JP2706995B2 - Method for forming polycrystalline semiconductor film by microwave plasma CVD method - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、容易に入手し得る絶縁性基体を使用して、
良質の多結晶半導体膜をマイクロ波プラズマCVD法によ
り形成する方法に関する。より詳細には、本発明は、プ
ラズマ生成室で原料ガスをマイクロ波エネルギーにより
分解してプラズマを生成し、該プラズマを成膜室に導入
して該成膜室内に設置された支持台上に載置された絶縁
性基体上に多結晶半導体膜を形成するに際して、前記プ
ラズマ生成室と前記支持台との間に特定の周波数の高周
波電圧を印加して前記基体の表面近傍におけるプラズマ
中のイオンのエネルギー分散を制御しながら成膜を行う
ことにより前記絶縁性基体上に良質の多結晶半導体膜を
形成する方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field to which the Invention Belongs] The present invention uses an easily available insulating substrate,
The present invention relates to a method for forming a high-quality polycrystalline semiconductor film by a microwave plasma CVD method. More specifically, the present invention provides a method in which a source gas is decomposed by microwave energy in a plasma generation chamber to generate plasma, and the plasma is introduced into a film formation chamber and placed on a support table installed in the film formation chamber. When forming a polycrystalline semiconductor film on the placed insulating substrate, a high-frequency voltage having a specific frequency is applied between the plasma generation chamber and the support table, and ions in the plasma near the surface of the substrate are applied. The present invention relates to a method for forming a high-quality polycrystalline semiconductor film on the insulating substrate by forming a film while controlling the energy dispersion of the semiconductor substrate.

〔従来技術の説明〕[Description of Prior Art]

最近、液晶ディスプレイが薄型であって、消費電力が
小さいことから、ブラウン管に代わり得るものとして注
目を集めている。このことから、液晶ディスプレイの性
能を向上させる観点で、多結晶シリコン薄膜トランジス
タ（以下、“多結晶シリコンTFT"という。）についての
研究がさかんになされている。多結晶シリコンTFTにつ
いてのそうした研究の中心は、ガラスなどの容易に入手
し得る絶縁性の基体の表面に如何にしたら低温で良質の
多結晶半導体膜が効率的に形成できるかという点にあ
る。しかしながら、現在のところ前述した絶縁性基体上
への良質の多結晶半導体膜の効率的形成を可能にする適
切な方法は未だ実現されていない。Recently, a liquid crystal display has been attracting attention as an alternative to a CRT because of its thinness and low power consumption. For this reason, studies on polycrystalline silicon thin film transistors (hereinafter, referred to as “polycrystalline silicon TFTs”) have been actively conducted from the viewpoint of improving the performance of liquid crystal displays. The focus of such research on polycrystalline silicon TFTs has been how to efficiently form high quality polycrystalline semiconductor films at low temperatures on the surface of readily available insulating substrates such as glass. However, at present, an appropriate method for efficiently forming a high-quality polycrystalline semiconductor film on the insulating substrate described above has not yet been realized.

ところで多結晶質シリコン半導体膜については、それ
を比較的低い膜堆積温度で形成するプラズマCVD法（pla
sma chemical vapor deposition method）について数多
くの提案がなされている。Incidentally, a polycrystalline silicon semiconductor film is formed by a plasma CVD method (pla
Many proposals have been made for the sma chemical vapor deposition method).

そうしたプラズマCVD法は、高周波（RF）電力を使用
するRFグロー放電分解法と称され、この方法では高周波
（RF）放電により原料ガスを分解して基体表面に多結晶
半導体膜が形成される。しかし、該RFグロー放電分解法
については、原料ガスの利用効率が満足できる程のもの
ではない問題点があるのに加えて、相互に有機的に関係
する成膜パラメーターがいくつか存在して、そうした複
数のパラメーターを所望どおりに制御することが難しい
という問題点があり、所望の多結晶半導体膜を安定して
定常的に効率よく得ることは難しい。Such a plasma CVD method is called an RF glow discharge decomposition method using high frequency (RF) power. In this method, a source gas is decomposed by a high frequency (RF) discharge to form a polycrystalline semiconductor film on a substrate surface. However, in the RF glow discharge decomposition method, in addition to the problem that the utilization efficiency of the raw material gas is not satisfactory, there are some film formation parameters that are organically related to each other. There is a problem that it is difficult to control such a plurality of parameters as desired, and it is difficult to stably and efficiently obtain a desired polycrystalline semiconductor film.

こうしたことから、最近、高周波電力に代えて波長の
短いマイクロ波電力を使用するマイクロ波プラズマCVD
法が注目されている。マイクロ波プラズマCVD法によれ
ば、RFグロー放電分解法の場合に比べ、プラズマを高密
度に生成できるので堆積膜を高堆積速度で形成できる利
点がある。For these reasons, recently, microwave plasma CVD using short-wavelength microwave power instead of high-frequency power
The law is drawing attention. According to the microwave plasma CVD method, the plasma can be generated at a higher density than in the case of the RF glow discharge decomposition method, so that there is an advantage that the deposited film can be formed at a high deposition rate.

しかし、マイクロ波プラズマCVD法については上述し
たRFグロー放電分解法の場合と同様で、相互に有機的に
関係する成膜パラメーターがいくつか存在し、それらパ
ラメーターを所望どおりに制御することが難しいことか
ら、所望の多結晶半導体膜を安定して定常的に得ること
は難しいという問題点がある。However, as with the RF glow discharge decomposition method described above, the microwave plasma CVD method has several organically related deposition parameters, and it is difficult to control these parameters as desired. Therefore, it is difficult to obtain a desired polycrystalline semiconductor film stably and constantly.

マイクロ波プラズマCVD法のこうした問題点を改善す
る観点に立って、マイクロはCVD法において磁界をかけ
る成膜法、即ち、ECR（電子サイクロトロン共鳴）プラ
ズマCVD法が提案されている。From the viewpoint of improving these problems of the microwave plasma CVD method, a film formation method in which a magnetic field is applied in a micro CVD method, that is, an ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma CVD method has been proposed.

このECRプラズマCVD法によれば、マイクロ波プラズマ
CVD法による場合より、高効率で高堆積速度で欠陥の少
ない良質の多結晶半導体膜が得られるとされている。と
ころで、このECRプラズマCVD法については、良質の多結
晶半導体膜を得るについては、プラズマ生成に係る条件
に加えて磁界をかけて生成されるプラズマ中のイオンエ
ネルギーを制御する条件を設定する必要があり、それら
条件を有機的相互関係で望ましい状態にすることは技術
的に難しいという問題がある。According to this ECR plasma CVD method, microwave plasma
It is said that a high-quality polycrystalline semiconductor film with higher efficiency, a higher deposition rate, and less defects can be obtained as compared with the CVD method. By the way, in this ECR plasma CVD method, in order to obtain a high-quality polycrystalline semiconductor film, it is necessary to set conditions for controlling ion energy in plasma generated by applying a magnetic field in addition to conditions for plasma generation. There is a problem that it is technically difficult to bring these conditions into a desirable state by organic interaction.

こうしたことから、従来提案されているいずれの成膜
法によっても、半導体デバイスの構成材料として所望の
特性を発揮する良質の多結晶半導体膜を低温で安定して
定常的に得ることは難しい。For these reasons, it is difficult to stably and constantly obtain a good-quality polycrystalline semiconductor film exhibiting desired characteristics as a constituent material of a semiconductor device at a low temperature by any of the conventionally proposed film forming methods.

ところで上記ECRプラズマCVD法による成膜方法につい
ては、応用物理学会予稿集31p−Ｋ−２において第６図
に示す概略構成の装置を使用する方法が報告されてい
る。As for the film forming method by the ECR plasma CVD method, a method using a device having a schematic configuration shown in FIG. 6 has been reported in the Proceedings of the Japan Society of Applied Physics 31p-K-2.

この報告では、第６図に模式的に示す構成の装置を用
いて、単結晶シリコンウエハー上に200℃という低温で
多結晶シリコン膜を、400℃でホモエピタキシャル成長
させて形成することができたとしている。第６図の装置
はECRプラズマ装置にイオン制御用直流電源を設けた装
置で、第６図において、600はイオン制御用直流電源、6
01はプラズマ生成室、602は堆積室、603はマイクロ波導
入窓、604はマイクロ波導波管、605はガス導入管、607
はプラズマ流、608は導電性試料台、609は磁界発生装
置、610は水冷配管、611は電界印加用グリッド電極、61
2は絶縁体、613は基板である。In this report, it is assumed that a polycrystalline silicon film can be formed on a single crystal silicon wafer by homoepitaxial growth at 400 ° C. at a low temperature of 200 ° C. using an apparatus having a structure schematically shown in FIG. I have. The apparatus in FIG. 6 is an apparatus in which an ECR plasma apparatus is provided with a DC power supply for ion control. In FIG.
01 is a plasma generation chamber, 602 is a deposition chamber, 603 is a microwave introduction window, 604 is a microwave waveguide, 605 is a gas introduction pipe, 607
Is a plasma flow, 608 is a conductive sample stage, 609 is a magnetic field generator, 610 is a water-cooled pipe, 611 is a grid electrode for applying an electric field, 61
2 is an insulator and 613 is a substrate.

この報告では、第６図構成の堆積装置において、基板
613に単結晶シリコンを用い、ガス導入管605からシラン
（SiH₄）ガスを流し、10^-5Torrの圧力に調整し、基板温
度200℃で、電界印加用グリッド電極611と導電性試料台
608間に、直流電界を印加してECR型マイクロ波放電を起
こして、成膜する場合、単結晶シリコン基板上に多結晶
シリコン膜が得られるとされている。In this report, in the deposition apparatus of FIG.
Using single crystal silicon for 613, silane (SiH ₄ ) gas was flowed from the gas inlet tube 605, and the pressure was adjusted to 10 ⁻⁵ Torr. At a substrate temperature of 200 ° C., the grid electrode 611 for applying electric field and the conductive sample stage were used.
When a DC electric field is applied between 608 to generate an ECR type microwave discharge to form a film, a polycrystalline silicon film is obtained on a single crystal silicon substrate.

ところが、本発明者らは、実際に上記同一手法で、コ
ーニング社製＃7059ガラス基板上に400℃の基板温度で
シリコン薄膜の堆積を試みたが、良好な多結晶は得られ
なかった。良好な多結晶が得られなかった原因の１つに
は、基板が絶縁体であったため、電圧印加用グリッド電
極と基板間に電圧が効果的に印加できなかったことにあ
ると考えられる。もちろん、基板が単結晶シリコンでな
かったため格子整合が取れなかった要因もある。However, the present inventors tried to deposit a silicon thin film on a Corning # 7059 glass substrate at a substrate temperature of 400 ° C. in the same manner as above, but could not obtain a good polycrystal. It is considered that one of the reasons why a good polycrystal was not obtained was that a voltage could not be effectively applied between the grid electrode for voltage application and the substrate because the substrate was an insulator. Of course, there is also a factor that lattice matching could not be achieved because the substrate was not single crystal silicon.

以上述べたように、公知のいずれのプラズマCVD法に
よっても、ガラス基板のような絶縁性基板上に、例えば
TFTに使用できる大面積の高品質な多結晶半導体膜を安
定的に再現性良く形成することは困難である。As described above, by any known plasma CVD method, on an insulating substrate such as a glass substrate, for example,
It is difficult to stably form a large-area high-quality polycrystalline semiconductor film that can be used for a TFT with good reproducibility.

ところで、アクティブマトリックス方式の液晶ディス
プレイに使用される多結晶シリコン膜半導体層を有する
TFT（以下このTFTを“アクティブマトリックス多結晶シ
リコンTFT"という。）が提案されている。By the way, having a polycrystalline silicon film semiconductor layer used for an active matrix type liquid crystal display
A TFT (hereinafter, this TFT is referred to as “active matrix polycrystalline silicon TFT”) has been proposed.

このアクティブマトリックス多結晶シリコンTFTは一
般に以下の手順で作製されている。This active matrix polycrystalline silicon TFT is generally manufactured by the following procedure.

これは例えば、石英ガラス基板のような高価な絶縁性
透明基体上にITOからなる透明電極を形成し、次いで、
この透明電極上に半導体層たる多結晶シリコン膜を形成
するというものである。This involves, for example, forming a transparent electrode made of ITO on an expensive insulating transparent substrate such as a quartz glass substrate, and then forming
This is to form a polycrystalline silicon film as a semiconductor layer on the transparent electrode.

該多結晶シリコン膜を、従来良質の多結晶シリコン膜
を形成するについて有効であるとされているLP−CVD法
（low pressure chemical vapor deposition method）
により形成しようとすると、原料ガスとしてシランガス
を使用し、700℃又はそれ以上といった膜堆積温度が採
用される。An LP-CVD method (low pressure chemical vapor deposition method) which is effective for forming a high quality polycrystalline silicon film by using the polycrystalline silicon film.
In this case, silane gas is used as a source gas, and a film deposition temperature of 700 ° C. or higher is employed.

したがって、成膜過程では、前記シランガスが分解さ
れて水素ラジカルが生成するところ、該水素ラジカルは
不可避的に、高温に保持されている前記ITO膜に到達
し、該ITO膜の構成成分である酸素原子と化学的に反応
し、その結果該ITO膜は不透明化されてしまい、透明電
極として機能しなくなってしまうことがしばしばある。Therefore, in the film formation process, when the silane gas is decomposed to generate hydrogen radicals, the hydrogen radicals inevitably reach the ITO film held at a high temperature, and oxygen, which is a component of the ITO film, Chemical reaction with atoms often results in the ITO film becoming opaque and not functioning as a transparent electrode.

こうしたことから、上記LP−CVD法では、所望のアク
ティブマトリックス多結晶シリコンTFT形成用の多結晶
シリコン膜を定常的に安定して得ることは難しい。ま
た、上記LP−CVD法の場合、いずれにしろ、膜堆積温度
が700℃又はそれ以上と高いため、実用的なガラス板、
合成樹脂フィルムといった耐熱性の低い材料を基体に使
用することができない。したがって、上記LP−CVD法に
より採用に価するアクティブマトリックス多結晶シリコ
ンTFT形成用の多結晶シリコン膜を得ることができたと
しても、いずれにしろかなり高価なものになってしま
う。また、別に、半導体層たる多結晶シリコン膜を、分
子線蒸着法により単結晶シリコン又は多結晶シリコンを
蒸着源にて10^-10Torr程度の超高真空下で400℃程度の膜
堆積温度で絶縁性の透明基体上に形成してアクティブマ
トリックス多結晶シリコンTFTを作製する提案がある
が、得られるアクティブマトリックス多結晶シリコンTF
Tは、ON/OFF電流比が10³〜10⁴程度で、キャリア移動度
が２〜10cm²/V・Ｓ程度のものであって、実用性に乏し
いものである（昭和58年（1983年）12月10日株式会社オ
ーム社発行、薄膜ハンドブック第625頁参照）。For these reasons, it is difficult for the LP-CVD method to constantly and stably obtain a desired polycrystalline silicon film for forming an active matrix polycrystalline silicon TFT. In the case of the LP-CVD method, anyway, since the film deposition temperature is as high as 700 ° C. or higher, a practical glass plate,
A material having low heat resistance such as a synthetic resin film cannot be used for the base. Therefore, even if a polycrystalline silicon film for forming an active matrix polycrystalline silicon TFT worthy of adoption can be obtained by the above-mentioned LP-CVD method, it will be considerably expensive anyway. Separately, a polycrystalline silicon film as a semiconductor layer is insulated from a single crystal silicon or a polycrystalline silicon by a molecular beam deposition method at a film deposition temperature of about 400 ° C. under an ultra-high vacuum of about 10 ⁻¹⁰ Torr using a deposition source. There is a proposal to form an active matrix polycrystalline silicon TFT by forming it on a transparent transparent substrate, but the resulting active matrix polycrystalline silicon TF
T has an ON / OFF current ratio of about 10 ³ to 10 ⁴ and a carrier mobility of about ² to 10 cm ² / V · S, which is poor in practicality (1983) ) December 10th, Ohm Co., Ltd., thin film handbook, page 625).

