原料ガスが、SiF4またはSiH4
であることを特徴とする請求項1又は2に記載の多結晶
Si薄膜の堆積法。
3. The source gas is SiF 4 or SiH 4
The method for depositing a polycrystalline Si thin film according to claim 1 or 2, wherein
【請求項4】 前記ドーピングガスが、PH3またはB
3であることを特徴とする請求項1から3のいずれか
1項に記載の多結晶Si薄膜の堆積法。
4. The doping gas is PH 3 or B
The method for depositing a polycrystalline Si thin film according to claim 1, wherein the method is F 3 .
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