DE4114162A1 - Verfahren zur herstellung eines polykristallinen halbleiterfilms - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines polykristal­ linen Halbleiterfilms gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, bei dem ein amorphe Phasen aufweisender Halbleiterfilm kristallisiert wird, und insbe­ sondere auf ein Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Halbleiter­ films, bei welchem kristalline Phasen unter Einwirkung von Ionenstrahlen wachsen, um einen polykristallinen Halbleiterfilm mit gleichförmigen und ein­ stellbaren Korngrößen zu erhalten.

Im Hinblick auf ein durch Ionenstrahlen beeinflußtes Kristallwachstum gibt es bereits ein konventionelles Verfahren, bei dem Arsenionen implantiert werden, um bei amorphem Silicium, das sich auf einem Siliciumsubstrat befindet, eine Feststoff-Phasen-Epitaxie-Kristallisation durchzuführen (Japan Journal of Appl. Phys. 21 (1982) Suppl. 21-1, Seite 211). Darüber hinaus kann in Kombi­ nation mit der Implantation von Xenonionen das Substrat bei der Ionenimplan­ tation geheizt werden (Nuclear Instrum. Methods Res. B1, 9/20 (1987), Seite 457). Andererseits existiert bereits mit Blick auf einen auf einem Glassubstrat angeordneten Halbleiterfilm sowie im Hinblick auf die Ionenimplantation ein Verfahren zum Implantieren von Germanium- oder Siliciumionen in einen poly­ kristallinen Germanium- oder Siliciumfilm bei gleichzeitiger Erhitzung, der auf einem Quarzglas liegt, um die Korngröße zu erhöhen (Appl. Phys. 64 (1988), Sei­ te 2,337).

Im Vergleich mit anderen Methoden können die obengenannten Methoden zur Feststoff-Phasen-Kristallisation bei niedrigen Temperaturen herangezogen werden, so daß sich bei ihrer Anwendung die Temperaturen bei der Herstellung von Halbleitern oder bei der Bildung dreidimensionaler integrierter Schaltun­ gen verringern lassen.

Da bei jedem der oben beschriebenen konventionellen Kristallwachstumsver­ fahren, bei dem ein Ionenstrahl zum Einsatz kommt, der projizierte Bereich der auftreffenden Ionen im Zentrum eines Films liegt, wird eine hohe Defektdichte bei den kristallinen Phasen erhalten. Die Substrattemperatur muß bei der Io­ nenimplantation daher relativ hoch gewählt werden, damit Körner wachsen können. Beispielsweise muß für den Fall eines polykristallinen Siliciumfilms ein Substrat während der Ionenimplantation auf wenigstens 800°C aufgeheizt werden. Wird als Substrat eines Halbleiterfilms ein Material gewählt, das dieser hohen Temperatur nicht widerstehen kann, so kann sich unter Umständen das Substrat deformieren. Möglich ist auch, daß Elemente aus dem Substrat in den Halbleiterfilm diffundieren.

Nach einem anderen herkömmlichen Verfahren können durch Wärmebehand­ lung kristalline Phasen in einer Feststoff-Phase gebildet werden, wobei eine Temperatur von wenigstens 600°C für den Fall erforderlich ist, daß z. B. ein amorpher Siliciumfilm vorliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Halbleiterfilms zu schaffen, das bei niedriger Temperatur die Bildung eines polykristallinen Halbleiterfilms ermöglicht, der große und gleichförmige bzw. einheitliche Körner aufweist, die sich mit konventionellen Verfahren nicht herstellen lassen.

Darüber hinaus ist es Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Halbleiterfilms anzugeben, welches die Verwendung eines Substrats ermöglicht, das normalerweise nicht als Halbleitersubstrat bei ei­ nem konventionellen Hochtemperaturprozeß zum Einsatz kommen kann, da es sich aufgrund der Hitzeeinwirkung deformieren oder durch Diffusion von Sub­ stratbestandteilen den Halbleiterfilm verunreinigen würde.