〔発明の目的〕[Object of the invention]

本発明の主たる目的は、プラズマ生成室と成膜室とを
有する装置を使用し、前記プラズマ生成室で生成される
プラズマを前記成膜室に輸送して該成膜室内に配置した
基体表面に成膜を行う従来の成膜方法における上述の問
題点を解決し、各種の半導体デバイスなどの電子デバイ
スの構成材料として好適な良質の多結晶半導体膜の効率
的製造を可能にするマイクロ波プラズマCVD法による改
善された成膜方法を提供することにある。A main object of the present invention is to use an apparatus having a plasma generation chamber and a film formation chamber, and transport the plasma generated in the plasma generation chamber to the film formation chamber and apply the plasma to the surface of a substrate arranged in the film formation chamber. Microwave plasma CVD that solves the above-mentioned problems in the conventional film forming method for forming a film and enables efficient production of a high-quality polycrystalline semiconductor film suitable as a constituent material of electronic devices such as various semiconductor devices. An object of the present invention is to provide an improved film forming method by the method.

本発明の他の目的は、プラズマ生成室でマイクロ波エ
ネルギーを原料ガスに接触させてプラズマを生成し、生
成したプラズマをグリッド電極を介して高周波電圧をか
けながら成膜室に輸送し、前記成膜室内に配置された基
体載置台に高周波電圧を印加させながら成膜を行って前
記基体載置台上に配置された絶縁性基体の表面に多結晶
質の半導体膜を形成する方法を提供することにある。Another object of the present invention is to generate plasma by contacting microwave energy with a source gas in a plasma generation chamber, and transport the generated plasma to a film formation chamber while applying a high-frequency voltage via a grid electrode. Provided is a method for forming a film while applying a high-frequency voltage to a substrate mounting table disposed in a film chamber to form a polycrystalline semiconductor film on a surface of an insulating substrate disposed on the substrate mounting table. It is in.

本発明の更に他の目的は、プラズマ生成室でマイクロ
波エネルギーを原料ガスに接触させてプラズマを生成
し、生成したプラズマをグリッド電極を介して基体載置
台の設置された成膜室に導入し、その際前記グリッド電
極と前記基体載置台との間に所定の周波数の高周波電圧
を印加して、イオンエネルギーとイオンエネルギーの分
散を制御し、絶縁性基体上に低温で良質の多結晶半導体
膜を形成する方法を提供することにある。Still another object of the present invention is to generate plasma by contacting microwave energy with a source gas in a plasma generation chamber, and introduce the generated plasma into a film formation chamber in which a substrate mounting table is installed via a grid electrode. At this time, a high-frequency voltage having a predetermined frequency is applied between the grid electrode and the base mounting table to control ion energy and dispersion of the ion energy, and a low-temperature good-quality polycrystalline semiconductor film is formed on the insulating base. To provide a method for forming

〔発明の構成及び効果〕[Structure and effect of the invention]

本発明者らは、上述した従来のマイクロ波プラズマCV
D法又はECRプラズマCVD法による多結晶質膜の形成方法
における諸問題を解決して、上記目的を達成すべく下述
する実験を介して検討を行った。即ち、下述する実験
は、容易に入手し得る安価なガラスなどの絶縁性基体を
使用して該基体の表面に良質の多結晶半導体膜を形成す
ることに視点して行った。その結果、概要、プラズマ生
成室で原料ガスをマイクロ波エネルギーと接触せしめて
プラズマを生成し、生成したプラズマを成膜室に導入し
て該成膜室内に配置された絶縁性の基体上に堆積膜を形
成する際に、該絶縁性の基体を導電性の支持台上に載置
し、前記プラズマ生成室と前記支持台との間に特定の値
の高周波電圧を印加しながら成膜を行う場合、前記絶縁
性の基体に入射するイオンは、エネルギーの分散幅の小
さい好ましい状態のものに制御され、前記絶縁性基体の
表面近傍で望ましいイオンプロファイルが形成され、こ
れにより絶縁性の基体を使用してもその表面に良質の多
結晶半導体膜が形成される知見を得た。また本発明者ら
は、前記の場合にあって、上記プラズマ生成室に磁場を
印加した場合、前記絶縁性基体の表面近傍において、エ
ネルギーの分散幅の小さいイオンの密度が増大し、極め
て好ましいイオンプロファイルが形成されるところとな
り、一層良質の多結晶半導体膜が前記絶縁性基体上に形
成される知見を得た。The present inventors discussed the conventional microwave plasma CV described above.
Various problems in the method of forming a polycrystalline film by the D method or the ECR plasma CVD method were solved, and studies were conducted through the experiments described below to achieve the above object. That is, the experiments described below were conducted with a view to forming a high-quality polycrystalline semiconductor film on the surface of an insulative substrate such as glass, which is easily available and inexpensive. As a result, a plasma is generated by bringing a source gas into contact with microwave energy in a plasma generation chamber to generate plasma, and the generated plasma is introduced into a film formation chamber and deposited on an insulating substrate disposed in the film formation chamber. When forming a film, the insulating substrate is placed on a conductive support, and film formation is performed while applying a high-frequency voltage of a specific value between the plasma generation chamber and the support. In this case, the ions incident on the insulating substrate are controlled to have a preferable state with a small energy dispersion width, and a desired ion profile is formed near the surface of the insulating substrate, whereby the insulating substrate is used. However, it was found that a high-quality polycrystalline semiconductor film was formed on the surface. In addition, in the above case, when a magnetic field is applied to the plasma generation chamber, the density of ions having a small energy dispersion increases in the vicinity of the surface of the insulating substrate. It has been found that a profile is to be formed and a higher quality polycrystalline semiconductor film is formed on the insulating substrate.

本発明は、実験を介して得られたこれらの知見に基づ
いて更なる研究を行った結果、完成するに至ったもので
ある。本発明は、下述する２つの態様を包含する。The present invention has been completed as a result of further research based on these findings obtained through experiments. The present invention includes the following two embodiments.

本発明の１つの態様は、下述するマイクロ波プラズマ
CVD法による多結晶半導体膜（半導体膜）の形成方法に
ある。One aspect of the invention is a microwave plasma as described below.
A method for forming a polycrystalline semiconductor film (semiconductor film) by a CVD method.

即ち、マイクロ波導入手段を備えたプラズマ生成室と
成膜室とを有するマイクロ波プラズマCVD法による成膜
用装置を使用し、前記プラズマ生成室内に原料ガスを導
入し、同時に前記マイクロ波導入手段を介してマイクロ
波エネルギーを前記プラズマ生成室内に投入して放電を
生起させて前記原料ガスを分解してプラズマを生起せし
め、前記プラズマ生成室と前記成膜室との間に設けられ
た多穿孔グリッド電極を介して該プラズマを前記成膜室
内に流入せしめ、前記成膜室内に設置された導電性支持
台上に配置された絶縁性基体の表面に堆積膜を形成する
方法であって、前記堆積膜の形成を、前記グリッド電極
と前記導電性支持台との間に20乃至500MHzの高周波電圧
を印加しながら行うことを特徴とする良質の多結晶半導
体膜の形成方法。That is, using a film forming apparatus by a microwave plasma CVD method having a plasma generation chamber having a microwave introduction means and a film formation chamber, introducing a raw material gas into the plasma generation chamber, and simultaneously using the microwave introduction means Microwave energy is supplied to the plasma generation chamber through the above to generate a discharge to decompose the source gas to generate plasma, and a multi-perforation provided between the plasma generation chamber and the film formation chamber. A method of causing the plasma to flow into the film formation chamber through a grid electrode, and forming a deposited film on a surface of an insulating substrate disposed on a conductive support table installed in the film formation chamber, A method for forming a high-quality polycrystalline semiconductor film, wherein the deposition film is formed while applying a high-frequency voltage of 20 to 500 MHz between the grid electrode and the conductive support.

本発明の他の態様は、下述するマイクロ波プラズマCV
D法による多結晶半導体膜の形成方法にある。Another aspect of the present invention is a microwave plasma CV described below.
A method for forming a polycrystalline semiconductor film by the D method.

即ち、マイクロ波導入手段と磁場発生手段とを備えた
プラズマ生成室と成膜室とを有するマイクロ波プラズマ
CVD法による成膜用装置を使用し、前記磁場発生手段に
より磁場を前記プラズマ生成室内に印加し、原料ガスを
導入し、同時に前記マイクロ波導入手段を介してマイク
ロ波エネルギーを前記プラズマ生成室内に投入して放電
を生起させて前記原料ガスを分解してプラズマを生成せ
しめ、前記プラズマ生成室と前記成膜室との間に設けら
れた多穿孔グリッド電極を介して該プラズマを前記成膜
室内に流入せしめ、前記成膜室内に設置された導電性支
持台上に配置された絶縁性基体の表面に堆積膜を形成す
る方法であって、前記堆積膜の形成を、前記グリッド電
極と前記導電性支持台との間に20乃至500MHzの高周波電
圧を印加しながら行うことを特徴とする良質の多結晶半
導体膜の形成方法。That is, a microwave plasma having a plasma generation chamber having a microwave introduction means and a magnetic field generation means and a film formation chamber
Using an apparatus for film formation by the CVD method, a magnetic field is applied to the plasma generation chamber by the magnetic field generation means, a source gas is introduced, and microwave energy is simultaneously introduced into the plasma generation chamber via the microwave introduction means. The plasma is generated by injecting and causing a discharge to decompose the source gas to generate plasma, and the plasma is generated through the multi-perforated grid electrode provided between the plasma generation chamber and the film formation chamber. And forming a deposited film on the surface of an insulating substrate disposed on a conductive support placed in the film forming chamber, wherein the deposited film is formed by the grid electrode and the conductive material. A high-quality polycrystalline semiconductor film formed by applying a high-frequency voltage of 20 to 500 MHz to the support.

本発明によれば、成膜時の基体の温度を従来のCVD法
による多結晶半導体膜の形成方法におけるように700℃
又はそれ以上の高温に保持する必要はなく、はるかに低
い温度の400℃又はそれ以下に保持し、かつ成膜時の内
圧も超高真空にすることなくして、良質の多結晶半導体
膜を大面積基体上に均質にして均一膜厚に形成すること
ができる。また、本発明によれば、前述したように成膜
時、基体を高温に保持する必要がないことから、基体中
の不純物が遊離して形成される多結晶半導体膜中に混入
することがない。こうしたことから、本発明によれば、
例えば石英ガラス板といった耐熱性の高い高価な材料を
基体として使用せずとも、実用的なガラス（ソーダ石灰
ガラス、soda−lime glass）、合成樹脂フィルムなどの
容易に入手し得る安価な材料を基体に使用して良質の多
結晶半導体膜を形成することができる。したがって、本
発明は、多結晶半導体膜を構成材料にした例えばTFT
（薄膜トランジスタ）といった半導体デバイス、太陽電
池などの光電変換素子を安価に提供することを可能にす
る。According to the present invention, the temperature of the substrate at the time of film formation is set to 700 ° C. as in the method of forming a polycrystalline semiconductor film by the conventional CVD method.
It is not necessary to maintain the temperature higher than or higher than 400 ° C. or lower, which is a much lower temperature, and the internal pressure during film formation is not increased to an ultra-high vacuum. It can be formed uniformly on a substrate with a uniform thickness. Further, according to the present invention, since the substrate does not need to be maintained at a high temperature during film formation as described above, impurities in the substrate do not enter the polycrystalline semiconductor film formed by liberation. . Therefore, according to the present invention,
For example, without using an expensive material having high heat resistance, such as a quartz glass plate, as a substrate, a readily available inexpensive material such as practical glass (soda-lime glass, soda-lime glass) or a synthetic resin film may be used. To form a high-quality polycrystalline semiconductor film. Accordingly, the present invention provides, for example, a TFT using a polycrystalline semiconductor film as a constituent material.
It is possible to provide inexpensively semiconductor devices such as (thin film transistors) and photoelectric conversion elements such as solar cells.

特に、本発明によれば、従来実現することの難しかっ
た、アクティブマトリックス方式の液晶ディスプレイに
使用する望ましい多結晶シリコンTFT（即ち、上述した
アクティブマトリックス多結晶シリコンTFT）の提供が
可能である。In particular, according to the present invention, it is possible to provide a desirable polycrystalline silicon TFT (that is, the above-mentioned active matrix polycrystalline silicon TFT) which is difficult to realize conventionally and is used for an active matrix type liquid crystal display.

即ち、本発明によれば、容易に入手し得る安価な絶縁
性の透明部材を基体に使用し、半導体層たる多結晶シリ
コン膜を該基体上に形成して、アクティブマトリックス
多結晶シリコンTFTを作製する場合、得られるアクティ
ブマトリックス多結晶シリコンTFTは10⁵オーダーの望ま
しいON/OFF電流比を発揮しかつ50m²/V・Ｓ以上のキャリ
ンア移動度を発揮する望ましいものとなる。That is, according to the present invention, an active matrix polycrystalline silicon TFT is produced by using a readily available inexpensive insulative transparent member for a substrate and forming a polycrystalline silicon film as a semiconductor layer on the substrate. If you, active matrix polycrystalline silicon TFT obtained becomes desirable to exhibit ¹⁰⁵ orders the desired ON / OFF current ratio exhibit life-and-death 50m ² / V · S or more Kyarin'a mobility.

以下に、本発明者らが行った実験について述べる。 Hereinafter, an experiment performed by the present inventors will be described.

実験１ 本実験においては、プラズマ生成室でマイクロ波放電
により原料ガスを分解してプラズマを生成し、該プラズ
マを成膜室に導入して前記室内に配置された絶縁性基体
上に堆積膜を形成する際に、前記基体を導電性部材で構
成された支持台上に載置し、前記プラズマ生成室と前記
支持台との間に高周波電圧を印加する場合、前記絶縁性
基体の表面近傍におけるイオンのエネルギーのプロファ
イルは如何なる状態になるかを観察した。前記観察は、
印加する高周波電圧の周波数を変化させて行った。ま
た、本実験においては、印加する高周波電圧の周波数に
対する依存性を観察した。Experiment 1 In this experiment, a raw material gas was decomposed by microwave discharge in a plasma generation chamber to generate plasma, and the plasma was introduced into a film formation chamber to deposit a deposited film on an insulating substrate disposed in the chamber. When forming, the substrate is placed on a support made of a conductive member, and when a high-frequency voltage is applied between the plasma generation chamber and the support, the vicinity of the surface of the insulating base is The state of the ion energy profile was observed. The observation is
This was performed by changing the frequency of the applied high-frequency voltage. In this experiment, the dependence of the applied high frequency voltage on the frequency was observed.

本実験を行うについて、第１（Ａ）図に模式的に示し
た構成の装置を使用した。In conducting this experiment, an apparatus having a configuration schematically shown in FIG. 1 (A) was used.

第１（Ａ）図において、100は発振周波数可変高周波
電源、101はコンデンサ、102はグリッド電圧印加用直流
電源、103は中心部にメッシュ状の加工が施されたイオ
ンエネルギー制御用電極、104は中心部にメッシュ状の
加工が施されたイオン反射用グリッド電極、105はイオ
ン収集電極、106は電子阻止用電圧印加用直流電源、107
は中心に小孔の開いた絶縁板、108は微少電流計、109は
絶縁体、110は接地用電極、111はプラズマ生成室、112
は電磁石、113はマイクロ波導入用ヘリカルアンテナ、1
14はマイクロ波導波管、115は真空容器、116はガス導入
管、117はプラズマ流、118,119はチューナー、120は同
軸型真空用ガラスである。In FIG. 1 (A), 100 is an oscillation frequency variable high-frequency power supply, 101 is a capacitor, 102 is a DC power supply for applying a grid voltage, 103 is an ion energy control electrode having a mesh-shaped central portion, and 104 is A grid electrode for ion reflection with a mesh-shaped processing at the center, 105 is an ion collection electrode, 106 is a DC power supply for applying an electron blocking voltage, 107
Is an insulating plate with a small hole in the center, 108 is a microammeter, 109 is an insulator, 110 is a ground electrode, 111 is a plasma generation chamber, 112
Is an electromagnet, 113 is a helical antenna for microwave introduction, 1
14 is a microwave waveguide, 115 is a vacuum vessel, 116 is a gas introduction pipe, 117 is a plasma flow, 118 and 119 are tuners, and 120 is a coaxial vacuum glass.

