JPH06168883A - 多結晶シリコン薄膜の製造方法 - Google Patents
多結晶シリコン薄膜の製造方法Info
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- JPH06168883A JPH06168883A JP3401891A JP3401891A JPH06168883A JP H06168883 A JPH06168883 A JP H06168883A JP 3401891 A JP3401891 A JP 3401891A JP 3401891 A JP3401891 A JP 3401891A JP H06168883 A JPH06168883 A JP H06168883A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 プラズマＣＶＤ装置を用いて結晶粒径の大き
な多結晶シリコン薄膜を製造する方法を提供する。 【構成】 高真空にした反応室内にＳｉＦ4 ：Ｈ2 ：Ｆ
2 （ガス比率は２：１：５、Ｆ／Ｈ比率は９：１）の反
応ガスを供給しその圧力を０．５Ｔｏｒｒに調整する。
この反応ガスをプラズマ化し、３５０℃に加熱されたガ
ラス基板上に厚さ約３０００オングストロームの多結晶
シリコン薄膜を形成する。この製造方法においてはエッ
チング性の弗素原子の数を水素原子の数より多くなるよ
うに調整しているため反応ガス中の水素濃度が低くな
り、得られた多結晶シリコンの結晶粒径は平均粒径１８
００オングストロームと大きく、従って、膜中の水素濃
度も０．１原子％と低く、電子移動度も１８．５cm2 ／
Ｖ・Ｓと優れている。
な多結晶シリコン薄膜を製造する方法を提供する。 【構成】 高真空にした反応室内にＳｉＦ4 ：Ｈ2 ：Ｆ
2 （ガス比率は２：１：５、Ｆ／Ｈ比率は９：１）の反
応ガスを供給しその圧力を０．５Ｔｏｒｒに調整する。
この反応ガスをプラズマ化し、３５０℃に加熱されたガ
ラス基板上に厚さ約３０００オングストロームの多結晶
シリコン薄膜を形成する。この製造方法においてはエッ
チング性の弗素原子の数を水素原子の数より多くなるよ
うに調整しているため反応ガス中の水素濃度が低くな
り、得られた多結晶シリコンの結晶粒径は平均粒径１８
００オングストロームと大きく、従って、膜中の水素濃
度も０．１原子％と低く、電子移動度も１８．５cm2 ／
Ｖ・Ｓと優れている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスタ等の
半導体や太陽電池に利用可能な多結晶シリコン薄膜の製
造方法に係り、特に、プラズマＣＶＤ装置を用い結晶粒
径の大きい多結晶シリコン薄膜が求められる多結晶シリ
コン薄膜の製造方法に関するものである。
半導体や太陽電池に利用可能な多結晶シリコン薄膜の製
造方法に係り、特に、プラズマＣＶＤ装置を用い結晶粒
径の大きい多結晶シリコン薄膜が求められる多結晶シリ
コン薄膜の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】多結晶シリコン薄膜は、数百オングスト
ローム〜数μｍの結晶シリコンが多数集合して形成され
た薄膜で、従来、この薄膜は主として熱ＣＶＤ法により
製造されていた。例えば、特開昭５８−１７２２１７号
公報においては、４００〜９００℃に加熱された反応室
へシラン化合物を供給して熱ＣＶＤを行い、基板上へ多
結晶シリコン薄膜を形成する方法が開示されている。
ローム〜数μｍの結晶シリコンが多数集合して形成され
た薄膜で、従来、この薄膜は主として熱ＣＶＤ法により
製造されていた。例えば、特開昭５８−１７２２１７号
公報においては、４００〜９００℃に加熱された反応室
へシラン化合物を供給して熱ＣＶＤを行い、基板上へ多
結晶シリコン薄膜を形成する方法が開示されている。
【０００３】しかし、この方法においては伝熱効率の悪
い反応ガスを高温に加熱するために多量のエネルギーを
必要とし、かつ、加熱冷却に時間とコストがかかり過ぎ
てその生産性が悪いという問題があり、その温度条件を
４００〜７００℃程度に設定した場合には製膜速度が遅
く実用的でない欠点があった。
い反応ガスを高温に加熱するために多量のエネルギーを
