JP2985472B2 - シリコン膜の形成方法 - Google Patents
シリコン膜の形成方法Info
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- plasma
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば半導体デバイ
スの構成等に用いられるものであって、基板の表面に結
晶化したシリコン膜を形成する方法に関する。
スの構成等に用いられるものであって、基板の表面に結
晶化したシリコン膜を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えばガラス基板のような絶縁性の基板
上に結晶化したシリコン膜を形成する技術は、いわゆる
ＳＯＩ技術と呼ばれており、従来から幾つかの方法が試
みられている。
上に結晶化したシリコン膜を形成する技術は、いわゆる
ＳＯＩ技術と呼ばれており、従来から幾つかの方法が試
みられている。
【０００３】一つは、シラン（ＳiＨ4）ガスを用いてＣ
ＶＤ法によってシリコン膜を形成する方法であり、この
方法では基板を８００℃程度に加熱する必要がある。
ＶＤ法によってシリコン膜を形成する方法であり、この
方法では基板を８００℃程度に加熱する必要がある。
【０００４】他の一つは、真空蒸着法によってシリコン
を基板に蒸着させる方法であり、この方法でも基板を６
００℃程度以上に加熱する必要がある。
を基板に蒸着させる方法であり、この方法でも基板を６
００℃程度以上に加熱する必要がある。
【０００５】また、低温にてシリコン膜を形成する方法
として、レーザアニール法が試みられている。これは、
低温にて基板上にシリコン膜を形成した後、レーザによ
って膜表面を局所的に加熱して高温にすることでシリコ
ン膜を再結晶化する方法である。
として、レーザアニール法が試みられている。これは、
低温にて基板上にシリコン膜を形成した後、レーザによ
って膜表面を局所的に加熱して高温にすることでシリコ
ン膜を再結晶化する方法である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記Ｃ
ＶＤ法および真空蒸着法では、基板を上述したような高
温に加熱しないとシリコンが結晶化しないという問題が
ある。そのためには、このような温度に耐え得る基板を
選択する必要があり、そのような基板は一般的に高価で
ある。また、基板を高温に加熱し、冷却するには多くの
時間がかかり、そのためスループットも低下する。
ＶＤ法および真空蒸着法では、基板を上述したような高
温に加熱しないとシリコンが結晶化しないという問題が
ある。そのためには、このような温度に耐え得る基板を
選択する必要があり、そのような基板は一般的に高価で
ある。また、基板を高温に加熱し、冷却するには多くの
時間がかかり、そのためスループットも低下する。
【０００７】一方、レーザアニール法については、シリ
コン膜を均一に結晶化するのが困難であり、まだ実用の
段階には至っていない。
コン膜を均一に結晶化するのが困難であり、まだ実用の
段階には至っていない。
【０００８】そこでこの発明は、基板上に結晶化したシ
リコン膜を低温下で形成することができるシリコン膜の
形成方法を提供することを主たる目的とする。
リコン膜を低温下で形成することができるシリコン膜の
形成方法を提供することを主たる目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明のシリコン膜の形成方法は、真空容器内に
おいて、基板にシリコンを蒸着させると同時に、不活性
ガスプラズマを基板の近傍に発生させて当該プラズマ中
の不活性ガスイオンを基板に衝突させ、しかもこのとき
に基板に衝突する不活性ガスイオンのエネルギーを５ｅ
Ｖ〜６３ｅＶの範囲内にし、かつ基板へのシリコン原子
に対する不活性ガスイオンの輸送比を２〜６０の範囲内
にすることを特徴とする。
め、この発明のシリコン膜の形成方法は、真空容器内に
おいて、基板にシリコンを蒸着させると同時に、不活性
ガスプラズマを基板の近傍に発生させて当該プラズマ中
の不活性ガスイオンを基板に衝突させ、しかもこのとき
