JP2002110551A - 半導体薄膜の形成方法及び装置 - Google Patents
半導体薄膜の形成方法及び装置Info
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
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Abstract
(57)【要約】
【課題】膜組織構造の均質性及び膜厚の均質性に優れた
半導体薄膜を形成する。 【解決手段】表面に薄膜を有する基板Ｍを支持体４によ
り支持し、基板の薄膜面に対向して水素ラジカルのガス
吹出し口１２Ａを設け、冷凍機３により支持体４を介し
て熱伝導により４０Ｋより低い温度条件下に冷却した状
態で、ガス吹出し口１２Ａから薄膜に対して水素ラジカ
ルＨを供給し、基板Ｍ上に半導体薄膜を形成する。
半導体薄膜を形成する。 【解決手段】表面に薄膜を有する基板Ｍを支持体４によ
り支持し、基板の薄膜面に対向して水素ラジカルのガス
吹出し口１２Ａを設け、冷凍機３により支持体４を介し
て熱伝導により４０Ｋより低い温度条件下に冷却した状
態で、ガス吹出し口１２Ａから薄膜に対して水素ラジカ
ルＨを供給し、基板Ｍ上に半導体薄膜を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン半導体な
どの半導体薄膜の形成方法、及び半導体薄膜の形成装置
に関する。
どの半導体薄膜の形成方法、及び半導体薄膜の形成装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造工程において、半導体薄膜の
形成技術は重要な要素である。すなわち、形成された薄
膜が半導体デバイス構造を形成し、そのデバイスの特
性、歩留りまたは信頼性などに大きく影響するからであ
る。
形成技術は重要な要素である。すなわち、形成された薄
膜が半導体デバイス構造を形成し、そのデバイスの特
性、歩留りまたは信頼性などに大きく影響するからであ
る。
【０００３】この薄膜形成技術を大別すると、ＣＶＤ
法、ＰＶＤ法、塗布・コーティング法、めっき法である
が、前者のＣＶＤ法及びＰＶＤ法が主流である。ＣＶＤ
法及びＰＶＤ法は、それぞれ多くの種類の方法がある。
法、ＰＶＤ法、塗布・コーティング法、めっき法である
が、前者のＣＶＤ法及びＰＶＤ法が主流である。ＣＶＤ
法及びＰＶＤ法は、それぞれ多くの種類の方法がある。
【０００４】たとえばアモルファスシリコン膜の形成に
は、真空蒸着、プラズマＣＶＤ法、減圧もしくは常圧Ｃ
ＶＤ法、反応性スパッタリング法、イオンプレーティン
グ法、光ＣＶＤ法などが試みられているが、主流はプラ
ズマＣＶＤ法である。
は、真空蒸着、プラズマＣＶＤ法、減圧もしくは常圧Ｃ
ＶＤ法、反応性スパッタリング法、イオンプレーティン
グ法、光ＣＶＤ法などが試みられているが、主流はプラ
ズマＣＶＤ法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】いずれにしても、従来
の方法では、均質で大面積の薄膜の形成が難しいことが
最大の難点である。特に、膜組織構造の均質性及び膜厚
の均質性については、種々の製造要素が関係し、その制
御がきわめて困難である。
の方法では、均質で大面積の薄膜の形成が難しいことが
最大の難点である。特に、膜組織構造の均質性及び膜厚
の均質性については、種々の製造要素が関係し、その制
御がきわめて困難である。
【０００６】したがって、本発明の主たる課題は、表面
に薄膜を有する基板を４０Ｋより低い温度条件下に冷却
した状態で、水素ラジカルを供給することにより、水素
原子のトンネル反応を利用し、膜組織構造の均質性及び
膜厚の均質性に優れた半導体薄膜を形成することにあ
る。
に薄膜を有する基板を４０Ｋより低い温度条件下に冷却
した状態で、水素ラジカルを供給することにより、水素
原子のトンネル反応を利用し、膜組織構造の均質性及び
膜厚の均質性に優れた半導体薄膜を形成することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、４０Ｋより低
い温度、より好ましくは２０Ｋより低い温条件、特には
１０Ｋより低い温条件下で、表面に薄膜を有する基板
に、水素ラジカルを供給し、基板上に半導体薄膜を形成
するものである。
い温度、より好ましくは２０Ｋより低い温条件、特には
１０Ｋより低い温条件下で、表面に薄膜を有する基板
に、水素ラジカルを供給し、基板上に半導体薄膜を形成
するものである。
【０００８】表面に薄膜を有する基板を冷却するに際し
て、基板を支持する支持体を、冷凍機による冷却熱を、
たとえば冷凍機の冷却ヘッドを介して熱伝導により支持
