JPS62243318A - 堆積膜形成法 - Google Patents

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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、半導体増幅素子・スイッチング素子・光セン
サー素子の光応答素子・光起電力素子・光感光素子・発
光素子−感熱素子等の電子デバイスの用途に有用な半導
体性堆積膜形成法に関する。

〔従来の技術の説明〕

従来、機能性膜、殊に結晶質の半導体膜は、所望される
物理的特性や用途等の観点から個々に適した成膜方法が
採用されている。

例えば、必要に応じて、水素原子（Ｈ）やハロゲン原子
（Ｘ）等の補償剤で行対電子が補償された非晶質や多結
晶質の非単結晶シリコン〔以後ｒＮＯＮ−Ｓ　ｉ　　（
Ｈ、Ｘ）　ト略記し、その中でも殊に非晶質シリコンを
示す場合にはｒＡ−３ｉ　　（Ｈ，Ｘ）Ｊ、多結晶質シ
リコンを示す場合にはｒｐｏ見ｙ−３ｉ　（Ｈ、Ｘ）　
Ｊと記す。〕膜等のシリコン系堆積膜〔尚、俗に言う微
結晶シリコンは、Ａ−Ｓｉ（Ｈ，Ｘ）の範噂のものであ
ることはいうまでもない。〕の形成には、真空蒸着法、
プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、反応スパッタリング法
、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法が至適なものと
して用いられ、企業化されているところである。

プラズマＣＶＤ法において結晶質のシリコン系堆積膜を
形成する場合には、成膜用の基板の配されている成膜空
間に於いて高出力の高周波或いはマイクロ波等によって
プラズマを生成させるため、これにより発生する電子や
多数のイオン種が成膜過程に於いて膜にダメージを与え
膜品質の低下、膜品質の不均一化をもたらしてしまった
りする。そのに、堆積膜の結晶化の条件が狭く、したが
って特性の安定した多結晶質の堆積膜を生産することは
困難とされている。

ところで、シリコン、ゲルマニウム、ＩＩ　−Ｖｌ族及
び■−ｖ族半導体等のエピタキシャル堆積膜の形成には
、大きく分けて気相エピタキシー及び液相エピタキシー
が用いられている。（一般にエピタキシーの厳密な定義
としては、単結晶上へその単結晶軸と結晶軸のそろった
単結晶を成長させることであるが、ここではやや広義に
エピタキシーを解釈することにし、単結晶基板上への成
長に限られるものではない。）液相エピタキシーは、溶
かして液体にした金属の溶媒中に半導体用の原料を高温
で過飽和状態まで溶解させ、溶液を冷却させることによ
り基板」−に半導体結晶を析出させる方法である。

この方法によると、結晶は各種のエピタキシー技術の中
で最も熱平衡に近い状態で作成される為完全性の高い結
晶が得られる反面、量産性が悪く、表面状態が悪い為、
薄くかつ厚さが均一なエピタキシャル層を必要とする光
デバイスなどでは、デバイス製作」二にの歩留りや、デ
バイスの特性に影響を及ぼす等の問題をともなうことか
ら、あまり用いられていない。

他方、気相エピタキシーは真空蒸着法、スパッタリング
法などの物理的方法又は金属塩化物の水素還元法、有機
金属又は金属水素化物の熱分解法などの化学的方法等に
より試みられている。中でも真空蒸着法の一種である分
子線エピタキシーは超高真空下でのドライプロセスであ
る為、結晶の高純度化、低温成長が可能であり組成や濃
度の制御性が良く比較的平坦な堆積膜が得られるという
利点があるが、成膜装置に甚大な費用がかかることに加
えて、表面欠陥密度が大きいこと、そして分子線の指向
性の有効な制御法が未開発であり、そしてまた、大面積
化が困難であること及び量産性があまり良くないなど多
くの問題があることから、企業化されるには至っていな
い。

金属塩化物の水素還元法あるいは有機金属又は金属水素
化物の熱分解法は、一般的にはハライドＣＶＤ法、ハイ
ドライドＣＶＤ法、ＭＯ−ＣＶＤ法と呼ばれるものであ
り、これらについては、成膜装置が比較的容易に作製で
き、原料とされる金属塩化物、金属水素化物及び有機金
属について純度の高いものが容易に入手出来るようにな
ったことから、現在では幅広く研究され各種デバイスへ
の応用も検討されている。

