DE69327559T2

DE69327559T2 - Dünnfilm aus polysilizium und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE69327559T2
Application number: DE69327559T
Authority: DE
Inventors: Kenji Yamamoto
Original assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1992-03-25
Filing date: 1993-03-23
Publication date: 2000-07-06
Anticipated expiration: 2013-03-24
Also published as: US5517037A; EP0589049A4; DE69327559D1; US5739043A; WO1993019022A1; EP0589049A1; EP0589049B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Substrat zur Herstellung eines Dünnfilms aus Polysilizium, dadurch gekennzeichnet, daß ein amorpher Siliziumfilm auf einem Substrat hergestellt wird, wobei die Filmdicke des amorphen Siliziumfilms höchstens 200 Å beträgt, und dann das amorphe Silizium durch Bestrahlung mit Licht von einem Exzimer-Laser kristallisiert wird, gemeinsam mit der Erzeugung von Siliziumkörnern durch Ätzen mittels Wasserstoffradikalen, sowie ein Herstellungsverfahren dafür.
Dünnfilme aus Polysilizium sind früher verwendet worden, um für Dünnfilmtransistoren und Dünnfilmsolarzellen die Herstellungsverfahren zu vereinfachen und die Herstellungskosten zu verringern. Obwohl diese Dünnfilme aus Polysilizium erhalten werden können, ist es nicht möglich, preiswerte Glassubstrate (üblicher Erweichungspunkt höchstens 650ºC) zu verwenden, da nach dem Stand der Technik eine Temperatur von wenigstens 650ºC erforderlich ist. Andererseits besteht bei Glassubstraten mit einem hohen Erweichungspunkt ein Problem der Diffusion von Verunreinigungen im Substrat in das Polysilizium, und ein weiteres Problem besteht darin, daß es auf Grund des Unterschieds im thermischen Expansionskoeffizienten zwischen dem Polysilizium und dem Glassubstrat schwierig ist, Polysilizium auf einem Glassubstrat abzuscheiden.
Um darüberhinaus die Trägerrekombination im Dünnfilm aus Polysilizium zu minimieren, muss der Durchmesser der Kristallkörner (nachstehend Korngröße) gesteuert werden. Da die Korngröße des Dünnfilms aus Polysilizium durch die Substrattemperatur beeinflußt wird, wird die Korngröße der Dünnfilme aus Polysilizium im allgemeinen durch Variieren der Substrattemperatur gesteuert. Zu dieser Zeit wird die Substrattemperatur zwischen 600ºC und 1100ºC variiert. Demgemäß ist es aus dem vorstehenden Grund nicht möglich, die Korngröße des auf preiswerten Glassubstraten erzeugten Polysiliziums zu steuern. Aus einem ähnlichen Grund ist es nicht möglich, die Korngröße der auf Metallsubstraten erzeugten Dünnfilme aus Polysilizium zu steuern.
Andererseits ist es bei einem kürzlich vorgeschlagenen Temperverfahren, bei dem ein Polysiliziumfilm durch Tempern eines amorphen Siliziumfilms unter Verwendung eines Exzimer-Lasers erhalten wird, notwendig, das Substrat oder das optische System wegen der geringen Ausdehnung des Laserstrahls zu bewegen. Hier besteht ein Problem darin, daß es schwierig ist, einen einheitlichen Polysiliziumfilm über eine große Fläche zu erhalten, da entweder die Kristallisation im Grenzbereich ungleichmäßig ist oder amorphe Teile zurück bleiben.
Weiterhin ist ein anderer Nachteil, der die Steuerung der Korngröße betrifft, da die Korngröße im Grunde genommen durch die Substrattemperatur bestimmt wird, daß es schwierig ist, ein Produkt mit großem Korndurchmesser zu erzeugen.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung dieser Arten von Problemen, die dem Stand der Technik eigen sind, verwirklicht und demgemäß ist es die Hauptaufgabe dieser Erfindung, ein Substrat zur Herstellung eines Dünnfilms aus Polysilizium bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß ein amorpher Siliziumfilm auf einem Substrat hergestellt wird, wobei die Filmdicke des amorphen Siliziumfilms höchstens 200 Å beträgt, und dann das amorphe Silizium durch Bestrahlung mit Licht von einem Exzimer-Laser kristallisiert wird, gemeinsam mit der Erzeugung von Siliziumkörnern durch Ätzen mittels Wasserstoffradikalen, sowie ein Herstellungsverfahren dafür.
Ein Dünnfilm aus Polysilizium, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er auf einem erfindungsgemäßen Substrat hergestellt wurde, weist ein höchstens 100 Å großes, teilchenförmiges SiOx Produkt (0 < x < 2) an der Grenzfläche des Substrats mit dem Polysilizium auf.
Es wird bevorzugt, daß das vorstehend erwähnte, höchstens 100 Å große, teilchenförmige SiOx Produkt in höchstens 100 Stück pro 0,1 um im Quadrat großer Fläche dispergiert ist.
Das teilchenförmige SiOx-Produkt liegt vorzugsweise in einer Matrix aus amorphem Silizium vor.
Weiterhin wird bevorzugt, daß das teilchenförmige SiOx Produkt durch Verarbeitung unter Verwendung von Plasma-CVD eines Gasgemischs aus einem Gas der Silanreihe und einem Gas der Sauerstoffreihe hergestellt wird.
Hierbei ist das Gas der Silanreihe vorzugsweise SiH&sub4;, Si&sub2;H&sub6; oder ein Gasgemisch davon, und das Gas der Sauerstoffreihe ist vorzugsweise N&sub2;O, O&sub2;, H&sub2;O-Gas oder ein Gasgemisch davon.
Außerdem wird bevorzugt, daß die Dichte des teilchenförmigen SiOx-Produkts mittels des Verhältnisses des Gases der Sauerstoffreihe zum Gas der Silanreihe bestimmt wird und daß der Wert dieses Verhältnisses beträgt:
0 < Durchsatz des Gases der Sauerstoffreihe/Durchsatz des Gases der Silanreihe < 0,2
Ferner noch ist das Substrat vorzugsweise ein Glassubstrat oder ein Metallsubstrat.
Das Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilms aus Polysilizium, wie er gemäß der vorliegenden Erfindung auf dem Substrat erzeugt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß ein höchstens 100 Å großes, teilchenförmiges SiOx-Produkt (0 < x ≤ 2) auf einem Substrat erzeugt wird und danach ein Dünnfilm aus Polysilizium unter Verwendung dieses teilchen förmigen Produkts als Kristallkeim gezüchtet wird.
