JPH0463536B2 - - Google Patents
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- JPH0463536B2 JPH0463536B2 JP58134899A JP13489983A JPH0463536B2 JP H0463536 B2 JPH0463536 B2 JP H0463536B2 JP 58134899 A JP58134899 A JP 58134899A JP 13489983 A JP13489983 A JP 13489983A JP H0463536 B2 JPH0463536 B2 JP H0463536B2
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、300〜1500cm-1の波数好ましくは
500〜1100cm-1の波数の遠赤外光(以下単にFIR
という)を用いた光気相法(Photo Chemical
Vapor Deposition 以下Photo CVDという)の
一種で、さらにプラズマを用いた光プラズマ気相
法(Photo Plasma Chemical Vapor
Diposition 以下PPCVDという)であり、この
ことにより、多量生産が可能な光CVD装置(光
化学気相反応用装置)に関する。
500〜1100cm-1の波数の遠赤外光(以下単にFIR
という)を用いた光気相法(Photo Chemical
Vapor Deposition 以下Photo CVDという)の
一種で、さらにプラズマを用いた光プラズマ気相
法(Photo Plasma Chemical Vapor
Diposition 以下PPCVDという)であり、この
ことにより、多量生産が可能な光CVD装置(光
化学気相反応用装置)に関する。
この発明は、1500cm-1以上の波数の光に比べて
1500cm-1以下の波数の光を強く発光し、特に1100
cm-1以下の波数にてピーク光を連続光として発光
する光を加熱を含めてPhoto CVD用の光源とし
て用いたことを特長としている。
1500cm-1以下の波数の光を強く発光し、特に1100
cm-1以下の波数にてピーク光を連続光として発光
する光を加熱を含めてPhoto CVD用の光源とし
て用いたことを特長としている。
このため、本発明はかかるFIRにレーザ光では
なくセラミツクス発熱体を用い、反応炉内の広い
空間に光照射を行うことを特長としている。
なくセラミツクス発熱体を用い、反応炉内の広い
空間に光照射を行うことを特長としている。
従来、フオトCVD法においては、被形成面を
有する基板を基板の下方から加熱し、他方、この
基板の上側の表面である被形成面をその垂直上方
向その反応炉の外側より紫外光照射を行うことに
より、この表面上での反応性気体の光照射による
光励起を行つて光化学反応を生ぜしめていた方法
が知られている。
有する基板を基板の下方から加熱し、他方、この
基板の上側の表面である被形成面をその垂直上方
向その反応炉の外側より紫外光照射を行うことに
より、この表面上での反応性気体の光照射による
光励起を行つて光化学反応を生ぜしめていた方法
が知られている。
この従来方法においては、照射光の面積と同じ
大きさ以上の被形成面を有せしめることができな
いという工業上の大きな欠点を有していた。
大きさ以上の被形成面を有せしめることができな
いという工業上の大きな欠点を有していた。
さらに例えば珪素をシランを用いて形成させよ
うとする時、この光励起をした珪素の一部が光照
射用の窓に付着して、照射光を吸収してしまうた
め、反応性気体への照射光強度を著しく弱めてし
まうという欠点を有していた。
うとする時、この光励起をした珪素の一部が光照
射用の窓に付着して、照射光を吸収してしまうた
め、反応性気体への照射光強度を著しく弱めてし
まうという欠点を有していた。
さらに一般に窓材として用いられる石英ガラス
は、200nm以下の遠赤外光および3.5μ以上の波長
(3000cm-1以下の波数)の遠赤外光を透光出来な
いという欠点を有していた。
は、200nm以下の遠赤外光および3.5μ以上の波長
(3000cm-1以下の波数)の遠赤外光を透光出来な
いという欠点を有していた。
このためフオトCVD法が基板表面に損傷を与
えないという特長を有しながらも、直接励起法に
て多量生産用に応用することは全く不可能であつ
た。
えないという特長を有しながらも、直接励起法に
て多量生産用に応用することは全く不可能であつ
た。
本発明はこれらの欠点を除去して、初めて工業
的に量産可能なフオトCVD装置を提案するもの
である。
的に量産可能なフオトCVD装置を提案するもの
である。
本発明においては、反応性気体は光照射により
光励起または光化学反応を生ずる。しかしその反
応生成物は照射光を吸収することのないまたは少
ない材料または波数に限定される。
光励起または光化学反応を生ずる。しかしその反
応生成物は照射光を吸収することのないまたは少
ない材料または波数に限定される。
このため本発明においては、珪素を主成分とす
る半導体においては1100cm-1(9.3μ)以下の波数
の光学ギヤツプより小さい光エネルギを有する赤
外光をセラミツクス発熱体例えばジルコンセラミ
ツク(主成分ZrSiO4)により作られた遠赤外光
源を用いて光励起せしめている。また、酸化珪
素、窒化珪素、炭化珪素等の絶縁物の作製に関し
ても、Si−Hの吸収ピークが1100〜700cm-1にあ
り、この結合手を励起して切断するためにFIRの
光エネルギを用いることにより同様に有効であ
る。また酸化インジユーム・スズ(ITOともい
う)、酸化スズのごとき透光性導電膜においても、
SnCl結合、InCl結合の赤外共鳴吸収が1000〜600
cm-1にあるため、本発明のFIRを用いたPhoto
CVD装置において有効である。
る半導体においては1100cm-1(9.3μ)以下の波数
の光学ギヤツプより小さい光エネルギを有する赤
外光をセラミツクス発熱体例えばジルコンセラミ
ツク(主成分ZrSiO4)により作られた遠赤外光
源を用いて光励起せしめている。また、酸化珪
素、窒化珪素、炭化珪素等の絶縁物の作製に関し
ても、Si−Hの吸収ピークが1100〜700cm-1にあ
り、この結合手を励起して切断するためにFIRの
光エネルギを用いることにより同様に有効であ
る。また酸化インジユーム・スズ(ITOともい