に基板に衝突する不活性ガスイオンのエネルギーを５ｅ
Ｖ〜６３ｅＶの範囲内にし、かつ基板へのシリコン原子
に対する不活性ガスイオンの輸送比を２〜６０の範囲内
にすることを特徴とする。
【００１０】
【作用】上記方法によれば、基板上に結晶化したシリコ
ン膜を、従来の真空蒸着法による場合よりも低温下で形
成することができた。これは、基板にシリコン原子が蒸
着されると同時に、適度のエネルギーを持つ不活性ガス
イオンが適度の割合で衝突し、そのエネルギーが基板最
表面にあるシリコン原子に伝達されてその結晶成長にほ
ど良い状態が基板最表面にて実現するためであると考え
られる。
ン膜を、従来の真空蒸着法による場合よりも低温下で形
成することができた。これは、基板にシリコン原子が蒸
着されると同時に、適度のエネルギーを持つ不活性ガス
イオンが適度の割合で衝突し、そのエネルギーが基板最
表面にあるシリコン原子に伝達されてその結晶成長にほ
ど良い状態が基板最表面にて実現するためであると考え
られる。
【００１１】この場合、前記不活性ガスイオンのエネル
ギーを１４ｅＶ〜４６ｅＶの範囲内にし、かつ前記輸送
比を６〜３０の範囲内にすると、より低温下で結晶化し
たシリコン膜を形成することができる。
ギーを１４ｅＶ〜４６ｅＶの範囲内にし、かつ前記輸送
比を６〜３０の範囲内にすると、より低温下で結晶化し
たシリコン膜を形成することができる。
【００１２】
【実施例】図１は、この発明に係るシリコン膜の形成方
法を実施する装置の一例を示す概略断面図である。図示
しない真空排気装置によって超高真空に真空排気される
真空容器２内に、この例では回転式のホルダ４が設けら
れており、それに基板６が取り付けられている。ホルダ
４をこの例のように回転式にすれば基板６の表面に形成
される膜をより均一にすることができるが、必須ではな
い。ホルダ４の背後には、基板６を加熱するヒータのよ
うな加熱源５が設けられている。
法を実施する装置の一例を示す概略断面図である。図示
しない真空排気装置によって超高真空に真空排気される
真空容器２内に、この例では回転式のホルダ４が設けら
れており、それに基板６が取り付けられている。ホルダ
４をこの例のように回転式にすれば基板６の表面に形成
される膜をより均一にすることができるが、必須ではな
い。ホルダ４の背後には、基板６を加熱するヒータのよ
うな加熱源５が設けられている。
【００１３】真空容器２内には、例えば抵抗加熱、電子
ビーム加熱等によってシリコン１０を蒸発させてそれを
ホルダ４上の基板６に蒸着させる蒸発源８が設けられて
いる。もっともこのような蒸発源８の代わりに、スパッ
タによってシリコンを蒸発させる方式の蒸発源を用いて
も良い。
ビーム加熱等によってシリコン１０を蒸発させてそれを
ホルダ４上の基板６に蒸着させる蒸発源８が設けられて
いる。もっともこのような蒸発源８の代わりに、スパッ
タによってシリコンを蒸発させる方式の蒸発源を用いて
も良い。
【００１４】また、真空容器２には、基板６に向けて、
この例では、ＥＣＲ型のプラズマ源１４が取り付けられ
ている。このプラズマ源１４は、マイクロ波導入口１８
からマイクロ波２０が、ガス導入口２２から不活性ガス
２４がそれぞれ導入されるプラズマ生成容器１６および
その周りに設けられた磁気コイル２６を有しており、プ
ラズマ生成容器１６内でＥＣＲ（電子サイクロトロン共
鳴）条件下のマイクロ波放電によって不活性ガスプラズ
マ２８を発生させることができる。発生した不活性ガス
プラズマ２８は、自然にホルダ４上の基板６の近傍まで
拡散して行く。不活性ガス２４は、Ｈe 、Ｎe 、Ａr 、
Ｋr 、Ｘe の内のいずれかである。
この例では、ＥＣＲ型のプラズマ源１４が取り付けられ
ている。このプラズマ源１４は、マイクロ波導入口１８
からマイクロ波２０が、ガス導入口２２から不活性ガス
２４がそれぞれ導入されるプラズマ生成容器１６および
その周りに設けられた磁気コイル２６を有しており、プ
ラズマ生成容器１６内でＥＣＲ（電子サイクロトロン共
鳴）条件下のマイクロ波放電によって不活性ガスプラズ
マ２８を発生させることができる。発生した不活性ガス
プラズマ２８は、自然にホルダ４上の基板６の近傍まで
拡散して行く。不活性ガス２４は、Ｈe 、Ｎe 、Ａr 、
