JPH08139031A

JPH08139031A - 光励起気相成長装置

Info

Publication number: JPH08139031A
Application number: JP27742394A
Authority: JP
Inventors: Naoki Inoue; 直樹井上; Haruyuki Nakaoka; 春雪中岡; Hideki Azuma; 秀樹東; Toru Yanagisawa; 徹柳澤; Shigeru Morikawa; 茂森川; Takeshi Takagi; 剛高木; Takashi Kobayashi; 小林　　孝
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1994-11-11
Filing date: 1994-11-11
Publication date: 1996-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】励起光の照射を伴った一回の成膜で処理でき
る基板枚数が多く、スループットの高い光励起気相成長
装置を得る。【構成】サセプタ４を減圧可能な成長室３内に備え、
サセプタ４の近傍空間に原料ガスを励起するための励起
光８を照射可能な光源９と、成長室３内に原料ガスを供
給する原料ガス供給機構７０とを備えた光励起気相成長
装置に、成長室３内に於ける原料ガスの主な移動方向を
ほぼ鉛直上下方向に設定する原料ガス導入・導出機構
と、成長室３内に於ける励起光の光路を、ほぼ水平な光
路とする励起光導入機構８０を備え、サセプタ４によ
り、一対の基板５を、水平方向で励起光８を対称に挟ん
でほぼ鉛直方向に支持可能に構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板を保持するための
加熱機構を備えたサセプタを、減圧可能な成長室内に備
え、サセプタの近傍空間に原料ガスを励起するための励
起光を照射可能な光源と、成長室内に原料ガスを供給す
る原料ガス供給機構とを備えた光励起気相成長装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】本願の発明者らは、高性能液晶パネルを
実現するために、薄膜トランジスタの要部を構成する多
結晶シリコン膜層やゲート絶縁膜層を、光励起気相成長
法で製造することを提案している。ここで、基板上に多
結晶シリコンを得る場合は、原料ガスとしてジシランと
ジクロルシラン等のハロゲン化シランと水素を組み合わ
せて、これらの原料ガスを基板上に導いて、所定の膜層
を得る。さらに、ゲート絶縁膜層を構成する場合は、シ
リコン源となるシラン、酸素源となる一酸化二窒素等を
原料ガスとして絶縁体層としての酸化シリコン膜層を得
たり、シリコン源となるガスとアンモニア等の窒素源ガ
スとを組み合わせて、絶縁体層としての窒化シリコン層
を形成することができる。このような方法をとると、従
来手法である熱ＣＶＤ等を使用する場合と比較して、低
温での膜層形成ができ、さらに、例えば単一の成長室内
で、連続成膜ができるため、非常に高品質の薄膜トラン
ジスタの要部を構成することができる。さて、従来の光
励起気相成長装置においては、基板を水平に支持する構
成のサセプタが一般的であり、励起光は基板表面上方
に、これとほぼ平行（事実上ほぼ水平となる）に照射さ
れて、成膜（所定の層の形成）が行われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記技
術を、液晶パネルに用いるには、装置の性能として、良
質の膜層が形成できることはもとより、高い成膜速度、
高いスループットが要求される。特に、１回の成膜で、
チャンバー内にどれだけの基板を投入できるかが問題と
なる。ここで、上記した基板をほぼ水平に支持する構成
では、一回に成膜できる基板枚数が限られており、スル
ープットに問題がある。さらに、励起光に対して、事実
上、その下部域に配設される基板上で成膜が進行するこ
ととなるため、励起光の利用効率が低いという問題があ
る。従って、本発明の目的は、励起光の照射を伴った一
回の成膜で処理できる基板枚数が多く、スループットの
高い光励起気相成長装置を得ることにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する請
求項１に係わる本願第１の発明の第１の特徴構成は、成
長室内に於ける原料ガスの主な移動方向をほぼ鉛直上下
方向に設定する原料ガス導入・導出機構と、成長室内に
於ける励起光の光路を、ほぼ水平な光路とする励起光導
入機構を備え、さらに、サセプタが、一対の基板を、励
起光を水平方向で挟んでほぼ鉛直方向に支持可能に構成
されていることにある。さらに、上記第１の特徴構成に
おいて、サセプタにより、ほぼ鉛直方向に支持される一
対の基板間において、両者の水平方向に於ける相対離間
距離が、原料ガスの流路下手側程、狭く設定されている
ことが好ましい。これが、請求項２に係わる本願第２の
特徴構成である。さらに、上記第１の特徴構成におい
て、サセプタにより、ほぼ鉛直方向に支持される一対の
基板間において、両者の水平方向に於ける相対離間距離
が、励起光光路下手側程、狭く設定されていることが好
ましい。これが、請求項３に係わる本願第３の特徴構成
である。そして、これらの作用・効果は以下のとおりで
ある。

