JPS63159294A - ｎ型単結晶薄膜の製法 - Google Patents
ｎ型単結晶薄膜の製法Info
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- JPS63159294A JPS63159294A JP30375886A JP30375886A JPS63159294A JP S63159294 A JPS63159294 A JP S63159294A JP 30375886 A JP30375886 A JP 30375886A JP 30375886 A JP30375886 A JP 30375886A JP S63159294 A JPS63159294 A JP S63159294A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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。
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に関する。
結晶薄膜の低温形成に関する。
［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を達
成する為に非常に重要な技術として最近注目されており
、このために各種のアプローチがなされている。しかし
ながら、たとえば、モノシランの熱ＣＶＤ （Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ：化学
気相蒸着）法では約１０００〜１１００°Ｃ程度の高温
が必要であり、また、我々の検討の結果によれば、フロ
ロシランもしくはジシランの光ＣＶＤ法においては、約
６００〜７００℃程度の温度が必要であった、このよう
に従来の技術においては、まだかなりの高温が必要であ
り、現在のところ、必ずしも満足されうる低温での単結
晶薄膜の形成技術は完成されていない状況にある。
成する為に非常に重要な技術として最近注目されており
、このために各種のアプローチがなされている。しかし
ながら、たとえば、モノシランの熱ＣＶＤ （Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ：化学
気相蒸着）法では約１０００〜１１００°Ｃ程度の高温
が必要であり、また、我々の検討の結果によれば、フロ
ロシランもしくはジシランの光ＣＶＤ法においては、約
６００〜７００℃程度の温度が必要であった、このよう
に従来の技術においては、まだかなりの高温が必要であ
り、現在のところ、必ずしも満足されうる低温での単結
晶薄膜の形成技術は完成されていない状況にある。
本発明者はシランおよびフロロシランを光分解（光ＣＶ
Ｄ法）することにより、低温で単結晶薄膜を形成し得る
技術を基本的に完成し、先に提土した（特願昭６０−２
１５１７０号、特願昭６０−２１５１７１号、特願昭６
０−２１５１７２号、特願昭６０−２１５１７３号）。
Ｄ法）することにより、低温で単結晶薄膜を形成し得る
技術を基本的に完成し、先に提土した（特願昭６０−２
１５１７０号、特願昭６０−２１５１７１号、特願昭６
０−２１５１７２号、特願昭６０−２１５１７３号）。
しかしながら、この光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、
光の透過量が徐々に低下するという実用上の問題点があ
った。
なるにつれて、わずかずつではあるが光透過窓が曇り、
光の透過量が徐々に低下するという実用上の問題点があ
った。
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過剰量加えた原料ガ
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、単結晶シリコン薄膜が、光ＣＶＯ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
よって成長し、かつ、該混合ガス中にＶ族化合物を共存
させることにより、ｎ型ドーピングが可能であることを
見出し、本発明を完成した。
シランとシランの混合ガスに水素を過剰量加えた原料ガ
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、単結晶シリコン薄膜が、光ＣＶＯ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
よって成長し、かつ、該混合ガス中にＶ族化合物を共存
させることにより、ｎ型ドーピングが可能であることを
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、Ｖ族化合物および過
剰量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単結晶薄膜の製法、を要旨とす
るものである。
剰量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単結晶薄膜の製法、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、５ｉｓＨ２ｓ＊！（
Ｉｌは１〜３の整数）で表わされるモノシラン、ジシラ
ン、トリシランなどが有効に用いられる。
Ｉｌは１〜３の整数）で表わされるモノシラン、ジシラ
ン、トリシランなどが有効に用いられる。
また、フロロシランとしてはＳｉＨｎ、Ｆｌｌ（ｎ＝１
〜４の整数）で表されるフロロモノシランまたは５ｉｚ
Ｆ、が有効に用いられる。
〜４の整数）で表されるフロロモノシランまたは５ｉｚ
Ｆ、が有効に用いられる。
本発明において用いられる■族化合物としては■族元素
の水素化物が好ましく、特にＰ）１１およびＡｓＨ２が
好ましい、なお、排ガス処理時の毒性の問題からは、Ｐ
Ｈ３が特に好ましい。
の水素化物が好ましく、特にＰ）１１およびＡｓＨ２が
好ましい、なお、排ガス処理時の毒性の問題からは、Ｐ
Ｈ３が特に好ましい。
本発明は、かかるフロロシラン、シランおよび■族化合
物とともに過剰量の水素を存在せしめ、すなわち、フロ
ロシラン、シラン、Ｖ族化合物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、フロロシランおよび
Ｖ族化合物に対して５倍量以上の水素を含む混合ガスと
し、これを放電により分解し、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。
物とともに過剰量の水素を存在せしめ、すなわち、フロ
ロシラン、シラン、Ｖ族化合物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、フロロシランおよび
Ｖ族化合物に対して５倍量以上の水素を含む混合ガスと
し、これを放電により分解し、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。
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。
また本発明では、単結晶薄膜を、基板上に、特に好まし
い１！様として単結晶からなる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
ーやサファイアなどが用いられる。
い１！様として単結晶からなる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
ーやサファイアなどが用いられる。
本発明においては、上記のごとく、フロロシラン、シラ
ンおよびＶ型化合物に対して過剰量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
好ましい態様としては、シラン、フロロシランおよびＶ
型化合物に対して５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。
ンおよびＶ型化合物に対して過剰量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
好ましい態様としては、シラン、フロロシランおよびＶ
型化合物に対して５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、単結晶′ｉｓ膜を形成する
薄膜形成装置への原料ガス供給流量（容り比で表わすこ
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。■型化合物の添加量
は■型化合物／（シラン十フロロシラン）の比の値が１
１１０−’〜ｏ、ｏｏｉ程度で充分である。また、水素
／（フロロシラン＋シラン＋Ｖ型化合物）は５以上であ
る。蓋し、ｎ型単結晶薄膜は水素添加量の過剰の領域で
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、ｎ型単結晶’ｉＲＢ’ｉ！の成長
速度が低下するので好ましくないので、本発明においい
て好ましい混合比は、水素／（フロロシラン＋シラン＋
Ｖ型化合物）５〜１００、さらに好ましくは１０〜５０
、特に好ましくは１２〜３０の範囲である。
薄膜形成装置への原料ガス供給流量（容り比で表わすこ
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。■型化合物の添加量
