專利名稱：結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法，所述結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜為大規(guī)模集成電路(LSI)等集成電路中使用的c-MOS晶體管等的硅系列晶體管制造時的材料，即形成n型硅半導(dǎo)體、p型硅半導(dǎo)體等的硅半導(dǎo)體的含有必需雜質(zhì)的半導(dǎo)體薄膜。
在以往的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法中，必須有3種不同的主要工序。也就是說，是用例如熱CVD法或等離子體CVD法等的氣相合成法、在基板上形成非晶硅薄膜或包含微晶的硅薄膜的第1工序，用熱處理爐或高溫?zé)舻葘υ摴璞∧みM(jìn)行熱處理的固相生長法或者實(shí)施基于激光退火法的再結(jié)晶化處理的第2工序，和在這樣得到的結(jié)晶化硅薄膜中用離子注入法等注入在n型和p型硅半導(dǎo)體的形成中所必需的雜質(zhì)進(jìn)行摻雜的第3工序。此外，根據(jù)晶體管的結(jié)構(gòu)，前述第2工序和第3工序的順序也可以相反。
但是，在這種以往的方法中需要有3種工序，各上序所用的制造裝置非常昂貴，結(jié)果使最終產(chǎn)品的價格很高。因此，從降低產(chǎn)品價格的角度來說，實(shí)際上是希望有盡量減少工序數(shù)的制造方法出現(xiàn)。
此外，在前述以往的制造方法中存在以下的困難。
例如在成為晶體管基礎(chǔ)的結(jié)晶性硅薄膜的制作方法中，在非晶硅薄膜的再結(jié)晶化時，由于利用基于熱處理的固相生長法要將基板加熱到600℃左右，因此從防止其熱損傷的觀點(diǎn)來說基板材料的選擇將受到限制，即能利用的基板材料受到限制。此外，在激光退火處理中，因與利用氣相合成制作的非晶硅薄膜基板的粘接性差，所以在激光照射時，膜容易從基板產(chǎn)生剝離，此外，結(jié)晶粒徑的控制性差。
在例如用離子注入法將雜質(zhì)摻入到結(jié)晶化的硅薄膜中的第3工序，在離子注入時會形成在膜內(nèi)部發(fā)生多個晶格缺陷或結(jié)晶被破壞的非晶層。
因此，希望能用低溫制造結(jié)晶性好的優(yōu)質(zhì)的半導(dǎo)體薄膜的方法，來代替這種以往的制造方法。
此外，近年來隨著大規(guī)模集成電路(LSI)的器件的微細(xì)化，為了形成半導(dǎo)體而使雜質(zhì)形成超極淺擴(kuò)散層將成為重要的課題。也就是說，隨著大規(guī)模集成電路的器件的微細(xì)化，晶體管必須微細(xì)化，因此，用什么方法將形成p型、n型半導(dǎo)體的施主、受主的雜質(zhì)添加到微細(xì)的領(lǐng)域中，成為重要的課題。因此，最近對以往的離子注入法進(jìn)行了改進(jìn)，采用以40keV以下的低能量進(jìn)行離子注入的方法。但是，在離子注入法中，很難防止注入到結(jié)晶硅中的離子沿著結(jié)晶的原子層間的間隙以某一概率進(jìn)入很深內(nèi)部的現(xiàn)象(隧道效應(yīng))，其雜質(zhì)分布成為導(dǎo)致尾部(tail)的深展分布。此外，在離子注入中，為了使注入的雜質(zhì)活性化，在其后必須進(jìn)行熱處理工序，由于與離子注入時發(fā)生的缺陷相互作用，在雜質(zhì)分布的尾部在所述熱處理時以非?？斓乃俣劝l(fā)生雜質(zhì)的擴(kuò)散，特別是很難形成高濃度超極淺擴(kuò)散層。
因此，本發(fā)明的課題是提供一種與以往的采用3工序的方法相比能廉價并且節(jié)省能量的制造結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的方法。
此外，本發(fā)明的課題是提供一種用低溫制造結(jié)晶性好的優(yōu)質(zhì)的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的方法。
此外，本發(fā)明的課題是提供一種能將形成硅半導(dǎo)體所必需的雜質(zhì)在膜厚方向的分布狀態(tài)控制成希望的狀態(tài)、制造結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的方法。此外，所謂所希望的分布狀態(tài)是在膜厚方向均勻的分布狀態(tài)、或在膜厚方向規(guī)定的部位以規(guī)定濃度分布的狀態(tài)等中所希望的分布狀態(tài)。
此外，本發(fā)明的課題是提供一種在基板上將結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜與氧化物薄膜和(或者)金屬薄膜層疊以抑制來自在膜界面的外部的雜質(zhì)存在、從而得到結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法。