体に与えることにより行なうことができる。
て、基板を支持する支持体を、冷凍機による冷却熱を、
たとえば冷凍機の冷却ヘッドを介して熱伝導により支持
体に与えることにより行なうことができる。
【０００９】この場合、前記基板の薄膜面に対向して水
素ラジカルのガス吹出し口を設け、このガス吹出し口か
ら前記薄膜に対して水素ラジカルを供給することによ
り、薄膜面に対して水素ラジカルを均一に供給するため
に望ましい。
素ラジカルのガス吹出し口を設け、このガス吹出し口か
ら前記薄膜に対して水素ラジカルを供給することによ
り、薄膜面に対して水素ラジカルを均一に供給するため
に望ましい。
【００１０】他方、基板上に形成した半導体薄膜には、
格子欠陥を有する場合がある。そこで、アニ−リング処
理を行うことにより格子欠陥を修復できる。この場合、
支持体を介して熱伝導により半導体薄膜を形成した基板
上を常温以上に加熱することが望ましく、この加熱状態
で前記薄膜に対して水素ラジカルを供給することによ
り、薄膜の安定化を図ることができる。
格子欠陥を有する場合がある。そこで、アニ−リング処
理を行うことにより格子欠陥を修復できる。この場合、
支持体を介して熱伝導により半導体薄膜を形成した基板
上を常温以上に加熱することが望ましく、この加熱状態
で前記薄膜に対して水素ラジカルを供給することによ
り、薄膜の安定化を図ることができる。
【００１１】さらに、アニ−リング処理は、薄膜の形成
室とは別の処理室にて行なうこともできるが、外部から
の不純物の混入などを防止するとともに、４０Ｋより低
い温度条件下から常温より高い温度まで加熱する過程
で、水素ラジカルの供給を続行することがアニ−リング
効果を高めるために望ましい。
室とは別の処理室にて行なうこともできるが、外部から
の不純物の混入などを防止するとともに、４０Ｋより低
い温度条件下から常温より高い温度まで加熱する過程
で、水素ラジカルの供給を続行することがアニ−リング
効果を高めるために望ましい。
【００１２】本発明によれば、真空室と、冷却ヘッドを
備えた冷凍機と、前記冷却ヘッドに接触し基板を支持す
る支持体と、水素含有ガスを励起して水素ラジカルを発
生させる水素ラジカル発生手段と、前記基板に対向して
配置され前記水素ラジカル発生手段により発生した水素
ラジカルを含む水素含有ガスを前記薄膜に吹き付ける水
素ラジカルのガス吹出し口とを備えた半導体薄膜の形成
装置が提供される。
備えた冷凍機と、前記冷却ヘッドに接触し基板を支持す
る支持体と、水素含有ガスを励起して水素ラジカルを発
生させる水素ラジカル発生手段と、前記基板に対向して
配置され前記水素ラジカル発生手段により発生した水素
ラジカルを含む水素含有ガスを前記薄膜に吹き付ける水
素ラジカルのガス吹出し口とを備えた半導体薄膜の形成
装置が提供される。
【００１３】また、真空室と、冷却ヘッドを備えこれを
４０Ｋより低い温度まで冷却可能な冷凍機と、前記冷却
ヘッドに接触して冷却される基板を支持する支持体と、
この支持体を常温以上の温度に加熱する加熱手段と、水
素含有ガスを励起して水素ラジカルを発生させる水素ラ
ジカル発生手段と、前記基板に対向して配置され前記水
素ラジカル発生手段により発生した水素ラジカルを含む
水素含有ガスを前記薄膜に吹き付ける水素ラジカルのガ
ス吹出し口とを備えた半導体薄膜の形成装置も提供され
る。
４０Ｋより低い温度まで冷却可能な冷凍機と、前記冷却
ヘッドに接触して冷却される基板を支持する支持体と、
この支持体を常温以上の温度に加熱する加熱手段と、水
素含有ガスを励起して水素ラジカルを発生させる水素ラ
ジカル発生手段と、前記基板に対向して配置され前記水
素ラジカル発生手段により発生した水素ラジカルを含む
水素含有ガスを前記薄膜に吹き付ける水素ラジカルのガ
ス吹出し口とを備えた半導体薄膜の形成装置も提供され
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態をさらに
詳説する。真空室内において極低温下で、シリコン基板
上に真空蒸着した１２分子層のモノシラン（ＳｉＨ4）
薄膜に対して、１時間水素ラジカルを照射した後、高感
度反射赤外吸収スペクトル測定により反応を観察し、反
応したＳｉＨ4（および残留量）と生成したジシラン
（Ｓｉ2Ｈ6）の反応温度依存性を調べたところ、図１に
示す結果が得られた。１０Ｋ（ケルビン）においては、
ＳｉＨ4の約５７％が反応により消失し、Ｓｉ2Ｈ6が約
１．５％生成した。このことから、反応した約５５％の
ＳｉＨ4が重合したと考えられる。さらに、１０Ｋから
ＳｉＨ4が離脱し始める直前の４０Ｋまでの温度範囲で
は、高温になるにつれて反応するＳｉＨ4量、および生
成するＳｉ2Ｈ6の量が減少する。
