JPS62240768A - 堆積膜形成法 - Google Patents

堆積膜形成法

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JPS62240768A JP61085509A JP8550986A JPS62240768A JP S62240768 A JPS62240768 A JP S62240768A JP 61085509 A JP61085509 A JP 61085509A JP 8550986 A JP8550986 A JP 8550986A JP S62240768 A JPS62240768 A JP S62240768A
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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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はシリコンを含有する堆積膜、とりわけ機能性膜
、殊に半導体デバイス、電子写真用の感光デバイス、画
像入力用のラインセンサー、撮像デバイスなどに用いる
多結晶状のシリコン含有堆積膜を形成するのに好適な方
法に関する。
［従来の技術］ 例えば、アモルファスシリコン膜の形成には、真空蒸着
法、プラズマＣＶＤ法、ＣＶＤ法、反応性スパッタリン
グ法、イオンブレーティング法、光ＣＶＤ法などが試み
られており、一般的には、プラズマＣＶＤ法が広く用い
られ、企業化されている。
面乍らアモルファスシリコンで構成される堆積膜は電気
的、光学的特性及び、繰返し使用で疲労特性あるいは使
用環境特性、更には均一性、再現性を含めた生産性、量
産性の点において、更に総合的な特性の向上を図る余地
がある。
特に堆積膜の応用用途によっては、電気的特性、大面積
化、膜厚均一化、膜品質の均一性を十分満足させ、しか
も高速成膜によって再現性のある量産化を図らねばなら
ないため、プラズマＣＶＤ法によるアモルファスシリコ
ン堆積膜の形成においては、量産装置に多大な設備投資
が必要となり、またその量産の為の管理項目も複雑にな
って、管理許容幅も狭くなり、装置の調整も微妙である
ことからこれらのことが、今後改善すべき問題点として
指摘されている。
他方、多結晶膜ａｌｌ！の形成に於ては、常圧ＣＶＤ法
やＬＰＣＶＤ法などが用いられているが高温を必要とし
、従って基板材料が限定される一方、結晶粒径の制御や
粒界に存在する欠陥の補償或いは結晶面を揃えることの
困難さなどから、実用可能な特性が得られない、大面積
化が難しい、均一な膜厚或いは膜質が得られない、再現
性に乏しい等の問題点が指摘されている。
又プラズマＣＶＤ法においては、常圧ＣＶＤ法やＬＰＣ
ＶＤ法に比べ基板の低温化が可能であるが、一方安定し
たプラズマを形成するために、反応装置の構造が限定さ
れ、しかもその他のパラメータ（導入ガス種、ガス流量
、圧力、高周波電力、排気速度等）も多く存在し、プラ
ズマに与える影響も各々大きい、従ってこれらのパラメ
ータのわずかな変動及びその組み合わせによってプラズ
マが微妙に変動し、堆積膜の均一性や電気的、光学的特
性に悪影響を及ぼすことが少なくなかった。さらにプラ
ズマ中に存在する電子やイオンの堆積膜に対する衝撃に
よるダメージも大きく、膜特性を劣化させる要因の一つ
となっている。
上述のごとく、現状ではアモルファスシリコン膜、多結
晶シリコン膜の双方において、その形成方法に帰因する
問題点が存在しており、特に、堆積膜の電気的特性の向
上並びに安定性の面から多結晶シリコン膜の形成におい
て、その実用可能な特性、均一性安定性を維持しつつ。
低コストで大面積の多結晶シリコン膜を形成する方法を
開発することが望まれている。
前記解決策の一つとして光ＣＶＤ法があるが、従来の光
ＣＶＤ法では、多結晶堆積膜を制御性良く作成すること
が困難であり、結晶粒界の電気的特性が悪く、また面方
