JPH08250433A

JPH08250433A - 多結晶Ｓｉ薄膜の堆積法

Info

Publication number: JPH08250433A
Application number: JP7051055A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Ishihara; 俊一石原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-03-10
Filing date: 1995-03-10
Publication date: 1996-09-27
Anticipated expiration: 2018-07-22
Also published as: JP3428766B2

Abstract

(57)【要約】【目的】低温プロセスを維持した状態で、薄膜の構造
緩和も十分に行うことができ、かつ、原料ガスにドーピ
ングガスを混入させ、ｎ型又はｐ型の多結晶Ｓｉ薄膜を
作製する場合にも、結晶性の良好な多結晶Ｓｉ薄膜がえ
られる堆積法を提供する。【構成】本発明の多結晶Ｓｉ薄膜の堆積法は、水素ガ
スが常に流され、高周波電力が常に印加された状態の成
膜室内に、原料ガスとドーピングガスを時間的に分割し
て導入し、前記原料ガスと前記水素ガスが流れている
時間（ｔ₁）、前記ドーピングガスと前記水素ガスが
流れている時間（ｔ₂）、及び、前記水素ガスのみが
流れている時間（ｔ₃）からなる３種類の時間を繰り返
しながら成膜することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多結晶Ｓｉ薄膜の堆積
法に係る。より詳細には、結晶性が良く、かつ、導電率
の高い多結晶Ｓｉ薄膜の堆積法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、多結晶Ｓｉ薄膜の堆積法として
は、次に示す（ａ）と（ｂ）の２つの方法があった。（ａ）ＳｉＨ₄等のガスを高温に加熱した基板上に吹き
出し、ガスを分解することによって、堆積種を生成し、
基板上に多結晶Ｓｉ薄膜を形成する熱ＣＶＤ法。（ｂ）ＣＶＤ法又はグロー放電プラズマ分解法により、
基板上に作製した非晶質Ｓｉ膜又は粒径の小さな多結晶
Ｓｉ膜を、レーザー光照射、赤外光照射、又は、電気炉
等で加熱溶融した後、冷却処理することにより、基板上
に多結晶Ｓｉ薄膜を形成するＣＶＤ法とアニール処理を
組み合わせた方法。

【０００３】しかしながら、上記（ａ）と（ｂ）の方法
は、多結晶Ｓｉ薄膜を作製する際、１０００℃程度ある
いはそれ以上の熱処理が必要である。そのため、多結晶
Ｓｉ薄膜を作製する基板としては、通常のガラス又は金
属等が使えないという問題があった。したがって、５０
０℃以下の低温プロセスで多結晶Ｓｉ薄膜を堆積する方
法が望まれていた。

【０００４】上記低温プロセスを実現する方法として
は、例えば、熱の代わりに放電又は光を用いて、ガスの
分解を行う方法（ｃ）が考案されている。

【０００５】その代表的なガスの分解方法としては、プ
ラズマＣＶＤ法及び光ＣＶＤ法が挙げられる。プラズマ
ＣＶＤ法は、膜の堆積速度が速い点で光ＣＶＤ法より秀
れている。通常、これらの方法では、ＳｉＨ₄ガス，Ｓ
ｉＦ₄ガス，Ｓｉ₂Ｈ₆ガス等の原料ガスをＨ₂ガスで大希
釈し、放電電力を大きくした場合、３００〜４５０℃の
低温にある基板上においても多結晶Ｓｉ薄膜が作製でき
る。

【０００６】しかしながら、上記（ｃ）の方法で作製し
た多結晶Ｓｉ薄膜には、多量の非晶質Ｓｉ部分も含まれ
ている。そのため、光電変換特性が悪く、結晶粒径も５
０以下となる問題があった。その理由は、グロー放電プ
ラズマという非平衡反応で形成された堆積種が基板上に
降りそそぎ、膜中に取り込まれるため、形成された薄膜
の構造緩和が十分に行われないためと考えられている。
したがって、低温プロセスを維持した状態で、かつ、上
記の構造緩和も十分に行うことが可能な多結晶Ｓｉ薄膜
の堆積法が望まれていた。