詳説する。真空室内において極低温下で、シリコン基板
上に真空蒸着した１２分子層のモノシラン（ＳｉＨ4）
薄膜に対して、１時間水素ラジカルを照射した後、高感
度反射赤外吸収スペクトル測定により反応を観察し、反
応したＳｉＨ4（および残留量）と生成したジシラン
（Ｓｉ2Ｈ6）の反応温度依存性を調べたところ、図１に
示す結果が得られた。１０Ｋ（ケルビン）においては、
ＳｉＨ4の約５７％が反応により消失し、Ｓｉ2Ｈ6が約
１．５％生成した。このことから、反応した約５５％の
ＳｉＨ4が重合したと考えられる。さらに、１０Ｋから
ＳｉＨ4が離脱し始める直前の４０Ｋまでの温度範囲で
は、高温になるにつれて反応するＳｉＨ4量、および生
成するＳｉ2Ｈ6の量が減少する。
【００１５】このことは、低温ほど水素原子とシリコン
薄膜との反応性が大きいことが判る。この意味すること
は、極低温下では水素原子がトンネル現象に示しながら
特異な化学反応性を示すことに由来すると考えられる。
すなわち、水素原子は原子の中で最も小さい質量を持
つ。このために、原子の量子性が最も大きく、顕著な波
動性を示す。この顕著な波動性のために、極低温下で水
素原子がトンネル現象を示すものである。この極低温下
での反応速度は常温以上の温度の反応速度に等しいかよ
り大きい。したがって、極低温下で高い反応速度をもっ
てシリコン薄膜の形成が可能となる。
薄膜との反応性が大きいことが判る。この意味すること
は、極低温下では水素原子がトンネル現象に示しながら
特異な化学反応性を示すことに由来すると考えられる。
すなわち、水素原子は原子の中で最も小さい質量を持
つ。このために、原子の量子性が最も大きく、顕著な波
動性を示す。この顕著な波動性のために、極低温下で水
素原子がトンネル現象を示すものである。この極低温下
での反応速度は常温以上の温度の反応速度に等しいかよ
り大きい。したがって、極低温下で高い反応速度をもっ
てシリコン薄膜の形成が可能となる。
【００１６】次に本発明の具体例を図２を参照しながら
説明する。１は真空ポンプ２により真空化される真空室
である。３は冷凍機で、冷却ヘッド３Ａを備えている。
冷却ヘッド３Ａの外周には放射シールド３Ｂが設けら
れ、これらの間の空間を真空化しつつ放射シールド３Ｂ
により冷却ヘッド３Ａへの周囲からの輻射熱の流入を防
止するようにしてある。冷却ヘッド３Ａは、冷凍機３の
本体により、４０Ｋより低い温度まで冷却可能である。
冷却ヘッド３Ａには、基板Ｍを支持する支持体４が固定
されており、冷却ヘッド３Ａの冷熱が基板Ｍに熱伝導さ
れ、基板Ｍが冷却される。また、支持体４に接触してセ
ラミックヒータなどの加熱手段５が設けられ、支持体４
を介して熱が基板Ｍに熱伝導される。
説明する。１は真空ポンプ２により真空化される真空室
である。３は冷凍機で、冷却ヘッド３Ａを備えている。
冷却ヘッド３Ａの外周には放射シールド３Ｂが設けら
れ、これらの間の空間を真空化しつつ放射シールド３Ｂ
により冷却ヘッド３Ａへの周囲からの輻射熱の流入を防
止するようにしてある。冷却ヘッド３Ａは、冷凍機３の
本体により、４０Ｋより低い温度まで冷却可能である。
冷却ヘッド３Ａには、基板Ｍを支持する支持体４が固定
されており、冷却ヘッド３Ａの冷熱が基板Ｍに熱伝導さ
れ、基板Ｍが冷却される。また、支持体４に接触してセ
ラミックヒータなどの加熱手段５が設けられ、支持体４
を介して熱が基板Ｍに熱伝導される。
【００１７】他方、水素含有ガスＧを励起して水素ラジ
カルを発生させる水素ラジカル発生手段１０が設けられ
ている。水素ラジカル発生手段１０は、たとえばマイク
ロ波プラズマ発生装置により構成されている。モリブデ
ンワイヤ１０Ａは、トラップ用である。この水素ラジカ
ル発生手段１０により発生した水素ラジカルを含む水素
含有ガスは、導管１１を介して真空室１内に配置された
ガスシャワー１２に導かれる。ガスシャワー１２には、
たとえば約０．１ｍｍ程度の細孔をからなるガス吹出し
口１２Ａが多数形成され、水素ラジカルＨを含む水素含
有ガスは基板Ｍの薄膜に対して照射される。
カルを発生させる水素ラジカル発生手段１０が設けられ
ている。水素ラジカル発生手段１０は、たとえばマイク
ロ波プラズマ発生装置により構成されている。モリブデ
ンワイヤ１０Ａは、トラップ用である。この水素ラジカ
ル発生手段１０により発生した水素ラジカルを含む水素
含有ガスは、導管１１を介して真空室１内に配置された
ガスシャワー１２に導かれる。ガスシャワー１２には、
たとえば約０．１ｍｍ程度の細孔をからなるガス吹出し
口１２Ａが多数形成され、水素ラジカルＨを含む水素含
有ガスは基板Ｍの薄膜に対して照射される。
【００１８】１３は排気口、１４は基板Ｍの搬入及び取
り出し口であり、ゲートバルブ１５が設けられている。
