JPS6369220A

JPS6369220A - ４族半導体薄膜の製造方法

Info

Publication number: JPS6369220A
Application number: JP21445886A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Ishiko; 雅康石子
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-09-10
Filing date: 1986-09-10
Publication date: 1988-03-29

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■族半導体薄膜の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

シリコンを始めとする■族半導体は半導体工業の中心材
料であり、その薄膜も応用範囲を広げている。例えば太
陽電池や薄膜トランジスタあるいはＳｏｌ等や半導体デ
バイスのエピタキシャル層や最近注目される超格子デバ
イス等である。従来、このような■族半導体薄膜は減圧
あるいは常圧のＣＶＤ　（化学的気相成長法）やＭＢＥ
、プラズマ等を利用したＣＶＤ等数多くの方法で製造さ
れている。これらの方法で良質な単結晶、多結晶あるい
は非晶質の薄膜が製造されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来技術ではガス流量やガス圧力、基板温度等を精密に
制御しなければ再現性ある結果が得られなかった。また
成膜時間も精密に制御しなければならない、更に膜厚分
布を均一にするためにガスの流れ方を検討したり、基板
を回転したり、温度分布を精密に制御する等、多くの工
夫が必要であった。しかし、基板が大型化するに伴い、
広い面積にわたり膜厚が均一で、かつ再現性良く製造す
ることがますます困難となってきた。また、原子層オー
ダーで成長膜厚を精密に制御可能であれば半導体デバイ
スの特性向上が図れる。更に近年注目されている超格子
構造を有している新デバイス開発も、原子層オーダーの
膜厚制御が重要である。しかし、前述したように、数多
くの製造パラメータ及び製造装置に依存して、成長速度
が異なるため、再現性良く原子層オーダーの膜厚制御は
困難であった。

本発明の目的は、広い面積にわたり原子層オーダーで膜
厚が均一な■族半導体薄膜の製造方法を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の■族半導体薄膜の製造方法は、少くとも１以上
の■族元素を含むハロゲン化物又はそのラジカルを供給
して基板表面に吸着させる第１の工程と、前記■族元素
を含むハロゲン化物又はそのラジカルが吸着された基板
表面に水素ラジカルを供給する第２の工程とを交互にお
こなうという構成を有している。

〔作用〕

第１の工程は基板表面原子と■族元素を含む分子あるい
はそのラジカルが化学吸着する工程である。このとき、
吸着分子のハロゲン元素が完全に脱離せず、かつ２分子
層以上の吸着層が形成されにくいように、例えば基板温
度等の条件を選ぶ。

このような条件下では、基板表面に入射した分子あるい
はそのラジカルが、単分子層を形成した時点で自動的に
化学吸着反応が終了する。更に吸着現象を利用している
ため、ガスの流れ方等、製造装置の構造に依存せず広い
面積にわたって単分子吸着層を形成することが可能であ
る。このとき、基板を回転させる等、従来膜厚分布の均
一性向上のため用いられている工夫は必要ない０次に第
２の工程は単分子層吸着した分子に残留しているハロゲ
ン元素を水素ラジカルを用い剥奪する工程である。これ
により、単分子吸着層を■族単原子層に還元している。

この工程は、表面吸着層が完全に■族原子層に還元され
た時点で終了し、これ以上何ら不都合な反応は生じない
。尚、水素ラジカルの寿命が長いため、広い面積にわた
って完全に前記還元反応を生じせしめることは容易であ
る。

以上述べたように本発明による■族半導体薄膜の製造方
法では、前記第１の工程および前記第２の工程を交互に
くり返す毎に、単原子層オーダーで■族薄膜を広い面積
にわたって均一に成長させることが可能である。したが
って、成長膜厚は前記第１および第２の工程のくり返し
回数によって精密に制御可能である。更に前記第１およ
び第２の工程の手順を１サイクルとすると、１サイクル
で成長する膜厚は供給ガス圧力、流量およびガスの流れ
方等のパラメータに依存しない。このために、製造装置
形状にほとんど依存しないで、かつ多数枚の基板を一度
に成膜できるという利点をもっている。１サイクルで１
原子層程度の成長であるため、成膜時間゛は長くなるが
、前述したように大面積基板を多数枚同時に処理可能で
あるため、トータルなスルーブツトは低くない。

また、本発明を用いれば成膜温度を従来技術より低くで
きる点があげられる。この理由に関してはいまだ明確で
はないが、次のように考えられる。まず表面の化学吸着
現象を利用しているため、吸着分子を完全に分解させる
必要がない点である。次に表面にのみ吸着した分子を水
素ラジカルで還元させる表面反応であるため高い基板温
度を必要としないと考えられる。

従来より低温で成長が可能となったために、１・地層か
らの不純物拡散等の好ましくない影響を少なくできると
ともに石英等非晶質基板上にも粒径の大きな多結晶成膜
が可能となった。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

（実施例１）本実施例に使用した半導体薄膜製造装置のブロック図を
第１図に示す。本実施例ではシリコンの塩化物を■族ソ
ース（図示せず）に利用している。水素ラジカルは１０
０％純水素を高周波あるいはマイクロ波によりプラズマ
を発生させ生成させている。反応室１は石英であり１０
　’−５Ｔｏｒｒまで排気可能である。ガス導入にあた
り、三方弁２゜３をコントローラで制御してシリコンの
塩化物又は水素ラジカルを交互に反応室１に導びく。加
熱は電気炉５によりおこなっている。真空ポンプでそれ
ぞれ反応室１、排気ガス管を排気している。