Die Lösung der gestellten Aufgaben ist im kennzeichnenden Teil des Patentan­ spruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Halbleiterfilms ist erfin­ dungsgemäß durch folgende Schritte gekennzeichnet:

• - einen Filmbildungsschritt zur Bildung eines amorphen Halbleiterfilms auf ei­ nem Substrat, wobei der amorphe Halbleiterfilm kristalline Phasen enthält, und
• - einen Kristallwachstumsschritt, bei dem Ionen in den amorphen Halbleiter­ film implantiert werden, derart, daß eine projizierte Reichweite (projected range) der auftreffenden Ionen größer ist als die Filmdicke des amorphen Halbleiterfilms.

Die Bildung eines amorphen Halbleiterfilms, der kristalline Phasen enthält und auf einem Substrat zu liegen kommt, kann nach der Erfindung dadurch erfol­ gen, daß zunächst ein Halbleiterfilm mit kristallinen Phasen auf einem Sub­ strat z. B. unter Anwendung eines Plasma-CVD-Verfahrens oder unter Anwen­ dung eines thermischen CVD-Verfahrens gebildet wird, oder durch Bildung ei­ nes amorphen Halbleiterfilms auf einem Substrat sowie anschließender Im­ plantation von Ionen in den amorphen Halbleiterfilm, um partiell kristalline Phasen (Kristallkeime) zu bilden.

Um partiell kristalline Phasen durch Ionenimplantation zu erhalten, wird die Beschleunigungsenergie der zu implantierenden Ionen so eingestellt, daß der projektierte Bereich (projected range) bzw. die projektierte Reichweite der auf­ treffenden bzw. einfallenden Ionen (incident ions) größer wird als die Filmdicke eines Halbleiterfilms. Da die Ursache zur Bildung amorpher Phasen, die durch eine Kaskadenkollision zwischen einfallenden Ionen und Atomen des Halblei­ terfilms gebildet werden, geschwächt wird, stellt sich letztlich eine kleinere De­ fektdichte in einem im Halbleiterfilm kristallisierten Bereich ein, was zu guten kristallinen Phasen führt. Ist die Beschleunigungsenergie kleiner als die Film­ dicke, so verschlechtert sich die Kristallinität der kristallinen Phasen, obwohl sich die Bildungsdichte der kristallinen Phasen in einem Bereich mit höherer Energiebeaufschlagung vergrößert. Darüber hinaus wird keine kristalline Pha­ se im Halbleiterfilm in einer Tiefe gebildet, die die Ionen nicht mehr erreichen können. Die Energieflußdichte des Ionenstrahls beträgt vorzugsweise 1 W/cm² oder mehr. Ist die Energieflußdichte (power flux density) kleiner als 1 W/cm², so lassen sich kristalline Phasen zwar auch durch Ionenimplantation erzeugen, jedoch muß jetzt das Substrat auf 50°C bis 800°C aufgeheizt werden. Der Grenzwert der Energieflußdichte, bei dem eine solche Substratheizung erfor­ derlich ist (Energieflußdichte, bei der sich die Bildungsrate der kristallinen Phasen in großem Umfang ändert), ändert sich in starkem Maße in Abhängig­ keit des Typs des Halbleiterfilms, des Substrats, der Ionen und dergleichen. Obwohl die Erfindung nicht auf die Verwendung eines bestimmten Typs von Io­ nen beschränkt ist, kommen vorzugsweise jedoch Ionen zum Einsatz, die Ele­ mente des zu kristallisierenden Halbleiters, des Substrats oder eines Edelgases sind. Auch unter der oben beschriebenen bevorzugten Bedingung im Hinblick auf die Ionenstrahl-Stromdichte zur Bildung der kristallinen Phasen kann das Wachstum der kristallinen Phasen auch durchgeführt werden, nachdem sie ge­ bildet worden sind. Da jedoch die Wachstumsrate groß ist, vergrößert sich je­ doch die Differenz zwischen den Korngrößen der kristallinen Phasen, die zuerst gebildet werden, und denen, die sich am Ende herausbilden.