１６は、基板Ｍの冷却を保持するために、たとえば液体
窒素を流通させる冷却シュラウドである。
り出し口であり、ゲートバルブ１５が設けられている。
１６は、基板Ｍの冷却を保持するために、たとえば液体
窒素を流通させる冷却シュラウドである。
【００１９】薄膜の形成に際しては、基板Ｍ表面にたと
えば真空蒸着により薄膜を形成する。この真空蒸着を行
なうために、真空室１をそのまま利用するほか、別途、
薄膜を真空蒸着した基板を真空室１内に搬入することも
できる。いずれにしても、薄膜を有する基板Ｍは、支持
体４上に載置する。基板Ｍの搬入載置には、図示しない
ロードロック室内に持ち込んだ基板をロボットを用いて
真空室１内の支持体４上に載置することができる。
えば真空蒸着により薄膜を形成する。この真空蒸着を行
なうために、真空室１をそのまま利用するほか、別途、
薄膜を真空蒸着した基板を真空室１内に搬入することも
できる。いずれにしても、薄膜を有する基板Ｍは、支持
体４上に載置する。基板Ｍの搬入載置には、図示しない
ロードロック室内に持ち込んだ基板をロボットを用いて
真空室１内の支持体４上に載置することができる。
【００２０】次いで、冷凍機３により冷却ヘッド３Ａを
冷却し、支持体４を介して熱伝導により４０Ｋより低い
温度条件下に基板Ｍを冷却する。このとき、水素ラジカ
ル発生手段１０により発生した水素ラジカルを含む水素
含有ガスを、導管１１を介して真空室１内に配置された
ガスシャワー１２に導き、その各ガス吹出し口１２Ａか
ら水素ラジカルＨを含む水素含有ガスを基板Ｍの薄膜に
対して照射する。この操作を所定時間行い、基板Ｍ上に
半導体薄膜を形成する。
冷却し、支持体４を介して熱伝導により４０Ｋより低い
温度条件下に基板Ｍを冷却する。このとき、水素ラジカ
ル発生手段１０により発生した水素ラジカルを含む水素
含有ガスを、導管１１を介して真空室１内に配置された
ガスシャワー１２に導き、その各ガス吹出し口１２Ａか
ら水素ラジカルＨを含む水素含有ガスを基板Ｍの薄膜に
対して照射する。この操作を所定時間行い、基板Ｍ上に
半導体薄膜を形成する。
【００２１】半導体薄膜が形成された基板Ｍは、真空室
１から搬出して別のアニ−リング室にてアニ−リング処
理を行うこともできるが、真空室１内で半導体薄膜の形
成に続いてアニ−リング処理を行うことが望ましい。す
なわち、冷凍機３の運転を停止するが、半導体薄膜に対
する水素ラジカルＨの供給を続行しながら、セラミック
ヒータなどの加熱手段５により支持体４を介して熱伝導
により半導体薄膜を形成した基板Ｍを常温以上、たとえ
ば１００〜６００℃の温度まで加熱し半導体薄膜のアニ
−リングを行なうことができる。
１から搬出して別のアニ−リング室にてアニ−リング処
理を行うこともできるが、真空室１内で半導体薄膜の形
成に続いてアニ−リング処理を行うことが望ましい。す
なわち、冷凍機３の運転を停止するが、半導体薄膜に対
する水素ラジカルＨの供給を続行しながら、セラミック
ヒータなどの加熱手段５により支持体４を介して熱伝導
により半導体薄膜を形成した基板Ｍを常温以上、たとえ
ば１００〜６００℃の温度まで加熱し半導体薄膜のアニ
−リングを行なうことができる。
【００２２】低温において合成された半導体薄膜は、一
方で格子欠陥を含むことがある。この欠陥は合成した薄
膜を常温以上に昇温し、これを水素原子処理することに
より膜質の均質化を図ることができる。すなわち、水素
原子の固体内トンネル拡散距離が大きいために、上記の
アニ−リング処理により、シリコン結晶中を水素原子が
長距離拡散して固体中に存在するＳｉ−Ｈ結合の水素原
子を引抜き、均質な結晶構造を成長させることにより、
格子欠陥を修復できる。
方で格子欠陥を含むことがある。この欠陥は合成した薄
膜を常温以上に昇温し、これを水素原子処理することに
より膜質の均質化を図ることができる。すなわち、水素
原子の固体内トンネル拡散距離が大きいために、上記の
アニ−リング処理により、シリコン結晶中を水素原子が
長距離拡散して固体中に存在するＳｉ−Ｈ結合の水素原
子を引抜き、均質な結晶構造を成長させることにより、
格子欠陥を修復できる。
【００２３】上記の形態において、真空蒸着により基板
に薄膜を形成するに際しては、シランガスのほか、ゲル
マン、半導体製造用特殊ガス、有機金属化合物ガスなど
の原料ガスを用いて高真空下で真空蒸着することができ
る。ゲルマン、有機金属化合物などを真空蒸着し、これ
らを水素原子と反応させることにより超格子薄膜の形成
が可能である。例えば、ＺｎＳ及びＺｎＳｅからなる超
格子薄膜の生成や太陽電池用のシリコン，ゲルマン膜の
創製が可能である。
に薄膜を形成するに際しては、シランガスのほか、ゲル
マン、半導体製造用特殊ガス、有機金属化合物ガスなど