必要とし、かつ、加熱冷却に時間とコストがかかり過ぎ
てその生産性が悪いという問題があり、その温度条件を
４００〜７００℃程度に設定した場合には製膜速度が遅
く実用的でない欠点があった。
【０００４】また、一般に多結晶シリコン薄膜はアルミ
ナやグラファイト等結晶シリコン以外の材質の基板上へ
形成されるため、７００℃以上もの高温にさらされると
基板中に含まれるアルミニウムやニッケル等の不純物が
シリコン結晶中に拡散し堆積された薄膜の特性を悪化さ
せてしまうことが知られている（「最新ＬＳＩプロセス
技術」、ｐ１０９、昭和５８年発行、前田和夫著、工業
調査会編）。
ナやグラファイト等結晶シリコン以外の材質の基板上へ
形成されるため、７００℃以上もの高温にさらされると
基板中に含まれるアルミニウムやニッケル等の不純物が
シリコン結晶中に拡散し堆積された薄膜の特性を悪化さ
せてしまうことが知られている（「最新ＬＳＩプロセス
技術」、ｐ１０９、昭和５８年発行、前田和夫著、工業
調査会編）。
【０００５】また、安価なガラス基板はその融点が低い
ため、７００℃以上では基板として使用することが困難
でもある。
ため、７００℃以上では基板として使用することが困難
でもある。
【０００６】更に、熱ＣＶＤ法により作製された多結晶
シリコンは、その作製時における温度が高いためにシリ
コン粒子間の隙間が多く互いに密着していないことに加
え、結晶粒界のダングリングボンドが電気的特性を劣化
させることが最近の研究によって判明し、かかる不都合
を是正するために結晶粒界を水素でパッシベーションさ
せる必要がある等の欠点があった。
シリコンは、その作製時における温度が高いためにシリ
コン粒子間の隙間が多く互いに密着していないことに加
え、結晶粒界のダングリングボンドが電気的特性を劣化
させることが最近の研究によって判明し、かかる不都合
を是正するために結晶粒界を水素でパッシベーションさ
せる必要がある等の欠点があった。
【０００７】このため、最近、低温で多結晶シリコン薄
膜を製造することのできるプラズマＣＶＤ法が注目され
ている（特開昭６３−１５７８７２号公報、特開昭６３
−１７５４１７号公報参照）。すなわち、これ等公報に
開示されている方法は、プラズマＣＶＤ装置を用いてシ
リコン原子、ハロゲン原子、及び、多量の水素原子を含
有する反応ガスをプラズマ化し、加熱基板上に多結晶シ
リコン薄膜を形成する方法で、求められた多結晶シリコ
ンは上記熱ＣＶＤ法による場合に較べてシリコン粒子間
に水素を含有し、一度作製した多結晶シリコンを後から
パッシベーションする必要が無いという長所を有する方
法であった。
膜を製造することのできるプラズマＣＶＤ法が注目され
ている（特開昭６３−１５７８７２号公報、特開昭６３
−１７５４１７号公報参照）。すなわち、これ等公報に
開示されている方法は、プラズマＣＶＤ装置を用いてシ
リコン原子、ハロゲン原子、及び、多量の水素原子を含
有する反応ガスをプラズマ化し、加熱基板上に多結晶シ
リコン薄膜を形成する方法で、求められた多結晶シリコ
ンは上記熱ＣＶＤ法による場合に較べてシリコン粒子間
に水素を含有し、一度作製した多結晶シリコンを後から
パッシベーションする必要が無いという長所を有する方
法であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これ等
従来のプラズマＣＶＤ法にて求められた多結晶シリコン
薄膜は、その結晶粒径が高々５００オングストローム程
度と小さく電子移動度等の電気的特性が劣る問題点があ
った。また、結晶粒径が小さいことから結晶表面積が大
きく、従って、結晶界面に存在するダングリングボンド
を封鎖するための水素量が２．５原子％（ａｔ％）以上
必要で薄膜中に含まれる水素量も多かった。
従来のプラズマＣＶＤ法にて求められた多結晶シリコン
薄膜は、その結晶粒径が高々５００オングストローム程
度と小さく電子移動度等の電気的特性が劣る問題点があ
った。また、結晶粒径が小さいことから結晶表面積が大
きく、従って、結晶界面に存在するダングリングボンド
を封鎖するための水素量が２．５原子％（ａｔ％）以上
必要で薄膜中に含まれる水素量も多かった。
【０００９】そこで、本発明者等は多結晶シリコン薄膜
の結晶粒径が大きくならない原因を探るべく鋭意研究を