為解決前述課題，本發(fā)明提供的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法，是在基板上形成結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜，包括在基板附近至少形成包含硅系列氣體的膜原料氣體的等離子體、并在所述基板上形成硅主體的薄膜的工序；向所述基板照射由激勵粒子原料氣體生成的激勵粒子、使所述硅主體的薄膜的硅結(jié)晶化的工序，使所述膜原料氣體和激勵粒子原料氣體的至少一種氣體包含用于形成硅半導(dǎo)體的雜質(zhì)氣體，通過這樣在該基板上形成結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜。
采用本發(fā)明的方法，則因能用1臺裝置同時進(jìn)行結(jié)晶性硅薄膜的形成和使該薄膜含有硅半導(dǎo)體形成所必需的雜質(zhì)，所以，與以往的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造中采用前述3種工序的情況相比，能廉價制造結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜。
此外，能用低溫制造結(jié)晶性好的優(yōu)質(zhì)的半導(dǎo)體薄膜，并且能夠節(jié)省能量。
在形成硅主體的薄膜的規(guī)定時間段，將前述膜原料氣體和(或者)激勵粒子原料氣體的雜質(zhì)氣體量控制成規(guī)定的量，或在激勵粒子原料氣體包含雜質(zhì)氣體的情況下(也包含激勵粒子原料氣體就是雜質(zhì)氣體的情況)，在形成硅主體的薄膜的規(guī)定時間段，向前述基板照射由激勵粒子原料氣體生成的激勵粒子，這樣能將形成硅半導(dǎo)體所必需的雜質(zhì)在膜厚方向的分布狀態(tài)(特別是分布部位和濃度)控制成所希望的狀態(tài)。
此外，在基板上在規(guī)定的氣壓下連續(xù)地積層形成氧化物薄膜或金屬薄膜以及結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜，以抑制膜界面來自外部的雜質(zhì)存在，這樣能提供同時具有氧化物薄膜或金屬薄膜的形成有優(yōu)質(zhì)的硅系列半導(dǎo)體薄膜的基板。


圖1是表示用于實(shí)施本發(fā)明方法的成膜裝置之1例的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示在層疊形成氧化物薄膜或者(和)金屬薄膜和結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜時用的膜形成裝置之1例的概略結(jié)構(gòu)圖。
與本發(fā)明相關(guān)的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法，是在基板附近至少形成包含硅系列氣體的膜原料氣體的等離子體，并在所述基板上形成硅主體的薄膜。此外，向所述基板照射由激勵粒子原料氣體生成的激勵粒子，使所述硅主體的薄膜的硅結(jié)晶化。此外，使所述膜原料氣體和激勵粒子原料氣體的至少一種氣體包含形成硅半導(dǎo)體用的雜質(zhì)氣體，通過這樣在所述基板上形成結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜。
激勵粒子的照射與硅主體薄膜的形成也可以同時進(jìn)行，進(jìn)一步說，也可以與硅主體薄膜的形成同時連續(xù)進(jìn)行，也可以與硅主體薄膜的形成交替進(jìn)行。
前述雜質(zhì)氣體也可以包含在前述膜原料氣體和激勵粒子原料氣體兩者之中。也可以使所述雜質(zhì)氣體包含在所述膜原料氣體中，將所述硅主體薄膜作為含有雜質(zhì)硅薄膜，而激勵粒子原料氣體作為不含雜質(zhì)氣體的硅結(jié)晶化專用的激勵粒子原料氣體(例如由與構(gòu)成膜原料氣體相同的硅系列氣體、氫氣、惰性氣體(氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣等)中的1種或者2種以上組成的氣體)。這種情況下，在由膜原料氣體的等離子體形成的硅薄膜中含有雜質(zhì)，利用激勵粒子的照射，使該膜的硅結(jié)晶化。
或者，也可以使前述雜質(zhì)氣體包含在前述激勵粒子原料氣體中，由膜原料氣體形成的前述硅主體薄膜作為硅薄膜。這種情況下，利用激勵粒子的照射，在使該膜的硅結(jié)晶化的同時將雜質(zhì)注入到該膜中。此外，這種情況，激勵粒子原料氣體也可以是雜質(zhì)氣體本身，也可以是雜質(zhì)氣體和其它氣體的混合氣體。作為所述其它的氣體舉例有由硅系列氣體(特別是構(gòu)成膜原料氣體的硅系列氣體)、氫氣、惰性氣體中的1種或者2種以上組成的氣體。氫氣和惰性氣體能用作對雜質(zhì)氣體進(jìn)行稀釋的氣體。
