JPH0445521A - Formation of semiconductor film - Google Patents

Formation of semiconductor film

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JPH0445521A
JPH0445521A JP15468190A JP15468190A JPH0445521A JP H0445521 A JPH0445521 A JP H0445521A JP 15468190 A JP15468190 A JP 15468190A JP 15468190 A JP15468190 A JP 15468190A JP H0445521 A JPH0445521 A JP H0445521A
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JP
Japan
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gas
semiconductor film
doping
substrate
plasma
Prior art date
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Pending
Application number
JP15468190A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeru Noguchi
能口 繁
Keiichi Sano
佐野 景一
Hiroshi Iwata
岩多 浩志
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0445521A publication Critical patent/JPH0445521A/en
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Abstract

PURPOSE:To eliminate such a problem as pollution, etc., by forming a semiconductor film while the inside of a vacuum holding container is maintained in a gaseous atmosphere containing at least one or more reactive gases for doping. CONSTITUTION:After a substrate 5 on which a semiconductor film is to be stuck is mounted on a substrate holder 4 in a vacuum holding container 1, the container 1 is evacuated to a vacuum. A mixed gas of Ar and He or H2 gas to be used for thermally spraying a jet-like plasma from a thermal spraying gas leading-in port upon the surface of the substrate 5 is led by l-10 SLM as the thermally spraying gas and, at the same time, a reactive gas for doping is led from a gas leading-in port 10. After confirming that the pressure inside the container 1 is stabilized, the plasma is generated from the thermally spraying gas 2 by means of a plasma generating power source 3 and the raw material for the semiconductor film is led from a raw material leading-in port 7.

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は、減圧プラズマ溶射装置による半導体膜の形成
方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Field of Industrial Application The present invention relates to a method for forming a semiconductor film using a low pressure plasma spraying apparatus.

(ロ) 従来技術 近年、金属や金属化合物さらには半導体材料をプラズマ
によるエネルギーによって分解あるいは溶融し、それら
分解物、あるいは溶融物を被加工面にジェット状に噴射
せしめることによって、半導体薄膜を形成する減圧プラ
ズマ溶射法が開発されている。
(b) Prior art In recent years, semiconductor thin films have been formed by decomposing or melting metals, metal compounds, and even semiconductor materials using plasma energy, and jetting the decomposed or melted products onto the surface to be processed. A low pressure plasma spray method has been developed.

従来、減圧プラズマ溶射法による薄膜形成では、不活性
ガスをプラズマ生成用のガスとして用い、そのプラズマ
のエネルギーによって、前記各種材料を分解、溶融せし
めている。前記不活性ガスは、プラズマ放電を安定して
発生させるために用いられている。
Conventionally, in thin film formation by low pressure plasma spraying, an inert gas is used as a plasma generating gas, and the various materials mentioned above are decomposed and melted by the energy of the plasma. The inert gas is used to stably generate plasma discharge.

最近では、当該減圧プラズマ溶射法は、Th1n 5o
1id Films、119(1984)p、67−7
3や、Applied Physics Letter
s 53(1988)p、1011−1013に記載さ
れているように半導体薄膜や超電導薄膜などの成膜にも
用いられている。
Recently, the low pressure plasma spraying method has been developed to
1id Films, 119 (1984) p, 67-7
3, Applied Physics Letter
s 53 (1988) p, 1011-1013, it is also used for forming semiconductor thin films, superconducting thin films, etc.

また、本発明において用いるプラズマ溶射装置における
分解あるいは溶融とは、原料の固体をプラズマ生成に寄
与する気体の活性種や該プラズマの熱によって、前記固
体を分子、原子状に分解あるいは液相状に溶融すること
を意味する。
Furthermore, decomposition or melting in the plasma spraying apparatus used in the present invention refers to the decomposition or melting of a raw material solid into molecules or atoms or into a liquid phase by the active species of the gas that contributes to plasma generation and the heat of the plasma. means to melt.

