JPH0714780A

JPH0714780A - 珪素薄膜の成膜方法

Info

Publication number: JPH0714780A
Application number: JP15311793A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Nakajima; 和博中島; Toshio Ando; 敏夫安藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-06-24
Filing date: 1993-06-24
Publication date: 1995-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】珪素薄膜の濃度および厚さを精度良く形成し
する。【構成】基板（１）主面の材質を半導体及び絶縁体、
若しくは金属及び絶縁体とし、半導体又は金属で覆われ
た基板（１）主面の終端を水素原子とする処理を基板に
施し、前記基板（１）を加熱し、珪素原子を含んだソー
スガスを前記基板（１）主面に供給する珪素薄膜の成膜
方法であって、前記ソースガスは、ＳｉＨ₂（Ｃ
_nＨ_2n+1）₂（５）「ｎは自然数」若しくはＳｉ（Ｃ_nＨ
_2n+1）₄（６）「ｎは自然数」及びＳｉＨ₄（７）を用い
たことを特徴とする珪素薄膜の成膜方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、珪素薄膜の成膜方法に
関し、厚さ及び濃度を高精度に形成する必要のある珪素
薄膜の成膜方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路装置は、半導体基板主面
にバイポーラトランジスタやＭＥＳＦＥＴ等の半導体素
子が形成されている。バイポーラトランジスタは、エミ
ッタ領域、ベース領域及びコレクタ領域で構成されてい
る。例えば、該バイポーラトランジスタのベース領域
は、半導体基板主面に不純物をイオン打込みし、加熱処
理することにより形成されていた。

【０００３】半導体集積回路装置の高速化に伴い、前記
バイポーラトランジスタのベース領域は、薄膜化の傾向
にあり、不純物濃度や厚さ等を高精度に形成する必要が
出てきた。しかし、前述したイオン打込み及び加熱処理
により形成されたベース領域は、その厚さ方向で、不純
物濃度が均一ではない。このため、ベース領域は、シリ
コンを含むガスをソースガスとする気相成長法により形
成するようになった。

【０００４】気相成長法による珪素薄膜の成膜は、半導
体（シリコン）又は、金属（ＣｏＳｉ_xやＡｌ等）を基
板とし、基板主面にフッ酸（ＨＦ）処理を施し、基板主
面の最終端を水素原子とする（以下、この水素原子を終
端水素原子と記す）。そして、この基板を気相成長装置
のチャンバ内にセットする。

【０００５】そして、基板を１０００℃〜１４００℃に
加熱し、ソースガスを流入し、珪素薄膜を形成する。

【０００６】ソースガスは、例えば、モノシラン（Ｓｉ
Ｈ₄）及び塩化水素（ＨＣｌ）、若しくはジクロルシラ
ン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂）を使用する。

【０００７】モノシラン及び塩化水素をソースガスとし
た場合、塩化水素が触媒の役割を果たし、基板表面の終
端水素原子とモノシランを構成している水素原子とを、
それぞれ取外し、水素分子が生成される。この時、基板
表面には水素原子が取りはずされたあとにダングリング
ボンドができ、モノシランは水素と結合していた結合の
手が１つ余った状態となる。この２つの結合の手が結び
つき、基板表面にシリコン原子が化学吸着する。基板表
面は、モノシランを構成していた水素原子が終端水素原
子となり、更に成膜が続いていく。

【０００８】ジクロルシランをソースガスとした場合、
基板主面の終端水素原子と、ジクロルシランの塩素原子
とが反応し、塩化水素が生成される。この時、基板表面
では、水素原子と結合していた結合の手がダングリング
ボンドとなる。一方、ジクロルシランは、塩素原子と結
合していた結合の手が１つ余った状態となる。この２つ
が結び付き、基板表面にシリコン原子が化学吸着する。
基板表面では、ジクロルシランを構成していた水素原子
が終端水素原子となり、再び、ジクロルシランが反応
し、成膜が続いていく。

【０００９】また、ソースガスにＰＨ₃ガス、ＡｓＨ₃ガ
ス（Ｂ₂Ｈ₆ガス）等のドーパントガスを混ぜて成膜する
ことにより、成膜した珪素薄膜は、ｎ型（ｐ型）半導体
になる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者は前記従来技術を検討した結果、以下の問題点がある
ことを見出した。

【００１１】（イ）基板表面上の終端水素原子と、ソー
スガスに含まれる塩素原子とを反応させるため、基板を
１０００℃〜１４００℃に加熱し、活性化エネルギーを
与えている。この基板加熱の温度では、珪素薄膜と、基
板との界面において、ドーパントが拡散し、界面の境界
がぼけてしまう。この結果、珪素薄膜の厚さ及び濃度を
精度良く形成できず、薄膜化が困難になるという問題が
あった。

