JPH0737822A - 化学気相成長装置,及び半導体薄膜の形成方法 - Google Patents

化学気相成長装置,及び半導体薄膜の形成方法

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JPH0737822A
JPH0737822A JP17931293A JP17931293A JPH0737822A JP H0737822 A JPH0737822 A JP H0737822A JP 17931293 A JP17931293 A JP 17931293A JP 17931293 A JP17931293 A JP 17931293A JP H0737822 A JPH0737822 A JP H0737822A
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JP
Japan
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thin film
wafer
semiconductor thin
chemical vapor
semiconductor
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JP17931293A
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Taketo Takahashi
武人 高橋
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 結晶粒径(グレインサイズ)の大きな多結晶
シリコン薄膜を形成することのできる枚葉型CVD装
置、及び多結晶シリコン薄膜の形成方法を得る。 【構成】 RTA処理用ランプ加熱器9と、ウエハへの
交流/直流電源供給システム11とを設けた枚葉型CV
D装置を用い、膜堆積時初期の結晶核生成時に、パルス
的な高温のRTA処理を施することにより結晶核の増大
を図るとともに、堆積中のウエハへの電位の供給によっ
て、あるいはさらにパルス的な高温のRTA処理を行う
ことにより、堆積瞬間のシリコン原子の移動度を上げて
配向性の強い,グレインサイズの大きいグレインの結晶
成長を促進させる。 【効果】 TFTデバイスのような多結晶シリコン薄膜
を活性領域に使用する半導体素子では、低抵抗,低リー
ク電流の良好な特性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、化学気相成長装置,
及び半導体薄膜の形成方法に関し、特に多結晶シリコン
薄膜堆積用の枚葉型CVD装置,及びこれを用いた多結
晶シリコン薄膜の形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は、多結晶シリコン薄膜などの形成
に使用されている従来の枚葉型CVD装置を示す断面図
であり、図において、1はプロセスチャンバ、2はこの
プロセスチャンバ1内に固定設置され、グラファイト等
の材料を用いて作製されたウエハサセプタ、3はウエハ
サセプタ2上に配置されて成膜処理されるウエハであ
る。また、4は上記プロセスチャンバ1内に設けられた
石英ベルジャ、5は上記プロセスチャンバ1内にガスを
導入するためのガス導入口、6は上記プロセスチャンバ
1内のガスを排出するための真空排気口である。また、
7は上記プロセスチャンバ1内の石英ベルジャ4の下方
の位置にて、上記プロセスチャンバ1の下に設けられた
加熱システムであり、8は該加熱システム7内に設けら
れた加熱用のランプである。
【0003】次に動作について説明する。プロセスチャ
ンバ1内にウエハ3を配置した後、上記プロセスチャン
バ1内を真空排気口6により約0.01〜0.1tor
rに至るまで真空排気を行う。次いで、加熱システム7
内のランプ8に通電し、プロセスチャンバ1内,及び該
チャンバ1内に配置されたウエハ3を、450〜700
℃に加熱する。その後、ガス導入口5より、例えばシラ
ン(SiH4 )やジシラン(Si2 H6 )等のガスソー
スを導入して反応圧力0.5〜1.5torr下で、化
学気相成長(Chemical Vapour Deposition, 以下CVD
と略す)法により、ウエハ3上に多結晶シリコン薄膜を
堆積する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の枚葉型CVD装
置は以上にように構成されているので、シリコン膜の形
成の初期に結晶核が多数成長することを抑止しなければ
