JPS6278192A - ｎ型単結晶薄膜の製造方法 - 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】 〔技術分野〕 本発明は単結晶薄膜の製法に関し、特にｎ型シリコン単
結晶薄膜の低温形成法に関する。

〔背景技術〕

単結晶薄膜の低温形成法は半導体装置の高集積化の達成
の為に非常に重要な技術として注目されている。このた
めに各種のアプローチがなされている。たとえば、モノ
シランの熱ＣＶＤ（ΩｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ　Ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ　：化学気相類Ｎ）法では約１０００
〜１１００℃の高温が必要である。また。

我々の検討等ではフルオロシランもしくはジシランの光
ＣＶＤ法では約６００〜７００℃の温度が必要である。

このように従来技術においてはまだまだ高温が必要であ
り、必ずしも満足されうる低温形成の技術開発されてい
ない。

本発明者らはフルオロシランの光分解（光ＣＶＤ法）に
より低抵抗の非晶質薄膜を得ることを先に提案（特願昭
６０−４９２３１号、特願昭６〇−４９２３２号）した
。更に検討を進めた結果、驚くべきことにフルオロシラ
ンとシランの混合ガスを原料ガスとすることにより３０
０℃以下の基板温度において、ｎ型単結晶シリコン薄膜
が成長することを見出したので、ここに開示するもので
ある。

〔発明の開示〕

本発明はフルオロシラン、シラン、■族化合物及び好ま
しくは水素からなる混合ガスを光分解読ＣＶＤ）ｔ、て
形成することを特徴とするｎ型単結晶薄膜の製造方法で
ある。

本発明において使用するフルオロシランとして５ｉＨ４
−ｎＦｎ（ｎ＝１〜３の整数）又は５ｉ２Ｆ、が特に有
用である。またシランとしてはＳｉｍＨ２ｍ＋２（ｍ＝
１〜３の整数）で表わされるモノシラン。

ジシラン、トリシランが有効に用いられる。さらに■族
化合物としてＰＨ５（ホスフィン）、　　ＡｓＨ３（ア
ルシン）が用いられる。

また本発明では、特に好ましい態様としてはｎ型単結晶
薄膜を特に好ましい態様として単結晶基板上にエピタキ
シャル成長させるものであり、該基板としてはシリコン
ウェハーやサファイヤ等が用いられる。

本発明における光分解は紫外線によるものが特に好まし
いが、光分解の増感反応を利用することもできる。

即ち本発明は、フルオロ７ラン、シラン、Ｖ族化合物及
び好ましくは水素からなる混合ガスを紫外線の照射によ
り光分解し、低温に加熱された結晶性基板上にｎ型単結
晶薄膜を形成する方法である。

本発明においては、Ｖ族化合物にフルオロシランとシラ
ンが共存する状態で光ＣＶＤすることが不可欠であり、
さらに好ましくは、水素を混合したガスに紫外線を照射
するものである。混合ガス比についてはｎ型単結晶薄膜
を形成する薄膜形成装置への原料ガス供給流量（容量）
比で表わすことができる。この比でいえば好ましい範囲
はつぎの通りである：すなわち、■族化合物／シランの
比は生成ｎ型単結晶薄膜の所望の抵抗値により適宜決定
される。通常の半導体装置用途においては。

この比は１×１０〜ｌＸ１０　の範囲で充分であり、こ
れより小さくても充分低抵抗となりうる。

またフルオロシラン／シラン比＝０．５〜５０．％に好
ましくは１〜２０である。一方水素について好ましくは
、水素／フルオロシラン比は２倍以上。

特に好ましくは５倍以上である。なお水素添加量をあま
り多くしすぎると、ｎ型単結晶の成長速度が低下するの
で好ましい水素／フルオロシラン混合比は２〜２０倍で
あり、特に好ましくは５〜１５倍である。混合ガスの形
成方法は、臨界的な因子でなく特に限定されるものでは
ない。たとえば。