【００１２】（ロ）モノシラン及び塩化水素を用いた珪
素薄膜の成膜方法では、ソースガスとして、塩化水素を
供給している。また、ジクロルシランを用いた珪素薄膜
の成膜方法では、珪素原子と結合した塩素原子が基板主
面の終端水素原子と反応し、塩化水素が発生する。この
ように、従来の珪素薄膜の成膜方法では、化学反応に塩
化水素が介在している。塩化水素ガスは、腐食性を有す
るガスであり、成膜装置の内壁等を腐食する。このた
め、腐食された内壁は、チャンバ内を浮遊し、成膜装置
内を汚染するばかりか、予期せぬ不純物として珪素薄膜
や基板に取り込まれる。

【００１３】（ハ）珪素薄膜の成膜の際に発生した塩化
水素は、装置の内壁を腐食するため、度々、装置のメン
テナンスをする必要があるばかりでなく、腐食のため、
装置の寿命が短くなるという問題があった。また、装置
の周辺設備には、塩化水素による腐食を防止する対策を
施さなければならず、成膜装置の周辺設備が複雑になる
という問題があった。

【００１４】本発明の目的は、珪素薄膜の濃度および厚
さを精度良く形成できる技術を提供することにある。

【００１５】本発明の他の目的は、珪素薄膜に予期せぬ
不純物が入らない技術を提供することにある。

【００１６】本発明の他の目的は、成膜装置の周辺設備
の簡略化が可能な技術を提供することにある。

【００１７】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００１９】（１）基板主面の材質を半導体又は金属
とし、水素原子を基板主面の終端とする処理を前記基板
に施し、該基板を加熱し、珪素原子を含んだソースガス
を前記基板主面に供給する珪素薄膜の成膜方法であっ
て、前記ソースガスとしてＳｉＨ₂（Ｃ_nＨ_2n+1）₂「ｎ
は自然数」を用いる。

【００２０】（２）基板主面の材質を半導体又は金属
とし、水素原子を基板主面の終端とする処理を前記基板
に施し、該基板を加熱し、珪素原子を含んだソースガス
を前記基板主面に供給する珪素薄膜の成膜方法であっ
て、前記ソースガスとしてＳｉＨ₄及びＳｉ（Ｃ
_nＨ_2n+1）₄「ｎは自然数」を用いる。

【００２１】（３）前記（２）記載の珪素薄膜の成膜
方法であって、前記基板にＳｉ（Ｃ_nＨ_2n+1）₄「ｎは自
然数」とＳｉＨ₄とを交互に供給する。

【００２２】（４）基板主面の材質を半導体及び絶縁
体、若しくは金属及び絶縁体とし、半導体又は金属で覆
われた基板主面の終端を水素原子とする処理を基板に施
し、前記基板を加熱し、珪素原子を含んだソースガスを
前記基板主面に供給する珪素薄膜の成膜方法であって、
前記ソースガスは、ＳｉＨ₂（Ｃ_nＨ_2n+1）₂「ｎは自然
数」若しくはＳｉ（Ｃ_nＨ_2n+1）₄「ｎは自然数」及びＳ
ｉＨ₄を用いる。

【００２３】

【作用】上述した手段（１）によれば、以下の作用効果
が得られる。

【００２４】ソースガスとして、ＳｉＨ₂（Ｃ_nＨ_2n+1）
₂を用いている。これにより、ＳｉＨ₂（Ｃ_nＨ_2n+1）₂を
基板主面に供給することにより、基板主面の終端水素原
子と、ＳｉＨ₂（Ｃ_nＨ_2n+1）₂の（Ｃ_nＨ_2n+1）基とが反
応し、（Ｃ_nＨ_2n+2）が副生成ガスとして生成される。
このとき、基板主面には、珪素原子が結合し、基板の最
終端に水素原子が結合した状態となる。更に供給された
ＳｉＨ₂（Ｃ_nＨ_2n+1）₂が反応し、基板主面に珪素薄膜
が堆積される。ＳｉＨ₂（Ｃ_nＨ_2n+1）₂における、珪素
原子と（Ｃ_nＨ_2n+1）基との結合は、珪素原子と塩素原
子との結合に比べて、はずれやすい。このため、この反
応に必要な活性化エネルギーを与えるための基板温度
は、例えば、ソースガスにジメチルシラン（ＳｉＨ
₂（ＣＨ₃）₂）を用いた場合、室温〜１０００℃（好ま
しくは３００℃〜８５０℃）である。この基板温度は、
従来の終端水素原子と、塩素原子との反応に必要な基板
温度１０００℃〜１４００℃よりも低い。つまり、ソー
スガスとして、ＳｉＨ₂（Ｃ_nＨ_2n+1）₂を用いた珪素薄
膜の成膜方法は、従来の塩素原子が介在する珪素薄膜の
成膜方法に比べて、成膜時の基板温度は低温である。こ
のため、基板と珪素薄膜との界面で起こる不純物の拡散
が低減される。この結果、界面の境界がぼけず、珪素薄
膜の厚さ及び濃度を精度良く形成できる。

