JPH01252516A - 微結晶シリコン極薄膜の作成方法 - Google Patents
微結晶シリコン極薄膜の作成方法Info
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- JPH01252516A JPH01252516A JP8095788A JP8095788A JPH01252516A JP H01252516 A JPH01252516 A JP H01252516A JP 8095788 A JP8095788 A JP 8095788A JP 8095788 A JP8095788 A JP 8095788A JP H01252516 A JPH01252516 A JP H01252516A
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- 239000010703 silicon Substances 0.000 title 1
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は微結晶シリコン粒（結晶粒径約１０ｎｍ程度）
を含む非晶質シリコン薄膜（以下微結晶シリコン薄膜）
素子の作成方法に係わり、特に前記微結晶シリコン極薄
膜の低抵抗性、光の高透過性、作成時の低基板加熱温度
等の特徴を生かした利用分野に関する。
を含む非晶質シリコン薄膜（以下微結晶シリコン薄膜）
素子の作成方法に係わり、特に前記微結晶シリコン極薄
膜の低抵抗性、光の高透過性、作成時の低基板加熱温度
等の特徴を生かした利用分野に関する。
従来、微結晶シリコン薄膜は第２図に示したような平行
平板容量結合型プラズマＣＶＤ装置において水素で希釈
されたシリコン原子含有ガスを分解することにより作成
され、その作成条件はＡ。
平板容量結合型プラズマＣＶＤ装置において水素で希釈
されたシリコン原子含有ガスを分解することにより作成
され、その作成条件はＡ。
ＭＡＴＳｔｌＤＡ；Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎ
−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ５ｏｌｉｄｓｖｏ１．５
９ ＆ ６０（１９８３） ｐａｇｅ ７６７−７７４
（Ｎｏｒｔｈ−ＨｏｌｌａｎｄＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇ
Ｃｏｍｐａｎｙ）にあるように水素希釈度２倍〜４９倍
、基板加熱温度２００°Ｃ〜５００°Ｃといったもので
あった。しかしながら、この方法によれば微結晶シリコ
ン薄膜の厚さは４０ｎｍ程度と厚＜’ｉ；Ｊ膜素子とし
て利用するには制約があった。
−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ５ｏｌｉｄｓｖｏ１．５
９ ＆ ６０（１９８３） ｐａｇｅ ７６７−７７４
（Ｎｏｒｔｈ−ＨｏｌｌａｎｄＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇ
Ｃｏｍｐａｎｙ）にあるように水素希釈度２倍〜４９倍
、基板加熱温度２００°Ｃ〜５００°Ｃといったもので
あった。しかしながら、この方法によれば微結晶シリコ
ン薄膜の厚さは４０ｎｍ程度と厚＜’ｉ；Ｊ膜素子とし
て利用するには制約があった。
本発明が解決しようとする課題は、従来の技術で困難で
あった２０ｎｍ程度の微結晶シリコン薄膜を作成する方
法を提供するものである。従来の技術では上記体積割合
の低さのため微結晶シリコン薄膜の特性（導電率、透過
率等）を維持しうる最小膜厚は４０ｎｍ程度と厚く、薄
膜素子へ応用しようとする際厚さの制約があったものを
改善して２０ｎｍ程度の微結晶シリコン薄膜を製造する
ことを目的とする。
あった２０ｎｍ程度の微結晶シリコン薄膜を作成する方
法を提供するものである。従来の技術では上記体積割合
の低さのため微結晶シリコン薄膜の特性（導電率、透過
率等）を維持しうる最小膜厚は４０ｎｍ程度と厚く、薄