位あるいは結晶粒径の制御も困難であった。また光ＣＶ
Ｄ法では使用可能な原料ガスに限りがあった。
本発明は上述した常圧ＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズ
マＣＶＤ法及び光ＣＶＤ法の欠点を除去し、しかも従来
の形成方法によらない新規な多結晶堆積膜形成方法を提
供するものである。
［発明の目的１ 本発明の目的は、形成される多結晶膜の膜特性、成膜速
度、再現性の向上及び膜品質の均一化を図りながら、膜
の大面積化に適し、膜の生産性の向上及び量産化を容易
に達成することのできる多結晶堆積膜形成法を提供する
ことにある。
［発明のＭ要］ 本発明の堆積膜形成法は、基体上に堆積膜を形成する為
の成膜空間内に、ケイ素とハロゲンを含む化合物を分解
することにより生成される活性種（Ａ）と、該活性種（
Ａ）と化学的相互作用をする、成膜用の化学物質より生
成される活性種（Ｂ）とを夫々別々に導入し、相互的に
化学反応させる事によって前記基体上に堆積膜を形成す
るにあたって、前記基体上に堆積膜の結晶核となる材料
乃至は結晶核が選択的に形成または促進し得る材料を表
面上に離散的に予め配しておき、該堆積膜に対してエツ
チング作用を有するガスまたはその分解物を供給すると
共に、前記エツチング作用を有するガスまたはその分解
物に光エネルギーを照射して前記堆積膜に対するエツチ
ング活性を選択的に増大せしめ、特定の面方位の結晶成
長を優先的に行うことで一定の結晶面方位を優先的に有
する結晶性堆積膜を形成することにある。
又、本発明によれば、成膜空間の雰囲気温度、基体温度
を所望に従って任意に制御することにより、より安定し
たＣＶＤ法とすることができる。
更に、励起エネルギーは成膜用の基体近傍に到達した各
活性種に一様にあるいは選択的制御的に付与されるが、
光エネルギーを使用すれば、適宜の光学系を用いて基体
の全体に照射して堆積膜を形成することができるし、あ
るいは所望部分のみに選択的制御的に照射して部分的に
堆積膜を形成することができ、またレジスト等を使用し
て所定の図形部分のみに照射し堆積膜を形成できるなど
の便利さを有しているため、有利に用いられる。
本発明の方法が従来のＣＶＤ法と違う点の１つは、あら
かじめ成膜空間とは異なる空間Ｃ以下、活性化空間とい
う）に於いて活性化された活性種を使う事である。この
ことにより、従来のＣＶＤ法より成膜速度を飛躍的に伸
ばすことができ、加えて堆積膜形成の際の基体温度も一
層の低温化を図ることが可能になり、膜品質の安定した
堆積膜を工業的に大量に、しかも低コストで提供できる
６本発明では、成膜空間に導入される活性化空間（Ａ）
からの活性種（Ａ）は、生産性及び取扱い易さなどの点
から、その寿命が００１秒以上、より好ましくは１秒以
上、最適には１０秒以上あるものが、所望に従って選択
されて使用され、この活性種（Ａ）の構成要素が成膜空
間で形成される堆積膜を構成する成分を構成するものと
なる。又、成膜用の化学物質は、活性化空間（Ｂ）に於
いて活性化エネルギーを作用されて活性化されて、成膜
空間に導入され、同時に活性化空間（Ａ）から導入され
、形成される堆積膜の構成成分となる構成要素を含む活
性種（Ａ）と化学的に相互作用する。その結果、所望の
基体上に堆積膜が容易に形成される。
本発明が従来のＣＶＤ法と違う第２の点は、増結膜の形
成と同時に、外部から導入されたエツチング活性あるい
は潜在エツチング活性を有するガスまたはその分解生成
物の、膜成長表面に於る、エツチング効果により結晶の
一定面方位を優先的に有する多結晶堆積膜を形成するこ
とが可能になった事である。即ち、シリコンの多結晶成
長時には、成長速度の面方位依存性がある。これは、膜
堆積方法や堆積条件により異なるが、本発明の方法では
（１、ｌ　、　０）　＞（１，１，１）＞（１，０，０
）が優勢である。
この条件下でエツチングガスの種類や、エツチング条件
を適当に選択することにより、より強い配向性の（１，
１，０）＞＞　　（１，１，１）＞＞（１，０，０）条