【００２５】また、ソースガスとしてＳｉＨ₂（Ｃ_nＨ
_2n+1）₂を用いるので、珪素薄膜形成時に（Ｃ_nＨ_2n+2）
が副生成ガスとして生成される。例えば、ソースガスと
してジメチルシランＳｉＨ₂（ＣＨ₃）₂を用いた場合
は、副生成ガスとしてメタン（ＣＨ₄）が生成される。
つまり、ＳｉＨ₂（Ｃ_nＨ_2n+1）₂は、塩素原子を含んで
いないため、従来の珪素薄膜の成膜時に副生成ガスとし
て生成されていた塩化水素ガスが生成されない。これに
より、腐食性を有する塩化水素ガスが生成されないの
で、成膜装置の内壁等が腐食されない。この結果、成膜
装置内が汚染されず、予期せぬ不純物が珪素薄膜や基板
に取り込まれない。

【００２６】また、塩化水素ガスが生成されないため、
装置の内壁を腐食されない。このため、装置のメンテナ
ンスが簡単になり、成膜装置の寿命も伸びる。また、成
膜装置の周辺設備に塩化水素ガスによる腐食の防止対策
を施さなくても良い。この結果、成膜装置の周辺設備を
簡略化できる。

【００２７】上述した手段（２）によれば、以下の作用
効果が得られる。

【００２８】ソースガスとして、Ｓｉ（Ｃ_nＨ_2n+1）₄及
びＳｉＨ₄を用いる。Ｓｉ（Ｃ_nＨ_2n ₊₁）₄及びＳｉＨ₄を
基板主面に供給することにより、まず、基板主面の最終
水素原子と、Ｓｉ（Ｃ_nＨ_2n+1）₄の（Ｃ_nＨ_2n+1）基と
が反応し、副生成ガスとして、（Ｃ_nＨ_2n+2）が生成さ
れ、基板主面には、珪素原子が結合する。このとき、基
板の最終端に（Ｃ_nＨ_2n+1）基が結合した状態となる。
そして、最終端の（Ｃ_nＨ_2n+1）基と、ＳｉＨ₄ガスの水
素原子とが反応し、副生成ガスとして（Ｃ_nＨ_2n+2）を
生成され、基板主面に珪素原子が結合する。このとき、
基板主面の最終端にはす水素原子が結合した状態とな
る。更に供給されたＳｉ（Ｃ_nＨ_2n+1）₄とＳｉＨ₄とが
反応し、基板主面に珪素薄膜が堆積される。Ｓｉ（Ｃ_n
Ｈ_2n+1）₄における、珪素原子と（Ｃ_nＨ_2n+1）基との結
合は、珪素原子と塩素原子との結合に比べて、はずれや
すい。このため、この反応に必要な活性化エネルギーを
与えるための基板温度は、例えば、ソースガスにテトラ
メチルシラン（Ｓｉ（ＣＨ₃）₄）を用いた場合、室温〜
１０００℃（好ましくは３００℃〜８５０℃）である。
この基板温度は、従来の珪素薄膜の成膜方法における、
終端水素原子と、塩素原子との反応に必要な基板温度１
０００℃〜１４００℃よりも低い。また、ジメチルシラ
ン（ＳｉＨ₂（ＣＨ₃）₂）の（ＣＨ₃）基と、ＳｉＨ₄の
水素原子との反応も、この基板温度（室温〜１０００
℃）で起こる。つまり、ソースガスとして、Ｓｉ（Ｃ_n
Ｈ_2n+1）₄及びＳｉＨ₄を用いた珪素薄膜の成膜方法は、
従来の塩素原子が介在する珪素薄膜の成膜方法に比べ
て、成膜時の基板温度は低温である。このため、基板と
珪素薄膜との界面で起こる不純物の拡散が低減され、こ
の結果、界面の境界がぼけず、珪素薄膜の厚さ及び濃度
を精度良く形成できる。

【００２９】また、ソースガスとしてＳｉ（Ｃ
_nＨ_2n+1）₄及びＳｉＨ₄を用いると、珪素薄膜形成時に
（Ｃ_nＨ_2n+2）ガスが副生成ガスとして生成される。例
えば、ソースガスとしてテトラメチルシランＳｉ（ＣＨ
₃）₄及びＳｉＨ₄を用いた場合は、副生成ガスとしてメ
タン（ＣＨ₄）が生成される。つまり、ＳｉＨ₂（Ｃ_nＨ
_2n+1）₂ガス及びＳｉＨ₄ガスは、塩素原子を含んでいな
いため、従来の珪素薄膜の成膜時に副生成ガスとして生
成されていた塩化水素ガスが生成されない。これによ
り、腐食性を有する塩化水素ガスが生成されないので、
成膜装置の内壁等が腐食されない。この結果、成膜装置
内が汚染されず、予期せぬ不純物が珪素薄膜や基板に取
り込まれない。

【００３０】また、珪素薄膜の成膜において、塩化水素
ガスが生成されないため、装置の内壁が腐食されない。
このため、装置のメンテナンスが簡単になり、成膜装置
の寿命も伸びる。また、成膜装置の周辺設備に塩化水素
ガスによる腐食の防止対策を施さなくても良い。この結
果、成膜装置の周辺設備を簡略化できる。