Ｋr 、Ｘe の内のいずれかである。
【００１５】成膜に際しては、シリコン１０を蒸発源８
より蒸発させてそれを基板６の表面に蒸着させると同時
に、プラズマ源１４で不活性ガスプラズマ２８を発生さ
せてそれを基板６の近傍まで拡散させて当該不活性ガス
プラズマ２８中の不活性ガスイオンを基板６に衝突させ
る。このとき、不活性ガスプラズマ２８の状態（例えば
その密度とかその中の不活性ガスイオンのエネルギー
等）は、プラズマ源１４にガス導入口２２より導入する
不活性ガス２４の流量およびマイクロ波導入口１８より
導入するマイクロ波２０の電力等によって制御すること
ができる。基板６の温度は、加熱源５によって制御する
ことができる。
より蒸発させてそれを基板６の表面に蒸着させると同時
に、プラズマ源１４で不活性ガスプラズマ２８を発生さ
せてそれを基板６の近傍まで拡散させて当該不活性ガス
プラズマ２８中の不活性ガスイオンを基板６に衝突させ
る。このとき、不活性ガスプラズマ２８の状態（例えば
その密度とかその中の不活性ガスイオンのエネルギー
等）は、プラズマ源１４にガス導入口２２より導入する
不活性ガス２４の流量およびマイクロ波導入口１８より
導入するマイクロ波２０の電力等によって制御すること
ができる。基板６の温度は、加熱源５によって制御する
ことができる。
【００１６】上記のような装置を用いて、基板６として
ガラス基板を用い、かつ不活性ガス２４としてアルゴン
（Ａr ）ガスを用いて、成膜条件を変えて形成したシリ
コン膜のＸ線回折による分析結果を図２に示す。
ガラス基板を用い、かつ不活性ガス２４としてアルゴン
（Ａr ）ガスを用いて、成膜条件を変えて形成したシリ
コン膜のＸ線回折による分析結果を図２に示す。
【００１７】図中の横軸は基板温度を、縦軸はＸ線回折
によるＳi（２００）面の回折強度を表している。この
回折強度の値が大きいほど、シリコン膜は結晶化してお
り、結晶化シリコンの生成具合の目安となる。図中の○
印は、比較のためにＡr プラズマを発生させずに真空蒸
着のみによってシリコン膜を形成した結果であり、従来
技術に相当する。□印は、Ａr プラズマを発生させなが
らシリコンを蒸着した結果である。
によるＳi（２００）面の回折強度を表している。この
回折強度の値が大きいほど、シリコン膜は結晶化してお
り、結晶化シリコンの生成具合の目安となる。図中の○
印は、比較のためにＡr プラズマを発生させずに真空蒸
着のみによってシリコン膜を形成した結果であり、従来
技術に相当する。□印は、Ａr プラズマを発生させなが
らシリコンを蒸着した結果である。
【００１８】この図より、シリコン蒸着のみの場合は基
板の温度を約６００℃以上にしないとシリコンが結晶化
していないのに対して、Ａr プラズマを併用した場合に
は４００℃においてもシリコンが結晶化している。この
ことから、不活性ガスプラズマを併用することによっ
て、シリコン膜がより低温下で結晶化できることが分か
る。
板の温度を約６００℃以上にしないとシリコンが結晶化
していないのに対して、Ａr プラズマを併用した場合に
は４００℃においてもシリコンが結晶化している。この
ことから、不活性ガスプラズマを併用することによっ
て、シリコン膜がより低温下で結晶化できることが分か
る。
【００１９】次に、不活性ガスプラズマを併用する場合
の条件を変えることで、シリコンの結晶化開始温度がど
のように変わるかを測定した結果を図３に示す。
の条件を変えることで、シリコンの結晶化開始温度がど
のように変わるかを測定した結果を図３に示す。
【００２０】図中の横軸は、不活性ガスプラズマ（この
場合はＡr プラズマ）２８中の基板６に衝突するＡr イ
オンのエネルギーを示しており、これは主としてプラズ
マ源１４に投入するマイクロ波２０の電力によって調節
した。図中の縦軸は、基板６に対する、蒸発源８からの
シリコン原子とＡr プラズマ２８中のＡr イオンとの輸
送比を示しており、この例の場合はシリコン１０の蒸着
速度を５Å／秒の一定にしておき、Ａr イオンの量を、
主として真空容器２内のＡr ガス圧を変えてＡr プラズ
マ２８の密度を変えることによって調節した。図中の四
角内の数字は、シリコンの結晶化開始温度を示してい