件を実現でき、ひいては（１、１、０）面のみに配向し
た粒径の大きな堆積膜の形成が可能となる。
更に本発明では、前記膜成長表面に於るエツチング効果
をエツチング選択性をもたらす光エネルギー照射によっ
て支援している。即ちエツチングガスが光励起されエツ
チング活性を増し、特定方向の結晶成長を効率化してい
る。この光エネルギー照射は、成膜原料ガスに対するよ
りもエツチングガスに効率的に働くように選択すること
ができる。
さらに、本発明の堆積膜形成法は結晶成長の核を任意に
基体上に配することで結晶粒径を決定でき、適当な堆積
条件を選択するこで一定の粒径のみを有する多結晶シリ
コン膜を形成することが可能となる。
本発明において、活性化空間（Ａ）に導入されるケイ素
とハロゲンを含む化合物としては、例えば鎖状または環
状シラン化合物の水素原子の一部乃至全部をハロゲン原
子で置換した化合物が用いられ、具体的には、例えば、
５ｉｕＹｚｕ＋ｚ　（ｕは１以上の整数、ＹはＦ、ＣＩ
。
Ｂｒ及びＩより選択される少なくとも一種の元素である
。）で示される鎖状ハロゲン化ケイ素、Ｓ　ｉ　ｙ　Ｙ
　２　ｙ　（ｖは３以上の！１数、Ｙは前述の意味を有
する。）で示される環状ハロゲン化ケイ素、Ｓ　ｉ　１
１　ＨＸＹＹ　（ｕ及びＹは前述の意味を有する。ｘ＋
ｙ＝２ｕ又は２ｕ＋２である。）で示される鎖状又は環
状化合物などが挙げられる。
具体的には例えばＳｉＦ４．（ＳｉＦｚ）５　。
（ＳｉＦ２）ａ、（ＳｉＦ２）４．Ｓｉ２Ｆ６　。
５ｉ３ＦＢ、ＳｉＨＦ３．ＳｉＨ２Ｆ２．ＳｉＣ１４，
（ＳｉＣ１２）５．ＳｉＢｒ４．　　（ＳｉＢｒ　　２
）　　ｓ、５ｉ２ｃ１６．５ｉ２Ｂｒｓ。
５ｉＨＣ交３　　、Ｓ　　１Ｈ３ｃｕ　　、Ｓ　　１Ｆ
２ｃ文２゜Ｓ　　ｉ　　ＨＢ　　ｒ　３　　、　　Ｓ　
　ｆ　　Ｈｉ　　３　　、　　Ｓ　　ｉ　　２　Ｃ１３
Ｆ　３などのガス状態の又は容易にガス化し得るものが
挙げられる。
活性種（Ａ）を生成させるためには、前記ケイ素とハロ
ゲンを含む化合物に加えて、必要に応じてケイ素単体等
他のケイ素化合物、水素。
ハロゲン化合物（例えばＦ２ガス、Ｃ１２ガス、ガス化
したＢｒ２．Ｉ２等）などを併用することができる。
本発明において、活性化空間（Ａ）で活性種（Ａ）を生
成させる方法としては、各々の条件、装置を考慮してマ
イクロ波、ＲＦ、低周波、ＤＣ等の電気エネルギー、ヒ
ータ加熱、赤外線加熱等による熱エネルギー、光エネル
ギーなどの活性化エネルギーが使用される。
上述したものに、活性化空間（Ａ）で熱。
光、電気などの励起エネルギーを加えることにより、活
性種（Ａ）が生成される。
本発明の方法で用いられる活性化空間（Ｂ）に於いて、
活性種（Ｂ）を生成させる前記成膜用の化学物質として
は、水素ガス及び／又はハロゲン化合物（例えばＦ２ガ
ス、Ｃ１２ガス、ガス化したＢｒ２、Ｉ２等）が有利に
用いられる。また、これらの成膜用の化学物質に加えて
、例えばヘリウム、アルゴン、ネオン等の不活性ガスを
用いることもできる。これらの成膜用の化学物質の複数
を用いる場合には、予め混合して活性化空間（Ｂ）内に
ガス状態で導入することもできるし、あるいはこれらの
成膜用の化学物質をガス状態で夫々独立した供給源から
各個別に供給し、活性化空間ＣＢ）に導入することもで
きるし、又夫々独立の活性化空間に導入して、夫々個別
に活性化することも出来る。
本発明において、成膜空間に導入される前記活性種（Ａ
）と前記活性種（Ｂ）との量の割合は、成膜条件、活性
種の種類などで適宜所望に従って決められるが、好まし
くは１０：１〜１：１０（導入流量比）が適当であり、
より好ましくは８：２〜４：６とされるのが望ましい。
ハロゲンを成分として含む化合物は、ガス状態で直接成
膜空間内に導入しても差支えないし、或いは、予め活性
化空間（Ａ）乃至は活性化空間（Ｂ）、又は第３の活性
化空間（Ｃ）で活性化してその後、成膜空間に導入する
こともできる。
本発明におけるエツチング作用を有するガスまたは活性
種としては、Ｆ２　、ｌＬ２　、ガス化したＢｒ２．Ｉ