第１（Ａ）図の装置では、マイクロ波導波管114が接
続されたヘリカルアンテナ113からマイクロ波が導入さ
れてプラズマが生成される。プラズマ生成室111とイオ
ンエネルギー計測部は、接地用電極110によって分離さ
れている。該イオンエネルギー計測部は、主にイオン収
集電極105、イオン反射用グリッド電極104、微少電流計
108、電子阻止用電圧印加用直流電源106から構成されて
いる。イオン反射用グリッド電極104は、ある特定の値
の高エネルギーのイオンをイオン収集電極105に導き、
他のエネルギーの低いイオンを反射させるために用いら
れる。イオン収集電極105はイオン反射用グリッド電極1
04を通過したイオンを収集するために用いられる。絶縁
板107とプラズマ生成室111への高周波電圧の印加は、発
振周波数可変高周波電源100から、イオンエネルギー制
御用電極103と接地用電極110を介して行われる。電磁石
112は、マイクロ波放電を安定化させ、プラズマの生成
をより効率的にするためのものである。1A, a microwave is introduced from a helical antenna 113 to which a microwave waveguide 114 is connected, and plasma is generated. The plasma generation chamber 111 and the ion energy measurement unit are separated by a ground electrode 110. The ion energy measurement unit mainly includes an ion collection electrode 105, an ion reflection grid electrode 104, a minute ammeter.
108, a DC power supply 106 for applying an electron blocking voltage. The grid electrode 104 for ion reflection guides high energy ions of a specific value to the ion collection electrode 105,
Used to reflect other low energy ions. The ion collection electrode 105 is a grid electrode 1 for ion reflection.
Used to collect ions that have passed through 04. The application of the high-frequency voltage to the insulating plate 107 and the plasma generation chamber 111 is performed from the oscillation frequency variable high-frequency power supply 100 through the ion energy control electrode 103 and the ground electrode 110. electromagnet
Reference numeral 112 is for stabilizing the microwave discharge and making the generation of plasma more efficient.

まず、プラズマ生成室111及び真空容器115内を不図示
の排気装置により十分に真空排気した後、ガス導入管11
6を介して、原料ガスとしてのH₂ガスを4sccmの流量でプ
ラズマ生成室111内に導入し、真空容器115内を不図示の
圧力コントローラーにより5mTorrに圧力を制御した。直
ちに、電磁石112に通電し、プラズマ生成室111内に磁界
を発生させた後、不図示マイクロ波電源より導波室11
4、ヘリカルアンテナ113を介して100Wのマイクロ波電力
をプラズマ生成室111内に投入し、前記気体状物質とし
てのH₂ガスを磁界中でプラズマ化した。次に、イオン収
集電極105の電位を−50Vに設定し、グリッド電極104に
印加する正電圧と、イオンエネルギー制御用電極103に
印加する高周波ピークtoピーク電圧V_p-pを変化させ、微
少電流計108によりイオン収集電極105に流れ込むイオン
電流を計測し、該イオン電流値とグリッド電極に印加し
た電圧値から、イオンエネルギープロファイルを計算し
て求めた。イオンエネルギー制御用電極103に印加する
高周波の周波数を40.7MHz,13.56MHz,25MHz,20MHzにした
場合に計測されたイオンプロファイルを、それぞれ、第
２（Ａ）図、第２（Ｂ）図、第２（Ｃ）図、第２（Ｄ）
図に示した。First, after the inside of the plasma generation chamber 111 and the vacuum vessel 115 are sufficiently evacuated by an exhaust device (not shown), the gas introduction pipe 11
H ₂ gas as a source gas was introduced into the plasma generation chamber 111 at a flow rate of 4 sccm through 6, and the pressure in the vacuum vessel 115 was controlled to 5 mTorr by a pressure controller (not shown). Immediately, an electric current is applied to the electromagnet 112 to generate a magnetic field in the plasma generation chamber 111, and then the waveguide chamber 11 is supplied from a microwave power supply (not shown).
4, the microwave power of 100W was placed in the plasma generation chamber 111 through the helical antenna 113, and plasma in a magnetic field of H ₂ gas as the gaseous substance. Then, set the potential of the ion-collecting electrode 105 in -50 V, a positive voltage applied to the grid electrode 104, to change the frequency peak-to-peak voltage V _pp applied to the ion energy control electrode 103, micro current meter 108 , The ion current flowing into the ion collection electrode 105 was measured, and the ion energy profile was calculated from the ion current value and the voltage value applied to the grid electrode. The ion profiles measured when the high frequency applied to the ion energy control electrode 103 was set to 40.7 MHz, 13.56 MHz, 25 MHz, and 20 MHz were respectively shown in FIGS. FIG. 2 (C), second (D)
Shown in the figure.

実験１の結果に基づく考察 第２（Ａ）図、第２（Ｂ）図、第２（Ｃ）図、第２
（Ｄ）図に示す結果から、以下のことが判明した。印加
する高周波電圧の周波数が増すにつれてイオンのエネル
ギーピークがシャープになつている。第２（Ａ）図と第
２（Ｂ）図を比較すると、印加する高周波の周波数が1
3.56MHzの場合には計測されるイオンエネルギーの分散
が大きく、特に、印加する高周波のピークtoピーク電圧
V_p-pを40Vに高めると、複数のエネルギーピークが現
れ、イオンエネルギーの分散も更に大きくなっている。
これに対して40.7MHzの場合には、イオンのエネルギー
ピークはシャープで、V_p-pが40Vの場合でもエネルギー
ピークは単一である。Discussion based on the results of Experiment 1 FIGS. 2 (A), 2 (B), 2 (C), 2
(D) From the results shown in the figure, the following was found. The energy peak of the ions becomes sharper as the frequency of the applied high-frequency voltage increases. Comparing FIG. 2 (A) and FIG. 2 (B), the frequency of the applied high frequency is 1
In the case of 3.56 MHz, the dispersion of the measured ion energy is large, especially the applied high-frequency peak-to-peak voltage.
Increasing the V _pp to 40V, a plurality of energy peaks appear, it becomes further greater dispersion of ion energy.
In the case of 40.7MHz for this, the energy peaks of ions sharp energy peak even when V _pp is 40V is single.

これらの事実は、薄膜堆積プロセスにおいて、導電性
支持台に高周波電圧を印加して絶縁基体への入射イオン
のエネルギーを制御しようとする場合、印加する高周波
の周波数を適性化することによって、イオンのエネルギ
ーピークが単一で、かつイオンのエネルギーピークがシ
ャープな条件が設定できることを示唆している。このこ
とは、堆積反応における副反応に由来するイオンの分散
を抑えることを意味するものである。These facts indicate that, in a thin film deposition process, when a high-frequency voltage is applied to the conductive support to control the energy of ions incident on the insulating substrate, the frequency of the applied high-frequency wave is adjusted to optimize the frequency of the applied ions. This suggests that a condition having a single energy peak and a sharp ion energy peak can be set. This means that the dispersion of ions originating from the side reaction in the deposition reaction is suppressed.

実験２ 本実験では、磁場の絶縁基体に入射するイオンのエネ
ルギープロファイルへの影響について調べた。本実験で
は、第１（Ａ）図の装置に加えて第１（Ｂ）図の装置を
使用した。第１（Ａ）図と第１（Ｂ）図の装置の基本構
成は同じで、異なる点は、第１（Ｂ）図において、イオ
ンエネルギーの計測部が、プラズマ流117の中心軸、即
ち電磁石によって発生される磁場方向と垂直の方向に設
けられている点である。第１（Ｂ）図において第１
（Ａ）図の場合と同じ構成部分は同一の符号で示した。
本実験では下述する２つの実験を行った。Experiment 2 In this experiment, the influence of the magnetic field on the energy profile of ions incident on the insulating substrate was examined. In this experiment, the apparatus shown in FIG. 1 (B) was used in addition to the apparatus shown in FIG. 1 (A). The basic configuration of the apparatus shown in FIGS. 1A and 1B is the same, except that in FIG. 1B, the ion energy measuring unit is the central axis of the plasma flow 117, that is, the electromagnet. Is provided in a direction perpendicular to the direction of the magnetic field generated by. In FIG. 1 (B), the first
(A) The same components as those in FIG.
In this experiment, the following two experiments were performed.

まず、第１（Ｂ）図の装置を用いて、実験１の場合と
同様の方法で、磁場に垂直に入射するイオンエネルギー
プロファイルを計測した。計測結果は実験１ほど高周波
電圧印加の効果は顕著に現れなかった。First, using the apparatus shown in FIG. 1B, the ion energy profile perpendicularly incident on the magnetic field was measured in the same manner as in Experiment 1. As a result of the measurement, the effect of the application of the high-frequency voltage did not appear remarkably as in Experiment 1.

次に、第１（Ａ）図と第１（Ｂ）図の装置において、
ともに磁場を印加しないで、実験１と同様の方法で、周
波数40.7MHzの高周波電圧を印加した場合のイオンエネ
ルギープロファイルを測定して、第２（Ｅ）図と第２
（Ｆ）図にグラフ化して示した。Next, in the apparatus shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B),
In both cases, the ion energy profile when a high frequency voltage of 40.7 MHz was applied was measured in the same manner as in Experiment 1 without applying a magnetic field.
This is shown in a graph in FIG.

実験２の結果に基づく考察 実験２で磁場に対して垂直な方向に高周波電圧を印加
した場合に実験１ほど顕著な効果が現れなかったこと
は、以下のように説明される。即ち、イオン制御電極10
3に印加される電場を 磁束密度を とすると、イオン電流計測部がプラズマ流117の中心軸
に平行な場合は電場 と磁界が直交し、荷電粒子は のドリフトをする。つまり、電場と磁場に垂直なイオン
エネルギー制御用電極に平行な方向にドリフトする。こ
のため、イオン電流計測部を磁場（プラズマ流の中心
軸）に平行に配置した場合は、垂直に配置した場合ほど
電場印加の効果が少なかったと説明づけられる。第２
（Ｅ）図と第２（Ｆ）図の比較では、プラズマ流に対し
て平行に入射するイオンエネルギープロファイルと垂直
に入射するイオンエネルギープロファイルではほとんど
違いが認められなかったものの、高周波電圧印加の周波
数の効果は磁場を印加した場合と同様に認められた。こ
れらのことから、次のことが判明した。Consideration based on the result of Experiment 2 The fact that a remarkable effect was not exhibited as in Experiment 1 when a high-frequency voltage was applied in the direction perpendicular to the magnetic field in Experiment 2 is explained as follows. That is, the ion control electrode 10
The electric field applied to 3 Magnetic flux density If the ion current measurement unit is parallel to the central axis of the plasma flow 117, And the magnetic field are orthogonal, and the charged particles To drift. That is, it drifts in a direction parallel to the ion energy control electrode perpendicular to the electric and magnetic fields. For this reason, it can be said that when the ion current measurement unit is arranged parallel to the magnetic field (the center axis of the plasma flow), the effect of applying the electric field is smaller as the arrangement is more perpendicular. Second
In the comparison between FIG. 2 (E) and FIG. 2 (F), there was almost no difference between the ion energy profile incident parallel to the plasma flow and the ion energy profile incident perpendicular thereto, but the frequency of the high frequency voltage application Was observed in the same manner as when a magnetic field was applied. From these, the following has been found.

即ち、（ｉ）イオンのエネルギーを制御するための高
周波電圧の印加方向は磁場が存在する場合は、磁場と垂
直な方向の方が効果的である、（ii）磁場が存在しない
場合には、高周波電圧の印加方向は限定されない、そし
て、（iii）イオンエネルギーを制御してプラズマ処理
を行う場合、有磁場では磁場方向と垂直に試料を設置す
ることがより好ましい。That is, (i) the direction of application of the high-frequency voltage for controlling the energy of ions is more effective in the direction perpendicular to the magnetic field when a magnetic field exists, and (ii) when the magnetic field does not exist, The direction in which the high-frequency voltage is applied is not limited, and (iii) when performing plasma processing by controlling ion energy, it is more preferable to dispose the sample perpendicular to the direction of the magnetic field in the presence of a magnetic field.

実験３ 実験３では、イオンのエネルギー分散を制御するため
の高周波電圧の印加が、どの周波数帯域から効果的に効
くかを調べた。Experiment 3 In Experiment 3, it was examined from which frequency band the application of a high-frequency voltage for controlling the energy dispersion of ions was effective.

第１（Ａ）図に示したイオンエネルギー測定装置を用
いて、プラズマ生成条件は実験１と同様とし、イオンエ
ネルギー制御用電極103に印加する高周波のピークtoピ
ーク電圧は一定とし、周波数を種々変化させた場合のイ
オンエネルギーのピーク値E_M（eV）に対するイオンエネ
ルギーの半値幅ΔE_H（eV）の比（ΔE_H/E_M）と印加する
周波数ｆ（MHz）との関係を求め、第２（Ｇ）図に示し
た。Using the ion energy measuring apparatus shown in FIG. 1 (A), the plasma generation conditions were the same as in Experiment 1, the high-frequency peak-to-peak voltage applied to the ion energy control electrode 103 was kept constant, and the frequency was varied. The relationship between the ratio (ΔE _H / E _M ) of the half-width ΔE _H (eV) of the ion energy to the peak value E _M (eV) of the ion energy in the case where the frequency is applied and the applied frequency f (MHz) are obtained. (G) Shown in the figure.

実験３の結果に基づく考察 第２（Ｇ）図では、印加する高周波電圧の周波数が20
MHzのあたりから、ΔE_H/E_Mが急峻に低下し、イオンのエ
ネルギー分散が小さくなってくることを示している。し
かし、実験１の第２（Ｄ）図からV_p-pが大きい場合に周
波数20MHzではイオンのエネルギーピークが単一でない
ことから、入射するイオンのエネルギーの分散を小さく
するには、より好ましくは第２（Ｇ）図においてΔE_H/E
_M≦0.5の関係を満たす25MHz以上の周波数の高周波電圧
を印加するのがよいことがわかった。Discussion based on the results of Experiment 3 In FIG. 2 (G), the frequency of the applied high-frequency voltage is 20
From around MHz, ΔE _H / E _M sharply decreases, indicating that ion energy dispersion is reduced. However, from FIG. 2 (D) of Experiment 1, when V _pp is large, the energy peak of ions is not single at a frequency of 20 MHz. (G) In the figure, ΔE _H / E
It has been found that a high-frequency voltage having a frequency of 25 MHz or more that satisfies the relationship of _M ≦ 0.5 is preferably applied.

実験４ 実際のマイクロ波放電を用いた薄膜堆積では、再現性
よく均一な堆積膜が得られる放電が安定した条件でなけ
ればならない。実験４では、プラズマを生成するための
マイロ波の周波数を2.45GHzを一定として、印加する高
周波電圧の電圧を一定にして、周波数を変えて、放電の
安定性を調べた。第１（Ａ）図に示した装置を使用し
て、プラズマ生成用の原料ガスとして、H₂及びH₂とArと
の混合ガスを用い、イオンエネルギー制御用高周波電圧
の印加周波数に対して、放電のちらつき、マイクロ波の
反射電力、放電維持のための最小電力、及びイオンのエ
ネルギーピークのシャープさに関して評価を行った。高
周波電圧の周波数がマイクロ波の2.45GHzの周波数域に
近づくにつれ、相互干渉するためか、放電が不安定にな
り、イオンエネルギープロファイルも安定に測定するこ
とができなくなった。評価結果は第１表に示した。Experiment 4 In actual thin-film deposition using microwave discharge, the discharge must be stable so that a uniform deposited film can be obtained with good reproducibility. In Experiment 4, the stability of the discharge was investigated by changing the frequency of the applied high-frequency voltage while keeping the frequency of the mylo wave for generating plasma constant at 2.45 GHz and changing the frequency. Using the apparatus shown in FIG. 1 (A), H ₂ and a mixed gas of H ₂ and Ar are used as source gases for plasma generation, and the applied frequency of the ion energy control high-frequency voltage is The evaluation was performed on flicker of discharge, reflected power of microwave, minimum power for maintaining discharge, and sharpness of ion energy peak. As the frequency of the high-frequency voltage approached the microwave frequency range of 2.45 GHz, the discharge became unstable, possibly due to mutual interference, and the ion energy profile could not be measured stably. The evaluation results are shown in Table 1.

