JPS633414A - シリコン膜の製造方法 - Google Patents
シリコン膜の製造方法Info
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- JPS633414A JPS633414A JP14738086A JP14738086A JPS633414A JP S633414 A JPS633414 A JP S633414A JP 14738086 A JP14738086 A JP 14738086A JP 14738086 A JP14738086 A JP 14738086A JP S633414 A JPS633414 A JP S633414A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、経時変化の少ない薄膜トランジスタ等に用
いるシリコン膜の製造方法に関するものである。
いるシリコン膜の製造方法に関するものである。
(発明の概要〕
この発明は、トリシラン以上の高次シランを用いた熱C
VDにより、高品質で安定なアモルファスシリコン膜を
製造するものである。
VDにより、高品質で安定なアモルファスシリコン膜を
製造するものである。
プラズマ等のR’C粒子によるダメージのないシリコン
膜の製造方法に熱CVDがある。
膜の製造方法に熱CVDがある。
従来、水素化アモルファスシリコン膜を熱CVD法で成
膜する場合、原料ガスにモノシラン(SiUS)を用い
ると基板温度を600〜650℃の高温にする必要があ
り、膜中の構造欠陥を補償する結合水素量が極めて少な
く膜の特性が良くなかった。
膜する場合、原料ガスにモノシラン(SiUS)を用い
ると基板温度を600〜650℃の高温にする必要があ
り、膜中の構造欠陥を補償する結合水素量が極めて少な
く膜の特性が良くなかった。
ジシラン(SiJi)を用いた場合、基板温度400〜
500℃で適当に水素を含むアモルファスシリコン膜が
形成できるとの報告が、Yoshinori ASHI
[lAら(Yoshinori ASHIDA、Yas
uyoshi MIS)IIf’lA、Masatak
a旧ROSE、Yukio 05AKA and Ke
nichi KOJIMA、 Jj。
500℃で適当に水素を含むアモルファスシリコン膜が
形成できるとの報告が、Yoshinori ASHI
[lAら(Yoshinori ASHIDA、Yas
uyoshi MIS)IIf’lA、Masatak
a旧ROSE、Yukio 05AKA and Ke
nichi KOJIMA、 Jj。
Appl、Phys、 23(1984) 129)に
よりなされている。
よりなされている。
しかし、従来のジシランによる熱CVD法では基板加熱
以外に、チャンバーも加熱するホットウォール型の反応
装置を用いていた。ホントウオール型ではデポジション
レートは高いもののチャンバー内壁の不純物をシリコン
膜中にとり込み易く改質の向上がむずかしい。また、気
相反応により基板表面にシリコン粒子が堆積し、表面が
荒れてしまうという問題があった。
以外に、チャンバーも加熱するホットウォール型の反応
装置を用いていた。ホントウオール型ではデポジション
レートは高いもののチャンバー内壁の不純物をシリコン
膜中にとり込み易く改質の向上がむずかしい。また、気
相反応により基板表面にシリコン粒子が堆積し、表面が
荒れてしまうという問題があった。
一方、チャンバーは加熱せず基板のみを加熱すルコール
ドウォール型の反応装置ではデポジションレートが低い
という問題があった。
ドウォール型の反応装置ではデポジションレートが低い
という問題があった。
そこで、この発明はコールドウオール型の反応装置にお
いても低い基FAA度で十分なデポジションレートがあ
り、良好な電気特性をもつ安定なアモルファスシリコン
膜の形成を目的としている。
いても低い基FAA度で十分なデポジションレートがあ
り、良好な電気特性をもつ安定なアモルファスシリコン
膜の形成を目的としている。
この発明では、原料ガスにトリシラン以上の高次シラン
を用い、pcvoにおける成膜条件とシリコン膜の特性
の関係を明らかにすることにより問題を解決した。
を用い、pcvoにおける成膜条件とシリコン膜の特性
の関係を明らかにすることにより問題を解決した。
ジシランに比ベトリシラン以上の高次シランは反応性が
高いので、十分なデポジションレートがあり、膜質に関
係する基板温度、反応圧力等の成膜条件を最適化するこ
とができる。
高いので、十分なデポジションレートがあり、膜質に関
係する基板温度、反応圧力等の成膜条件を最適化するこ
とができる。