う)、酸化スズのごとき透光性導電膜においても、
SnCl結合、InCl結合の赤外共鳴吸収が1000〜600
cm-1にあるため、本発明のFIRを用いたPhoto
CVD装置において有効である。
以下の図面に従つて、本発明の特長を従来装置
との比較において記す。
との比較において記す。
第1図は従来より知られたPhoto CVD装置の
概要を示す。
概要を示す。
図面において、反応容器2内は基板1が配設さ
れ、下側よりヒータ39により200〜400℃に加熱
されている。さらに紫外光(253nm)が低圧水
銀灯9(出力10〜40W)により、石英板を介し
て、基板1の表面に垂直方向に照射33される。
石英板38の下側には反応生成物の付着を少なく
するため、オイル54が塗付されている。反応性
気体は、ドーピング系20よりシラン26が流量
計29よりバルブ28を経て基板表面に平行34
に供給される。キヤリアガスとしての水素または
ヘリユームが27より供給され、光化学反応がな
され、半導体被膜が基板1上に形成される。不要
反応生成物およびキヤリアガスは、圧力調整用の
バルブ13を経て、真空ポンプ18より外部に排
気される。
れ、下側よりヒータ39により200〜400℃に加熱
されている。さらに紫外光(253nm)が低圧水
銀灯9(出力10〜40W)により、石英板を介し
て、基板1の表面に垂直方向に照射33される。
石英板38の下側には反応生成物の付着を少なく
するため、オイル54が塗付されている。反応性
気体は、ドーピング系20よりシラン26が流量
計29よりバルブ28を経て基板表面に平行34
に供給される。キヤリアガスとしての水素または
ヘリユームが27より供給され、光化学反応がな
され、半導体被膜が基板1上に形成される。不要
反応生成物およびキヤリアガスは、圧力調整用の
バルブ13を経て、真空ポンプ18より外部に排
気される。
かかる従来の装置においては、シリコン膜をシ
ランにより形成させる場合、シランを34の方向
より流しており、紫外光が基板に垂直に照射され
ており、基板上での表面反応によりシリコン膜が
形成される しかしもし他の基板が1′に配設されると、
1′により1の表面には紫外光が照射されず、陰
になつてしまつた。このため、下側の基板1上で
は光化学反応をさせることができない。
ランにより形成させる場合、シランを34の方向
より流しており、紫外光が基板に垂直に照射され
ており、基板上での表面反応によりシリコン膜が
形成される しかしもし他の基板が1′に配設されると、
1′により1の表面には紫外光が照射されず、陰
になつてしまつた。このため、下側の基板1上で
は光化学反応をさせることができない。
即ち従来の方法では、多量に基板上に被膜形成
をさせることができない。従来法においては、こ
の光化学反応は飛翔中の反応性気体での光化学反
応よりも、むしろ基板表面の光化学反応が律速で
あるとの事実に基づいて作られてきた。このため
第1図に示す以外の構成をとることができなかつ
た。
をさせることができない。従来法においては、こ
の光化学反応は飛翔中の反応性気体での光化学反
応よりも、むしろ基板表面の光化学反応が律速で
あるとの事実に基づいて作られてきた。このため
第1図に示す以外の構成をとることができなかつ
た。
さらにこの方式においては、光源が大気中に配
設されているため、石英板38の圧力等による破
損を防ぐため、大面積にすることができない。こ
のため基板として3インチウエハ1枚程度であ
り、理論的にも5インチウエハ5枚の同時挿着す
ら不可能であつた。
設されているため、石英板38の圧力等による破
損を防ぐため、大面積にすることができない。こ
のため基板として3インチウエハ1枚程度であ
り、理論的にも5インチウエハ5枚の同時挿着す
ら不可能であつた。
他方、この方法においてプラズマエネルギを加
えると、その活性分子またはイオンがオイル54
面をスパツタし、結果としてこのオイルの炭化水
素を不純物として発生させ、被膜中に混合させて
しまう。このため非炭化物の被膜を作製せんとす
る時にきわめて大きな障害になつていた。
えると、その活性分子またはイオンがオイル54
面をスパツタし、結果としてこのオイルの炭化水
素を不純物として発生させ、被膜中に混合させて
しまう。このため非炭化物の被膜を作製せんとす
る時にきわめて大きな障害になつていた。
他方本発明は、このPhoto CVD法を十分検討
した結果、300nm以下の波長の紫外光を用いる
のではなく、また赤外線を炭酸ガスレーザ光等の
小面積手段により用いるのではなく、反応性気体
の結合手と共鳴吸収を行う300〜1500cm-1の波数
の連続光を大空間に十分照射せしめて、被形成表
面で、被膜化するに当り、前記連続光をFIRのセ
ラミツク発熱体により発生せしめ、加えて熱エネ
ルギを用いることにより可能となることを見いだ
した。
した結果、300nm以下の波長の紫外光を用いる
のではなく、また赤外線を炭酸ガスレーザ光等の
小面積手段により用いるのではなく、反応性気体
の結合手と共鳴吸収を行う300〜1500cm-1の波数
の連続光を大空間に十分照射せしめて、被形成表
面で、被膜化するに当り、前記連続光をFIRのセ
ラミツク発熱体により発生せしめ、加えて熱エネ
ルギを用いることにより可能となることを見いだ
した。
FIRを用いるPhoto CVD法においては、公害
問題において有害な水銀励起法を用いないため、
その被膜の成長速度が0.1〜0.3Å/秒(6Å/分
〜18Å/分)しか得られなかつた。
問題において有害な水銀励起法を用いないため、
その被膜の成長速度が0.1〜0.3Å/秒(6Å/分
〜18Å/分)しか得られなかつた。
このため本発明装置においては、光エネルギに
加えて電気エネルギを同時に供給して、反応性気
体の活性化を促し、ひいては反応性気体の被膜の
成長速度を約10倍以上の2〜10Å/秒に大きくす
ることができたことを特長とする。
加えて電気エネルギを同時に供給して、反応性気
体の活性化を促し、ひいては反応性気体の被膜の
成長速度を約10倍以上の2〜10Å/秒に大きくす
ることができたことを特長とする。
従来、公知のプラズマCVDにおいては、プラ
ズマ・エネルギにより基板表面をスパツタ(損
傷)していたものとされており、かかる欠点を補
うためにプラズマをまつたく用いないPhoto
CVD法が考え出されていた。
ズマ・エネルギにより基板表面をスパツタ(損
傷)していたものとされており、かかる欠点を補
うためにプラズマをまつたく用いないPhoto