【０００７】上記の低温プロセスと構造緩和とを同時に
実現する方法としては、例えば、成膜を行っている際
に、途中で原料ガスの供給を停止するか、又は、原料ガ
スが供給されていない別のプラズマ空間に基板を移動さ
せることにより、薄膜の堆積を周期的に停止し、成膜途
中にある薄膜の表面をＨ₂プラズマに曝すことによっ
て、原子状水素の化学的アニーリング作用で構造緩和を
行い、薄膜の結晶性を向上させる方法（ｄ）が提案され
ている。

【０００８】しかしながら、上記（ｄ）の方法で作製し
た多結晶Ｓｉ薄膜では、原料ガスにＰＨ₃，Ｂ₂Ｈ₆，又
はＢＦ₃等のドーピングガスを混入させ、ｎ型又はｐ型
の多結晶Ｓｉ薄膜を作製する場合、その薄膜の結晶化率
が著しく低下し、良好なｎ型又はｐ型の多結晶Ｓｉ薄膜
を得るのは困難であるという問題があった。但し、ドー
ピングガスを混入させず、原料ガスのみ用いて多結晶Ｓ
ｉ薄膜を作製する場合には、結晶性の良好な膜が得られ
た。

【０００９】したがって、原料ガスにドーピングガスを
混入させ、ｎ型又はｐ型の多結晶Ｓｉ薄膜を作製する場
合にも、結晶性の良好な多結晶Ｓｉ薄膜の堆積法が望ま
れていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、低温プロセ
スを維持した状態で、薄膜の構造緩和も十分に行うこと
ができ、かつ、原料ガスにドーピングガスを混入させ、
ｎ型又はｐ型の多結晶Ｓｉ薄膜を作製する場合にも、結
晶性の良好な多結晶Ｓｉ薄膜が得られる堆積法を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の多結晶Ｓｉ薄膜
の堆積法は、原料ガス、ドーピングガス、及び水素ガス
を用いたグロー放電プラズマ分解法による多結晶Ｓｉ薄
膜の堆積法において、前記水素ガスが常に流され、高周
波電力が常に印加された状態の成膜室内に、前記原料ガ
スと前記ドーピングガスを時間的に分割して導入し、
前記原料ガスと前記水素ガスが流れている時間
（ｔ₁）、前記ドーピングガスと前記水素ガスが流れ
ている時間（ｔ₂）、及び、前記水素ガスのみが流れ
ている時間（ｔ₃）からなる３種類の時間を繰り返しな
がら成膜することを特徴とする。

【００１２】また、本発明の多結晶Ｓｉ薄膜の堆積法で
は、前記ｔ₃は、１０秒以上９０秒以下であることが好
ましい。

【００１３】さらに、本発明の多結晶Ｓｉ薄膜の堆積法
では、前記原料ガスとしては、ＳｉＦ₄またはＳｉＨ
₄が、前記ドーピングガスとしては、ＰＨ₃またはＢＦ₃
が好適に用いられる。

【００１４】

【作用】

（請求項１）請求項１に係る発明では、薄膜形成中の成
膜空間内は、水素ガスが常に流され、かつ、高周波電力
が常に印加された状態にある。この状態において、原料
ガスとドーピングガスは断続的に、かつ時間的にずらし
て成膜空間内に導入した。

【００１５】その結果、原料ガスと水素ガスが流れてい
る間（ｔ₁）は成膜を、ドーピングガスと水素ガスが流
れている間（ｔ₂）は不純物拡散を、かつ水素ガスのみ
流れている間（ｔ₃）は膜表面に対して水素プラズマ処
理を行うことが可能となった。

【００１６】ゆえに、このガスを流す時分割処理によっ
て、低温プロセスを維持した状態で、薄膜の構造緩和も
十分に行うことができ、かつ原料ガスにドーピングガス
を混入させ、ｎ型又はｐ型の多結晶Ｓｉ薄膜を作製する
場合にも、結晶性の良好な多結晶Ｓｉ薄膜が形成できる
堆積法が得られた。