まず、この発明に用いる装置例を第1図(alおよびC
b)により説明する。
b)により説明する。
第1図(a)において、1はチャンバーで、内部にヒー
ター等の基板加熱手段2を有し、熱伝専の良いサセプタ
ー3が固定され、加熱される。サセプター3上には石英
板、ガラス板、ステンレス板。
ター等の基板加熱手段2を有し、熱伝専の良いサセプタ
ー3が固定され、加熱される。サセプター3上には石英
板、ガラス板、ステンレス板。
シリコンウェハー等の基板4が載せられている(下向き
等の場合には止め金具等で固定される)。
等の場合には止め金具等で固定される)。
さらに、基板4の近傍にガス吹出部5を形成し、ガス供
給手段6とチャンバー1内を排気手段5がチャンバー1
に接続されている。ガス供給手段6からガス吹出部まで
の系はヒーター等により原料ガスの沸点(トリシランで
は53,1℃)以上の温度に保たれている。このほか、
必要に応じて、チャンバー1の側面に真空ゲージ、観察
窓等が設けられ、冷却のための空冷ないしは水冷パイプ
が接続されている。
給手段6とチャンバー1内を排気手段5がチャンバー1
に接続されている。ガス供給手段6からガス吹出部まで
の系はヒーター等により原料ガスの沸点(トリシランで
は53,1℃)以上の温度に保たれている。このほか、
必要に応じて、チャンバー1の側面に真空ゲージ、観察
窓等が設けられ、冷却のための空冷ないしは水冷パイプ
が接続されている。
第1図fblは、基板加熱手段2にランプ加熱を用いた
場合で、チャンバー1は光吸収の少ない石英。
場合で、チャンバー1は光吸収の少ない石英。
サセプター3は光吸収の良いカーボン等の材質のものを
各々用いる。
各々用いる。
このような装置において基板温度を400 ℃程度に加
熱し、トリシラン以上の高次シランをチャンバー1内に
導入すると、熱分解反応により、基板4表面にアモルフ
ァスシリコン膜を形成することができる。この場合、チ
ャンバー1の壁面の温度は200℃前後であるが、さら
に冷却する場合は、空気、N2ガス等をチャンバー1外
から吹きつければよい。以下にデポジションの詳細な条
件を示す。
熱し、トリシラン以上の高次シランをチャンバー1内に
導入すると、熱分解反応により、基板4表面にアモルフ
ァスシリコン膜を形成することができる。この場合、チ
ャンバー1の壁面の温度は200℃前後であるが、さら
に冷却する場合は、空気、N2ガス等をチャンバー1外
から吹きつければよい。以下にデポジションの詳細な条
件を示す。
第2図は100%トリシランを用いた石英基板上へのア
モルファスシリコン膜のデポジションレートのデータの
一例を示すものである。第3図で横軸は基板温度Tsu
bの逆数(1/K) 、縦軸はデポジションレート (
人/ m1n)であり、△10.○、◇。
モルファスシリコン膜のデポジションレートのデータの
一例を示すものである。第3図で横軸は基板温度Tsu
bの逆数(1/K) 、縦軸はデポジションレート (
人/ m1n)であり、△10.○、◇。
印はそれぞれ反応圧力が1. 2. 5.10.12T
orrの場合である。10 Torr、 420℃で6
0人/minのデポジションレートがあり、半導体素子
を生産するのに十分な値である。
orrの場合である。10 Torr、 420℃で6
0人/minのデポジションレートがあり、半導体素子
を生産するのに十分な値である。
)IZ+ Nz、 He、 Ar等の雰囲気ガスでn訳
した場合のデポジションは、トリシランの分圧が第3図
の反応圧力と同じなら、デポジションレートもほぼ等し
くなる。
した場合のデポジションは、トリシランの分圧が第3図
の反応圧力と同じなら、デポジションレートもほぼ等し
くなる。
第3図は100%トリシランを用いて反応圧力5Tor
rの場合の光学バンドギャップと結合水素工の基板温度
依存性の一例を示したものである。、l+N温度が48
0℃以下では光学バンドギャップは約1゜65eV 、
結合水素量は約7,5%でほぼ一定である。
rの場合の光学バンドギャップと結合水素工の基板温度
依存性の一例を示したものである。、l+N温度が48
0℃以下では光学バンドギャップは約1゜65eV 、
結合水素量は約7,5%でほぼ一定である。
基板温度が480℃を越える温度では光学バンドギャッ
プ、結合水素量ともに減少する。これよりトリシラン以
上の高次シランの熱CV Dでは基板温度480℃を越
える温度で水素脱離が起こることが解った。
プ、結合水素量ともに減少する。これよりトリシラン以
上の高次シランの熱CV Dでは基板温度480℃を越
える温度で水素脱離が起こることが解った。
第4図は、100%トリシランを用いて反応圧力5 T