此外，在結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造中，為了控制結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的膜厚方向的所述雜質(zhì)的分布狀態(tài)(特別是雜質(zhì)的分布部位和濃度)，也可以如下所述。即(1)在膜原料氣體中包含雜質(zhì)氣體的情況，在形成前述硅主體薄膜的規(guī)定的時間段，將該膜原料氣體的雜質(zhì)氣體量控制成規(guī)定的量。
(2)在激勵粒子原料氣體中包含雜質(zhì)氣體的情況下，特別是在激勵粒子原料氣體是雜質(zhì)氣體和其它氣體的混合氣體的情況，在形成前述硅主體薄膜的規(guī)定的時間段，將前述激勵粒子原料氣體的雜質(zhì)氣體量控制成規(guī)定的量。
(3)在激勵粒子原料氣體是雜質(zhì)氣體的情況下，或者，是雜質(zhì)氣體和其它氣體的混合氣體的情況，在形成前述硅主體薄膜的規(guī)定的時間段，向前述基板照射由該激勵粒子原料氣體生成的激勵粒子。該激勵粒子的照射例如可以是與硅主體薄膜的形成同時進(jìn)行，也可以是交替進(jìn)行。
構(gòu)成前述膜原料氣體的硅系列氣體不限于此，可以是例如甲硅烷(SiH4)氣體、乙硅烷(Si2H6)氣體等氫化硅氣體、四氟化硅(SiF4)氣體等的氟化硅氣體、四氯化硅(SiCL4)氣體等的氯化硅氣體。
作為膜原料氣體可以單獨(dú)用這種硅系列氣體，也可以混合硅系列氣體以外的例如氫氣那樣的稀釋氣體，用稀釋后的硅系列氣體。此外，也能如前述那樣混合雜質(zhì)氣體。作為雜質(zhì)氣體的代表例子，舉例有用于得到p型硅半導(dǎo)體的p型雜質(zhì)氣體和用于得到n型硅半導(dǎo)體的n型雜質(zhì)氣體。
作為p型雜質(zhì)氣體舉例有乙硼烷等的硼系列氣體，作為n型雜質(zhì)氣體舉例有磷化氫等的磷系列氣體。
在結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的形成中照射的前述激勵粒子的動能在10eV以上20keV以下為佳，最好是在100eV以上10keV以下。如果比10eV小，則難于得到充分的激勵粒子照射量，此外，即使能進(jìn)行激勵粒子的照射，也難于促進(jìn)用于硅結(jié)晶生長的反應(yīng)。如果比20keV大，則由于激勵粒子的照射，容易發(fā)生膜內(nèi)部缺陷，損害最終的器件性能。
此外，在結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的形成中照射的前述激勵粒子的照射量(換言之，照射個數(shù))，是作為用于硅結(jié)晶化的適當(dāng)?shù)牧?，以堆積在前述基板上的硅原子量(硅原子數(shù))的0.1％到50％的范圍內(nèi)為佳，最好是從5％到30％的范圍。如果比0.1％小，則結(jié)晶生長中必要的反應(yīng)能量減少，難于促進(jìn)結(jié)晶生長。如果比50％大，則助長缺陷生長，阻礙結(jié)晶生長。
如前所述，在本發(fā)明方法中，還可以在基板上在規(guī)定的氣壓下連續(xù)地層疊形成氧化物薄膜或金屬薄膜以及結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜，能提供同時具有氧化物薄膜或金屬薄膜的形成有結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的基板，作為例子，可舉出下面的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法。
(1)在所述硅主體的薄膜形成前，在所述基板上形成氧化物薄膜，用如前述任一項(xiàng)方法，在所述氧化物薄膜上形成結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜，所述氧化物薄膜和結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜分別在規(guī)定的氣壓下連續(xù)形成，這是一種結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法。
(2)在所述硅主體的薄膜形成前，在所述基板上形成金屬薄膜，用如前述任一項(xiàng)方法，在所述金屬薄膜上形成結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜，所述金屬薄膜和結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜分別在規(guī)定的氣壓下連續(xù)形成，這是另一種結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法。