重ねた結果、シリコン原子の結晶成長に不可欠とされか
つシリコン原子による結晶成長とハロゲン原子によるエ
ッチングとのバランスを図る上で必要とされた多量の水
素ガスに原因があることを究明し本発明を完成するに至
ったものである。
の結晶粒径が大きくならない原因を探るべく鋭意研究を
重ねた結果、シリコン原子の結晶成長に不可欠とされか
つシリコン原子による結晶成長とハロゲン原子によるエ
ッチングとのバランスを図る上で必要とされた多量の水
素ガスに原因があることを究明し本発明を完成するに至
ったものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１に係
る発明は、プラズマＣＶＤ装置を用いてシリコン原子、
ハロゲン原子及び水素原子を含有する反応ガスをプラズ
マ化し、加熱基板上に多結晶シリコンの薄膜を形成する
多結晶シリコン薄膜の製造方法を前提とし、上記反応ガ
ス中のハロゲン原子の数が水素原子の数より多くなるよ
うに調整することを特徴とするものであり、一方、請求
項２に係る発明は、請求項１に係る発明においてそのシ
リコン原子の供給ガスが、ＳｉＦ4 、ＳｉＣｌ4 、及
び、Ｓｉ2 Ｆ6 より選択されたハロゲン化珪素ガスで構
成され、水素原子の供給ガスが水素ガスであることを特
徴とするものである。
る発明は、プラズマＣＶＤ装置を用いてシリコン原子、
ハロゲン原子及び水素原子を含有する反応ガスをプラズ
マ化し、加熱基板上に多結晶シリコンの薄膜を形成する
多結晶シリコン薄膜の製造方法を前提とし、上記反応ガ
ス中のハロゲン原子の数が水素原子の数より多くなるよ
うに調整することを特徴とするものであり、一方、請求
項２に係る発明は、請求項１に係る発明においてそのシ
リコン原子の供給ガスが、ＳｉＦ4 、ＳｉＣｌ4 、及
び、Ｓｉ2 Ｆ6 より選択されたハロゲン化珪素ガスで構
成され、水素原子の供給ガスが水素ガスであることを特
徴とするものである。
【００１１】請求項１に係る発明において成膜性を有す
るシリコン原子の供給ガスとしては、ＳｉＨ4 、Ｓｉ2
Ｈ6 、Ｓｉ3 Ｈ8 等の水素化珪素、ＳｉＨm Ｘ4-m （但
し、ｍは１〜４、好ましくは２〜４、ＸはＣｌ又はＦ原
子、好ましくはＦ原子である）で示されるハロゲン化シ
ラン、及びＳｉＦ4 、ＳｉＣｌ4 、及びＳｉ2 Ｆ6 より
任意に選択されたハロゲン化珪素が適用可能である。
るシリコン原子の供給ガスとしては、ＳｉＨ4 、Ｓｉ2
Ｈ6 、Ｓｉ3 Ｈ8 等の水素化珪素、ＳｉＨm Ｘ4-m （但
し、ｍは１〜４、好ましくは２〜４、ＸはＣｌ又はＦ原
子、好ましくはＦ原子である）で示されるハロゲン化シ
ラン、及びＳｉＦ4 、ＳｉＣｌ4 、及びＳｉ2 Ｆ6 より
任意に選択されたハロゲン化珪素が適用可能である。
【００１２】尚、ＳｉＦ4 、ＳｉＣｌ4 、Ｓｉ2 Ｆ6 等
のハロゲン化珪素は、シリコン結晶薄膜作製技術におい
て従来エッチング性ガスと考えられていたものである
が、本発明においては、反応ガス中に水素ガスを含有さ
せることによりこれ等に成膜性のシリコン原子供給ガス
としての役割を持たせることに成功したものである。
のハロゲン化珪素は、シリコン結晶薄膜作製技術におい
て従来エッチング性ガスと考えられていたものである
が、本発明においては、反応ガス中に水素ガスを含有さ
せることによりこれ等に成膜性のシリコン原子供給ガス
としての役割を持たせることに成功したものである。
【００１３】また、ＳｉＦ4 、ＳｉＣｌ4 、Ｓｉ2 Ｆ6
等のハロゲン化珪素は、水素原子を有するＳｉＨ4 、Ｓ
ｉ2 Ｈ6 、Ｓｉ3 Ｈ8 等の水素化珪素やＳｉＨm Ｘ4-m
で示されるハロゲン化シランと較べて発火性が小さいた
めその取扱いが容易である。請求項２に係る発明はこの
ハロゲン化珪素の特性に着目して成されたもので、シリ
コン原子の供給ガスとしてＳｉＦ4 、ＳｉＣｌ4 、及び
Ｓｉ2 Ｆ6 より選択されたハロゲン化珪素ガスを適用す
ることにより危険性の低減を図ったものである。
等のハロゲン化珪素は、水素原子を有するＳｉＨ4 、Ｓ
ｉ2 Ｈ6 、Ｓｉ3 Ｈ8 等の水素化珪素やＳｉＨm Ｘ4-m
で示されるハロゲン化シランと較べて発火性が小さいた
めその取扱いが容易である。請求項２に係る発明はこの
ハロゲン化珪素の特性に着目して成されたもので、シリ