orrの場合の暗導電率(O印)とAMIスペクトラム
60n W/calの光照射での光導電率(O印)の基
板温度依存性を示したものである。光導電率は高(ない
が、光ぷ電率と暗導電率の比は3桁以上ある。また、基
板温度480℃を越える温度では、水素脱離により光導
電率、暗導電率ともに低下する。
orrの場合の暗導電率(O印)とAMIスペクトラム
60n W/calの光照射での光導電率(O印)の基
板温度依存性を示したものである。光導電率は高(ない
が、光ぷ電率と暗導電率の比は3桁以上ある。また、基
板温度480℃を越える温度では、水素脱離により光導
電率、暗導電率ともに低下する。
第5図は、赤外吸収特性の一例を示したものである。−
般に2000cm−’付近にピークを持つSiH結合の
伸縮振動と2100c+++−’付近にピークを持つS
iJ結合の伸11振動が観察されるが、トリシランの熱
CVDによるアモルファスシリコン膜では5ilt結合
のピークはほとんど観測されず、5ill結合が主であ
り良質な膜であるといえる。
般に2000cm−’付近にピークを持つSiH結合の
伸縮振動と2100c+++−’付近にピークを持つS
iJ結合の伸11振動が観察されるが、トリシランの熱
CVDによるアモルファスシリコン膜では5ilt結合
のピークはほとんど観測されず、5ill結合が主であ
り良質な膜であるといえる。
以上のデポジションのデータを利用して作成した薄膜ト
ランジスタの断面図の一例を第6図に示す。低抵抗p型
シリコン基板を利用したゲート6と、前記シリコン基板
を1100℃、 dryO□雰囲気中で熱酸化した約9
00 人のゲート絶縁膜7の上に、トリシラン以上の高
次シランの熱cvoによるノンドープアモルファスンリ
コン膜8を約500人デポジションする。さらにn°ア
モルファスシリコン層とNi等の金属層の二層よりなる
ソース9及びトレイン10を形成する。
ランジスタの断面図の一例を第6図に示す。低抵抗p型
シリコン基板を利用したゲート6と、前記シリコン基板
を1100℃、 dryO□雰囲気中で熱酸化した約9
00 人のゲート絶縁膜7の上に、トリシラン以上の高
次シランの熱cvoによるノンドープアモルファスンリ
コン膜8を約500人デポジションする。さらにn°ア
モルファスシリコン層とNi等の金属層の二層よりなる
ソース9及びトレイン10を形成する。
第7図は実際の薄膜トランジスタの出力特性の一例であ
る。ゲート・ソース電圧は20〜30Vまで2■ステツ
プで変化させ、チャネル幅−とチャネル長しの比は−/
L = 40である。ソース・ドレイン電圧を0−1O
−OVと掃引した場合のヒステリシスは非常に小さく安
定である。この薄膜トランジスタの0N10FF電流比
は6桁以上あり、飽和領域から求めたしきい値電圧と電
子移動度は各々18■。
る。ゲート・ソース電圧は20〜30Vまで2■ステツ
プで変化させ、チャネル幅−とチャネル長しの比は−/
L = 40である。ソース・ドレイン電圧を0−1O
−OVと掃引した場合のヒステリシスは非常に小さく安
定である。この薄膜トランジスタの0N10FF電流比
は6桁以上あり、飽和領域から求めたしきい値電圧と電
子移動度は各々18■。
0、ICl1l/V−5と良好なものであった。
ドレイン電流1dの時間変化を、モノシランのプラズマ
CVDで作製した薄膜トランジスタと比較して第8図に
示す、プラズマCVD試料は熱C■Dと同じチャンバー
を用い、基板温度300℃1反応圧力0.7Torr、
高周波電力LOWで製膜したちのである。第9図の横軸
は、ドレイン電流を1μA流すのに必要なバイアスを印
加してからの時間。
CVDで作製した薄膜トランジスタと比較して第8図に
示す、プラズマCVD試料は熱C■Dと同じチャンバー
を用い、基板温度300℃1反応圧力0.7Torr、
高周波電力LOWで製膜したちのである。第9図の横軸
は、ドレイン電流を1μA流すのに必要なバイアスを印
加してからの時間。
縦軸はドレイン電流の初期値1d(0)に対する各時間
における値1dの比である。実線が熱CVD、破線がプ
ラズマCVDによる薄膜トランジスタの場合である。熱
CVDによる薄膜トランジスタの方が、プラズマCVD
によるものよりドレイン電流の時間変化が小さく安定で
ある。
における値1dの比である。実線が熱CVD、破線がプ
ラズマCVDによる薄膜トランジスタの場合である。熱
CVDによる薄膜トランジスタの方が、プラズマCVD
によるものよりドレイン電流の時間変化が小さく安定で
ある。
第9図(al及びtblはそれぞれ実際のデポジション
の手順の一例を示したもので、横軸は時間、縦軸はチャ
ンバー圧と基板温度を示している。第9図(alは10
