JP4474596B2 - シリコンナノ結晶構造体の形成方法及び形成装置 - Google Patents
シリコンナノ結晶構造体の形成方法及び形成装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4474596B2 JP4474596B2 JP2003307592A JP2003307592A JP4474596B2 JP 4474596 B2 JP4474596 B2 JP 4474596B2 JP 2003307592 A JP2003307592 A JP 2003307592A JP 2003307592 A JP2003307592 A JP 2003307592A JP 4474596 B2 JP4474596 B2 JP 4474596B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- silicon
- oxygen
- substrate
- nitrogen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 99
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims description 95
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims description 95
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 50
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 title claims description 50
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 58
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 57
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 41
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 27
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 27
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 18
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 16
- -1 hydrogen radicals Chemical class 0.000 claims description 14
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims description 13
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical group [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 7
- YZCKVEUIGOORGS-IGMARMGPSA-N Protium Chemical compound [1H] YZCKVEUIGOORGS-IGMARMGPSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 208000018459 dissociative disease Diseases 0.000 claims description 5
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen(.) Chemical compound [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N disilane Chemical compound [SiH3][SiH3] PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000002831 nitrogen free-radicals Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 claims description 4
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 claims description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010408 film Substances 0.000 description 8
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 5
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 4
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 4
- 229910021423 nanocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007743 anodising Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 3
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010301 surface-oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002048 anodisation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- FFBHFFJDDLITSX-UHFFFAOYSA-N benzyl N-[2-hydroxy-4-(3-oxomorpholin-4-yl)phenyl]carbamate Chemical compound OC1=C(NC(=O)OCC2=CC=CC=C2)C=CC(=C1)N1CCOCC1=O FFBHFFJDDLITSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000003682 fluorination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 1