Um den Effekt der Bildung amorpher Phasen zu schwächen, die durch eine Kas­ kadenkollision zwischen den einfallenden Ionen und den Atomen eines Halblei­ terfilms gebildet werden, und um die Defektdichte in einem kristallisierten Be­ reich innerhalb des Halbleiterfilms herabzusetzen, wird die Beschleunigungse­ nergie der einfallenden bzw. auftreffenden Ionen im Kristallwachstumsschritt bei der vorliegenden Erfindung so eingestellt, daß die projizierte Reichweite der einfallenden bzw. auftreffenden Ionen größer wird als die Filmdicke des Halb­ leiterfilms. Ist die projizierte Reichweite (projected range) der einfallenden bzw. auftreffenden Ionen kleiner als die Filmdicke des Halbleiterfilms, so bildet sich ein Bereich, der nicht von den Ionen erreicht wird, im Halbleiterfilm aus. In die­ sem Bereich ist dann nur noch ein verringertes Wachstum der kristallinen Pha­ sen möglich.

Die Energieflußdichte der einfallendem Ionen liegt vorzugsweise im Bereich zwi­ schen 0,5 bis 1 W/cm². Überschreitet die Energieflußdichte den Wert von 1 W/cm², so führt die Bildung der kristallinen Phasen zu einer Verschlechterung der Steuerbarkeit der Korngröße.

Der Grenzwert der Energieflußdichte, bei dem eine Erhitzung des Substrats er­ forderlich wird, ändert sich in Übereinstimmung mit dem Typ des Halbleiter­ films oder dem Substrattyp. Ist der Halbleiterfilm beispielsweise ein Silicium­ film, so braucht das Substrat nicht aufgeheizt zu werden, wenn die Temperatur des Siliciumfilms auf eine Temperatur von 220°C oder darüber angehoben wird, und zwar durch den Heizeffekt der auftreffenden Ionen. Da amorphe Phasen leichter wachsen als kristalline Phasen, wenn die Temperatur kleiner als 220°C ist, muß das Substrat durch eine externe Heizeinrichtung auf 220°C oder mehr aufgeheizt werden.

Ist die Energieflußdichte gleich 0,5 W/cm² oder mehr, so kann das Kristall­ wachstum durchgeführt werden, wobei das Substrat nicht besonders erhitzt zu werden braucht. Ist dagegen die Energieflußdichte kleiner als 0,5 W/cm², so läßt sich die Wachstumsrate der kristallinen Phasen durch Erhitzung des Sub­ strats auf eine Temperatur im Bereich von 50°C bis 800°C während der Ionen­ implantation vergrößern.

Obwohl für die Ionenimplantation kein bestimmter Ionentyp erforderlich ist, kommen vorzugsweise Ionen zum Einsatz, die Elemente des zu kristallisieren­ den Halbleiters, Elemente des Substrats oder Elemente eines Edelgases sind.

Beim Verfahren nach der Erfindung kann ein Steuerschritt durchgeführt wer­ den, der zwischen dem Filmbildungsschritt und dem Kristallwachstumsschritt liegt. Mit diesem Steuerschritt werden einige kristalline Phasen innerhalb eines Halbleiterfilms in amorphe Phasen umgewandelt, um die Dichte der Kristalle und ihre gegenseitigen räumlichen Abstände innerhalb des Films einzustellen, bevor der nachfolgende Kristallwachstumsschritt ausgeführt wird. Auf diese Weise läßt sich ein polykristalliner Halbleiterfilm herstellen, der größere und gleichförmige bzw. einheitliche Korngrößen aufweist. Die folgenden drei Ver­ fahren kommen vorzugsweise zur Anwendung, um die Dichte der Kristalle in diesem Steuerschritt einzustellen.

