JPH02278715A - 薄膜気相成長装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、半導体デバイスに用いられるシリコンを主成
分とする半導体薄膜、例えば非晶質シリコン膜、結晶質
シリコン膜、或いは炭素やゲルマニウムなどとのシリコ
ン合金膜を、気相より成長させる薄膜気相成長装置に関
する。

〈従来技術〉 任意の基板上（例えば、結晶ウェハー基板、ガラス基板
、ステンレス基板等々）に、半導体薄膜を形成する技術
は、種々の半導体デバイスへの応用を図る際に、非常に
重要である。

最近、このような任意の基板上に、高品質な非晶質シリ
コン膜、結晶質（微結晶、多結晶？含む）シリコン膜、
あるいはそれらの炭素やゲルマニウムなどとのシリコン
合金膜を形成するために、薄膜が基板上に成長する際の
表面反応の制御に着目した研究が精力的に行なわれるよ
うになった。

プラズマを用いた化学的気相成長（Ｐ−ＣＶＤ）装置を
用いて、高品質な非晶質シリコン合金膜（ａ−５ｉＧｅ
：Ｈ膜、ａ　　ＳｉＣ：Ｈ膜）を得る方法として、原料
ガスを水素ガスで希釈することにより、膜表面での水素
被覆度をコントロールし高品質化が可能という報告、第
５図（ａ）　、　（ｂ）の如く、原料ガスを分解し薄膜
形成を行なう反応室と水素ラジカル処理室とを設け、両
室間で基板を移動させて膜成長表面の制御を行うという
報告（第２３回太陽エネルギー推進委員会資料５６３．
４月９、又、第６図の如く、原料ガスの生成室と水素ラ
ジカルの生成室を別々に設け、原料ガスと水素ラジカル
とを薄膜形成室に導くという報告（Ｊａｐａｎｅｓｅ　
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＡ、ｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｅ
ｓ、　Ｖｏｌ　２５．１９８６．Ｌｌ、８ｇ−Ｌｌ、９
０）かすでＫなされ王いる。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、」二連の装置によって得られる非晶質シ
リコン合金膜（ａ−５ｉＧｅ二Ｈ膜、ａ−５ｉＣ：Ｈ膜
）の膜特性は、非晶質ンリコン膜（ａｓｉ：Ｈ膜）に比
べると、まだまだ低いレベルにあり（欠陥密度の増大、
移動度・寿命積の低下）、又第６図の方法で得られてい
る微結晶シリコン膜ではその光電変換機能が半導体デバ
イス（例えば太陽電池や光センサー等）としての実用レ
ベルにまで達していないのが現状である。

く課題を解決するための手段〉 基板自体の耐熱性の問題等の観点から必然的に比較的低
温プロセスにおいて、高品質な上述の如き薄膜を形成さ
せるためには、膜成長中に各構成原子が安定な位置に占
めることができ、膜構造（ネットワーク）を充分例緩和
させて徽密なネットワークを形成させることが重要であ
る。

」二足従来技術では、膜成長領域において到達してくる
原料ラジカルあるいは吸着している原料ラジカルと、水
素ラジカルが化学的に相互作用を及ぼし合うことによっ
て膜の緻密化を促進させている。又、水素と同じ１価の
弗素ラジカルが同様な効果をもたらすことができる。重
要な点はこのような膜の緻密化を膜の成長領域（表面層
から例えば数原子数〜数士原子層の範囲）に行なってい
くことである。

即ち、本発明は、原料ラジカルが基板に成長していくそ
の過程で、基板表面の近傍に、かかる水素ラジカルある
いは弗素う・ジカルを供給する手段を設けて、膜成長領
域【で到達する水素ラジカルあるいは弗素ラジカルを積
極的にコントロールすることを可能ならし２める装置を
提案するものである。

ラジカルを供給する手段は成長用基板の表向近傍ンこメ
ツシュ状の配管として設けてもよい。

また、ラジカルを供給する手段は基板上の薄膜が数原子
層乃至数十原子層成長する毎にラジカルを供給できるよ
うに、基板表面近傍において往復或いは回転運動するも
のであってもよい。

く作　用〉 上述のような、膜成長表面に到達する水素ラジカルある
いは弗素ラジカルが積極的例制御できる手段を具備する
ことてより、成長表面での原料う２カルの拡散距離の実
効的増大て伴うネタ１−ワークの緻密化、さらには膜表
面に吸着ｊ〜た５ｉＨｎ（あるいはＳ　ｉ　Ｈｎ　Ｆ　
ｒｎ　＋　ｎ　→−ｎｎ＜３　）　　ラジカルと水素ラ
ジカルあるいは弗素ラジカルとの化学的相互作用てよる
膜中結島水素量の制御が可能となる。