コン原子の供給ガスとしてＳｉＦ4 、ＳｉＣｌ4 、及び
Ｓｉ2 Ｆ6 より選択されたハロゲン化珪素ガスを適用す
ることにより危険性の低減を図ったものである。
【００１４】一方、エッチング性を有するハロゲン原子
の供給ガスとしては、上記ＳｉＦ4、ＳｉＣｌ4 、Ｓｉ
2 Ｆ6 等のハロゲン化珪素やＳｉＨm Ｘ4-m で示される
ハロゲン化シラン、及び、Ｆ2 又はＣｌ2 等のハロゲン
ガスが適用できる。
の供給ガスとしては、上記ＳｉＦ4、ＳｉＣｌ4 、Ｓｉ
2 Ｆ6 等のハロゲン化珪素やＳｉＨm Ｘ4-m で示される
ハロゲン化シラン、及び、Ｆ2 又はＣｌ2 等のハロゲン
ガスが適用できる。
【００１５】また、シリコン原子の結晶成長に必要とさ
れかつシリコン原子による結晶成長とハロゲン原子によ
るエッチングとのバランスを図る上で必要とされる水素
原子の供給ガスとしては、水素ガス、及び、このガス以
外の供給ガスとして反応系に無用の不純物を導入しない
上から、ＳｉＨ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 、Ｓｉ3 Ｈ8 等の水素化
珪素、ＳｉＨm Ｘ4-m で示されるハロゲン化シランの適
用が可能である。
れかつシリコン原子による結晶成長とハロゲン原子によ
るエッチングとのバランスを図る上で必要とされる水素
原子の供給ガスとしては、水素ガス、及び、このガス以
外の供給ガスとして反応系に無用の不純物を導入しない
上から、ＳｉＨ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 、Ｓｉ3 Ｈ8 等の水素化
珪素、ＳｉＨm Ｘ4-m で示されるハロゲン化シランの適
用が可能である。
【００１６】次に、請求項１〜２に係る発明において
は、プラズマＣＶＤ法に係る従来法とは異なり反応ガス
中の水素原子の数がエッチング性の弗素原子及び／又は
塩素原子等のハロゲン原子の数よりも少ないということ
が最大の特徴である。このような条件は、反応ガス中に
含有されるハロゲン原子の総量を反応ガス中に含有され
る水素原子の総量より多くすることによって容易に達成
することができる。反応ガス中に含まれる上記ハロゲン
原子の総量は、反応ガス中に含まれる水素原子の総量の
約２〜１０００倍、特に、５〜４００倍とすることが好
ましい。
は、プラズマＣＶＤ法に係る従来法とは異なり反応ガス
中の水素原子の数がエッチング性の弗素原子及び／又は
塩素原子等のハロゲン原子の数よりも少ないということ
が最大の特徴である。このような条件は、反応ガス中に
含有されるハロゲン原子の総量を反応ガス中に含有され
る水素原子の総量より多くすることによって容易に達成
することができる。反応ガス中に含まれる上記ハロゲン
原子の総量は、反応ガス中に含まれる水素原子の総量の
約２〜１０００倍、特に、５〜４００倍とすることが好
ましい。
【００１７】また、請求項１〜２に係る発明において
は、上記反応ガス中に更に希ガス等の不活性ガス、好ま
しくはヘリウム、ネオン、アルゴン等を希釈ガスとして
加えてもよい。希釈ガスは上記ハロゲン原子に対して１
〜１０００倍量、特に、１〜１００倍量使用することが
好ましい。この場合、ハロゲン原子の数は、反応ガス中
に含有される弗素原子及び／又は塩素原子であるハロゲ
ン原子の総量で換算する。 更に、成膜性のシリコン原
子とエッチング性のハロゲン原子との関係については、
ハロゲン原子をシリコン原子の約３〜５００倍、特に、
４〜２００倍とすることが好ましい。反応ガスとして適
用される上記Ｓｉ2 Ｆ6 やＳｉＨm Ｘ4-m等の組成割合
上、ハロゲン原子をシリコン原子の３倍以下にすること
が困難である一方、５００倍以上にした場合エッチング
速度が大きくなり過ぎてシリコン結晶成長速度が低下す
るためである。
は、上記反応ガス中に更に希ガス等の不活性ガス、好ま
しくはヘリウム、ネオン、アルゴン等を希釈ガスとして
加えてもよい。希釈ガスは上記ハロゲン原子に対して１
〜１０００倍量、特に、１〜１００倍量使用することが
好ましい。この場合、ハロゲン原子の数は、反応ガス中
に含有される弗素原子及び／又は塩素原子であるハロゲ
ン原子の総量で換算する。 更に、成膜性のシリコン原
子とエッチング性のハロゲン原子との関係については、