CVD法が考え出されていた。
しかし本発明人はプラズマの発生機構を十分に
考えた結果、放電(グロー放電)のみでその加え
られるエネルギの大部分は衝突エネルギとして用
いられ、反応性気体の3〜10%しかイオン化して
いないことが判明した。このため、電子エネルギ
は用いつつも励起までには至らない多量の反応性
気体に対し、FIRのエネルギを加えたもので、イ
オン化をさらに2〜4倍にまで高めることができ
た。加えて3000cm-1以上の波数のOH等の共鳴に
必要な波数の光エネルギを十分小さくすることに
より、従来PCVD法では珪素中にH2Oの不純物に
より酸化珪素等が混入して被膜特性を悪くさせる
ことを防ぐことができた。即ち、従来のPCVD法
にて損傷以外の他の最大の欠点の不純物の取り込
みが起きやすい欠点を防ぎ、水の酸素を被膜中に
混入させることを選択的に十分小さくすることが
可能となつた。本発明は1500cm-1特に1100cm-1の
波数を共鳴吸収する反応性気体を特に選んで被膜
構成成分とするいわゆる被膜形成時に純化精製せ
しめることも可能となつた。
考えた結果、放電(グロー放電)のみでその加え
られるエネルギの大部分は衝突エネルギとして用
いられ、反応性気体の3〜10%しかイオン化して
いないことが判明した。このため、電子エネルギ
は用いつつも励起までには至らない多量の反応性
気体に対し、FIRのエネルギを加えたもので、イ
オン化をさらに2〜4倍にまで高めることができ
た。加えて3000cm-1以上の波数のOH等の共鳴に
必要な波数の光エネルギを十分小さくすることに
より、従来PCVD法では珪素中にH2Oの不純物に
より酸化珪素等が混入して被膜特性を悪くさせる
ことを防ぐことができた。即ち、従来のPCVD法
にて損傷以外の他の最大の欠点の不純物の取り込
みが起きやすい欠点を防ぎ、水の酸素を被膜中に
混入させることを選択的に十分小さくすることが
可能となつた。本発明は1500cm-1特に1100cm-1の
波数を共鳴吸収する反応性気体を特に選んで被膜
構成成分とするいわゆる被膜形成時に純化精製せ
しめることも可能となつた。
さらに本発明のPPCVD法においては、放電エ
ネルギを損傷を少なくするため弱くするが、これ
に伴う放電開始を容易にするとともに、一度放電
してしまつた後もこの放電が止まりそうになる不
安定性を防ぐために、プラズマ・エネルギのみで
はイオン化できない結合手に共鳴するFIRを瞬時
に与えたものである。その結果特に高い電圧力
(1〜50torr)にて放電の開始を容易にし、また
放電の持続を容易にしたことを特長としている。
ネルギを損傷を少なくするため弱くするが、これ
に伴う放電開始を容易にするとともに、一度放電
してしまつた後もこの放電が止まりそうになる不
安定性を防ぐために、プラズマ・エネルギのみで
はイオン化できない結合手に共鳴するFIRを瞬時
に与えたものである。その結果特に高い電圧力
(1〜50torr)にて放電の開始を容易にし、また
放電の持続を容易にしたことを特長としている。
以下の図面に従つて、本発明のPhoto CVD装
置を記す。
置を記す。
第2図は反応系がCVD(PPCVDまたは
PhotCVD)法であつて、反応室内に反応性気体
を一方から導入する手段と、他方へ排気する手段
と、基板を加熱するためのハロゲンヒーターと、
光化学反応用の光源とを有する装置であつて、反
応室内には基板を反応性気体の流れに沿つて置く
ことができるとともに前記反応性気体の導入方向
及び前記反応性気体の排気方向を除いて基板の周
囲を囲んだ構造を有するホルダーと、該ホルダー
の前記反応性気体導入方向及び前記反応性気体の
排気方向をそれぞれ覆うことができ反応性気体を
導入する手段及び排気する手段をそれぞれに有し
た構造の一対の石英製フードとが設けられてい
て、前記ホルダーと前記石英製フードとにより反
応性気体をもれないように閉じ込める閉空間を反
応室の内部に作ることができるものであり、かつ
前記ハロゲンヒーターが前記閉空間外であつて前
記石英製フードを介して前記閉空間内の反応性気
体を加熱することができる位置に設けられてお
り、さらに前記閉空間内には光化学反応及びプラ
ズマ反応を生ぜしめるための一対の電極及び光源
が配設されていることを特徴とする光CVD装置
を示すもので、本発明の特徴を最も良く表すもの
である。
PhotCVD)法であつて、反応室内に反応性気体
を一方から導入する手段と、他方へ排気する手段
と、基板を加熱するためのハロゲンヒーターと、
光化学反応用の光源とを有する装置であつて、反
応室内には基板を反応性気体の流れに沿つて置く
ことができるとともに前記反応性気体の導入方向
及び前記反応性気体の排気方向を除いて基板の周
囲を囲んだ構造を有するホルダーと、該ホルダー
の前記反応性気体導入方向及び前記反応性気体の
排気方向をそれぞれ覆うことができ反応性気体を
導入する手段及び排気する手段をそれぞれに有し
た構造の一対の石英製フードとが設けられてい
て、前記ホルダーと前記石英製フードとにより反
応性気体をもれないように閉じ込める閉空間を反
応室の内部に作ることができるものであり、かつ
前記ハロゲンヒーターが前記閉空間外であつて前
記石英製フードを介して前記閉空間内の反応性気
体を加熱することができる位置に設けられてお
り、さらに前記閉空間内には光化学反応及びプラ
ズマ反応を生ぜしめるための一対の電極及び光源
が配設されていることを特徴とする光CVD装置
を示すもので、本発明の特徴を最も良く表すもの
である。
実施例 1
第2図は反応系10、ドーピング系20、排気
系30を有する。
系30を有する。
反応系10は、反応容器2(内容積、巾100cm、
高さ60cm、奥行き100cm反応空間65cm×65cm×25
cm、105625cm2)には、被形成面を有する基板1が
ホルダ31に保持されている。
高さ60cm、奥行き100cm反応空間65cm×65cm×25
cm、105625cm2)には、被形成面を有する基板1が
ホルダ31に保持されている。
このホルダは65cm×65cmであるが、反応性気体
の流れ方向34に25cmの長さを有し、20cm×60cm
の基板を20枚(被形成面の総面積24000cm2)同時
に挿入させている。
の流れ方向34に25cmの長さを有し、20cm×60cm
の基板を20枚(被形成面の総面積24000cm2)同時
に挿入させている。
さらに基板1の被形成面は、反応性気体の上方