る。
場合はＡr プラズマ）２８中の基板６に衝突するＡr イ
オンのエネルギーを示しており、これは主としてプラズ
マ源１４に投入するマイクロ波２０の電力によって調節
した。図中の縦軸は、基板６に対する、蒸発源８からの
シリコン原子とＡr プラズマ２８中のＡr イオンとの輸
送比を示しており、この例の場合はシリコン１０の蒸着
速度を５Å／秒の一定にしておき、Ａr イオンの量を、
主として真空容器２内のＡr ガス圧を変えてＡr プラズ
マ２８の密度を変えることによって調節した。図中の四
角内の数字は、シリコンの結晶化開始温度を示してい
る。
【００２１】この図から分かるように、Ａr イオンのエ
ネルギーが５ｅＶ〜６３ｅＶの範囲内、かつＡr ／Ｓi
輸送比が２〜６０の範囲内の場合は、従来の真空蒸着法
等による場合よりも遙かに低い４００℃でシリコンの結
晶化が始まっており、取り分けＡr イオンのエネルギー
を１４ｅＶ〜４６ｅＶの範囲内、かつＡr ／Ｓi 輸送比
を６〜３０の範囲内にすれば、３００℃でシリコンの結
晶化が始まっている。
ネルギーが５ｅＶ〜６３ｅＶの範囲内、かつＡr ／Ｓi
輸送比が２〜６０の範囲内の場合は、従来の真空蒸着法
等による場合よりも遙かに低い４００℃でシリコンの結
晶化が始まっており、取り分けＡr イオンのエネルギー
を１４ｅＶ〜４６ｅＶの範囲内、かつＡr ／Ｓi 輸送比
を６〜３０の範囲内にすれば、３００℃でシリコンの結
晶化が始まっている。
【００２２】このようにシリコンが低温下で結晶化する
理由としては、不活性ガスプラズマを併用すると基板に
シリコン原子が蒸着されると同時に、不活性ガスプラズ
マ中の適度のエネルギーを持つ不活性ガスイオンが適度
の割合で衝突し、そのエネルギーが基板最表面にあるシ
リコン原子に伝達されてその結晶成長にほど良い状態が
基板最表面にて実現するためであると考えられる。
理由としては、不活性ガスプラズマを併用すると基板に
シリコン原子が蒸着されると同時に、不活性ガスプラズ
マ中の適度のエネルギーを持つ不活性ガスイオンが適度
の割合で衝突し、そのエネルギーが基板最表面にあるシ
リコン原子に伝達されてその結晶成長にほど良い状態が
基板最表面にて実現するためであると考えられる。
【００２３】なお、上記のような不活性ガスプラズマの
発生には、この例のようにＥＣＲ型のプラズマ源を用い
る方が、適度に低いプラズマエネルギーで高密度プラズ
マを作ることができるので好ましいが、勿論それ以外の
プラズマ源を用いても良い。
発生には、この例のようにＥＣＲ型のプラズマ源を用い
る方が、適度に低いプラズマエネルギーで高密度プラズ
マを作ることができるので好ましいが、勿論それ以外の
プラズマ源を用いても良い。
【００２４】
【発明の効果】以上のように請求項１記載の発明によれ
ば、基板上に結晶化したシリコン膜を従来のＣＶＤ法ま
たは真空蒸着法による場合よりも低温下で形成すること
ができる。その結果、基板に耐熱温度の低い安価な基板
を使用することができるのでコストダウンを図ることが
できると共に、基板の加熱、冷却に要する時間を短縮す
ることができるので、スループットも向上する。請求項
２記載の発明によれば、より低温下で結晶化したシリコ
ン膜を形成することができるという更なる効果を奏す
る。
ば、基板上に結晶化したシリコン膜を従来のＣＶＤ法ま
たは真空蒸着法による場合よりも低温下で形成すること
ができる。その結果、基板に耐熱温度の低い安価な基板
を使用することができるのでコストダウンを図ることが
できると共に、基板の加熱、冷却に要する時間を短縮す
ることができるので、スループットも向上する。請求項
２記載の発明によれば、より低温下で結晶化したシリコ
ン膜を形成することができるという更なる効果を奏す
る。
【図１】 この発明に係るシリコン膜の形成方法を実施
する装置の一例を示す概略断面図である。
する装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】 成膜条件を変えて形成したシリコン膜のＸ線
回折による分析結果の一例を示す図である。
回折による分析結果の一例を示す図である。
【図３】 Ａr イオンエネルギーおよびＡr ／Ｓi 輸送