の原料ガスを用いて高真空下で真空蒸着することができ
る。ゲルマン、有機金属化合物などを真空蒸着し、これ
らを水素原子と反応させることにより超格子薄膜の形成
が可能である。例えば、ＺｎＳ及びＺｎＳｅからなる超
格子薄膜の生成や太陽電池用のシリコン，ゲルマン膜の
創製が可能である。
【００２４】水素ラジカル発生手段１０としては、放電
プラズマ(直流放電、あるいはマイクロ波、高周波放
電、ＲＦ放電)、電子線、あるいは金属との接触熱分解
などにより水素ラジカルを発生させる方式を採用であき
る。基板に蒸着された薄膜、あるいは基板に蒸着させな
がら、水素ラジカル発生手段１０からの水素原子（水素
ラジカル）をスプレーする。水素原子発生用の気体には
純水素ガス、あるいは水素ガスと希ガス(ヘリウムやネ
オンガス)の混合気体を用いることができる。薄膜を構
成する半導体製造用分子と、水素原子とのトンネル反応
(水素原子による引き抜き反応)によって、半導体製造用
ガス分子から水素原子(あるいはメチル基など)を引き抜
き、試料気体分子を分解させる。分解した分子は、互い
に反応して半導体等薄膜が形成される。
プラズマ(直流放電、あるいはマイクロ波、高周波放
電、ＲＦ放電)、電子線、あるいは金属との接触熱分解
などにより水素ラジカルを発生させる方式を採用であき
る。基板に蒸着された薄膜、あるいは基板に蒸着させな
がら、水素ラジカル発生手段１０からの水素原子（水素
ラジカル）をスプレーする。水素原子発生用の気体には
純水素ガス、あるいは水素ガスと希ガス(ヘリウムやネ
オンガス)の混合気体を用いることができる。薄膜を構
成する半導体製造用分子と、水素原子とのトンネル反応
(水素原子による引き抜き反応)によって、半導体製造用
ガス分子から水素原子(あるいはメチル基など)を引き抜
き、試料気体分子を分解させる。分解した分子は、互い
に反応して半導体等薄膜が形成される。
【００２５】半導体等薄膜の製造プロセスは、上記のよ
うに、一定の膜厚の薄膜を蒸着し、これを水素原子スプ
レーする方法のほか、半導体製造用試料ガスを連続的に
蒸着しながら、水素原子を同時にスプレーすることもで
きる。
うに、一定の膜厚の薄膜を蒸着し、これを水素原子スプ
レーする方法のほか、半導体製造用試料ガスを連続的に
蒸着しながら、水素原子を同時にスプレーすることもで
きる。
【００２６】生成した薄膜の緻密性を高めるため、１０
Ｋにおける反応時に、形成されつつある薄膜に紫外線や
放電プラズマによって生成した準安定電子励起状態のヘ
リウムやネオン原子を照射する。これによってボイド(v
oid)のすくない高品質薄膜が生成させることができる。
Ｋにおける反応時に、形成されつつある薄膜に紫外線や
放電プラズマによって生成した準安定電子励起状態のヘ
リウムやネオン原子を照射する。これによってボイド(v
oid)のすくない高品質薄膜が生成させることができる。
【００２７】叙述のように、極低温にて合成された薄膜
は、原子同上のネットワ一ク形成が不十分であり、高品
質の半導体に改質するためには、アニーリングが必要と
なる場合がある。アニーリングに際しては、薄膜を形成
した基板の温度を１０Ｋ以下から室温を超える高温まで
連続的に昇温しながら、薄膜に対して、水素原子を照射
するほか、希ガス純安定励起原子、紫外線などで連続照
射することもできる。これによって、薄膜を構成する原
子のネットワーク化が進み、良質の半導体薄膜、金属薄
膜、酸化膜、窒化膜などが形成される。
は、原子同上のネットワ一ク形成が不十分であり、高品
質の半導体に改質するためには、アニーリングが必要と
なる場合がある。アニーリングに際しては、薄膜を形成
した基板の温度を１０Ｋ以下から室温を超える高温まで
連続的に昇温しながら、薄膜に対して、水素原子を照射
するほか、希ガス純安定励起原子、紫外線などで連続照
射することもできる。これによって、薄膜を構成する原
子のネットワーク化が進み、良質の半導体薄膜、金属薄
膜、酸化膜、窒化膜などが形成される。
【００２８】本発明の極低温薄膜製造技術は、半導体薄
膜、金属薄膜、酸化物、窒化物等の膜形成に適用するこ
とができる。形成される膜の厚さは、低温基板に蒸着さ
れた膜厚に厳密に対応するので、原子レベルでの膜厚の
制御が可能となる。酸化物、窒化物の製造には各々、酸
素原子、窒素原子を薄膜に照射して製造する。これによ
り、大面積でかつ均質な各種薄膜を形成できる。
膜、金属薄膜、酸化物、窒化物等の膜形成に適用するこ
とができる。形成される膜の厚さは、低温基板に蒸着さ
れた膜厚に厳密に対応するので、原子レベルでの膜厚の
制御が可能となる。酸化物、窒化物の製造には各々、酸
素原子、窒素原子を薄膜に照射して製造する。これによ