より導入させ下方へ排出させる流れにそつて垂直
(鉛直)方向に一定の間隔(1〜10cm例えば5cm)
を隔てて林立させている。
より導入させ下方へ排出させる流れにそつて垂直
(鉛直)方向に一定の間隔(1〜10cm例えば5cm)
を隔てて林立させている。
基板はセラミツクス発熱体9に加えて石英フー
ド54上方および下方の(発光波長1〜3μ)ハ
ロゲン補助ヒータ7により例えば200〜500℃に加
熱される。1500cm-1(6.65μ)の波数以下特に1100
(9.3μ)〜500cm-1(20μ)の波数を発光する光化学
反応用のFIR発熱体9が上側光源、下側光源とし
て反応炉内に設けられている。
ド54上方および下方の(発光波長1〜3μ)ハ
ロゲン補助ヒータ7により例えば200〜500℃に加
熱される。1500cm-1(6.65μ)の波数以下特に1100
(9.3μ)〜500cm-1(20μ)の波数を発光する光化学
反応用のFIR発熱体9が上側光源、下側光源とし
て反応炉内に設けられている。
このランプはジルコン(主成分ZiSiO4)セラ
ミツクスであり、内部にニクロムにて発熱せしめ
このジルコンを加熱することにより、セラミツク
ス発熱体として1500cm-1特に1100(9.3μ)〜500cm
-1(20μ)の波数の赤外線(FIR)の発生を大出力
で作つた。さらにこのセラミツクス発熱体はこの
発光体のセラミツクス表面に反応生成物が形成さ
れても、この生成物はFIRを透光してしまうこと
を他の特長としており、そのため、反応炉外の大
気圧下からではなく反応炉内に配設させることが
可能となつた。
ミツクスであり、内部にニクロムにて発熱せしめ
このジルコンを加熱することにより、セラミツク
ス発熱体として1500cm-1特に1100(9.3μ)〜500cm
-1(20μ)の波数の赤外線(FIR)の発生を大出力
で作つた。さらにこのセラミツクス発熱体はこの
発光体のセラミツクス表面に反応生成物が形成さ
れても、この生成物はFIRを透光してしまうこと
を他の特長としており、そのため、反応炉外の大
気圧下からではなく反応炉内に配設させることが
可能となつた。
第3図は横軸に波数(波長の逆数)を有し、縦
軸に透過率のグラフ及びFIRの規格化された発光
強度を示す。図面において透過率のグラフにおけ
る吸収強度51′はシランの吸収を示し、また発
光強度のグラフはジルコンセラミツクス発熱体の
FIRの発光波長スペクトルを示す。
軸に透過率のグラフ及びFIRの規格化された発光
強度を示す。図面において透過率のグラフにおけ
る吸収強度51′はシランの吸収を示し、また発
光強度のグラフはジルコンセラミツクス発熱体の
FIRの発光波長スペクトルを示す。
この本発明の実施例に用いたジルコンセラミツ
クス発熱体の発光スペクトル強度を曲線50に示
す。この発光はこの実施例に用いられたシランの
吸収スペクトル51、特にSi−Hの変角振動の吸
収ピーク(1100〜800cm-1)51′に合致してい
る。そのためFIRがシランの分解に有効であるこ
とがわかる。
クス発熱体の発光スペクトル強度を曲線50に示
す。この発光はこの実施例に用いられたシランの
吸収スペクトル51、特にSi−Hの変角振動の吸
収ピーク(1100〜800cm-1)51′に合致してい
る。そのためFIRがシランの分解に有効であるこ
とがわかる。
さらに本発明においては、反応性気体の流れ3
4、照射光は基板表面に平行または概略平行に配
設され、照射光は反応空間32のすべてを照射し
ている。特にFIRは光のまわりこみが大きいた
め、紫外光等を用いる場合に比べて大空間での多
量生産に好ましかつた。
4、照射光は基板表面に平行または概略平行に配
設され、照射光は反応空間32のすべてを照射し
ている。特にFIRは光のまわりこみが大きいた
め、紫外光等を用いる場合に比べて大空間での多
量生産に好ましかつた。
反応性気体は導入口11よりノズル3を経て反
応空間55に至り、石英排出口8を経て12より
排気系に至る。
応空間55に至り、石英排出口8を経て12より
排気系に至る。
排気系30は、圧力調整バルブ13、ストツプ
バルブ14、メカニカルブースターポンプ17、
ロータリーポンプ18より外部に不用物を排出さ
せる。
バルブ14、メカニカルブースターポンプ17、
ロータリーポンプ18より外部に不用物を排出さ
せる。
基板は、石英ホルダにて最初予備室16に配設
され、真空引きを22,23にて行つた後、ゲー
ト37を開け、反応空間55に移設させた。
され、真空引きを22,23にて行つた後、ゲー
ト37を開け、反応空間55に移設させた。
反応性気体はドーピング系20にてシランが2
6より、その他ジボラン(B2H6)等のP型用反
応性気体、またフオスピン(PH3)等のN型用気
体24、珪素に窒素添加または炭素添加せしめる
ためのアンモニアまたはメタン等の気体25、キ
ヤリアガスとしての水素またはヘリユーム27
が、それぞれ流量計29を経てバルブ28により
制御して加えられる。
6より、その他ジボラン(B2H6)等のP型用反
応性気体、またフオスピン(PH3)等のN型用気
体24、珪素に窒素添加または炭素添加せしめる
ためのアンモニアまたはメタン等の気体25、キ
ヤリアガスとしての水素またはヘリユーム27
が、それぞれ流量計29を経てバルブ28により
制御して加えられる。
シランよりなる珪素半導体用の反応性気体は、
26を経、流量計29を経て、反応系10に至
る。この反応系には100〜500℃好ましくは200〜
350℃、代表的には300℃に保持された被形成面を
有する基板が配設してあり、反応空間32の圧力
を0.01〜10torr、例えば2torrとして、シラン流量
を1〜500CC(分例えば600cc/分供給した。光エ
ネルギはFIRであり1100cm-1またはそれ以下の波
数の長波長光を発するランプ(長さ680mm、16mm、
最大出力500W)を6本(合計3KW)用いて光照
射してPhoto CVDを行つた。次ぎに電気エネル
ギを高周波発振器(周波数100KHzまたは13.56M
Hz)4より一対の電極5,6に加えて、プラズマ
グローの放電をせしめてPPCVD反応を行つた。
26を経、流量計29を経て、反応系10に至
る。この反応系には100〜500℃好ましくは200〜
350℃、代表的には300℃に保持された被形成面を
有する基板が配設してあり、反応空間32の圧力
を0.01〜10torr、例えば2torrとして、シラン流量
を1〜500CC(分例えば600cc/分供給した。光エ