(3)用如前述任一項(xiàng)方法，在基板上形成所述結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜后，在所述半導(dǎo)體薄膜上形成氧化物薄膜或者金屬薄膜，所述半導(dǎo)體薄膜、氧化物薄膜或者金屬薄膜分別在規(guī)定的氣壓下連續(xù)形成，這是又一種結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法。
能利用有關(guān)的氧化物薄膜作為例如柵極用絕緣膜，其種類不限，可舉例有氧化硅(SiO2)。此外，能利用金屬薄膜作為柵極的電極，作為材料可舉例有鋁、鉻、鎳等。在將它們與結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成層疊結(jié)構(gòu)的情況，為了形成優(yōu)質(zhì)的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜，或者為了在用作器件時盡量減小漏電流等，必須在結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜和這些氧化物薄膜或者金屬薄膜的界面上盡量不包含來自外部的雜質(zhì)，從這種觀點(diǎn)出發(fā)，最好氧化物薄膜或金屬薄膜以及結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜不要暴露在大氣中，并分別在規(guī)定的氣壓下連續(xù)形成。
在前述任何一種結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的形成中，為了防止前述雜質(zhì)擴(kuò)散或者分離到成膜中規(guī)定的位置以外，進(jìn)一步說，為了防止包含在結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜中的雜質(zhì)，或者在膜厚方向的規(guī)定的位置上用規(guī)定的濃度形成的雜質(zhì)擴(kuò)散層的雜質(zhì)，擴(kuò)散或者分離到成膜中規(guī)定的位置以外，基板的溫度以低溫為佳，例如最好維持在550℃以下。
下面，參照附圖對實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。
圖1是表示用于實(shí)施本發(fā)明方法的膜形成裝置之1例的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖1所示的膜形成裝置10包括真空容器1、配置在其中的基板支架2、設(shè)置在基板支架2的下側(cè)的基板加熱用加熱器3、配置在支架上方以便面對基板支架2的周圍部分的筒狀放電電極4、配置在筒狀電極4的上方并通過該電極的中空部分面對基板支架2的激勵粒子發(fā)生源(這里是離子源)5。
將排氣裝置6與真空容器1連接，同時連接包含1個或者2個以上的質(zhì)量流量控制器、閥、氣體源的膜原料氣體供給裝置G1。此外，通過匹配盒41將高頻電源PW與到放電電極4連接。
將基板支架2接地。
在圖示的例中，離子源5是與真空容器1連接并設(shè)置在真空容器1外，但也可以設(shè)置在真空容器1內(nèi)。
這里，離子源5是桶型離子源，將包含1個或者2個以上的質(zhì)量流量控制器、閥、氣體源的膜原料氣體供給裝置G2與該激勵粒子生成室(這里是離子生成室)51連接。此外，在激勵粒子生成室51的離子引出口中設(shè)置引出電極系統(tǒng)52，并在其上連接用于離子i引出的未圖示的電源等。此外，在激勵粒子生成室51中在其內(nèi)側(cè)上設(shè)置未圖示的與電源連接的熱電子發(fā)射用燈絲F，同時沿著外面設(shè)置形成尖端磁場的一組磁鐵Mg。
在基板S上(不限于此，例如可以是玻璃制的基板S)形成結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜時，將該基板S設(shè)置在支架2上，使排氣裝置6運(yùn)轉(zhuǎn)，將真空容器1內(nèi)減壓到規(guī)定的壓力為止，此外，用加熱器3將基板S加熱到基板表面為550℃以下的規(guī)定溫度為止。
然后，由氣體供給裝置G1將構(gòu)成膜原料氣體的硅系列氣體和在硅半導(dǎo)體形成中必需的雜質(zhì)氣體引入到真空容器1內(nèi)。
雜質(zhì)氣體在形成p型硅半導(dǎo)體時采用p型雜質(zhì)氣體(例如乙硼烷等的硼系列氣體)，而在形成n型硅半導(dǎo)體時采用n型雜質(zhì)氣體(例如磷化氫等的磷系列氣體)。