- SBEQWOXEGHQIMW-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical group [Si].[Si] SBEQWOXEGHQIMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02656—Special treatments
- H01L21/02664—Aftertreatments
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/24—Deposition of silicon only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/56—After-treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
- H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
- H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02381—Silicon, silicon germanium, germanium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02656—Special treatments
- H01L21/02658—Pretreatments
- H01L21/02661—In-situ cleaning
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/20—Positioning, supporting, modifying or maintaining the physical state of objects being observed or treated
- H01J2237/2001—Maintaining constant desired temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/314—Inorganic layers
- H01L21/316—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass
- H01L21/3165—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass formed by oxidation
- H01L21/31654—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass formed by oxidation of semiconductor materials, e.g. the body itself
- H01L21/31658—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass formed by oxidation of semiconductor materials, e.g. the body itself by thermal oxidation, e.g. of SiGe
- H01L21/31662—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass formed by oxidation of semiconductor materials, e.g. the body itself by thermal oxidation, e.g. of SiGe of silicon in uncombined form
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/314—Inorganic layers
- H01L21/318—Inorganic layers composed of nitrides
- H01L21/3185—Inorganic layers composed of nitrides of siliconnitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/32105—Oxidation of silicon-containing layers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
置に関する。
このシリコンナノ結晶構造体の形成方法は、主に、結晶粒の形成工程に陽極酸化法を用いる方法と、シリコン過剰のアモルファス窒化シリコン膜等を熱処理してシリコン単結晶粒を析出させる方法との2つが知られている。
一方、特開2000−273450に開示された形成方法は、ドライプロセスのみで結晶構造体を形成することはできるが、ナノスケールのシリコン結晶粒の充填密度は陽極酸化法に比べてもはるかに低いものしか得ることができないという欠点がある。また、ナノスケールのシリコン単結晶粒を析出させるためには、1000℃程度の高温での熱処理が必要となり、ガラス基板等を用いることができないという問題がある。
この3つ工程を経ることにより、従来法に比べ粒子サイズが揃った結晶粒を高密度に形成することが可能となり、種々の高機能デバイスに対応可能なシリコンナノ結晶構造体を提供することができる。
さらに、前記第一の工程、第二の工程、及び第三の工程を繰り返し行うことを特徴とし、用途に応じて、所望の厚さのシリコンナノ結晶構造体を形成することができる。
前記シリコン元素を含むガスは、モノシラン(SiH4)又はジシラン(Si2H6)あるいはこれらと水素(H2)との混合ガスが好適に用いられ、基板の温度制御により、再現性よく結晶粒径を形成することができる。水素(H2)ガスとの混合ガスを用いるのは、結晶構造体の形成過程で、シリコンのダングリングボンドをまず水素終端しておくことができ、これにより結晶構造の一層の完全化をはかることができる。
さらに、前記第一の工程、第二の工程及び第三の工程をひとつの真空室内で連続して行うのが好ましく、結晶粒サイズ及び終端安定性により一層優れ、デバイス特性の均一性及び再現性が一層向上する。
即ち、本発明の方法によって形成した酸素又は窒素で終端されたシリコンナノ結晶構造体を用いたデバイスの性能を格段に向上させることができる。さらには、ガラス基板を使用できる低温プロセス(600℃以下)で、しかもドライプロセスのみでシリコンナノ結晶構造体を形成できるため、LSIへの応用も含め多岐にわたるデバイス製造に適用することが可能となる。