ネルギはFIRであり1100cm-1またはそれ以下の波
数の長波長光を発するランプ(長さ680mm、16mm、
最大出力500W)を6本(合計3KW)用いて光照
射してPhoto CVDを行つた。次ぎに電気エネル
ギを高周波発振器(周波数100KHzまたは13.56M
Hz)4より一対の電極5,6に加えて、プラズマ
グローの放電をせしめてPPCVD反応を行つた。
基板位置は、光化学反応用の照射光に対して平
行にその表面が配設されており、光化学反応は、
基板表面ではなく飛翔中のハロゲンランプにより
150〜350℃例えば300℃予熱されている反応性気
体に対して行つた。
行にその表面が配設されており、光化学反応は、
基板表面ではなく飛翔中のハロゲンランプにより
150〜350℃例えば300℃予熱されている反応性気
体に対して行つた。
かくすることにより照射光が基板の陰になり、
その反対側の反応性気体に照射されないことを防
ぐことができ、多量生産が可能なPhoto CVDお
よびPPCVDを実施することができた。さらに本
発明装置においては、反応性気体は基板と概略同
一温度に予熱されており、加熱された反応性気体
を光励起しているため、基板の表面に光が照射さ
れなくても十分被膜化が可能であるという特長も
有する。
その反対側の反応性気体に照射されないことを防
ぐことができ、多量生産が可能なPhoto CVDお
よびPPCVDを実施することができた。さらに本
発明装置においては、反応性気体は基板と概略同
一温度に予熱されており、加熱された反応性気体
を光励起しているため、基板の表面に光が照射さ
れなくても十分被膜化が可能であるという特長も
有する。
この半導体被膜の成長速度は、Photo CVDの
みにおいては0.1〜0.3Å/秒例えは0.2Å/秒であ
つた。即ちFIRを用いたPhoto CVD法において
は、基板表面をプラズマにより損傷することがな
いため、良好な膜質を得ることができた。しかし
被膜の成長速度は、0.1〜0.3Å/秒ときわめて遅
く、さらにそれに必要な光エネルギがきわめて強
力であるという欠点を有する。
みにおいては0.1〜0.3Å/秒例えは0.2Å/秒であ
つた。即ちFIRを用いたPhoto CVD法において
は、基板表面をプラズマにより損傷することがな
いため、良好な膜質を得ることができた。しかし
被膜の成長速度は、0.1〜0.3Å/秒ときわめて遅
く、さらにそれに必要な光エネルギがきわめて強
力であるという欠点を有する。
他方、本発明におけるFIRを用いたPPCVDは
プラズマによる損傷が若干みられるが、被膜の成
長速度としては1〜6Å/秒と、Photo CVD法
の10倍もの高速成長を行うことができた。この
PPCVD法においては、その工程の順序として反
応性気体に対し熱エネルギを加えてさらに予め
FIR光照射を行い、反応性気体の一部が光励起し
てきわめてイオン化しやすくさせ、その後に電気
エネルギを加えてプラズマ反応を生ぜしめたこと
がきわめて重要である。かくすることにより、放
電開始時を低い電源電圧で行うことが可能とな
り、さらにプラズマ衝撃波の発生を防ぐことがで
き、基板表面のプラズマ損傷を実質的に防ぐこと
ができた。
プラズマによる損傷が若干みられるが、被膜の成
長速度としては1〜6Å/秒と、Photo CVD法
の10倍もの高速成長を行うことができた。この
PPCVD法においては、その工程の順序として反
応性気体に対し熱エネルギを加えてさらに予め
FIR光照射を行い、反応性気体の一部が光励起し
てきわめてイオン化しやすくさせ、その後に電気
エネルギを加えてプラズマ反応を生ぜしめたこと
がきわめて重要である。かくすることにより、放
電開始時を低い電源電圧で行うことが可能とな
り、さらにプラズマ衝撃波の発生を防ぐことがで
き、基板表面のプラズマ損傷を実質的に防ぐこと
ができた。
以上の如くにて本発明方法の示す珪素を主成分
とする酸素濃度が1×1018cm-3以下の非単結晶半
導体を非形成面上に形成させることができた。
とする酸素濃度が1×1018cm-3以下の非単結晶半
導体を非形成面上に形成させることができた。
この珪素膜の膜質を調べると、SIMSの測定に
おいて酸素濃度は1×1018atom/c.c.以下(光出
力3.0KW以下、放電出力280W以下)を有せしめ
ることができた。
おいて酸素濃度は1×1018atom/c.c.以下(光出
力3.0KW以下、放電出力280W以下)を有せしめ
ることができた。
さらに放電出力を150Wとすると、3×
1017atom/c.c.とさらにその1/3に減少し、従来か
ら知られたシランをドーピング系につなぎ、
PCVD法(プラズマのみを用いたCVD法)によ
り作製し、その被膜中の酸素含有量を調べると、
3×1019atom/c.c.であり、この値より約10分の
1以下に減少していることが判明した。
1017atom/c.c.とさらにその1/3に減少し、従来か
ら知られたシランをドーピング系につなぎ、
PCVD法(プラズマのみを用いたCVD法)によ
り作製し、その被膜中の酸素含有量を調べると、
3×1019atom/c.c.であり、この値より約10分の
1以下に減少していることが判明した。
本発明装置において、基板温度を350℃、400℃
にすることにより形成された被膜の結晶性はさら
に進行した。
にすることにより形成された被膜の結晶性はさら
に進行した。
この反応生成物を作る温度はPPCVD法におい
ては300℃ではなく150〜300℃においても可能で
あつた。
ては300℃ではなく150〜300℃においても可能で
あつた。
Photo CVD法においては、その被膜成長速度
を大きくするため、シランが前記したモノシラン
ではなく、低酸素化ポリシラン(例えばSi2H6)
を得ることができる。このポリシラン特にジシラ
ンを少なくとも一部(5〜30%の濃度)に含むシ
ランを用いて前記したPhoto CVD法により半導
体被膜を作製する場合は、被膜の成長速度を2
Å/秒とモノシランのPhoto CVD法のの場合の
約10倍にまで高めることができた。
を大きくするため、シランが前記したモノシラン
ではなく、低酸素化ポリシラン(例えばSi2H6)
を得ることができる。このポリシラン特にジシラ
ンを少なくとも一部(5〜30%の濃度)に含むシ
ランを用いて前記したPhoto CVD法により半導
体被膜を作製する場合は、被膜の成長速度を2
Å/秒とモノシランのPhoto CVD法のの場合の