【０００５】

【作用】本願の第１の特徴構成を備えた光励起気相成長
装置においては、原料ガス導入・導出機構を備えること
により、原料ガスは主に、鉛直上下方向の移動をおこな
う。そして、この原料ガスの流れに沿って基板は、サセ
プタによりほぼ鉛直方向に支持される。さらに、励起光
は励起光導入機構により、サセプタに支持された少なく
とも一対の基板間で、これに沿って水平導入される。従
って、励起光の照射により、これを挟んでサセプタに支
持された少なくとも一対の基板での膜層形成が可能とな
り、結果的にスループットを向上することができる。さ
らに、基板の配置構成を実質上縦型とすることで、励起
光に対して、これを挟んで配設される基板間で、重力的
にほぼ均等な状態で、膜層形成をおこなうこととなるた
め、例えば、励起光線束に対して、その上下方向に一対
備える場合等と比較して、膜層形成の制御が容易とな
り、実用性に富んだ光励起気相成長装置を得ることがで
きた。さらに、本願第２の特徴構成を備えると、原料ガ
スはその移流に伴って、膜層形成によって原料ガス濃度
の低下を起こすが、移流流路の狭隘化することにより、
これが補われ、原料ガスの移流方向で膜層厚の均一なも
のを得ることができる。さらに、本願第３の特徴構成を
備えると、励起光は、原料ガスの励起に伴って、そのエ
ネルギーの低下を起こすが、相対向する基板間の相対離
間距離Ａを詰めることにより、励起されたシリコンの膜
面への取り込みの確率が増加し、励起光光線束の照射方
向で膜層厚の均一なものを得ることができる。

【０００６】

【発明の効果】従って、本願の光励起気相成長装置を得
ることにより、励起光の照射を伴った一回の成膜で、処
理できる基板枚数が多く、スループットの高いものを得
ることができるとともに、膜厚の均一な良質の膜を得る
ことが、比較的簡便な条件設定でできるようになった。

【０００７】

【実施例】以下本願の光励起気相成長装置１の構成を、
図１、図２、図３に基づいて説明する。図１には、装置
の主要部を構成する成長室３の内部斜視図が示されてい
る。図２には成長室の平面視図が、図３には励起光の照
射方向の正面視図が示されている。装置１は、真空ポン
プ２によって所定の真空度に排気される成長室３内に、
サセプタ４に支持された基板（例えばガラス基板；Ｃｏ
ｒｎｉｎｇ７０５９）５を収納可能に構成されており、
加熱機構としてのヒータ６によって所定の温度に加熱さ
れるようになっている。成長室３内には、ガス導入管７
を経由して原料ガスが供給される。即ち、原料ガスを貯
蔵するタンク７１、このタンク７１に備えられる開閉弁
７２、さらに開閉弁７２からの原料ガスが流れる前記ガ
ス導入管７により原料ガス供給機構７０が構成されてい
る。一方、成長室３に対して、基板表面５ａ付近のガス
雰囲気を励起可能な励起光８を照射可能な光源９が備え
られている。この実施例においては、結晶性シリコンの
形成にあたって、光源９からの励起光８を入射窓１０を
通して、基板表面５ａに対してこれとほぼ平行に、照射
する。光源９は、具体的には、発振波長が１９３ｎｍで
あるＡｒＦエキシマレーザーである。この波長の励起光
８は、後に説明する原料ガスを構成するジシラン（Ｓｉ
₂Ｈ₆）を直接励起可能である。即ち、ジシラン（Ｓｉ₂
Ｈ₆）は約２２０ｎｍ付近に電子状態励起に伴う光吸収
の吸収端を持っているため、結晶性シリコンの形成にあ
たっては、ＡｒＦエキシマレーザーにより、直接これが
励起されて、分子結合の解離を起こす。