硅系列氣體和雜質(zhì)氣體的混合比例用前述質(zhì)量流量控制器進(jìn)行控制。對與硅系列氣體混合的雜質(zhì)氣體的混合比例預(yù)先進(jìn)行調(diào)整，以便根據(jù)其后制造的器件的種類得到適當(dāng)?shù)碾s質(zhì)濃度，但雜質(zhì)氣體分子的個數(shù)，最多為5×1015個/cm2左右。
這些膜原料氣體是在真空容器1內(nèi)混合，但也可以在引入到真空容器1內(nèi)之前用其它方法引入到混合室內(nèi)，并在其中混合后引入到真空容器1內(nèi)。
此外，將真空容器1內(nèi)維持在成膜壓力下，由電源PW將高頻電壓施加在放電電極4上，由此，在基板S附近形成該原料氣體的等離子體P，將含有雜質(zhì)的硅薄膜堆積在基板S上，此外，在含有該雜質(zhì)的硅薄膜形成的同時或者與堆積該薄膜交替向基板照射被激勵的高能量粒子。
這里，用在前述離子源5中生成的離子i作為這種能量粒子，并將其向基板S照射。
離子源5的離子生成，是伴隨著真空容器1的減壓，由氣體供給裝置G2將激勵粒子原料氣體(例如由與引入到真空容器1內(nèi)的硅系列氣體相同的硅系列氣體、氫氣、惰性氣體中的至少1種或者2種以上組成的氣體)引人到減壓到規(guī)定壓力的激勵粒子生成室51中，同時從燈絲F發(fā)射熱電子，封閉在一組磁鐵Mg的磁場中，在這樣的狀態(tài)下生成。在引出電極系統(tǒng)52的作用下引出生成的離子i，并照射到基板S上。
于是，能用較低的溫度在基板S上形成優(yōu)質(zhì)的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜。
此外，向基板S照射離子i時的到達(dá)該基板上的激勵粒子(這里是離子)的動能為最低10eV、最高20keV左右，最好是用100eV到10keV的動能進(jìn)行照射。利用在基板S上的遷移效應(yīng)，到達(dá)基板S上的激勵粒子與前述含有雜質(zhì)的硅薄膜的硅原子碰撞，形成高激勵狀態(tài)，形成含有該雜質(zhì)的優(yōu)質(zhì)的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜。
因制造結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜時的基板S的溫度維持在550℃以下，所以，能防止雜質(zhì)擴(kuò)散層的雜質(zhì)擴(kuò)散或者分離到成膜中規(guī)定的位置以外。
在前述說明了的例中，用放電電極通過高頻放電，進(jìn)行膜原料氣體的等離子體化，但膜原料氣體的等離子體化不限于此，也能采用微波放電、ECR放電等。此外，放電電極的形狀也不限于前述的筒狀電極，只要不妨礙激勵粒子的照射，也能采用環(huán)狀電極等其它的電極。
此外，在以上說明的例中，是使用桶型離子源作為離子源，但也能用考夫曼型離子源等其它類型的離子源。此外，也能利用直流放電、交流放電、微波放電、ECR放電，作為激勵粒子的發(fā)生源，進(jìn)行激勵粒子原料氣體的高激勵化。
采用具有桶型離子源和考夫曼型離子源等有磁場型激勵單元的激勵粒子發(fā)生源時，激勵粒子原料氣體可通過將放電功率加入到有磁場型激勵單元中進(jìn)行電離，然后用引出電極系統(tǒng)進(jìn)行電加速。此外，照射量(換言之，個數(shù))是指使結(jié)晶化發(fā)生所要照射的適當(dāng)?shù)牧?，但如前所述，用堆積在基板S上的硅原子量(硅原子數(shù))的0.1％到最高50％左右進(jìn)行照射，最好是以5％到30％的照射量進(jìn)行照射。
在前述實(shí)施例中，是使p型或者n型的雜質(zhì)氣體包含在膜原料氣體中，但膜原料氣體也可作為硅系列氣體或者在該氣體中混合氫氣等的稀釋氣體而得到的氣體，可以是在激勵粒子原料氣體中包含雜質(zhì)氣體。這種情況下，也可以僅用雜質(zhì)氣體構(gòu)成激勵粒子原料氣體。
總之，也可以用包含p型或者n型雜質(zhì)氣體的激勵粒子原料氣體形成激勵粒子，將其照射到由膜原料氣體的等離子體堆積在基板上形成的硅膜上，形成結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜。將該雜質(zhì)激勵粒子到達(dá)基板S上時的動能控制成10eV到最高20keV，將其照射量控制成分別得到p型和n型硅半導(dǎo)體的適當(dāng)?shù)碾s質(zhì)量。在例如使用前述離子源進(jìn)行照射的情況下，照射量能通過控制在高激勵化該雜質(zhì)氣體時加入到有磁場型激勵單元中的放電功率，或者通過控制照射電流來進(jìn)行控制。