膜素子へ応用しようとする際厚さの制約があったものを
改善して２０ｎｍ程度の微結晶シリコン薄膜を製造する
ことを目的とする。
課題を解決するために本発明では、原料ガスであるシリ
コン原子含有ガスの水素希釈度を従来の技術に比べ大幅
に増加し、さらに薄膜を形成する基板の加熱温度を１０
０°Ｃと低温化することにより課題を解決したものであ
る。
コン原子含有ガスの水素希釈度を従来の技術に比べ大幅
に増加し、さらに薄膜を形成する基板の加熱温度を１０
０°Ｃと低温化することにより課題を解決したものであ
る。
一般に薄膜形成における反応前駆体の成長表面での拡散
係数Ｄ ｓｕ□は次式であたえられる。
係数Ｄ ｓｕ□は次式であたえられる。
ここでＡは反応前駆体が成長表面で移動していく吸着サ
イト間の距離に関係する定数、Ｅｌはその移動の際の活
性化エネルギー、Ｔは成長表面の絶対温度、ｋはボルツ
マン定数である。微結晶粒を薄膜中に成長させるために
は、上記反応前駆体の拡散係数を大きくし充分な格子緩
和を誘起することにより、微結晶粒成長の核を薄膜中に
形成する必要がある。そのことは上式よりＥｌを小さ（
するか、Ｔを大きくすること貞こよって達成される。
イト間の距離に関係する定数、Ｅｌはその移動の際の活
性化エネルギー、Ｔは成長表面の絶対温度、ｋはボルツ
マン定数である。微結晶粒を薄膜中に成長させるために
は、上記反応前駆体の拡散係数を大きくし充分な格子緩
和を誘起することにより、微結晶粒成長の核を薄膜中に
形成する必要がある。そのことは上式よりＥｌを小さ（
するか、Ｔを大きくすること貞こよって達成される。
Ｔの増大は基板加熱温度を上げることにより、またＥｌ
の減少は基板加熱温度を下げるとともに原料ガスである
シリコン原子含有ガスの水素希釈度を増し、膜成長表面
のシリコン原子未結合手を水素原子で被覆することによ
り達成される。両者の傾向は基板加熱温度に関し相反す
る方向にある。
の減少は基板加熱温度を下げるとともに原料ガスである
シリコン原子含有ガスの水素希釈度を増し、膜成長表面
のシリコン原子未結合手を水素原子で被覆することによ
り達成される。両者の傾向は基板加熱温度に関し相反す
る方向にある。
従来の技術では４００ ℃付近がその最適基板加熱温度
とされ、そこでの微結晶粒の薄膜に占める体積割合は約
５０％であった。
とされ、そこでの微結晶粒の薄膜に占める体積割合は約
５０％であった。
本発明においては原料ガスであるシリコン原子含有ガス
の水素希釈度を１００倍〜８００倍と大幅に上げ、さら
に基板加熱温度を７０°Ｃ〜１５０°Ｃまで下げること
により、膜成長表面のシリコン原子未結合手の水素原子
被覆率を改善し、上記Ｅ。
の水素希釈度を１００倍〜８００倍と大幅に上げ、さら
に基板加熱温度を７０°Ｃ〜１５０°Ｃまで下げること
により、膜成長表面のシリコン原子未結合手の水素原子
被覆率を改善し、上記Ｅ。
を大幅に減少させた。この効果はＴを小さくした効果を
充分に打ち消し、結果Ｄ ５ｕｒｆの増大をもたらした
。Ｄ□、の増大は上記微結晶シリコン薄膜中における微
結晶粒の占める体積割合を増大しくほぼ１００％）、微
結晶シリコン薄膜の極薄膜化を可能とした。
充分に打ち消し、結果Ｄ ５ｕｒｆの増大をもたらした
。Ｄ□、の増大は上記微結晶シリコン薄膜中における微
結晶粒の占める体積割合を増大しくほぼ１００％）、微
結晶シリコン薄膜の極薄膜化を可能とした。
この際水素希釈度を１００倍未満とした場合あるいは基
板加熱温度が１５０ ℃を越えた場合には膜成長表面の
シリコン原子未結合手の水素原子被覆率が低下し前記の
効果が得られず、また水素希釈度が８００倍を越えた場
合あるいは基板加熱温度を７０°Ｃ未満とした場合には
薄膜の形成が困難になる。。
板加熱温度が１５０ ℃を越えた場合には膜成長表面の
シリコン原子未結合手の水素原子被覆率が低下し前記の
効果が得られず、また水素希釈度が８００倍を越えた場
合あるいは基板加熱温度を７０°Ｃ未満とした場合には
薄膜の形成が困難になる。。
第１図に、第２図に示した装置を用いて実施した本発明
の実施例を示す。第１図は本発明による微結晶シリコン
薄膜の暗導電率の膜厚依存性を＊印で示したものである