【００１７】（請求項２）請求項２に係る発明では、前
記ｔ₃が１０秒以上９０秒以下であるため、結晶性が良
好で、かつ導電率が高い多結晶Ｓｉ薄膜が形成できる堆
積法が得られた。

【００１８】（請求項３）請求項３に係る発明では、前
記原料ガスが、ＳｉＦ₄またはＳｉＨ₄であるため、作製
コストが安く、かつ結晶性が良いという特徴を有する多
結晶Ｓｉ薄膜が形成できる堆積法が得られた。

【００１９】（請求項４）請求項４に係る発明では、前
記ドーピングガスが、ＰＨ₃またはＢＦ₃であるため、作
製コストが安く、結晶性が良く、かつ導電性が高いとい
う特徴を有する多結晶Ｓｉ薄膜が形成できる堆積法が得
られた。

【００２０】

【実施態様例】

（多結晶Ｓｉ薄膜の堆積法）本発明における多結晶Ｓｉ
薄膜の堆積法としては、例えば、図１及び図２に示すも
のが挙げられる。図１は本堆積法のタイムチャートであ
り、図２は本堆積法で用いた成膜装置の概略図である。

【００２１】以下では、図１を参照して、３種類のガス
を導入するタイミングと高周波電力を印加するタイミン
グに関して説明する。

【００２２】薄膜形成中の成膜装置内は、水素ガスが常
に流され、かつ、高周波電力が常に印加された状態にあ
る。この状態において、原料ガス（例えば、ＳｉＨ₄，
ＳｉＦ₄，Ｓ₂Ｈ₆あるいはこれらの複数ガスを混合した
もの）を断続的に流す。原料ガスを流している間は成膜
がなされ、原料ガスの導入が停止されている間は水素プ
ラズマ処理がなされ、膜の構造緩和が行われる。

【００２３】一方、ドーピングガス（例えば、ＰＨ₃，
ＢＦ₃）を原料ガスと共に流すと、ドーピングガスの分
解生成物あるいは該ドーピングガスの分解生成物とＨラ
ジカルの反応生成物と、原料ガスの分解生成物あるいは
該原料ガスの分解生成物とＨラジカルの反応生成物との
気相反応が起こるためか、ドーピングガスを流さない時
に比べ、膜の結晶性が著しく低下する。この場合、１サ
イクル当たりの水素プラズマ処理の時間を十分に長くし
ても、結晶性の向上は難しい。

【００２４】そこで、本発明では図１に示すとおり、原
料ガスとドーピングガスとの導入を時間的にずらした。
その結果、気相中でのドーピングガスの分解生成物と原
料ガスの分解生成物との反応を抑えることができ、ドー
ピングガスを導入することによる、結晶性の著しい低下
を防止することができた。

【００２５】以下では、図２を参照して、成膜装置の詳
細に関して説明する。１は成膜用の真空チャンバーであ
る。２はプラズマグロー放電用のカソード電極である。
２は絶縁リング３によって、真空チャンバー１とは電気
的に絶縁されている。カソード電極２はマッチングボッ
クス４を介して１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源５に接続さ
れている。６はシールド筒でカソード電極２と真空チャ
ンバー１の内壁との放電を防止するために設置されてい
る。カソード電極２とシールド筒６との間隔は１ｍｍに
とってある。圧力が１Ｔｏｒｒ以下であれば、使用して
いるガスにおいてカソード電極２とシールド筒６との間
の放電はパッシェンの法則によって起こらない。

【００２６】７はアノード電極で、カソード電極２との
間にグロー放電を起こす。アノード電極７の表面には基
板８が設置される。９はヒーターブロックでヒーター１
０が埋め込まれており、熱電対１１が取り付けられてい
る。ヒーター１０、熱電対１１は温度コントローラー１
２に接続されており、ヒーターブロック９を所望の温度
に加熱され、その結果アノード電極７の表面に取り付け
られている基板８が所望の温度に加熱される。