は■型化合物／（シラン十フロロシラン）の比の値が１
１１０−’〜ｏ、ｏｏｉ程度で充分である。また、水素
／（フロロシラン＋シラン＋Ｖ型化合物）は５以上であ
る。蓋し、ｎ型単結晶薄膜は水素添加量の過剰の領域で
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、ｎ型単結晶’ｉＲＢ’ｉ！の成長
速度が低下するので好ましくないので、本発明においい
て好ましい混合比は、水素／（フロロシラン＋シラン＋
Ｖ型化合物）５〜１００、さらに好ましくは１０〜５０
、特に好ましくは１２〜３０の範囲である。
本発明において、混合ガスの形成方法は臨界的な因子で
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、水素希釈の
フロロシランやシランを使用することもなんら支障がな
い。
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、水素希釈の
フロロシランやシランを使用することもなんら支障がな
い。
また、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。
る電源も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ｎ型単結晶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。
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ｎ型単結晶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。
本発明の特に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方法に比較して極めて低いこ
とが挙げられる。
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］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（シラン＋フロロシラン）に対する■
族化合物の添加量比は１＄１０−’〜０．００１ とし
、かつ（フロロシラン＋シラン＋Ｖ族化合物）に対する
水素の流量比を５倍以上、より好ましくは１０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、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。
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（シラン＋フロロシラン）に対する■
族化合物の添加量比は１＄１０−’〜０．００１ とし
、かつ（フロロシラン＋シラン＋Ｖ族化合物）に対する
水素の流量比を５倍以上、より好ましくは１０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、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ｎ型単結晶薄膜は基板の温度が
３００°Ｃ以下の低温、さらには２００℃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。
３００°Ｃ以下の低温、さらには２００℃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ＣＶＤ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。
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ＣＶＤ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（１００）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。ついでホスフ
ィン（ＰＨ３）を（モノシラン（ＳｉＨ４）＋シフ！：
ｌ ｏ シラ７（ＳｉＨＪｔ ）ＨＪｔ Ｌテ、１ネ１
０−ｓトナルヨうに添加し、かつ、モノシラン（ＳｉＨ
４） ／ジフロロシラン（ＳｉＨｚｈ ） ／水素を１
１５／１００の流量比で導入し、真空排気手段に設備さ
れている圧力調節機構で薄膜形成装置内の圧力をＩ Ｔ
ｏｒｒ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６０００ Ａになった時に放電を停止
する。平均の成膜速度は０．２ 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０表面を反射電子線回折（ＲＨＥＥ
Ｄ ）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ｎ型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。該抵抗率は０．
０２Ω・０ｍ以上であった。
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（１００）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。ついでホスフ
ィン（ＰＨ３）を（モノシラン（ＳｉＨ４）＋シフ！：
ｌ ｏ シラ７（ＳｉＨＪｔ ）ＨＪｔ Ｌテ、１ネ１
０−ｓトナルヨうに添加し、かつ、モノシラン（ＳｉＨ
４） ／ジフロロシラン（ＳｉＨｚｈ ） ／水素を１
１５／１００の流量比で導入し、真空排気手段に設備さ
れている圧力調節機構で薄膜形成装置内の圧力をＩ Ｔ
ｏｒｒ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６０００ Ａになった時に放電を停止
する。平均の成膜速度は０．２ 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０表面を反射電子線回折（ＲＨＥＥ
Ｄ ）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ｎ型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。該抵抗率は０．
０２Ω・０ｍ以上であった。
Claims (7)
- （１）シラン、フロロシラン、Ｖ族化合物および過剰量
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ｎ型単結晶薄膜の製法。 - （２）放電分解せしめられる混合ガスの組成比はシラン
、フロロシランおよびＶ族化合物にたいして水素は少な
くとも５倍量以上である特許請求の範囲第１項記載の製
法。 - （３）Ｖ族化合物がＰＨ＿３若しくはＡｓＨ＿３である
特許請求の範囲第１項記載の製法。 - （４）フロロシランがＳｉＨ＿４＿−＿ｎＦｎ（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）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）結晶性基板上にｎ型単結晶薄膜がエピタキシャル
に形成される特許請求の範囲第１項記載の製法。 - （７）シラン、フロロシラン、Ｖ族化合物および水素か
らなる混合ガスをグロー放電により分解し、加熱された
結晶性基板上にエピタキシャル形成する特許請求の範囲
第１項記載の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30375886A JPH0733317B2 (ja) | 1986-12-22 | 1986-12-22 | ｎ型単結晶薄膜の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30375886A JPH0733317B2 (ja) | 1986-12-22 | 1986-12-22 | ｎ型単結晶薄膜の製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63159294A true JPS63159294A (ja) | 1988-07-02 |
| JPH0733317B2 JPH0733317B2 (ja) | 1995-04-12 |
Family
ID=17924918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30375886A Expired - Fee Related JPH0733317B2 (ja) | 1986-12-22 | 1986-12-22 | ｎ型単結晶薄膜の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0733317B2 (ja) |
-
1986
- 1986-12-22 JP JP30375886A patent/JPH0733317B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0733317B2 (ja) | 1995-04-12 |
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