【００３１】上述した手段（３）によれば、以下の作用
効果が得られる。

【００３２】基板にＳｉ（Ｃ_nＨ_2n+1）₄とＳｉＨ₄とを
交互に供給する。つまり、終端を水素原子とした基板主
面に、Ｓｉ（Ｃ_nＨ_2n+1）₄を供給し、前記最終水素原子
と、Ｓｉ（Ｃ_nＨ_2n+1）₄の（Ｃ_nＨ_2n+1）基とを反応さ
せる。基板主面には、珪素原子が結合し、最終端には、
（Ｃ_nＨ_2n+1）基が結合した状態となる。

【００３３】この最終端の（Ｃ_nＨ_2n+1）基は、Ｓｉ
（Ｃ_nＨ_2n+1）₄の（Ｃ_nＨ_2n+1）基とは反応しない。ま
た、このとき、基板主面には、ＳｉＨ₄が供給されてい
ないので、基板主面上に珪素一原子層だけ成膜された状
態となる。そして、Ｓｉ（Ｃ_nＨ_2n+ ₁）₄ガスの供給を停
止し、基板主面にＳｉＨ₄ガスを供給し、最終端である
（Ｃ_nＨ_2n+1）基と、ＳｉＨ₄の水素原子とを反応させ
る。基板主面には、珪素原子が結合し、最終端には、水
素原子が結合した状態となる。この最終水素原子と、Ｓ
ｉＨ₄の水素原子とは反応しない。また、このとき、基
板主面には、Ｓｉ（Ｃ_nＨ_2n+1）₄が供給されていないの
で、基板主面上に珪素一原子層だけ成膜された状態とな
る。この結果、珪素薄膜の成膜において、膜厚を一原子
層単位で制御することができる。

【００３４】上述した手段（４）によれば、以下の作用
効果が得られる。

【００３５】基板主面の材質を半導体及び絶縁体、若し
くは金属及び絶縁体とし、半導体又は金属で覆われた基
板主面の終端を水素原子とするための処理を基板に施
し、前記基板を加熱し、ソースガスとして、ＳｉＨ
₂（Ｃ_nＨ_2n+1）₂、若しくはＳｉ（Ｃ_nＨ_2n+1）₄及びＳ
ｉＨ₄を用いる。このため、水素原子を終端としている
半導体若しくは金属の領域にのみ珪素原子が堆積され、
絶縁膜上には珪素原子は堆積しない。つまり、絶縁膜で
覆われた領域以外に珪素薄膜を選択的に成長させること
ができる。また、この選択成長時に、副生成ガスとして
（Ｃ_nＨ_2n+2）が生成される。この（Ｃ_nＨ_2n+2）は、腐
食性のガスではない。この結果、珪素薄膜の選択成長時
において、成膜装置の内壁等が腐食されないので、成膜
装置内が汚染されず、予期せぬ不純物が珪素薄膜や基板
に取り込まれない。

【００３６】以下、図面を参照して本発明の実施例につ
いて詳細に説明する。

【００３７】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、繰り返し
の説明は省略する。

【００３８】

【実施例】（実施例１）図１は、本発明の珪素薄膜の成
膜方法である実施例１の珪素薄膜の成膜過程を説明する
ための図である。

【００３９】図１を用いて、ソースガスをジメチルシラ
ン５（ＳｉＨ₂（ＣＨ₃）₄）とした珪素薄膜の成膜方法
を説明する。

【００４０】まず、主面が半導体又は金属からなる基板
１を用意する。前記半導体は、例えば珪素である。前記
金属は、例えば珪化コバルト（ＣｏＳｉ_x）やアルミニ
ウム（Ａｌ）である。

【００４１】次に、基板１をフッ酸溶液（ＨＦ＋Ｈ
₂Ｏ）に浸し、基板１主面の最終端に水素原子を結合さ
せ、終端水素原子２とする。そして、基板１を成膜装置
のチャンバ内にセットする。

【００４２】次に、前記チャンバ内にキャリアガスを流
す。このキャリアガスは、ヘリウムやアルゴン等の不活
性ガスである。

【００４３】次に、成膜に必要な活性化エネルギーを与
えるため、キャリアガスを流したまま、基板１を加熱す
る。成膜時の基板１の温度は、室温〜１０００℃（好ま
しくは３００℃〜８５０℃）である。

【００４４】次に、ジメチルシラン５を前記キャリアガ
スに混ぜて、チャンバ内に流入する。ジメチルシラン５
は、珪素原子に水素原子が２つ、メチル基が２つ結合し
たものである。チャンバ内に流入されたジメチルシラン
５は、図１（ａ）に示すように、基板１主面に供給され
る。なお、珪素薄膜の導電型や不純物濃度を設定するた
めに、ソースガスとともに、フォスフィン（ＰＨ₃）、
アルシン（ＡｓＨ₃）、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を流入す
る。