【００２７】１３、１４、１５はそれぞれ原料ガス、ド
ーピングガス、水素ガスの導入管である。導入管１３、
１４、１５はそれぞれ流量コントローラー１６、１７、
１８及びバルブ１９、２０、２１に接続されており、そ
れぞれガス管２２、２３、２４によってそれぞれのガス
ボンベ及びその圧力調整器に接続されている。所望の時
間に所望の流量でそれぞれのガスがチャンバー１に導入
されるよう、高速応答の流量コントローラー１６、１
７、１８はそれぞれシーケンスプログラマー２５に繋が
っている。

【００２８】２６はチャンバー１内の圧力を測定するた
めの真空圧力計で、圧力コントローラー（不図示）に信
号を送っている。圧力コントローラーは、その信号と設
定値との比較により、排気管２８の途中に取付られた自
動バタフライ弁２７の開閉度を制御し、チャンバー１内
の圧力が設定値になるようにコントロールしている。

【００２９】排気管２８は真空排気装置（不図示）に接
続されている。

【００３０】（結晶性の評価）本発明における結晶性の
評価としては、例えば、Ｘ線回折法とラマン分光法を用
いた。

【００３１】Ｘ線回折法では、Ｓｉの（２２０）面、
（１１１）面、及び（３１１）面に起因する各回折強度
を調べた。

【００３２】ラマン分光法では、光源がＡｒ⁺レーザか
らなる装置を用いた。Ｘ線回折法と併用してラマン分光
法を行った理由は、Ｘ線回折法の測定結果が、実際の結
晶構造と、どのように関連しているかを調べるためであ
る。ラマン分光法の測定結果、すなわち、結晶Ｓｉに起
因する５２０ｃｍ^-1付近の鋭いピークと、アモルファス
Ｓｉに起因する４８０ｃｍ^-1付近のブロードなピークと
の積分強度比から、結晶化している割合を推定した。

【００３３】上記５２０ｃｍ^-1付近の鋭いピークが結晶
Ｓｉに起因するものであることは、結晶Ｓｉウェハの測
定により同定した。同様に、上記４８０ｃｍ^-1付近のブ
ロードなピークがアモルファスＳｉに起因するものであ
ることは、通常のＳｉＨ₄ガスを用いたグロー放電プラ
ズマで作製したアモルファスＳｉ膜の測定により同定し
た。また、上記結晶Ｓｉウェハ及びアモルファスＳｉ膜
の構造は、電子線回折像でも確認した。

【００３４】本発明の堆積法を用いて作製した試料で
は、上記ラマン分光法の測定において、結晶化している
割合が増加するにしたがい、Ｘ線回折法の測定における
Ｓｉの（２２０）面からの回折強度が大きくなる結果が
得られた。また、試料の膜厚が、７００ｎｍ〜９００ｎ
ｍの範囲にある場合は、Ｓｉの（２２０）面からの回折
強度が３００カウント／秒（以下ｃｐｓと略す）を越え
ると、上記ラマン分光法の測定において、アモルファス
Ｓｉに起因する４８０ｃｍ^-1付近のピークは検出されな
くなった。この結果から、３００ｃｐｓ以上のＸ線回折
強度が得られた試料においては、ほぼ１００％結晶化し
ていると判断した。

【００３５】したがって、結晶化の割合から考えて望ま
しい多結晶Ｓｉ薄膜は、膜厚が７００ｎｍ〜９００ｎｍ
の範囲にある場合、Ｓｉの（２２０）面からの回折強度
が３００ｃｐｓ以上の試料である。

【００３６】（導電率の評価）本発明における導電率の
評価としては、四端子法を用いた。本発明の実施例１〜
４の各成膜条件下で、実際にＳｉ膜中に取り込まれたＰ
（リン）又はＢ（ホウ素）の量は、二次イオン質量分析
計（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometer）を
用いた測定では同じ値、すなわち１〜２×１０¹⁹ｃｍ^-3
であったが、各試料の導電率は大きく異なっていた。