0%トリシランの場合で、真空引きしたチャンバー1に
トリシランを導入するとデポジションが始まる。この時
、チャンバー圧が急に増加すると基板加熱手段2とサセ
プター3.及びサセプター3と基板4間の熱伝導が良(
なり、基板温度が20℃程度も上昇する。しばらくする
と温度制御が追従し、基板温度が安定する。チャンバー
圧が10Torr以上でこの現象は顕著である。このデ
ポジション開始時の基板温度変化は、デポジション時間
が短い場合、膜厚の制御や膜質の均一性を悪くする。
の手順の一例を示したもので、横軸は時間、縦軸はチャ
ンバー圧と基板温度を示している。第9図(alは10
0%トリシランの場合で、真空引きしたチャンバー1に
トリシランを導入するとデポジションが始まる。この時
、チャンバー圧が急に増加すると基板加熱手段2とサセ
プター3.及びサセプター3と基板4間の熱伝導が良(
なり、基板温度が20℃程度も上昇する。しばらくする
と温度制御が追従し、基板温度が安定する。チャンバー
圧が10Torr以上でこの現象は顕著である。このデ
ポジション開始時の基板温度変化は、デポジション時間
が短い場合、膜厚の制御や膜質の均一性を悪くする。
そこで、第9図(blに示すように、あらかじめH2゜
Nz、 He、Ar等の希釈ガスを10Torr以上チ
ャンバー1内に導入しておき、基板温度が安定してから
トリシランを与太すると、基板温度の変化は1℃以下に
おさえることができ、安定なデポジションを行うことが
できる。この安定化効果は5 Torr前後のチャンバ
ー圧でも認められた。
Nz、 He、Ar等の希釈ガスを10Torr以上チ
ャンバー1内に導入しておき、基板温度が安定してから
トリシランを与太すると、基板温度の変化は1℃以下に
おさえることができ、安定なデポジションを行うことが
できる。この安定化効果は5 Torr前後のチャンバ
ー圧でも認められた。
以上詳細に説明したように、どの発明はトリシラン以上
の高次シランを用いて基板温度480℃以下で熱CVD
を行った場合、電気特性の良い安定なアモルファスシリ
コン膜が得られる利点がある。
の高次シランを用いて基板温度480℃以下で熱CVD
を行った場合、電気特性の良い安定なアモルファスシリ
コン膜が得られる利点がある。
また、雰囲気ガスをあらかしめチャンバー内に導入し、
基板温度が安定した後に原料ガスを導入して熱CVDを
行うと、成膜時の基板温度変化を非常に小さくすること
ができる。
基板温度が安定した後に原料ガスを導入して熱CVDを
行うと、成膜時の基板温度変化を非常に小さくすること
ができる。
さらに、低温でしかも荷電粒子のダメージのないプロセ
スであることから、LSI等のプロセスと組合せた場合
でも、既に形成済みの他の素子に悪い影響を与えること
がないことは明白である。
スであることから、LSI等のプロセスと組合せた場合
でも、既に形成済みの他の素子に悪い影響を与えること
がないことは明白である。
第1図(81はこの発明に用いるヒーター加熱による装
置の断面略図、第1図tblは同様にランプ加熱による
装置の断面略図、第2図はこの発明の100%トリシラ
ンを用いた熱CVDのデポジションレートの基板温度依
存性を示す図、第3図は、この発明の光学バンドギャッ
プと水素含有率の基板温度依存性を示す図、第4図はこ
の発明の導電率の基板温度依存性を示す図、第5図はこ
の発明のシリコン膜の赤外吸収特性図、第6図は第2図
から第5図までのデータを利用して作製した薄膜トラン
ジスタの断面図、第7図は第6図の薄膜トランジスタの
出力特性図、第8図は同じく、ドレイン電流の時間変化
を示す図、第9図(a)は100%トリシランを用いた
場合のデポジションの手順例を示す図、第9図へ)は同
様に雰囲気ガスで希釈した場合のデポジションの手順例
を示す図である0図中、1はチャンバー、2は基板加熱
手段、3はサセプタ、4は基板、5はガス吹出部、6は
ガス供給手段、7は排気手段、8はシリコン膜、9はソ
ース、10はドレインである。 以上 出 願 人 工業技術院長 信越化学工業株式会社 セイコー電子工業株式会社 指定代理人 工業技術院電子技術総合研究所所長佐藤
孝平 4代 理 人 弁理士 最 上 11t (他1名
)第1凶(a) 基板温度(0C) 1000/Tsub (1/に) デボシ゛シ3ンし一トΦ肪暴し!壱に杓峠缶を、ホTf
fi第2図 導 電 早 (S−cm−〇 に%>−二t″G−7(eV) 7關に、4iL
(%):JL数(cm−’) 赤外吸家符性図 第5図 NF2.rラシシ“スタの迂γ面図 第6図 ドレイン・ソース電圧 (V) 薄4片費、トランジズタの出力特十往図第 7 図 バイアス卵1ag7−月ノつ’(hourンドしイ〕電