約10倍にまで高めることができた。
第4図はガラス基板上に第2図の装置にて0.5μ
のシリコン半導体層をPPCVD法(光出力
3.0KW)(125mW/cm2)(3000W/24000cm2放電出
力が150W)にて作製したものである。
のシリコン半導体層をPPCVD法(光出力
3.0KW)(125mW/cm2)(3000W/24000cm2放電出
力が150W)にて作製したものである。
この後、この部分にオームコンタクト電極を平
行電極として設けて、電気伝導度特性を調べたも
のである。
行電極として設けて、電気伝導度特性を調べたも
のである。
第4図は特に本発明のPPCVD法によりシラン
を用いた低酸素化シリコン半導体の電気特性5
6,64,65,66,68、従来よりのPCVD
反応による特性57,63,58,67,69を
比較して、光照射効果、熱アニール効果を調べた
結果を示したものである。
を用いた低酸素化シリコン半導体の電気特性5
6,64,65,66,68、従来よりのPCVD
反応による特性57,63,58,67,69を
比較して、光照射効果、熱アニール効果を調べた
結果を示したものである。
図面において、従来例において領域59は暗電
気伝導度57を示し、3×10-8(Ωcm)-1のの値を
有している。ここにAM1(100mW/cm2)を領域
60にて照射すると、従来法では曲線58に示す
ごとく、1×10-4(Ωcm)-1を有し、且つ2時間連
続照射して約1桁その値が劣化していた。
気伝導度57を示し、3×10-8(Ωcm)-1のの値を
有している。ここにAM1(100mW/cm2)を領域
60にて照射すると、従来法では曲線58に示す
ごとく、1×10-4(Ωcm)-1を有し、且つ2時間連
続照射して約1桁その値が劣化していた。
他方、本発明のPPCVD法において作られた半
導体膜は、暗伝導度56として5×10-11(Ωcm)
-1を有し、その光伝導度64は6×10-5(Ωcm)-1
のオーダーとフオトセンシテイビテーにて106を
有し、従来例よりも約2桁も大きく、さらに連続
光の照射にて、曲線65に見られるごとく、ほと
んどその電気伝導度の劣化がみられなかつた。
導体膜は、暗伝導度56として5×10-11(Ωcm)
-1を有し、その光伝導度64は6×10-5(Ωcm)-1
のオーダーとフオトセンシテイビテーにて106を
有し、従来例よりも約2桁も大きく、さらに連続
光の照射にて、曲線65に見られるごとく、ほと
んどその電気伝導度の劣化がみられなかつた。
これは本発明のPhoto CVD,PPCVDが酸素
の混入を少なくさせることができたことを証明す
るデータである。
の混入を少なくさせることができたことを証明す
るデータである。
さらに領域61において、その照射後の暗伝導
度も本発明においては66と56に比べ誤差の範
囲で同一であつた。
度も本発明においては66と56に比べ誤差の範
囲で同一であつた。
さらに150℃の加熱を2時間行うと、従来例で
は曲線67が69となり、見掛け上の特性変化が
あり、その後領域62にて再度光照射を行うと、
再び劣化特性がみられた。
は曲線67が69となり、見掛け上の特性変化が
あり、その後領域62にて再度光照射を行うと、
再び劣化特性がみられた。
しかし本発明においては、電気伝導度が光照射
の有無、熱アニールの有無で特性の変化、劣化が
殆ど観察されず、かつ光伝導度およびフオトセン
シテイビテイ(光伝導度と暗伝導度との差)が大
きく、また暗伝導度は小さかつた。
の有無、熱アニールの有無で特性の変化、劣化が
殆ど観察されず、かつ光伝導度およびフオトセン
シテイビテイ(光伝導度と暗伝導度との差)が大
きく、また暗伝導度は小さかつた。
以上のごとく、本発明方法はかくのごとく高信
頼性を有するシリコン半導体層を提供することが
できるという相乗効果を有することが判明した。
頼性を有するシリコン半導体層を提供することが
できるという相乗効果を有することが判明した。
本発明のPPCVD装置により、スパツタ(損
傷)効果が実質的になく、かつ多量生産が可能と
なつた。その結果、PNまたはPIN接合を光電変
換装置、光センサ、静電複写機、絶縁ゲイト型電
界効果半導体およびその集積化装置への応用が可
能となり、工業上きわめて有効なものと判断され
る。
傷)効果が実質的になく、かつ多量生産が可能と
なつた。その結果、PNまたはPIN接合を光電変
換装置、光センサ、静電複写機、絶縁ゲイト型電
界効果半導体およびその集積化装置への応用が可
能となり、工業上きわめて有効なものと判断され
る。
実施例 2
この実施例は窒化珪素絶縁物を作製する場合を
示す。
示す。
装置は第2図を用いて作つた。
光化学反応用の光源として1100cm-1以下の発光
波数をもつFIR光を用いた。
波数をもつFIR光を用いた。
第2図において、精製シランを26より、また
アンモニアを25よりNH3/SiH4>50として供
給した。
アンモニアを25よりNH3/SiH4>50として供
給した。
アミンの吸収は700〜900cm-1に強い吸収ピーク
を有する。このSi−H、およびNH(NH2)は有
効に反応させることができた。
を有する。このSi−H、およびNH(NH2)は有
効に反応させることができた。
この結果、フオトCVD法においては、0.1Å/
秒の絶縁性窒化珪素被膜を作ることができた。さ
らにPPCVD法を実施例1と同一の電気エネルギ
出力により、4.3Å/秒の被膜成長速度を基板温
度250℃、圧力2torrにて得ることができた。
秒の絶縁性窒化珪素被膜を作ることができた。さ
らにPPCVD法を実施例1と同一の電気エネルギ
出力により、4.3Å/秒の被膜成長速度を基板温
度250℃、圧力2torrにて得ることができた。
シリコン単結晶半導体基板上に1000Åの膜厚を
形成し、C−V特性を調べた結果、ともに界面電
荷密度として1×1011cm-2以下を得ることができ
た。また2×106V/cmの電界強度を加えても、
C−V特性にヒステリシス現象を見いださず、半
導体表面がほとんどスパツタ(損傷)されていな
いことが判明した。
形成し、C−V特性を調べた結果、ともに界面電
荷密度として1×1011cm-2以下を得ることができ
た。また2×106V/cmの電界強度を加えても、
C−V特性にヒステリシス現象を見いださず、半
導体表面がほとんどスパツタ(損傷)されていな
いことが判明した。
実施例 3
この実施例は本発明の装置により酸化珪素膜を