り、大面積でかつ均質な各種薄膜を形成できる。
【００２９】（実施例１）図２に示す装置にて、上記の
ように、シリコン基板上に真空蒸着した１２分子層のモ
ノシラン（ＳｉＨ4）薄膜に対して、１０Ｋの温度条件
下で、２０分間水素ラジカルを照射したところ、ジシラ
ン（Ｓｉ2Ｈ6）を１．５％生成させることができた。
ように、シリコン基板上に真空蒸着した１２分子層のモ
ノシラン（ＳｉＨ4）薄膜に対して、１０Ｋの温度条件
下で、２０分間水素ラジカルを照射したところ、ジシラ
ン（Ｓｉ2Ｈ6）を１．５％生成させることができた。
【００３０】（実施例２）他のシラン以外の各種半導体
薄膜についても、４０Ｋより低い温度条件下で薄膜を形
成することが有効な手段であることを確認した。
薄膜についても、４０Ｋより低い温度条件下で薄膜を形
成することが有効な手段であることを確認した。
【００３１】以上のことから、次記の知見を得た。すな
わち、シリコン網目構造としては、アモルファス態、多
結晶があげられ、アモルファスシリコンでは水素原子に
よる表面構造制御の結果、バンドギャップが１．５ｅＶ
〜２．０ｅＶまで、広い範囲で制御された高品質、高安
定薄膜が得られる。いずれも従来のアモルファスシリコ
ン膜に比較して、飛躍的な構造安定性の改善が期待され
る。多結晶シリコンでは、結晶化率９０％以上で粒径２
００ｎｍ〜３００ｎｍの高品質高安定多結晶シリコン薄
膜が得られる。原料としては、ＳｉＦ4，ＳｉＣｌ3Ｈ，
ＳｉＨ2Ｃ１2などのハロゲン化シランを使用する。これ
らを水素原子の存在下でプラズマ分解すると低温で多結
晶シリコンが０．１ｎｍ／ｓ〜２ｎｍ／ｓの速度で形成
される。供給する水素原子量を制御することにより、結
晶粒の微構造が異なる多結晶を再現よく制御できる。例
えば（２２０）優先配向、（４００）優先配向の多結晶
シリコン薄膜をそれぞれ作ることが出来る。前者は表面
の凹凸構造より、太陽電池の「光封じ込め」効果が期待
でき、次世代薄膜太陽電池材料として応用できる。また
後者は、その表面が原子レベルで平滑であることから液
晶駆動用薄膜トランジスタとしての応用が期待される。
両者とも欠陥は水素により終端され、優れた光伝導、比
較的高いキャリア移動度（１０〜２０ｃｍ2／Ｖｓ）を
示す。
わち、シリコン網目構造としては、アモルファス態、多
結晶があげられ、アモルファスシリコンでは水素原子に
よる表面構造制御の結果、バンドギャップが１．５ｅＶ
〜２．０ｅＶまで、広い範囲で制御された高品質、高安
定薄膜が得られる。いずれも従来のアモルファスシリコ
ン膜に比較して、飛躍的な構造安定性の改善が期待され
る。多結晶シリコンでは、結晶化率９０％以上で粒径２
００ｎｍ〜３００ｎｍの高品質高安定多結晶シリコン薄
膜が得られる。原料としては、ＳｉＦ4，ＳｉＣｌ3Ｈ，
ＳｉＨ2Ｃ１2などのハロゲン化シランを使用する。これ
らを水素原子の存在下でプラズマ分解すると低温で多結
晶シリコンが０．１ｎｍ／ｓ〜２ｎｍ／ｓの速度で形成
される。供給する水素原子量を制御することにより、結
晶粒の微構造が異なる多結晶を再現よく制御できる。例
えば（２２０）優先配向、（４００）優先配向の多結晶
シリコン薄膜をそれぞれ作ることが出来る。前者は表面
の凹凸構造より、太陽電池の「光封じ込め」効果が期待
でき、次世代薄膜太陽電池材料として応用できる。また
後者は、その表面が原子レベルで平滑であることから液
晶駆動用薄膜トランジスタとしての応用が期待される。
両者とも欠陥は水素により終端され、優れた光伝導、比
較的高いキャリア移動度（１０〜２０ｃｍ2／Ｖｓ）を
示す。
【００３２】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、表面に
薄膜を有する基板を４０Ｋより低い温度条件下に冷却し
た状態で、水素ラジカルを供給することにより、水素原
子のトンネル反応を利用し、膜組織構造の均質性及び膜
厚の均質性に優れた半導体薄膜を形成することができ
る。
薄膜を有する基板を４０Ｋより低い温度条件下に冷却し
た状態で、水素ラジカルを供給することにより、水素原
子のトンネル反応を利用し、膜組織構造の均質性及び膜
厚の均質性に優れた半導体薄膜を形成することができ
る。
【図１】実験結果を示すグラフである。
【図２】本発明の薄膜形成態様を示す概要図である。
１…真空室、３…冷凍機、３Ａ…冷却ヘッド、４…支持
体、５…加熱手段、１０…水素ラジカル発生手段、１２
…ガスシャワー、１２Ａ…ガス吹出し口、１６…冷却シ
ュラウド、Ｇ…水素含有ガス、Ｍ…基板。
体、５…加熱手段、１０…水素ラジカル発生手段、１２
…ガスシャワー、１２Ａ…ガス吹出し口、１６…冷却シ
ュラウド、Ｇ…水素含有ガス、Ｍ…基板。
