JPH0650730B2 - 半導体薄膜の製造方法 - Google Patents

半導体薄膜の製造方法

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JPH0650730B2
JPH0650730B2 JP21517385A JP21517385A JPH0650730B2 JP H0650730 B2 JPH0650730 B2 JP H0650730B2 JP 21517385 A JP21517385 A JP 21517385A JP 21517385 A JP21517385 A JP 21517385A JP H0650730 B2 JPH0650730 B2 JP H0650730B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は半導体薄膜の製造方法に関し、特に配向性にす
ぐれた半導体薄膜の製造方法に関する。
〔背景技術〕
半導体装置には結晶質や非晶質の半導体薄膜が利用され
ている。結晶質の半導体薄膜において、多結晶や微結晶
(たとえば微結晶シリコン)の薄膜が多数検討されてい
る。これらは、通常、基板上に形成されるが、基板が単
結晶でない場合には、その形成される薄膜は無配向とな
りやすい。
しかして、もし、これらの薄膜に自由に配向性を付与す
ることができれば、電気的な性質や光学的性質に異方性
を与えることが可能となるから、新たな機能の発現を導
きうることになる。特に、従来ガラスや高分子フイルム
のような非単結晶の基板上に配向性を有する半導体薄膜
を形成する技術が要求されていた。
本発明者らはフルオロシランの光分解(光CVD法)に
より低抵抗の非晶質(水素及び又は弗素を含有する微結
晶化シリコン)薄膜を得ることを先に提案(特願昭60
−49231号、特願昭60−49232号)した。さ
らに、検討を進めた結果、驚くべきことに上記技術にお
いてシランを共存させることにより、ガラス基板上に配
向性のすぐれた半導体薄膜が形成されることを見出し本
発明を完成した。
〔発明の開示〕
本発明はフルオロシラン、シラン及び好ましくは水素か
らなる混合ガスを光分解(光CVD)して単結晶又は非
単結晶基板上に配向性にすぐれた半導体薄膜を形成する
ものである。
本発明において使用するフルオロシランとしてはSiH
4−n(n=1〜3の整数)又はSiが有用
である。シランとしてはSi2m+2(m=1〜3
の整数)で表わされるモノシラン、ジシラン、トリシラ
ンが有効に用いられる。さらに、III族化合物としては
ジボラン(B2H6)、V族化合物としてはホスフイン(P
)やアルシン(AsH)が有用である。
本発明において基板としては、単結晶又は非単結晶、い
ずれの材料も用いることができる。本発明の薄膜形成条
件のうち基板温度は約200℃と低いので、この温度条
件に耐える多数の各種材料が有効に用いられる。単結晶
材料、特に表面を清浄にしたシリコン基板を用いると半
導体薄膜は該清浄表面からエピタキシャル成長したもの
となる。一方非単結晶材料を用いる場合には、本発明の
原料ガス構成において<110>方向に配向した半導体
薄膜を得ることができる。
本発明において光分解は紫外線によるものが好ましく、
光分解の増減反応を利用することもできる。
即ち本発明は、フルオロシラン、シラン及び好ましくは
水素からなる混合ガスを好ましくは紫外線の照射により
光分解し、低温に加熱された単結晶又は非単結晶基板上
に高配向性の半導体薄膜を形成する方法である。
本発明においては、フルオロシランとシランが共存した
状態で光CVDすることが不可欠であり、さらに好まし
くは、水素を混合したガスに紫外線を照射するものであ
る。該混合ガスにIII族化合物又はV族化合物を添加し
て薄膜形成を行うことにより得られる薄膜はそれぞれp
型およびn型半導体の特性が与えられる。混合ガス比に
ついては半導体薄膜を形成する薄膜形成装置への原料ガ
ス供給流量(容量)比で表わすことができる。好ましい
範囲はつぎの通りである。フルオロシラン/シラン比=
0.5〜50、特に好ましくは1〜20であり、さらに、
非単結晶基板上に高配向性の薄膜を形成するためにはこ
の比の範囲は1〜15である。水素/フルオロシランは
2倍以上、特に好ましくは5倍以上である。水素添加量
を多くしすぎると、単結晶の成長速度が低下するので好
ましい水素/フルオロシラン混合比は2〜20倍であ