Das höchstens 100 Å große, teilchenförmige SiOx-Produkt ist vorzugsweise in höchstens 100 Stück pro 0,1 um im Quadrat großer Fläche dispergiert.
Weiterhin liegt das teilchenförmige SiOx-Produkt vorzugsweise in einer Matrix aus amorphem Silizium vor.
Darüberhinaus wird das teilchenförmige SiOx-Produkt vorzugsweise durch Verarbeitung unter Verwendung von Plasma-CVD eines Gasgemischs aus einem Gas der Silanreihe und einem Gas der Sauerstoffreihe hergestellt.
Hierbei ist das Gas der Silanreihe vorzugsweise SiH&sub4;, Si&sub2;H&sub6; oder ein Gasgemisch davon, und das Gas der Sauerstoffreihe ist vorzugsweise N&sub2;O, O&sub2;, H&sub2;O-Gas oder ein Gasgemisch davon.
Außerdem wird bevorzugt, daß die Dichte des teilchenförmigen SiOx-Produkts mittels des Verhältnisses des Gases der Sauerstoffreihe zum Gas der Silanreihe bestimmt wird und daß der Wert dieses Verhältnisses beträgt:
0 < Durchsatz des Gases der Sauerstoffreihe/Durchsatz des Gases der Silanreihe < 0,2
Ferner noch ist das Substrat vorzugsweise ein Glassubstrat oder ein Metallsubstrat.
Ein Dünnfilm aus Polysilizium ist dadurch gekennzeichnet, daß er auf einem Substrat erzeugt wird, das unter Verwendung von Siliziumpulver poliert wurde.
Das Substrat ist vorzugsweise ein Glassubstrat oder ein Glassubstrat mit, darauf erzeugt, entweder einer transparenten Elektrode oder einem dünnen Metallfilm.
Weiterhin beträgt der Teilchendurchmesser des Siliziumpulvers vorzugsweise 1000 Å bis 100 um.
Darüberhinaus wird bevorzugt, daß der Dünnfilm aus Polysilizium mittels Wiederholungen, umfassend die Herstellung eines amorphen Siliziumfilms durch CVD oder PVD, gefolgt vom Einwirkenlassen eines Wasserstoffplasmas für eine gegebene Zeitdauer, hergestellt wird, und stärker bevorzugt, daß das Wasserstoffplasma durch ECR-Entladung unter Verwendung eines Permanentmagneten hergestellt wird und daß das Wasserstoffplasma einen Wasserstoffatomflux von wenigstens 1 · 10¹&sup5; Atom/cm²·s und einen Wasserstoffionenflux von höchstens 1 · 10¹&sup6; Atom/cm²·s aufweist.
Außerdem wird bevorzugt, daß der Dünnfilm aus Polysilizium bei einer Temperatur von höchstens 500ºC hergestellt wird.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilms aus Polysilizium ist dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat unter Verwendung von Siliziumpulver poliert wird, gefolgt von der Herstellung des Dünnfilms aus Polysilizium auf diesem Substrat.
Wiederum ist das Substrat vorzugsweise ein Glassubstrat oder ein Glassubstrat mit, darauf erzeugt, entweder einer transparenten Elektrode oder einem dünnen Metallfilm.
Weiterhin beträgt der Teilchendurchmesser des Siliziumpulvers vorzugsweise 1000 Å bis 100 um.
Darüberhinaus wird bevorzugt, daß der Dünnfilm aus Polysilizium mittels Wiederholungen, umfassend die Herstellung eines amorphen Siliziumfilms durch CVD oder PVD, gefolgt vom Einwirkenlassen eines Wasserstoffplasmas für eine gegebene Zeitdauer, hergestellt wird, und stärker bevorzugt, daß das Wasserstoffplasma durch ECR-Entladung unter Verwendung eines Permanentmagneten hergestellt wird und daß das Wasserstoffplasma einen Wasserstoffatomflux von wenigstens 1 · 10¹&sup5; Atom/cm²·s und einen Wasserstoffionenflux von höchstens 1 · 10¹&sup6; Atom/cm²·s aufweist.
Es wird bevorzugt, daß der Dünnfilm aus Polysilizium bei einer Temperatur von höchstens 500ºC hergestellt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Substrat zur Herstellung eines Dünnfilms aus Polysilizium, dadurch gekennzeichnet, daß ein amorpher Siliziumfilm auf einem Substrat hergestellt wird, wobei die Filmdicke des amorphen Siliziumfilms höchstens 200 Å beträgt, und dann das amorphe Silizium durch Bestrahlung mit Licht von einem Exzimer-Laser kristallisiert wird, gemeinsam mit der Erzeugung von Siliziumkörnern durch Ätzen mit Wasserstoffradikalen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Exzimer-Laser vorzugsweise ein ArF-, KrF- oder F&sub2;-Exzimer-Laser.
Weiterhin beträgt gemäß der vorliegenden Erfindung der Flux der Wasserstoffradikale in der Nähe des Substrats vorzugsweise wenigstens 1 · 10¹&sup5; Atom/cm² s.
Darüberhinaus beträgt gemäß der vorliegenden Erfindung die Energie des Exzimer-Lasers vorzugsweise wenigstens 20 mJ/cm².
Außerdem wird gemäß der vorliegenden Erfindung das amorphe Silizium vorzugsweise durch Plasma-CVD hergestellt.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats zur Herstellung eines Dünnfilms aus Polysilizium, dadurch gekennzeichnet, daß Siliziumteilchen, die in einem amorphen Siliziumfilm mit einer Filmdicke von höchstens 200 Å enthalten sind, der auf einem Substrat erzeugt wurde, durch Bestrahlung mit Licht von einem Exzimer-Laser auf dem amorphen Siliziumfilm kristallisiert werden, gemeinsam mit Ätzen des amorphen Siliziumfilms durch Bestrahlung mit Wasserstoffradikalen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Exzimer-Laser vorzugsweise ein ArF-, KrF- oder F&sub2;-Exzimer-Laser.
Weiterhin beträgt gemäß der vorliegenden Erfindung der Flux der Wasserstoffradikale in der Nähe des Substrats vorzugsweise wenigstens 1 · 10¹&sup5; Atom/cm²·s.
Darüberhinaus beträgt gemäß der vorliegenden Erfindung die Energie des Exzimer-Lasers vorzugsweise wenigstens 20 mJ/cm².
Außerdem wird gemäß der vorliegenden Erfindung das amorphe Silizium vorzugs weise durch Plasma-CVD hergestellt.