在前述說明了的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造中，在膜厚方向能用均勻的濃度形成具有良好結(jié)晶性的硅系列半導(dǎo)體薄膜。特別是，如前所述，以往用3道工序進(jìn)行制造，但在前述說明的方法中，能用1臺成膜裝置制造結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜，能廉價制造結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜，并能節(jié)能，這帶來極大的經(jīng)濟(jì)效益。
在前述說明了的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造中，是在薄膜的厚度方向上存在的雜質(zhì)具有均勻的濃度，但如前所述，在膜厚的方向也能控制雜質(zhì)的分布狀態(tài)(特別是雜質(zhì)的分布部位和濃度)。
也就是說，例如在將雜質(zhì)氣體混合到膜原料氣體或激勵粒子原料氣體中時，在堆積在基板S上的硅薄膜達(dá)到規(guī)定的膜厚后，繼續(xù)引入該雜質(zhì)氣體并使膜堆積，這樣能在規(guī)定的膜厚方向部分形成包含p型或者n型雜質(zhì)的層。利用這種方法，能例如在極淺層形成基于雜質(zhì)的活性層。這時，通過將該雜質(zhì)氣體的引入量控制成規(guī)定的量，也能控制雜質(zhì)濃度。因此也能形成以往技術(shù)難以形成的超高濃度極淺擴(kuò)散層。
此外，在例如堆積在基板S上的硅薄膜達(dá)到規(guī)定的膜厚后，也能通過照射由雜質(zhì)氣體生成的激勵粒子來實(shí)現(xiàn)。也就是說，為了在例如以硅系列原料氣體的等離子體為基礎(chǔ)在基板S上堆積硅薄膜時促進(jìn)結(jié)晶化，以例如硅系列原料氣體、氫氣、惰性氣體中1種或者至少2種組成的混合氣體作為激勵粒子用原料氣體進(jìn)行高激勵化，并照射到基板上。然后，在硅薄膜達(dá)到規(guī)定的厚度后，將雜質(zhì)氣體混合到該激勵粒子用原料氣體中，使它們激勵化同時進(jìn)行照射，并繼續(xù)進(jìn)行膜的堆積。通過將該雜質(zhì)氣體的混合比控制成規(guī)定的比，就能與前述相同，在膜厚方向的規(guī)定的位置上形成規(guī)定的雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)擴(kuò)散層。
在前述說明了的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造中，是在基板S上直接形成結(jié)晶性硅半導(dǎo)體薄膜，但也能根據(jù)要求的器件結(jié)構(gòu)，在基板S上用規(guī)定的氣體壓力連續(xù)地積層形成例如能用作柵極用絕緣膜的氧化物薄膜(例如氧化硅膜、SiO2膜)和能用作柵極電極的金屬薄膜(例如鋁、鉻、鎳膜等)和結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜，也能提供同時具有氧化物薄膜或金屬薄膜的形成有結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜基板。
這種情況下，如圖2所示，可采用成膜裝置A該成膜裝置A是通過能開閉的柵閥GV，與圖1所示的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的形成裝置10連接設(shè)置用于形成氧化物薄膜或金屬薄膜的成膜裝置7，打開這種柵閥GV，在兩裝置間能用未圖示的基板運(yùn)送裝置使基板不暴露在大氣中而在裝置10與7之間進(jìn)行交換。利用這種裝置，能在氧化物薄膜或金屬薄膜和積層在其上的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的界面部分上，盡量在不包含來自外部的雜質(zhì)的狀態(tài)下得到優(yōu)質(zhì)的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜。
在基板S上或者在基板S上形成的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜上形成氧化物薄膜時，以成膜裝置7作為氧化物膜形成裝置，這種情況下，作為氧化物膜形成手段不限于此，能采用例如減壓CVD裝置，等離子體CVD裝置等的氣相合成裝置。此外，在基板S上或者在基板S上形成的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜上形成金屬薄膜時，以成膜裝置7作為金屬膜形成裝置，這種情況下，作為金屬膜形成手段不限于此，除例如CVD裝置等的氣相合成裝置外，能采用例如利用濺射法、電子束蒸鍍等的固相合成法的裝置。