図1は、本発明を説明するフローチャートである。図に示すように、本発明のシリコンナノ結晶構造体の形成方法を、水素ラジカルにより基板の表面を処理する第一の工程と、シリコン元素を含むガスの熱反応によりシリコン結晶粒を堆積する第二の工程と、酸素又は酸素ラジカルあるいは窒素ラジカルによりシリコンナノ結晶粒の表面を酸素終端又は窒素終端する第三の工程、とから構成され、所望の厚さの薄膜となるまで、以上の工程を繰り返し行われる。
続いて、シラン等のケイ素(シリコン)原子を含むガスを導入し、それぞれを核として結晶粒が成長する。なお、結晶粒の大きさは、基板温度によって再現性よく制御することができる。
シリコン結晶粒の終端処理には、酸素ラジカル又は窒素ラジカルが好適に用いられ、これにより、終端をより完全に行うことができる。
本実施例の装置は、図に示すように、基板120を載置する石英製のサセプタ107が取り付けられた真空室101と、プラズマ発生室102と、基板加熱用ランプ104を配置したランプ室103と、から構成される。プラズマ発生室102は、ガス導入部111を有する円筒状絶縁体(例えばガラス)106からなり、その大気側外周には2〜3ターンの誘導結合用コイル108が取り付けられ、マッチングボックス109を介して数MHz程度の高周波電源(不図示)に接続されている。誘導結合プラズマを励起方法の採用により、基板から離れた位置でのプラズマ生成を容易に行うことができ、そのプラズマ解離反応で生成されるラジカルのみを基板表面に供給することができる。
ランプ光加熱方式及び輻射温度計の採用により、真空室内には装置内配線等の部品導入の必要もなくなり、真空室内は極めて簡単な構造、すなわちガス流を妨げる要素がなくなるので、水素、シラン、酸素と連続するガスの切替がスムーズになり、生産性をより高めることができる。
予め洗浄したシリコン基板120をゲートバルブ118を介して真空室101内に搬入しサセプタ107上に設置した後、プログラムされた以下のシーケンスに従って作製プロセスを実行した。
ランプ104に所定の電力を投入し、輻射温度計110からの信号によりランプ電力を制御して基板温度を540℃に保持した。基板温度が540℃に保持されるまでランプの点灯から約20秒間を要した。以下のプロセスにおいて、基板温度を540℃に保持した。
工程2(真空引き)
真空室101の排気口119に取り付けられたバルブ(不図示)を開け内部を10秒間排気した(圧力40Pa)。
工程3(水素プラズマ処理)
水素ガスを100ml/分の流量で導入し、10秒経過した後(圧力50Pa)に誘導結合コイル108に1000Wの高周波電力を供給して水素プラズマを発生させた。生成した水素ラジカルによりシリコン基板120の表面処理を7秒行った。
工程4(真空引き)
高周波電力の供給及び水素ガスの導入を停止し、真空室内を8秒間排気した。
工程5(シリコンナノ結晶粒成長)
シランガスを100ml/分の流量で3秒間導入した(圧力100Pa)。3秒間の導入で、約2nm径のシリコン結晶粒が水素プラズマ処理工程で形成されたO−H基を核に、基板全面にわたって成長した。
工程6(真空引き)
シランガスの導入を停止し真空室内を5秒間排気した。
工程7(不活性ガスパージ)
不活性ガスとしてアルゴンガスを1000ml/分の流量で5秒間導入した。
工程8(真空引き〕
アルゴンガス(不活性ガス)の導入を止め、10秒間排気した。
工程9(シリコンナノ結晶粒の表面酸化処理)
酸素ガスを100ml/分の流量で導入してシリコン結晶粒の酸素終端処理を行った。酸素ガス導入して5秒経過後に誘導結合コイル108に500Wの高周波電力を供給し、酸素プラズマによりシリコン結晶粒の表面酸化処理を5秒間行った。処理後には酸素ガスの導入を停止し、排気した。
なお、工程5でシランガスの代わりにジシランガスを用いても同様の結果が得られたが、同等の大きさの結晶粒を得るためには、基板温度をシランガスの場合に比べ約5℃程低めに設定する必要があった。さらに、工程9において酸素ガスの代わりに亜酸化窒素ガスを用いても同様の結果が得られた。この場合は、プラズマ条件などを特に変更する必要はない。また、工程9において、プラズマ解離をさせない酸素ガスそのものでも表面酸化処理は可能であるが、この場合、完全な酸素終端結合を作るのに1分程度の時間を要することが分かった。
測定の結果、従来の陽極酸化処理によるシリコンナノ結晶構造体(ポーラスシリコン)を用いた場合に比べ、本実施例のシリコンナノ結晶構造体を用いた発光素子では、約200%の発光効率が得られた。
102 プラズマ発生室、
103 ランプ室、
104 ランプ、
105 石英窓、
106 円筒状絶縁体、
107 基板サセプタ、
108 誘導結合用コイル、
109 マッチングボックス、
110 輻射温度計、
111 ガス導入部、
112 ガス配管、
113 ガス切替ユニット、
114 水素ガス導入ロ、
115 シランガス導入口、
116 酸素ガス導入口、
117 不活性ガス導入口、
118 ゲートバルブ、
119 ガス排気口、
120 基板。
Claims (6)
- 酸素又は窒素で終端されたシリコンナノ結晶構造体の形成方法であって、
水素ラジカルにより基板の表面を処理し、前記基板が水素ラジカルにより処理された容器内を排気する第一の工程と、
前記第一の工程の後に行われ、シリコン元素を含むガスの熱反応により前記基板表面に粒径10nm以下のシリコン結晶粒を堆積し、前記基板が前記ガスの熱反応により処理された容器内を排気する第二の工程と、
前記第二の工程の後に行われ、酸素ガス、酸素ラジカル又は窒素ラジカルにより前記基板表面に堆積したシリコン結晶粒の表面を酸素終端又は窒素終端し、前記シリコン結晶粒の表面が酸素終端又は窒素終端処理された容器内を排気する第三の工程と、を有してなり、
前記第一の工程、第二の工程、及び第三の工程を、所定の膜厚まで繰り返し行うことを特徴とするシリコンナノ結晶構造体の形成方法。 - 前記水素ラジカルは、水素(H2)ガスのプラズマ解離反応により生成させることを特徴とする請求項1に記載のシリコンナノ結晶構造体の形成方法。
- 前記シリコン元素を含むガスは、モノシラン(SiH4)又はジシラン(Si2H6)あるいはこれらと水素(H2)との混合ガスであることを特徴とする請求項1又は2に記載のシリコンナノ結晶構造体の形成方法。
- 前記酸素ラジカル又は窒素ラジカルは、酸素(O2)ガス、亜酸化窒素(N2O)又はアンモニア(NH3)のプラズマ解離反応により生成させたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のシリコンナノ結晶構造体の形成方法。
- 前記第一の工程、第二の工程及び第三の工程をひとつの真空室内で連続して行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のシリコンナノ結晶構造体の形成方法。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のシリコンナノ結晶構造体の形成方法を実施する装置であって、