面乍ら、これらの方法にあっては、基体温度を還元反応
又は熱分解反応が起こる程度の高温に加熱する必要があ
り、したがって、基板材料の選択範囲が制限され、又原
料の分解が不十分であると炭素あるいはハロゲン等の不
純物によ、る汚染が惹起しやすく、ドーピング制御性が
悪いなどの欠点を有している。そしてまた、堆積膜の応
用用途によっては、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
る量産化を図るという要望があるところ、そうした要望
を満足する実用可能な特性を維持しながらの量産化を可
能にする技術は未だ確立されていないのが実情である。

また別に、成膜した膜を加熱して、格子歪を除去したり
、原子の再配列を誘起せしめたり、また不純物原子を特
定の領域から掃出することが行なわれている。この技術
は「アニール」として広く知られているものであって、
もう少しマクロに物質を見ると、非晶質の結晶化、多結
晶や微結晶ドメインの拡大、配向方向（結晶軸）の多様
化、組成の変化等を膜材料にもたらすものである。

ところが、通常、アニールは所定の膜厚に膜を形成して
おいてとられる工程とされるため、所望の原子配列から
犬きくはずれた材料に適応しても、その効果はあまり大
きくない。また成膜中に行なうとしても、成膜過程その
ものが、例えば結晶質を構成したいのに非晶質を堆積す
るといった共合に、所望のものと大きく異なる場合も、
あまり効果は期待できない。いきおい、温度を極めて高
く保持してアニール過程を達成することになってしまい
、基板材料の選定、成膜装置の性能、量産化装置の構成
等に著しい制約を課すことになっている。

〔本発明の目的〕

本発明の主たる目的は、省エネルギー化を図ると同時に
膜品質の管理が容易で大面積に亘って均一特性の半導体
であり、特に結晶質の堆積膜が得られる堆積膜形成法を
提供することにある。

本発明の他の目的は、生産性、量産性に優れ、高品質で
電気的、光学的、半導体的等の物理特性に優れた結晶質
の堆積膜を簡便にして効率的に形成できる堆積膜形成法
を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、膜品質の熱による改質の容易
で制御性に優れた堆積膜形成法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、本発明者らが、上述の各種問題を解決して前
記本発明の目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果完成
をみたものであり、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
化学的相芽作用をする、成膜用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、化学反応させるこ
とによって前記基体上に堆積膜を形成するに際し、前記
基体または／および該基体Ｉ−に形成された堆積膜に、
弾性波を連続的もしくは断続的に印加して結晶成長を促
進することを特徴とする堆積膜形成法である。

前記構成の本発明の堆積膜形成法は、成膜用の基体また
は／および該基体表面に形成された堆積膜を加熱して該
堆積膜内の原子の配列を一様化または最構成せしめると
いうアニール法に替えて、前記基体または／および該基
体表面に形成された堆積膜に弾性波を発生せしめること
により、前記堆積膜内の原子の配列を一様化または最構
成せしめると同時に、該堆積膜の表面に新たに堆積する
堆積膜形成用の原料物質の原子を一様に配列させて結晶
質または多結晶質の堆積膜を形成することを１つの特徴
としており、成膜中の基体または該基体上に形成された
堆積膜の加熱による損傷がないという利点を有している
ものである。

また、本発明の堆積膜形成法は、成膜に係る原子配列や
結合強度をこれら原子の弾性波によるエネルギー付与に
よって制御するため、基体表面または該基体表面に形成
された堆積膜表面の選択的な弾性波エネルギーの４＝ｊ
与を行なうことによってデバイスの必要な部分だけ所定
の特性として、弾性波エネルギーがｌ４されない部分に
別の特性を付与するこが可能となり、特に大面積のデバ
イスを集積する構成の実現を容易に可能とするものであ
る。

また、本発明の堆積膜形成法は、成膜の進行中に時間的
に断続的に基体または該基体表面に形成された堆積膜に
弾性波を発生させることにより、例えば結晶質と非晶質
との積層構造の様な特性の異なる層を積み重ねることも
可能とするものである。