Im ersten Verfahren erfolgt ein Scannen unter den Bedingungen der Bildung amorpher Phasen, wobei ein Halbleiterfilm, der kristalline Phasen enthält, mit einem fokussierten Ionenstrahl, der einen vorbestimmten Durchmesser auf­ weist, bestrahlt wird. Bei diesem Verfahren werden nur kristalline Phasen in denjenigen Bereichen, die vom fokussierten Ionenstrahl bestrahlt werden, in amorphe Phasen umgewandelt, während kristalline Phasen in denjenigen Be­ reichen, die nicht vom Ionenstrahl bestrahlt werden, innerhalb des Halbleiter­ films verbleiben. Die Größen des fokussierten Ionenstrahls, beispielsweise die Beschleunigungsspannung, die Ionenstromdichte und die Strahlungsmenge, lassen sich z. B. in Übereinstimmung mit der Größe und Dichte von Kristallen einstellen, die in einem amorphen Halbleiterfilm enthalten sind, so daß ein po­ lykristalliner Film mit größeren und gleichmäßigeren bzw. einheitlicheren Korngrößen im darauffolgenden Kristallwachstumsschritt erzeugbar ist.

Beim zweiten Verfahren wird ein amorpher Halbleiterfilm mit einem SiO₂-Film vorbestimmter Größe bedeckt, der als Maske dient, um zu implantierende Ionen daran zu hindern, in den Halbleiterfilm zu gelangen. Eine Ionenimplantation ist also nur in den freiliegenden Teilen des amorphen Halbleiterfilms möglich, die nicht vom Maskierungsfilm bedeckt sind, um amorphe Phasen zu bilden. Die Io­ nenimplantation kann erfolgen, während der amorphe Halbleiterfilm geheizt wird.

Beim dritten Verfahren erfolgt eine Ionenimplantation im gesamten Film unter der Bedingung, daß kein Kristallwachstum erfolgt. Vielmehr werden amorphe Phasen (die Substrattemperatur eines Halbleiterfilms liegt bei 220°C oder dar­ unter) gebildet, so daß Kristalle mit vergleichsweise kleiner Größe im Anfangs­ zustand in amorphe Phasen umgewandelt werden. Nur Kristalle mit vergleichs­ weise großer Größe im Anfangszustand bleiben auch nach der Ionenimplanta­ tion erhalten, so daß sich auf diese Weise die Dichte der Kristallphasen einstel­ len läßt.

Erfolgt eine Lichtabsorption infolge der auftreffenden Ionen, die das Substrat erreichen, so werden darüber hinaus zwei oder mehrere Typen von Ionen im­ plantiert, die eine Reaktion verursachen, derart, daß eine transparente Verbin­ dung im Substrat erhalten wird, wodurch sich die Lichtabsorption verringern bzw. unterdrücken läßt. Erfolgt beispielsweise eine Lichtabsorption infolge der implantierten Siliciumionen, so werden zusätzlich Sauerstoff- und Stickstoff­ ionen implantiert. Auf diese Weise werden im Substrat transparente Verbin­ dungen SiO₂ oder Si₃N₄ erhalten.

Beim oben beschriebenen Verfahren nach der Erfindung werden beschleunigte Ionen in einen Halbleiterfilm implantiert, wobei sie verzögert werden und Ener­ gie verlieren. Die Energie wird direkt (durch elastische Kollision zwischen auf­ treffenden Atomen und Halbleiteratomen) oder indirekt (durch unelastische Kollision zwischen auftreffenden Atomen und Halbleiteratomen) an Targetato­ me abgegeben, wodurch der Halbleiterfilm lokal auf eine hohe Temperatur (im atomistischen Bereich) aufgeheizt wird. Dieser durch den Ionenstrahl verur­ sachte Temperaturanstieg ist relativ kurzzeitig und lokal, so daß ein mittlerer Substrattemperaturanstieg sehr viel kleiner ist als dieser genannte Tempera­ turanstieg. Durch die Ionenimplantation verursachte Defekte aktivieren zu­ sätzlich die Bewegung der Halbleiteratome, so daß das Kristallwachstum in ei­ nem Halbleiterfilm bei niedriger Temperatur möglich wird.