【００３７】一方、通常のＳｉＨ₄ガスを用いたグロー
放電プラズマで作製したアモルファスＳｉ膜の導電率の
最高値は、Ｐ（リン）をドーピングしたＮ型の試料では
２Ｓ／ｃｍであり、Ｂ（ホウ素）ドーピングしたＰ型の
試料では２×１０^-3Ｓ／ｃｍであった。

【００３８】したがって、本発明では、Ｐ（リン）をド
ーピングしたＮ型の試料では、導電率が２Ｓ／ｃｍより
大きな多結晶Ｓｉ薄膜の堆積法が得られる条件を検討し
た。また、同様に、Ｂ（ホウ素）ドーピングしたＰ型の
試料では、導電率が２×１０ ^-3Ｓ／ｃｍより大きな多結
晶Ｓｉ薄膜の堆積法が得られる条件を検討した。

【００３９】

【実施例】

（実施例１）本例では、図１に示したとおり原料ガスと
ドーピングガスを時間的に分割して成膜空間に導入する
効果に関して検討する。図２の成膜装置を用いて、ガラ
ス基板上に、Ｐ（リン）をドーピングした多結晶Ｓｉ薄
膜を堆積した。

【００４０】以下では、多結晶Ｓｉ薄膜の作製方法を手
順にしたがって説明する。（１）無Ｎａ（ナトリウム）ガラスを有機溶剤（アセト
ン及びイソプロピルアルコール）で洗浄した後、アノー
ド電極７に取り付け、真空排気装置でチャンバー１の室
内を３×１０^-6Ｔｏｒｒ以下の圧力まで引いた。また、
基板８の表面温度が３５０℃になるようにヒーターで加
熱した。（２）Ｈ₂ガスをガス導入管１４より、流量制御装置１
７を介して１５ｓｃｃｍ流した。圧力コントローラー
（不図示）を用いて、チャンバー１の内圧を１００ｍＴ
ｏｒｒに設定した。（３）チャンバー１の内圧が１００ｍＴｏｒｒに安定し
たところでＲＦ電力を１００Ｗ印加し、カソード電極２
とアノード電極７との間に水素ガスによるグロー放電プ
ラズマを生起した。放電が安定したところで、次の成膜
工程に移った。（４）成膜工程は、次の〜の３つのプロセスからな
り、これらを→→→の順に３６０回繰り返し、
Ｐ（リン）をドーピングした多結晶Ｓｉ薄膜を堆積し
た。原料ガスとして、ＳｉＦ₄ガス（流量１００ｓｃｃ
ｍ）を、ガス導入管１３からチャンバー１の室内に１０
秒間導入し、多結晶Ｓｉ薄膜を堆積する。原料ガスのチャンバー１への導入を停止し、ドーピ
ングガスとして、Ｈ₂ガスで２％に希釈したＰＨ₃ガス
（流量１ｓｃｃｍ）を、ガス導入管１５からチャンバー
１の室内に１０秒間導入し、堆積膜にＰ（リン）をドー
ピングする。ドーピングガスのチャンバー１への導入を停止し、
水素ガスのみチャンバー１の室内に３０秒間導入し、水
素プラズマにより堆積膜の表面処理を行う。

【００４１】水素ガスの導入量、ＲＦの印加電力は，
，の各プロセスにおいて、特に変えなかった。（５）上記（１）〜（４）の工程により作製した試料
は、成膜終了後、基板温度を室温まで下げ、チャンバー
１の室外へ取り出した。

【００４２】（比較例１）本例では、成膜工程における
プロセスを省略して、→→の順に３６０回繰り
返し、Ｐ（リン）をドーピングしない多結晶Ｓｉ薄膜を
堆積した点が実施例１と異なる。他の点は、実施例１と
同様とした。

