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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Filmbildungsapparatur zum Herstellen
eines kristallinen Siliciumfilms, der zum Beispiel als ein Material
eines TFT (Thin Film Transistor, Dünnschichttransistor)-Schalters, der
für jedes
Bildelement in einer Flüssigkristall-Anzeige
bereitgestellt ist, einer integrierten Schaltung, einer Solarbatterie
und anderem verwendet wird und zum Herstellen, wenn nötig, eines
Elektroisolierfilms, wie eines Film aus einer Siliciumverbindung,
zusätzlich
zu dem kristallinen Film.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen
eines kristallinen Siliciumfilms.
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Beschreibung
des technischen Hintergrundes
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Amorphe
Siliciumfilme sind als Halbleiterfilme für TFT's und anderes verwendet worden, weil
amorphe Siliciumfilme mit großen
Flächen
bei einer niedrigen Temperatur hergestellt werden können. Es
wird jedoch jetzt gewünscht,
kristalline Siliciumfilme mit einem Kristallkorndurchmesser von
200 nm oder mehr, und insbesondere etwa 300 nm oder mehr, bereitzustellen,
um Transistorkenndaten zu verbessern und Vorrichtungen zu erzeugen,
die auf integrierte Weise mit Ansteuerungsschaltungen versehen sind.
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Der
kristalline Siliciumfilm kann mittels verschiedener Verfahren gebildet
werden. Zum Beispiel kann er mittels eines thermischen CVD (Chemical
Vapour Deposition)-Verfahrens
erzeugt werden, bei dem ein Substrat, das heißt ein Werkstück oder
ein Gegenstand, auf dem der Film erzeugt oder abgeschieden werden
soll, auf eine hohe Temperatur von 600°C oder mehr erwärmt wird,
und der Film mittels der thermischen CVD unter normalem oder verringertem
Druck erzeugt wird. Bei einem anderen Verfahren wird der kristalline
Siliciumfilm mittels eines PVD (Physical Vapour Deposition)-Verfahrens,
wie Vakuumabscheidung oder Kathodenzerstäubungsabscheidung, während das
Substrat auf einer Temperatur von etwa 700°C oder mehr gehalten wird, erzeugt.
Bei noch einem anderen Verfahren wird ein amorpher Siliciumfilm
mittels einer geeigneten CVD oder PVD bei einer verhältnismäßig niedrigen
Temperatur erzeugt, und dann durch Nachbehandlung, welche eine auf
dem amorphen Siliciumfilm bei einer Temperatur von 800°C oder mehr
durchgeführte
Wärmebehandlung ist,
oder welche eine darauf bei einer Temperatur von etwa 600°C für eine lange
Zeit von etwa 20 Stunden oder mehr durchgeführte Wärmebehandlung ist, kristallisiert.
Ferner kann ein Verfahren der Art, dass eine Wärmebehandlung (Tempern) mittels
Laser auf einem amorphen Siliciumfilm, um diesen zu kristallisieren,
bewirkt wird, verwendet werden.
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Unter
diesen Verfahren kann das Laser-Temperverfahren, bei dem eine Wärmebehandlung
mittels Laser auf dem amorphen Siliciumfilm bewirkt wird, um diesen
zu kristallisieren, den kristallinen Siliciumfilm bei tieferen Temperaturen
als die anderen Verfahren erzeugen. Daher sind Substrate, die mit
dem Laser-Temperverfahren
verarbeitet werden sollen, nicht auf Materialien mit einem hohen
Schmelzpunkt, wie Quarz, beschränkt,
und das Verfahren kann für
Materialien wie Glas verwendet werden, welche verhältnismäßig billig sind
und einen niedrigen Schmelzpunkt haben. Ferner kann das Laser-Temperverfahren
selbst innerhalb einer verhältnismäßig kurzen
Zeit durchgeführt
werden, was die Effizienz der Bildung der kristallinen Siliciumfilme verbessert.
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Jedoch
werden Erzeugung des amorphen Siliciumfilms beziehungsweise Laser-Temperverfahren gewöhnlich in
verschiedenen Apparaturen durchgeführt, und das mit dem Film beschichtete
Substrat wird einmal in die Atmosphäre bewegt, um das Substrat
und den Film in eine Laserbestrahlungsapparatur zu verbringen.
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In
einigen Fällen
wird ein Elektroisolierfilm, wie ein Film aus einer Siliciumverbindung,
vor oder nach der Erzeugung des amorphen Siliciumfilms gebildet.
Der isolierende Film wird gewöhnlich
in einer anderen Apparatur erzeugt. Deshalb ist es schwierig, saubere
Grenzen oder Grenzflächen
zwischen den jeweiligen Filmen aufrecht zu halten, und deshalb ist
es schwierig, gute Vorrichtungskenndaten bereit zu stellen. Überdies werden
lange Zeiträume
für das
Transportieren des Substrates zwischen den Apparaturen und das wiederholte
Erwärmen
des Substrates benötigt,
was einen schlechten Durchsatz zur Folge hat.