【００４５】次に、図１（ｂ）に示すように、基板１主
面の終端水素原子２とジメチルシラン５のメチル基３と
反応し、メタン４が生成される。このメタン４は基板１
主面から離れ、前記チャンバ内を浮遊し、成膜装置に設
けられた排気手段により、成膜装置の外部に排出され
る。

【００４６】また、メタン４が生成される際、基板１主
面には、終端水素原子２がはずれたあとにダングリング
ボンドができる。一方、ジメチルシラン５は、メチル基
３がはずれ、結合の手が余った状態となる。このジメチ
ルシラン５の結合の手は、前記ダングリングボンドと結
び付く。

【００４７】そして、図１（ｃ）に示すように、基板１
主面上に珪素原子が堆積される。また、ジメチルシラン
５の水素原子が基板１の最終端に結合した状態になり、
終端水素原子２となる。

【００４８】基板１には、ジメチルシランガス５が供給
されているので、基板１主面上には、珪素薄膜が成膜さ
れる。

【００４９】以上の説明からわかるように実施例１の珪
素薄膜の成膜方法によれば、ソースガスにジメチルシラ
ン５を用いている。これにより、成膜温度は室温〜１０
００℃であり、従来の塩素原子が反応に介する珪素薄膜
の成膜方法に比べて低い。このため、基板１と珪素薄膜
との界面で起こる不純物の拡散が低減される。この結
果、界面の境界がぼけず、珪素薄膜の厚さ及び濃度を精
度良く形成できる。

【００５０】また、珪素薄膜の成膜にジメチルシラン５
を用いると、副生成ガスとしてメタン４が生成される。
メタン４は、腐食性のガスではないので、成膜装置の内
壁等が腐食されない。この結果、成膜装置内が汚染され
ず、予期せぬ不純物が珪素薄膜や基板に取り込まれな
い。

【００５１】本発明者によれば、ジクロルシラン５をソ
ースガスとして、厚さ６０μｍの珪素薄膜を成膜し、そ
の珪素薄膜の重金属による汚染をライトエッチ法により
調べたところ、シャローピットは１０⁶ケ／ｃｍ²であっ
た。一方、ジメチルシラン５をソースガスとして成膜し
た珪素薄膜には、シャローピットは１ケ／ｃｍ²であ
り、重金属による汚染は、格段に低減された。

【００５２】また、腐食性を有するガスが反応に介しな
いので、成膜装置の内壁を腐食されない。このため、成
膜装置のメンテナンスが簡単になり、成膜装置の寿命も
伸びる。また、成膜装置の周辺設備に塩化水素ガスによ
る腐食の防止対策を施さなくても良い。この結果、成膜
装置の周辺設備を簡略化できる。

【００５３】（実施例２）図２は、本発明の実施例２の
珪素薄膜の成膜過程を説明するための図である。

【００５４】図２を用いて、ソースガスをテトラメチル
シラン６（Ｓｉ（ＣＨ₃）₄）及びモノシラン（Ｓｉ
Ｈ₄）７とした珪素薄膜の成膜方法を説明する。

【００５５】まず、主面が半導体又は金属からなる基板
１を用意する。前記半導体は、例えば珪素である。前記
金属は、例えば珪化コバルト（ＣｏＳｉ_x）やアルミニ
ウム（Ａｌ）である。

【００５６】次に、基板１をフッ酸溶液（ＨＦ＋Ｈ
₂Ｏ）に浸し、基板１主面の最終端に水素原子を結合さ
せ、終端水素原子２とする。そして、基板１を成膜装置
のチャンバ内にセットする。

【００５７】次に、前記チャンバ内にキャリアガスを流
す。このキャリアガスは、ヘリウムやアルゴン等の不活
性ガスである。

【００５８】次に、キャリアガスを流したまま、基板１
を室温〜１０００℃（好ましくは３００℃〜８５０℃）
に加熱する。これは、成膜に必要な活性化エネルギーを
熱により与えるためである。

【００５９】次に、テトラメチルシラン６及びモノシラ
ン７を前記キャリアガスに混ぜてチャンバ内に流入す
る。テトラメチルシラン６は、珪素原子にメチル基が４
つ結合したものであり、モノシラン７は、珪素原子に水
素原子が４つ結合したものである。チャンバ内に流入さ
れたテトラメチルシラン６及びモノシラン７は、図２
（ａ）に示すように、基板１主面に供給される。なお、
珪素薄膜の導電型や不純物濃度を設定するために、ソー
スガスとともに、フォスフィン（ＰＨ₃）、アルシン
（ＡｓＨ₃）、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を流入する。

【００６０】次に、図２（ｂ）に示すように、基板１主
面の終端水素原子２とテトラメチルシラン５のメチル基
３とが反応し、メタン４が生成される。このメタン４は
基板１主面から離れ、前記チャンバ内を浮遊し、成膜装
置に設けられた排気手段により、成膜装置の外部に排出
される。