〈実施例〉 （実施例１） 本宛明の実施例を第１図乃至第３図に掲げた。

簡単のために原料ガスはモノンラン（ＳｉＨ４）あるい
は四弗化シラン（５ｉＦ４）を用いているが、シリコン
合金膜（ａ−８ｉＧｅ　：Ｈ，ａ−５ｉＣ：Ｈ等）を成
月莫するにはＧｅＨ４（あるいはＧｅＦ４）、ＣＨ４ガ
ス等を導入すると良い。原享４ラジカルの生成には低温
プラズマ等を用いて行ない（第１図乃至第３図中４）、
水素ラジカル、弗素ラジカルについてはブラダ−７（Ｒ
ＦあるいはＭ　１ｃｒｏ　ＷａｖＣ，図中５）により水
素（Ｈ２）ガス、弗素（Ｆ２）ガス分解している。第１
図乃至第３図でＩａ、ｌｂ、ＩＣがそれぞれ本発明の水
素ラジカルあるいは弗素ラジカル供給手段であって、ヒ
ーター３によって基板温度が制御された基板２の表面近
傍に設置される。

水素ラジカルあるいは弗素ラジカルの供給量及び基板表
面からの距離をコントロールすることにより、水素ラジ
カル、弗素ラジカルの薄膜成長領域への到達量を制御で
きる。第１図の場合は水素あるいは弗素ラジカルがメツ
シュ状の配管より薄膜成長を行ないながら供給できる。

第２図２、第３図は水素あるいは弗素ラジカルが数原子
層〜数士原子層の成長毎に供給されるように、基板前面
を往復あるいは回転する機能を有したものである。

例えば膜成長が１０　Ｘ　／　ｓｅｃであって格子定数
が〜５λとすると、供給手段が基板に数ｓｅｃ〜数十ｓ
ｅｃ毎にラジカルを供給するように往復スピード、回転
スピードをコントロールすれば良い（勿論このスピード
は水素あるいは弗素ラジカルの供給手段の面積、基板の
面積あるいはその相対比によつて異なる）。

（実施例２） 第４図に掲げた本発明の他の実施例は、原料ガスの温度
Ｔｇ　（通常〉５５０℃、図中５の炉によって制御され
る）と基板温度Ｔｓ（例えばく５ｏＯ℃、図中Ｎ２ガス
によって冷却３、均熱用金属ブロック中に設置された熱
電対６によって制御される）を独立にコントロールし、
気相中でのｈｏｍ。

ｇｅｎｉｏｕｓ　　な分解（熱分解例えば５ｉＨ４−＋
ＳｉＨ２＋Ｈ２等）Ｋより膜を形成させる装置いわゆる
ＨＯＭＯＣＶＤ法に、本発明の水素あるいは弗素ラジカ
ル供給手段を具備させたものである。該手段は第１図乃
至第３図を用いて述べたいずれの供給手段であってもよ
い。最近、このＨＯＭＯＣＶＤ法による薄膜形成方法は
成長過程が従来のプラズマＣＶＤ法に比べより準熱平衡
プロセスに近いという指摘があるが本発明の水素あるい
は弗素ラジカル供給装置により膜中の結合水素量の制御
と同時に膜の緻密化を行なえると共に、さらに膜成長を
準熱平衡プロセスが実現でき、よりネットワークの緩和
を容易に行なえるようになる。

〈発明の効果〉 本発明により、欠陥密度の少ない構造の乱れの小さい、
さらには膜の緻密化が図られた高品質な非晶質シリコン
膜（ａ−５ｉ　：Ｈ（Ｆ））あるいは結晶質シリコン薄
膜（微結晶、多結晶含む）あるいは炭素やゲルマニウム
などとのシリコン合金薄膜（ａ−５ｉＧｅ　：Ｈ（：Ｆ
）　、　ａ−５ｉＣ：Ｈ（：Ｆ）　）を比較的低温プロ
セス（例えば５００℃以下）において得ることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、第２図（ａ）、第３図（ａ）は本発明の
一実施例による気相成長装置構成図、第１図（ｂ）は第
１図（ａ）の要部構成図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）
の要部構成図、第３図（ｂ）は第３図（ａ）の要部構成
図、第４図は本発明の他の実施例による気相成長装置構
成図、第５図（ａ）・（ｂ）及び第６図は従来の気相成
長装置構成図である。 １、ｌａ、Ｉｂ、ｌｃ・・・水素或いは弗素ラジカル供
給手段　２・・・成長用基板　３・・・基板温度制御用
ヒータ　４・・原料ラジカル生成手段　５・・・水素或
いは弗素ガスを分解して水素或いは弗素ラジカルを生成
する手段　６・・・熱電対　７・・・基板温度制御系８
・・・石英管　９・・・原料ガス加熱用炉代理人　弁理
士　杉　山　毅　至（他１名）（Ｇ） ｋ　ｌ　図 （Ｇ） 第２図 第３ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリコンを主成分とする半導体薄膜を気相より成長
   させる装置であって、 薄膜成長用基板の近傍に、水素ラジカル、或いは弗素ラ
   ジカルを成長表面に供給する手段が備えられたことを特
   徴とする薄膜気相成長装置。