り、特に好ましくは5〜15倍である。III族化合物又
はV族化合物/シランの比は半導体薄膜の抵抗率により
適宜決定される。この比は1×10−7〜5×10−2
の範囲で充分であり、エピタキシヤル成長の場合にはこ
の値は小さくなる。
混合ガスの形成方法は、特に限定されるものではない。
たとえば、該形成装置外であらかじめ混合したガスを導
入することや、該形成装置内で、上記の希釈度合を満足
すべく水素を混合することのいずれも有用である。III
族化合物やV族化合物は分解しやすいとか極めて有毒で
ある等の理由により通常希釈された状態で使用される。
水素で希釈したIII族又はV族化合物、フルオロシラ
ン、シラン等を使用することは取扱い上便利である。
本発明において光分解に用いる紫外線を発生する光源と
しては、臨界的な条件でなく特に限定されるものではな
い。具体的示例としては、水銀灯、希ガスランプ、水銀
−希ガスランプ、水素放電管等が用いられる。これらの
光源において、水銀灯の一種である低圧水銀灯を用いる
ことが実用上便利である。光分解は直接的に、または所
望により増感剤を介して間接的に行うことができる。実
用的な観点から水銀を増感剤とする水銀増感法が効果的
に用いられる。シランとして一般式においてm=1のモ
ノシランを用いる時には、水銀増感法のみが有効であ
る。m=2及びm=3のジシラン及びトリシランは直接
及び間接のいずれの方法も有用である。トリシランは沸
点が53℃と高く、室温では液体で存在するため何らか
の段でガス化せねばならない。それ故、混合ガスの光分
解反応の観点からはシランしてはジシランン(m=2)
が好ましい原料である。
さらに本発明のすぐれた特徴の一つとして半導体薄膜を
形成する温度は300℃以下の低温でよいことである。
単結晶基板を用いた場合には200℃の基板温度でエピ
タキシャル成長ができる。成長温度はさらに低下させる
ことができるがこの場合には、それに応じて成長速度を
低下させる必要がある。成長速度が約0.1Å/sec以上の
実用的な値の場合には基板温度は約100℃以上であれ
ばよい。
光分解時の混合ガス圧力や照射光強度は特に限定される
条件はない。また水銀を増感剤として用いる場合には水
銀溜の温度や水銀蒸気を薄膜形成装置に移送するキヤリ
ヤーガスの流量等も特に限定されるものではない。これ
らの条件は薄膜の成長速度に影響を与えるものであり、
前述の如く成長速度に応じて基板温度を適宜変更するこ
とで効果的に半導体薄膜を生長させることができる。
〔発明を実施するための好ましい形態〕
つぎに本発明の実施の態様についてしるす。光透過窓、
基板導入手段、基板保持手段、基板加熱手段、ガス導入
手段、真空排気手段を少なくとも有する薄膜形成装置内
に洗浄及び又はエッチングにより表面を清浄にした単結
晶又は非単結晶の基板を設置し、真空排気下、該基板を
100〜400℃に加熱する。原料ガスの導入にあた
り、必要に応じてその一部を水銀溜を経由させて該装置
に導入する。原料ガススは、シランに対するフルオロシ
ランの流量比を0.5〜50とし、かつフルオロシランに
対する水素の流量比を2倍以上として該装置に供給され
る。さらにp型およびn型のドーピングを行なう場合に
は、それぞれIII族及びV族化合物をシランに対して1
×10−7〜5×10−2の割合で該装置に導入すれば
よい。
真空排気手段で該装置内の圧力を10Torr以下として、
低圧水銀ランプを点灯し成膜を開始する。同ランプ点灯
と共に薄膜の形成がはじまるので成膜速度を考慮にいれ
て必要膜厚になる時間において同ランプを消灯する。ま
た、膜厚モニターによつて膜厚を計測しつつ成膜時間を
決めることもできる。該装置の光透過窓として合成英が
適しているが、この窓に高沸点油を塗布しておくことに
より、光透過窓への膜形成を抑えることができる。
〔発明の効果〕
本発明は、単結晶薄膜を含む高配向性の半導体薄膜を基
板の温度が300℃以下さらには200℃以下の低温に
おいて与えるものである。それ故、高集積化のために、
半導体薄膜や半導体装置の低温形成技術が熱望されてい
る半導体装置の製造分野に対して、本発明は極めて有用
な技術を提供するものである。
〔実施例〕
以下実施例を示し本発明をさらに具体的に説明する。
実施例1 第1図に示すところの紫外光透過窓1、基板導入手段
2、基板保持手段3、基板加熱手段4、ガス導入手段
5、真空排気手段6を有す薄膜形成装置7を用いる。基