比を変えて形成したシリコン膜の結晶化開始温度の測定
結果の一例を示す図である。
比を変えて形成したシリコン膜の結晶化開始温度の測定
結果の一例を示す図である。
２ 真空容器 ６ 基板 ８ 蒸発源 １０ シリコン １４ プラズマ源 ２８ 不活性ガスプラズマ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/203 H01L 21/205
Claims (2)
- 【請求項１】 真空容器内において、基板にシリコンを
蒸着させると同時に、不活性ガスプラズマを基板の近傍
に発生させて当該プラズマ中の不活性ガスイオンを基板
に衝突させ、しかもこのときに基板に衝突する不活性ガ
スイオンのエネルギーを５ｅＶ〜６３ｅＶの範囲内に
し、かつ基板へのシリコン原子に対する不活性ガスイオ
ンの輸送比を２〜６０の範囲内にすることを特徴とする
シリコン膜の形成方法。 - 【請求項２】 前記不活性ガスイオンのエネルギーを１
４ｅＶ〜４６ｅＶの範囲内にし、かつ前記輸送比を６〜
３０の範囲内にする請求項１記載のシリコン膜の形成方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4019557A JP2985472B2 (ja) | 1992-01-07 | 1992-01-07 | シリコン膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4019557A JP2985472B2 (ja) | 1992-01-07 | 1992-01-07 | シリコン膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05190450A JPH05190450A (ja) | 1993-07-30 |
| JP2985472B2 true JP2985472B2 (ja) | 1999-11-29 |
Family
ID=12002621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4019557A Expired - Fee Related JP2985472B2 (ja) | 1992-01-07 | 1992-01-07 | シリコン膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2985472B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5626963A (en) * | 1993-07-07 | 1997-05-06 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Hard-carbon-film-coated substrate and apparatus for forming the same |
| US5691010A (en) * | 1993-10-19 | 1997-11-25 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Arc discharge plasma CVD method for forming diamond-like carbon films |
| US6933182B1 (en) | 1995-04-20 | 2005-08-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing a semiconductor device and manufacturing system thereof |
-
1992
- 1992-01-07 JP JP4019557A patent/JP2985472B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05190450A (ja) | 1993-07-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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