ハロゲン原子をシリコン原子の約３〜５００倍、特に、
４〜２００倍とすることが好ましい。反応ガスとして適
用される上記Ｓｉ2 Ｆ6 やＳｉＨm Ｘ4-m等の組成割合
上、ハロゲン原子をシリコン原子の３倍以下にすること
が困難である一方、５００倍以上にした場合エッチング
速度が大きくなり過ぎてシリコン結晶成長速度が低下す
るためである。
【００１８】請求項１〜２に係る発明においては、上記
の条件を満たした反応ガスを、電力密度０．０１〜１０
Ｗ／cm2 、好ましくは０．０５〜５Ｗ／cm2 で放電して
反応ガスをプラズマ化し、約１００℃〜７００℃、好ま
しくは約２００℃〜５００℃の間の一定温度に維持した
基板上に多結晶シリコン薄膜を形成せしめる。尚、放電
は高周波放電、直流放電又はマイクロ波放電等の何れで
あってもよい。
の条件を満たした反応ガスを、電力密度０．０１〜１０
Ｗ／cm2 、好ましくは０．０５〜５Ｗ／cm2 で放電して
反応ガスをプラズマ化し、約１００℃〜７００℃、好ま
しくは約２００℃〜５００℃の間の一定温度に維持した
基板上に多結晶シリコン薄膜を形成せしめる。尚、放電
は高周波放電、直流放電又はマイクロ波放電等の何れで
あってもよい。
【００１９】ここで、基板温度が１００℃より低いと非
晶質相が現れてしまい、微結晶構造となり品質が悪化す
る。基板温度を７００℃より高くした場合には装置の腐
食が顕著である上、低温法としてのプラズマＣＶＤ法の
利点を生かせなくなる。
晶質相が現れてしまい、微結晶構造となり品質が悪化す
る。基板温度を７００℃より高くした場合には装置の腐
食が顕著である上、低温法としてのプラズマＣＶＤ法の
利点を生かせなくなる。
【００２０】また、電力密度は反応ガスの種類及びチャ
ンバー内の圧力によって異なるが、電力密度が０．０１
Ｗ／cm2 より小さいと反応ガスの圧力を十分低下させな
ければならないので成膜速度が遅く、１０Ｗ／cm2 を越
えると薄膜の品質を高く維持することができないので好
ましくない。
ンバー内の圧力によって異なるが、電力密度が０．０１
Ｗ／cm2 より小さいと反応ガスの圧力を十分低下させな
ければならないので成膜速度が遅く、１０Ｗ／cm2 を越
えると薄膜の品質を高く維持することができないので好
ましくない。
【００２１】また、上記プラズマを発生させるチャンバ
ー内の圧力は、基板上に到達する原子等が有するエネル
ギー量に関係するので、その圧力は０．０１Ｔｏｒｒ〜
１５Ｔｏｒｒとすることが必要であり、特に、０．０５
Ｔｏｒｒ〜５Ｔｏｒｒとすることが好ましい。
ー内の圧力は、基板上に到達する原子等が有するエネル
ギー量に関係するので、その圧力は０．０１Ｔｏｒｒ〜
１５Ｔｏｒｒとすることが必要であり、特に、０．０５
Ｔｏｒｒ〜５Ｔｏｒｒとすることが好ましい。
【００２２】尚、請求項１〜２に係る発明においては真
性の多結晶シリコン薄膜を作製することができるのみな
らず、反応ガス中に元素周期率表第III 族又は第Ｖ族の
ドーパントガスを混合することにより、形成される多結
晶シリコン薄膜をｐ型又はｎ型にすることができる。こ
の場合の上記ドーパントガスとしては、例えば、ジボラ
ン、ホスフィン、アルシン等の水素化物が挙げられる。
性の多結晶シリコン薄膜を作製することができるのみな
らず、反応ガス中に元素周期率表第III 族又は第Ｖ族の
ドーパントガスを混合することにより、形成される多結
晶シリコン薄膜をｐ型又はｎ型にすることができる。こ
の場合の上記ドーパントガスとしては、例えば、ジボラ
ン、ホスフィン、アルシン等の水素化物が挙げられる。
【００２３】また、請求項１〜２に係る発明が適用でき
る基板としては、ガラス、セラミックス、金属等が挙げ
られる。
る基板としては、ガラス、セラミックス、金属等が挙げ
られる。
【００２４】上述したように請求項１〜２に係る発明に
よると、多結晶シリコン薄膜を形成するシリコン結晶粒
子は、約０．０５μｍ以上、特に０．１μｍ〜３μｍと
大きく成長し、従って薄膜中の結晶表面積が減少するの
で結晶界面に存在するダングリングボンドを封鎖するた
めの水素の量も２原子％以下であり、０．２原子％以下
とすることも容易である。このように、請求項１〜２に
係る発明によって得られた多結晶シリコン薄膜のシリコ