【０００８】さて、図１、図２、図３に示すように、本
願の装置１は、励起光の照射方向及び基板５の配置姿勢
において独特の構成が採用されている。先ず、原料ガス
の移流方向に関して説明すると、前述のガス導入管７及
び真空ポンプ２に接続されるガス導出管１１は、成長室
３の鉛直上部側壁面１２の概中央位置及び鉛直下部側壁
面１３の概中央位置にそれぞれ接続開口されている。成
長室３内に配設される複数の基板５は、成長室３の中央
縦断面Ｓに対して左右対象に配設されており、上記の接
続開口は、この中央縦断面Ｓ部位に開口している。従っ
て、サセプタ４に支持された状態にある中央配置の一対
の基板５に対して、それらの垂直二等分線上に接続開口
１４が配設される。この流路構成より、原料ガスは、成
長室３内に於いて鉛直上下方向を主な移流方向とされ
る。ここで、このように、成長室３内に於ける原料ガス
の移流方向を決定付ける構成及び機構を原料ガス導入・
導出機構と呼ぶ。次に、励起光８の照射について説明す
る。図１、図２、図３に示す様に、成長室３内に於ける
励起光８の光路は、ほぼ水平な光路として設定されてい
る。この光路の決定は、適切な光学機器を備えた励起光
導入機構８０によって行われる。さて、この励起光導入
機構８０は、励起光８であるレーザー光を、ほぼ鉛直方
向に幅を有するシート状の励起光光線束に成形する第１
成形光学系８１が備えられるとともに、ハーフミラー８
２及びミラー８３より構成され、且つ第１成形光学系８
１を経た励起光光線束を、平面視、図２に示すように平
行な３本の励起光光線束群とする第２成形光学系８４を
備えている。従って、図１、図２に示すように、レーザ
ー光は、成形室３内で３本の鉛直上下方向に幅を有する
励起光光線束群となる。励起光８をシート状の励起光光
線束として、基板表面５ａとほぼ平行に照射する本願の
ような構成を取る場合は、各基板５に形成される膜層１
５を、その幅方向で一気に形成することができ、能率が
よい。さらに、励起光光線束群を形成・使用すること
で、これらの励起光光線束各々に対して、基板５を適切
に配置して成膜（層形成）すると、一度に多数枚の基板
５を処理できる。図２、図３に示すように前記３本の励
起光光線束に対して、この励起光光線束を、その左右方
向から挟む形で複数の基板５を支持するように、サセプ
タ４が構成されている。即ち、サセプタ４は、少なくと
も一対の基板５を、励起光８である励起光光線束を対称
に水平方向に挟んで、これをほぼ鉛直方向に支持する構
成が採用されている。従って、励起光８の一回の照射に
より、この励起光８を挟んで配置される少なくとも対と
なる基板５を、共に、処理する（成膜を進める）ことが
できる。この様に、基板５の配置構成を縦型とすること
で、励起光光線束に対して左右に配設される基板５間
で、重力的に対象な状態が実現し、例えば、励起光光線
束に対して、その上下方向に一対備える場合等と比較し
て、膜層形成の制御が簡便となる。

【０００９】さらに、前記サセプタ４による基板５の支
持構成について説明すると、このサセプタ４によって、
ほぼ鉛直方向に支持される相対向する一対の基板５間に
おいて、両者の水平方向に於ける相対離間距離Ａが、原
料ガスの流路下手側（図３に示す例においては鉛直下方
側）程、狭く設定されている。この構成により、原料ガ
スの移流に伴って、膜層形成に伴う原料ガス濃度の低下
を、移流流路の狭隘化によって補って、原料ガスの移流
方向で膜層厚の均一なものを得ることができる。一方、
励起光８の光路方向についても同様な構成が取られてい
る。即ち、励起光８の光路でその下手側（図２に示すも
のにおいては、図面右側）程、狭く設定されている。こ
の構成により、原料ガスの励起に伴って、励起光光線束
はエネルギーの低下を起こすが、相対向する基板間の相
対離間距離Ａを詰めて、活性化された膜層形成材料の基
板への到達機会を高めることにより、励起光の照射方向
で膜層厚の均一なものを得ることができる。ここで、夫
々に方向に於ける狭隘化の度合いは、サセプタ姿勢変更
機構４０により調節自在とされている。