Eine großflächige Radikalquelle ist dadurch gekennzeichnet, daß von einer Plasmaquelle erzeugte Radikale mittels einer Transportröhre transportiert werden, die auf wenigstens 300ºC erhitzt ist.
Die Transportröhre, die auf wenigstens 300ºC erhitzt ist, besteht vorzugsweise aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Bornitrid oder Aluminiumoxid.
Weiterhin beträgt der Rmax-Wert der Oberfläche der Transportröhre vorzugsweise höchstens 0,1 um.
Darüberhinaus wird bevorzugt, daß die Plasmaquelle eine ECR-Plasmaquelle mit einem Permanentmagneten ist.
Außerdem wird bevorzugt, daß das Radikal Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff oder Halogen ist, und stärker bevorzugt, daß sowohl das Radikal Wasserstoff oder Sauerstoff ist als auch daß der Radikalflux, bestimmt aus der Oxidations- oder Reduktionsrate von Silber auf einem Quarzkristalloszillator, wenigstens 1 · 10&sup6; Atom/cm² s beträgt.
Der Dünnfilm aus Polysilizium, der auf dem erfindungsgemäßen Substrat erzeugt wird, wird durch Wachstum an einem Kristallkeim eines höchstens 100 Å großen, teilchenförmigen SiOx-Produkts erzeugt, das an der Grenzfläche mit dem Substrat vorliegt. Demgemäß hängt die Korngröße des Dünnfilms aus Polysilizium von der Dichte des teilchenförmigen SiOx-Produkts ab. Folglich wird die Korngröße des Dünnfilms aus Polysilizium durch Steuerung des teilchenförmigen SiOx-Produkts gesteuert. Weiterhin ist es, da dieses SiOx auf dem Substrat bei höchstens 500ºC erzeugt werden kann, möglich, die Korngröße des Dünnfilms aus Polysilizium bei höchstens 500ºC zu steuern.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilms aus Polysilizium umfaßt die Herstellung eines höchstens 100 Å großen, teilchenförmigen SiOx-Produkts (0 < x ≤ 2) auf einem Substrat, danach Züchten des Dünnfilms aus Polysilizium unter Verwendung dieses teilchenförmigen Produkts als Kristallkeim. Folglich ist es beim Herstellungsverfahren eines Dünnfilms aus Polysilizium durch Steuern der Dichte des teilchenförmigen SiOx-Produkts möglich, einen Dünnfilm aus Polysilizium mit kontrollierter Korngröße herzustellen. Weiterhin ist es, wie vorstehend erwähnt, gemäß dem Herstellungsverfahren eines Dünnfilms aus Polysilizium möglich, da das SiOx bei höchstens 500ºC hergestellt werden kann, die Korngröße des Dünnfilms aus Polysilizium bei höchstens 500ºC zu steuern.
Ein Dünnfilm aus Polysilizium kann bei niedriger Temperatur hergestellt werden, da er durch Wachsen an Kristallkeimen aus Teilchen von Siliziumpulver erzeugt wird, die an einem Substrat haften, das unter Verwendung von Siliziumpulver poliert wurde. Folglich ist es möglich, ihn auf einem preiswerten Glassubstrat herzustellen. Weiterhin kann, da die Herstellung unter Verwendung von Teilchen aus Siliziumpulver als Kristallkeimen durchgeführt wird, die Korngröße durch Steuern des Teilchendurchmessers des Siliziumpulvers gesteuert werden.
Beim Herstellungsverfahren eines Dünnfilms aus Polysilizium kann der Dünnfilm aus Polysilizium bei niedriger Temperatur hergestellt werden, da der Dünnfilm aus Polysilizium an Kristallkeimen von Teilchen aus Siliziumpulver erzeugt wird, die an einem Substrat nach dem Polieren des Substrats mit Siliziumpulver haften. Weiterhin kann ein großflächiger Dünnfilm aus Polysilizium erhalten werden, da es möglich ist, auf einem preiswerten Glassubstrat abzuscheiden. Da der Dünnfilm aus Polysilizium unter Verwendung von Teilchen aus Siliziumpulver als Kristallkeimen hergestellt wird, kann darüberhinaus die Korngröße gesteuert werden, indem der Teilchendurchmesser des Siliziumpulvers gesteuert wird.
Das erfindungsgemäße Substrat zur Herstellung eines Dünnfilms aus Polysilizium wird durch Herstellen eines Films aus amorphem Silizium mit einer Filmdicke von höchstens 200 Å auf einem Substrat und dann Kristallisieren dieses Films durch Bestrahlung mit Licht von einem Exzimer-Laser gemeinsam mit der Erzeugung von Siliziumkörnern durch Ätzen mittels Bestrahlen mit Wasserstoffradikalen erzeugt. Demgemäß werden die Größe und Dichte des Vorkommens der Siliziumkristallkeime auf dem Substrat gesteuert. Wenn das erfindungsgemäße Substrat für Polysilizium verwendet wird, kann deshalb ein Dünnfilm aus Polysilizium mit gesteuerter Korngröße hergestellt werden.
Beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren eines Substrats zur Herstellung eines Dünnfilms aus Polysilizium wird ein amorpher Siliziumfilm mit einer Filmdicke von höchstens 200 Å auf einem Substrat hergestellt, und da Siliziumteilchen, die in diesem Film enthalten sind, unter Bestrahlung mit Licht von einem Exzimer-Laser auf diesen Film gemeinsam mit Bestrahlen mit Wasserstoffradikalen kristallisiert werden, ist es möglich, die Korngröße und Dichte des Vorkommens der auf dem Substrat erzeugten Siliziumkristallkeime zu steuern. Wenn ein Dünnfilm aus Polysilizium unter Verwendung eines Substrats, das durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren eines Substrats zur Erzeugung eines Dünnfilms aus Polysilizium erhalten wurde, hergestellt wird, kann deshalb die Korngröße des Dünnfilms aus Polysilizium gesteuert werden.
Eine großflächige Radikalquelle transportiert Radikale, die von einer Plasmaquelle erzeugt wurden, durch eine Transportröhre, die auf wenigstens 300ºC erhitzt wurde. Da die Radikale mittels einer auf wenigstens 300ºC erhitzten Transportröhre zugeführt werden, wird also bei einer großflächigen Radikalquelle sowohl die Oberfläche des Substrats geladenen Teilchen nicht ausgesetzt als auch kann die Rekombinationsrate der Radikale vermindert werden, und darüberhinaus kann ein größerer Flux von Radikalen auf die Substratoberfläche eingeführt werden.