(ハ)発明が解決しようとする課題 斯る減圧プラズマ溶射法による半導体薄膜の形成で重要
な技術となるのは、当該半導体薄膜の価電子制御方法で
ある。現在、実施されている方法は、米国特許第400
3770号で開示されているように、価電子制御用不純
物を含有した固体を半導体材料とともに溶融あるいは分
解することにより当該半導体薄膜を価電子制御するもの
である。
(c) Problems to be Solved by the Invention An important technique for forming a semiconductor thin film by such a low pressure plasma spraying method is a method for controlling valence electrons of the semiconductor thin film. The currently practiced method is US Pat.
As disclosed in No. 3770, valence electrons are controlled in the semiconductor thin film by melting or decomposing a solid containing valence electron controlling impurities together with a semiconductor material.

このために、一般にn型不純物としては、ホウ素(B)
に代表される周期律第1II族元素が n型不純物とし
ては周期律第V族元素が用いられる。
For this reason, boron (B) is generally used as an n-type impurity.
Group 1II elements of the periodic law, represented by: Elements of group V of the periodic law are used as the n-type impurity.

しかしながら、このような固体を不純物ドープ源とする
にはいくつかの間組がある。まず第1に、当該不純物ド
ープ源を半導体材料とともに溶融、分解するため均一に
ドーピングすることが困難であること、第2に不純物ド
ープ源自体からの汚染を防止するために該不純物ドープ
源の精製によるコスト高が生しること、さらには、第3
に、前記不純物ドープ源として有害なホウ素やリンを扱
う必要があり、安全面での付帯設備に要する費用が巨額
となる。
However, there are several ways to use such a solid as an impurity doping source. Firstly, the impurity doping source melts and decomposes together with the semiconductor material, making it difficult to dope uniformly.Secondly, the impurity doping source is purified to prevent contamination from the impurity doping source itself. In addition, the third
Moreover, it is necessary to handle harmful boron and phosphorus as the impurity doping source, and the cost required for safety-related equipment becomes enormous.

本発明の目的はかかる課題に鑑みドーピングの制御が容
易で、かつ均一なドーピングを大面積で行える半導体膜
形成方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a method for forming a semiconductor film in which doping can be easily controlled and uniform doping can be performed over a large area.

(ニ)課題を解決するための手段 本発明の半導体膜形成方法の特徴とするところは、真空
保持容器、該真空保持容器内に配置された基板、前記真
空保持容器内に前記基板の表面に対向する位置に配置さ
れ、プラズマ発生用電源と結合した、溶射用ガン、から
なるプラズマ溶射装置であって、前記溶射用ガンにおけ
るプラズマ生成によって固体の原材料を分解あるいは溶
融し、ジェット状に噴射し、前記基板上に半導体膜を形
成する半導体膜形成方法において、前記真空保持容器内
を少なくとも1以上のドーピング用反応ガスを含むガス
雰囲気とし前記半導体膜を成膜することにある。
(d) Means for Solving the Problems The semiconductor film forming method of the present invention is characterized by a vacuum holding container, a substrate placed in the vacuum holding container, and a surface of the substrate placed in the vacuum holding container. A plasma spraying apparatus comprising a thermal spraying gun disposed at opposing positions and coupled to a plasma generation power source, the thermal spraying gun decomposing or melting a solid raw material by plasma generation and spraying the solid raw material in a jet form. In the semiconductor film forming method of forming a semiconductor film on the substrate, the semiconductor film is formed by forming a gas atmosphere in the vacuum holding container containing at least one doping reaction gas.

(ホ)作用 本発明による一半導体膜形成方法としては、まず所望の
ドーピング用反応気体を少なくとも1以上混入した雰囲
気中で、半導体材料をプラズマのエネルギーによって分
解、溶融する。次に分解ミ溶融された前記半導体材料を
基板表面に向かって噴射する。これら分解、溶融物は、
基板に被着するまでの間に、これら自身の熱エネルギー
によって前記ドーピング用反応ガスを分解し、かつ反応
する。この気相中における反応によって、成膜される半
導体は均一にドーピングされることになる。
(e) Function: In one method of forming a semiconductor film according to the present invention, a semiconductor material is first decomposed and melted by plasma energy in an atmosphere containing at least one desired doping reaction gas. Next, the decomposed and melted semiconductor material is injected toward the surface of the substrate. These decomposed and melted products are
By their own thermal energy, the doping gases are decomposed and reacted before being deposited on the substrate. Due to this reaction in the gas phase, the semiconductor to be formed is uniformly doped.