如前所述，采用本發(fā)明，則與以往的采用3道工序的方法相比，能提供廉價而且節(jié)能的制造結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的方法。
此外，采用本發(fā)明，則能提供在低溫下制造結(jié)晶性好的優(yōu)質(zhì)的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的方法。特別在本發(fā)明中，因作為得到結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的方法，不用以往那樣的激光退火法和高溫退火等熱處理工序，而用在基板上直接形成半導(dǎo)體膜的方法，所以能容易使硅的結(jié)晶粒徑均勻，相應(yīng)能提供具有穩(wěn)定特性的器件，而且，也能采用耐熱性差的基板，拓展基板材料的選擇余地。
采用本發(fā)明，則能提供將在形成硅半導(dǎo)體中必需的雜質(zhì)在膜厚方向的分布狀態(tài)控制成所希望的狀態(tài)、并能制造結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的方法。因此，能得到適合今后LSI高集成化的超微細(xì)結(jié)構(gòu)的晶體管結(jié)構(gòu)，將帶來工業(yè)上、技術(shù)上的巨大進(jìn)步。
此外，采用本發(fā)明，則能提供在基板上將結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜與氧化物薄膜及(或)金屬薄膜層疊以抑制在膜界面上來自外部的雜質(zhì)的存在、從而得到結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法。因此，能生長出優(yōu)質(zhì)的硅結(jié)晶，并改善由形成有這種薄膜的基板得到的器件的特性。此外，因能得到將氧化物薄膜或金屬薄膜和結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜層疊而成的半導(dǎo)體薄膜基板，所以能例如在玻璃基板上制作相應(yīng)的層疊結(jié)構(gòu)膜，具有能一次制造內(nèi)裝驅(qū)動器LSI、微處理器和存儲器的系統(tǒng)在線板(system·on·panel)等的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法，是在基板上形成結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜，其特征在于，包括在基板附近至少形成包含硅系列氣體的膜原料氣體的等離子體、并在所述基板上形成硅主體的薄膜的工序；向所述基板照射由激勵粒子原料氣體生成的激勵粒子、使所述硅主體的薄膜的硅結(jié)晶化的工序，使所述膜原料氣體和激勵粒子原料氣體的至少一種氣體包含用于形成硅半導(dǎo)體的雜質(zhì)氣體，通過這樣在所述基板上形成結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法，其特征在于，在使所述雜質(zhì)氣體包含在所述膜原料氣體中形成所述硅主體的薄膜的工序中，形成含有雜質(zhì)的硅薄膜作為所述硅主體的薄膜。
3.如權(quán)利要求1所述的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法，其特征在于，在使所述雜質(zhì)氣體包含在所述激勵粒子原料氣體中形成所述硅主體的薄膜的工序中，形成硅薄膜作為所述硅主體的薄膜。
4.如權(quán)利要求3所述的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法，其特征在于，所述激勵粒子原料氣體作為所述雜質(zhì)氣體。
5.如權(quán)利要求2所述的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法，其特征在于，為了控制結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜膜厚方向的所述雜質(zhì)的分布狀態(tài)，在形成所述硅主體的薄膜的規(guī)定時間段，將所述膜原料氣體中的雜質(zhì)氣體量控制成規(guī)定的量。
6.如權(quán)利要求3所述的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法，其特征在于，為了控制結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜在膜厚方向的所述雜質(zhì)的分布狀態(tài)，在形成所述硅主體的薄膜的規(guī)定時間段，將所述激勵粒子原料氣體中的雜質(zhì)氣體量控制成規(guī)定的量。