【００６１】メタン４が生成される際、基板１主面に
は、終端水素原子２がはずれたあとにダングリングボン
ドができる。一方、テトラメチルシラン６は、メチル基
３がはずれ、結合の手が余った状態となる。このテトラ
メチルシラン６の結合の手は、前記ダングリングボンド
と結び付く。このとき、モノシラン７は、終端水素原子
２と反応できず、基板１の前記チャンバ内を浮遊してい
る。

【００６２】そして、図２（ｃ）に示すように、基板１
主面上に珪素原子が堆積され、テトラメチルシラン６の
メチル基３が基板１の最終端に結合した状態となる。

【００６３】次に、図２（ｄ）に示すように、基板１の
最終端となっているメチル基３と、モノシラン７の水素
原子とが反応し、副生成ガスとしてメタン４が生成され
る。そして、メチル基３がはずれたあとのダングリング
ボンドと、水素原子がはずれたあとのモノシラン７の結
合の手とが結合する。

【００６４】図２（ｅ）に示すように、基板１の主面に
は珪素原子が堆積され、モノシラン７の水素原子が基板
１の最終端に結合した状態になり、終端水素原子２とな
る。

【００６５】基板１の主面にはテトラメチルシラン６及
びモノシラン７が供給されているので、前述の反応が進
み、珪素薄膜が成膜される。

【００６６】以上の説明からわかるように実施例２の珪
素薄膜の成膜方法によれば、ソースガスとしてテトラメ
チルシラン６及びモノシラン７を用いている。これによ
り、成膜温度は室温〜１０００℃であり、従来の塩素原
子が反応に介する珪素薄膜の成膜方法に比べて低い。ま
た、副生成ガスとして腐食性を有しないメタン４が生成
される。このため、実施例１と同様の効果を奏すること
ができる。

【００６７】（実施例３）図３は、本発明の実施例３の
珪素薄膜の成膜過程を説明するための図である。

【００６８】図３を用いて、ソースガスであるテトラメ
チルシラン６（Ｓｉ（ＣＨ₃）₄）及びモノシラン７（Ｓ
ｉＨ₄）を交互に供給する珪素薄膜の成膜方法を説明す
る。

【００６９】まず、主面が半導体又は金属からなる基板
１を用意する。前記半導体は、例えば珪素である。前記
金属は、例えば珪化コバルト（ＣｏＳｉ_x）やアルミニ
ウム（Ａｌ）である。

【００７０】次に、基板１をフッ酸溶液（ＨＦ＋Ｈ
₂Ｏ）に浸し、基板１主面の最終端に水素原子を結合さ
せ、終端水素原子２とする。そして、基板１を成膜装置
のチャンバ内にセットする。

【００７１】次に、前記チャンバ内にキャリアガスを流
す。このキャリアガスは、ヘリウムやアルゴン等の不活
性ガスである。

【００７２】次に、キャリアガスを流したまま、基板１
を室温〜１０００℃（好ましくは３００℃〜８５０℃）
に加熱する。これは、成膜に必要な活性化エネルギーを
熱により与えるためである。

【００７３】次に、前記キャリアガスにテトラメチルシ
ラン６を混ぜて、チャンバ内に流入させ、図３（ａ）に
示すように、基板１の主面にテトラメチルシラン６が供
給される。

【００７４】次に、図３（ｂ）に示すように、基板１の
主面では、終端水素原子２と、テトラメチルシラン６の
メチル基３とが反応し、副生成ガスとしてメタン４が生
成される。

【００７５】そして、図３（ｃ）に示すように、基板１
の主面上には珪素原子が結合し、メチル基３が最終端と
なっている。このメチル基３とテトラメチルシラン６と
は反応しないため、基板１の主面上には珪素原子が一原
子層だけ堆積される。

【００７６】次に、テトラメチルシラン６の供給を止め
て、キャリアガスのみを前記チャンバ内に流す。これ
は、前記チャンバ内からテトラメチルシラン６を排出す
るためである。この排出時間は、例えば一分間である。
なお、成膜装置に高速排気装置を設けた場合、前記排出
時間は二秒程度である。

【００７７】次に、図３（ｄ）に示すように、前記キャ
リアガスにモノシラン７を混ぜて、チャンバ内に流入さ
せ、基板１に供給する。

【００７８】このとき、図３（ｅ）に示すように、基板
１の主面では、終端となっているメチル基３と、モノシ
ラン７の水素原子とが反応し、副生成ガスとしてメタン
４を生成される。

【００７９】そして、基板１の主面上は、珪素原子が結
合し、最終端は水素原子となっている。この終端水素原
子２とモノシラン７とは反応しないため、基板１の主面
上には珪素原子が一原子層だけ堆積される。これで、図
３（ｆ）に示すように、前述のテトラメチルシラン６に
より堆積された珪素原子と合わせて、図３（ｆ）に示す
ように、二原子層の珪素薄膜が成膜されたことになる。