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Gemäß dem Verfahren,
bei welchem der amorphe Siliciumfilm mit einem Laserstrahl bestrahlt
wird, muss der Laser eine sehr hohe Energiedichte haben, um den
kristallinen Siliciumfilm mit einem Kristallkorn-Durchmesser eines
praktisch benötigten
Wertes von 200 nm oder mehr, und noch bevorzugter eines Wertes von
300 nm oder mehr, bereit zu stellen. Dazu muss die Laserbestrahlungsapparatur
eine hohe Leistung haben. Demgemäss
wird eine teure Apparatur benötigt,
und der mit einer hohen Leistung emittierte Laserstrahl wird instabil,
was zu einer Verringerung der Produktivität führt.
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Weil
der amorphe Siliciumfilm eine große Menge an hinein gemischtem
Wasserstoff enthält,
würde die Qualität des Films
wegen des Herauspuffens von Wasserstoff beeinträchtigt werden, wenn der Film
so, wie er war, mit dem Laserstrahl bestrahlt werden würde. Deshalb
muss an dem auf dem Substrat erzeugten amorphen Siliciumfilm Wärmebehandlung
durchgeführt
werden, um den Wasserstoff zu entfernen, und auf diese Weise wird
eine zeitraubende Verarbeitung benötigt.
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In
dem kristallinen Siliciumfilm, welcher durch Kristallisieren des
amorphen Siliciumfilms erzeugt wird, sind viele nicht abgesättigte Bindungen.
Um gute Vorrichtungskenndaten zu erhalten, müssen daher die nicht abgesättigten
Bindungen mit Wasserstoff abgesättigt
werden, indem der kristalline Siliciumfilm Wasserstoffplasma ausgesetzt
wird, was ebenfalls zeitraubende Verarbeitung erforderlich macht.
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In
dem Verfahren des Kristallisierens des amorphen Siliciumfilms durch
Laserstrahlbestrahlung muss der Laser eine extrem hohe Energiedichte
haben, um den kristallinen Siliciumfilm mit einem Kristallkorn-Durchmesser
eines praktisch zulässigen
Wertes zu erzeugen, wie bereits beschrieben. Jedoch können die
Vakuumabscheidung, Kathodenzerstäubungsabscheidung
und andere Verfahren die amorphen Siliciumfilme nicht mit einer
ausreichend hohen Haftung an dem Substrat erzeugen. Daher neigt
der Film zur örtlichen
Abtrennung wegen einer Spannung, die in dem Film während des
Lasertemperns auftritt.
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In
dem Fall, bei dem der amorphe Siliciumfilm mittels Vakuumabscheidung,
Kathodenzerstäubungsabscheidung
oder dergleichen erzeugt wird, ist es schwierig, den Korndurchmesser
des Kristalls zu steuern, der durch die spätere Kristallisierungsverarbeitung
gebildet wird. Deshalb kann der letztlich gebildete Film einen nicht
ausreichend großen
Kristallkorndurchmesser aufweisen, oder er kann einen übermäßig großen Kristallkorndurchmesser
aufweisen, was Unregelmäßigkeiten
an den Korngrenzen und daher eine große Oberflächen-Rauhigkeit des Films zur Folge hat.
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EP-A-0652308
offenbart eine Apparatur und ein Verfahren zum Bilden eines einkristallinen
dünnen Films
auf einem amorphen Substrat. Das Substrat wird auf einen beweglichen
und erwärmbaren
Substrathalter verbracht, der dazu konstruiert ist, das Substrat
in die Vakuumkammern einzuführen
und es aus diesen herauszunehmen. Zuerst wird mittels eines CVD-Verfahrens
ein amorpher dünner
Film auf dem Substrat aufgebracht. In einem zweiten Schritt bestrahlt
eine Energiestrahlbestrahlungsapparatur den gebildeten amorphen dünnen Film,
um eine kristalline Schicht zu bilden.
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Patent
Abstracts of Japan, Vol. 014, Nr. 459 (C-0767) offenbart eine Apparatur
und ein Verfahren zur Bildung eines polykristallinen dünnen Films
mit einem großen
Kristallkorndurchmesser auf einem isolierenden Substrat. Zuerst
wird ein amorpher dünner
Film auf dem Substrat aufgebracht; in einem zweiten Schritt wird der
genau bezeichnete Fleck mit einem Ar-Laser bestrahlt, um die Schicht
umzukristallisieren und einen Einkristall zu bilden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Demgemäss ist es
ein Ziel der Erfindung, eine Filmbildungsapparatur, welche einen
kristallinen Siliciumfilm, der als ein Halbleiterfilm für einen
TFT oder dergleichen verwendet wird und der eine gute Qualität bei hoher
Produktivität
hat, erzeugen kann, ebenso wie ein Verfahren zum Erzeugen eines
derartigen kristallinen Siliciumfilms, bereit zu stellen.
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Ein
anderes Ziel der Erfindung ist es, eine Filmbildungsapparatur, welche
einen kristallinen Siliciumfilm, der als ein Halbleiterfilm für einen
TFT oder dergleichen verwendet wird und der eine gute Qualität auf einem
Substrat mit einer guten Haftung hat, erzeugen kann, ebenso wie
ein Verfahren zum Erzeugen eines derartigen kristallinen Siliciumfilms,
bereit zu stellen.
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Noch
ein anderes Ziel der Erfindung ist es, eine Filmbildungsapparatur,
welche einen kristallinen Siliciumfilm, der als ein Halbleiterfilm
für einen
TFT oder dergleichen verwendet wird und der eine gute Qualität und einen
vorbestimmten Kristallkorndurchmesser hat, erzeugen kann, ebenso
wie ein Verfahren zum Erzeugen eines derartigen kristallinen Siliciumfilms,
bereit zu stellen.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Filmbildungsapparatur,
welche einen kristallinen Siliciumfilm einer guten Qualität, der als
ein Halbleiterfilm für
einen TFT oder dergleichen verwendet wird, ebenso wie einen Elektroisolierfilm,
wie einen über
den kristallinen Siliciumfilm geschichteten Film aus einer Siliciumverbindung,
und noch spezifischer die Filme mit guter Produktivität erzeugen
kann, während
Defekte an Grenzflächen
dieser Filme ausreichend unterdrückt
werden, bereitzustellen.
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Die
Erfindung stellt eine Filmbildungsapparatur bereit, dadurch charakterisiert,
dass die Apparatur umfasst:
eine Siliciumfilmbildungs-Vakuumkammer
zum Bilden eines kristallinen Siliciumfilms auf einem Substrat,
eine
Ionenquelle, die in der Vakuumkammer vorgesehen ist, zum Emittieren
eines Ionenstrahls zu dem Substrat,
eine Filmbildungsvorrichtung,
die in der Vakuumkammer vorgesehen ist, zum Bilden eines Vorfilms
für den kristallinen
Siliciumfilm auf einer Targetoberfläche des Substrats in einem
Ionenstrahl-Emissionsbereich,
eine Energiestrahl-Bestrahlungsvorrichtung,
die für
die Vakuumkammer vorgesehen ist, zum Bestrahlen des Vorfilms mit
einem Energiestrahl in einem Energiestrahl-Bestrahlungsbereich zum
Kristallisieren des Vorfilms und
eine Substrattransportiervorrichtung,
die in der Vakuumkammer angeordnet ist, zum Bewegen des Substrats vom
Ionenstrahl-Emissionsbereich zum Energiestrahl-Bestrahlungsbereich
in einer solchen Weise, dass die Oberfläche dieses Substrats mit dem
darauf gebildeten Vorfilm im Ionenstrahl-Emissionsbereich durch
den Energiestrahl-Bestrahlungsbereich geführt werden kann, während der Vorfilm
auf der Targetoberfläche
des sich durch den Ionenstrahl-Emissionsbereich bewegenden Substrats
gebildet wird.
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Die
Erfindung stellt auch ein Herstellungsverfahren für einen
kristallinen Siliciumfilm bereit, dadurch gekennzeichnet, dass das
Verfahren umfasst die Schritte:
Herstellen einer Filmbildungsapparatur
mit einer Siliciumfilmbildungs-Vakuumkammer
zum Bilden eines kristallinen Siliciumfilms auf einem Substrat,
die versehen ist mit einer Ionenquelle, die in der Vakuumkammer
vorgesehen ist, zum Emittieren eines Ionenstrahls zu dem Substrat,
einer Filmbildungsvorrichtung, die in der Vakuumkammer vorgesehen
ist, zum Bilden eines Vorfilms für
den kristallinen Siliciumfilm auf einer Targetoberfläche des
Substrats in einem Ionenstrahl-Emissionsbereich,
einer Energiestrahl-Bestrahlungsvorrichtung, die für die Vakuumkammer
vorgesehen ist, zum Bestrahlen des Vorfilms mit einem Energiestrahl
in einem Energiestrahl-Bestrahlungsbereich zum Kristallisieren des
Vorfilms, und einer Substrattransportiervorrichtung, die in der
Vakuumkammer angeordnet ist, zum Bewegen des Substrats von dem Ionenstrahl-Emissionsbereich zum
Energiestrahl-Bestrahlungsbereich,
Einbringen des Substrats
in die Siliciumfilmbildungs-Vakuumkammer,
Emittieren des Ionenstrahls
auf die Targetoberfläche
des Substrats, das in der Vakuumkammer lokalisiert ist, von der
Ionenquelle,
Bilden des Vorfilms für den kristallinen Siliciumfilm
auf der Targetoberfläche
des Substrats in dem Ionenstrahl-Emissionsbereich in der Vakuumkammer
durch die Filmbildungsvorrichtung und
Herstellen des beabsichtigten
kristallinen Siliciumfilms aus dem Vorfilm durch Bestrahlen des
Vorfilms in der Vakuumkammer mit dem Energiestrahl, der von der
Energiestrahl-Bestrahlungsvorrichtung emittiert wird, zum Kristallisieren
des Vorfilms, während
das Substrat durch die Substrattransportiervorrichtung von dem Ionenstrahl-Emissionsbereich
zum Energiestrahl-Bestrahlungsbereich in einer solchen Weise bewegt
wird, dass die Oberfläche
dieses Substrats mit dem darauf gebildeten Vorfilm in dem Ionenstrahl-Emissionsbereich
durch den Energiestrahl-Bestrahlungsbereich
geführt
wird, während
der Vorfilm auf der Targetoberfläche
des sich durch den Ionenstrahl-Emissionsbereich bewegenden Substrats
gebildet wird.
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Gemäß der Erfindung
kann die Bildung des Vorfilms des kristallinen Siliciumfilms und
die darauffolgende Bestrahlung des Vorfilms mit dem Energiestrahl
kontinuierlich in der selben Vakuumkammer durchgeführt werden.
Deshalb kann die zum Transportieren des Substrates benötigte Zeit
ebenso wie die zum Erwärmen des
Substrates benötigte
Zeit bedeutend verringert werden, so dass der Durchsatz verbessert
werden kann. Weil ferner die Bildung des Vorfilms und die Bestrahlung
mit dem Energiestrahl in der selben Vakuumkammer durchgeführt werden
können,
ist es möglich,
den kristallinen Siliciumfilm mit einer guten Qualität herzustellen, während Anhaften
von Verunreinigungen und Anderem unterdrückt werden.
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Die
vorstehenden und andere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlicher werden, wenn
sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen erfasst wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
schematisch ein Beispiel einer Struktur einer erfindungsgemäßen Filmbildungsapparatur;
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2 zeigt
schematisch ein anderes Beispiel einer Struktur einer erfindungsgemäßen Filmbildungsapparatur;
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3 zeigt
schematisch noch ein anderes Beispiel einer Struktur einer erfindungsgemäßen Filmbildungsapparatur;
und
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4 zeigt
schematisch noch ein anderes Beispiel einer Struktur einer erfindungsgemäßen Filmbildungsapparatur;
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung beinhaltet eine Filmbildungsapparatur eine Siliciumfilmbildungs-Vakuumkammer
zum Bilden eines kristallinen Siliciumfilms auf einem Substrat;
eine Filmbildungsvorrichtung, die für die Vakuumkammer bereitgestellt
ist, zum Bilden eines Vorfilms für
den kristallinen Siliciumfilm auf einer Targetoberfläche des
Substrats; und eine Energiestrahl-Bestrahlungsvorrichtung, die für die Vakuumkammer
bereitgestellt, ist, zum Bestrahlen des Vorfilms mit einem Energiestrahl
zum Kristallisieren des Vorfilms.
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Außerdem beinhaltet
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ein Herstellungsverfahren für einen kristallinen Siliciumfilm
die Schritte des Herstellens einer Filmbildungsapparatur mit einer
Siliciumfilmbildungs-Vakuumkammer zum Bilden eines kristallinen
Siliciumfilms auf einem Substrat, die versehen ist mit einer Filmbildungsvorrichtung
zum Bilden eines Vorfilms für
den kristallinen Siliciumfilm auf einer Targetoberfläche des
Substrats und einer Energiestrahl-Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen
des Vorfilms mit einem Energiestrahl zum Kristallisieren des Vorfilms;
Einbringen des Substrats in die Siliciumfilmbildungs-Vakuumkammer, und
Bilden des Vorfilms für
den kristallinen Siliciumfilm auf der Targetoberfläche des
Substrats mittels der Filmbildungsapparatur; und Herstellen des
beabsichtigten kristallinen Siliciumfilms aus dem Vorfilm durch Bestrahlen
des Vorfilms in der Vakuumkammer mit dem von der Energiestrahl-Bestrahlungsvorrichtung
emittierten Energiestrahl zum Kristallisieren des Vorfilms nach
der Bildung des Vorfilms.
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Gemäß der Filmbildungsapparatur
und dem Herstellungsverfahren für
einen kristallinen Siliciumfilm wie vorstehend beschrieben können das
Bilden des Vorfilms für
den kristallinen Siliciumfilm und das nachfolgende Bestrahlen des
Vorfilms mit dem Energiestrahl kontinuierlich in der selben Vakuumkammer
durchgeführt
werden. Deshalb kann die zum Transportieren des Substrates ebenso
wie die zum Erwärmen
des Substrates benötigte
Zeit bedeutend verringert werden, so dass der Durchsatz verbessert
werden kann. Weil ferner das Bilden des Vorfilms und das Bestrahlen
mit dem Energiestrahl in der selben Vakuumkammer durchgeführt werden
können,
ist es möglich
den kristallinen Siliciumfilm mit einer guten Qualität herzustellen,
während das
Anhaften von Verunreinigungen und anderem unterdrückt wird.
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Die
Filmbildungsapparatur kann den Vorfilm unmittelbar auf der Targetoberfläche, das
heißt
der Oberfläche
des Substrates, auf welcher der kristalline Siliciumfilm gebildet
werden soll, erzeugen, oder sie kann den Vorfilm auf der Targetoberfläche, auf
welcher ein Elektroisolierfilm oder dergleichen bereits gebildet
ist, erzeugen.
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Die
Filmbildungsvorrichtung (mit anderen Worten die Vakuumkammer zur
Erzeugung des Siliciumfilms) ist mit einer Ionenquelle zum Emittieren
eines Ionenstrahls auf das Substrat versehen. Die Filmbildungsvorrichtung
kann zum Beispiel eine Plasma-CVD-Vorrichtung
oder eine Vorrichtung zum Sputtern (Kathodenzerstäubung) sein.
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Hierdurch
kann der Film auf dem Substrat mittels des Plasma-CVD-Verfahrens
oder dergleichen gebildet werden, und ferner kann der Ionenstrahl
darauf emittiert werden. Indem die Ionenspezies, Ionenemissionsenergie
und anderes in geeigneter Weise ausgewählt oder geregelt werden, werden
Auswirkungen wie Oberflächenanregung,
Verbesserung der Kristallinität
und Steuerung der Kristall-Orientierung
erreicht und Wanderung von Siliciumatomen wird beschleunigt, und
der Siliciumfilm mit guter Kristallinität kann auf dem Substrat bei
einer verhältnismäßig niedrigen
Temperatur gebildet werden. In diesem Fall ist es zu bevorzugen, dass
die Ionenquelle den Ionenstrahl mit einer Energie von etwa 100 eV
bis etwa 1 keV emittieren kann.
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Der
in der vorstehenden Weise gebildete Vorfilm kann einen vorbestimmten
Kristallkorndurchmesser von etwa 10 nm oder mehr haben, und es ist
möglich,
die Energiedichte des daraufhin zum Erhalten des kristallinen Siliciumfilms
mit einem in der Praxis erforderlichen Kristallkorndurchmesser zu
emittierenden Energiestrahls zu verringern.
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Das
Substrat kann vor der Bildung des Vorfilms mit einem Ionenstrahl
bestrahlt werden oder während einer
Anfangsstufe der Bildung des Vorfilms mit einem Ionenstrahl bestrahlt
werden. In dem Fall, bei dem der Ionenstrahl vor der Bildung des
Vorfilms emittiert wird, kann das Substrat während der Bildung des Vorfilms eine
mikrokristalline Keimschicht auf seiner Oberfläche haben, und der derart gebildete
Vorfilm kann eine obere Schicht aufweisen, welche eine amorphe Siliciumschicht
ist. In dem Fall, bei dem der Ionenstrahl während der Anfangsstufe der
Bildung des Vorfilms emittiert wird, ist es möglich, den Vorfilm mit einer
solchen mikrokristallinen Keimschicht oder den Vorfilm mit einer
Mischschicht, die mit dem Substrat gemischt ist, an der Grenze zwischen
dem Substrat und einer oberen Schicht, die eine amorphe Siliciumschicht
ist, zu erzeugen.
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Die
mikrokristalline Keimschicht aus Silicium kann durch Einsatz der
Ionenquelle, die den Ionenstrahl mit einer Emissionsenergie von
etwa 500 eV bis etwa 10 keV emittieren kann, gebildet werden. Die
Mischschicht aus dem Substrat und dem Vorfilm kann durch Einsatz
der Ionenquelle, die den Ionenstrahl mit einer Emissionsenergie
von etwa 2 keV bis etwa 10 keV emittieren kann, gebildet werden.
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Das
Vorhandensein der derart gebildeten Mischschicht verbessert die
Haftung zwischen dem Substrat und dem Vorfilm, so dass örtliche
oder teilweise Abtrennung des Films nicht mit Wahrscheinlichkeit
auftritt, sogar wenn danach wegen der Bestrahlung mit dem Energiestrahl
aus der Energiestrahl-Bestrahlungsvorrichtung eine große innere
Spannung auftritt. Daher ist es möglich, die Energiedichte des
Energiestrahls zu erhöhen,
was den verfügbaren
Bereich der Energiedichte ausdehnt.
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In
dem Fall, bei dem die mikrokristalline Keimschicht gebildet werden
soll, können
der Kristallkorndurchmesser und die Dichte der mikrokristallinen
Keime ebenso wie die Dicke und anderes der mikrokristallinen Keimschicht
gesteuert werden, wodurch es möglich
ist, den Kristallkorndurchmesser des kristallinen Siliciumfilms,
der später
gebildet werden wird, ebenso wie Unregelmäßigkeiten (Konkavitäten und
Konvexitäten) und
anderes der Kristallkorngrenzen zu steuern, und deshalb kann der
letztendlich gebildete Siliciumfilm eine gute Kristallinität ohne nicht
zu bevorzugende Oberflächenrauhigkeit
aufweisen.
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Der
kleine Kristallkorndurchmesser des mikrokristallinen Keimes erlaubt
die Verwendung nicht nur des Energiestrahls mit einer hohen Energiedichte
zum Kristallisieren, sondern auch des Energiestrahls mit einer niedrigeren
Energiedichte. Durch Steuern des Korndurchmessers und anderem der
mikrokristallinen Keime in der mikrokristallinen Keimschicht ist
es daher möglich,
Kristalle mit dem Energiestrahl einer aus einem weiten Bereich zwischen
hohen und niedrigen Energiedichten auswählbaren Energiedichte wachsen
zu lassen. Demgemäss
kann der Ausstoß des
Energiestrahls mit einer verhältnismäßig geringen
Genauigkeit geregelt werden und ein Energiestrahl einer niedrigen
Energiedichte kann verwendet werden, so dass die Kosten der Energiestrahl-Bestrahlungsvorrichtung
verringert und die Gebrauchsdauer der Vorrichtung erhöht werden
kann.
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Um
den Energiestrahl einer hohen Energiedichte zu emittieren, muss
die Energiestrahl-Bestrahlungsvorrichtung eine hohe Leistung haben,
was die Kosten der Vorrichtung erhöht. Auch wird der mit einer
hohen Leistung emittierte Laserstrahl instabil, so dass gleichmäßige Kristalle
nicht ohne Schwierigkeit gezüchtet
werden können.
Im Gegensatz dazu kann der Kristallkorndurchmesser der mikrokristallinen
Keimschicht klein gehalten werden, und es ist möglich, den Energiestrahl in
dem Ausgangsleistungsbereich der verhältnismäßig niedrigen und stabilen
Energiedichte zu verwenden. Demgemäss ist es möglich, einen kristallinen Siliciumfilm mit
gleichmäßigen Kristallkorndurchmessern
und einer glatten Oberfläche
herzustellen.
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Wie
vorstehend beschrieben, muss die Bestrahlung mit dem Ionenstrahl
nicht während
des ganzen Zeitraums zum Bilden des Vorfilms des kristallinen Siliciumfilms
durchgeführt
werden, sondern kann nur in der Anfangsstufe des vorstehenden Zeitraums
oder vor diesem durchgeführt
werden, so dass die mikrokristalline Keimschicht in dem eingeschränkten Teil,
das heißt
der Grenze zwischen dem Vorfilm und dem Substrat, gebildet wird.
In diesem Fall wachsen während
des nachfolgenden Kristallisierungsvorgangs Siliciumkristalle mit gleichmäßigen Korndurchmessern,
so dass es möglich
ist, Defekte (Unregelmäßigkeiten)
in der Oberfläche des
letztendlich hergestellten kristallinen Siliciumfilms zu verringern.
Außerdem
lässt der
Kristallisierungsvorgang die Kristallkörner um die aus den Mikrokristallen
gebildeten Keime herum wachsen. Daher können Defekte in den Kristallkörnern des
ganzen Films verringert werden. Dies verbessert die Produktivität.
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In
der mit der Ionenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung versehenen Filmbildungsapparatur
kann Bestrahlung mit dem Ionenstrahl mit einem der vorstehenden
Verfahren durchgeführt
werden. In diesem Fall ist es zu bevorzugen, die Ionenspezies, Ionen-Emissionsenergie,
Dosis und anderes so zu regeln, dass der Vorfilm mit einer Wasserstoffkonzentration
von etwa 3 × 102 pcs/cm3 oder weniger
versehen wird. Dadurch ist es möglich, Beeinträchtigung
der Filmqualität
zu unterdrücken,
die durch Herauspuffen von Wasserstoff während der Bestrahlung mit dem
Energiestrahl verursacht werden kann, ohne dass Wasserstoffentzugs-Verarbeitung, wie
Erwärmen,
vor der Bestrahlung mit dem Energiestrahl erforderlich ist.
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Wenn
die Filmbildungsapparatur den Film mit dem CVD-Verfahren, wie einem
Plasma-CVD-Verfahren unter Verwendung eines Gases für das Filmmaterial
bildet, kann das Gas für
das Filmmaterial ein Silicium-haltiges Gas sein, wie ein Siliciumhydridgas
[zum Beispiel Monosilangas (SiH4) oder Disilangas
(Si2H6)], ein Siliciumfluoridgas
[zum Beispiel Siliciumtetrafluoridgas (SiF4)]
oder ein Siliciumchloridgas [zum Beispiel Siliciumtetrachloridgas
(SiCl4)] und es kann auch ein Gas sein,
welches ein derartiges Gas enthält.
Zusätzlich
zu dem vorstehenden Silicium-haltigen Gas kann ein Gas, welches
Wasserstoffgas (H2) enthält, verwendet werden.
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Zusatz
des Wasserstoffgases in das Film-Materialgas beschleunigt die Reaktion
des Wasserstoffs mit Siliciumatomen und/oder Molekülen von
SiHn (n = 1, 2 oder 3), die durch die Zersetzung
des Silicium-haltigen Gases ausgestoßen werden. Dadurch werden
nicht abgesättigte
Bindungen in dem Silicium-Silicium-Netzwerk und Defekte in dem Film
unterdrückt.