内部に基板サセプタを設けた真空室と、
該真空室内に設けられた前記基板サセプタに載置される基板の加熱機構と、
水素ガスと酸素ガス又は窒素元素を含むガスとシリコンを含むガスとを前記真空室内にそれぞれ導入可能なガス導入機構と、
前記真空室内に導入された水素ガス及び酸素ガス又は窒素元素を含むガスのラジカルを生成させる誘導結合型プラズマ発生機構とを備え、
前記第一の工程、第二の工程及び第三の工程を前記真空室内で連続して行う構成としたことを特徴とする酸素又は窒素で終端されたシリコンナノ結晶構造体の形成装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003307592A JP4474596B2 (ja) | 2003-08-29 | 2003-08-29 | シリコンナノ結晶構造体の形成方法及び形成装置 |
US10/927,159 US7091138B2 (en) | 2003-08-29 | 2004-08-27 | Forming method and a forming apparatus of nanocrystalline silicon structure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003307592A JP4474596B2 (ja) | 2003-08-29 | 2003-08-29 | シリコンナノ結晶構造体の形成方法及び形成装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005074556A JP2005074556A (ja) | 2005-03-24 |
JP4474596B2 true JP4474596B2 (ja) | 2010-06-09 |
Family
ID=34214140
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003307592A Expired - Fee Related JP4474596B2 (ja) | 2003-08-29 | 2003-08-29 | シリコンナノ結晶構造体の形成方法及び形成装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7091138B2 (ja) |
JP (1) | JP4474596B2 (ja) |
Families Citing this family (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7172792B2 (en) * | 2002-12-20 | 2007-02-06 | Applied Materials, Inc. | Method for forming a high quality low temperature silicon nitride film |
US7972663B2 (en) * | 2002-12-20 | 2011-07-05 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for forming a high quality low temperature silicon nitride layer |
KR100698014B1 (ko) * | 2004-11-04 | 2007-03-23 | 한국전자통신연구원 | 발광 소자용 실리콘 질화막, 이를 이용한 발광 소자 및발광 소자용 실리콘 질화막의 제조방법 |
US7927948B2 (en) | 2005-07-20 | 2011-04-19 | Micron Technology, Inc. | Devices with nanocrystals and methods of formation |
KR100722776B1 (ko) | 2005-07-29 | 2007-05-30 | 삼성전자주식회사 | 원자층 증착 공정을 이용한 실리콘 리치 나노-크리스탈구조물의 형성 방법 및 이를 이용한 불휘발성 반도체장치의 제조 방법 |
US7575978B2 (en) * | 2005-08-04 | 2009-08-18 | Micron Technology, Inc. | Method for making conductive nanoparticle charge storage element |
US7989290B2 (en) * | 2005-08-04 | 2011-08-02 | Micron Technology, Inc. | Methods for forming rhodium-based charge traps and apparatus including rhodium-based charge traps |
CN100459044C (zh) * | 2006-07-10 | 2009-02-04 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 非挥发性半导体存储器的制造方法 |
JP2008124111A (ja) * | 2006-11-09 | 2008-05-29 | Nissin Electric Co Ltd | プラズマcvd法によるシリコン系薄膜の形成方法 |
JP2008166729A (ja) | 2006-12-08 | 2008-07-17 | Canon Anelva Corp | 基板加熱処理装置及び半導体製造方法 |
US7666763B2 (en) | 2007-05-29 | 2010-02-23 | Canon Anelva Corporation | Nanosilicon semiconductor substrate manufacturing method and semiconductor circuit device using nanosilicon semiconductor substrate manufactured by the method |
US8367506B2 (en) * | 2007-06-04 | 2013-02-05 | Micron Technology, Inc. | High-k dielectrics with gold nano-particles |
CN101842876B (zh) * | 2007-10-30 | 2011-08-10 | 日新电机株式会社 | 硅点形成方法 |
KR101012102B1 (ko) | 2008-05-02 | 2011-02-07 | 주식회사 유진테크 | 극미세 결정립 폴리 실리콘 박막 증착 방법 |