該形成装置外であらかじめ混合したガスを導入すること
や、該形成装置内で、上記の希釈度合を満足すべく水素
を混合することのいずれも有用である。なおＶ族化合物
は有毒であり通常希釈された状態で使用されるのが好ま
しい。水素で希釈したＶ族化合物、フルオロシラン、シ
ラン等を使うことは特忙便利である。

本発明において光分解に用いる紫外線を発生する光源と
しては、臨界的な条件ではなく特に限定されるものでは
ない。具体的不例としては、水銀灯、希ガスランプ、水
銀−希ガスランプ、水素放電管等が用いられる。これら
の光源において、水銀灯の一種である低圧水銀灯を用い
ることが実用上便利である。光分解は直接的に、または
所望により増感剤を介して間接的に行うことができる。

実用的な観点から水銀を増感剤とする水銀増感法が効果
的に用いられる。シランとして一般式ておけるｍ＝１の
モノシランを用いる時には１間荷的な水銀増感法のみが
有効である。ｍ＝２及びｍ＝３のジシラン及びトリシラ
ンは直接及び間接のいずれの方法も有用である。トリシ
ランは沸点が５３℃と高く、室温では液体で存在するた
め何らかの手段でガス化せねばならない。それ故、混合
ガスの光分解反応の観点からはシランとしてはジシラン
（ｍ＝２）が好ましい原料である。

さらに本発明のすぐれた特徴の一つとしてｎ型単結晶薄
膜を形成する温度が従来の光ＣＶＤ法に比較して極めて
低いことがあげられる。従来の光ＣＶＤ法においては６
００℃以上の温度が必要であるが１本発明においては驚
くべきことに、実施例で示すようＶＣ３００℃以下さら
には２００℃の基板温度でエピタキシャル成長が十分で
きることである。成長温度はさらに低下させることがで
きるが、この場合には、成長速度をそれに応じて低下さ
せる必要がある。成長速度が約０．ＩＡ／ｓｅｃ以上の
実用的な値の場合には基板温度は約１００℃以上であれ
ばよい。

本発明において光分解時の混合ガス圧力や照射光強度は
特に臨界的に限定される条件はない。また水銀を増感剤
として用いる場合には水銀溜の温度や水銀蒸気を薄膜形
成装置に移送するキャリヤーガスの流量等も特に限定さ
れるものではない。

これらの条件はｎ型単結晶薄膜の成長速度に影響を与え
るものであり、前述の如く所望の成長速度に応じて基板
温度を適宜変更することで効果的にｎ型単結晶薄膜をエ
ピタキシャル成長させることができる。

〔発明を実施するための好ましい形態〕つぎに本発明の
実施の態様についてしるす。光透過窓、基板導入手段、
基板保持手段、基板加熱手段、ガス導入手段、真空排気
手段を少なくとも有する薄膜形成装置内に洗浄及び又は
エツチングにより表面を洗浄にした単結晶材料の基板を
設置し真空排気下基板を１００〜４００’Ｃに加熱する
。

原料ガスの導入にあたり、必要に応じてその一部を水銀
溜を経由させて該装置に導入する。原料ガスはシランに
対するＶ族化合物の流量比を１×１０−７〜ｌＸｌ０−
３．シランに対するフルオロシランの流量比を０．５〜
５０とし、かつフルオロシランに対する水素の流量比を
２倍以上として該装置に供給される。真空排気手段で該
装置内の圧力を１０Ｔｏｒｒ以下として、低圧水銀ラン
プを点灯し成膜を開始する。同ランプ点灯と共に薄膜の
形成がはじまるので成膜速度を考慮にいれて必要膜厚に
なる時間において同ランプを消灯する。また、膜厚モニ
ターによって膜厚を計測しつつ成膜時間を決めることも
できる。該装置の光透過窓としては合成石英が適してい
るが、この窓に高沸点油を塗布しておくことにより、光
透過窓への膜形成を抑えることができる。