作製した例である。装置は実施例2と同様であ
る。
作製した例である。装置は実施例2と同様であ
る。
反応性気体としてアンモニアの代わりにN2O
を用い25より導入した。さらにシランを26よ
りN2O/SiH4>20として導入した。得られた結
果は実施例2と同様にC−V特性においてヒステ
リシスが観察されなかつた。さらに1×106V/
cmの絶縁耐力を有していた。
を用い25より導入した。さらにシランを26よ
りN2O/SiH4>20として導入した。得られた結
果は実施例2と同様にC−V特性においてヒステ
リシスが観察されなかつた。さらに1×106V/
cmの絶縁耐力を有していた。
実施例 4
この実施例はITO(酸化インジユーム・スズ、
酸化スズを10重量%以下、例えば5重量%含有し
た酸化インジユーム)を形成した場合である。
酸化スズを10重量%以下、例えば5重量%含有し
た酸化インジユーム)を形成した場合である。
実施例2と同じ装置を用いた。このInClを用い
る場合、In−Cl結合は700〜800cm-1の波数に強い
吸収が現れるため、Si−H結合と同様にPhoto
CVDを実施することができた。反応性気体とし
ては26より塩化インジユームを加え、25より
NOを加えた。さらに24より形成された酸化イ
ンジユームのシート抵抗を下げるため、四塩化ス
ズを添加し、さらに27より窒素をキヤリアガス
として加えた。
る場合、In−Cl結合は700〜800cm-1の波数に強い
吸収が現れるため、Si−H結合と同様にPhoto
CVDを実施することができた。反応性気体とし
ては26より塩化インジユームを加え、25より
NOを加えた。さらに24より形成された酸化イ
ンジユームのシート抵抗を下げるため、四塩化ス
ズを添加し、さらに27より窒素をキヤリアガス
として加えた。
かくして酸化インジユームまたはITOを100〜
500℃例えば300℃にて得ることができた。
500℃例えば300℃にて得ることができた。
被膜形成速度はPPCVD法で2torrにおいて、7
Å/秒を1torr、300℃にて作ることができた。
Å/秒を1torr、300℃にて作ることができた。
シート抵抗は700Åの膜厚で25Ω/□、透過率
87%であつた。
87%であつた。
実施例 5
この実施例は酸化スズの透明導電膜を作製し
た。
た。
装置は実施例4と同じであつた。
反応性気体として塩化スズを24より、N2O
を25よりN2O/SnCl4>20として加えた。
を25よりN2O/SnCl4>20として加えた。
同時に26よりCF3Brを添加してシート抵抗を
50Ω/□以下(厚さ1000Åの場合)に下げた。
50Ω/□以下(厚さ1000Åの場合)に下げた。
C−Fの場合は1200〜1350cm-1、C−Clは1000
〜1200cm-1に強い吸収ピークを有し、またC−
Brは500〜650cm-1に強い吸収ピークを有する。
このためCF3BrをFIRを用いて本発明のPhoto
CVD、PPCVDに不純物として添加することは有
効であつた。その値はハロゲン元素の無添加では
1KΩ/□〜3KΩ/□になつてしまつた場合が50
〜200Ω/□にまでシート抵抗を下げることがで
きた。
〜1200cm-1に強い吸収ピークを有し、またC−
Brは500〜650cm-1に強い吸収ピークを有する。
このためCF3BrをFIRを用いて本発明のPhoto
CVD、PPCVDに不純物として添加することは有
効であつた。その値はハロゲン元素の無添加では
1KΩ/□〜3KΩ/□になつてしまつた場合が50
〜200Ω/□にまでシート抵抗を下げることがで
きた。
形成された被膜をさらに光化学反応用の照射光
を加えつつ、N2O雰囲気または酸素と窒素との
混合雰囲気にて500℃にて焼成した。
を加えつつ、N2O雰囲気または酸素と窒素との
混合雰囲気にて500℃にて焼成した。
かくして耐酸性、耐プラズマ性を有する酸化ス
ズ膜を得ることができた。この酸化スズ膜は、透
光性の絶縁基板例えばガラス基板上であつても、
また、実施例1に示したガラス基板上のITO上に
コート材として積層してITO(300〜1500Å)、
SnO2(200〜400Å)の2層構造としても有効であ
つた。
ズ膜を得ることができた。この酸化スズ膜は、透
光性の絶縁基板例えばガラス基板上であつても、
また、実施例1に示したガラス基板上のITO上に
コート材として積層してITO(300〜1500Å)、
SnO2(200〜400Å)の2層構造としても有効であ
つた。
以上の実施例において、FIRは3KW(光エネル
ギ密度28mW/cm3)であつた。しかしこれを50〜
200mW/cm3とさらに光エネルギ密度として
Photo CVDにおける被膜成長速度を向上せしめ、
またPPCVD法における放電出力を減少させ、ス
パツタをさらに少なくすることは有効である。
ギ密度28mW/cm3)であつた。しかしこれを50〜
200mW/cm3とさらに光エネルギ密度として
Photo CVDにおける被膜成長速度を向上せしめ、
またPPCVD法における放電出力を減少させ、ス
パツタをさらに少なくすることは有効である。
また以上の本発明の説明において、炭酸ガス・
レーザ等の小面積でPhoto CVDを行うのではな
く、その10倍以上の大面積の被膜形成にPhoto
CVD法、PPCVD法にて被膜を形成せしめること
が可能になつたことが判明した。
レーザ等の小面積でPhoto CVDを行うのではな
く、その10倍以上の大面積の被膜形成にPhoto
CVD法、PPCVD法にて被膜を形成せしめること
が可能になつたことが判明した。
以上の説明より明らかなごとく、本発明は反応
性気体を上方より下方向に流し、基板の被形成面
上に落下フレークが付着しないように基板を垂直
(鉛直)に間隔(1〜10cm例えば5cm)を開けて
林立し、かつこの反応空間の周辺を反応性気体が
反応空間以外にもれないようにホルダで囲んでい
る。
性気体を上方より下方向に流し、基板の被形成面
上に落下フレークが付着しないように基板を垂直
(鉛直)に間隔(1〜10cm例えば5cm)を開けて
林立し、かつこの反応空間の周辺を反応性気体が
反応空間以外にもれないようにホルダで囲んでい
る。
さらに1つの基板が他の基板の陰にならないよ
うに、この基板の表面に平行に光照射をさせ反応
性気体を飛翔中に光励起せしめたことを特長とし
ており、その結果、本発明の実施例に示すごとく
20cm×60cmの基板を20枚/ロツトまたは5インチ
