JPS60117712A - 薄膜形成方法 - Google Patents

薄膜形成方法

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JPS60117712A
JPS60117712A JP58225765A JP22576583A JPS60117712A JP S60117712 A JPS60117712 A JP S60117712A JP 58225765 A JP58225765 A JP 58225765A JP 22576583 A JP22576583 A JP 22576583A JP S60117712 A JPS60117712 A JP S60117712A
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JP
Japan
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gas
reaction chamber
thin film
plasma
chamber
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JP58225765A
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English (en)
Inventor
Genichi Adachi
元一 安達
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/0262Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • HELECTRICITY
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    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • H01L21/02524Group 14 semiconducting materials
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は、価電子制御された所望の薄膜を高速に成膜す
るに有効な薄膜形成方法に関する。
[発明の技術的背景とその問題点] 従来、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アモルファス
シリコン(a−8i )膜などの薄膜形成には、CVD
法やプラズマCVD法が用いられてきた。しかし、CV
D法では高い基板温度(500〜i ooo℃)を必要
とするためその濃度に耐えられない基板を用いることが
できない。プラズマCVD法では基板温度を200〜4
00℃に下げられるが、膜形成速度が数10〜1000
人/分と小さいため、例えば10〜数10μの膜厚を冑
るには、非常に長い堆積時間を要するという欠点がある
このため、低温でかつ高速に膜形成ができる装置の研究
がなされて来た。そのなかの一つに、マイクロ波と磁場
による電子サイクロトロン共鳴(ECR)によって生成
したプラズマを利用する薄膜形成方法がある。これは例
えば、2.45GHzのマイクロ波を矩形導波管を用い
てプラズマ生成室に導入し、このプラズマ生成室に導入
された所定のガスをプラズマ化して引出し窓からプラズ
マ流どして反応室内に引出し、反応室に導入した原料ガ
スと相互作用させる事により基板上に薄膜を形成づるも
のである。
しかしこの方法では、例えば非晶質シリコン(a−8i
)II!を形成する場合、原料ガスとともに不純物ドー
ピングガスを反応室に導入して価電子制御をしてもその
制御性が余り良くないという問題があった。
[発明の目的] 本発明は、膜特性、とりわけ価電子制御性の良好な薄膜
を高速で形成することを可能とした薄膜形成方法を提供
することを目的とする。
[発明のlI!を要コ 本発明は、ECRプラズマによる原料ガスの分解を利用
して薄膜を形成する方法において、価電子制御のための
不純物ドーピングガスを、原料ガスとともに反応室に入
れるのではなく、プラズマ生成用ガスとともにプラズマ
生成室に導入するようにしたことを特徴とする。
[発明の効果] 本発明によれば、不純物ドーピングガスがECRプラズ
マにより十分に分解され、価電子制御性に優れた良質の
薄膜を成膜することができる。
[発明の実施例コ 以下に本発明の詳細な説明する。図は一実施例に用いた
装置を示す断面図である。1は所定の圧力に減圧される
反応室であり、内部に加熱ヒータ付の基板載置台2が設
けられこの上に基板3が設置される。反応室1の上部に
はこれと連通してECRプラズマ生成室4が設けられて
いる。このプラズマ生成室4には石英製のマイクロ波導
入窓5を介して矩形導波管6が接続され、またその周囲
には磁気コイル7が設置されている。8は原料ガスの導
入管、10はプラズマ生成用ガス導入管、12は不純物
ドーピングガス導入管、9.11および13はバルブで
ある。また反応室1の側壁には石英製の光導入窓14が
設けられ、その外に2600Å以下の波長成分を含む光
源として500Wの低圧水銀ランプ15が設けられて(
Xる。ランプ容器16には紫外光によるオゾン光生防止
とランプの)品度上臂防止のため窒素やアルゴンなどの
不活性ガスを流すようになっている。
なお、プラズマ生成室4内で満たすべきECR条件は、
導波管6に接続されたマイクロ波発生器によって発生し
たマイクロ波の周波数をωとすると、 ω−(e−8)/(lη・C) で与えられる。rrl、eはそれぞれ電子の質量と電荷
、Cは光速、Bは磁束密度である。
この装置によって、−例としてa−8illtを形成す