ン結晶は粒径が大きく、含有される水素量が従来のプラ
ズマＣＶＤ法によって得られる多結晶シリコン薄膜の場
合より少ないので、得られた多結晶シリコン薄膜の物
性、特に、電子移動度等の電気的特性は良好である。
よると、多結晶シリコン薄膜を形成するシリコン結晶粒
子は、約０．０５μｍ以上、特に０．１μｍ〜３μｍと
大きく成長し、従って薄膜中の結晶表面積が減少するの
で結晶界面に存在するダングリングボンドを封鎖するた
めの水素の量も２原子％以下であり、０．２原子％以下
とすることも容易である。このように、請求項１〜２に
係る発明によって得られた多結晶シリコン薄膜のシリコ
ン結晶は粒径が大きく、含有される水素量が従来のプラ
ズマＣＶＤ法によって得られる多結晶シリコン薄膜の場
合より少ないので、得られた多結晶シリコン薄膜の物
性、特に、電子移動度等の電気的特性は良好である。
【００２５】
【作用】請求項１に係る発明によれば、エッチング性の
ハロゲン原子の数を水素原子の数より多くなるように調
整しているため、反応ガス中の水素濃度が低くなり結晶
粒径の大きい多結晶シリコン薄膜が求められる。
ハロゲン原子の数を水素原子の数より多くなるように調
整しているため、反応ガス中の水素濃度が低くなり結晶
粒径の大きい多結晶シリコン薄膜が求められる。
【００２６】他方、請求項２に係る発明によれば、結晶
粒径の大きな多結晶シリコン薄膜が求められることに加
えてシリコン原子の供給ガスとして発火性のシランを使
用しないため危険性の低減が図れる。
粒径の大きな多結晶シリコン薄膜が求められることに加
えてシリコン原子の供給ガスとして発火性のシランを使
用しないため危険性の低減が図れる。
【００２７】尚、反応ガス中の水素濃度が低くなること
により結晶粒径の大きい多結晶シリコン薄膜が求められ
る原因については未だ完全に解明されてないが、シリコ
ン原子の結晶成長に必要とされかつシリコン原子による
結晶成長とハロゲン原子によるエッチングとのバランス
を図る上で必要とされた水素ガスは従来法に反し実際に
は少量で充分に機能し、かつ、水素濃度が低くなること
により成長表面が水素原子で過剰に覆われ難くなるた
め、その分、シリコン原子の結晶成長が促進されるから
であると本発明者等は推論している。
により結晶粒径の大きい多結晶シリコン薄膜が求められ
る原因については未だ完全に解明されてないが、シリコ
ン原子の結晶成長に必要とされかつシリコン原子による
結晶成長とハロゲン原子によるエッチングとのバランス
を図る上で必要とされた水素ガスは従来法に反し実際に
は少量で充分に機能し、かつ、水素濃度が低くなること
により成長表面が水素原子で過剰に覆われ難くなるた
め、その分、シリコン原子の結晶成長が促進されるから
であると本発明者等は推論している。
【００２８】
【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
るが、本発明はこれ等実施例によって限定されるもので
はない。
るが、本発明はこれ等実施例によって限定されるもので
はない。
【００２９】［実施例１］予め、１×１０-9Ｔｏｒｒの
高真空にした反応室内に、ＳｉＦ4 ：Ｈ2 ：Ｆ2（ガス
比率は容量比で２：１：５、また、Ｆ／Ｈ比率は９：１
である）の混合ガスを反応ガスとして８０ＳＣＣＭで供
給し、反応ガスの圧力を０．５Ｔｏｒｒに調整した。
高真空にした反応室内に、ＳｉＦ4 ：Ｈ2 ：Ｆ2（ガス
比率は容量比で２：１：５、また、Ｆ／Ｈ比率は９：１
である）の混合ガスを反応ガスとして８０ＳＣＣＭで供
給し、反応ガスの圧力を０．５Ｔｏｒｒに調整した。
【００３０】次いで、この反応ガスを１３．５６ＭＨZ
の高周波電源を用いて放電電力０．１Ｗ／cm2 でプラズ
マ化し、３５０℃に加熱されたガラス基板上に約３００
０オングストロームの厚さとなるまでシリコン薄膜を形
成させた。
の高周波電源を用いて放電電力０．１Ｗ／cm2 でプラズ
マ化し、３５０℃に加熱されたガラス基板上に約３００
０オングストロームの厚さとなるまでシリコン薄膜を形
成させた。
【００３１】得られた薄膜について、ラマン分光分析を
行ったところ、５２０cm-1の位置に半値巾５cm-1の結晶
シリコンに基づく非常にシャープなスペクトルが観測さ
れた。