２など（７）　ハｔｆｆゲン、ＣＨＦ３　。
ＣＦ４．Ｃ２Ｆ６．ＣＣｕ４．ＣＢｒＦ３゜００文２Ｆ
２．ＣＣ文３Ｆ、ＣＣＪＩＦ３　、Ｃ２Ｃ１２Ｆ４など
のハロゲン化炭素、ＢＣｌ３゜ＢＦ３などのハロゲン化
ホウ素をはじめとするＳＦａ　、ＮＦ３　、ＰＦ５　、
ＸｅＦ２など（７）　ハロゲン化物、更にこれらのガス
によるＦ＊。
Ｃ交＊などのラジカル、ＣＦ３＋、ＣＣ交３＋などのイ
オンが用いられる。これらは混合して用いることもでき
るし、膜に影響を及ぼさない程度の０２．Ｆ２、その他
ガスを添加してエツチング特性をコントロールすること
ができる。
これらのガスまたは活性種の膜面に於るエツチングへの
導入法としては、別にエツチング空間を配して成膜と交
互にくり返してもよいし、成膜空間中にエツチング活性
を有した状態で導入して、成膜と同時にエツチング作用
をさせて、結晶性膜の成長方向を限定するという効果を
与えて、本発明の目的を達してもよい。
また本発明の方法により形成される堆積膜は、成膜中又
は成膜後に不純物元素でドーピングすることが可能であ
る。使用する不純物元素としては、ｐ型不純物として、
周期律表第■族Ａ（７）元素、例えばＢ、ＡＩ、Ｇａ、
Ｉｎ、ＴＩ等が好適なものとして挙げられ、ｎ型不純物
としては、岡期律表第Ｖ族Ａの元素１例えばＰ。
Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ等が好適なものとして挙げられるが、
特にＢ、Ｇａ、Ｐ、Ｓｂ等が最適である。ドーピングさ
れる不純物の量は、所望される電気的・光学的特性に応
じて適宜決定される。
かかる不純物元素を成分として含む物質（不純物導入用
物質）としては、常温常圧でガス状態であるから、或は
少なくとも活性化条件下で気体であり、適宜の気化装置
で容易に気化し得る化合物を選択するものが好ましい、
この様な化合物としては、ＰＨ３、Ｐ２Ｈ４、ＰＦ３　
。
ＰＦ５．ＰＣｌ３．Ａ３Ｈ３，ＡｓＦ３．ＡｓＦ５．Ａ
ＳＣ１３，ＳｂＨ３，ＳｂＦ５．ＳｉＨ３，ＢＦ３．Ｂ
Ｃｌ３．ＢＢｒ３．Ｂ２Ｈ６゜Ｂ４ＨＩＯ，Ｂ５Ｈ９、
Ｂ５Ｈ１１，Ｂ６Ｈ１０゜Ｂ　６　Ｈ１２、Ａ　Ｉ　Ｃ
ｌ　３等を挙げることができる。不純物元素を含む化合
物は、１種用いても２種以上併用してもよい。
不純物元素を成分として含む化合物は、ガス状態で直接
成ＩＩ々空間内に導入しても差支えないし、或いは、予
め活性化空間（Ａ）乃至は活性化空間（Ｂ）、又は第３
の活性化空間（Ｃ）で活性化してその後、成膜空間に導
入することもできる。
本発明の方法において、所望の結晶質の堆積膜を選択的
に形成される為には、あらかじめ成膜する堆積膜の結晶
核となる材料乃至結晶核が選択的に形成し得る材料を基
体表面に目的に応じた形で配置する必要がある。
前者の場合には、単結晶基体を部分的に非晶’ｆｉｎ膜
で覆ったものを基体として用いるか或いは単結晶粒子を
基体上に配することで単結晶基体の露出部分か或いは単
結晶粒子が結晶核となって単結晶と同一の材料を選択的
にエピタキシャル成長させることができる。
また、成膜条件と結晶核となる結晶材料の種類を適宜選
ぶことにより、異なる種類の結晶質の堆積膜を選択的に
成膜することができる。
後者の場合には、堆積面材料の種類による堆積材料の各
形成密度の差を利用して、基体上に所望のパターンで異
種材料を離散的に配置することによって１選択的に所望
の結晶質の堆積膜を成膜することができる。
前者の場合に用いられる基体としては、シリコン単結晶
をシリコン酸化膜を覆って選択的に下地シリコン単結晶
を露出したもの、或いはシリコン結晶の成長性の小さい
基体上にシリコン単結晶粒子を配置したものが使用され
る。さらに、前述の様にこのシリコン結晶の代わりに、
シリコンと異なる種類の結晶を核として使用できるが、
これらの結晶の材料には次の様な条件が必要である。
１、　基体表面の結晶材料の格子定数が堆積膜の格子定
数と一致しているか、きわめて近いこと。
２、　基体表面の結晶材料の堆積膜の熱膨張係数が一致
しているか、きわめて近いこと。