サイズのシリコン基板と同様に100枚/ロツトも
挿着することができ、従来の方式の5インチウエ
ハ最大5枚の20倍もの多量生産が可能となり、工
業上の効果をきわめて大なるものであると信ず
る。
うに、この基板の表面に平行に光照射をさせ反応
性気体を飛翔中に光励起せしめたことを特長とし
ており、その結果、本発明の実施例に示すごとく
20cm×60cmの基板を20枚/ロツトまたは5インチ
サイズのシリコン基板と同様に100枚/ロツトも
挿着することができ、従来の方式の5インチウエ
ハ最大5枚の20倍もの多量生産が可能となり、工
業上の効果をきわめて大なるものであると信ず
る。
第1図は従来のPhoto CVD装置の概要を示す。
第2図は本発明方法を用いたPhoto CVDおよび
フオトプラズマCVD装置の概要を示す。第3図
は本発明に用いられたFIR用のジルコンランプの
発光特性およびSi−H系の吸収特性を示す。第4
図は本発明方法および従来例によつて得られた電
気伝導度特性を示す。
第2図は本発明方法を用いたPhoto CVDおよび
フオトプラズマCVD装置の概要を示す。第3図
は本発明に用いられたFIR用のジルコンランプの
発光特性およびSi−H系の吸収特性を示す。第4
図は本発明方法および従来例によつて得られた電
気伝導度特性を示す。
Claims (1)
- 1 反応室内に反応性気体を一方から導入する手
段と、他方へ排気する手段と、基板を加熱するた
めのハロゲンヒーターと、反応性気体に対しては
光励起又は光化学反応を生じさせ、反応生成物に
対しては吸収することがない又は少ない波数の光
化学反応用の光源とを有する装置であつて、反応
室内には基板を反応性気体の流れに沿つて置くこ
とができるとともに前記反応性気体の導入方向及
び前記反応性気体の排気方向を除いて基板の周囲
を囲んだ構造を有する移動可能なホルダーと、該
ホルダーの前記反応性気体導入方向及び前記反応
性気体の排気方向をそれぞれ覆うことができ反応
性気体を導入する手段及び排気する手段をそれぞ
れに有した構造の一対のフードとが設けられてい
て、前記ホルダーと前記フードとにより反応性気
体をもれないように閉じ込める閉空間を反応室の
内部に作ることができるものであり、かつ前記ハ
ロゲンヒーターが前記閉空間外であつて前記フー
ドを介して前記閉空間内の基板を加熱することが
できる位置に設けられており、さらに前記閉空間
内には光化学反応及びプラズマ反応を生ぜしめる
ための一対の電極及び前記光化学反応用の光源が
配設されていることを特徴とする光CVD装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13489983A JPS6027121A (ja) | 1983-07-22 | 1983-07-22 | 光cvd装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13489983A JPS6027121A (ja) | 1983-07-22 | 1983-07-22 | 光cvd装置 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16670992A Division JPH05190473A (ja) | 1992-06-03 | 1992-06-03 | 光cvd装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6027121A JPS6027121A (ja) | 1985-02-12 |
JPH0463536B2 true JPH0463536B2 (ja) | 1992-10-12 |
Family
ID=15139121
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13489983A Granted JPS6027121A (ja) | 1983-07-22 | 1983-07-22 | 光cvd装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6027121A (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0740552B2 (ja) * | 1985-07-15 | 1995-05-01 | 三井東圧化学株式会社 | 半導体薄膜の製法 |
JPS6369976A (ja) * | 1986-09-09 | 1988-03-30 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光cvd装置 |
JPS63155682A (ja) * | 1986-12-18 | 1988-06-28 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置 |
JPS63146901U (ja) * | 1987-03-18 | 1988-09-28 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5143718U (ja) * | 1974-09-27 | 1976-03-31 | ||
JPS56124229A (en) * | 1980-03-05 | 1981-09-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacture of thin film |
-
1983
- 1983-07-22 JP JP13489983A patent/JPS6027121A/ja active Granted
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5143718U (ja) * | 1974-09-27 | 1976-03-31 | ||
JPS56124229A (en) * | 1980-03-05 | 1981-09-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacture of thin film |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6027121A (ja) | 1985-02-12 |
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