行ったところ、５２０cm-1の位置に半値巾５cm-1の結晶
シリコンに基づく非常にシャープなスペクトルが観測さ
れた。
【００３２】また、透過型電子顕微鏡によってその粒径
を測定したところ、その平均粒径は約１８００オングス
トロームであった。更に、この薄膜の電子移動度をホー
ル効果測定装置により求めたところ、１８．５cm2 ／Ｖ
・Ｓであった。また、薄膜中の水素含有濃度は０．１原
子％であった。
を測定したところ、その平均粒径は約１８００オングス
トロームであった。更に、この薄膜の電子移動度をホー
ル効果測定装置により求めたところ、１８．５cm2 ／Ｖ
・Ｓであった。また、薄膜中の水素含有濃度は０．１原
子％であった。
【００３３】［実施例２〜１６］表１〜２の条件で実施
例１と同様にして多結晶シリコン薄膜を得、この結晶の
電子移動度、平均粒径、及び、水素含有濃度を測定した
ところ、表３〜４に示す結果を得た。
例１と同様にして多結晶シリコン薄膜を得、この結晶の
電子移動度、平均粒径、及び、水素含有濃度を測定した
ところ、表３〜４に示す結果を得た。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】
【表３】
【００３７】
【表４】
【００３８】『比較例１』基板温度を３００℃、プラズ
マ反応室内圧力を５Ｔｏｒｒ、反応ガスとして、ＳｉＨ
4 ：Ｈ2 （ガス比率は容量比で１：１００）の混合ガス
を使用し、電力密度２Ｗ／cm2 の条件でプラズマＣＶＤ
を行った他は実施例１とまったく同様にして試料を作製
した。
マ反応室内圧力を５Ｔｏｒｒ、反応ガスとして、ＳｉＨ
4 ：Ｈ2 （ガス比率は容量比で１：１００）の混合ガス
を使用し、電力密度２Ｗ／cm2 の条件でプラズマＣＶＤ
を行った他は実施例１とまったく同様にして試料を作製
した。
【００３９】得られたシリコン薄膜はアモルファスシリ
コン相中に多くの微結晶が島の如く存在するものであっ
た。
コン相中に多くの微結晶が島の如く存在するものであっ
た。
【００４０】このシリコン層の水素含有濃度は約８原子
％と多く、電子移動度は０．５cm2／Ｖ・Ｓと小さいも
のであった。
％と多く、電子移動度は０．５cm2／Ｖ・Ｓと小さいも
のであった。
【００４１】『比較例２〜３』表５の条件で比較例１と
同様にしてガラス基板上へシリコン薄膜を形成させた。
得られたシリコン薄膜は表６に示す如くであり、実施例
に係る多結晶シリコン薄膜より劣っていることが確認で
きた。
同様にしてガラス基板上へシリコン薄膜を形成させた。
得られたシリコン薄膜は表６に示す如くであり、実施例
に係る多結晶シリコン薄膜より劣っていることが確認で
きた。
【００４２】
【表５】
【００４３】
【表６】
【００４４】『比較例４〜６』表７の条件で実施例１と
同様にしてガラス基板上へシリコン薄膜を形成したとこ
ろ、表８に示す結果となった。表８の結果から、反応ガ
ス中の水素の量が少な過ぎても、又、水素原子の数がハ
ロゲン原子の数より多くなっても良好な結果が得られな
いことが実証された。
同様にしてガラス基板上へシリコン薄膜を形成したとこ
ろ、表８に示す結果となった。表８の結果から、反応ガ
ス中の水素の量が少な過ぎても、又、水素原子の数がハ
ロゲン原子の数より多くなっても良好な結果が得られな
いことが実証された。
【００４５】
【表７】
【００４６】
【表８】
【００４７】
【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、結晶粒径
の大きい多結晶シリコン薄膜が求められるため多結晶シ
リコン薄膜中の結晶表面積が減少し、結晶界面に存在す
るダングリングボンドを封鎖するための水素量も２原子
％以下にすることが可能となる。
の大きい多結晶シリコン薄膜が求められるため多結晶シ
リコン薄膜中の結晶表面積が減少し、結晶界面に存在す
るダングリングボンドを封鎖するための水素量も２原子
％以下にすることが可能となる。
【００４８】従って、結晶粒径が大きくなるに伴い電子
移動度等の電気的特性が向上した多結晶シリコン薄膜が
得られる効果を有している。
移動度等の電気的特性が向上した多結晶シリコン薄膜が
得られる効果を有している。
【００４９】また、請求項２に係る発明によれば、電子
移動度等の電気的特性が向上した多結晶シリコン薄膜が