ならず、結晶核の数を制御することが必要で、また、結
晶粒径の大きな多結晶シリコン薄膜の形成は困難である
という問題点があった。
【0005】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、結晶粒径の大きな多結晶シリコ
ン薄膜を形成することのできる化学気相成長装置を得る
ことを目的としており、さらにこの装置を用いた半導体
薄膜の形成方法を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる化学気
相成長装置は、半導体ウェハに高温のRTA処理を行う
ための加熱手段を備えたものである。またこの発明の化
学気相成長装置は、上記RTA処理用加熱手段に加え
て、ウエハを載置するサセプタに直流または交流の電位
を与える電位供給手段を備えたものである。
【0007】またこの発明の化学気相成長装置は、上記
RTA処理用のランプ加熱器を該CVD装置のチャンバ
の上面に配置し、該チャンバの下面に備えた成膜用の加
熱手段を、上記RTA処理に併用するようにしたもので
ある。
【0008】さらに、この発明にかかる半導体薄膜の形
成方法は、半導体ウエハ上に半導体薄膜の形成を開始し
た際に、半導体ウエハにパルス的な高温のRTA処理を
行うようにしたものである。
【0009】さらに、この発明の半導体薄膜の形成方法
は、上記半導体薄膜の形成を開始した際に上記RTA処
理を行うとともに、該半導体薄膜の形成中のウエハに、
直流または交流の電位を与えるようにしたものである。
【0010】さらに、この発明の半導体薄膜の形成方法
は、上記半導体薄膜形成中のウエハに電位を与えるのに
加えて、該半導体ウエハに対しパルス的な高温のRTA
処理を行うようにしたものである。
【0011】
【作用】この発明におけるCVD装置、及び半導体薄膜
の形成方法では、ラピッドサーマルアニール処理用のラ
ンプ加熱器を備えたから、シリコンウエハ上にシリコン
薄膜の形成を開始した際に、シリコンウエハに該RTA
処理を行うことにより、シリコン薄膜の結晶核の増大を
行わせ、結晶粒径の大きな多結晶シリコン薄膜を形成す
ることができる。
【0012】またこの発明におけるCVD装置、及び半
導体薄膜の形成方法では、さらに、ウエハを載置するサ
セプタに電位を与える電位供給手段を備えたから、上記
のように、薄膜の形成を開始した際にRTA処理により
薄膜の結晶核の増大を行なわせることができるのにつづ
いて、ウエハに電位を与えて堆積瞬間のシリコン原子の
移動度を上げることにより、配向性の強い,グレインサ
イズの大きいグレインの結晶成長を促進させることがで
きる。
【0013】また、この発明における半導体薄膜の形成
方法では、上記のように、薄膜の形成を開始した際にR
TA処理により薄膜の結晶核の増大を行なわせることが
できるのにつづいて、ウエハに電位を与えるのに加え
て、さらにシリコンウエハにパルス的な高温のRTA処
理を行うことにより、堆積瞬間のシリコン原子の移動度
を上げるとともに、配向性の強い,グレインサイズの大
きいグレインの結晶成長を、さらに促進させることがで
きる。
【0014】
【実施例】実施例1.図1はこの発明の第1の実施例に
よる枚葉型CVD装置を示し、図において、図3と同一
符号は同一または相当部分を示し、9はプロセスチャン
バ1に配置されたラピッドサーマルアニール(RTA)
処理用のランプ加熱器、10は上記ランプ加熱器9内に
設けられたランプ、11はウエハサセプタ2に一定電位
を与えるための直流/交流電源供給システムである。図
2は、本実施例1の枚葉型CVD装置を用いてシリコン
薄膜を形成するフローチャート図を示すものである。
【0015】以下本実施例1の装置を用いたシリコン薄
膜の形成方法を、図2を参照して説明する。プロセスチ
ャンバ1内のウエハサセプタ2上にウエハ3を配置、即
ち、ウエハセットする(ステップS1)。上記プロセス
チャンバ1内を真空排気口6より約0.01〜0.1t
orrの圧力になるまで真空排気する(ステップS
2)。
【0016】該プロセスチャンバ1,及びウエハ3を、
加熱システム7を用いて、450℃〜700℃に加熱
し、かつガス導入口5より、例えばシラン(SiH4 )
等のガスソースを導入し(ステップS3)、シリコン薄
膜の形成,即ち多結晶シリコンの堆積を開始する(ステ
ップS4)。このとき、シリコン薄膜の膜堆積の初期段
階には、初期の結晶核の生成が行われる(ステップS
5)。
【0017】次に、シリコン薄膜の膜堆積初期に生成す