【００８０】次に、モノシラン７の供給を止めて、キャ
リアガスのみを前記チャンバ内に流し、モノシラン７を
排出させる。

【００８１】そして、テトラメチルシラン６及びモノシ
ラン７の交互供給を繰り返し、一原子単位で珪素薄膜を
成膜していく。

【００８２】なお、珪素薄膜の導電型や不純物濃度を設
定するために、フォスフィン（ＰＨ₃）、アルシン（Ａ
ｓＨ₃）、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）等のドーパントを含むガ
スを前記キャリアガスに混ぜて流入する。

【００８３】以上の説明からわかるように実施例３の珪
素薄膜の成膜方法によれば、ソースガスとしてテトラメ
チルシラン６及びモノシラン７を用いている。これによ
り、成膜温度は室温〜１０００℃であり、従来の塩素原
子が反応に介する珪素薄膜の成膜方法に比べて低い。ま
た、副生成ガスとして腐食性を有しないメタン４が生成
される。このため、実施例２と同様の効果を奏すること
ができる。また、テトラメチルシラン６のメチル基３
は、基板終端のメチル基３とは反応せず、モノシラン７
の水素原子は、終端水素原子２とは反応しない。この結
果、基板１主面上に成膜する珪素薄膜を一原子層単位で
制御することができる。

【００８４】（実施例４）図４は、本発明の実施例４の
珪素薄膜の成膜過程を説明するための図である。

【００８５】図４を用いて、主面の材質が半導体及び絶
縁体、若しくは金属及び絶縁膜である基板１に、テトラ
メチルシラン６及びモノシラン７を交互に供給する珪素
薄膜の成膜方法を説明する。

【００８６】まず、主面の一部が半導体又は金属からな
る成膜領域８と、他の一部が絶縁膜からなる非成膜領域
９とを有する基板１を用意する。前記半導体は、例えば
珪素である。前記金属は、例えば珪化コバルト（ＣｏＳ
ｉ_x）やアルミニウム（Ａｌ）である。前記絶縁膜は、
例えば、酸化珪素膜（ＳｉＯ_x）や窒化珪素膜（Ｓｉ₃Ｎ
₄）である。

【００８７】基板１をフッ酸（ＨＦ＋Ｈ₂Ｏ）溶液に浸
し、基板１の成膜領域８の最終端に水素原子を結合さ
せ、終端水素原子２とする。この処理では、非成膜領域
９の最終端には水素原子が結合されない。そして、基板
１を成膜装置のチャンバ内にセットする。

【００８８】次に、前記チャンバ内にキャリアガスを流
す。このキャリアガスは、ヘリウムやアルゴン等の不活
性ガスである。

【００８９】次に、成膜に必要な活性化エネルギーを与
えるため、キャリアガスを流したまま、基板１を加熱す
る。成膜時の基板１の温度は、室温〜１０００℃（好ま
しくは３００℃〜８５０℃）である。

【００９０】まず、基板１をフッ酸（ＨＦ＋Ｈ₂Ｏ）溶
液に浸し、成膜領域８主面の最終端に水素原子を結合さ
せ、終端水素原子２とする。このとき、非成膜領域９上
に水素原子は結合しない。そして、基板１を成膜装置の
チャンバ内にセットする。

【００９１】次に、前記チャンバ内にキャリアガスを流
す。このキャリアガスは、ヘリウムやアルゴン等の不活
性ガスである。

【００９２】次に、前記キャリアガスを流したまま、基
板１を室温〜１０００℃（好ましくは３００℃〜８５０
℃）に加熱する。これは、成膜に必要な活性化エネルギ
ーを熱により与えるためである。

【００９３】次に、前記キャリアガスにテトラメチルシ
ラン６を混ぜて、チャンバ内に流入させる。これによ
り、図４（ａ）に示すように、基板１の主面にテトラメ
チルシラン６を供給する。

【００９４】非成膜領域９主面には、終端水素原子２が
無いので、テトラメチルシラン６が反応せず、珪素原子
は結合しない。

【００９５】そして、図４（ｂ）に示すように、成膜領
域８上に、珪素原子が一原子層だけ堆積される。この
時、成膜領域８の最終端はメチル基３となり、副生成ガ
スとしてメタン４が生成される。

【００９６】次に、テトラメチルシラン６の供給を止め
て、キャリアガスのみを前記チャンバ内に流す。これ
は、前記チャンバ内からテトラメチルシラン６を排出す
るためである。この排出時間は、例えば一分間である。
なお、成膜装置に高速排気装置を設けた場合、前記排出
時間は二秒程度である。

【００９７】次に、図４（ｃ）に示すように、前記キャ
リアガスにモノシラン７を混ぜて、チャンバ内に流入さ
せ、基板１にモノシラン７を供給する。

【００９８】そして、図４（ｄ）に示すように、成膜領
域８主面上に、珪素原子が一原子層だけ堆積される。こ
の時、成膜領域８の最終端は水素原子となり、副生成ガ
スとしてメタン４が生成される。