Kurze Erläuterung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Abscheidegeräts. Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des Geräts, das gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Abscheidegeräts, das eine großflächige Radi kalquelle anwendet. Fig. 4 ist ein Diagramm der Ergebnisse der Messung der Erzeugung von Radikalen mittels eines ECR-Plasmas.

Beste Ausführungsform der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezug auf die folgenden Beispiele erläutert; jedoch ist der Umfang der Erfindung nicht lediglich auf diese Beispiele begrenzt.
Bei einem Dünnfilm aus Polysilizium und einem Herstellungsverfahren eines Dünnfilms aus Polysilizium wird die Steuerung der Korngröße des Dünnfilms aus Polysilizium durchgeführt, indem die Dichte der SiOx-Körner, die auf dem Substrat erzeugt wurden, gesteuert wird. Hierbei kann als Substrat ein Glassubstrat, ein Glassubstrat mit einer darauf erzeugten transparenten Elektrode oder Metallelektrode oder ein Metallsubstrat, wie Edelstahl, Wolfram, Molybdän, Nickel, Titan und so weiter, verwendet werden.
Im auf dem Substrat erzeugten SiOx gilt 0 < x ≤ 2 für x, und das SiOx wird der Kristallkeim für die Siliziumherstellung. Die Dichte der Erzeugung der Polysiliziumkristallkeime wird ungefähr durch die Dichte des SiOx bestimmt. Die Größe des SiOx, das ein Kristallkeim werden kann, beträgt vorzugsweise 5 Å bis 100 Å, und stärker bevorzugt 10 Å bis 40 Å.
Die Dichte des Vorkommens von SiOx wird durch das Verhältnis des Durchsatzes des Gases der Sauerstoffreihe zum Durchsatz des Gases der Silanreihe bestimmt.
Hierbei kann das Gas der Sauerstoffreihe N&sub2;O, O&sub2;, H&sub2;O-Gas oder ein Gasgemisch davon sein, und das Gas der Silanreihe kann SiH&sub4;, Si&sub2;H&sub6; oder ein Gasgemisch davon sein. Jedoch wird im allgemeinen WO-Gas als das Gas der Sauerstoffreihe verwendet und SiH&sub4; wird als das Gas der Silanreihe verwendet. Das (H&sub2;O/SiH&sub4;)-Gasdurchsatzverhältnis beträgt 0,001% bis 10%, und vorzugsweise 0,01% bis 1%.
Dann ist die Beziehung zwischen der Dichte des Vorkommens von SiOx-Kristallkeimen und dem (H&sub2;O/SiH&sub4;)-Gasdurchsatzverhältnis wie folgt: H&sub2;O/SiH&sub4; = 0,0001 ergibt etwa einen Kristallkeim pro 0,1 um im Quadrat, und H&sub2;O/SiH&sub4; = 0,01 ergibt etwa 20 Kristallkeime pro 0,1 um im Quadrat. Hierbei bedeutet 0,1 um im Quadrat eine Fläche mit 0,1 um auf 0,1 um.
Zusätzlich zum Gasdurchsatzverhältnis ist die Substrattemperatur ein steuernder Parameter der Dichte des teilchenförmigen SiOx-Produkts.
Unter dem Gesichtspunkt der Erleichterung der nachfolgenden Erzeugung von Polysilizium gilt, daß je höher die Temperatur ist, desto deutlicher getrennt liegt das körnchenförmige SiOx in der Matrix aus amorphem Silizium vor. Hierbei ist die Matrix aus amorphem Silizium definiert als hydriertes amorphes Silizium, a-Si:H, mit einem Wasserstoffgehalt von wenigstens 0,01 Atom% und höchstens 60 Atom%.
Andererseits hat der Druck in der Reaktionskammer eine ähnliche Wirkung wie das Erhöhen des Sauerstoffdurchsatzes, insbesondere bei höherem Druck, aber es gibt wenig Einfluß auf die Dichte der Kristallkeimerzeugung.
Die folgenden drei Verfahren sind Verfahren zur Herstellung von Dünnfilmen aus Polysilizium nach der Erzeugung von Kristallkeimen.
(1) Ein Verfahren zur Gewinnung eines Dünnfilms aus Polysilizium durch Plasma- CVD von Silan oder Disilan, das stark mit Wasserstoff verdünnt ist.
Bei diesem Verfahren ist ein typisches Abscheideverfahren wie folgt: der Dünnfilm aus Polysilizium wird durch Plasma-CVD unter Verwendung einer 1%igen bis 0,001%igen Verdünnung von Silan oder Disilan in Wasserstoff, einem Druck in der Reaktionskammer von 1 Torr bis 10 Torr, einer RF-Energiedichte von 5 W/ cm² bis 10 W/ cm² und einer Substrattemperatur von 200ºC bis 500ºC hergestellt.
(2) Ein Verfahren, bei dem ein amorpher Siliziumfilm unter Verwendung von Plasma- CVD von Silan oder Disilan abgeschieden wird und unter Verwendung von Langzeittempern bei einer Temperatur von 500ºC bis 600ºC kristallisiert wird.
Bei diesem Verfahren ist ein typisches Abscheideverfahren wie folgt: ein amorpher Siliziumfilm wird durch Plasma-CVD von 50 bis 200 sccm Silan oder Disilan bei 133 bis 266 Pa (1 Torr bis 2 Torr) Druck in der Reaktionskammer, I W/cm² bis 10 W/cm² RF-Energiedichte und 300ºC bis 500ºC Substrattemperatur abgeschieden und 40 Std. bei 550ºC im Vakuum getempert.
(3) Ein Verfahren, bei dem Polysiliziumfilm durch wiederholte Abscheidung eines sehr dünnen Films aus amorphem Silizium und Behandlung mit Wasserstoffplasma hergestellt wird.
Bei diesem Verfahren ist ein typisches Abscheideverfahren wie folgt: ein sehr dünner Film aus amorphem Silizium (etwa 2 Å bis etwa 200 Å) wird durch Plasma-CVD hergestellt, und danach wird der sehr dünne a-Si : H-Film unter Verwendung von in einem Wasserstoffplasma erzeugten Wasserstoffradikalen kristallisiert. Durch wiederholte Abscheidung von a- Si : H durch Plasma-CVD und Behandlung mit Wasserstoffplasma werden Kristalle erhalten. Insbesondere unter dem Gesichtspunkt, daß eine große Menge an atomarer Wasserstoffdichte über einer großen Fläche erzeugt werden kann, ist es bei der Behandlung mit Wasserstoffplasma erwünscht, daß das Wasserstoffplasma mittels einer ECR-Entladung erzeugt wird.
Eine ausführlichere Erläuterung des auf einem Substrat erzeugten Polysiliziumfilms wird nachstehend unter Bezug auf spezifische Beispiele angegeben.

Beispiel 1

In einem Plasma-CVD-Gerät wurde ein 20 Å dicker, amorpher Siliziumfilm auf einem Glassubstrat mittels der Abscheidebedingungen 40 sccm SiH&sub4;, 200 sccm H&sub2;, 2 sccm H&sub2;O, 400ºC Substrattemperatur und 1 W/cm² RF-Energiedichte abgeschieden.
Beim Betrachten des abgeschiedenen Films war zu sehen, daß das amorphe Silizium körnchenförmiges SiOx enthielt. Die Ergebnisse einer SEM-Betrachtung zeigten ein 20 bis 30 Å großes, körnchenförmiges Produkt mit durchschnittlich 5 bis 7 Körnern pro 1000 Å im Quadrat.
Mittels des gleichen Geräts und den Abscheidebedingungen 1 sccm SiH&sub4;, 200 sccm H&sub2;, 133 Pa (1 Torr) Druck in der Reaktionskammer, 1 W/cm² RF-Energiedichte und 400ºC Substrattemperatur wurde ein Dünnfilm aus Polysilizium auf einem Glassubstrat hergestellt, auf dem ein durch die vorstehend beschriebene Behandlung verwirklichtes, teilchenförmiges Produkt erzeugt worden war.
Der Korndurchmesser des abgeschiedenen Films betrug gemäß SEM-Betrachtung 2000 Å bis 3000 Å.

Beispiele 2 bis 5

Unter Verwendung des gleichen Geräts wie in Beispiel 1 wurde auf einem Glassubstrat unter den veränderten Abscheidebedingungen 400ºC Substrattemperatur, 133 Pa (1 Torr) Druck in der Reaktionskammer, 1 W/cm² RF-Energiedichte und H&sub2;O/SiH&sub4;-Durchsatzverhältnis 0,001 bis 0,10 ein 20 Å dicker Film abgeschieden, und danach wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 ein Polysiliziumfilm hergestellt.
Das Durchsatzverhältnis (Durchsatz des Gases der Sauerstoffreihe/Durchsatz des Gases der Silanreihe) von Durchsatz des Gases der Sauerstoffreihe zu Durchsatz des Gases der Silanreihe wurde verändert und die Korngröße der erhaltenen Dünnfilme aus Polysilizium wurde überprüft. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt.
Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß eine Abnahme des Durchsatzes des Gases der Sauerstoffreihe von einer Zunahme der Korngröße des Polysiliziumfilms begleitet wird, und es wird ein Dünnfilm aus Polysilizium mit einer großen Korngröße erhalten.

Tabelle 1

H&sub2;O/SiH&sub4;-Durchsatzverhältnis Siliziumkorngröße
0,001 (Beispiel 2) 7000 Å bis 1 um
0,005 (Beispiel 3) 2000 Å bis 4000 Å
0,04 (Beispiel 4) 600 Å bis 1500 Å
0,10 (Beispiel 5) 200 Å bis 500 Å

Vergleichsbeispiel 1

Die Abscheidung wurde ähnlich wie in Beispiel 1 durchgeführt, ausgenommen daß kein SiOx erzeugt wurde.
Als der erhaltene Film betrachtet wurde, war als Folge der fehlenden Erzeugung von SiOx Kristallkeimen das Wachstum eines Polysiliziumfilms nicht zu sehen.