(へ) 実施例 図は、本発明による半導体膜形成方法を説明するための
減圧プラズマ溶射装置の構造図を示している。
(f) The embodiment diagram shows a structural diagram of a reduced pressure plasma spraying apparatus for explaining the semiconductor film forming method according to the present invention.

図において(1)は真空保持用容器、(2)はプラズマ
発生を行う溶射用ガンで(2a)及び(2b)の2電極
からなり、(3)は該2を極と電気的に結合されたプラ
ズマ発生用電源、(4)は真空保持容器(1)内に配置
され、溶射用ガン(2)と対向する位置に設置された基
板ホルダ、(5)は基板ホルダ(4)上に置かれた基板
、(6)はプラズマによって分解、溶融されたものを基
板(5)に向かって噴射せしめるための溶射用ガン(2
)に設けられた溶射ガス導入口、(7)は薄膜を形成す
るために半導体用原材料を導入するための溶射用ガン(
2)に設けられた原材料導入口、(8)は溶射用ガン(
2)に設けられた原材料導入口と配管によって結ばれた
、Si、 SiC,SiN、 Ge、 C粉末などの原
材料の溜である。さらに、(9)は真空保持用容器内を
真空排気する排気口、(10)はプラズマ発生用ガス及
びドーピング用反応ガスを導入するガス導入口、(11
)は分解、溶融物が噴射したプラズマジェットである。
In the figure, (1) is a vacuum holding container, (2) is a thermal spray gun that generates plasma, and is composed of two electrodes (2a) and (2b). (4) is placed in the vacuum holding container (1), a substrate holder is placed opposite the thermal spray gun (2), and (5) is placed on the substrate holder (4). The heated substrate (6) is a thermal spray gun (2) for spraying the material decomposed and melted by plasma toward the substrate (5).
) is a thermal spray gas inlet, and (7) is a thermal spray gun ( ) for introducing raw materials for semiconductors to form a thin film.
2) is the raw material inlet, and (8) is the thermal spray gun (
This is a reservoir of raw materials such as Si, SiC, SiN, Ge, and C powder, which is connected to the raw material inlet provided in 2) by piping. Furthermore, (9) is an exhaust port for evacuating the inside of the vacuum holding container, (10) is a gas inlet port for introducing plasma generation gas and doping reaction gas, and (11) is a gas inlet port for introducing plasma generation gas and doping reaction gas.
) is a plasma jet of decomposed and molten material.

但し、溶射ガス導入口(6)への外部からの配管は図示
していない。
However, piping from the outside to the thermal spray gas inlet (6) is not shown.

これら機構は、例えばApplied Physics
 Letters 53 (1988) p、10]1
−1013に記載されている如く公知のものである。
These mechanisms are, for example, Applied Physics
Letters 53 (1988) p, 10]1
-1013 is a known method.

以下に図示の減圧プラズマ溶射装置図を用いて本発明に
よるp型多結晶シリコンの形成方法について詳述する。
The method for forming p-type polycrystalline silicon according to the present invention will be described in detail below using the illustrated diagram of a reduced pressure plasma spraying apparatus.

まず、真空保持用容器(1)内に半導体膜を被着すべき
基板(5)を基板ホルダ(4)に設置し、該真空保持用
容器を真空度が10−”torr以下となるまで真空排
気する。この間、基板ホルダ(4)を介して基板(5)
を500℃にまで加熱保持する。
First, a substrate (5) to be coated with a semiconductor film is placed in a vacuum holding container (1) on a substrate holder (4), and the vacuum holding container is evacuated until the degree of vacuum becomes 10-'' torr or less. During this time, the substrate (5) is evacuated via the substrate holder (4).
is heated and maintained at 500°C.