【００９９】非成膜領域９主面には、終端水素原子２が
無いので、モノシラン７が反応せず、珪素原子は結合し
ない。

【０１００】次に、モノシラン７の供給を止めて、キャ
リアガスのみを前記チャンバ内に流し、モノシラン７を
排出させる。

【０１０１】そして、テトラメチルシラン６及びモノシ
ラン７の交互供給を繰り返し、成膜領域８に一原子層単
位で、珪素薄膜を成膜していく。

【０１０２】なお、珪素薄膜の導電型や不純物濃度を設
定するために、フォスフィン（ＰＨ₃）、アルシン（Ａ
ｓＨ₃）、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）等のドーパントを含むガ
スを前記キャリアガスに混ぜて流入する。

【０１０３】本実施例４において、ソースガスは、ジメ
チルシラン５でも良く、テトラメチルシラン６及びモノ
シラン７を同時に供給しても良い。

【０１０４】以上の説明からわかるように実施例４の珪
素薄膜の成膜方法によれば、基板主面の材質を半導体及
び絶縁膜、若しくは金属及び絶縁膜としているので、成
膜領域８上にのみ、珪素薄膜を選択的に成長することが
できる。

【０１０５】また、実施例４の成膜方法によれば、実施
例３と同様の効果を奏することができる。

【０１０６】以上発明者によってなされた発明を実施例
にもとづき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【０１０７】例えば、本実施例４において、ソースガス
は、ジメチルシラン５、若しくは、テトラメチルシラン
６及びモノシラン７の同時に供給しても良い。

【０１０８】また、実施例１及び実施例４で用いたソー
スガスはジメチルシランに限定されず、メチル基のかわ
りにエチル基が結合したジエチルシランガス等の、珪素
原子に２つの水素原子と、２つのアルキル基とが結合し
たものであれば良い。

【０１０９】また、実施例２、実施例３、及び実施例４
で用いた、ソースガスはテトラメチルシランガスに限定
されず、テトラエチルシラン等の珪素原子に４つのアル
キル基が結合したものであれば良い。

【０１１０】また、基板１主面の最終端を水素原子とす
るための処理は、基板１を成膜装置のチャンバ内にセッ
トしたのち、水素ガスを流入し、基板１主面に終端水素
原子２を結合しても良い。

【０１１１】また、成膜に必要な活性化エネルギーを与
える手段は、基板１を成膜装置のチャンバ内にセットし
た後、所望の温度に加熱するとともに、紫外線等を照射
することによってもよい。

【０１１２】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【０１１３】１．珪素薄膜の濃度および厚さを精度良く
形成できる。

【０１１４】２．珪素薄膜に予期せぬ不純物が入らな
い。

【０１１５】３．成膜装置の周辺設備の簡略化ができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の珪素薄膜の成膜方法である実施例１
の珪素薄膜の成膜過程を説明するための図、

【図２】本発明の実施例２の珪素薄膜の成膜過程を説
明するための図、

【図３】本発明の実施例３の珪素薄膜の成膜過程を説
明するための図、

【図４】本発明の実施例４の珪素薄膜の成膜過程を説
明するための図。

【符号の説明】

１…基板、２…終端水素原子、３…メチル基、４…メタ
ン、５…ジメチルシラン、６…テトラメチルシラン、７
…モノシラン、８…成膜領域、９…非成膜領域。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板主面の材質を半導体又は金属とし、
水素原子を基板主面の終端とする処理を前記基板に施
し、該基板にエネルギーを与え、珪素原子を含んだソー
スガスを前記基板主面に供給する珪素薄膜の成膜方法で
あって、前記ソースガスとしてＳｉＨ₂（Ｃ_nＨ_2n+1）₂「ｎは自
然数」を用いることを特徴とする珪素薄膜の成膜方法。
【請求項２】基板主面の材質を半導体又は金属とし、
水素原子を基板主面の終端とする処理を前記基板に施
し、該基板にエネルギーを与え、珪素原子を含んだソー
スガスを前記基板主面に供給する珪素薄膜の成膜方法で
あって、前記ソースガスとしてＳｉＨ₄及びＳｉ（Ｃ_nＨ
_2n+1）₄「ｎは自然数」を用いることを特徴とする珪素
薄膜の成膜方法。
【請求項３】請求項２記載の珪素薄膜の成膜方法であ
って、前記基板にＳｉ（Ｃ_nＨ_2n+1）₄「ｎは自然数」と
ＳｉＨ₄とを交互に供給することを特徴とする珪素薄膜
の成膜方法。
【請求項４】基板主面の材質を半導体及び絶縁体、若
しくは金属及び絶縁体とし、半導体又は金属で覆われた
基板主面の終端を水素原子とする処理を基板に施し、前
記基板にエネルギーを与え、珪素原子を含んだソースガ
スを前記基板主面に供給する珪素薄膜の成膜方法であっ
て、前記ソースガスは、ＳｉＨ₂（Ｃ_nＨ_2n+1）₂「ｎは
自然数」若しくはＳｉ（Ｃ_nＨ_2n+1）₄「ｎは自然数」及
びＳｉＨ₄を用いたことを特徴とする珪素薄膜の成膜方
法。