【００１０】以下本願の光励起気相成長装置１を使用し
て、ガラス基板上に多結晶シリコンを形成する実施例に
ついて説明する。ここで、原料ガスとしてジシラン（Ｓ
ｉ₂Ｈ₆）、ジクロルシラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂）、水素（Ｈ
₂）が使用されて、上記の成長室３内に供給される。さ
らに、その他の成膜条件を以下のようにして膜層形成を
おこなった。成膜温度３５０℃ ガス流量ジシラン２ｃｃ／ｍｉｎジクロルシラン３０ｃｃ／ｍｉｎ水素２００ｃｃ／ｍｉｎ成膜操作圧力３ＴｏｒｒレーザーＡｒＦ（１９３ｎｍ）３０ｍＪ×１００Ｈｚ結果、ＴＦＴに於けるチャネル部として使用できる良好
な多結晶シリコン膜層を得ることができた。ここで、一
回の操作で、処理可能な基板５は、成長室３に備えられ
るサセプタ４夫々の片面に対して、４枚で、計２４枚の
処理が可能であった。これを基板を水平に支持するとと
もに、励起光を水平に照射する構成のものと比較する
と、基板処理枚数は、６倍とできた。

【００１１】〔別実施例〕上記の実施例において、励起
光の光源として、発振波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマ
レーザーを用いた例について説明したが、原料ガスを励
起できる波長を有するものであれば、他のエキシマレー
ザー（例えばＦ₂レーザー、ＡｒＣｌレーザー等）を使
用することも可能である。さらに、本発明による効果を
得るためには、特にレーザーを用いる必要はなく、発光
中心１７２ｎｍのエキシマランプ等を使用することも可
能である。さらに、上記の実施例においては、膜層形成
の対象として、多結晶シリコンを成膜する例を示した
が、本願の装置においては、その励起光の光路、原料ガ
スの移流構成、基板の載置姿勢に特徴を有するものであ
るため、成膜対象となる膜種としては、特に多結晶シリ
コンに限られず、光励起気相成長法を適応できるもので
は任意のものが膜層形成の対象とできる。さらに、上記
の実施例においては、鉛直上下方向で幅を有する励起光
光線束を使用したが、これは、励起光を鉛直上下方向に
移動自在に構成して、励起光の上下方向移動により、膜
層形成をおこなっても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】光励起気相成長装置の構成を示す斜視説明図

【図２】光励起気相成長装置に備えられる成長室の平面
図

【図３】光励起気相成長装置に備えられる成長室の励起
光照射方向に於ける正面図

【符号の説明】

１光励起気相成長装置３成長室４サセプタ５基板６加熱機構８励起光８０励起光導入機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柳澤徹大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者森川茂京都府京都市下京区中堂寺南町17 株式会社関西新技術研究所内 (72)発明者高木剛京都府京都市下京区中堂寺南町17 株式会社関西新技術研究所内 (72)発明者小林孝京都府京都市下京区中堂寺南町17 株式会社関西新技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板（５）を保持するための加熱機構
（６）を備えたサセプタ（４）を、減圧可能な成長室
（３）内に備え、前記サセプタ（４）の近傍空間に原料
ガスを励起するための励起光（８）を照射可能な光源
（９）と、前記成長室（３）内に原料ガスを供給する原
料ガス供給機構（７０）とを備えた光励起気相成長装置
であって、前記成長室（３）内に於ける前記原料ガスの主な移動方
向をほぼ鉛直上下方向に設定する原料ガス導入・導出機
構と、前記成長室（３）内に於ける前記励起光の光路
を、ほぼ水平な光路とする励起光導入機構（８０）を備
え、前記サセプタ（４）が、一対の前記基板（５）を、前記
励起光（８）を水平方向で挟んでほぼ鉛直方向に支持可
能に構成されている光励起気相成長装置。
【請求項２】前記サセプタ（４）により、ほぼ鉛直方
向に支持される前記一対の基板（５）間において、両者
の水平方向に於ける相対離間距離Ａが、前記原料ガスの
流路下手側程、狭く設定されている請求項１記載の光励
起気相成長装置。
【請求項３】前記サセプタ（４）により、ほぼ鉛直方
向に支持される前記一対の基板（５）間において、両者
の水平方向に於ける相対離間距離Ａが、励起光光路下手
側程、狭く設定されている請求項１記載の光励起気相成
長装置。