実験４の結果に基づく考察 第１表の結果と、一般的に堆積膜形成用原料ガスを用
いた場合には、H₂やArの場合より、おおむね放電は安定
する傾向にあることから、H₂とArを用いた放電試験で放
電安定性を評価できる。評価の結果、イオンエネルギー
制御用の高周波電界の印加周波数の上限は、プラズマ生
成に用いるマイクロ波の周波数が2.45GHzである場合に
は、マイクロ波放電に影響を与えない周波数が好まし
く、500MHz以下であることが望ましく、より好ましくは
100MHz以下であることが望ましいことがわかった。Consideration based on the results of Experiment 4 Since the results in Table 1 show that the discharge generally tends to be more stable when using the source gas for forming the deposited film than when using H ₂ or Ar, Discharge stability can be evaluated by a discharge test using ₂ and Ar. As a result of the evaluation, the upper limit of the applied frequency of the high-frequency electric field for controlling the ion energy is preferably a frequency that does not affect the microwave discharge when the frequency of the microwave used for plasma generation is 2.45 GHz, and is 500 MHz or less. Desirably, more preferably
It turned out that it is desirable to be 100 MHz or less.

実験１乃至４の結果についての綜合的考察 実験１乃至実験４の実験結果より、H₂（実験４ではH₂
とAr）をプラズマ生成用ガスに用いた場合、2.45GHzの
マイクロ波放電により生成されるプラズマ中のイオンの
エネルギーの分散を制御するについて、好適な支持台へ
の高周波電圧の印加周波数は、好ましくは20MHz乃至500
MHzであり、最適には25MHz乃至100MHzであることが判明
した。From Sogoteki Discussion Experiment 1 to Experiment results of Experiment 4 of the results of Experiment 1 to 4, in H ₂ (Experiment 4 H ₂
When Ar) is used as the plasma generation gas, the frequency of application of the high-frequency voltage to the support is preferably with respect to controlling the dispersion of the energy of ions in the plasma generated by the microwave discharge at 2.45 GHz. Is 20MHz to 500
MHz and optimally between 25 MHz and 100 MHz.

実験１乃至実験４では、イオンエネルギーを安定に測
定するために、イオン収集電極に堆積膜が形成しないガ
スであるH₂あるいはArを使用した。しかし、実際の薄膜
堆積では、堆積膜形成用の原料ガスを使用するので、次
に、マイクロ波プラズマ堆積方法において、実験１乃至
実験４で得られた結果の有効性を確認するための下述す
る実験を行った。In Experiments 1 to 4, H ₂ or Ar, which is a gas that does not form a deposited film on the ion collection electrode, was used to stably measure ion energy. However, in the actual thin film deposition, a source gas for forming a deposited film is used. Next, in the microwave plasma deposition method, the following description is made to confirm the effectiveness of the results obtained in Experiments 1 to 4. An experiment was performed.

実験５ 本発明者らは、堆積用の原料ガスとしてシラン（Si
H₄）ガスを使用し、2.45GHzのマイクロ波放電によりプ
ラズマを生成し、プラズマ生成室と導電性試料台間に高
周波電圧を印加して、該試料台に配置した絶縁性基体上
に、前記プラズマ中のイオンを引き出して、シリコン薄
膜を形成する実験を行い、印加する高周波電圧の周波数
の結晶性に及ぼす影響を調べた。この堆積実験を行うた
めの装置としては、第７図に模式的に示したマイクロ波
プラズマ堆積装置を使用した。第７図の装置は、第６図
の装置のイオンエネルギー制御用直流電源600の代わり
にインピーダンス整合回路714を有する周波数可変の高
周波電源700を新たに設けている。第７図において、701
はプラズマ生成室、702は成膜室、703はマイクロ波導入
窓、704はマイクロ波導波管、705と706はガス導入管、7
07はプラズマ流、708は導電性支持台、709は磁場発生装
置、710は水冷配管、711はグリッド電極、712は絶縁
体、713は絶縁性基体である。プラズマ生成室701と成膜
室702は絶縁体712によって絶縁されている。マイクロ波
導波管704は不図示のマイクロ波発振器と接続されてお
り、マイクロ波発振器から発振されたマイクロ波は導波
管704中を伝導し、石英などの材質からなるマイクロ波
導入窓からプラズマ生成室に導入され、ガス導入管705
あるいは706から導入された原料ガスをプラズマ化す
る。このとき709の磁場発生装置で磁場をプラズマ生成
室に印加した場合には磁場の影響で放電は安定に維持さ
れ、しかも、高密度のプラズマを効率的に発生すること
ができる。水冷配管710は磁場発生装置の加熱を防止し
て、磁場を安定に発生させるために設けられている。71
1の接地電極はメッシュ状の良導体材から構成されてお
り、プラズマ生成室内壁に接続され、接地されている。Experiment 5 The present inventors have investigated the use of silane (Si
Using the H ₄₎ gas, to generate plasma by microwave discharge of 2.45 GHz, by applying a high frequency voltage between the plasma generation chamber and the conductive sample stage, on an insulating substrate disposed on the sample table, the An experiment was conducted in which ions in the plasma were extracted to form a silicon thin film, and the effect of applied high frequency voltage on crystallinity was examined. As an apparatus for performing this deposition experiment, a microwave plasma deposition apparatus schematically shown in FIG. 7 was used. The apparatus shown in FIG. 7 is provided with a variable-frequency high-frequency power supply 700 having an impedance matching circuit 714 in place of the DC power supply 600 for controlling ion energy of the apparatus shown in FIG. In FIG. 7, 701
Is a plasma generation chamber, 702 is a film formation chamber, 703 is a microwave introduction window, 704 is a microwave waveguide, 705 and 706 are gas introduction pipes, 7
07 is a plasma flow, 708 is a conductive support, 709 is a magnetic field generator, 710 is a water-cooled pipe, 711 is a grid electrode, 712 is an insulator, and 713 is an insulating base. The plasma generation chamber 701 and the film formation chamber 702 are insulated by an insulator 712. The microwave waveguide 704 is connected to a microwave oscillator (not shown), and the microwave oscillated from the microwave oscillator conducts through the waveguide 704 and generates plasma from a microwave introduction window made of a material such as quartz. Gas introduction pipe 705
Alternatively, the source gas introduced from 706 is turned into plasma. At this time, when a magnetic field is applied to the plasma generation chamber by the magnetic field generator 709, the discharge is stably maintained under the influence of the magnetic field, and high-density plasma can be efficiently generated. The water cooling pipe 710 is provided to prevent heating of the magnetic field generator and stably generate a magnetic field. 71
The first ground electrode is made of a mesh-like good conductor material, is connected to the inner wall of the plasma generation chamber, and is grounded.

高周波電圧は、高周波電源700から発生し、整合回路7
14を介して堆積室709内に設けられた導電性支持台708に
印加される。プラズマ生成室701で生成されたプラズマ
中のイオンはグリッド電極711と導電性支持台708間に印
加された高周波電圧によってエネルギーを制御されて引
き出され、絶縁性基体上に薄膜を形成する。導電性支持
台708には不図示のヒーターが内蔵されており、導電性
支持台上に配置した絶縁性基体の温度を制御することが
できる。The high-frequency voltage is generated from the high-frequency power supply 700,
The voltage is applied to the conductive support 708 provided in the deposition chamber 709 via the line 14. The ions in the plasma generated in the plasma generation chamber 701 are extracted with their energy controlled by a high frequency voltage applied between the grid electrode 711 and the conductive support 708 to form a thin film on the insulating substrate. The conductive support 708 has a built-in heater (not shown), and can control the temperature of the insulating base placed on the conductive support.

実験５では絶縁性基体として石英ガラス基板を用い、
基板温度を400℃に制御し、成膜室702は、図示していな
い真空ポンプで10^-7Torrの圧力まで排気した後、ガス導
入管705よりSiH₄ガス4sccmの流量で導入し、堆積室を３
×10^-5Torrに制御して、磁場発生装置709で磁場をプラ
ズマ生成室に印加し、高周波電源700より導電性支持台7
08に高周波電圧を印加して、マイクロ波を300W投入し
て、一定の時間成膜を行った。印加する高周波電圧の周
波数を13.56MHz,40MHz,100MHzに印加電圧を0Vから600V
まで変化させ、上記方法である石英ガラス基板上にシリ
コン薄膜をそれぞれ形成した。In Experiment 5, a quartz glass substrate was used as an insulating substrate,
The substrate temperature was controlled at 400 ° C., the film forming chamber 702 was evacuated to a pressure of 10 ⁻⁷ Torr by a vacuum pump (not shown), and then introduced from the gas inlet pipe 705 at a flow rate of ₄ sccm of SiH ₄ gas. 3
A magnetic field was applied to the plasma generation chamber by a magnetic field generator 709 at a control of × 10 ⁻⁵ Torr, and the conductive support 7 was
A high frequency voltage was applied to 08, microwaves were applied at 300 W, and a film was formed for a certain period of time. Frequency of applied high frequency voltage is 13.56MHz, 40MHz, 100MHz and applied voltage is 0V to 600V
To form a silicon thin film on a quartz glass substrate as described above.

これ等のシリコン薄膜に就いて、RHEED（Reflective
High Energy Electron Diffraction）（反射形高速電子
線回折）によって得られたパターンにより、結晶性を評
価した。RHEED観察は、日本電子製JEM−100SX型電子顕
微鏡にて行った。RHEEDの観察結果による評価を定性的
に第３（Ａ）図に示した。RHEEDパターンは堆積膜の結
晶性が非品質から、多結晶、単結晶と近づくにつれ、ハ
ローからリング、スポット、ストリークパターンにな
る。RHEEDパターンによる評価はハローパターンとスト
リークパターンの間を10段階程度に分類して行った。第
３（Ａ）図中の○印は比較のため直流電圧を印加した場
合のものである。For these silicon thin films, RHEED (Reflective
The crystallinity was evaluated by a pattern obtained by High Energy Electron Diffraction (reflection type high-speed electron diffraction). RHEED observation was performed with a JEM-100SX type electron microscope manufactured by JEOL. The evaluation based on the RHEED observation results is qualitatively shown in FIG. 3 (A). The RHEED pattern changes from a halo to a ring, spot, and streak pattern as the deposited film approaches polycrystal and single crystal due to poor crystallinity of the deposited film. The evaluation using the RHEED pattern was performed by classifying between a halo pattern and a streak pattern into about 10 levels. The circles in FIG. 3 (A) show the case where a DC voltage was applied for comparison.

実験５の結果に基づく考察 第３（Ａ）図の結果から、以下のことがわかった。Discussion Based on the Results of Experiment 5 The results shown in FIG. 3 (A) revealed the following.

（１） 試料台に直流電圧を印加した場合に比べて高周
波電圧を印加した場合の方が、より結晶化しやすく、実
験１の結果を反映して、高周波電圧の周波数が高い方
が、結晶性がよりよくなっている。また周波数による違
いも実験３の結果を反映している。(1) When a high-frequency voltage is applied, crystallinization is easier when a high-frequency voltage is applied than when a direct-current voltage is applied to the sample stage. Is getting better. The difference depending on the frequency also reflects the result of Experiment 3.

（２） 支持台に印加する高周波電圧の印加電圧が、高
過ぎる場合には、イオン衝撃が大きいためか、結晶性は
低下している。石英基板上に結晶を得るには、温度や内
圧の条件などによっても多少異なってくるが、100乃至5
00Vの範囲の印加電圧が適していることを示している。(2) If the applied voltage of the high-frequency voltage applied to the support is too high, the crystallinity is degraded probably due to a large ion impact. In order to obtain a crystal on a quartz substrate, the temperature and the internal pressure vary slightly depending on the conditions, etc.
It shows that an applied voltage in the range of 00V is suitable.

実験６ 実験６では結晶化における内圧の影響を見るために実
験５の実験において、導電性支持台への印加電圧を200V
一定にし、成膜室の内圧を変化させて形成されるシリコ
ン薄膜における結晶性をRHEEDで評価した。この場合
も、高周波電圧の周波数を13.56MHz,40MHz,100MHzと変
えて実験を行った。Experiment 6 In Experiment 6, the voltage applied to the conductive support was set to 200 V in Experiment 5 to see the effect of internal pressure on crystallization.
The crystallinity of the silicon thin film formed by changing the internal pressure of the film formation chamber to be constant was evaluated by RHEED. Also in this case, the experiment was performed by changing the frequency of the high frequency voltage to 13.56 MHz, 40 MHz, and 100 MHz.

実験の操作手順としては実験５と同様な方法で行っ
た。RHEEDによる定性的な評価の結果を第３（Ｂ）図に
示した。The operation procedure of the experiment was performed in the same manner as in Experiment 5. The results of the qualitative evaluation by RHEED are shown in FIG. 3 (B).

実験６の結果に基づく考察 第３（Ｂ）図の結果から、試料台に高周波電圧を印加
して実験６の実験条件で石英基板上にシリコン薄膜を形
成する場合、５×10^-3Torr以下で結晶化しやすく、印加
する高周波電圧の周波数を増加させることで結晶性がさ
らに向上することが判明した。実験６では10^-7Torr以下
の圧力での実験が行われていないが、これはガス密度が
小さ過ぎるため放電を生起しにくいためである。Consideration based on the results of Experiment 6 From the results in FIG. 3 (B), when a high-frequency voltage is applied to the sample stage to form a silicon thin film on a quartz substrate under the experimental conditions of Experiment 6, 5 × 10 ⁻³ Torr or less It was found that the crystallinity was easily increased, and the crystallinity was further improved by increasing the frequency of the applied high-frequency voltage. In Experiment 6, an experiment at a pressure of 10 ⁻⁷ Torr or less was not performed, but this is because the gas density was too small to cause discharge.

実験７ 実験７では基板温度の結晶化に与える影響を見るため
に実験５の実験において、試料台に印加する高周波電圧
の周波数を40MHzに固定して、印加電圧が200Vの場合に
基板温度を変えて形成されたシリコン薄膜の結晶性をRH
EEDにて評価し、定性的な評価結果を第３（Ｃ）図に示
した。Experiment 7 In Experiment 7, the frequency of the high-frequency voltage applied to the sample stage was fixed at 40 MHz and the substrate temperature was changed when the applied voltage was 200 V in Experiment 5 in order to see the effect of the substrate temperature on the crystallization. The crystallinity of the silicon thin film formed by RH
Evaluation was performed by EED, and the qualitative evaluation results are shown in FIG. 3 (C).

更には、高周波電圧の周波数は40MHzのままで、印加
電圧を300Vにして基板温度を変えて得られたシリコン薄
膜を、Ｘ線回折で分析し、結晶粒径をsherrerの式より
求めた。基板温度に対する結晶粒径をグラフ化して、第
３（Ｄ）図に示した。Furthermore, the silicon thin film obtained by changing the substrate temperature while applying an applied voltage of 300 V while keeping the frequency of the high-frequency voltage at 40 MHz was analyzed by X-ray diffraction, and the crystal grain size was obtained from the Sherrer equation. FIG. 3D shows a graph of the crystal grain size with respect to the substrate temperature.

実験７の結果に基づく考察 第３（Ｃ）図と第３（Ｄ）図の結果から、基板温度20
0℃以上400℃以下の範囲においても結晶化し、基板温度
の増加に伴って結晶粒径も増大していることが明らかに
なった。Consideration based on the results of Experiment 7 From the results of FIGS. 3 (C) and 3 (D),
It was found that the crystallization occurred even in the range of 0 ° C. or more and 400 ° C. or less, and that the crystal grain size increased with the substrate temperature.