Vergleichsbeispiel 2

Ohne SiOx herzustellen wurde ein 5 um dicker Film aus amorphem Silizium durch Plasma-CVD unter den Abscheidebedingungen 100 sccm SiH&sub4;, 133 Pa (1 Torr) Druck in der Reaktionskammer, 400ºC Substrattemperatur und 0,5 W/cm² RF-Energiedichte abgeschieden. Danach wurde 40 Std. bei 550ºC im Vakuum Tempern durchgeführt.
Gemäß den Ergebnissen einer SEM-Betrachtung des abgeschiedenen Films konnte lediglich ein Dünnfilm aus Polysilizium mit einer kleinen Korngröße von 100 bis 200 Å erhalten werden.
Wie vorstehend erläutert wird die Korngröße des Dünnfilms aus Polysilizium trotz der Herstellung auf einem preiswerten Glassubstrat oder dergleichen gesteuert. Weiterhin ist es gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilms aus Polysilizium möglich, die Korngröße zu steuern, während ein Dünnfilm aus Polysilizium auf einem preiswerten Glassubstrat, oder dergleichen abgeschieden wird. Deshalb kann die Kostenverringerung bei Dünnfilmtransistoren und Dünnfilmsolarzellen gefördert werden.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des Abscheidegeräts, das verwendet wird. In der Figur bezeichnet die Ziffer 1 eine Kammer, 2 bezeichnet eine Vorrichtung zum Drehen eines Substrats, 3 bezeichnet ein Glassubstrat, 4 bezeichnet eine RF-Elektrode und 5 bezeichnet ein ECR-Gerät.
Der Dünnfilm aus Polysilizium wird auf einem Glassubstrat hergestellt, wobei insbesondere Korngröße gesteuert wird. Weiterhin wird beim Herstellungsverfahren eines Dünnfilms aus Polysilizium insbesondere der Korndurchmesser gesteuert, während der Dünnfilm aus Polysilizium auf einem Glassubstrat hergestellt wird.
Als Verfahren zur Steuerung des Korndurchmessers wird ein Glassubstrat oder ein Glassubstrat, auf dem entweder eine transparente Elektrode oder eine Metallelektrode hergestellt wird, mit Siliziumpulver oder einer Paste, die Siliziumpulver enthält, poliert. Der Teilchendurchmesser des Siliziumpulvers beträgt vorzugsweise 1000 Å bis 100 um, und stärker bevorzugt 1 um bis 50 um.
Weiterhin wird das Polierverfahren durchgeführt, indem Siliziumpulver in einem organischen Lösungsmittel dispergiert und ein Ultraschallreiniger für eine bestimmte Zeit eingesetzt wird. Die Menge des dispergierten Siliziumpulvers beträgt 0,1 g bis 10 g, und vorzugsweise 1 g bis 10 g pro Liter Ethanol. Die Polierdauer beträgt 5 Minuten bis 30 Minuten, vorzugsweise 10 Minuten bis 20 Minuten.

Beispiel 11

Ein Glassubstrat (Corning 7059 Substrat (flach)) 3 wurde 20 Minuten in einer Dispersion aus 10 g Siliziumpulver mit 1 um Teilchendurchmesser in 1 Liter Ethanol mittels Ultraschall behandelt. Danach wurde, nach der Reinigung mit Ultraschall in Aceton, ein Dünnfilm aus Polysilizium im in Fig. 1 gezeigten Plasma-CVD-Gerät hergestellt.
Der Polysiliziumfilm wurde unter folgenden Herstellungsbedingungen erhalten: wiederholtes Abscheiden von 15 Å dickem, amorphem Silizium (nachstehend als a-Si : H bezeichnet) auf der Seite der in Fig. 1 gezeigten RF-Elektrode 4 und Tempern mit Wasserstoffatomen (wenigstens 1 · 10¹&sup6; Atom/cm²%) auf der Seite des ECR-Geräts 5. Hierbei bezeichnet Sa in der Figur einen Permanentmagneten.
Die a-Si : H-Abscheidebedingungen waren 40 sccm SiH&sub4;, 200 sccm H&sub2;, 66,6 Pa (0,5 Torr) Druck in der Reaktionskammer, 20 mW/cm² RF-Energiedichte und 250ºC Substrattemperatur.
Das Tempern durch Wasserstoffatome wurde mittels 200 sccm H&sub2;, 2,7 Pa (20 m/orr) Druck in der Reaktionskammer, 450 W Mikrowellenleistung und 250ºC Substrattemperatur durchgeführt. Zu dieser Zeit betrug der Flux von Wasserstoffatomen, die am Substrat 3 ankamen, wenigstens 1 · 10¹&sup6; Atom/cm²·s und der Flux an Wasserstoffionen betrug höchstens 1 · 10¹&sup4; Atom/cm²·s. Aus den Ergebnissen der Röntgenbeugung und der Ramanmessungen war zu sehen, daß der erhaltene Film Kristalle hatte. Weiterhin betrug der Korndurchmesser aus der SEM-Betrachtung im Bereich von 1 um Filmdicke 1000 Å bis 2000 Å.

Vergleichsbeispiel 11

Nach Reinigen eines Glassubstrats (Corning 7059 Substrat (flach)) mit Ultraschall in einer Lösung aus Ethanol und Aceton, die kein Siliziumpulver enthielt, wurde die Filmabscheidung unter ähnlichen Bedingungen wie in Beispiel 11 durchgeführt.
Unter der Bedingung, daß es kein Polieren mit Pulver gab, wurde überhaupt kein Film auf dem Glassubstrat erzeugt. In diesem Fall, bei dem keine Siliziumkristallkeime auf dem Glassubstrat erzeugt wurden, kann gesagt werden, daß es kein Kristallwachstum gab.
Daraus wird klar, daß Polieren des Glassubstrats mit Siliziumpulver die Erzeugung von Kristallkeimen fördert.