US8338220B2 (en) * | 2009-02-06 | 2012-12-25 | Applied Materials, Inc. | Negatively charged passivation layer in a photovoltaic cell |
TWI383988B (zh) * | 2009-10-08 | 2013-02-01 | Everlight Chem Ind Corp | 新型釕金屬錯合物及用此錯合物製作之光電元件 |
JP2011178585A (ja) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | National Institute For Materials Science | 一次元構造内にゼロ次元構造が点在するSiナノワイヤとその製造法 |
US20150129131A1 (en) * | 2013-11-14 | 2015-05-14 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Semiconductor processing apparatus and pre-clean system |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3440992B2 (ja) | 1999-03-23 | 2003-08-25 | 三菱マテリアル株式会社 | シリコンと窒素を主成分とする発光材料及びその製造方法並びにこれを用いた発光素子 |
US6706336B2 (en) * | 2001-02-02 | 2004-03-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Silicon-based film, formation method therefor and photovoltaic element |
JP3480464B2 (ja) | 2001-04-24 | 2003-12-22 | 松下電工株式会社 | 電界放射型電子源の製造方法 |
-
2003
- 2003-08-29 JP JP2003307592A patent/JP4474596B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2004
- 2004-08-27 US US10/927,159 patent/US7091138B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20050048796A1 (en) | 2005-03-03 |
US7091138B2 (en) | 2006-08-15 |
JP2005074556A (ja) | 2005-03-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4474596B2 (ja) | シリコンナノ結晶構造体の形成方法及び形成装置 | |
US7544625B2 (en) | Silicon oxide thin-films with embedded nanocrystalline silicon | |
KR100779177B1 (ko) | 실리콘 도트 형성방법 및 실리콘 도트 형성장치 | |
KR100818311B1 (ko) | 실리콘 도트를 가지는 기판 | |
JPH0752718B2 (ja) | 薄膜形成方法 | |
US20070155137A1 (en) | High density plasma non-stoichiometric SiOxNy films | |
TW201900919A (zh) | 矽氮化膜之成膜方法及成膜裝置 | |
WO2004008519A1 (ja) | 酸化膜形成方法および電子デバイス材料 | |
KR20070055898A (ko) | 실리콘 박막의 원자층 증착 방법 | |
US20130168229A1 (en) | Method of preparing graphene layer | |
JP4214250B2 (ja) | シリコンナノ結晶構造体の作製方法及び作製装置 | |
JP2006036593A (ja) | 単層カーボンナノチューブの製造方法およびその製造装置 | |
JP2006176859A (ja) | シリコンナノ結晶構造体の作製方法 | |
KR101018668B1 (ko) | 산소 또는 질소로 종단된 실리콘 나노 결정 구조체의형성방법과 이것에 의해 형성된 산소 또는 질소로 종단된실리콘 나노 결정 구조체 | |
JPH0790591A (ja) | マイクロ波プラズマcvd装置及び堆積膜形成方法 | |
JPS62228471A (ja) | 堆積膜形成法 | |
JP2002164290A (ja) | 多結晶シリコン膜の製造方法 | |
CN114804082B (zh) | 一种台阶调控的石墨烯蓝宝石晶圆及其制备方法 | |
JPS59177919A (ja) | 薄膜の選択成長法 | |
JP2009088383A (ja) | ナノシリコン薄膜の形成方法及びその形成装置 | |
JPH0597582A (ja) | ダイヤモンド薄膜の堆積方法 | |
JP3219832B2 (ja) | 炭化珪素薄膜の作製方法 | |
JP3547158B2 (ja) | 多層シリコン膜の製造方法 | |
JPS63241185A (ja) | 金属薄膜の堆積方法 | |
JPS62177178A (ja) | 薄膜の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060818 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090330 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090518 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090818 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090930 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100219 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100222 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130319 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140319 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |