JPS63157872A - 半導体薄膜の製法 - 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］ 本発明は半導体薄膜の製法に関し、特に配向性にすぐれ
た半導体薄膜の低温形成に関する。

［背景技術］ 半導体装置には結晶質や非晶質の半導体薄膜が利用され
ている。結晶質の半導体薄膜において、多結晶や微結晶
（たとえば微結晶シリコン）の薄膜が多数検討されてい
る。これらは、通常、基板上に形成されるが、基板が単
結晶でない場合には、形成される薄膜は無配向となりや
すい。

しかして、もし、これらの薄膜に自由に配向性を付与す
ることができれば、電気的な性質や光学的な性質に異方
性を与えることが可能となるから、新たな機能の発現を
導き得ることにつながり、その意義は極めて大きい。

従来、ガラスや高分子フィルムのような非単結晶の基板
上に配向性を有する半導体薄膜を形成する技術が要求さ
れていた。

本発明者はシランおよびフロロシランの光分解（光ＣＶ
Ｄ法）することにより低温で配向性を有する半導体薄膜
を得る技術を基本的に完成し、先に提案した（特願昭６
０−２１５１７３号）。

しかしながら、光ＣＶＤ法では、膜形成時間が長くなる
につれて、わずかずつではあるが光透過窓が曇り、光の
透過量が除徐に低下するという実用上の問題点があった
。

本発明者らは、この問題を解決すべくさらに検討を進め
た結果、フロロシランとシランの混合ガスに水素を５倍
量以上加えた原料ガスを用いることにより３００°Ｃ以
下の基板温度においてさえも、配向性を存する半導体薄
膜が光ＣＶＤよりも大面積化、高速製造性等において、
実用性の高い放電分解によって、基板上に配向性よく成
長することを見出し、本発明を完成した。

［発明の開示］ 本発明は、シラン、フロロシラン、および（シラン＋フ
ロロシラン）の５倍量以上、さらに好ましくは１０倍量
以上の水素からなる混合ガスを放電分解して加熱された
単結晶または非単結晶基板上に配向性の半導体薄膜を形
成することを特徴とする半導体薄膜の製法、を要旨とす
るものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明においては、シランとして、”ｉｍＨｚｔａ＋ｚ
（Ｉｌｌ・１〜３の整数）で表されるモノシラン、ジシ
ラン、トリシランなどが有効に用いられる。また、フロ
ロシランとしては、５ｉＨ４−ｎ　Ｆｎ　（ｎ　＊　１
〜４の整数）で表されるフロロモノシランまたは５ｉ２
Ｆｉが有効に用いられる。

さらに、本発明においては■族化合物またはＶ族化合物
を共存させることによりｐ型またはｎ型の不純物ドーピ
ングができる。

ここで用いられる■族または■族の化合物としては、■
族またはＶ族の元素の水素化物が好ましく、その具体的
な示例としてはジボラン（Ｂ２Ｈ６）、ホスフィン（Ｐ
Ｈ３）　、アルシン（ＡｓＨｓ）などが挙げられる。

本発明において、半導体薄膜を形成させるべき基板とし
ては、単結晶または非単結晶のいずれの材料をも用いる
ことができる。

しかして、単結晶材料、とくに表面を清浄にしたシリコ
ン基板を用いると半導体薄膜は該清浄表面からエピタキ
シャル成長したものとなる。一方、非単結晶材料を用い
る場合には、本発明の原料ガス組成において＜１１０＞
方向によく配向した半導体薄膜を得ることができる。特
に、此の後者の場合は産業上極めて重要な意義を有する
ことを指摘したい。何故なら、従来技術によれば、非単
結晶材料を用いると形成される薄膜は通常無配向となる
ところ、本発明によれば自由に配向性を付与すことが出
来、異方性を有する半導体薄膜を形成することが期待さ
れるからである。

なお、本発明の半導体薄膜の形成条件においては、基板
温度は約２００″Ｃと低いので、この温度条件に耐える
多数の各種材料が有効に用いられると云う利点もある。

本発明は、フロロシラン、シランおよび過剰量の水素か
らなる混合ガス、好ましくはシランとフロロシランに対
して５倍量以上、さらに好ましくは１０倍量以上の水素
を含む混合ガスを、放電により分解し、加熱された結晶
性基板または非結晶性基板上に半導体薄膜を形成する方
法である。

本発明における放電分解は高周波グロー放電、直流グロ
ー放電、マイクロ波放電などを有効に利用することがで
きる。

本発明においては、上記の如く、フロロシランとシラン
に対して５倍量以上の水素を共存させた状態で放電分解
することが好ましいのであるが、さらに好ましくは、シ
ランとフロロシランに対して１０倍量以上の水素を混合
したガスを放電分解するものである。

この混合ガス比については半導体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
便利である。好ましい流量比の範囲はつぎの通りである
。すなわち、フロロシラン／シラン＝０．５〜５０、特
に好ましくは１〜２０である。必要に応じて■族または
■族の化合物を添加することができるが、これらの添加
量は■族またはＶ族の化合物／（シラン＋フロロシラン
）の比の値は１＊１０−’〜０．１で充分である。また
、水素／（フロロシラン＋シラン）は５以上である。蓋
し、配向性にすぐれた半導体薄膜は水素添加量の多い領
域で形成されやすい傾向にあるからである。

但し、水素添加量を多くしすぎると、該半導体薄膜の成
長速度が低下するので好ましくないので、本発明におい
て好ましい水素／　（フロロシラン＋シラン）混合比は
５〜１００であり、さらに好ましくは１０〜５０であり
、特に好ましくは１２〜３０の範囲である。

混合ガスの形成方法は１ｍ界的な因子ではなく特に限定
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や■族またはＶ族の化
合物を混合することのいずれも有用である。もちろん、
水素希釈および／または■族またはＶ族の化合物を添加
混合されたフロロシランやシランを使用することはなん
ら支障がない。

本発明において、放電分解に用いる電力を発生する電源
もＩｎ界的な条件ではな（特に限定されるものではない
。具体的示例としては、高周波電源、直流高圧電源、マ
イクロ波電源などが有用である。

さらに本発明において、放電分解時の混合ガス圧力や供
給電力については特に臨界的に限定される条件はない。

これらの条件は該半導体薄膜の成長速度に影響を与える
ものであり、成長速度に応じて基板温度を適宜変更する
ことで配向性にすぐれた該半導体薄膜を効果的に成長さ
せることができる。

さらに本発明のすぐれた特徴の一つとして配向性にすぐ
れた半導体薄膜を形成する温度が従来の方法に比較して
極めて低いことが挙げられる。

［発明を実施するための好ましい形態コつぎに本発明の
実施の態様についてしるす。放電手段、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およびま
たはエツチングにより表面を清浄にした単結晶もしくは
非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。原料ガスはシランに対するフロ
ロシランの流量比を１〜１０および（フロロシラン＋シ
ラン）に対する水素の流量比を１０倍以上として、また
、必要に応じて、■族またはＶ族化合物を添加するとき
には、（シラン＋フロロシラン）に対する■族または■
族化合物の添加量比は１＄１０−’〜０．１とし、該装
置に供給される。真空排気手段で該装置内の圧力を５　
Ｔｏｒｒ以下として、１〜１００−で放電を開始する。

放電開始と共に薄膜の形成が始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放電をとめる。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。

［発明の効果］ 本発明において得られる配向性にすぐれた半導体薄膜は
基板の温度が３００″Ｃ以下の低温、さらには２００°
Ｃ以下というきわめて低い温度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、本発明は極めて有用な技術を提供するもので
ある。

また本発明は、光ＣＶＤ法のように、増感剤たる有害な
水銀を必要としないので公害防止面からもすぐれた技術
である。さらに、光ＣＶＩ）法よりも高速成膜が達成さ
れるので、実用面からもすぐれた技術と云わざるを得な
い。

［実施例１］ 高周波電力導入手段および放電電極、基板導入取り出し
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、基板導入取り出し室を設備された薄膜形成
装置を用いて本発明を実施した。基板導入取り出し手段
を用いて膜付けのための基板であるところの洗浄済のｎ
型シリコンウェハー＜１１０＞を基板導入取り出し室か
ら基板導入取り出し手段を用いて導入し基板保持手段に
設置した。真空排気手段で真空排気しつつ基板加熱手段
により該基板を２５０°Ｃに加熱した。モノシラン／ジ
フロロシラン／水素を１１５／１００の流量比で導入し
、真空排気手段に設備されている圧力鋼ｗｉ機構で薄膜
形成装置内の圧力をｌ　Ｔｏｒｒに調節保持した。基板
の温度および薄膜形成装置内の圧力が一定となった時、
高周波電力導入手段により放電電極に２０讐の高周波電
力を印加しグロー放電を開始した。膜厚が約６０００Ａ
になった時に放電を停止する。平均の成膜速度は０．４
　Ａ／ｓであった。冷却後基板を取り出して観察したと
ころ、基板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ＣＲＨＥＥＤ　）により観察して、基板と
同一のストリーク状のラウェ斑点を得て、該基板面から
単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。比抵抗は１００Ω・ｃｍ以上であった。

［実施例２］ 高周波電力導入手段および放電電極、基板導入取り出し
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、基板導入取り出し室を設備された薄膜形成
装置を用いて本発明を実施した。基板導入取り出し手段
を用いて膜付けのための基板であるところの洗浄済のガ
ラス板を基板導入取り出し室から基板導入取り出し手段
を用いて導入し基板保持手段に設置した。真空排気手段
で真空排気しつつ基板加熱手段により該基板を２００℃
に加熱した。モノシラン／ジフロロシラン／水素を１／
６／１２０の流量比で導入し、真空排気手１１一 段に設備されている圧力調節機構で薄膜形成装置内の圧
力を３　Ｔｏｒｒに調節保持した。基板の温度および薄
膜形成装置内の圧力が一定となった時、高周波電力導入
手段により放電電極に３０騨の高周波電力を印加しグロ
ー放電を開始した。膜厚が約５０００Ａになった時に放
電を停止する。平均の成膜速度はＬ　Ａ／ｓであった。

冷却後基板を取り出して観察したところ、基板面は曇り
の全くない鏡面であった。Ｘ線回折（ＸＲＤ　）により
観察してｄｌＯ＞方向によ（配向した半導体薄膜である
ことが確認された。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）シラン、フロロシラン、および（シラン＋フロロ
   シラン）の５倍量以上の水素からなる混合ガスを放電分
   解して基板上に形成することを特徴とする半導体薄膜の
   製法
2. （２）放電分解せしめられる混合ガスの組成比はシラン
   、フロロシランにたいして水素は１０倍量以上である特
   許請求の範囲第１項記載の製法
3. （３）混合ガスにIII族化合物若しくはＶ族化合物が添
   加される特許請求の範囲第１項記載の製法。
4. （４）フロロシランがＳｉＨ＿４＿−＿ｎＦ＿ｎ（ｎ＝
   １〜４の整数）で表されるフロロモノシランまたはＳｉ
   ＿２Ｆ＿６である特許請求の範囲第１項記載の製法。
5. （５）シランがＳｉ＿ｍＨ＿２＿ｍ＿＋＿２（ｍ＝１〜
   ３の整数）である特許請求の範囲第１項記載の製法。
6. （６）基板が単結晶材料または非単結晶材料からなる基
   板である特許請求の範囲第１項記載の製法。
7. （７）シラン、フロロシラン、および（シラン＋フロロ
   シラン）の５倍量以上の水素からなる混合ガスをグロー
   放電により分解し、加熱された単結晶基板または非単結
   晶基板上に形成する特許請求の範囲第１項記載の製法