Beispiel 12

Ein Glassubstrat (Coming 7059 Substrat (flach)) 3 wurde 10 Minuten in einer Dispersion von 10 g Siliziumpulver mit 1 um Teilchendurchmesser in 1 Liter Ethanol mit Ultraschall behandelt.
Danach wurde mittels eines ähnlichen Verfahrens wie in Beispiel 11 ein Dünnfilm aus Polysilizium hergestellt. Als der hergestellte Dünnfilm aus Polysilizium durch SEM betrachtet wurde, betrug die Korngröße 2000 Å bis 5000 Å.
Daraus wird klar, daß die Dichte des Vorkommens der Kristallkeime durch die Behandlungsdauer mit Ultraschall gesteuert werden kann, und indem dies angewendet wird, kann die Korngröße gesteuert werden.
Wie vorstehend erläutert ist der Dünnfilm aus Polysilizium ein Dünnfilm aus Polysilizium, dessen Korngröße bei niedriger Temperatur gesteuert wird, während er auf einem preiswerten Glassubstrat hergestellt wird. Weiterhin ist es beim Herstellungsverfahren eines Dünnfilms aus Polysilizium möglich, die Korngröße des Dünnfilms aus Polysilizium zu steuern, während er auf einem preiswerten Glassubstrat hergestellt wird. Da er auf einem preiswerten Glassubstrat abgeschieden werden kann, kann leicht ein großflächiger Dünnfilm aus Polysilizium erhalten werden. Deshalb kann das Aufskalieren von Dünnfilmtransistoren und Dünnfilmsolarzellen auf große Größe bei geringen Kosten erreicht werden.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Geräts, das zur Herstellung des Substrats zur Erzeugung von Polysilizium gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird und für das Herstellungsverfahren eines Substrats zur Erzeugung eines Dünnfilms aus Polysilizium gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. In Fig. 2 bezeichnet die Ziffer 21 eine Reaktionskammer, 22 bezeichnet ein Substrat, 23 bezeichnet eine Heizvorrichtung, 24 bezeichnet ein ECR-Gerät zur Plasmaerzeugung, 25 bezeichnet eine Quelle für Licht von einem Exzimer-Laser, 26 bezeichnet ein Plasma-CVD-Gerät und 27 bezeichnet ein Eintrittsfenster für Laserlicht.
Für das Substrat 22 können ein Glassubstrat, ein Glassubstrat mit einer hergestellten transparenten Elektrode oder Metallelektrode oder ein Metallsubstrat, wie Edelstahl, Wolfram, Molybdän, Nickel, Titan und so weiter, verwendet werden.
Da der Aufbau der Heizvorrichtung 23, des ECR-Geräts zur Plasmaerzeugung 24, der Quelle für Licht von einem Exzimer-Laser 25, des Plasma-CVD-Geräts 26 und des Eintrittsfensters für Laserlicht 27 herkömmlichen Typen gleich ist, wird hier die ausführliche Erläuterung ihres Aufbaus weggelassen.
Bei der Verwendung des in Fig. 2 gezeigten Geräts ist es wichtig zu wissen, wie die Größe und Dichte der Siliziumkristallkeime gesteuert werden, damit Polysilizium mit großer Korngröße auf dem Substrat 22 abgeschieden wird.
(1) Die Größe der auf dem Substrat 22 erzeugten Siliziumkristallkeime kann 10 Å bis 200 Å betragen, aber ein Korndurchmesser von 20 Å bis 100 Å wird bevorzugt. Hierbei wird die Größe des Siliziumkristallkeims durch die Filmdicke des auf dem Substrat 22 abgeschiedenen amorphen Siliziumfilms gesteuert.
Dieser amorphe Siliziumfilm wird durch normale Plasma-CVD unter den Bedingungen 250ºC bis 350ºC Substrattemperatur, 13,3 bis 133 Pa (0,1 bis 1 Torr) Druck in der Reaktionskammer und 0,01 W/cm² bis 1 W/cm² RF-Energiedichte abgeschieden.
Weiterhin beträgt die Dicke des amorphen Siliziumfilms üblicherweise 15 Å bis 250 Å. Der Korndurchmesser der Siliziumkristallkeime, die durch Lasertempern dieses amorphen Siliziumfilms mittels eines Exzimer-Lasers hergestellt wurden, ist ungefähr gleich der Filmdicke, aber es gibt eine Tendenz dazu, daß kleine Teile des Films dünner werden. Wegen des Absorptionskoeffizienten des amorphen Siliziums wird zu dieser Zeit bevorzugt, einen Exzimer-Laser mit kürzerer Wellenlänge zu verwenden, beispielsweise werden KrF, ArF, F&sub2; oder dergleichen bevorzugt. Der Optimalwert der Energie während des Lasertemperns unterscheidet sich je nach dieser Wellenlänge, kann aber von 20 mJ/cm² bis 400 mJ/cm², vorzugsweise 50 mJ/cm² bis 300 mJ/cm² betragen.
(2) Die Dichte der Siliziumkristallkeime wird hauptsächlich durch die Größe des Flux der Wasserstoffradikale und die Substrattemperatur bestimmt.
Die Größe des Flux der Wasserstoffradikale kann 1 · 10¹&sup5; Atom/cm²·s bis 1 · 10¹&sup8; Atom/cm²·s betragen, beträgt aber vorzugsweise 1 · 10¹&sup6; Atom/cm² s bis 1 · 10¹&sup8; Atom/cm²·s. Wenn der Flux weniger als 1 · 10¹&sup5; Atom/cm²·s ist, schreitet das Ätzen des amorphen Siliziumfilms nicht fort, und es besteht ein Nachteil darin, daß die Steuerung der Dichte der Siliziumkristallkeime nicht möglich ist. Wenn umgekehrt der Flux nicht weniger als 1 · 10¹&sup8; Atom/cm² s beträgt, wird der amorphe Siliziumfilm fast vollständig geätzt, was nicht erwünscht ist.
Für die Substrattemperatur gilt, je höher die Temperatur ist, desto stärker wird das Ätzen gefördert, aber unter Berücksichtigung der Verwendung eines Glassubstrat als dem Substrat 22 kann die Temperatur 200ºC bis 500ºC betragen und beträgt vorzugsweise 300ºC bis 500ºC.
Das Substrat zur Herstellung eines Dünnfilms aus Polysilizium gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend ausführlich unter Bezug auf spezifischere Beispiele erläutert.

Beispiel 21

Unter Verwendung des in Fig. 2 gezeigten Geräts wurde ein Substrat zur Herstellung eines Dünnfilms aus Polysilizium durch die folgende Vorgehensweise hergestellt.
Zuerst wurden 50 sccm SiH&sub4; in der Nähe des Substrats eingeleitet, und mittels des Plasma-CVD-Geräts 26 in Fig. 2 wurde ein 100 Å dicker, amorpher Siliziumfilm auf einem Glassubstrat 2 unter den Abscheidebedingungen 400ºC Substrattemperatur, 0,1 Torr Druck in der Reaktionskammer und 0,1 W/cm² RF-Energiedichte abgeschieden. Hierbei bezeichnet in Fig. 2 die Ziffer 261 eine RF-Elektrode, 262 bezeichnet einen Anpassungskasten und 263 bezeichnet eine Stromquelle.
Als nächstes wurde das Substrat 22 mit dem abgeschiedenen, 100 Å dicken, amorphen Siliziumfilm, ohne das in Fig. 2 gezeigte Plasma-CVD-Gerät 26 zu verwenden, durch die vorstehend erwähnte Behandlung mit einer Quelle von Licht von einem Exzimer-Laser 25 und dem ECR-Plasmagerät 24 behandelt. Hierbei bezeichnet in Fig. 2 die Ziffer 241 eine ECR-Plasmaquelle und 242 bezeichnet eine Mikrowellenquelle.
Als Licht von einem Exzimer-Laser wurde ArF (193 nm) bei einer Energie von 70 mJ/cm² eingesetzt. Weiterhin wurde das Bestrahlen mit dem Laserlicht 2 Minuten bei einer Frequenz von 5 Hz durch das Eintrittsfenster für das Laserlicht 27 durchgeführt.
Gleichzeitig wurden 100 sccm Wasserstoff bei der ECR-Plasmaquelle 41 eingeleitet, ein Wasserstoffplasma bei 400 W ECR-Leistung und 5 mlorr Druck in der Reaktionskammer erzeugt und das Substrat 22 wurde 2 Minuten mit diesem Plasma bestrahlt. Der Wasserstoffplasmaflux betrug zu dieser Zeit 4 · 10¹&sup6; Atom/cm²·s und die Substrattemperatur betrug 400ºC.
Mittels des vorstehenden Verfahrens wurden auf dem Glassubstrat 22 Siliziumkristallkeime erzeugt.
Auf dem durch die vorstehend erwähnte Behandlung verwirklichten Substrat 22 wurde ein Polysiliziumfilm durch Plasma-CVD abgeschieden. Die Abscheidebedingungen waren 2 sccm SiH&sub4;, 400 sccm H&sub2;, 133 Pa (1 Torr) Druck in der Reaktionskammer, 1 W/cm² RF- Energiedichte und 400ºC Substrattemperatur.
Aus der SEM-Betrachtung betrug der Korndurchmesser des erhaltenen Dünnfilms aus Polysilizium 4000 Å bis 5000 Å.