実験５乃至実験７の結果についての綜合的考察 実験5,6及び７の結果をまとめると、薄膜堆積用原料
ガスをプラズマ生成室に導入し、マイクロ波放電により
プラズマを生成して、プラズマ生成室と導電性支持台間
に高周波電圧を印加し、前記導電性支持台上に配置した
絶縁性基体上に前記プラズマ中のイオンを引き出して、
堆積膜を実際に形成した場合でも、実験１乃至実験４ま
での基礎的実験結果を反映した結果が得られている。即
ち、多結晶薄膜を絶縁基体に形成する場合、試料台に直
流電圧を印加するより、高周波電圧を印加する方が、結
晶性の高い膜が得られることが判明した。周波数の高い
高周波電圧を使用することにより、25乃至100MHzの範囲
でさらに結晶性が増すことも確認できた。Comprehensive Consideration on the Results of Experiments 5 to 7 To summarize the results of Experiments 5, 6 and 7, the raw material gas for thin film deposition was introduced into the plasma generation chamber, and plasma was generated by microwave discharge. Applying a high-frequency voltage between the conductive support and draw out the ions in the plasma on the insulating substrate disposed on the conductive support,
Even when the deposited film was actually formed, results reflecting the basic experimental results of Experiments 1 to 4 were obtained. That is, when a polycrystalline thin film is formed on an insulating substrate, it has been found that a film with higher crystallinity can be obtained by applying a high-frequency voltage than by applying a DC voltage to a sample stage. It was also confirmed that by using a high frequency voltage having a high frequency, the crystallinity was further increased in the range of 25 to 100 MHz.

新たに高周波電圧の印加の効果が著しく現れるのは内
圧が５×10^-3Torr以下であることもわかった。また、結
晶化は200℃以上の基板温度で起き、結晶性を高めるに
は、高周波電圧の印加電圧を100乃至500Vの範囲に制御
することも重要であることが見い出された。It was also found that the remarkable effect of the application of the high-frequency voltage newly appeared when the internal pressure was 5 × 10 ⁻³ Torr or less. Further, it has been found that crystallization occurs at a substrate temperature of 200 ° C. or higher, and it is also important to control the applied voltage of the high-frequency voltage in the range of 100 to 500 V in order to enhance the crystallinity.

以上の実験１乃至実験７の結果から、次のことが判明
した。From the results of Experiments 1 to 7, the following was found.

堆積膜形成用原料ガスをマイクロ波放電により、プラ
ズマ生成室でプラズマを生成し、プラズマ室出口に設け
られたグリッド電極と堆積室内に設けられた導電性支持
台増に周波数20乃至500MHzの高周波電圧を印加すること
でプラズマ中のイオンのエネルギー分散を低く抑え、さ
らに該印加電圧を100乃至500Vの範囲に制御し、堆積室
内圧を１×10^-6乃至５×10^-3Torrに制御した条件で堆積
膜を形成する場合には、基板温度200乃至400℃で、ガラ
スなどの絶縁性基体上に結晶性の良い多結晶半導体薄膜
が形成される。また、マイクロ波放電を安定化させ、高
効率にプラズマを生成させるために、プラズマ生成室に
磁場を印加する場合には、磁場方向に対して垂直に絶縁
基体を配置し、高周波電圧をグリッド電極と導電性支持
台との間に印加した方が、前記絶縁基体に入射するイオ
ンのエネルギーを効果的に制御できる。Plasma is generated in the plasma generation chamber by microwave discharge of the deposited film forming source gas, and a high frequency voltage of 20 to 500 MHz is applied to the grid electrode provided at the plasma chamber outlet and the conductive support provided in the deposition chamber. Is applied, the energy dispersion of ions in the plasma is suppressed low, the applied voltage is controlled in the range of 100 to 500 V, and the pressure in the deposition chamber is controlled at 1 × 10 ^{−6 to} 5 × 10 ⁻³ Torr. When a deposited film is formed by the method described above, a polycrystalline semiconductor thin film having good crystallinity is formed on an insulating substrate such as glass at a substrate temperature of 200 to 400 ° C. When a magnetic field is applied to the plasma generation chamber to stabilize the microwave discharge and generate plasma with high efficiency, an insulating substrate is arranged perpendicular to the direction of the magnetic field, and the high-frequency voltage is applied to the grid electrode. When the voltage is applied between the substrate and the conductive support, the energy of ions incident on the insulating substrate can be controlled more effectively.

本発明は上述した実験の結果から判明した事実に基づ
いて完成に至ったものであり、本発明により提供される
マイクロ波プラズマCVD法による多結晶半導体膜の形成
方法は下述する構成を骨子とするものである。The present invention has been completed based on the facts that have been found from the results of the above-described experiments, and the method for forming a polycrystalline semiconductor film by the microwave plasma CVD method provided by the present invention has the following structure. Is what you do.

即ち、マイクロ波動入手段を備えたプラズマ生成室と
成膜室を有する成膜用装置を使用し、前記プラズマ生成
室に原料ガスを導入し、マイクロ波導入手段を介して、
前記プラズマ生成室にマイクロ波エネルギーを投入して
放電を生起し、前記原料ガスを分解しプラズマを生成
し、前記プラズマ生成室と前記成膜室との間に設けられ
た多穿孔グリッド電極を介して、該プラズマを前記成膜
室内に注入し、前記成膜室内に設けられた導電性支持台
上に配置した絶縁性基体の表面に堆積膜を形成する方法
であって、前記グリッド電極と前記導電性支持台との間
に、好ましくは20乃至500MHzの範囲、より好ましくは25
乃至100MHzの範囲の周波数の高周波電圧を好ましくは10
0乃至500Vの範囲に制御して印加し、多結晶半導体膜を
形成することを特徴とする。That is, using a film formation apparatus having a plasma generation chamber and a film formation chamber equipped with microwave introduction means, introducing a source gas into the plasma generation chamber, via the microwave introduction means,
Microwave energy is injected into the plasma generation chamber to generate a discharge, the source gas is decomposed to generate plasma, and through a multi-perforation grid electrode provided between the plasma generation chamber and the film formation chamber. A method of injecting the plasma into the film forming chamber and forming a deposited film on a surface of an insulating substrate disposed on a conductive support provided in the film forming chamber, wherein the grid electrode and the grid electrode are formed. Between the conductive support, preferably in the range of 20 to 500 MHz, more preferably 25 MHz
High frequency voltage with a frequency in the range of
A polycrystalline semiconductor film is formed by controlling and applying a voltage in a range of 0 to 500 V.

本発明の方法において、マイクロ波放電をより安定に
生起し、高効率にプラズマを生成するために、前記プラ
ズマ生成室に磁場発生手段により磁場を印加してもよ
い。該磁場が前記絶縁性基体表面まで及び場合には、前
記磁場方向と、前記高周波電圧を印加することによって
形成される電場方向が、おおむね一致するように前記導
電性試料台を設置し、前記絶縁性基体表面を該電場方向
とほぼ垂直になるように配置することが、前記高周波電
圧の印加をより効果的なものにするには望ましい。In the method of the present invention, a magnetic field may be applied to the plasma generation chamber by a magnetic field generation means in order to generate microwave discharge more stably and generate plasma with high efficiency. When the magnetic field extends to the surface of the insulative substrate, the conductive sample stage is installed such that the direction of the magnetic field and the direction of an electric field formed by applying the high-frequency voltage substantially match. It is desirable to arrange the surface of the conductive substrate so as to be substantially perpendicular to the direction of the electric field in order to make the application of the high-frequency voltage more effective.

本発明の方法において、磁場を印加しない場合には、
前記高周波電圧の印加の効果をより効率的に発揮させる
ために、前記絶縁性基体を前記高周波電圧の印加によっ
て形成される電場方向に対して垂直に配置することが望
ましい。プラズマを安定に生成させるために印加する磁
場強度は200乃至2000ガウスで、より好ましくは600乃至
1000ガウスであり、プラズマ生成室中に電子サイクロト
ロン共鳴が生じる磁場をつくることが望ましい。In the method of the present invention, when no magnetic field is applied,
In order to more effectively exert the effect of the application of the high-frequency voltage, it is preferable that the insulating substrate is arranged perpendicular to the direction of the electric field formed by the application of the high-frequency voltage. The magnetic field intensity applied to stably generate plasma is 200 to 2000 Gauss, more preferably 600 to 2000 Gauss.
It is desirable to create a magnetic field that is 1000 gauss and generates electron cyclotron resonance in the plasma generation chamber.

本発明において、磁場を印加する場合は、高真空領域
においても放電を安定に維持することができるので、こ
の場合の成膜室の圧力は好ましくは１×10^-6乃至５×10
^-3Torrである。磁場を印加しない場合の好ましい成膜室
の圧力は１×10^-4乃至５×10^-3Torrである。In the present invention, when a magnetic field is applied, the discharge can be stably maintained even in a high vacuum region. Therefore, in this case, the pressure in the film formation chamber is preferably 1 × 10 ^{−6 to} 5 × 10 ^6
-3 Torr. The preferred pressure in the film formation chamber when no magnetic field is applied is 1 × 10 ^{−4 to} 5 × 10 ⁻³ Torr.

また、成膜時の前記絶縁性基体の温度は好ましくは20
0乃至400℃であり、より好ましくは250乃至350℃であ
る。Further, the temperature of the insulating substrate during film formation is preferably 20
The temperature is 0 to 400 ° C, and more preferably 250 to 350 ° C.

本発明によれば、各種の多結晶半導体膜を効率的に低
温で形成することができる。それらの多結晶半導体膜と
しては、例えば周期律表の第IV族の元素を構成母体とす
る多結晶半導体膜（以下“IV族多結晶半導体膜”とい
う。）、第II−VI族の元素を構成母体とする多結晶半導
体膜（以下“II−VI族多結晶半導体膜”という。）、第
III−Ｖ族の元素を構成母体とする多結晶半導体膜（以
下“III−Ｖ族多結晶半導体膜”という。）などが例示
できる。According to the present invention, various polycrystalline semiconductor films can be efficiently formed at a low temperature. Examples of such polycrystalline semiconductor films include a polycrystalline semiconductor film having a group IV element in the periodic table as a constituent matrix (hereinafter, referred to as a “group IV polycrystalline semiconductor film”) and a group II-VI element. A polycrystalline semiconductor film (hereinafter, referred to as a “II-VI group polycrystalline semiconductor film”) as a constituent base material,
Examples thereof include a polycrystalline semiconductor film including a group III-V element as a constituent matrix (hereinafter, referred to as a "III-V polycrystalline semiconductor film").

IV族多結晶半導体膜としては、シリコン（Si）、ゲル
マニウム（Ge）、シリコンゲルマニウム（SiGe）、シリ
コンカーバイド（SiC）、ダイヤモンドなどが形成でき
る。As the group IV polycrystalline semiconductor film, silicon (Si), germanium (Ge), silicon germanium (SiGe), silicon carbide (SiC), diamond, or the like can be formed.

II−VI族多結晶半導体膜としては、酸化亜鉛（Zn
O）、硫化亜鉛（ZnS）、セレン化亜鉛（ZnSe）、硫化カ
ドミウム（CdS）、セレン化カドミウム（CdSe）などが
形成できる。As a group II-VI polycrystalline semiconductor film, zinc oxide (Zn
O), zinc sulfide (ZnS), zinc selenide (ZnSe), cadmium sulfide (CdS), cadmium selenide (CdSe), and the like.

III−Ｖ族多結晶半導体膜としては、アルミニウムヒ
素（AlAs）、アルミニウムアンチモン（AlSb）、窒化ガ
リウム（GaN）、ガリウムリン（GaP）、ガリウムアンチ
モン（GaSb）、インジウムリン（InP）、インジウムヒ
素（InAs）、インジウムアンチモン（InSb）など挙げら
れる。Group III-V polycrystalline semiconductor films include aluminum arsenide (AlAs), aluminum antimony (AlSb), gallium nitride (GaN), gallium phosphide (GaP), gallium antimony (GaSb), indium phosphide (InP), indium arsenide ( InAs) and indium antimony (InSb).

本発明の方法により前記多結晶半導体膜を形成するた
めに使用する絶縁性基体は、結晶質もしくは非結晶質の
いずれのものであってもよい。具体例としては、石英、
ガラス、アルミナ、窒化ホウ素などのセラミックス、ポ
リイミド、シリコン樹脂などのプラスチックスが挙げら
れる。The insulating substrate used to form the polycrystalline semiconductor film by the method of the present invention may be either crystalline or non-crystalline. Specific examples include quartz,
Examples include glass, ceramics such as alumina and boron nitride, and plastics such as polyimide and silicon resin.

多結晶膜の成膜用の原料ガスとしては、半導体膜形成
に一般的に使用される公知のものが使用できる。原料で
は常温常圧でガス状態でないものは、加熱して気化して
使用するかあるいは、不活性ガスをバブリングし、輸送
して使用する。例えば多結晶シリコン半導体を形成する
場合であれば、原料ガスとしてシリコン原子を含有す
る、SiH₄,Si₂H₆,SiF₄,SiHF₃,SiH₂F₂,SiH₃F,Si₂F₆,SiC
l₄,SiH₂Cl₂,SiH₃Clなどが挙げられる。なおSiCl₄などの
液状のものは、不活性ガスのバブリングなどにより気化
して用いる。上記原料ガスの他に放電を安定させるた
め、あるいは、堆積反応を促進させるために、H₂,Ar,H
e,Ne,Kr,Xe,F₂,Cl₂,HF,HClなどのガスを堆積反応中に添
加してもよい。前記添加ガスは他の機能性薄膜の形成に
も同様に用いることができる。As a source gas for forming the polycrystalline film, a known gas generally used for forming a semiconductor film can be used. Raw materials that are not in a gaseous state at normal temperature and normal pressure are heated and vaporized, or used by bubbling and transporting an inert gas. For example, in the case of forming a polycrystalline silicon semiconductor, containing silicon atoms as a source gas, SiH ₄ , Si ₂ H ₆ , SiF ₄ , SiHF ₃ , SiH ₂ F ₂ , SiH ₃ F, Si ₂ F ₆ , SiC
l ₄ , SiH ₂ Cl ₂ , SiH ₃ Cl and the like. Note that a liquid material such as SiCl ₄ is used after being vaporized by bubbling of an inert gas or the like. In addition to the above source gases, in order to stabilize discharge or to accelerate the deposition reaction, H ₂ , Ar, H
A gas such as e, Ne, Kr, Xe, F ₂ , Cl ₂ , HF or HCl may be added during the deposition reaction. The above-mentioned additive gas can be similarly used for forming other functional thin films.

ゲルマニウムを形成するための原料ガスとしては、Ge
H₄,GeF₄が用いられ、ダイヤモンドを形成するための原
料ガスとしては、CH₄,C₂H₂,C₂H₄,C₂H₆などが用いられ
る。シリコンゲルマニウムを形成する原料としては、シ
リコンとゲルマニウムを形成するための原料ガスを混合
して用いる。シリコンカーバイドを形成する場合には、
シリコンとダイヤモンドの原料ガスを混合して用いる他
に、Si（CH₃）_４などのガスも使用できる。Ge is used as a source gas for forming germanium.
H ₄ and GeF ₄ are used, and CH ₄ , C ₂ H ₂ , C ₂ H ₄ , C ₂ H _{6 and the} like are used as source gases for forming diamond. As a raw material for forming silicon germanium, a raw material gas for forming silicon and germanium is mixed and used. When forming silicon carbide,
In addition to using a mixture of silicon and diamond source gases, a gas such as Si (CH ₃ ) ₄ can also be used.

II−VI族多結晶半導体膜を形成する場合には、II族元
素を構成元素として含有する常温常圧でガス状であるか
あるいは容易にガス化し得る化合物（以下、“II族化合
物”という。）とVI族元素を構成元素として含有する常
温常圧でガス状であるかあるいは容易にガス化し得る化
合物（以下、“VI族化合物”という。）とが成膜用原料
ガスとして使用される。In the case of forming a II-VI group polycrystalline semiconductor film, a compound containing a group II element as a constituent element which is gaseous at room temperature and normal pressure or which can be easily gasified (hereinafter, referred to as "group II compound"). ) And a compound containing a Group VI element as a constituent element, which is gaseous at room temperature and normal pressure or can be easily gasified (hereinafter, referred to as a “Group VI compound”), are used as a raw material gas for film formation.

上記II族化合物の原料ガスの具体例としては、Zn（CH
₃）₂,Zn（C₂H₅）₂,Cd（CH₃）₂,Cd（C₂H₅）_２などを挙げ
ることができる。Specific examples of the source gas of the above-mentioned group II compound include Zn (CH
₃ ) ₂ , Zn (C ₂ H ₅ ) ₂ , Cd (CH ₃ ) ₂ , Cd (C ₂ H ₅ ) _{2 and the} like.