故に、結晶質Ｓｉの堆積膜を得る為に適当な基体の表面
を構成すべき材料としてはＧａＦ２゜ＺｎＳ、Ｙｂ、Ｍ
ｎ３Ｇａ、ＮａＣｏＦ３゜Ｎｉ３Ｓｎ、Ｆｅ５Ｃ，Ｎ１
Ｔｅｘ（ｘ＜０．７）。
ＣｏＭｎ０３　、Ｎ　１Ｍｎ０３　、ＭａＺｎ３゜Ｃｕ
Ｃ１、Ａ９．Ｐ　、Ｓ　ｉなどが挙げられる。さらに前
述の２つの条件から外れた場合でも堆積条件をより適切
に選ぶことによって結晶質の堆積膜を得ることも可能で
あり本発明の堆積膜形成法は上述の材料に限定されるも
のではない。
後者の場合に用いられる基体としては、例えばＳ　ｉ　
Ｏ２膜上に、Ｓｉ３Ｎ４を離散的に配置したもの或いは
Ｓｉ３Ｎ４膜上をＳ　ｉ　Ｏ２で覆い部分的に下地Ｓｉ
３Ｎ４を露出させたものが使用される。
これはシリコン結晶核がＳｉ３Ｎ４上で生成し易く、Ｓ
　ｉ　０２上で生成し難い性質を利用したもので、本発
明の堆積膜形成法に於いては核形成の生成に難易差を有
する材料であれば非晶質・結晶質に依らず使用すること
が可能である。
次に図面を参照しながら、多結晶シリコン膜を堆積させ
る場合の０本発明堆積膜形成法の一例を具体的に説明す
る。
第１図は本発明方法の実施される堆積膜形成装置の一例
の概略構成を示す部分断面図である。
第１図において１０１はその内部で多結晶シリコン膜の
堆積が行なわれる堆積室であり、堆積室１０１内は排気
管１２１を通して不図示の排気系に接続され、排気バル
ブ１２０によって堆積室ｌｏｔ内を所望の圧力に保持す
ることができる。堆積室１０１の圧力は通常１Ｏ−５Ｔ
ｏ　ｒ　ｒ−１，ＯＴｏ　ｒ　ｒ、好ましくは１Ｏ−４
Ｔｏ　ｒ　ｒ　〜０．ｌＴｏ　ｒ　ｒニ調整される。堆
積室１０１には基体支持台１０２上に所望の基体１０３
が載置される。
１０４は基体加熱用のヒーターであり、導線１０５を介
して給電され、発熱する。基体温度は特に制限されない
が、本発明方法を実施するにあたっては、好ましくは１
００〜５００℃、より好ましくは１５０〜４００℃であ
ることが望ましい。
１０６乃至１１１は、ガス供給源であり、ケイ素化合物
、及び必グに応じて用いられる水素、ハロゲン化合物、
不活性ガス、不純物元素を成分とする化合物の数に応じ
て設けられる。
原料化合物のうち液状のものを使用する場合には、適宜
の気化装置を具備させる０図中ガス供給源１０６乃至１
１１の符合にａを付したのは分岐管、ｂを付したのは流
量計、Ｃを付したのは各流量計の高圧側の圧力を計測す
る圧力計、ｄ又はｅを付したのは各気体流量を調整する
ためのバルブである。１１２，１２５，１２６は成膜空
間へのガス導入管である。
１１７は光エネルギー発生装置であって１例えば水銀ラ
ンプ、キセノンランプ、炭酸ガスレーザー、アルゴンイ
オンレーザ−、エキシマレーザ−等が用いられる。
光エネルギー発生装２１１１７から適宜の光学系を用い
て基体全体あるいは基体の所望部分に向けられた光１１
８は、矢印１１９の向きに流れている原料ガス等に照射
され、ＴＯ＆膜原料のガス等を励起し反応させる事によ
って基体１０３の全体あるいは所望部分にＡ−３ｉの堆
積膜を形成する。
又、１１４，１２３は各々、活性種（Ａ）及び活性種（
Ｂ）を生起する活性化空間であり、１１３．１２２は各
々、活性種を生成させるためのマイクロ波プラズマ発生
装置である。
以下実施例を示し、本発明について更に詳細に説明する
。
（実施例１） 第１図に示す装置を用いて次の様にして本発明の方法に
よる堆ＩＡＦｆＪを形成した。
基体１０３は第４図に示される工程で作成した。
まず、第４図（Ａ）に示すような多結晶シリコン基板４
０１を洗浄し、続いて、種々の薄膜堆積法（真空蒸着法
、スパッタリング法、プラズマ放電法、ＭＢＥ法、ＣＶ
Ｄ法等）によって基板の全面に酸化シリコン薄膜４０２
を堆積させる［同図（Ｂ）］　。
続いて薄膜４０２上に電子線レジスト４０３を塗布し［
同図（Ｃ’）］、所望パターンのホトマスクを用いて電
子線レジスト４０３を感光させ、現像によってホトレジ
スタ４０３を部分的に除去する［同図ＣＤ）］　。
残留している電子線レジス）４０３をマスクとして酸化