る場合を具体的に説明する。
まず拡nkポンプおよび油回転ポンプを用いて反応室1
およびプラズマ生成室4内を2X10−61’−orr
程度まで排気する。このとき加熱ヒータにより基(反3
は200℃となっている。次にバルブ9,11および1
3を開き、反応室1内に濃度100%のジシランガスを
、プラズマ生成室4内に溌112000ppmのジボラ
ンガスを含むArガスを導入すると同時に、排気系を」
]ム散/f;ンブ。
油回転ポンプ系からメカニカルブースター・ポンプ、油
回転ポンプ系に切替える。。そしてマスフローコントロ
ーラによってジシランガスを含むArガスの流量を50
SCCM、ジシランガスの流量を20SCCMとし、ス
ロツ]ヘルツくバルブ【こより反応室1の圧力を0.0
5Torrlこ轟9定する。
この状態でマイクロ波発生器をオンとして周波数2.4
5GHzのマイクロ波300ワツトを光生させ、同時に
磁気コイル7により磁束密度875Gaussの磁場を
形成してArガスプラズマを発生させる。次に水銀ラン
プ15を点灯して、1850人、2537人の波長の紫
外光を反応室1に導入する。
これにより、反応室1において(まジシラン分子が紫外
光によって光化学反応を起こしてその一部。
が分解し、またプラズマ生成室4 ffiら弓1出さ4
tたArイオンまたはArラジカルとジシラン5)子ま
たはその分解物とが反応して更に分解が促3筐され、そ
れらが基板3上に輸送されて、d?ロンを取jΔみなが
らa−、Si膜として堆積することになる。
本実施例ではこの状態で10分間の膜形成を行なった。
そしてバルブ9,11および13を閉じてガス導入を停
止し、反応室1およびプラズマ生成室4内を10′4T
orr台まで排気し、加熱ヒータをオフどして基板3が
100℃になるのを持ってこれを取出す。
こうして形成されたa−3i膜の膜厚は2μであった。
またこの膜の光導電特性を測定したどころ、暗5.1 
’FM率が10′4/Ω・cmの値を示し、またその)
黒度特性からめた活性化エネルギーは0゜2eVであり
、ボロンが十分にドーピングされていることが確認され
た。
また通常のグロー放電分解法によって1qられるa−3
1膜の形成速度が10〜20人/秒であるのに対し、本
実施例では光化学反応を併用している結果、30〜40
人/秒の膜形成速度が得られた。
また本実施例では、光導入窓14が反応室1の側壁の一
部を外部に突出させてた位置に設けられているため光導
入窓14への膜形成が非常に少ない。
A−8i膜は通常その照射光に対する透過率が低く、光
導入窓に製膜されると不都合を生じるが、本実施例の装
置ではこれが効果的に防止される。
特にこの光導入窓14の反応室側に不活性ガスを流して
エアカーテンをつくることにより、一層効果的に光導入
窓14への製膜を防止することができる。またこの実施
例では、照射光は基板3と平行であり基板3には直接照
射されないため、基板3が照射光によりダメージを受け
ることがない。
このことは特に、光源にエネルギー密度の高いレーザを
用いた場合に大きな意味を持つ。
なお本発明は上記実施例に限られるものではない。例え
ば、実施例では光化学反応を併用しているが、本発明は
ECRプラズマを用いた薄膜形成方法での薄膜の価電子
制御性の改善を趣旨とするものであり、光照射を利用し
ない場合にも適用づることができる。またa−3i11
1を形成するための原料ガスとしてのSi化合物ガスは
ジシランに限らず、他の高次シランガスでもよいし、モ
ノシランガスでもよい。またこれらの原料ガスは不活性
ガスや水素ガスで希釈したものであってもよい。
またプラズマ生成用ガスも、Arの他He、Ne、 X
eなどの不活性ガスあるいは水素ガスを用いることがで
きる。また、a−3i膜を形成する場合の価電子制御用
の不純物ドーピングガスとしては、ジボランの他に他の
■族化合物ガスやホスフィンなどのV族化合物ガスが用
いられる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明方法の一実施例に用いた薄膜形成装置を示す
断面図である。 1・・・反応室、2・・・基板載置台、3・・・基板、
4・・・プラズマ生成室、5・・・マイクロ波導入窓、
6・・・矩形導波管、7・・・磁気コイル、8・・・原
料ガス導入筈、10・・・プラズマ生成用ガス導入管、
12・・・不純物ドーピングガス導入管、9.11.1
3・・・バルブ、14・・・光導入窓、15・・・低圧
水銀ランプ、16・・・ランプ容器。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 基板が配置され所定圧に減圧される反応室に、
    これと連通して設けられたプラズマ生成室においてマイ
    クロ波と磁場による電子サイクロトロン共鳴により生成
    したプラズマ流を導入して、前記反応空白に導入された
    原料ガスを分解して前記基板上に薄膜を形成するノ′、
    法において、形成される薄膜の価電子制御用の不純物ド
    ーピングガスを、プラズマ生成用ガスと同時に前記プラ
    ズマ生成室に導入づることを特徴とする薄膜形成方法。
  2. (2) 前記反応室に導入する原料ガスはSi化合物ガ
    スであり、前記プラズマ生成室に導入する1−一ピング
    ガスは■族またはV族の元素を含むガスであって、形成
    される薄膜が非晶質シリコン膜−Cある特許請求の範囲
    第1項記載の薄膜形成方法。
JP58225765A 1983-11-30 1983-11-30 薄膜形成方法 Pending JPS60117712A (ja)

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