上記VI族化合物の原料ガスとしては、H₂S,S（CH₃）₂,
S（C₂H₅）₂,S（CH₃）（C₂H₅）,H₂Se,Se（CH₃）₂,O₂など
を挙げることができる。H ₂ S, S (CH ₃ ) ₂ ,
S (C ₂ H ₅ ) ₂ , S (CH ₃ ) (C ₂ H ₅ ), H ₂ Se, Se (CH ₃ ) ₂ , O _{2 and the} like can be mentioned.

同様にIII−Ｖ族多結晶半導体膜を形成する場合に
は、III族元素を構成元素として含有する常温常圧でガ
ス状であるかあるいは容易にガス化し得る化合物（以
下、“III族化合物”という。）とＶ族元素を構成元素
として含有する常温常圧でガス状であるかあるいは容易
にガス化し得る化合物（以下、“Ｖ族化合物”とい
う。）とが成膜用原料ガスとして使用される。Similarly, when a group III-V polycrystalline semiconductor film is formed, a compound containing a group III element as a constituent element which is gaseous at room temperature and normal pressure or which can be easily gasified (hereinafter, referred to as a “group III compound”) ) And a compound containing a Group V element as a constituent element, which is gaseous at room temperature and normal pressure or can be easily gasified (hereinafter, referred to as a "Group V compound"), are used as a raw material gas for film formation. You.

上記III族化合物の原料としては、Al（CH₃）₃,Al（C₂
H₅）₃,Al（C₄H₉）₃,Ga（CH₃）₃,Ga（C₂H₅）₃,In（CH₃）
_３などを挙げることができる。The raw materials of the above group III compounds include Al (CH ₃ ) ₃ and Al (C _{2
H 5) 3, Al (C} 4 H 9) 3, Ga (CH 3) 3, Ga (C 2 H 5) 3, In (CH 3)
_{3 and the} like.

上記Ｖ族化合物の原料としては、PH₃,P（C₂H₅）₃,AsH
₃,As（CH₃）₃,Sb（CH₃）_３などを挙げることができる。PH ₃ , P (C ₂ H ₅ ) ₃ , AsH
₃ , As (CH ₃ ) ₃ , Sb (CH ₃ ) _{3 and the} like.

また、本発明によって形成される多結晶半導体膜は、
主成分元素以外の他の元素を含有する原料ガスを堆積膜
形成時に微量混入せしめることにより、得られる多結晶
半導体の価電子を制御することができる。Further, the polycrystalline semiconductor film formed by the present invention,
By mixing a small amount of a source gas containing an element other than the main component element when forming the deposited film, the valence electrons of the obtained polycrystalline semiconductor can be controlled.

以上説明した本発明のマイクロ波プラズマCVD法によ
る良質の多結晶半導体膜の形成方法を実施するための装
置としては、第４図に模式的に示す構成を成膜室につい
て有し、第５（Ａ）図乃至第５（Ｇ）図に模式的に示す
いずれかの構成をプラズマ発生室について有するものが
使用できる。そうした装置の代表的具体例としては、第
７図、第８（Ａ）図及び第８（Ｂ）図に模式的に示すも
のを挙げることができる。第４図において、400はイオ
ンエネルギー制御用高周波電源、401はコンデンサとコ
イルから成るインピーダンス整合回路、402は導電性支
持台、403は絶縁性基体、404は成膜室、405はプラズマ
流、406は絶縁体、407はグリッド電極、408はプラズマ
生成室、409はガス導入管である。As an apparatus for performing the above-described method for forming a high-quality polycrystalline semiconductor film by the microwave plasma CVD method of the present invention, a film formation chamber having a structure schematically shown in FIG. A) A plasma generation chamber having any of the structures schematically shown in FIGS. 5 to 5G can be used. Representative examples of such devices include those schematically shown in FIGS. 7, 8 (A) and 8 (B). 4, reference numeral 400 denotes a high-frequency power supply for controlling ion energy, 401 denotes an impedance matching circuit including a capacitor and a coil, 402 denotes a conductive support, 403 denotes an insulating substrate, 404 denotes a film forming chamber, 405 denotes a plasma flow, and 406 denotes a plasma flow. Is an insulator, 407 is a grid electrode, 408 is a plasma generation chamber, and 409 is a gas introduction tube.

プラズマ生成室408と成膜室404は絶縁体407によって
絶縁されている。成膜室404には、インピーダンス整合
回路401を介して高周波電源400が接続された導電性支持
台402が設けられており、グリッド電極407と導電性支持
台402との間に高周波電圧を印加することによって、プ
ラズマ生成室408で生成し、成膜室404に流出するプラズ
マ流405中のイオンのエネルギーを制御して、絶縁性基
体403の表面へ導き、多結晶半導体膜を形成する。The plasma generation chamber 408 and the film formation chamber 404 are insulated by an insulator 407. In the film formation chamber 404, a conductive support 402 to which a high-frequency power supply 400 is connected via an impedance matching circuit 401 is provided, and a high-frequency voltage is applied between the grid electrode 407 and the conductive support 402. Accordingly, the energy of ions in the plasma flow 405 generated in the plasma generation chamber 408 and flowing out to the film formation chamber 404 is controlled and guided to the surface of the insulating substrate 403 to form a polycrystalline semiconductor film.

第５（Ａ）図乃至第５（Ｇ）図はそれぞれプラズマ生
成室の典型的構成例を示すものである。第５（Ａ）図乃
至第５（Ｇ）図において、500はマイクロ波、501はマイ
クロ波導波管、502はプラズマ生成室、503はマイクロ波
導入窓、504は磁界発生装置、505は接地電極、506はリ
ジターノコイル、507はヘリカルアンテナ、508は同軸型
ロッドアンテナ、509は漏れ波アンテナ、510は空洞共振
器の軸長可変プランジャー、511はガス導入管である。
第５（Ａ）図は空洞共振器構造を有するプラズマ生成室
502内へマイクロ波を石英、又はアルミナ、マグネシ
ア、ジルコニア、窒化ケイ素、窒化ホウ素などのセラミ
ックス製の窓から直接導入して放電させる方式例、第５
（Ｂ）図はプラズマ室502が空洞共振器構造を有する無
極放電型ECR方式例、第５（Ｃ）図は502の空洞共振器の
軸長をプランジャー510で変化させることによりインピ
ーダンスの整合を取って放電させる方式、第５（Ｄ）図
はリジターノコイル506を用いたECRプラズマ生成方式
例、第５（Ｅ）図はヘリカルアンテナ507によりマイク
ロ波を導入するECRプラズマ生成方式例、第５（Ｆ）図
は同軸型ロッド508によりマイクロ波を導入するECRプラ
ズマ生成方式例、第５（Ｇ）図は漏れ波アンテナ509に
よりマイクロ波を導入して放電させる方式例である。な
お、マイクロ波放電によりプラズマを生成する方法は第
５（Ａ）図〜第５（Ｇ）図に特に限定されるものではな
い。第５（Ａ）図乃至第５（Ｇ）図に示したプラズマ生
成室の主な構成はマイクロ波導入手段と原料ガスの導入
手段から成っている。プラズマの生成方式も無極放電方
式とアンテナ方式に大きく分けることができる。第５
（Ａ）図、第５（Ｂ）図、第５（Ｃ）図のプラズマ生成
部は無極放電方式であり、放電時に不純物の混入がない
ため、大電力のマイクロ波を投入して大流量のガスを分
解する場合に適している。また、他のアンテナ方式は、
大電力マイクロ波投入には適さないが、放電を安定に生
起しやすい利点もある。第５（Ａ）図〜第５（Ｇ）図の
プラズマ生成部は、堆積用途によって適宜選択される。
さらに、放電を安定化し、高密度プラズマを効率的に生
成させる目的で、プラズマ生成室に磁場を印加する場合
もある。磁場の印加により放電可能な領域を広げること
ができる。第５（Ｂ）図、第５（Ｄ）図、第５（Ｅ）
図、第５（Ｆ）図が磁場印加方式である。プラズマ生成
に印加する磁場の好ましい磁場強度は200乃至2000ガウ
スで、より好ましくは600乃至1000ガウスであり、プラ
ズマ生成室内に電子サイクロトロン共鳴が生じる磁場強
度域をつくることが、マイクロ波エネルギーを有効利用
する上で望ましい。5 (A) to 5 (G) each show a typical configuration example of a plasma generation chamber. 5 (A) to 5 (G), 500 is a microwave, 501 is a microwave waveguide, 502 is a plasma generation chamber, 503 is a microwave introduction window, 504 is a magnetic field generator, and 505 is a ground electrode. Numeral 506 is a rigidano coil, 507 is a helical antenna, 508 is a coaxial rod antenna, 509 is a leaky wave antenna, 510 is a plunger with a variable axial length of a cavity resonator, and 511 is a gas inlet tube.
FIG. 5 (A) shows a plasma generation chamber having a cavity resonator structure.
Example of a method in which microwaves are introduced directly into a ceramic window such as quartz, or alumina, magnesia, zirconia, silicon nitride, boron nitride, etc. into 502, and discharge is performed.
FIG. 5B shows an example of a non-polar discharge type ECR system in which the plasma chamber 502 has a cavity resonator structure. FIG. 5C shows impedance matching by changing the axial length of the cavity resonator of 502 with a plunger 510. FIG. 5 (D) is an example of an ECR plasma generation method using a Rigidano coil 506, FIG. 5 (E) is an example of an ECR plasma generation method in which microwaves are introduced by a helical antenna 507, FIG. FIG. 5 (F) shows an example of an ECR plasma generation system in which microwaves are introduced by a coaxial rod 508, and FIG. 5 (G) shows an example of a system in which microwaves are introduced and leaked by a leaky wave antenna 509. The method of generating plasma by microwave discharge is not particularly limited to FIGS. 5 (A) to 5 (G). The main configuration of the plasma generation chamber shown in FIGS. 5 (A) to 5 (G) is composed of microwave introduction means and source gas introduction means. Plasma generation methods can be broadly divided into a non-polar discharge method and an antenna method. Fifth
(A), FIG. 5 (B), and FIG. 5 (C) are of a non-polar discharge type, in which no impurities are mixed at the time of discharge. Suitable for decomposing gas. Also, other antenna systems are
It is not suitable for high-power microwave input, but has the advantage of stably generating discharge. 5 (A) to 5 (G) are appropriately selected depending on the deposition application.
Further, a magnetic field may be applied to the plasma generation chamber for the purpose of stabilizing discharge and efficiently generating high-density plasma. By applying a magnetic field, a dischargeable region can be expanded. FIG. 5 (B), FIG. 5 (D), FIG. 5 (E)
FIG. 5 (F) shows a magnetic field application method. The preferable magnetic field intensity of the magnetic field applied to the plasma generation is 200 to 2000 Gauss, more preferably 600 to 1000 Gauss, and creating a magnetic field intensity region where electron cyclotron resonance occurs in the plasma generation chamber effectively utilizes microwave energy. It is desirable in doing.

本発明の方法は、本発明の方法を実施する構成を有す
る適宜の装置を使用して実施することができる。そうし
た装置の好ましいものとして、第４図に示した構成を成
膜室について有し、第５（Ａ）図乃至第５（Ｇ）図に示
した構成のいずれかをプラズマ生成室についてする装置
が例示できる。そうした装置の具体例として、第７図、
第８図（Ａ）図及び第８図（Ｂ）図に示した構成の装置
を挙げることができる。第７図に示した装置は、第４図
に示し構成の成膜室と第５（Ｂ）図に示した構成のプラ
ズマ生成室とを組み合わせてなるものである。第７図に
示した装置は、上述した実験５乃至８において使用した
ものであり、該装置については既に説明したので、ここ
での説明は省略する。第８（Ａ）図に示した装置は、第
４図に示した構成の成膜室と第５（Ｃ）図に示した構成
のプラズマ生成室とを組み合わせてなるものである。第
８（Ｂ）図に示した装置は、第８（Ａ）図に示した装置
において基体を保持する導電性支持台の向きをプラズマ
流の方向と平行にした点を除いて他は第８（Ａ）図に示
した装置と同一構成のものである。The method of the present invention can be carried out using any appropriate device having a configuration for performing the method of the present invention. As a preferable example of such an apparatus, an apparatus having the configuration shown in FIG. 4 for the film formation chamber and providing any one of the configurations shown in FIGS. 5A to 5G for the plasma generation chamber is provided. Can be illustrated. FIG. 7 shows a specific example of such a device.
An apparatus having the configuration shown in FIGS. 8A and 8B can be given. The apparatus shown in FIG. 7 is a combination of a film forming chamber having the structure shown in FIG. 4 and a plasma generating chamber having the structure shown in FIG. 5 (B). The apparatus shown in FIG. 7 was used in Experiments 5 to 8 described above. Since the apparatus has already been described, description thereof will be omitted. The apparatus shown in FIG. 8 (A) is a combination of a film forming chamber having the structure shown in FIG. 4 and a plasma generating chamber having the structure shown in FIG. 5 (C). The device shown in FIG. 8 (B) is the same as the device shown in FIG. 8 (A) except that the direction of the conductive support holding the substrate is parallel to the direction of the plasma flow. (A) It has the same configuration as the device shown in the figure.

第８図において、800はイオン制御電場印加用高周波
電源、801はインピーダンス整合回路、802は導電性支持
台、803は絶縁性基体、804は成膜室、805はプラズマ
流、806は絶縁体、807はグリッド電極（接地電極）、80
8はプラズマ生成室、809はマイクロ波、810はマイクロ
波導波管、811は石英製ベルジャー（マイクロ波導入
窓）、812は空洞共振器の軸長可変用プランジャー、813
と814はガス導入管である。In FIG. 8, 800 is a high frequency power supply for applying an ion control electric field, 801 is an impedance matching circuit, 802 is a conductive support, 803 is an insulating substrate, 804 is a film formation chamber, 805 is a plasma flow, 806 is an insulator, 807 is a grid electrode (ground electrode), 80
8 is a plasma generation chamber, 809 is a microwave, 810 is a microwave waveguide, 811 is a quartz bell jar (microwave introduction window), 812 is a plunger for changing the axial length of a cavity resonator, 813
And 814 are gas introduction pipes.

第７図の装置と第８図の装置の異なる点は、プラズマ
生成室である。第８図の装置では、プラズマ生成室が空
洞共振器中に石英ベルジャーが設けられた構造になって
おり、空洞共振器側部に接続されたマイクロ波導波管81
0からマイクロ波を導入し、放電が安定に生起するよう
に812のプランジャーで空洞共振器長を調整して、石英
ベルジャー811内にプラズマが生成されることになる。
磁場を印加しないことを除いて操作方法は第８図の装置
に同じである。The difference between the apparatus shown in FIG. 7 and the apparatus shown in FIG. 8 is a plasma generation chamber. In the apparatus shown in FIG. 8, the plasma generation chamber has a structure in which a quartz bell jar is provided in a cavity resonator, and a microwave waveguide 81 connected to the side of the cavity resonator.
Microwaves are introduced from zero, and the cavity length is adjusted with a plunger 812 to stably generate a discharge, and plasma is generated in the quartz bell jar 811.
The operating method is the same as that of the apparatus in FIG. 8 except that no magnetic field is applied.

本発明のマイクロ波プラズマ堆積方法にて、機能性薄
膜を形成する場合は、（ａ）堆積用の原料ガスを直接プ
ラズマ生成室に導入し、プラズマを生成して堆積膜を形
成する方法と、（ｂ）プラズマ発生用の原料ガスをプラ
ズマ生成室に導入し、堆積用の原料ガスを堆積室に導入
して、堆積膜の形成を行う（ａ）及び（ｂ）の２通りが
ある。堆積膜形成にいずれの方法を用いるかは、希望す
る堆積膜あるいは使用する原料ガスによって適宜選ばれ
る。When a functional thin film is formed by the microwave plasma deposition method of the present invention, (a) a method of directly introducing a source gas for deposition into a plasma generation chamber and generating plasma to form a deposited film; (B) There are two types (a) and (b) in which a source gas for plasma generation is introduced into a plasma generation chamber, and a source gas for deposition is introduced into a deposition chamber to form a deposited film. Which method is used for forming a deposited film is appropriately selected depending on a desired deposited film or a source gas to be used.