【００４３】（比較例２）本例では、成膜工程における
プロセスとの代わりに、以下のプロセスを行った
点が実施例１と異なる。すなわち、実施例１では、原料
ガスとドーピングガスを時間的に分割して成膜室内に導
入したが、本例では、原料ガスとドーピングガスを同時
に用いた。したがって、本例では、→→の順に３
６０回繰り返し、Ｐ（リン）をドーピングした多結晶Ｓ
ｉ薄膜を堆積した。ＳｉＦ₄ガス（流量１００ｓｃｃｍ）と、Ｈ₂ガスで
２％に希釈したＰＨ₃ガス（流量１ｓｃｃｍ）とを、ガ
ス導入管１３とガス導入管１５から同時にチャンバー１
の室内に１０秒間導入し、Ｐ（リン）をドーピングしな
がら多結晶Ｓｉ薄膜を堆積する。他の点は、実施例１と
同様とした。

【００４４】以下では、実施例１、比較例１、及び比較
例２で作製した各試料に対して行った２つの評価、すな
わち、Ｘ線回折法による結晶性の評価と、四端子法によ
る導電率の評価に関する結果を述べる。但し、各試料の
膜厚は、８５０ｎｍ〜９００ｎｍの範囲にあるものを用
いた。

【００４５】（１）Ｘ線回折法による結晶性の評価結果表１は、各試料の測定結果である。実施例１と比較例１
の試料では、（２２０）にきわめて大きなピーク、（１
１１），（３１１）に小さなピークが観測された。これ
に対して、比較例２の試料では、（２２０）に小さなピ
ーク、すなわち、ほとんどバックグランドに隠れる程度
のピークのみが確認された。

【００４６】これらの結果から、ドーパントを混入しな
い場合（比較例１）には、極めて良好な多結晶Ｓｉ薄膜
が作製できることが分かった。

【００４７】しかしながら、原料ガスにドーピングガス
を混入した場合（比較例２）は、結晶性が極端に落ちる
ことがわかる。

【００４８】ところが、原料ガスとドーピングガスの導
入を時間的に分離し、その後水素プラズマ処理を行う工
程を繰り返すことにより成膜した場合（実施例１）は、
ドーピングしない場合（比較例１）で得られた薄膜の結
晶性が維持できることが分かった。

【００４９】

【表１】

【００５０】（２）四端子法による導電率の評価結果表２は、各試料の測定結果である。表２から、比較例１
及び比較例２に比べて、結晶性の高い実施例１の試料
は、優れた導電率も有することが分かった。

【００５１】

【表２】

【００５２】（実施例２）本例では、１回の水素プラズ
マ処理の時間を変化させた点が実施例１と異なる。１回
の水素プラズマ処理の時間としては、０秒，５秒，１０
秒，３０秒，６０秒，９０秒，１２０秒の７条件を検討
した。他の点は、実施例１と同様とした。

【００５３】図３に、Ｘ線回折法による結晶性の評価
と、四端子法による伝導率の評価に関する結果を示し
た。

【００５４】図３から、導電率が２Ｓ／ｃｍより大きな
多結晶Ｓｉ薄膜の堆積法が得られる１回の水素プラズマ
処理の時間は、１０秒以上９０秒以下であることが分か
った。

【００５５】（実施例３）本例では、ドーピングガスと
して、Ｈ₂で２％に希釈したＢＦ₃を用い、流量を１５ｓ
ｃｃｍとした点が実施例１と異なる。他の点は、実施例
１と同様とした。

【００５６】（比較例３）本例では、ドーピングガスと
して、Ｈ₂で２％に希釈したＢＦ₃を用い、流量を１５ｓ
ｃｃｍとした点が比較例２と異なる。他の点は、比較例
２と同様とした。

【００５７】以下では、実施例３及び比較例３で作製し
た各試料に対して行った２つの評価、すなわち、Ｘ線回
折法による結晶性の評価と、四端子法による導電率の評
価に関する結果を述べる。但し、実施例３の試料膜厚は
８８０ｎｍ、比較例３の試料膜厚は８７０ｎｍであっ
た。

【００５８】上記結晶性の評価結果から、実施例３の試
料は（２２０）に大きなピーク（１２００ｃｐｓ）が観
測され良好な多結晶Ｓｉ薄膜であることが確認された。
一方、比較例３の試料はピークが観察されなかった。