Da erfindungsgemäß die Beschleunigungsenergie so eingestellt wird, daß der projizierte Bereich bzw. die projizierte Reichweite der einfallenden bzw. auftref­ fenden Ionen größer wird als die Filmdicke eines Halbleiterfilms bei der Bildung bzw. Wachsen der Kristallphasen, läßt sich ferner die Bildung amorpher Pha­ sen, die durch Kaskadenkollisionen zwischen einfallenden Ionen und Atomen des Halbleiterfilms erzeugt werden, unterdrücken. Darüber hinaus kann die Defektdichte in einem kristallisierten Bereich innerhalb des Halbleiterfilms verringert werden. Im Ergebnis lassen sich qualitativ hochwertige Körner bei niedriger Temperatur erzeugen. Kurz gesagt ist die Energie der auftreffenden und zu implantierenden Ionen so groß gewählt, daß sie den Halbleiterfilm voll­ ständig durchdringen können. Die Eindringtiefe der Ionen in das System aus Substrat und Halbleiterschicht ist also größer als die Dicke der Halbleiter­ schicht.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung von Herstellungs­ schritten von Beispielen 1 bis 3 nach der Erfindung, und

Fig. 4 und 5 graphische Darstellungen zur Erläuterung von Konzentrationsver­ teilungen einfallender Ionen gemäß dem Beispiel 1.

Beispiel 1

Mit Hilfe eines Plasma-CVD-Verfahrens unter Verwendung von Siliciumwas­ serstoffgas (silane gas) als Quellengas (Fig. 1(a)) wird jeweils ein amorpher Sili­ ciumfilm mit Kristallphasen auf je ein Glassubstrat aufgebracht, das aus Quarzglas bzw. aus einem erdalkalischen Aluminiumoxid-Borsilikatglas (alka­ line earth-alumina borosilicate glass) besteht. Die Filmdicke des amorphen Si­ liciumfilms beträgt jeweils 150 nm. Danach werden Siliciumionen implantiert, und zwar bei einer Beschleunigungsenergie von 180 keV, einer Dosis von 5× 10¹⁶ Ionen/cm² sowie einer Strahlstromdichte von 6 µA/cm², ohne daß das je­ weilige Substrat aufgeheizt wird (Fig. 1(b)). Die Fig. 4 zeigt die Ergebnisse, die durch Berechnung der Verteilung der einfallenden Siliciumionen (in Überein­ stimmung mit einer LSS-Theorie) erhalten worden sind. Diese Proben wurden miteinander verglichen, und zwar unter Verwendung elektronenmikroskopi­ scher Transmissionsaufnahmen sowie unter Heranziehung von Transmis­ sions-Elektronenstrahlbeugungen vor und nach der Ionenimplantation. Es konnte festgestellt werden, daß der amorphe Siliciumfilm, der vor der Ionenim­ plantation kristalline Phasen von etwa 50 nm enthielt, nach der Ionenimplanta­ tion als polykristalliner Siliciumfilm vorlag, in welchem sich Kristallkörner von etwa 600 nm befanden. Ferner wurde herausgefunden, daß sich bei einer Ände­ rung der Stromdichte des Ionenstrahls die Wachstumsrate der Kristallkörner extrem verkleinert, beispielsweise bei einer Stromdichte von 3 µA/cm² oder darunter. Die Korngröße der Endkörner wurde darüber hinaus durch die Dichte der Kristallphasen bestimmt und erhöhte sich nicht mit zunehmender Dosis. Der Kristallwachstumsvorgang kam somit zu einem Ende, nachdem der gesam­ te Bereich des amorphen Siliciumfilms in Polykristalle umgewandelt worden war. Wurde andererseits die Ionenimplantation bei verringerter Stromdichte des Ionenstrahls und etwa 2 µA/cm² vorgenommen, wobei das Substrat auf et­ wa 300°C aufgeheizt wurde, so bildete sich auf jedem der Glassubstrate ein po­ lykristalliner Siliciumfilm mit einer Korngröße aus, die ähnlich war zur derjeni­ gen, die sich ohne Aufheizen des Substrats einstellte.