。薄膜作成には通常の平行平板型プラズマＣＶＤ装置を
使用し、作成条件は原料ガス；ＳｉＨ４（ＰＨ：ｌを１
％含む） ０．５ｃｃｍＨｚ ２００ｃｃｍ、基板加熱
温度；１００゛Ｃ１放電ガス圧力； ３．５Ｔｏｒｒ
、高周波電力密度（１３，５６Ｍ１ｌｚ ） ；０．
３７５Ｗ ／ ｃｍ ”である。また発明者がおこなっ
た実験のなかで従来の技術に近いと思われる作成条件の
実験データを比較のためＯ印で同時に記載した。
の実施例を示す。第１図は本発明による微結晶シリコン
薄膜の暗導電率の膜厚依存性を＊印で示したものである
。薄膜作成には通常の平行平板型プラズマＣＶＤ装置を
使用し、作成条件は原料ガス；ＳｉＨ４（ＰＨ：ｌを１
％含む） ０．５ｃｃｍＨｚ ２００ｃｃｍ、基板加熱
温度；１００゛Ｃ１放電ガス圧力； ３．５Ｔｏｒｒ
、高周波電力密度（１３，５６Ｍ１ｌｚ ） ；０．
３７５Ｗ ／ ｃｍ ”である。また発明者がおこなっ
た実験のなかで従来の技術に近いと思われる作成条件の
実験データを比較のためＯ印で同時に記載した。
本発明による微結晶シリコン薄膜では約２０ｎｍまでそ
の特性（暗導電率１０ Ｓ、ｃ＋ｒ’以上）が維持され
ているの゛がわかる。薄膜の厚さが２０ｎｍ以下になる
と暗導電率が減少し始めるが、その場合にも本発明によ
る微結晶シリコン薄膜は従来のものに比べ高い導電率を
示している。また副次的効果として本発明により微結晶
シリコン薄膜のバンドギャップが２．２ｅＶとなった（
従来の技術では１．９〜２．０ｅＶ）。これは、微結晶
シリコン薄膜中の結合水素量の増加によるものと考えら
れる。
の特性（暗導電率１０ Ｓ、ｃ＋ｒ’以上）が維持され
ているの゛がわかる。薄膜の厚さが２０ｎｍ以下になる
と暗導電率が減少し始めるが、その場合にも本発明によ
る微結晶シリコン薄膜は従来のものに比べ高い導電率を
示している。また副次的効果として本発明により微結晶
シリコン薄膜のバンドギャップが２．２ｅＶとなった（
従来の技術では１．９〜２．０ｅＶ）。これは、微結晶
シリコン薄膜中の結合水素量の増加によるものと考えら
れる。
（発明の効果〕
発明の効果を以下にまとめると、原料ガスであるシリコ
ン原子含有ガスの水素希釈度を１００倍〜８００倍とし
、基板加熱温度を７０°Ｃ〜１５０°Ｃとした結果、 １）微結晶シリコン極薄膜（２０ｎｍ）が形成できる。
ン原子含有ガスの水素希釈度を１００倍〜８００倍とし
、基板加熱温度を７０°Ｃ〜１５０°Ｃとした結果、 １）微結晶シリコン極薄膜（２０ｎｍ）が形成できる。
２）薄膜の厚さが２０ｎｍ以下になった場合にも従来の
ものに比べ高い導電率を示す。
ものに比べ高い導電率を示す。
３）微結晶シリコン薄膜のバンドギャップが増大する。
などの効果が得られ、また作成条件が低温化できること
から低温プロセスが可能という効果が得られた。本発明
により以上の特徴を利用する各種素子への微結晶シリコ
ン薄膜の応用が可能となった。
から低温プロセスが可能という効果が得られた。本発明
により以上の特徴を利用する各種素子への微結晶シリコ
ン薄膜の応用が可能となった。
第１図は微結晶シリコンＦ、Ｖ膜膜厚（単位ｎｍ）と暗
導電率（単位Ｓｃｌ’；対数目盛り）との関係を示す図
である。 第２図は本発明に用いたプラズマＣＶＤ装置の概要図で
ある。 第１図で曲線１（−＊−）は本発明による微結晶シリコ
ン薄膜の暗導電率膜厚依存性を、また曲線２（−ｏ−）
は従来の技術による微結晶シリコン薄膜の暗導電率膜厚
依存性を示す。また第２図で■は質量流量調節機、■は
原料ガス導入パルプ、■は反応室圧力調整バルブ、■は
メカニカルブースターポンプ、■はロータリーポンプ、
■は反応室圧力計、■は反応室、■は基板加熱ヒーター
、■は電極（陽極）、［相］は基板、■は電極（陰極）
を示す。
導電率（単位Ｓｃｌ’；対数目盛り）との関係を示す図
である。 第２図は本発明に用いたプラズマＣＶＤ装置の概要図で
ある。 第１図で曲線１（−＊−）は本発明による微結晶シリコ
ン薄膜の暗導電率膜厚依存性を、また曲線２（−ｏ−）
は従来の技術による微結晶シリコン薄膜の暗導電率膜厚