シリコン薄膜４０２をエツチングし、所望パターンの薄
１ｆｉ　４０２を形成する［同図（Ｅ）　］　。
以上の工程によって、多結晶シリコンのある結晶面が定
間隔で酸化シリコン膜から露出したシリコンの基体を得
た。Ｘ体表面で露出したシリコン結晶の領域は直径約数
画人、５ルｍの間隔である。
次に不図示の排気装置により堆積室１０１内を排気し、
約１Ｏ−８Ｔｏｒｒに減圧した。ガス供給ボンベよりＨ
２ガス５０ｓｃｃｍをガス導入管１２５を介して活性化
室（Ｂ）１２３に導入した。活性化室（Ｂ）１２３内に
導入されたＨ２ガス等はマイクロ波プラズマ発生装置１
２２により活性化されて活性水素等とされ、導入管１２
４を通じて、活性水素等を成膜室１０１に導入した。
又、他方、活性化室（Ａ）１１４にＳｉＦ４ガス２０ｓ
ｃｃｍをガス導入管１１２を介して導入した。活性化室
（Ａ）１１４内に導入されたＳｉＦ４カスはマイクロ波
プラズマ発生装置１１３により活性化されて導入管１１
２を通じて、成膜室１０１に導入した。
さらに、エツチングガスとしてＦ２ガス１０ｓｃｃｒｎ
をガス導入管１２６を通じて成膜室１０１に導入した。
成膜室１０１内に圧力を０．０２Ｔｏｒｒに保ちつつＩ
　Ｋ　Ｗ　Ｘ　ｅランプからの光を、予めヒーター１０
４によって３５０℃に加熱された基体１０３に垂直に照
射し、活性種を相互的に化学反応させる事で多結晶シリ
コン膜を堆積すると同時に、前記の光照射により、Ｆ２
ガスを活性化してＦ＊を生成し、結晶面によるエツチン
グ速度の違いを利用して、前記の多結晶シリコン膜を堆
積と同時にエツチングすることで一定の配向性の強い多
結晶シリコン膜を形成した。このとき、結晶面によるエ
ツチング速度の違いは（１，０，０）＞（１，１，１）
＞（１，１゜０）であり、（１，１，０）面を主要な結
晶面として有する多結晶シリコン膜が形成された。
すなわち形成された堆ＪＡ膜をＸ線回折によって評価し
たところ、（１，１，０）面を反映する結晶角（２θ）
４７．３度におけるピーク強度が、各／／（１，１，１
）面、（１、０、Ｏ）面を反映する結晶角（２θ）２８
．４度及び６９．２度のピーク強度に対して７〜１０倍
の値を示した。
基体１０３上に得られた結晶シリコン堆積膜の断面の模
式図を第４図（Ｆ）に示す。
結晶粒界４０５は、酸化シリコン層４０２の除かれた、
結晶基板４０１の露出部から等距離になるように結晶粒
４０４のサイズが決定されている。
さらに、得られた各堆積１漠試料について、Ｘ線回折法
及び電子線回折法により堆積膜の結晶性の評価を行った
ところ、多結品質シリコン膜であることが確認された。
さらに、透過型電子顕微鏡によってｍ察した結果、多結
晶シリコンの粒径は約５±０．２ｐｍであった。結晶粒
径のバラツキは基板全面にわたってほとんど無かった。
又、走査型電子顕微鏡により試料の表面状態を観察した
ところ、平滑度は良好で波模様等が無＜、＋１！：！厚
ムラｔ±４％以下であった。
次いで得られたノンドープの多結晶シリコン膜試料を蒸
着槽に入れ、真空度１Ｏ−５Ｔｏｒｒでクシ型のＡＩギ
ャップ電極（長さ２５０．．５ｍｍ）を形成した後、印
加電圧１０Ｖで暗電流を測定し、暗電流σｄを求めて、
多結晶シリコン膜を評価した。
上述の成膜条件並びに堆ａｌｌの評価結果を各々第１表
並びに第２表に示す。
（実施例２） 基体１０３を第５図に示される工程で作成した。
まず、第５図（Ａ）に示される様な均一な材料からなる
基板５０６を洗浄し、続いて、ＣＶＤ法ニヨッテ、基板
５０６全面ニＡ−ＳｉＮ（アモルファスＳ　ｉ　Ｎ）薄
膜５０７を約２Ｂｍの厚さで成膜させる［同図ＣＢ）］
　。
続いてＡ−５ｉＮｆｌＪＭ上にレーザーアニール装置に
依ってＮ２雰囲気中で上記Ａ−５ｉＮの表面アニールを
行ない、Ａ−Ｓ　ｉ　ＮＦＩｌｉ５０７の表面層〜ＩＪ
Ｌｍの深さに亘ってＣ−３ｉ　３Ｎ４（結晶質５ｉ３Ｎ
４）５０Ｂを形成する［同図（Ｃ）］　。
この時レーザーは、ＡｒＦレーザー１９３ｎｍ、パルス
巾５０ｎＳｅｃ、平均ノくワー密度１００ｍＪ／ｃｒｎ
’を用い４０　ｐ　ｕ　／　ｓ　ｅ照射した。続いて、