る結晶核、及びシリコン薄膜の成長中の配向性の強いグ
レインをさらに大きくするために、ラピッドサーマルア
ニール処理用ランプ加熱器9を用いて、シリコン薄膜堆
積中のウエハ3に、800℃〜1100℃なる高温のラ
ピッドサーマルアニール処理を、パルス的に行う(ステ
ップS6)。これにより、結晶核数を少なく制御するこ
とにより、結晶核は成長して大きくなり、結晶核の増大
を行うことができる(ステップS7)。ここで、結晶核
の数が少ない方がグレインサイズが大きくなることは、
文献SDM89−122,P11〜16,“CVD法ア
モルファスシリコン膜の固相結晶化過程の電子顕微鏡観
察による解析”,15頁に示されている。
【0018】さらに、シリコン薄膜を堆積している途中
のウエハ3に、例えば、5〜数10V程度の直流または
交流の電位を直流/交流電源供給システム11により与
え(ステップS8)、あるいはこれに加えてパルス的な
高温(800〜1100℃)のRTA処理を施す(ステ
ップS9)ことにより、堆積瞬間のシリコン原子の移動
度を上げて配向性の強い,即ち配向のそろった、グレイ
ンサイズの大きいグレインの結晶成長を促進させる(ス
テップS10)。ここで、堆積中のシリコンにRTA処
理により熱エネルギーを与えることにより堆積時のグレ
インサイズが大きくなることは、文献,Solid State Sc
ience and Technology, Vol.125, No.9 1978,9 pp.1
499 〜1540, “Grain Growth Mechanism of Heavily Ph
osphorus-Implanted Polycrystalline Silicon" , 1500
〜1501頁, Fig.3 〜Fig.5 に示されている。
【0019】このような本実施例では、膜堆積初期に結
晶核を生成させ(ステップS5)、かつ成長中の配向性
の強いグレインをさらに大きくさせ(S7)、さらに、
堆積膜中のウエハ3にパルス的な高温のRTA処理(S
6)を施し、また堆積中のウエハ3に電位を供給(S
8)し、かつRTA処理(S9)を施して、堆積瞬間の
原子の移動度を上げて、配向性の強いグレインの結晶成
長を促進させる(S10)ようにしたので、グレインサ
イズの大きな多結晶シリコン薄膜を形成することが可能
となる。これにより、例えばTFT(Thin Film Transi
stor) デバイスの低抵抗化,低リーク電流化を達成でき
る効果がある。
【0020】実施例2.なお、上記実施例では、グレイ
ンサイズの増大(ステップS10)を図るために、パル
ス的なRTA処理(S9)を行う専用のランプ加熱器9
を、プロセスチャンバ1の上方に設けた場合を示した
が、このRTA用のランプ加熱器は、チャンバ1の側面
に配置するようにしてもよい。また、シリコンウエハ上
にシリコン薄膜を成膜するための,ランプ加熱器8を有
する加熱装置7を、上記RTA用の加熱に併用するよう
にしてもよい。
【0021】実施例3.また、上記実施例1では、ラン
プ加熱器9による高温のRTA処理をパルス的に施すよ
うにしたが、堆積条件によってはこれは連続的に施すよ
うにしてもよい。さらに、上記実施例1では、多結晶シ
リコン薄膜のグレインサイズの増大について説明した
が、これは多結晶シリコン薄膜に限らず、多結晶半導体
薄膜であれば他の薄膜にも本プロセスシーケンスを適用
することができ、上記実施例と同様の効果を奏する。
【0022】
【発明の効果】以上のように、この発明にかかる化学気
相成長装置,及び半導体薄膜の形成方法によれば、多結
晶シリコン薄膜堆積用のCVD装置に、RTA処理用ラ
ンプ加熱器を配するとともに、堆積中のウエハに電位を
供給する電源供給手段を設けたので、膜堆積中のウエハ
にパルス的な高温のRTA処理を施すとともに、ウエハ
に電位を供給し、あるいはさらにこれに加えて膜堆積中
のウエハにパルス的な高温のRTA処理を施すというプ
ロセスシーケンスを行うことが可能となり、グレインサ
イズの大きな多結晶シリコン薄膜の形成を容易に行うこ
とができ、例えばTFT(Thin Film Transistion )デ
バイスの低抵抗化,低リーク電流化を容易に実現するこ
とができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例による多結晶シリコン薄膜
堆積用の枚葉型CVD装置を示す概略図である。
【図2】この発明の一実施例による多結晶シリコン薄膜
形成のフローチャート図である。
【図3】従来の枚葉型CVD装置を示す概略図である。
【符号の説明】