更に、本発明の堆積膜形成法は、成膜の進行中に基体ま
たは該基体表面に形成された堆積膜における弾性波の振
動のモード、周波数および強度等を連続的に変化させる
ことにより、成膜に係る原子に付与するエネルギーを連
続的に変化し、その結果、膜の厚さ方向に特性が連続的
に変化した堆積膜を形成することも可能である。

前述のごとき構成の本発明の堆積膜形成法によれば、堆
積膜形成における省エネルギー化を図ると同峙に、膜品
質の管理が容易で、大面積に亘って均一な膜質及び特性
を有する良好な結晶質の堆積膜あるいは膜の内面方向も
しくは垂直方向に半導体特性の異なる領域（例えば非晶
質、結晶質更には結晶化の度合の異なるもの）を構成し
た集積膜の形成が可能となる。

更に、生産性及び量産性に優れた非晶質で電気的、光学
的、半導体的等の緒特性に優れた非晶質もしくは結晶質
の堆積膜を効率的に得ることができる。

本発明の堆積膜形成法において、使用される弾性波は、
成膜に係る原子の配列や結合強度を制御するものであり
、目的とする堆積膜の種類、特性、用途等によって所望
に従って、基体または該基体表面に形成された堆積膜に
おける振動モード、周波数および強度等を適宜選択され
る。周波数は数Ｈｚ〜数ＧＨｚ、好ましくは１００ＫＨ
ｚ〜２ＧＨｚの中で選択される。

また、弾性波の発生は例えば水晶振動子、チタン酸バリ
ウム振動子、磁歪振動子等の発振装置により行なう。

本発明の方法において、使用される堆積膜形成用の原料
物質は、少なくとも目的とする堆積膜の構成要素となる
原子または該原子を活性状態にしたものを含んでいれば
良く、目的とする堆積膜の種類、特性、用途等によって
所望に従って適宜選択される。例えば、シリコンを主構
成要素とする堆積膜を形成するのであれば、原料物質と
して直鎖状及び分岐状の鎖状シラン化合物、環状シラン
化合物等が有効なちととして挙げることができる。

〔実施例〕

以下、実施例を用いて本発明の方法をより詳しく説明す
るが、本発明はこれら実施例によって限定されるもので
はない。

第１図は本発明の堆積膜形成法を具現するに好適な装置
の一実施例を示すものである。

第１図においてｌｏｔは真空チャンバーであって、上部
に堆積膜形成用の原料物質導入用の導入管１０２および
１０３が設けられ、導入管の下流に反応空間が形成され
る構造を有し。

且つ該導入管１０２および１０３に対向して、基体１０
４が設置されており、該真空チャンバーの下部に不図示
の真空排気装置に接続せる排気管１０５が設けられてい
る。

１０６および１０７はそれぞれ導入管１０２および１０
３と交叉し、不図示のマイクロ波電源に接続せるマイク
ロ波導波管であり、導入管１０２および１０３を介して
真空チャンバー１０１内に導入される堆積膜形成用の原
料物質をマイクロ波エネルギーによって活性化するため
のものである。

１０８は弾性波発振用の振動子であり、電源１０９を介
して不図示の電源に接続されており、基体１０４内に弾
性波を発生させるものである。

１１０は基体１０４を加熱するためのヒーターであり、
電線１１１を介して不図示の電源に接続される。

実施例１ 第１図に示す堆積膜形成装置を用いて次の様にして本発
明の方法による堆積膜を作成した。

基体１０４に２０ｃｍＸ２０ｃｍの石英ガラスを用いた
。まず、不図示の排気装置によって真空チャンバー１０
１を十分に排気した後、ヒーター１１０によって前記石
英ガラス板の温度を３００℃に設定した。次に、振動子
１０８によって基体１０４の堆積膜形成面に平行な波面
を有する周波数１０ＭＨｚの平面超音波を発生し、基体
１０４内に平面弾性波を生ぜしめた。該平面弾性波は、
基体１０４内を進行し、該基体１０４の堆積膜形成面に
到達する。このとき、該堆積膜形成面は自由端であるか
ら、平面弾性波の振幅変位は前記堆積膜形成面上におい
て最大となる。