Herstellungsbeispiele 21 bis 27

Unter Verwendung des Substrat 22, das durch Behandlung mittels des vorerwähnten Verfahrens verwirklicht wurde, wurden Dünnfilme aus Polysilizium (Herstellungsbeispiele 21 bis 27) unter Verwendung einer festgelegten Substrattemperatur von 400ºC, eines festgelegten Drucks in der Reaktionskammer von 0,66 Pa (5 mTorr), eines festgelegten Wasserstoffdurchsatzes von 100 sccm, einer festgelegten Dauer der Bestrahlung mit Wasserstoffplasma und Laserlicht, einer Laserbestrahlungsfrequenz von 5 Hz und verschiedenen ArF- Exzimer-Laserenergiedichten und ECR-Leistungen zur Erzeugung des Wasserstoffplasmas abgeschieden, und der Korndurchmesser wurde aus SEM-Photographien gemessen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 21 gezeigt. Tabelle 21
Wie vorstehend erläutert kann, wenn das Substrat zur Herstellung eines Dünnfilms aus Polysilizium gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ein Dünnfilm aus Polysilizium mit einer großen Korngröße erhalten werden. Weiterhin kann gemäß dem Herstellungsverfahren eines Substrats zur Herstellung eines Dünnfilms aus Polysilizium gemäß der vorliegenden Erfindung ein Substrat hergestellt werden, das verwendet werden kann, um einen Dünnfilm aus Polysilizium mit großer Korngröße zu erzeugen.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Abscheidegeräts, das eine großflächige Radikalquelle einsetzt, und Fig. 4 ist ein Diagramm der Ergebnisse der Messung der durch ein ECR-Plasma erzeugten Radikale. In der Figur bezeichnet die Ziffer 31 eine Reaktionskammer, 32 bezeichnet ein Substrat, 33 bezeichnet eine Heizvorrichtung, 34 bezeichnet einen Quarzkristalloszillator, 35 bezeichnet ein Quarzrohr, 36 bezeichnet eine Heizvorrichtung im Quarzrohr 35, 37 bezeichnet ein Gerät zur Erzeugung eines ECR-Plasmas, 38 bezeichnet eine Antenne zur Einleitung von Mikrowellen, 39 bezeichnet einen Anpassungskasten und 40 bezeichnet eine elektrische Mikrowellenquelle.
Im in Fig. 3 gezeigten Abscheidegerät bilden die Heizvorrichtung 36 im Quarzrohr 35, das Gerät zur Erzeugung eines ECR-Plasmas 37, die Antenne zur Einleitung von Mikrowellen 38, der Anpassungskasten 39 und die elektrische Mikrowellenquelle 40 die Radikalquelle, und das Quarzrohr 35 bildet die Transportröhre.
Im in Fig. 3 gezeigten Beispiel wird das Quarzrohr 35, das die Transportröhre bildet, mittels der eingebauten Heizvorrichtung 36 auf wenigstens 300ºC erhitzt. Wenn diese Transportröhre, die auf wenigstens 300ºC erhitzt ist, verwendet wird, wird die Oberfläche des Substrats 32 keinen geladenen Teilchen ausgesetzt, und darüberhinaus ist es auch möglich, die Menge der Rekombination der Radikale zu verringern. Als Folge davon kann ein größerer Flux von Radikalen auf die Oberfläche des Substrats 32 aufgebracht werden. Als Plasmaquelle (Quelle zur Erzeugung von Radikalen), welche die Effektivität des Transports von Radikalen zum Substrat 32 verbessert, wird eine ECR-Plasmaquelle bevorzugt, bei der die Entladung selbst bei niedrigem Druck möglich ist, da mit niedrigerem Reaktionsdruck die Menge der Rekombination durch Kollision geringer wird. Weiterhin wird unter dem Gesichtspunkt einer großflächigen Plasmaquelle eine ECR-Quelle, welche einen Permanentmagneten einsetzt, stärker bevorzugt als eine ECR-Quelle mit einem Magnetfeld, die einen Elektromagneten einsetzt. Dann wird als Permanentmagnet ein Magnet bevorzugt, der einen sehr kleinen Magnetfeldgradienten entgegen der Ausbreitung der Mikrowellen erzeugt, das heißt ein Magnetfeld, dessen Breite schnell gedämpft wird.
Die optimale Oberflächentemperatur der Transportröhre ist je nach Typ des verwendeten Radikals unterschiedlich, aber welches Radikal auch immer verwendet wird, die Oberflächentemperatur darf nicht weniger als 300ºC betragen. Unter dieser Temperatur, beispielsweise bei Zimmertemperatur, werden die Radikale auf der Oberfläche der Transportröhre adsorbiert, rekombinieren miteinander auf der Oberfläche der Transportröhre und die Menge der Radikale, die an der Oberfläche des Substrats 32 ankommt, nimmt ab. Hierbei darf bei Wasserstoffatomen die Temperatur nicht weniger als 300ºC betragen, aber bei Sauerstoffatomen wird es stärker bevorzugt, daß die Temperatur nicht weniger als 400ºC beträgt.
Unter dem Gesichtspunkt der adsorbierenden Fläche der Radikale ist, im Hinblick auf die Verminderung der adsorbierenden Fläche, die Oberflächenrauheit (nachstehend Rmax) der Transportröhre vorzugsweise höchstens 0,1 um.
Für das Material der Transportröhre werden Oxid als Schutz gegen Sauerstoffradikale, Nitrid als Schutz gegen Stickstoffradikale, Oxid oder Nitrid als Schutz gegen Wasserstoffradikale und Nitrid als Schutz gegen Radikale der Halogenreihe bevorzugt. Das vorstehend erwähnte Oxid oder Nitrid kann auf die Oberfläche eines Metalls, wie Edelstahl, aufgetragen sein.
Da der restliche Aufbau sich nicht besonders von herkömmlichen Radikalquellen unterscheidet, wird eine ausführliche Erläuterung dieses Aufbaus weggelassen.
Als nächstes wurden unter Verwendung einer derart aufgebauten Radikalquelle Fluxe von Radikalen erzeugt, und die erzeugten Mengen wurden gemessen. Diese Ergebnisse werden in Fig. 4 gezeigt. Zu dieser Zeit wurde die Berechnung der Fluxe von Radikalen durchgeführt, indem die erzeugten Mengen an atomarem Sauerstoff und atomaren Wasserstofffluxen umgewandelt wurden, welche aus den Oxidations- und Reduktionsraten von Silber auf dem Quarzkristalloszillator 34 erhalten wurden. Das heißt, zuerst wurde mittels eines Sauerstoffplasmas das Silber auf dem Quarzkristalloszillator 34 oxidiert, und aus der Gewichtszunahme dabei wurde der atomare Sauerstoffflux bestimmt. Dieses Ergebnis war ein atomarer Sauerstoffflux von 5 · 1015 Atom/cm²·s. Als nächstes wurde aus der Reduktionsrate des oxidierten Silbers, mit anderen Worten aus der Gewichtsabnahme, der atomare Wasserstoffflux bestimmt. Dieses Ergebnis war ein atomarer Wasserstoffflux von 5 · 10¹&sup5; Atom/cm²·s.
Dabei ist wegen der Unsicherheit des Haftungsaufbaus von Sauerstoff und Wasserstoff der absolute Wert nicht immer genau, aber da die Messung einer minimalen Menge des Flux möglich ist, wobei sich ein Wert ergibt, der nicht weniger als ein bestimmter Wert ist, kann ein relativer Vergleich durchgeführt werden.
Eine ausführlichere Erläuterung der großflächigen Radikalquelle wird nachstehend unter Bezug auf spezifischere Beispiele angegeben.