Zum Oxidieren der in jedes Substrat implantierten Siliciumionen wurden an­ schließend Sauerstoffionen implantiert, und zwar bei einer Beschleunigungse­ nergie von 110 keV und einer Dosis von 1×10¹⁷ Ionen/cm² (Fig. 1(c)). Die Im­ plantationstiefe der Sauerstoffionen wurde so eingestellt, daß sie mit der der Siliciumionen koinzidierte. Der Implantationsanteil an Sauerstoffionen wurde darüber hinaus doppelt so hoch wie der der Siliciumionen gewählt. Die Fig. 5 zeigt die Konzentrationsverteilung von Sauerstoff, die in Übereinstimmung mit den obigen Bedingungen berechnet wurde. Anschließend wurde im polykristal­ linen Siliciumfilm ein Muster gebildet, um die Lichtabsorption in einem Teil überprüfen zu können, der durch die Siliciumionen geätzt wurde. Es ergab sich ein signifikanter Effekt der Unterdrückung der Lichtabsorption im Vergleich zu dem Fall, bei dem keine Sauerstoffionen implantiert wurden.

Beispiel 2

Ein Kristallphasen enthaltender amorpher Siliciumfilm wurde mit einer Film­ dicke von 150 nm auf jeweils dieselben beiden Typen von Glassubstraten wie im Beispiel 1 aufgebracht, und zwar mit Hilfe eines Plasma-CVD-Verfahrens. Auf die so erhaltene Struktur wurde ein 200 nm dicker Siliciumoxidfilm niederge­ schlagen, und zwar mit Hilfe eines Sputterverfahrens. Dieser Film wurde einem photolithographischen Schritt unterzogen, um rechteckige bzw. quadratische Masken mit einer Kanten- bzw. Seitenlänge von 500 nm sowie mit dazwischen­ liegenden Intervallen von 3 µm zu bilden (Fig. 2(a)). Im Anschluß daran wurden Siliciumionen implantiert, und zwar mit einer Beschleunigungsenergie von 100 keV, einer Dosis von 1×10¹⁶ Ionen/cm² und einer Strahlstromdichte von 1 µA/cm², ohne daß das jeweilige Substrat erhitzt wurde, um amorphe Phasen in den nichtmaskierten Bereichen zu erhalten (Fig. 2(b)). Schließlich wurde der Siliciumoxidfilm entfernt, und es wurden anschließend weiterhin Siliciumio­ nen implantiert, und zwar bei einer Beschleunigungsenergie von 180 keV, einer Dosis von 5×10¹⁶ Ionen/cm², einer Strahlstromdichte von 2 µA/cm² sowie bei einer Substrattemperatur von 300°C (Fig. 2(c)). Diese Proben wurden wiederum mit Hilfe elektronenmikroskopischer Transmissionsaufnahmen sowie unter Heranziehung von Transmissions-Elektronenstrahlbeugungen bewertet. Da­ bei ergab sich, daß auf jedem der Glassubstrate ein polykristalliner Silicium­ film mit vergleichsweise gleichförmigen bzw. einheitlichen Korngrößen von et­ wa 3 µm erhalten wurde.