〔発明の効果〕

本発明において得られるｎ型単結晶薄膜は基板の温度が
３００℃以下の低温においても形成されるものである。

高集積化のために、半導体薄膜や半導体装置の低温形成
技術が熱望されている半導体装置の製造分野に対して１
本発明は極めて有用な技術を提供するものである。

〔実施例〕

以下実施例を示し本発明をさらに具体的に説明する。

実施例１ 第１図に示すところの紫外光透過窓１．基板導入手段２
．基板保持手段３、基板加熱手段４．ガス導入手段５．
真空排気手段６を有す薄膜形成装置７を用いる。基板導
入手段２を用いて膜付のための基板８であるところのｐ
型シリコンウェハー（１００）を基板保持手段に設置す
る。真空排気手段で真空排気しつつ基板加熱手段により
洗浄済の基板を２００℃に加熱した。なお、　６’　、
　９’は基板導入取出室１５の排気手段である。ついで
ホスフィン／ジシラン／ジフルオロシラン／水ｉを４ｘ
ｌＯ／１／１５／１５０の流量比で導入し、真空排気手
段に設備されている調節弁９で２　Ｔｏｒｒの圧力に保
持する。導管１０より導入されるジフルオロシランの内
の一部を約４０℃に加熱された水銀溜１１の上を通過さ
せて導入する。なお、１３．１４および１６はジシラン
、ホスフィン、水素の導入管である。基体の温度及び薄
膜形成装置内の圧力が一定となった時、低圧水銀ランプ
１２を点灯し。

膜厚が約６００ＯＡになった時消灯する。

膜厚を成膜時間で除したところの平均の成膜速度は約０
．９５　Ａ／　ｓであった。

冷却後基板を取りだして観察したところ、基体面は曇り
の全くない鏡面であった。表面を反射電子線回折（ＲＨ
ＥＥＤ）装置で観察して、基板と同一のラウェ斑点を得
て、該基板面からｐ型巣結晶薄膜がエピタキシャル成長
していることを確認した。

本ｐ型単結晶薄膜の比抵抗は約０．０２５０・個であっ
た。

実施例２〜９、比較例１．２ フルオロシランの種類と量を変更した他は実施例１に準
じて実施した。条件及び結果を第１表に記した。第１表
には、比較のための例もあわせて示した。

実施例１０ 実施例１においてジシランのかわりにモノシラン（Ｓ　
１）Ｉｔ）を用いて行った。成膜速度は０．１４Ａ／ｓ
と低下したが電子線回折からエピタキシャル成長を確認
した。抵抗率は約１．６Ｘ１０　　Ω・国であった。

以上、実施例から明らかなごとく２００℃と低い基板温
度でｎ型単結晶薄膜を成長させることのできる本発明は
半導体装置の製造の低温化に極めて有効な発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するために有用な薄膜形成装置の
縦断面を示す模式図である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）フルオロシラン、シラン及びＶ族化合物からなる
   混合ガスを光分解して形成することを特徴とするｎ型単
   結晶薄膜の製造方法。
2. （２）フルオロシランはＳｉＨ＿４＿−＿ｎＦ＿ｎ（ｎ
   ＝１〜３）又はＳｉ＿２Ｆ＿６である特許請求の範囲第
   （１）項記載のｎ型単結晶薄膜の製造方法。
3. （３）シランはＳｉ＿ｍＨ＿２＿ｍ＿＋２（ｍ＝１〜３
   ）である特許請求の範囲第（１）項記載のｎ型単結晶薄
   膜の製造方法。
4. （４）Ｖ族化合物はＰＨ＿３又はＡｓＨ＿３である特許
   請求の範囲第（１）項記載のｎ型単結晶薄膜の製造方法
   。
5. （５）結晶性基板上に形成される特許請求の範囲第（１
   ）項記載のｎ型単結晶薄膜の製造方法。
6. （６）光分解が紫外線の照射により行われる特許請求の
   範囲第（１）項記載のｎ型単結晶薄膜の製造方法。
7. （７）フルオロシラン、シラン、Ｖ族化合物及び水素か
   らなる混合ガスを紫外線の照射により光分解し、低温に
   加熱された結晶性基板上に形成する特許請求の範囲第（
   １）項記載のｎ型単結晶薄膜の製造方法。