得られると共に製造時における危険性の低減並びに取扱
い管理の低減が図れる効果を有している。
移動度等の電気的特性が向上した多結晶シリコン薄膜が
得られると共に製造時における危険性の低減並びに取扱
い管理の低減が図れる効果を有している。
Claims (2)
- 【請求項１】 プラズマＣＶＤ装置を用いてシリコン原
子、ハロゲン原子及び水素原子を含有する反応ガスをプ
ラズマ化し、加熱基板上に多結晶シリコンの薄膜を形成
する多結晶シリコン薄膜の製造方法において、 上記反応ガス中のハロゲン原子の数が水素原子の数より
多くなるように調整することを特徴とする多結晶シリコ
ン薄膜の製造方法。 - 【請求項２】 上記シリコン原子の供給ガスが、ＳｉＦ
4 、ＳｉＣｌ4 、及びＳｉ2 Ｆ6 より選択されたハロゲ
ン化珪素ガスで構成され、水素原子の供給ガスが水素ガ
スであることを特徴とする請求項１記載の多結晶シリコ
ン薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3401891A JPH06168883A (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | 多結晶シリコン薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3401891A JPH06168883A (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | 多結晶シリコン薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06168883A true JPH06168883A (ja) | 1994-06-14 |
Family
ID=12402652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3401891A Pending JPH06168883A (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | 多結晶シリコン薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06168883A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5773357A (en) * | 1995-01-25 | 1998-06-30 | Nec Corporation | Method for producing silicon film to bury contact hole |
| JP2005203638A (ja) * | 2004-01-16 | 2005-07-28 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体膜、半導体膜の成膜方法、半導体装置およびその作製方法 |
| JP2019165177A (ja) * | 2018-03-20 | 2019-09-26 | 日新電機株式会社 | 成膜方法 |
-
1991
- 1991-02-28 JP JP3401891A patent/JPH06168883A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5773357A (en) * | 1995-01-25 | 1998-06-30 | Nec Corporation | Method for producing silicon film to bury contact hole |
| JP2005203638A (ja) * | 2004-01-16 | 2005-07-28 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体膜、半導体膜の成膜方法、半導体装置およびその作製方法 |
| JP2019165177A (ja) * | 2018-03-20 | 2019-09-26 | 日新電機株式会社 | 成膜方法 |
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