Beispiel 3

Ein amorpher Siliciumfilm mit einer Filmdicke von 150 nm wurde auf jedes der­ selben beiden Typen von Glassubstraten wie im Beispiel 1 mit Hilfe eines Plas­ ma-CVD-Verfahrens (Fig. 3(a)) aufgebracht. Sodann wurden Siliciumionen im­ plantiert, und zwar bei einer Beschleunigungsenergie von 180 keV, einer Dosis von 3×10¹⁶Ionen/cm² und einer Strahlstromdichte von 10 µA/cm², ohne daß das jeweilige Substrat erhitzt wurde, um kristalline Phasen (Kristallkeime) zu erhalten (Fig. 3(b)). Um die Dichte der kristallinen Phasen zu reduzieren, wur­ den anschließend Siliciumionen implantiert, und zwar bei einer Beschleuni­ gungsenergie von 180 keV, einer Dosis von 1×10¹⁶ Ionen/cm², einer Strahl­ stromdichte von 1 µA/cm² sowie bei einer Substrattemperatur von 200°C, um kristalline Phasen mit kleinen Korngrößen in amorphe Phasen umzuwandeln (Fig. 3(c)). Danach wurden wiederum Siliciumionen implantiert, und zwar bei einer Beschleunigungsenergie von 180 keV, einer Dosis von 5×10¹⁶ Io­ nen/cm² und einer Strahlstromdichte von 2 µA/cm² sowie bei einer Substrat­ temperatur von 300°C (Fig. 3(d)), um für ein erneutes Wachsen der verbliebe­ nen Kristallphasen zu sorgen, und zwar so weit, daß dadurch wiederum der ge­ samte Film kristallisiert wird. Bei der Bewertung dieser Proben mit Hilfe von elektronenmikroskopischen Transmissionsaufnahmen sowie unter Heranzie­ hung von Elektronenstrahl-Transmissionsbeugungen konnte festgestellt wer­ den, daß ein polykristalliner Siliciumfilm mit einer Korngröße von 3 µm vorlag. Andererseits wurde die gemäß Fig. 3(c) gebildete Probe einer Wärmebehand­ lung unterzogen, und zwar in einer Stickstoffatmosphäre bei 600°C über 5 Stunden, wobei anschließend dieselbe Bewertung vorgenommen wurde. Dabei ergab sich, daß ein polykristalliner Siliciumfilm mit einer Korngröße von etwa 3 µm auf jedem Substrat vorlag. Die Wärmebehandlung während des Kristall­ wachstumsvorgangs wurde mit Hilfe eines Lasers bzw. einer Lampe durchge­ führt.

In Übereinstimmung mit der Erfindung ist die Bildung eines polykristallinen Halbleiterfilms mit großen und gleichförmigen bzw. einheitlichen Korngrößen bei niedriger Temperatur möglich. Derartige Filme lassen sich mit konventio­ nellen Verfahren nicht herstellen. Darüber hinaus läßt sich beim Verfahren nach der Erfindung ein Substrat verwenden, das sonst als Halbleitersubstrat beim konventionellen Hochtemperaturprozeß nicht zum Einsatz kommen kann, da es sich infolge der hohen Temperatur deformieren oder durch Diffu­ sion von Elementen aus dem Substratmaterial den Halbleiterfilm verunreini­ gen würde.

Bezugsziffern:

1 Glassubstrat
2 amorpher Siliciumfilm
3 kristalline Phasen
4 polykristalliner Film
5 eingefärbter Bereich
6 SiO₂-Maske

Ein Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung eines polykristallinen Halb­ leiterfilms enthält einen Filmbildungsschritt zur Bildung eines amorphen Halbleiterfilms 2 auf einem Substrat 1, wobei der Halbleiterfilm kristalline Pha­ sen 3 enthält, sowie einen Kristallwachstumsschritt, bei dem Ionen in den amorphen Halbleiterfilm 2 implantiert werden, derart, daß eine projizierte Reichweite der auftreffenden Ionen größer ist als die Filmdicke des amorphen Halbleiterfilms 2. Auf diese Weise kann ein polykristalliner Halbleiterfilm 4 mit großen und gleichförmigen bzw. einheitlichen Korngrößen bei niedriger Tempe­ ratur hergestellt werden, was nach konventionellen Verfahren nicht möglich ist.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Halbleiterfilms, gekenn­ zeichnet durch folgende Schritte:

• - einen Filmbildungsschritt zur Bildung eines amorphen Halbleiterfilms (2), der kristalline Phasen (3) enthält, und
• - einen Kristallwachstumsschritt, bei dem Ionen in den amorphen Halbleiter­ film (2) implantiert werden, derart, daß eine projizierte Reichweite der auf­ treffenden Ionen größer ist als die Filmdicke des amorphen Halbleiterfilms (2).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Kri­ stallwachstumsschritt ein Steuerschritt durchgeführt wird, um einige der kri­ stallinen Phasen (3) im amorphen Halbleiterfilm (2) in amorphe Phasen umzu­ wandeln.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuer­ schritt der amorphe Halbleiterfilm (2) an voneinander beabstandeten Stellen mit einem fokussierten Ionenstrahl bestrahlt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuer­ schritt der amorphe Halbleiterfilm (2) mit einer Maske (6) vorbestimmter Form abgedeckt wird, um Ionen in die nichtmaskierten Bereiche zu implantieren.