こうしたところで、ＳｉＨ４ガスを流量４０ｓｃｃｍで
導入管１０２より、Ｆ２ガスを流量３０ｓｃｃｍ、Ｈ２
ガスを流量１００ｓｅｃｍで導入管１０３より真空チャ
ンバー１０１内に導入し、且つ真空チャンバー１０１内
の圧力が０、　ｌ　Ｔ　ｏ　ｒ　ｒになる様に排気管１
０５を介して不図示の排気装置によって排気した。

このままの状態で３０分間保持したところ、膜厚５００
０人のシリコンの堆積膜が得られた。

該堆積膜のグレインサイズを測定したところ、平均にて
９００人であった。

実施例２ 第１図に示す堆積膜形成装置を用いて次の様にし本発明
の方法による堆積膜を作成した。

基体１０４に２０ｃｍＸ２０ｃｍの石英ガラスを用いた
。まず、不図示の排気装置によって真空チャンバー１０
１を充分に排気した後、ヒーター１１０によって前記石
英ガラス板の温度を４００°Ｃに設定した。次に振動子
ｌＯ８によって基体１０４の堆積膜形成面に平行な波面
を有する周波数１０ＭＨｚの平面超音波を発生し、基体
１０４内に平面弾性波を生ぜしめた。該平面弾性波は、
基体１０４内を進行し、該基体１０４の堆積膜形成面に
到達する。このとき、該堆積膜形成面は自由端であるか
ら、平面弾性波の振巾変位は前記堆積膜形成面上におい
て最大となる。

こうしたところで、ＳｉＨ４ガスを流量１０１００５ｅ
で導入管１０２より、Ｈ２ガスを流量３０ｓｅｃｍ、Ａ
ｒガスを流量２００ｓｅｃｍで導入管１０３より真空チ
ャンバー１０１内に導入し、且つ真空チャンバー１０１
内の圧力がｏ、ｇＴｏｒｒになるように排気管１０５を
介して不図示の排気装置によって排気した。ガスの流れ
が安定した後、不図示のマイクロ波電源にってマイクロ
波導波管１０６を介してＳｉＨ４ガスに１５０Ｗのマイ
クロ波エネルギーを付与し、またマイクロ波導波管１０
７を介してＨ２ガスおよびＡｒガスに２００Ｗのマイク
ロ波エネルギーを付与した。このままの状態で３０分間
保持したところ、膜厚１．Ｏｐｍ、平均粒径１０００人
のｐｏｌｙ−３ｔの堆積膜が得られた。

実施例３ 基体１０４に面方位＜１００＞を有する単結晶Ｓｉを用
いる他は実施例２と同様の方法で成膜を行ったところ、
膜厚０．９　ＩＬｍ、平均粒径１ｍｍのｐｏｌｙ−Ｓｉ
の堆積膜が得られた。

また該堆積膜の面方位は＜１００＞であった。

〔発明の効果〕

本発明の堆積膜形成法は、成膜時に基体または／および
該基体に形成された堆積膜に弾性波を連続的または断続
的に発生させることで、結晶質または多結晶質の堆積膜
を形成することができ、成膜中の基体温度の低温化を図
ることが可能であるばかりでなく、成膜後のアニールを
特に必要としないという利点を有している。

更に、省エネルギー化を図ると同時に膜品質の管理が容
易で、大面積に亘って均一な膜質及び特性を有する結晶
質の堆積膜を得ることができる。また更に、生産性、量
産性に優れ、高品質で電気的、光学的、半導体的等の物
理特性の優れた結晶質の膜を簡単に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に用いた成膜装置の模式的概略
図である。 図において、 １０１−−−一−−−−−−真空チャンバー１０２．１
０３−一原料物質導入管 １０４−−−−−−−−−一基体 １０５−−−−−−−−−一排気管 １０６．１０７−−マイクロ波導波管 １０８−−−−一−−−−−弾性波発振用振動子１０９
−−−−−−−−−一弾性波発振用振動子の電線１１０
−−−−−−−−−一基体加熱用ヒーター１１１−−−
−−−−−−−ヒーター用電線である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、化学反応させることによって前記基体
   上に堆積膜を形成するに際し、前記基体または／および
   該基体上に形成された堆積膜に、弾性波を連続的もしく
   は断続的に印加して結晶成長を促進することを特徴とす
   る堆積膜形成法。