上記ガス導入方法において原料ガスに、分解が容易で
ないガスを導入する場合には、（ａ）の方法を採用した
方がよい。原料ガスに分解容易なガスを使用する場合に
は（ｂ）の方法を採用してもよい。When a gas that is not easily decomposed is introduced into the raw material gas in the above gas introduction method, the method (a) is preferably employed. When a gas that can be easily decomposed is used as the source gas, the method (b) may be employed.

本発明のマイクロ波プラズマCVD法を用いた多結晶半
導体膜の形成において、さらに反応を促進するために、
熱エネルギーや光エネルギーを試料基体表面に付与する
ことも可能である。In the formation of the polycrystalline semiconductor film using the microwave plasma CVD method of the present invention, to further promote the reaction,
It is also possible to apply heat energy or light energy to the surface of the sample substrate.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する
が、本発明はこれらの実施例によってのみ限定されるも
のではない。Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited only to these examples.

実施例１ 本発明を用いた実施例として実験５で用いた第７図に
示す構成のマイクロ波プラズマ堆積装置を用い、以下の
手順で多結晶シリコン膜を堆積した。Example 1 As an example using the present invention, a polycrystalline silicon film was deposited by the following procedure using the microwave plasma deposition apparatus having the configuration shown in FIG. 7 used in Experiment 5.

まず、成膜室702内の導電性支持台708に洗浄済みのコ
ーニング社製＃7059ガラス基板713を装置した後、該ガ
ラス基板の表面温度が300℃になるように、不図示の温
度コントローラーにより制御し、２×10^-7Torrの圧力ま
で排気して、プラズマ生成室701に、ガス導入管705から
H₂50sccmとSiH₄5sccmとを導入し、成膜室702内の圧力を
２×10^-5Torrに制御した。直ちに、磁場発生装置709に
てプラズマ生成室701内に875ガウスの磁場を発生させ、
300Wのマイクロ波電力を石英製マイクロ波導入窓703よ
り投入すると同時に、高周波電源700より、整合回路714
を介してイオン制御用高周波電圧を周波数100MHz、電圧
300Vにて前記支持台708に印加しつつ成膜を行い、膜厚
2.1ミクロンの堆積膜を形成させた。堆積速度は15Å/se
cであった。形成したシリコン膜の特性評価としてRHEED
（反射高速電子線回折法）による結晶性の評価を行っ
た。ついで、得られた堆積膜上に電極を蒸着して形成
し、ファンデア・パウの方法によるホール効果を測定し
た。RHEEDによる回折結果は、スポットパターンを確認
し、結晶性の良い多結晶シリコン膜であることを示して
いた。ホール効果測定から求めたホール移動度は64m²/V
・secであった。First, a cleaned Corning # 7059 glass substrate 713 is set on the conductive support 708 in the film formation chamber 702, and then a temperature controller (not shown) is used so that the surface temperature of the glass substrate becomes 300 ° C. Control and evacuate to a pressure of 2 × 10 ^-7 Torr, and into the plasma generation chamber 701 from the gas introduction pipe 705
Introducing the H ₂ 50 sccm and SiH ₄ 5 sccm, to control the pressure in the deposition chamber 702 to 2 × 10 ^-5 Torr. Immediately, a magnetic field of 875 Gauss was generated in the plasma generation chamber 701 by the magnetic field generator 709,
300 W of microwave power is supplied from the quartz microwave introduction window 703 and at the same time, the matching circuit 714 is supplied from the high frequency power supply 700.
A high frequency voltage for ion control via the frequency 100MHz, voltage
Film formation is performed while applying voltage to the support 708 at 300 V,
A 2.1 micron deposited film was formed. Deposition rate is 15Å / se
c. RHEED as a property evaluation of the formed silicon film
The crystallinity was evaluated by (reflection high-speed electron beam diffraction method). Next, an electrode was formed on the obtained deposited film by vapor deposition, and the Hall effect by the method of Van der Pau was measured. The result of diffraction by RHEED confirmed a spot pattern, and indicated that the film was a polycrystalline silicon film having good crystallinity. Hall mobility obtained from Hall effect measurement is 64 m ² / V
-It was sec.

比較例１ 第６図の堆積装置を用い、試料台608に直流電圧−400
Vを印加した以外は、堆積膜形成例１と同様の方法で膜
厚1.8ミクロンのシリコン堆積膜を形成させた。堆積速
度は13Å/secであった。Comparative Example 1 A DC voltage of -400 was applied to the sample stage 608 using the deposition apparatus shown in FIG.
A silicon deposited film having a thickness of 1.8 μm was formed in the same manner as in deposited film formation example 1 except that V was applied. The deposition rate was 13Å / sec.

得られた堆積膜のRHEED回折パターンはリング状で、
結晶性の悪いシリコン多結晶膜であった。ホール移動度
は4cm²/V・secであった。The RHEED diffraction pattern of the obtained deposited film is ring-shaped,
It was a silicon polycrystalline film having poor crystallinity. The hole mobility was 4 cm ² / V · sec.

実施例２ 実施例１において、内圧のみを２×10^-3Torrに変えた
以外は同様の方法で膜厚2.5ミクロンのシリコン堆積膜
を形成した。堆積速度は17Å/secであった。評価方法も
実施例１と同じ方法で行った。Example 2 A silicon deposited film having a thickness of 2.5 μm was formed in the same manner as in Example 1 except that only the internal pressure was changed to 2 × 10 ⁻³ Torr. The deposition rate was 17Å / sec. The evaluation method was the same as in Example 1.

RHEED回折パターンは、スポットパターンで結晶性の
良い多結晶シリコンであった。ホール移動度は56cm²/V
・secであった。The RHEED diffraction pattern was a polycrystalline silicon having a good crystallinity in a spot pattern. Hall mobility 56cm ² / V
-It was sec.

実施例３ 磁場印加の効果を見るために実施例において、磁場を
印加しないこと以外は同様の方法で膜厚2.0ミクロンの
シリコン堆積膜を形成した。堆積速度は11Å/secであっ
た。評価方法は実施例１と同じ方法で行った。Example 3 In order to see the effect of applying a magnetic field, a silicon deposited film having a thickness of 2.0 μm was formed in the same manner as in the example except that no magnetic field was applied. The deposition rate was 11Å / sec. The evaluation method was the same as in Example 1.

RHEED回折パターンは、スポットパターンで結晶性の
良い多結晶であった。ホール移動度は43cm²/V・secであ
った。The RHEED diffraction pattern was a spot pattern and was a polycrystal having good crystallinity. The hole mobility was 43 cm ² / V · sec.

比較例２ 堆積膜形成例１と同様の方法で、第７図の装置を用
い、試料台708に周波数13.56MHz、電圧400Vの高周波電
圧を印加して、コーニング社製＃7059ガラス基板上に1.
6ミクロンの膜厚のシリコン堆積膜を形成させた。堆積
速度は11Å/secであった。得られた堆積膜のRHEED回折
パターンはリング状で結晶性の悪いシリコン多結晶では
あったが、ホール移動度は1cm²/V・secであった。Comparative Example 2 A high-frequency voltage of 13.56 MHz and a voltage of 400 V was applied to the sample stage 708 using the apparatus shown in FIG. .
A silicon deposited film having a thickness of 6 microns was formed. The deposition rate was 11Å / sec. The RHEED diffraction pattern of the obtained deposited film was a ring-shaped and poorly crystalline silicon polycrystal, but the hole mobility was 1 cm ² / V · sec.

実施例４ 第８（Ｂ）図に示すマイクロ波プラズマCVD装置を用
いて、多結晶シリコン堆積膜を形成した。Example 4 A polycrystalline silicon deposited film was formed using the microwave plasma CVD apparatus shown in FIG. 8 (B).

まず、堆積用基板803として洗浄したコーニング社製
＃7059ガラス基板を電圧印加用試料台802に装着し、成
膜室804内の圧力が１×10^-6Torrの圧力まで廃棄した
後、前記ガラス基板803の表面温度を300℃に保ち、ガス
導入管813よりH₂10sccmとAr5sccmを導入し、ガス導入管
814よりSiH₄10sccmを導入して成膜室804内の圧力を5mTo
rrに制御した。直ちに、300Wのマイクロ波電力を導波管
810を通じてプラズマ生成室808内に投入して放電を開始
させると同時に高周波電源800より周波数50MHz、電圧10
0Vの高周波を支持台802に印加し、膜厚1.5ミクロンのシ
リコン堆積膜を形成させた。堆積速度は17Å/secであっ
た。得られたシリコン堆積膜についてRHEED測定した結
果、回折パターンはスポット状で多結晶であった。First, a Corning # 7059 glass substrate washed as a deposition substrate 803 was mounted on a voltage application sample stage 802, and the pressure in the film formation chamber 804 was discarded to a pressure of 1 × 10 ⁻⁶ Torr. The surface temperature of the substrate 803 was maintained at 300 ° C., and H _{2 10} sccm and Ar ₅ sccm were introduced from the gas introduction pipe 813 to the gas introduction pipe.
Introduce 10 sccm of SiH ₄ from 814 to increase the pressure in the deposition chamber 804 by 5 mTo
Controlled to rr. Immediately, microwave power of 300 W
At the same time, it is discharged into the plasma generation chamber 808 through 810 to start discharging, and at the same time, the frequency is 50 MHz and the voltage is 10
A high frequency of 0 V was applied to the support 802 to form a silicon deposited film having a thickness of 1.5 μm. The deposition rate was 17Å / sec. As a result of RHEED measurement of the obtained silicon deposited film, the diffraction pattern was spot-like and polycrystalline.

また、得られた堆積膜上に電極を蒸着により形成し、
ファンデア・パウの方法によるホール効果を測定して求
めたホール移動度は20cm²/V・secであった。In addition, an electrode is formed on the obtained deposited film by vapor deposition,
The Hall mobility obtained by measuring the Hall effect according to the method of Van der Pau was 20 cm ² / V · sec.

また、堆積用基板をプラズマ流に対し垂直に設置した
第８（Ａ）図の装置を用いて上記方法と同一方法で、ア
モルファスシリコン膜を堆積させて特性を測定したとこ
ろ、ホール移動度は20cm²/V・secであった。When the characteristics of the amorphous silicon film were measured by depositing an amorphous silicon film in the same manner as described above using the apparatus shown in FIG. 8A in which the deposition substrate was set perpendicular to the plasma flow, the hole mobility was 20 cm. ² / V · sec.

比較例３ 第８（Ｂ）図のマイクロ波プラズマ堆積装置におい
て、支持台802に高周波電界を印加せず接地した以外
は、堆積膜形成例４と同様の方法で２ミクロンの膜厚の
シリコン堆積膜を形成した。堆積速度は16Å/secであっ
た。得られた堆積膜の評価は堆積膜形成例４と同様の方
法で行った。RHEED測定ではハローが観察され、非晶質
シリコンであった。また、ホール移動度は0.7cm²/V・se
cであった。Comparative Example 3 In the microwave plasma deposition apparatus shown in FIG. 8B, a silicon film having a thickness of 2 μm was deposited in the same manner as in the deposition film formation example 4 except that the support 802 was grounded without applying a high-frequency electric field. A film was formed. The deposition rate was 16Å / sec. The obtained deposited film was evaluated in the same manner as in the deposited film forming example 4. A halo was observed in the RHEED measurement, and the sample was amorphous silicon. The hole mobility is 0.7 cm ² / V · se
c.

実施例５ 第７図に示した装置を使用し、実施例１とほぼ同様の
操作方法で成膜を行って、多結晶質セレン化亜鉛（ZnS
e）を形成した。Example 5 Using the apparatus shown in FIG. 7, a film was formed in substantially the same manner as in Example 1, and polycrystalline zinc selenide (ZnS
e) formed.

まず、堆積用絶縁基体713として洗浄したコーニング
社製＃7059ガラス基板を導電性支持台708に装着し、成
膜室702内の圧力が８×10^-7Torr以下になるまで排気し
た後、前記ガラス基板713の表面温度を350℃に制御し、
ガス導入管705より、H₂8sccmとSe（CH₃）₂3sccmを導入
し、ガス導入管706よりZn（CH₃）₂1sccmを導入して成膜
室702の圧力を２×10^-3Torrに制御した、直ちに、磁場
発生装置709にてプラズマ生成室701内に1000ガウスの磁
場を発生させ、200Wのマイクロ波電力を石英製マイクロ
波導入窓703より投入すると同時に、高周波電源700よ
り、整合回路713を介してイオン制御用高周波電圧を周
波数50MHz、電圧200Vにて前記導電性支持台708に印加し
つつ成膜を行い、膜厚2.6ミクロンの堆積膜を形成し
た。得られたセレン化亜鉛の堆積膜のRHEEDによる観察
ではスポットパターンが得られ、結晶性の良いことが確
認された。また、ホール効果の測定で、ホール移動度は
45cm²/V・secであった。First, a Corning # 7059 glass substrate washed as a deposition insulating substrate 713 was mounted on a conductive support 708, and the inside of the film formation chamber 702 was evacuated until the pressure became 8 × 10 ⁻⁷ Torr or less. Controlling the surface temperature of the glass substrate 713 to 350 ° C,
The gas inlet pipe 705, H ₂ 8 sccm and Se (CH _{3) 2} 3sccm introduced, 2 × 10 ^-3 Torr pressure of the film forming chamber 702 by introducing Zn (CH _{3) 2} 1sccm the gas inlet pipe 706 Immediately, a magnetic field generator 709 generates a magnetic field of 1000 Gauss in the plasma generation chamber 701, and applies 200 W of microwave power from the quartz microwave introduction window 703, and at the same time, matches from the high frequency power supply 700. Film formation was performed by applying a high frequency voltage for ion control at a frequency of 50 MHz and a voltage of 200 V to the conductive support 708 via a circuit 713 to form a deposited film having a thickness of 2.6 μm. Observation of the obtained deposited film of zinc selenide by RHEED showed a spot pattern, and it was confirmed that the crystallinity was good. In the Hall effect measurement, the Hall mobility is
45 cm ² / V · sec.

実施例６ 実施例１の多結晶シリコン薄膜を作製する条件で成膜
を行い、第９図の構造の薄膜トランジスタの作製を試み
た。第９図において、900は透明絶縁基板、901は多結晶
半導体層、902は不純物ドープ層、903と904はそれぞれ
ソース電極とドレイン電極、905はゲート絶縁膜、906は
ゲート電極である。Example 6 A film was formed under the conditions for manufacturing the polycrystalline silicon thin film of Example 1, and an attempt was made to manufacture a thin film transistor having the structure shown in FIG. In FIG. 9, 900 is a transparent insulating substrate, 901 is a polycrystalline semiconductor layer, 902 is an impurity doped layer, 903 and 904 are source and drain electrodes respectively, 905 is a gate insulating film, and 906 is a gate electrode.

第９図の薄膜トランジスタの作製手順の概略は以下の
通りである。まず、透明絶縁基板900として洗浄したコ
ーニング社製＃7059ガラス基板上に実施例１と同一の方
法で、多結晶半導体層901として膜厚3000Åの多結晶シ
リコ膜を形成し、PH₃ガスを用いたプラズマドーピング
により、n⁺層の不純物ドープ層を形成し、Alを電子ビー
ム蒸着法で1000Åの膜厚蒸着した後、フォトリソグラフ
ィーにより、Al層とn⁺層をパターニングして903と904の
ソース・ドレイン電極を形成する。次に、SiH₄ガスとNH
₃ガスのプラズマCVD法によって、膜厚2500Åの窒化シリ
コン膜を形成し、ゲート絶縁膜とした。ついでAlを電子
ビーム蒸着法で5000Å蒸着した後、フォトリソグラフィ
ーにより、パターニングしてゲート電極905を形成し、
多結晶薄膜トランジスタを作製した。トランジスタの機
能を確認したところ、ON/OFFの電流比が８×10⁵で、キ
ャリア移動度は52cm²/V・secであった。The outline of the procedure for manufacturing the thin film transistor of FIG. 9 is as follows. First, a 3000 mm-thick polycrystalline silicon film was formed as a polycrystalline semiconductor layer 901 on a cleaned Corning # 7059 glass substrate as a transparent insulating substrate 900 in the same manner as in Example 1, and PH ₃ gas was used. After forming an n ⁺ layer impurity doped layer by plasma doping, and depositing Al with a thickness of 1000 電子 by electron beam evaporation, the Al layer and the n ⁺ layer were patterned by photolithography and the source of 903 and 904 was formed. -Form a drain electrode. Next, SiH ₄ gas and NH
_A 2500-nm-thick silicon nitride film was formed by a _three- gas plasma CVD method to form a gate insulating film. Next, after Al was deposited at 5000 ° by electron beam evaporation, patterning was performed by photolithography to form a gate electrode 905,
A polycrystalline thin film transistor was manufactured. When the function of the transistor was confirmed, the ON / OFF current ratio was 8 × 10 ⁵ and the carrier mobility was 52 cm ² / V · sec.