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Als
die Ionenspezies des Ionenstrahls kann die Ionenquelle Ionen mindestens
einer Art von Gas unter inerten Gasen, (zum Beispiel Heliumgas (He),
Neongas (Ne), Argongas (Ar), Kryptongas (Kr) oder Xenongas (Xe)),
reaktiven Gasen (zum Beispiel Wasserstoffgas (H2),
Fluorgas (F2), Fluorwasserstoffgas (HF))
und den bereits als das Film-Materialgas beschriebenen Silicium-haltigen
Gasen emittieren. Ionen von inerten Gasen mit einer Massenzahl gleich
oder größer als
diejenige von Argongas werden nicht verwendet, wenn derartige Ionen
den zu bildenden Film beeinträchtigen
können
und/oder die Bildung des Vorfilms einer angestrebten Qualität behindern
können,
so dass Hohlräume
oder Fehlstellen in dem Film während
der darauf folgenden Kristallisation durch Bestrahlung mit dem Energiestrahl
auftreten können.
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Bestrahlung
mit den vorstehend beschriebenen Inertgas-Ionen erlaubt Steuerung
der physikalischen Anregung zur Kristallisation. Wenn diejenigen
Gase unter den reaktiven Gasen und den Silicium-haltigen Gasen,
die vorstehend beschrieben wurden, verwendet werden, die Wasserstoff
(H) und/oder Fluor (F) enthalten, werden Wasserstoffatome und/oder
Fluoratome mit Siliciumatomen in der amorphen Phase des Films verbunden
und verdampfen diese. Dadurch wird Kristallisation des Siliciums
beschleunigt, und nicht abgesättigte
Bindungen in dem Silicium-Silicium-Netzwerk und Defekte in dem Film werden
unterdrückt.
Demgemäss
ist es durch fortlaufendes Bestrahlen des Vorfilms mit den Ionenstrahlen
während
der Bildung des Vorfilms möglich, den
Silicium-Vorfilm mit einer weiter verbesserten Kristallinität zu erzeugen.
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Die
Energiestrahl-Bestrahlungsvorrichtung kann typischerweise eine Struktur
haben, die einen Laser (Laserstrahl) emittieren kann, wie einen
KrF-Laser, XeCl-Laser und Ar-Ionen-Laser. Zusätzlich kann sie eine Struktur
haben, die einen Elektronenstrahl und anderes emittieren kann.
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Die
Filmbildungsapparatur kann eine solche Struktur haben, dass die
zur Bildung des Siliciumfilms für die
Vakuumkammer vorgesehene Filmbildungsvorrichtung den Film in einer
ersten vorbestimmten Richtung über
eine Länge
der Targetoberfläche
des Substrates hinweg bilden kann (in diesem Fall bestrahlt die
Ionenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung
die Targetoberfläche über die
Länge in
der ersten Richtung mit dem Ionenstrahl), dass die Energiestrahl-Bestrahlungsvorrichtung
die Targetoberfläche
des Substrates über
die Länge
in der ersten Richtung mit dem Energiestrahl bestrahlen kann, und
dass eine Substrattransportiervorrichtung zum Bewegen des Substrats
in einer zweiten Richtung, die quer (und gewöhnlich senkrecht zu) der ersten Richtung
ist, in der Vakuumkammer angeordnet ist.
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In
dem vorstehenden Verfahren zum Herstellen des kristallinen Siliciumfilms
kann die Filmbildungsvorrichtung eine derartige Struktur einsetzen,
dass der Vorfilm über
die Länge
in der ersten Richtung der Targetoberfläche des Substrates gebildet
werden kann, und die Energiestrahl-Bestrahlungsvorrichtung kann
eine derartige Struktur einsetzen, welche die Targetoberfläche des
Substrates über
die Länge
in der ersten Richtung mit dem Energiestrahl bestrahlen kann. Der
beabsichtigte kristalline Siliciumfilm kann in aufeinanderfolgender
Weise durch Betätigen
der Filmbildungsvorrichtung, um kontinuierlich den Vorfilm in der
ersten Richtung auf der Targetoberfläche des Substrates zu bilden,
und gleichzeitig Betätigen
der Energiestrahl-Bestrahlungsvorrichtung, um den gebildeten Vorfilm
mit dem Energiestrahl zu bestrahlen, während das Substrat in der zweiten
Richtung quer zu der ersten Richtung bewegt wird.
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Gemäß der Filmbildungsapparatur
und dem Filmbildungsverfahren wie vorstehend beschrieben kann ein
Bereich, der durch die Energiestrahl-Bestrahlungsvorrichtung mit
dem Energiestrahl bestrahlt wird, eine rechteckige Form haben oder
eine lineare Form haben, welche sich über die Länge in der ersten Richtung
der Targetoberfläche
des Substrates erstreckt.
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Wenn
der kristalline Siliciumfilm mit der vorstehenden Apparatur und
dem vorstehenden Filmbildungsverfahren gebildet wird, bewegt die
Substrattransportiervorrichtung das Substrat in der zweiten Richtung
der Targetoberfläche
in der Siliciumfilmbildungs-Vakuumkammer, wodurch der Vorfilm den
Energiestrahl-Bestrahlungsbereich durchlaufen kann, während der
Vorfilm auf der Targetoberfläche
des Substrates gebildet wird, und dadurch kann der kristalline Siliciumfilm
auf nacheinander folgende Weise gebildet werden. Dank dieser Art
kann der kristalline Siliciumfilm auf der Targetoberfläche des
Substrates mit einem höheren
Durchsatz gebildet werden, sogar wenn das Substrat eine längliche
Form hat.