7.如權(quán)利要求3所述的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法，其特征在于，為了控制結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜在膜厚方向的所述雜質(zhì)的分布狀態(tài)，在形成所述硅主體的薄膜的規(guī)定時間段，向所述基板照射由所述激勵粒子原料氣體生成的激勵粒子。
8.如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法，其特征在于，所述雜質(zhì)氣體是用于得到p型硅半導(dǎo)體或者n型硅半導(dǎo)體的氣體。
9.如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法，其特征在于，使在結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的形成中照射的所述激勵粒子的動能在10eV以上20keV以下。
10.如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法，其特征在于，使在結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的形成中照射的所述激勵粒子的照射量在堆積在所述基板上的硅原子量的0.1％到50％的范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法，其特征在于，在結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的形成中，將所述基板的溫度維持在550℃以下。
12.一種結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法，其特征在于，在所述硅主體的薄膜形成前，在所述基板上形成氧化物薄膜，再用如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的方法，在所述氧化物薄膜上形成結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜，所述氧化物薄膜和結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜分別在規(guī)定的氣壓下連續(xù)形成。
13.一種結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法，其特征在于，在所述硅主體的薄膜形成前，在所述基板上形成金屬薄膜，再用如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的方法，在所述金屬薄膜上形成結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜，所述金屬薄膜和結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜分別在規(guī)定的氣壓下連續(xù)形成。
14.一種結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制造方法，其特征在于，用如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的方法，在基板上形成所述結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜后，在所述半導(dǎo)體薄膜上形成氧化物薄膜或者金屬薄膜，所述半導(dǎo)體薄膜、氧化物薄膜或者金屬薄膜分別在規(guī)定的氣壓下連續(xù)形成。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜的制備方法,是在基板(S)上形成結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜,該方法包括在基板(S)附近至少形成包含硅系列氣體的膜原料氣體的等離子體(P)、并在基板(S)上形成硅主體的薄膜的工序;向基板(S)照射由激勵粒子原料氣體生成的激勵粒子、使硅主體的薄膜的硅結(jié)晶化的工序,使膜原料氣體和激勵粒子原料氣體的至少一種氣體包含用于形成硅半導(dǎo)體的雜質(zhì)氣體,通過這樣在基板(S)上形成結(jié)晶性硅系列半導(dǎo)體薄膜。
文檔編號H01L21/205GK1261203SQ99126970
公開日2000年7月26日 申請日期1999年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月22日
發(fā)明者土本修平, 田仲広久, 緒方潔, 桐村浩哉 申請人:夏普株式會社, 日新電機(jī)株式會社