麦の片開変化をホTIIK 第8図 ミ午間 (minン テ゛ホ55Gのす櫃1烈1ホT図 第9図(a) B′r 閣 (minン テホ゛ジシj二の計慣例1ホT図 第9図(b)
置の断面略図、第1図tblは同様にランプ加熱による
装置の断面略図、第2図はこの発明の100%トリシラ
ンを用いた熱CVDのデポジションレートの基板温度依
存性を示す図、第3図は、この発明の光学バンドギャッ
プと水素含有率の基板温度依存性を示す図、第4図はこ
の発明の導電率の基板温度依存性を示す図、第5図はこ
の発明のシリコン膜の赤外吸収特性図、第6図は第2図
から第5図までのデータを利用して作製した薄膜トラン
ジスタの断面図、第7図は第6図の薄膜トランジスタの
出力特性図、第8図は同じく、ドレイン電流の時間変化
を示す図、第9図(a)は100%トリシランを用いた
場合のデポジションの手順例を示す図、第9図へ)は同
様に雰囲気ガスで希釈した場合のデポジションの手順例
を示す図である0図中、1はチャンバー、2は基板加熱
手段、3はサセプタ、4は基板、5はガス吹出部、6は
ガス供給手段、7は排気手段、8はシリコン膜、9はソ
ース、10はドレインである。 以上 出 願 人 工業技術院長 信越化学工業株式会社 セイコー電子工業株式会社 指定代理人 工業技術院電子技術総合研究所所長佐藤
孝平 4代 理 人 弁理士 最 上 11t (他1名
)第1凶(a) 基板温度(0C) 1000/Tsub (1/に) デボシ゛シ3ンし一トΦ肪暴し!壱に杓峠缶を、ホTf
fi第2図 導 電 早 (S−cm−〇 に%>−二t″G−7(eV) 7關に、4iL
(%):JL数(cm−’) 赤外吸家符性図 第5図 NF2.rラシシ“スタの迂γ面図 第6図 ドレイン・ソース電圧 (V) 薄4片費、トランジズタの出力特十往図第 7 図 バイアス卵1ag7−月ノつ’(hourンドしイ〕電
麦の片開変化をホTIIK 第8図 ミ午間 (minン テ゛ホ55Gのす櫃1烈1ホT図 第9図(a) B′r 閣 (minン テホ゛ジシj二の計慣例1ホT図 第9図(b)
Claims (2)
- (1)基板加熱手段を内蔵するチャンバーに排気手段と
ガス供給手段とが接続された装置を用い、原料ガスとし
てトリシラン(Si_3H_2)以上の高次シランを前
記チャンバー内に導入し、基板温度480℃以下で、か
つ前記チャンバー壁面の温度を前記基板温度より低く保
ち、熱CVDによりシリコン膜を成長させることを特徴
とするシリコン膜の製造方法。 - (2)雰囲気ガス(H_2、N_2、He、Ar等)を
あらかじめ前記チャンバー内に導入し、基板温度が安定
した後に、原料ガスを導入してシリコン膜を成長させる
ことを特徴とする特許請求範囲第1項記載のシリコン膜
の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14738086A JPS633414A (ja) | 1986-06-24 | 1986-06-24 | シリコン膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14738086A JPS633414A (ja) | 1986-06-24 | 1986-06-24 | シリコン膜の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS633414A true JPS633414A (ja) | 1988-01-08 |
JPH0556852B2 JPH0556852B2 (ja) | 1993-08-20 |
Family
ID=15428933
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14738086A Granted JPS633414A (ja) | 1986-06-24 | 1986-06-24 | シリコン膜の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS633414A (ja) |
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- 1986-06-24 JP JP14738086A patent/JPS633414A/ja active Granted
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JPH0556852B2 (ja) | 1993-08-20 |
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