次に溶射カス導入口(6)からジェット状のプラズマを
基板(5)の表面に向かって噴射せしめるためのAr(
アルゴン)とHe(ヘリウム)の混合ガス、あるいはH
!(水素)ガスを溶射用ガスとして1〜1105L導入
するとともにガス導入口00)より、本発明による形成
方法の特徴となるドーピング用反応ガスを導入する。本
実施例においては、p型多結晶ジノコンを形成するため
 水素ガスによりIOZに希釈されたB2H2(ジボラ
ン)ガスあるいは、窒素ガスにより10zに希釈された
TMA (トリメチルアルミニウム)やTMG ()リ
メチルガリウム)さらにTMI()リメチルインジウム
)などを使用し、ガス流量として0.5〜5SLM導入
した。そして、真空保持用容器(1)内のガス圧力が安
定したことを確認した後、プラズマ発生用電源(3)か
ら1−50KWの電力により溶射用ガン(2)にプラズ
マを発生させ、さらに半導体の原材料を原材料導入口(
7)より導入した。原料としては、本実施例では110
−44pの粒度分布を有するSi粉末を用いた。また反
応時の真空度は5torr、電力を30KWとした。
Next, Ar (
Mixed gas of argon) and He (helium), or H
! 1 to 1105 L of (hydrogen) gas is introduced as a thermal spraying gas, and at the same time, a doping reaction gas, which is a feature of the forming method according to the present invention, is introduced from the gas inlet 00). In this example, in order to form a p-type polycrystalline dinocon, B2H2 (diborane) gas diluted to IOZ with hydrogen gas, or TMA (trimethylaluminum) or TMG ()limethylgallium diluted to 10z with nitrogen gas. ) Furthermore, TMI ()trimethylindium) or the like was used, and a gas flow rate of 0.5 to 5 SLM was introduced. After confirming that the gas pressure in the vacuum holding container (1) has stabilized, plasma is generated in the thermal spray gun (2) using 1-50KW of power from the plasma generation power source (3), and then Insert the raw materials into the raw material inlet (
7) was introduced. In this example, the raw material was 110
Si powder with a particle size distribution of -44p was used. Further, the degree of vacuum during the reaction was 5 torr, and the electric power was 30 KW.

形成される半導体のドーピング量は、前記ドーピング用
反応ガスの流量及び反応時の真空度を調整することによ
って制御することが可能である。
The amount of doping of the formed semiconductor can be controlled by adjusting the flow rate of the doping reaction gas and the degree of vacuum during the reaction.

このようなドーピング量の制御は、固形をドーピング材
とする従来技術では、非常に再現性の悪いものであった
Such control of the doping amount has extremely poor reproducibility using conventional techniques that use solid doping materials.

本実施例により得られたp型多結晶シリコンの代表的物
性値は、キャリア移動度がlXl0”−IXIO’ac
m″3  ホール移動度は20〜30cm”/V−sで
良好にドーピングが行われていた。
Typical physical properties of the p-type polycrystalline silicon obtained in this example are that the carrier mobility is lXl0''-IXIO'ac
m″3 hole mobility was 20 to 30 cm″/Vs, indicating that doping was performed satisfactorily.

次に本発明の形成方法によるn型多結晶シリコン膜の形
成について述べる。形成過程はp型多結晶シリコン膜と
同様であるが、ドーピング用反応ガスとして、10χに
水素希釈されたPH,あるいは、N、、NH,の100
χガス、さらには、10χに窒素希釈されたAsH,ガ
スなどを用いた。ガス流量は、0.1−0゜5SLMで
ある。
Next, the formation of an n-type polycrystalline silicon film by the formation method of the present invention will be described. The formation process is the same as that of p-type polycrystalline silicon film, but the doping reaction gas is PH diluted with hydrogen to 10χ, or 100% of N, NH, etc.
χ gas, and furthermore, AsH gas diluted with nitrogen to 10χ, etc., were used. The gas flow rate is 0.1-0°5 SLM.

本実施例によるn型多結晶シリコンの代表的物性値は、
キャリア密度がlXl0”−IXIO” cm−”ホー
ル移動度は30−40cm”/V−sであり、良好で−
あった。
Typical physical properties of n-type polycrystalline silicon according to this example are as follows:
The carrier density is lXl0"-IXIO"cm-" and the hole mobility is 30-40 cm"/V-s, which is good.
there were.