【００５９】また、上記導電率の評価において、実施例
３の試料は導電率が１．１Ｓ／ｃｍであった。一方、比
較例３の試料は５×１０^-5Ｓ／ｃｍであった。

【００６０】（実施例４）本例では、原料ガスとしてＳ
ｉＨ₄を用い、Ｐをドーピングした多結晶Ｓｉ薄膜を堆
積した点が実施例１と異なる。

【００６１】以下では、多結晶Ｓｉ薄膜の作製方法を手
順にしたがって説明する。（１）無Ｎａ（ナトリウム）ガラスを有機溶剤（アセト
ン及びイソプロピルアルコール）で洗浄した後、アノー
ド電極７に取り付け、真空排気装置でチャンバー１の室
内を３×１０^-6Ｔｏｒｒ以下の圧力まで引いた。また、
基板８の表面温度が４５０℃になるようにヒーターで加
熱した。（２）Ｈ₂ガスをガス導入管１４より、流量制御装置１
７を介して２００ｓｃｃｍ流した。圧力コントローラー
（不図示）を用いて、チャンバー１の内圧を１００ｍＴ
ｏｒｒに設定した。（３）チャンバー１の内圧が１００ｍＴｏｒｒに安定し
たところでＲＦ電力を１２０Ｗ印加し、カソード電極２
とアノード電極７との間に水素ガスによるグロー放電プ
ラズマを生起した。放電が安定したところで、次の成膜
工程に移った。（４）成膜工程は、次の〜の３つのプロセスからな
り、これらを→→→の順に６００回繰り返し、
Ｐ（リン）をドーピングした多結晶Ｓｉ薄膜を堆積し
た。原料ガスとして、ＳｉＨ₄ガス（流量２０ｓｃｃ
ｍ）を、ガス導入管１３からチャンバー１の室内に１０
秒間導入し、多結晶Ｓｉ薄膜を堆積する。ドーピングガスとして、Ｈ₂ガスで２％に希釈した
ＰＨ₃ガス（流量０．２ｓｃｃｍ）を、ガス導入管１５
からチャンバー１の室内に１０秒間導入し、堆積膜にＰ
（リン）をドーピングする。水素ガスのみチャンバー１の室内に３０秒間導入
し、水素プラズマにより堆積膜の表面処理を行う。

【００６２】水素ガスの導入量、ＲＦの印加電力は，
，の各プロセスにおいて、特に変えなかった。（５）上記（１）〜（４）の工程により作製した試料
は、成膜終了後、基板温度を室温まで下げ、チャンバー
１の室外へ取り出した。

【００６３】（比較例４）本例では、成膜工程における
プロセスとの代わりに、以下のプロセスを行った
点が実施例４と異なる。すなわち、実施例４では、原料
ガスとドーピングガスを時間的に分割して成膜室内に導
入したが、本例では、原料ガスとドーピングガスを同時
に用いた。したがって、本例では、→→の順に１
５０回繰り返し、Ｐ（リン）をドーピングした多結晶Ｓ
ｉ薄膜を堆積した。ＳｉＨ₄ガス（流量２０ｓｃｃｍ）と、Ｈ₂ガスで２
％に希釈したＰＨ₃ガス（流量０．２ｓｃｃｍ）とを、
ガス導入管１３とガス導入管１５から同時にチャンバー
１の室内に１０秒間導入し、Ｐ（リン）をドーピングし
ながら多結晶Ｓｉ薄膜を堆積する。他の点は、実施例４
と同様とした。

【００６４】以下では、実施例４及び比較例４で作製し
た各試料に対して行った２つの評価、すなわち、Ｘ線回
折法による結晶性の評価と、四端子法による導電率の評
価に関する結果を述べる。但し、実施例４の試料膜厚は
８２０ｎｍ、比較例４の試料膜厚は８３０ｎｍであっ
た。

【００６５】Ｘ線回折のパターンは、実施例４の試料で
は（２２０）の回折ピーク強度が９８０ｃｐｓと強く、
その他（１１１），（３１１）に小さなピークがみられ
た。これに対して、比較例４の試料は、いずれのピーク
もバックグランドノイズ以下で観測できなかった。この
結果から、比較例４の試料に比べて実施例４の試料は、
結晶性の良いことが分かった。