このＣ−５ｔ３Ｎ４２０８の表面を０２雰囲気中で上記
レーザーアニール装置によって走査し、選択的にＳ　ｉ
　Ｏ２層５０９を形成した［同図（Ｄ）］。
以上の工程によって、Ｃ−５ｉ３Ｎ４が定間隔で露出し
、他の部分がＳ　ｉ　Ｏ２で覆われた基板１０３が形成
された。基板表面で露出した。
Ｃ−３ｉ　３　Ｎ４（７）領域は直径約４人、３ｇｍの
間隔である。
さらにこの基体１０３を用いて実施例１と同様の条件で
第１図に示される装置によって結晶質シリコンの堆積を
行なった。
この基板１０３上に得られた結晶シリコン堆積膜の断面
の模式図を第５図（Ｅ）に示す。
結晶粒界５０５はＳ　ｉ　Ｏ２層５０９以外の、結晶基
板５０８の露出部から等距離になるように結晶粒５０４
のサイズが決定されている。
さらに、得られた各堆ａ１１！試料について、Ｘ線回折
法及び電子線回折法により堆Ｕ膜の結晶性の評価を行っ
たところ、多結品質シリコン膜である事が確認された。
さらに、多結晶シリコンの粒径は約３±０．５Ｂｍであ
った。結晶粒径のバラツキは基板全面にわたって少なか
った。
又、走査型電子ｗＪ微鏡により試料の表面状態を観察し
たところ、平“計度は良好で波模様等が無く、膜厚ムラ
Ｌ±４％以下であった。堆積膜の評価結果を第３表に示
す。
（実施例３） ガス種及び流量を第４表のごとく変化させた以外は実施
例２と同等の条件で成膜した。評価結果を第５表に示す
。
（実施例４） 第６表に示す条件で活性化空間（Ａ）にドーピングガス
を導入した他は実施例１と同様の条件で成膜した。
その評価結果を第７表に示す。
（実施例５） 第８表に示す条件で成膜空間にハロゲン含有ガスを導入
した他は実施例２と同様の条件で成膜した。
その評価結果を第９表に示す。
（実施例６） 活性化空間（Ａ）並びに活性化空間（Ｂ）における放電
電力を第１０表に示す様に変化させた他は実施例２と同
様の条件で成膜した。
その評価結果を第１１表に示す。
（実施例７） 基板温度を第１２表に示す様に変化させた他は実施例２
と同様の条件で成膜した。その評価結果を第１３表に示
す。
（実施例８） 内圧を第１４表に示す様に変化させた他は実施例２と同
様の条件で成膜した。その評価結果を第１５表に示す。
（実施例９） 光源の出力を第１６表に示す様に変化させた他は実施例
２と同様の条件で成膜した。その評価結果を第１７表に
示す。
（実施例１０） 第３図は本発明の堆ＩＡ膜形成法で形成した多結晶シリ
コンで構成される薄膜トランジスタ（以下、ＴＰＴと略
す）の構造を示す模式的な斜視部分図である。第３図に
示される多結晶シリコンＴＦＴ３００は、ガラス、セラ
ミック等からなる基体３０６上に、ゲート電極３０１、
該ゲート電極３０１を覆う様に電気的な絶縁層３０４及
び多結晶シリコンからなる半導体層３０５を順次積層し
て形成され、半導体層３０５の面３０８上には並置的関
係で離隔されて、第１のｎ土層３０７−１、第２の層ｎ
土層３０７−２が設けられ、更に、第１のｎ＋十層０７
−１上にはソース電極３０２、第２のｎ　”　Ｗ　３０
７　２上にはドレイン電極３０３が各々設けられた構造
を有した構成とされている。
半導体層３０５上の表面（グリーンサーフェス）３０８
に接触して設けられる第１のｎ土層３０７−１及び第２
　（１）　ｎ土層３０７−２は、半導体層３０５を形成
した後、該層表面３０８を大気又は酸素に晒すことなく
形成されるものである。なお、ソース電極３０２とドレ
イン電極３０３との間の距ｇＩＬが５０用、ソース電極
３０２、及びドレイン電極３０３の長ぎＺが１０ｍｍで
ある。本実施例における基体３０６上に設けられた絶縁
層３０４は実施例２と同等の工程によって形成された。
すなわち、基体３０６上にあらかじめゲート電極３０１
を設け、その後基体３０６全面にＣＶＤ法によってＡ−
３ｉＮ薄Ｉ漠を約２ｐｍの厚さで成膜させる。続いてＡ
−ＳｉＮ薄膜上にレーザーアニール装置によってＮ２雰
囲気中で上記Ａ−５ＥＮの表面アニールを行ない、Ａ−
５ｉＮ薄膜の表面層〜ｌｐｍの深さに亘ってＣ−５ｉ３