ここでは、この装置を用いガラス基板上に成膜した多結
晶シリコン薄膜について述べる。まず反応室１を１０−
’Ｔｏｒｒ台まで減圧した後、基板温度を５００℃とす
る。■族ソースとして用いたトリクロロシランを１００
　ＳＣＣＭ排気管の方に流し、安定させるため２０分程
度そのままの状態にする。同時に水素ラジカル生成器６
において水素プラズマを発生させる。このとき水素流量
は１００　ＳＣＣＭである。真空計７．８の値がｌ　Ｔ
ｏｒｒとなるように圧力調整バルブ１０．１１を調整す
る。まず３秒間三方弁２を反応室側間としてトリクロロ
シランを流す。次に２秒間三方弁２を閉として、パージ
ガス（ＡｒあるいはＮ２）を流し反応室内を置換する。

次に三方弁３を３秒間開き水素ラジカルを流す。

次に２秒問三方弁３を閉として、パージガスを流す、こ
れらの手順を１サイクルとして、所定のサイクル数だけ
くり返す、１サイクルで約１．５人強の成長が認められ
た。電子線回折により良好な多結晶シリコンであること
がわかった。３０００サイクルで４７００人弱の膜厚を
得ることができ、膜厚分布は±１％以内と非常に均一で
あった。

本実施例ではトリクロロシランを用いたがジクロロシラ
ンや四塩化シリコンあるいは他のハロゲン化物を用いて
もよい、また同様にゲルマニウムの塩化物あるいは他の
ハロゲン化物を用いてもよい。なお、電気的特性等、応
用目的に応じて適当な不純物を適当なサイクル数毎に、
あるいは原料ガス中に添加することが可能である。

（実施例２）本実施例に使用した半導体薄膜製造装置のブロック図を
第２図に示す。この装置は実施例１で使用した装置と基
本的には同じであるが、■族ハロゲン化物のラジカル生
成器２７が新たに追加されている。■族ハロゲン化物の
ラジカルは高周波あるいはマイクロ波放電を利用して生
成される。

■族ハロゲン化物としてトリクロロシランを用いた。基
板は単結晶シリコンを用い、基板温度を５５０℃とした
。手順は実施例１と同様に３秒間トリクロロシランのラ
ジカル供給、２秒間の置換後３秒間水素ラジカルの供給
をおこなう。続いて２秒間の置換後トリクロロシランの
ラジカル供給と、一連の手順を１サイクルとして所定の
回数だけくり返す。

成膜された膜はシリコンのエピタキシャル層であった。

本実施例による■族半導体薄膜の製造方法は、成膜時間
が従来の方法より長くかかるものの、原子層オーダーで
の膜厚制御および大面積基板を多数枚一度に成膜できる
ため総合スループ・ソトでは従来方法と大差ない。更に
低温で原子層オーダーの膜厚コントロールが可能となっ
たため、従来方法よりデバイス特性の向上はもとより、
新しいデバイス製造の可能性も生まれた。なお、実施例
１と同様に各種■族ハロゲン化物や、適当な不純物添加
等をおこなっても同様な効果を得ることができる。

［発明の効果〕 ■族のハロゲン化物あるいは■族ハロゲ〉・化物のラジ
カルを供給する第１の工程と水素ラジカルを供給する第
２の工程を交互にくり返すことにより■族半導体薄膜を
製造する本発明の方法は、原子層オーダーで成長膜厚を
制御できると同時に比較的低温で広い面積にわたって均
一に成膜することを可能とした。この結果、ガラス基板
上に良好な多結晶薄膜を形成したり、結晶基板上にエピ
タキシャル成長させることが可能となる効果がある。更
に原子層オーダーで膜厚制御できることを利用して、超
格子構造のデバイス製造も可能になる効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１に使用した半導体薄膜製造装
置のブロック図、第２図は本発明の実施例２に使用した半導体薄膜製造装
置のブロック図である。１・・・反応室、２．３・・・三方弁、４・・・基板、
５・・・電気炉、６・・・水素ラジカル生成器、７．８
．９・・・真空計、１０．１１・・・圧力調整バルブ、
１２・１．主バルブ、１３・・・圧力調整バルブ、１４
．１５．１６・・・流量計、２１・・・反応室、２２．
２Ｂ、、、三方弁、２４・・・基板、２５・・・電気炉
、２６・・・水素ラジカル生成器、２７・・・■ハロゲ
ン化物のラジカル生成器、２８，２９．３０・・・真空
計、３１，３２゜３３・・・流量計、４１，４２．４３
・・・圧力調整バルブ、４４・・・主バルブ。

Claims

【特許請求の範囲】

少くとも１以上のIV族元素を含むハロゲン化物又はその
ラジカルを供給して基板表面に吸着させる第１の工程と
、前記IV族元素を含むハロゲン化物又はそのラジカルが
吸着された基板表面に水素ラジカルを供給する第２の工
程とを交互におこなうことを特徴とするIV族半導体薄膜
の製造方法。