実施例７ 実施例６で用いたコーニング社製＃7059ガラス基板に
代えて、ソーダ石灰ガラスを酸化シリコンで被覆した上
に、プラズマCVD法で窒化シリコン膜を被覆した基板を
用いて、実施例６と同様の方法で多結晶薄膜トランジス
タを作製した。作製したトランジスタの機能を確認した
ところ、ON/OFF時の電流比は４×10⁵でキャリア移動度
は31cm²/V・secであった。Example 7 Instead of the Corning # 7059 glass substrate used in Example 6, soda lime glass was coated with silicon oxide, and a substrate coated with a silicon nitride film by a plasma CVD method was used. A polycrystalline thin-film transistor was produced in the same manner as described above. When the function of the manufactured transistor was confirmed, the current ratio at the time of ON / OFF was 4 × 10 ⁵ and the carrier mobility was 31 cm ² / V · sec.

堆積膜の形成に関する評価 実施例１と比較例1,2との比較及び、実施例４と比較
例３との比較から、本発明による高周波電場の印加によ
り高品質の多結晶シリコン薄膜が低温で形成されること
がわかる。実施例２と実施例３との比較から、本発明に
おいて磁場を印加することにより、多結晶シリコン薄膜
の品質も向上し、堆積速度も増加することがわかる。Evaluation of Formation of Deposited Film From the comparison between Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 and Comparison between Example 4 and Comparative Example 3, the high-quality polycrystalline silicon thin film can be formed at a low temperature by applying a high-frequency electric field according to the present invention. It can be seen that it is formed. From a comparison between Example 2 and Example 3, it can be seen that applying a magnetic field in the present invention improves the quality of the polycrystalline silicon thin film and increases the deposition rate.

実施例５では化合物半導体の絶縁基体への堆積も、本
発明を用いれば容易であり、得られた膜質も良好である
ことがわかる。実施例６と７では本発明の方法による多
結晶シリコンを半導体層に使用した薄膜トランジスタを
製作し、400℃以下の低温で多結晶シリコンを形成した
にもかかわらず良好なトランジスタ特性を示すことを確
認できる。In Example 5, it can be seen that the compound semiconductor can be easily deposited on the insulating substrate by using the present invention, and the obtained film quality is also good. In Examples 6 and 7, thin film transistors using polycrystalline silicon for the semiconductor layer according to the method of the present invention were manufactured, and it was confirmed that good transistor characteristics were exhibited despite forming polycrystalline silicon at a low temperature of 400 ° C. or less. it can.

〔発明の効果の概要〕 上述したように本発明によれば、マイクロ波プラズマ
CVD法又はECRマイクロ波プラズマCVD法により多結晶半
導体膜を形成する従来方法における問題点を解決し、容
易に入手し得る大面積の絶縁性基体上に低温で高品質の
多結晶半導体膜を効率的に形成することができる。本発
明によれば、アクティブマトリックス液晶ディスプレイ
用TFTの半導体層を低温成膜により多結晶で構成するよ
うにすることができるので、該TFTを高性能のものにす
ると共に、低コストのものにすることができる。 [Summary of Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, microwave plasma
Solves the problems of the conventional method of forming a polycrystalline semiconductor film by the CVD method or ECR microwave plasma CVD method, and efficiently produces a high-quality polycrystalline semiconductor film at a low temperature on an easily available large-area insulating substrate. Can be formed. According to the present invention, the semiconductor layer of the TFT for an active matrix liquid crystal display can be made of polycrystal by low-temperature deposition, so that the TFT has a high performance and a low cost. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第１（Ａ）図と第１（Ｂ）図は、本発明の効果を説明す
るために用いたイオンエネルギー測定装置の概略構成図
である。 第２（Ａ）図、第２（Ｂ）図、第２（Ｃ）図、第２
（Ｄ）図は、それぞれ実験１において得たイオンエネル
ギープロファイルである。第２（Ｅ）図と第２（Ｆ）図
は、それぞれ実験２において得たイオンエネルギープロ
ファイルである。第２（Ｇ）図は、実験３において得
た、印加した高周波電圧の周波数とイオンのピークエネ
ルギーに対する半値幅の比を示した図である。 第３（Ａ）図は、実験５から得た、印加した高周波電圧
値と結晶性の関係を表した図である。第３（Ｂ）図は、
実験６から得た成膜室の圧力と結晶性の関係を表した図
である。第３（Ｃ）図は実験７から得た基体温度と結晶
の関係を表した図である。第３（Ｄ）図は、実験７から
得た基体温度と結晶粒径の関係を示した図である。 第４図は、本発明を実施するために用いる成膜室の概略
図である。 第５（Ａ）図乃至第５（Ｇ）図は、本発明を実施するた
めに用いるプラズマ生成室の概略図である。 第６図は、従来のECRプラズマ装置を応用したRIBD（Rea
ctive Ion Beam Deposition）法による成膜装置の模式
的構成図である。 第７図は、第４図の成膜室と第５（Ｂ）図のプラズマ生
成室を組み合わせた、本発明の方法を実施するに適した
成膜装置である。 第８（Ａ）図と第８（Ｂ）図は、第４図の成膜室と第５
（Ｃ）図のプラズマ生成室を組み合わせた、本発明の方
法を実施するに適した成膜装置である。 第９図は、本発明の方法により、多結晶シリコン薄膜か
らなる半導体層を形成して得た薄膜トランジスタの略断
面図である。 第1,4,5,6,7及び８図において、 100,400,700,800……高周波電源、 101……コンデンサ、 102,106,600……直流電源、 103,402,608,708,802……導電性支持台、 104……イオン反射用グリッド、 105……イオン収集電極、107……絶縁性基板、 108……微少電流計、 109,406,612,712,806……絶縁体、 110,407,505,706,807……接地電極、 111,408,502,601,701,808……プラズマ生成室、 112,504,709……磁場発生装置、 113,507……ヘリカルアンテナ、 114,501,604,810……マイクロ波導波管、 500,809……マイクロ波、 115……真空容器、118,119……チューナー、 120……真空用ガラス、 116,409,605,606,705,706,813,814……ガス導入管、 117,405,607,707,805……プラズマ流、 503,603.703,811……マイクロ波導入窓、 506……リジターノコイル、 508……同軸型ロッドアンテナ、 509……漏れ波アンテナ、 403,613,713,803……堆積用基体、 401,713,801……インピーダンス整合回路、 510,812……空洞共振器の軸長可変プランジャー、 611,711,807……電界印加用グリッド電極、 404,502,602,702,804……成膜室。 第９図において、 900……透明絶縁基板（ガラス基板）、 901……多結晶半導体層、 902……不純物ドープ層、 903……ソース電極、 904……ドレイン電極、 905……ゲート絶縁膜、 906……ゲート電極。1 (A) and 1 (B) are schematic configuration diagrams of an ion energy measuring device used for explaining the effect of the present invention. FIG. 2 (A), FIG. 2 (B), FIG. 2 (C), FIG.
(D) is an ion energy profile obtained in Experiment 1. 2 (E) and 2 (F) are ion energy profiles obtained in Experiment 2, respectively. FIG. 2 (G) is a diagram showing the ratio of the frequency of the applied high-frequency voltage and the half width to the peak energy of the ions, obtained in Experiment 3. FIG. 3A is a diagram showing the relationship between the applied high-frequency voltage value and the crystallinity obtained from Experiment 5. FIG. 3 (B)
FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between a pressure in a film forming chamber and crystallinity obtained in Experiment 6. FIG. 3 (C) is a diagram showing the relationship between the substrate temperature and the crystal obtained from Experiment 7. FIG. 3 (D) is a diagram showing the relationship between the substrate temperature and the crystal grain size obtained from Experiment 7. FIG. 4 is a schematic diagram of a film forming chamber used for carrying out the present invention. 5 (A) to 5 (G) are schematic diagrams of a plasma generation chamber used to carry out the present invention. FIG. 6 shows a RIBD (Rea) using a conventional ECR plasma apparatus.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a film forming apparatus using a ctive ion beam deposition (Ctive Ion Beam Deposition) method. FIG. 7 shows a film forming apparatus suitable for carrying out the method of the present invention, in which the film forming chamber of FIG. 4 and the plasma generating chamber of FIG. 5B are combined. 8 (A) and 8 (B) show the film forming chamber of FIG.
(C) A film forming apparatus suitable for carrying out the method of the present invention, combining the plasma generation chambers shown in the figure. FIG. 9 is a schematic sectional view of a thin film transistor obtained by forming a semiconductor layer made of a polycrystalline silicon thin film by the method of the present invention. In FIGS. 1, 4, 5, 6, 7 and 8, 100, 400, 700, 800, high-frequency power supply, 101, capacitor, 102, 106, 600, DC power supply, 103, 402, 608, 708, 802, conductive support, 104, grid for ion reflection, 105 ... Ion collection electrode, 107 ... Insulating substrate, 108 ... Micro ammeter, 109,406,612,712,806 ... Insulator, 110,407,505,706,807 ... Ground electrode, 111,408,502,601,701,808 ... Plasma generation chamber, 112,504,709 ... Magnetic field generator, 113,507 ... Helical antenna , 114,501,604,810… Microwave waveguide, 500,809… Microwave, 115… Vacuum container, 118,119 …… Tuner, 120… Vacuum glass, 116,409,605,606,705,706,813,814 …… Gas introduction pipe, 117,405,607,707,805 …… Plasma flow, 503,603.703,811… … Microwave introduction window, 506… Rigidano coil, 508… Coaxial rod antenna, 509… Leakage wave antenna, 403,613,713,803 …… Deposition base , 401,713,801 ... impedance matching circuit, 510,812 ... variable axis length plunger of cavity resonator, 611,711,807 ... grid electrode for applying electric field, 404,502,602,702,804 ... film forming chamber. 9, 900: a transparent insulating substrate (glass substrate); 901, a polycrystalline semiconductor layer; 902, an impurity-doped layer; 903, a source electrode; 904, a drain electrode; 905, a gate insulating film; 906 ... Gate electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−13625（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−216333（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−129916（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−192489（ＪＰ，Ａ) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-61-13625 (JP, A) JP-A-63-216333 (JP, A) JP-A-2-129916 (JP, A) JP-A-2- 192489 (JP, A)

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】マイクロ波導入手段を備えたプラズマ生成
室と成膜室とを有するマイクロ波プラズマCVD法による
成膜用装置を使用し、前記プラズマ生成室内に原料ガス
を導入し、同時に前記マイクロ波導入手段を介してマイ
クロ波エネルギーを前記プラズマ生成室内に投入して放
電を生起させて前記原料ガスを分解してプラズマを生成
せしめ、前記プラズマ生成室と前記成膜室との間に設け
られた多穿孔グリッド電極を介して該プラズマを前記成
膜室内に流入せしめ、前記成膜室内に設置された導電性
支持台上に配置された絶縁性基体の表面に堆積膜を形成
する方法であって、前記堆積膜の形成を、前記グリッド
電極と前記導電性支持台との間に20乃至500MHzの高周波
電圧を印加しながら行うことを特徴とする多結晶半導体
膜の形成方法。An apparatus for forming a film by a microwave plasma CVD method having a plasma generation chamber provided with a microwave introduction means and a film formation chamber is used to introduce a source gas into the plasma generation chamber, Microwave energy is introduced into the plasma generation chamber through a wave introducing means to generate a discharge by generating a discharge to generate plasma, and is provided between the plasma generation chamber and the film formation chamber. Flowing the plasma into the film forming chamber through the multi-perforated grid electrode, and forming a deposited film on the surface of an insulating substrate disposed on a conductive support table installed in the film forming chamber. Forming the deposited film while applying a high-frequency voltage of 20 to 500 MHz between the grid electrode and the conductive support. 【請求項２】前記高周波電圧を100乃至500Vの範囲に制
御して形成される堆積膜を多結晶膜にする請求項（１）
に記載の多結晶半導体膜の形成方法。2. The method according to claim 1, wherein the deposition film formed by controlling the high-frequency voltage in the range of 100 to 500 V is a polycrystalline film.
3. The method for forming a polycrystalline semiconductor film according to item 1. 【請求項３】前記成膜室内の圧力を１×10^-6乃至５×10
^-3Torrに維持して成膜を行う請求項（２）に記載の多結
晶半導体膜の形成方法。3. The pressure in the film forming chamber is 1 × 10 ^{-6 to} 5 × 10 ⁶
3. The method for forming a polycrystalline semiconductor film according to claim 2, wherein the film is formed while maintaining the pressure at ^-3 Torr. 【請求項４】前記絶縁性基体を200乃至400℃の範囲の温
度に維持して成膜を行う請求項（２）に記載の多結晶半
導体膜の形成方法。4. The method for forming a polycrystalline semiconductor film according to claim 2, wherein the film is formed by maintaining the insulating substrate at a temperature in the range of 200 to 400 ° C. 【請求項５】マイクロ波導入手段と磁場発生手段とを備
えたプラズマ生成室と成膜室とを有するマイクロ波プラ
ズマCVD法による成膜用装置を使用し、前記磁場発生手
段により磁場を前記プラズマ生成室内に印加し、原料ガ
スを導入し、同時に前記マイクロ波導入手段を介してマ
イクロ波エネルギーを前記プラズマ生成室内に投入して
放電を生起させて前記原料ガスを分解してプラズマを生
成せしめ、前記プラズマ生成室と前記成膜室との間に設
けられた多穿孔グリッド電極を介して該プラズマを前記
成膜室内に流入せしめ、前記成膜室内に設置された導電
性支持台上に配置された絶縁性基体の表面に堆積膜を形
成する方法であって、前記堆積膜の形成を、前記グリッ
ド電極と前記導電性支持台との間に20乃至500MHzの高周
波電圧を印加しながら行うことを特徴とする多結晶半導
体膜の形成方法。5. An apparatus for film formation by a microwave plasma CVD method having a plasma generation chamber having a microwave introduction means and a magnetic field generation means and a film formation chamber, wherein the magnetic field is generated by the magnetic field generation means. Applying into the generation chamber, introducing the source gas, at the same time applying microwave energy into the plasma generation chamber through the microwave introduction means to generate a discharge to decompose the source gas to generate plasma, The plasma is caused to flow into the film formation chamber through a multi-perforation grid electrode provided between the plasma generation chamber and the film formation chamber, and is disposed on a conductive support table installed in the film formation chamber. Forming a deposited film on the surface of the insulating substrate, wherein the deposited film is formed while applying a high-frequency voltage of 20 to 500 MHz between the grid electrode and the conductive support. Method of forming a polycrystalline semiconductor film, wherein Ukoto. 【請求項６】前記高周波電圧を100乃至500Vの範囲に制
御して形成される堆積膜を多結晶質膜にする請求項
（５）に記載の多結晶半導体膜の形成方法。6. The method for forming a polycrystalline semiconductor film according to claim 5, wherein the deposited film formed by controlling the high-frequency voltage in the range of 100 to 500 V is a polycrystalline film. 【請求項７】前記成膜室内の圧力を１×10^-6乃至５×10
^-3Torrに維持して成膜を行う請求項（６）に記載の多結
晶半導体膜の形成方法。7. A pressure in the film forming chamber is set to 1 × 10 ^{−6 to} 5 × 10 ^6
The method for forming a polycrystalline semiconductor film according to claim 6, wherein the film is formed while maintaining the pressure at ^-3 Torr. 【請求項８】前記絶縁性基体を200乃至400℃の範囲の温
度に維持して成膜を行う請求項（６）に記載の多結晶半
導体膜の形成方法。8. The method for forming a polycrystalline semiconductor film according to claim 6, wherein the film is formed while maintaining the insulating substrate at a temperature in the range of 200 to 400 ° C.