フロントページの続き (72)発明者 高松 利行 千葉県八千代市緑が丘１丁目20番地15 株 式会社エス・エス・ティ内 Ｆターム(参考） 5F045 AA16 AA18 AB02 AB03 AB04 AB22 AC01 AF03 BB07 BB12 CA13 CA15 DA54 DP03 EB08 EF05 EH18 EJ02 EJ09 EK07 EN04 HA16 HA23 5F051 AA09 5F103 AA10 BB41 BB57 GG02 GG03 HH03 LL16 PP03 RR04 RR06
Claims (7)
- 【請求項１】４０Ｋより低い温度条件下で、表面に薄膜
を有する基板に、水素ラジカルを供給し、前記基板上に
半導体薄膜を形成することを特徴とする半導体薄膜の形
成方法。 - 【請求項２】表面に薄膜を有する基板を、冷凍機により
前記基板の支持体を介して熱伝導により４０Ｋより低い
温度条件下に冷却した状態で、水素ラジカルを供給し、
前記基板上に半導体薄膜を形成することを特徴とする半
導体薄膜の形成方法。 - 【請求項３】表面に薄膜を有する基板を支持体により支
持し、前記基板の薄膜面に対向して水素ラジカルのガス
吹出し口を設け、冷凍機により前記支持体を介して熱伝
導により４０Ｋより低い温度条件下に冷却した状態で、
前記ガス吹出し口から前記薄膜に対して水素ラジカルを
供給し、前記基板上に半導体薄膜を形成することを特徴
とする半導体薄膜の形成方法。 - 【請求項４】表面に薄膜を有する基板を支持体により支
持し、前記基板の薄膜面に対向して水素ラジカルのガス
吹出し口を設け、冷凍機により前記支持体を介して熱伝
導により４０Ｋより低い温度条件下に冷却した状態で、
前記ガス吹出し口から前記薄膜に対して水素ラジカルを
供給し、前記基板上に半導体薄膜を形成し、 その後前記支持体を介して熱伝導により半導体薄膜を形
成した基板上を常温以上に加熱した状態で前記ガス吹出
し口から前記薄膜に対して水素ラジカルを供給し薄膜の
アニ−リングを行なうことを特徴とする半導体薄膜の形
成方法。 - 【請求項５】表面に薄膜を有する基板を支持体により支
持し、前記基板の薄膜面に対向して水素ラジカルのガス
吹出し口を設け、冷凍機により前記支持体を介して熱伝
導により４０Ｋより低い温度条件下に冷却した状態で、
前記ガス吹出し口から前記薄膜に対して水素ラジカルを
供給し、前記基板上に半導体薄膜を形成し、 その後、この半導体薄膜に対して水素ラジカルの供給を
続行しながら、前記支持体を介して熱伝導により半導体
薄膜を形成した基板上を常温以上まで加熱し半導体薄膜
のアニ−リングを行なうことを特徴とする半導体薄膜の
形成方法。 - 【請求項６】真空室と、冷却ヘッドを備えた冷凍機と、
前記冷却ヘッドに接触し基板を支持する支持体と、水素
含有ガスを励起して水素ラジカルを発生させる水素ラジ
カル発生手段と、前記基板に対向して配置され前記水素
ラジカル発生手段により発生した水素ラジカルを含む水
素含有ガスを前記薄膜に吹き付ける水素ラジカルのガス
吹出し口とを備えたことを特徴とする半導体薄膜の形成
装置。 - 【請求項７】真空室と、冷却ヘッドを備えこれを４０Ｋ
より低い温度まで冷却可能な冷凍機と、前記冷却ヘッド
に接触して冷却される基板を支持する支持体と、この支
持体を常温以上の温度に加熱する加熱手段と、水素含有
ガスを励起して水素ラジカルを発生させる水素ラジカル
発生手段と、前記基板に対向して配置され前記水素ラジ
カル発生手段により発生した水素ラジカルを含む水素含
有ガスを前記薄膜に吹き付ける水素ラジカルのガス吹出
し口とを備えたことを特徴とする半導体薄膜の形成装
置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000294738A JP2002110551A (ja) | 2000-09-27 | 2000-09-27 | 半導体薄膜の形成方法及び装置 |
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| TW090106225A TW569309B (en) | 2000-09-27 | 2001-03-16 | Process and apparatus for forming semiconductor thin film |
| US09/811,785 US6472299B2 (en) | 2000-09-27 | 2001-03-20 | Method and apparatus for treating a substrate with hydrogen radicals at a temperature of less than 40 K |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000294738A JP2002110551A (ja) | 2000-09-27 | 2000-09-27 | 半導体薄膜の形成方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002110551A true JP2002110551A (ja) | 2002-04-12 |