依存性を示す。また第２図で■は質量流量調節機、■は
原料ガス導入パルプ、■は反応室圧力調整バルブ、■は
メカニカルブースターポンプ、■はロータリーポンプ、
■は反応室圧力計、■は反応室、■は基板加熱ヒーター
、■は電極（陽極）、［相］は基板、■は電極（陰極）
を示す。
Claims (1)
- １、減圧した反応室に水素で希釈されたシリコン原子含
有ガスを導入し、該混合ガスに高周波電力を印加するこ
とによりプラズマを励起し、前記反応室内に設置し加熱
されている基板上に微結晶シリコン粒（結晶粒径約１０
ｎｍ程度）を含む非晶質シリコン薄膜（以下微結晶シリ
コン薄膜）を形成する方法において、前記シリコン原子
含有ガスの水素希釈度を１００倍〜８００倍とし、前記
基板加熱温度を７０℃〜１５０℃とすることを特徴とす
る微結晶シリコン極薄膜の作成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8095788A JPH01252516A (ja) | 1988-04-01 | 1988-04-01 | 微結晶シリコン極薄膜の作成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8095788A JPH01252516A (ja) | 1988-04-01 | 1988-04-01 | 微結晶シリコン極薄膜の作成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01252516A true JPH01252516A (ja) | 1989-10-09 |
Family
ID=13732990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8095788A Pending JPH01252516A (ja) | 1988-04-01 | 1988-04-01 | 微結晶シリコン極薄膜の作成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01252516A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014156621A (ja) * | 2013-02-14 | 2014-08-28 | Mitsubishi Materials Corp | 保護膜形成用スパッタリングターゲットおよび積層配線膜 |
| US10443113B2 (en) | 2013-11-06 | 2019-10-15 | Mitsubishi Materials Corporation | Sputtering target for forming protective film and multilayer wiring film |
-
1988
- 1988-04-01 JP JP8095788A patent/JPH01252516A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014156621A (ja) * | 2013-02-14 | 2014-08-28 | Mitsubishi Materials Corp | 保護膜形成用スパッタリングターゲットおよび積層配線膜 |
| US9543128B2 (en) | 2013-02-14 | 2017-01-10 | Mitsubishi Materials Corporation | Sputtering target for forming protective film and laminated wiring film |
| US10443113B2 (en) | 2013-11-06 | 2019-10-15 | Mitsubishi Materials Corporation | Sputtering target for forming protective film and multilayer wiring film |
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