板導入手段2を用いて膜付のための基板8であるところ
のp型シリコンウエハーを基板保持手段に設置する。真
空排気手段で真空排気しつつ基板加熱手段により洗浄剤
の基板を200℃に加熱した。なお、6、9は基板
導入取出室15の排気手段である。ついてジシラン/ジ
フルオロシラン/水素を1/10/150の流量比で導
入し、真空排気手段に設備されている調節弁9で2Torr
の圧力に保持する。導管10より導入されるジフルオロ
シランの内の一部を約40℃に加熱された水銀溜11の
上を通過させて導入する。なお、13,14,16はジ
シララン、水素、ジボラン、ホスフイン等の導入管であ
る。基体の温度および薄膜形成装置内の圧力が一定とな
つた時低圧水銀ランプ12を点灯し、膜厚が約6000
Åになつた時に消灯する。平均の成膜速度は0.8Å/S
であつた。
冷却後基板を取りだして観察したところ、基体面は曇り
の全くない鏡面であつた。表面を反射電子線回折装置で
観察して、基板と同一のラウエ斑点を得て、該基板面か
ら単結晶薄膜がエピタキシャル成長していることを確認
した。本単結晶薄膜は極めて弱いn型であり、その比抵
抗は50〜70Ω・cmであつた。
実施例2 基板として、ガラス板(コーニング7059)を用い、
かつPHをジシランに対し4000ppm(容量比)添
加したことを除いて、実施例1に準じて行つた。成膜速
度は0.95Å/Sであり、反射電子線回折の観察結果は<
110>方向に配向していることが確認された。導電率
は1.3S/cmであり、充分低抵抗化できた。
実施例3〜10、比較例1,2 フルオロシランの種類と量を変更した他は実施例1に準
じて実施した。条件及び結果を第1表に記した。第1表
には比較のための例もあわせて示した。
実施例11〜17 実施例3〜5、7〜10において基板をシリコンウエハ
ーの代りに、ガラス板(コーニング7059)を用い
た。比較のための例として、フルオロシランの流量比を
変更して薄膜を形成した。結果を第2表に示した。
ジフルオロシラン/シランの流量比を大きくし、20と
したところ、得られた薄膜の電子線回折像はリング状で
あり、無配向状態であることがわかつた。
実施例18 実施例1においてジシランのかわりにモノシラン(Si
)を用いて行つた。成膜速度は0.15Å/Sと低下し
たが電子線回折からエピタキシヤル成長を確認した。抵
抗率は90〜120Ω・cmであつた。
実施例19 基板としてガラス板を用いた他は実施例18に準じて行
つた。成膜速度は0.18Å/Sであり、電子線回折からは
<110>方向への配向を確認した。
以上のごとくたとえば実施例にも示されたように200
℃と低い基板温度で単結晶又は高配向性薄膜を成長させ
ることのできる本本発明は半導体装置の製造の低温化に
極めて有効な発明である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実施するために有用な薄膜形成装置の
縦断面を示す模式図である。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フルオロシラン、及びシランからなる混合
    ガスを光分解して基板上に形成することを特徴とする半
    導体薄膜の製造方法。
  2. 【請求項2】フルオロシランがSiH4−n(n=
    1〜3)又はSiである特許請求の範囲第(1)項
    記載の半導体薄膜の製造方法。
  3. 【請求項3】シランはSi2m+2(m=1〜3)
    である特許請求の範囲第(1)項記載の半導体薄膜の製造
    方法。
  4. 【請求項4】III族化合物又はV族化合物を添加された
    混合ガスを用いる特許請求の範囲第(1)項記載の半導体
    薄膜の製造方法。
  5. 【請求項5】基板が単結晶又は非単結晶材料である特許
    請求の範囲第(1)項記載の半導体薄膜の製造方法。
  6. 【請求項6】光分解が紫外線の照射により行われる特許
    請求の範囲第(1)項記載の半導体薄膜の製造方法。
  7. 【請求項7】フルオロシラン、シラン及び水素からなる
    混合ガスを紫外線の照射により光分解し、低温に加熱さ
    れた単結晶又は非単結晶基板上に形成する特許請求の範
    囲第(1)項記載の半導体薄膜の製造方法。
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