Beispiel 31 und Vergleichsbeispiel 31

Ein Plasma wurde in einem Quarzrohr mit einem Innendurchmesser von 150 mm und Rmax von höchstens 0,05 um erzeugt, wobei als Plasmaquelle das in Fig. 3 gezeigte Gerät eines Geräts zur Erzeugung eines ECR-Plasmas 37 mit einer ECR-Entladungsröhre 37b und einem Permanentmagneten 37a unter den Bedingungen 400 sccm Wasserstoff, 2,7 Pa (20 mTorr) Druck und 450 W Mikrowellenleistung verwendet wurde, und die dadurch erzeugten Radikale wurden über die Transportröhre auf das Substrat 32 aufgebracht. Zu dieser Zeit wurden die erzeugten Fluxe der Radikale von Sauerstoffatomen und Wasserstoffatomen in der Nähe des Substrats 32 mittels des vorerwähnten Verfahrens gemessen, und die Messergebnisse sind in Tabelle 31 (Beispiel 31) gezeigt. Die Radikale wurden ähnlich wie in Beispiel 31 erzeugt, ausgenommen daß ein Quarzrohr mit geschliffener innerer Oberfläche verwendet wurde, und die zu dieser Zeit erzeugten Fluxe der Radikale von Sauerstoffatomen und Wasserstoffatomen in der Nähe des Substrats 32 wurden mittels des vorerwähnten Verfahrens gemessen. Die Ergebnisse sind gemeinsam in Tabelle 31 (Vergleichsbeispiel 31) gezeigt.
Hierbei wurde die Messung der geladenen Teilchen nahe dem Substrat 32 mit einer Langmuir-Sonde durchgeführt, aber in Beispiel 31 wurden weder Ionen noch Elektronen beobachtet.
Wie aus Tabelle 31 klar ist, ist ersichtlich, daß unter Verwendung eines Quarzrohrs mit einer inneren Oberfläche mit einem Rmax von höchstens 0,05 um der Radikalflux erhöht wird, verglichen mit einem Quarzrohr mit geschliffener innerer Oberfläche.

Beispiele 32 und 33 und Vergleichsbeispiele 32 bis 34

Unter Verwendung des Quarzrohrs aus Beispiel 31 wurde die Auswirkung der Oberflächentemperatur des Quarzrohrs untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 32 (Beispiele 32 und 33 und Vergleichsbeispiele 32 bis 34) gezeigt.
Wie aus Tabelle 32 klar ist, ist ersichtlich, daß durch Erhöhung der Temperatur der Oberfläche des Quarzrohrs der Radikalflux abrupt erhöht wird. Tabelle 31 Tabelle 32
Wie vorstehend erläutert, ist es möglich, eine Radikalquelle anzubieten, die eine große Fläche bestrahlen kann, wobei sowohl das Substrat nicht geladenen Teilchen ausgesetzt wird als auch Dämpfung durch Rekombination von Radikalen vermieden werden kann.
Wie vorstehend erläutert, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Korngröße eines Dünnfilms aus Polysilizium zu steuern, während er auf einem preiswerten Glassubstrat oder Metallsubstrat hergestellt wird.

Claims

1. Substrat zur Herstellung eines Dünnfilms aus Polysilizium, dadurch gekennzeichnet, daß ein amorpher Siliziumfilm mit einer Filmdicke von nicht mehr als 200 Å auf einem Substrat hergestellt wird und das amorphe Silizium durch Bestrahlung mit Licht von einem Exzimer-Laser kristallisiert wird, gemeinsam mit der Erzeugung von Siliziumkörnern durch Ätzen mit Wasserstoffradikalen.

2. Substrat zur Herstellung eines Dünnfilms aus Polysilizium nach Anspruch 1, wobei der Exzimer-Laser ein ArF-, KrF- oder F&sub2;-Exzimer-Laser ist.

3. Substrat zur Herstellung eines Dünnfilms aus Polysilizium nach Anspruch 1, wobei der Strom von Wasserstoffradikalen in der Nähe des Substrats nicht geringer als 1 · 10¹&sup5; Atom/cm²·s ist.

4. Substrat zur Herstellung eines Dünnfilms aus Polysilizium nach den Ansprüchen 1 oder 2, wobei die Energie des Exzimer-Lasers nicht geringer als 20 mJ/cm² ist

5. Substrat zur Herstellung eines Dünnfilms aus Polysilizium nach Anspruch 1, wobei das amorphe Silizium durch Plasma-CVD hergestellt ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Substrats zur Herstellung eines Dünnfilms aus Polysilizium, dadurch gekennzeichnet, daß in einem amorphen Siliziumfilm mit einer Filmdicke von nicht mehr als 200 Å enthaltene Siliziumteilchen, unter Verwendung von Bestrahlung mit Licht von einem Exzimer-Laser auf den amorphen Siliziumfilm, kristallisiert werden, gemeinsam mit Ätzen des amorphen Siliziumfilms durch Bestrahlung mit Wasserstoffradikalen.

7. Verfahren zur Erzeugung eines Substrats zur Herstellung eines Dünnfilms aus Polysilizium nach Anspruch 6, wobei der Exzimer-Laser ein ArF-, KrF- oder F&sub2;-Exzimer-Laser ist.

8. Verfahren zur Erzeugung eines Substrats zur Herstellung eines Dünnfilms aus Polysilizium nach Anspruch 6, wobei der Strom von Wasserstoffradikalen in der Nähe des Substrats nicht geringer als 1 · 10¹&sup5; Atom/cm² s ist.

9. Verfahren zur Erzeugung eines Substrats zur Herstellung eines Dünnfilms aus Polysilizium nach den Ansprüchen 6 oder 7, wobei die Energie des Exzimer-Lasers nicht geringer als 20 mJ/cm² ist.

10. Verfahren zur Erzeugung eines Substrats zur Herstellung eines Dünnfilms aus Polysilizium nach Anspruch 6, wobei der amorphe Siliziumfilm durch Plasma-CVD hergestellt wird.