【００６６】また、導電率は、実施例４の試料が３Ｓ／
ｃｍであったのに対し、比較例４の試料が９×１０^-1Ｓ
／ｃｍであった。この結果から、結晶性の高い実施例４
の試料では、高い導電率も得られることが分かった。

【００６７】

【発明の効果】

（請求項１）以上説明したように、請求項１に係る発明
では、原料ガスとドーピングガスを流す時分割処理によ
って、低温プロセスを維持した状態で、薄膜の構造緩和
も十分に行うことができ、かつ、原料ガスにドーピング
ガスを混入させ、ｎ型又はｐ型の多結晶Ｓｉ薄膜を作製
する場合にも、結晶性の良好な多結晶Ｓｉ薄膜が形成で
きる堆積法が得られる。

【００６８】（請求項２）請求項２に係る発明では、通
常の水素ガスで多量に希釈したＳｉＨ₄ガスを用いたグ
ロー放電プラズマで作製した結晶Ｓｉ膜よりも、結晶性
が良好で、かつ導電率が高い多結晶Ｓｉ薄膜が形成でき
る堆積法が得られる。

【００６９】（請求項３）請求項３に係る発明では、製
造コストが安く、かつ結晶性が良いという特徴を有する
多結晶Ｓｉ薄膜が形成できる堆積法が得られる。

【００７０】（請求項４）請求項４に係る発明では、製
造コストが安く、結晶性が良く、かつ導電性が高いとい
う特徴を有する多結晶Ｓｉ薄膜が形成できる堆積法が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る堆積法のタイムチャートを示すグ
ラフである。

【図２】本発明に係る成膜装置の概略図である。

【図３】実施例２に係るＸ線回折法による結晶性の評価
結果と、四端子法による伝導率の評価結果を示すグラフ
である。

【符号の説明】

ｔ₁ １回のプロセスの原料ガスの導入時間、ｔ₂ １回のプロセスのドーピングガスの導入時間、ｔ₃ １回のプロセスの水素プラズマ処理の時間、１真空チャンバー、２プラズマグロー放電用のカソード電極、３絶縁リング、４マッチングボックス、５ＲＦ電源、６シールド筒、７アノード電極、８基板、９ヒーターブロック、１０ヒーター、１１熱電対、１２温度コントローラー、１３原料ガスの導入管、１４ドーピングガスの導入管、１５水素ガスの導入管、１６、１７、１８流量コントローラー、１９、２０、２１バルブ、２２、２３、２４ガス管、２５シーケンスプログラマー、２６真空圧力計、２７自動バタフライ弁、２８排気管。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料ガス、ドーピングガス、及び水素ガ
スを用いたグロー放電プラズマ分解法による多結晶Ｓｉ
薄膜の堆積法において、前記水素ガスが常に流され、高
周波電力が常に印加された状態の成膜室内に、前記原料
ガスと前記ドーピングガスを時間的に分割して導入し、前記原料ガスと前記水素ガスが流れている時間
（ｔ₁）、前記ドーピングガスと前記水素ガスが流れている時間
（ｔ₂）、及び、前記水素ガスのみが流れている時間（ｔ₃）からなる３種類の時間を繰り返しながら成膜することを
特徴とする多結晶Ｓｉ薄膜の堆積法。
【請求項２】前記ｔ₃が、１０秒以上９０秒以下であ
ることを特徴とする請求項１に記載の多結晶Ｓｉ薄膜の
堆積法。
【請求項３】前記原料ガスが、ＳｉＦ₄またはＳｉＨ₄
であることを特徴とする請求項１又は２に記載の多結晶
Ｓｉ薄膜の堆積法。
【請求項４】前記ドーピングガスが、ＰＨ₃またはＢ
Ｆ₃であることを特徴とする請求項１から３のいずれか
１項に記載の多結晶Ｓｉ薄膜の堆積法。