| JP2002110551A5 JP2002110551A5 (ja) | 2007-11-01 |
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ID=18777278
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| EP (1) | EP1193325A1 (ja) |
| JP (1) | JP2002110551A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003083915A1 (en) * | 2002-03-29 | 2003-10-09 | Miyatsu Co., Ltd. | Method for forming thin film |
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| US7998537B2 (en) * | 2002-03-01 | 2011-08-16 | The Chinese University Of Hong Kong | Method for selectively removing hydrogen from molecules |
| KR20040007963A (ko) * | 2002-07-15 | 2004-01-28 | 삼성전자주식회사 | 단원자층 증착 반응장치 |
| US7197863B1 (en) | 2005-07-13 | 2007-04-03 | Scag Power Equipment, Inc. | Lawnmower cutter deck with side-to-side deck leveler |
| NO328202B1 (no) * | 2006-02-21 | 2010-01-04 | Elkem Solar As | Fremgangsmåte og apparatur for fremstilling av silan |
| CN102414260B (zh) * | 2009-03-03 | 2014-02-19 | 西安大略大学 | 制备层合异质结聚合性装置的方法 |
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| RU2100477C1 (ru) * | 1994-10-18 | 1997-12-27 | Равель Газизович Шарафутдинов | Способ осаждения пленок гидрогенизированного кремния |
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-
2000
- 2000-09-27 JP JP2000294738A patent/JP2002110551A/ja active Pending
-
2001
- 2001-03-16 TW TW090106225A patent/TW569309B/zh not_active IP Right Cessation
- 2001-03-16 EP EP01106350A patent/EP1193325A1/en not_active Withdrawn
- 2001-03-20 US US09/811,785 patent/US6472299B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-03-21 KR KR1020010014658A patent/KR100787285B1/ko not_active Expired - Fee Related
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| KR100787285B1 (ko) | 2007-12-20 |
| TW569309B (en) | 2004-01-01 |
| EP1193325A1 (en) | 2002-04-03 |
| US6472299B2 (en) | 2002-10-29 |
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