1 チャンパ 2 ウエハサセプタ 3 半導体ウエハ 4 石英ベルジャ 5 ガス導入口 6 真空排気口 7 加熱システム 8 加熱用ランプ 9 RTA処理用ランプ加熱器 10 ランプ 11 直流/交流電源供給システム

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体ウエハ上に半導体薄膜を堆積する
    ための化学気相成長装置において、 上記半導体ウェハに高温の急速加熱アニール処理(以
    下、ラピッドサーマルアニール処理,またはRTA処理
    と称す)を行うための加熱手段を備えたことを特徴とす
    る化学気相成長装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の化学気相成長装置におい
    て、 上記半導体ウェハへ直流または交流の電位を供給するた
    めの電位供給手段を備えたことを特徴とする化学気相成
    長装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の化学気相成長
    装置において、 上記ラピッドサーマルアニール処理用加熱手段は、該化
    学気相成長装置のチャンバの上方に設けたランプ加熱器
    であることを特徴とする化学気相成長装置。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の化
    学気相成長装置において、 該化学気相成長装置のチャンバの下方に上記半導体ウエ
    ハ上に上記半導体薄膜を成膜するためのランプ加熱器を
    備え、該ランプ加熱器を、上記ラピッドサーマルアニー
    ル処理に併用するようにしたことを特徴とする化学気相
    成長装置。
  5. 【請求項5】 半導体ウエハ上に半導体薄膜を形成する
    方法において、 半導体薄膜を堆積しようとする半導体ウエハ上に、パル
    ス的な高温のラピッドサーマルアニール処理を施す工程
    を含むことを特徴とする半導体薄膜の形成方法。
  6. 【請求項6】 半導体ウエハ上に半導体薄膜を形成する
    方法において、 真空排気をし所定温度に加熱したプロセスチャンバ内に
    材料ガスを導入して、ウエハサセプタ上にセットした半
    導体ウエハ上に半導体薄膜の形成を開始する工程と、 上記半導体薄膜を形成中の上記半導体ウエハに、800
    ℃〜1100℃なる高温のラピッドサーマルアニール処
    理をパルス的に行う工程と、 上記半導体薄膜を堆積中の上記半導体ウエハに、所定の
    直流または交流電位を与える工程とを含むことを特徴と
    する半導体薄膜の形成方法。
  7. 【請求項7】 請求項6記載の半導体薄膜の形成方法に
    おいて、 上記半導体薄膜を堆積中の半導体ウエハに所定の直流ま
    たは交流電位を与える工程を、該電位を与えるのに加え
    て、パルス的な800〜1100℃のラピッドサーマル
    アニール処理を施す工程としたことを特徴とする半導体
    薄膜の形成方法。
  8. 【請求項8】 請求項5ないし7のいずれかに記載の半
    導体薄膜の形成方法において、 上記半導体ウェハはシリコンウエハであり、 上記半導体薄膜はシリコン薄膜であることを特徴とする
    半導体薄膜の形成方法。
JP17931293A 1993-07-20 1993-07-20 化学気相成長装置,及び半導体薄膜の形成方法 Pending JPH0737822A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5773329A (en) * 1996-07-24 1998-06-30 International Business Machines Corporation Polysilicon grown by pulsed rapid thermal annealing
EP0933451A1 (en) * 1998-01-29 1999-08-04 Nissin Electric Co., Ltd. Film forming apparatus and method of forming a crystalline silicon film
WO2020091425A1 (ko) * 2018-11-02 2020-05-07 한국전기연구원 단결정성 박막, 이의 제조방법 및 이를 이용한 물품

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