実施例ではシリコンを用いて説明したが、本発明の形成
方法によれば、p型、p型のSiC,SiN、 Ge、
Cによる半導体膜を形成することも可能であり、また発
明者らは、本発明による半導体膜形成方法によれば微結
晶半導体や非晶質半導体の形成においても容易にドーピ
ング可能であることを実験により確認している。
Although the embodiments have been described using silicon, according to the formation method of the present invention, p-type, p-type SiC, SiN, Ge,
It is also possible to form a semiconductor film using C, and the inventors have experimentally demonstrated that doping can be easily performed in the formation of microcrystalline semiconductors and amorphous semiconductors using the semiconductor film forming method of the present invention. This has been confirmed by

(ト) 発明の効果 本発明によれば半導体膜の形成雰囲気中にドーピング用
反応ガスを含ませることによって、該半導体の成膜と同
時に膜中ヘト−ピングが行え、かつ気相反応であるため
に均一なドーピングが可能である。このことは本発明に
用いる減圧プラズマ溶射法が大面積の半導体を形成する
ことに特徴を有していることから有効である。
(G) Effects of the Invention According to the present invention, by including a doping reaction gas in the atmosphere for forming the semiconductor film, it is possible to perform heto-doping in the film at the same time as the formation of the semiconductor film, and because it is a gas phase reaction. Uniform doping is possible. This is effective because the low-pressure plasma spraying method used in the present invention is characterized by forming a large-area semiconductor.

さらに、本発明によればガスを不純物ドープ源としてい
るためにドーピングの制御が容易でかつ、固形のドーピ
ング材料使用時の汚染発生などの問題が無く、半導体装
置の製造に最適である。
Further, according to the present invention, since gas is used as the impurity doping source, doping can be easily controlled, and there are no problems such as occurrence of contamination when using a solid doping material, making it ideal for manufacturing semiconductor devices.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面は本発明による形成方法を説明するための減圧プラ
ズマ溶射装置図である。 (1)真空保持用容器 (3)プラズマ発生用電源 (5)基板 (7)原材料導入口 (9)排気口 (2)溶射用ガン (4)基板ホルダ (6)噴射ガス導入口 (8)溜 00)ガス導入口
The drawing is a diagram of a reduced pressure plasma spraying apparatus for explaining the forming method according to the present invention. (1) Vacuum holding container (3) Power source for plasma generation (5) Substrate (7) Raw material inlet (9) Exhaust port (2) Thermal spray gun (4) Substrate holder (6) Injection gas inlet (8) Reservoir 00) Gas inlet

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)真空保持容器、該真空保持容器内に配置された基
板、前記真空保持容器内に前記基板の表面に対向する位
置に配置され、プラズマ発生用電源と結合した、溶射用
ガン、からなるプラズマ溶射装置であって、前記溶射用
ガンにおけるプラズマ生成によって固体の原材料を分解
あるいは溶融し、ジェット状に噴射し、前記基板上に半
導体膜を形成する半導体膜形成方法において、前記真空
保持容器内を少なくとも1以上のドーピング用反応ガス
を含むガス雰囲気とし前記半導体膜を成膜することを特
徴とする半導体膜形成方法。
(1) Consisting of a vacuum holding container, a substrate placed in the vacuum holding container, and a thermal spray gun placed in the vacuum holding container at a position facing the surface of the substrate and coupled to a plasma generation power source. The plasma spraying apparatus is a semiconductor film forming method in which a solid raw material is decomposed or melted by plasma generation in the thermal spraying gun and sprayed in a jet form to form a semiconductor film on the substrate. A method for forming a semiconductor film, characterized in that the semiconductor film is formed in a gas atmosphere containing at least one reaction gas for doping.
JP15468190A 1990-06-12 1990-06-12 Formation of semiconductor film Pending JPH0445521A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6413833B2 (en) 1998-01-30 2002-07-02 Nec Corporation Method for forming a CVD silicon film

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