Ｎ４を形成する。続いてこのＣ−５ｉ３Ｎ４の表面を０
２雰囲気中で上記レーザーアニール装置によって走査し
１選択的にＳ　ｉ０２層を形成した。
以上の工程によってＣ−５ｉ３Ｎ４が定間隔で露出し、
他の部分がＳ　ｉ０２でおおわれた基体が形成された。
基体表面で露出したＣ−３ｉ３Ｎ４の領域は直径約４大
で３ルｍの間隔である。
本実施例における半導体３０５はサンプルＮｏ、２．３
−２と同様の条件で成膜した。
ドレイン電極を接地し、ソース電極、ゲート電極にΦ電
圧を変化させながら加えた時の特性を測定した。
トレイン電極ＩＯ−ドレイン電圧Ｖｏ特性ではＮｏ、２
．３−２両者とも良好な飽和特性が得られていてゲート
電圧１０Ｖドレイン電圧１０Ｖで５ＸＩＯ−’３Ａの高
い電流が得られている。
ゲート電圧ＶＧを変化させてドレイン電流Ｉ。
を４１一定した結果より得られたＴＰＴ特性を第１８表
に示す。
以上より、得られた多結晶シリコン膜を用いたＴＰＴは
良好な特性を示すことが判明した。
第　　１８　　表 本　ゲート電圧を変化させて測定（トレイン電圧Ｖｏ＝
ｌＯＶ−辺本本、／Ｔ’Ｆ；−Ｖ　ｃ　依存性より算出
なお各ＴＰＴの半導体層は１０−１が２と１Ｏ−２が３
−２と同等の成膜条件で形成した。
〈発明の効果〉 以上本発明により、非常に配向性の高いグレインサイズ
の大きな膜が作成することができた。上記の配向性の高
い膜を用いた薄膜トランジスタは高い移動度を有し、デ
ィスプレイやセンサーの駆動用として充分に機能するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明堆ａｌ１５！形成装置の断面図である。 １０１−−−−−−−−−−−−−一堆積室１０２−−
−−−−−−−−−−−一基体１０３−−一−−−−−
−−−−−−堆積膜１０４−−−−−−−−−−−−−
一基体加熱用ヒーター１０６〜１１１−−−−−−ガス
供給源１１４−−−−−−−−−−−−−一活性化室（
Ａ）１２３−−−−−−−−−−−−−一活性化室（Ｂ
）１１７−−−−−−−−−−−−−−光エネルギー発
生装首第２図は本発明方法により堆積膜の形成された基
体の平面図である。 ２０１−−−−−−−−−−−−−一基体２０２−−−
−−−−−−−−−−一堆積膜第３図は本発明方法によ
り形成された薄膜トランジスタの斜視部分図である。 ３００−−−−−−−−−−−−−一薄膜トランジスタ
３０１−−−−−−−一−−−−−−ゲート電極３０２
−−−−−−−−−−一一一一ソース電極３０３−−−
−−−−−−−−−−−ドレイン電極’　　３０４−−
−−−−−−−−−−−一絶縁層３０５−−−−−−−
−−−−−−一半導体層３０　Ｂ　−−−−−−−−−
−−−−一基体３０７−１−−−−−−−−−−ｎ土層
３０７−２−−−−−−−一−−ｎ土層３０８−−−−
−−−−−−−−−一表面第４図並びに第５図は本発明
に係る基板作成工程図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 基体上に堆積膜を形成する為の成膜空間内 に、ケイ素とハロゲンを含む化合物を分解することによ
    り生成される活性種（Ａ）と、該活性種（Ａ）と化学的
    相互作用をする、成膜用の化学物質より生成される活性
    種（Ｂ）とを夫々別々に導入し、相互的に化学反応させ
    る事によって前記基体上に堆積膜を形成するにあたって
    、前記基体上に堆積膜の結晶核となる材料乃至は結晶核
    が選択的に形成または促進し得る材料を表面上に離散的
    に予め配しておき、該堆積膜に対してエッチング作用を
    有するガスまたはその分解物を供給すると共に、前記エ
    ッチング作用を有するガスまたはその分解物に光エネル
    ギーを照射して前記堆積膜に対するエッチング活性を選
    択的に増大せしめ、特定の面方位の結晶成長を優先的に
    行うことを特徴とする堆積膜形成法。
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