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Die
Filmbildungsapparatur gemäß der Erfindung
kann eine derartige Struktur haben, dass eine Vakuumkammer zum Bilden
eines Elektroisolierfilms, wie eines Films aus einer Siliciumverbindung
(zum Beispiel Siliciumoxidfilm, Siliciumnitridfilm oder dergleichen) über eine
Verbindung, die nach außen
hermetisch abgeschlossen ist, mit der Siliciumfilmbildungs-Vakuumkammer
verbunden ist. Gemäß dieser
Struktur ist es möglich,
bevor der kristalline Siliciumfilm in der Siliciumfilmbildungs-Vakuumkammer gebildet
wird und/oder nachdem der kristalline Siliciumfilm gebildet wurde,
den Elektroisolierfilm zu bilden, der auf dem Substrat zusammen
mit dem kristallinen Siliciumfilm eine geschichtete Struktur bildet,
und der keine oder nur eine abgesenkte Menge von durch Anhaften
von Verunreinigungen und anderem an der Filmgrenzfläche gebildeten
Grenzflächendefekten
enthält.
Weil die Bildung des kristallinen Siliciumfilms und die Bildung
des Elektroisolierfilms kontinuierlich durchgeführt werden können, ohne
den Vakuumzustand zu verlieren, ist es möglich, Abscheidung eines natürlichen
Oxidfilmes, von Feuchtigkeit, organischen Materialien und anderem
auf der Filmoberfläche zu
vermeiden, so dass das Substrat, welches mit dem kristallinen Siliciumfilm
beschichtet wird, mit guten Vorrichtungskenndaten erhalten werden
kann.
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Die
erfindungsgemäße Filmbildungsapparatur
kann mit einer Vorheiz-Vakuumkammer
zum Vorheizen des Substrats auf eine Filmbildungstemperatur vor
der Filmbildung versehen sein. Die Vorheiz-Vakuumkammer ist mit
der Siliciumfilmbildungs-Vakuumkammer über eine Verbindung, die nach
außen
hermetisch abgeschlossen ist, verbunden. Auch kann eine Vorvakuumkammer,
die den Außentransport
des Substrats ermöglicht,
mit der Siliciumfilmbildungs-Vakuumkammer über eine
Verbindung, die nach außen
hermetisch abgeschlossen ist, verbunden sein. Die erfindungsgemäße Filmbildungsapparatur
kann mit lediglich einer Vorvakuumkammer zum Hinein- und Heraustragen
des Substrates beziehungsweise mit verschiedenen Vorvakuumkammern
zum Hinein- und Heraustragen des Substrates versehen sein.
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Jede
aus der Elektroisolierfilmbildungs-Vakuumkammer, der Vorheiz-Vakuumkammer und
der/den Vorvakuumkammer(n) zum Hinein und/oder Heraustragen des
Substrates kann direkt mit der Siliciumfilmbildungs-Vakuumkammer verbunden
sein oder damit über
eine andere Vakuumkammer verbunden sein. Alles in allem wird von
der/den Verbindungen) mit der Siliciumfilmbildungs-Vakuumkammer
lediglich verlangt, nach außen
hermetisch abgeschlossen zu sein.
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Die
vorstehenden Vakuumkammern können über Ventile,
die in der Lage sind, die entsprechenden Kammern hermetisch abzuschließen, miteinander
verbunden sein, und können
in der Reihenfolge von zum Beispiel der Vorvakuumkammer zum Hineintragen
des Substrates, der Vorheiz-Vakuumkammer, der Siliciumfilmbildungs-Vakuumkammer, der
Elektroisolierfilmbildungs-Vakuumkammer und der Vorvakuumkammer
zum Heraustragen des Substrates angeordnet sein. In diesem Fall
wird das Substrat durch die Substrattransportiereinrichtung nacheinander
durch die vorstehenden Kammern transportiert, um den kristallinen
Siliciumfilm auf dem Substrat und den über diesem liegenden Isolierfilm
zu bilden. Jede Kammer kann über
ein Ventil mit einer Vakuumkammer zur Substrattransportierung, die
mit dem Transportroboter für
das Substrat versehen ist, verbunden sein. In diesem Fall wird das
Substrat über
die Substrattransportierungs-Vakuumkammer nacheinander zu den jeweiligen
Kammern zum Bilden des kristallinen Siliciumfilms und des Elektroisolierfilms
transportiert. Die Substrattransportierungs-Vakuumkammern können zwei
oder mehr an der Zahl sein.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt
eine schematische Struktur einer erfindungsgemäßen Filmbildungsapparatur,
welche das Verfahren der Erfindung ausführen kann. Diese Apparatur
hat eine Substrattransportierungs-Vakuumkammer C1 zum Transportieren
eines Substrates, welche mit einer Vorvakuumkammer C2 zum Hineintragen
des Substrates von Außen
verbunden ist, eine Vorheiz-Vakuumkammer C3 zum Vorheizen des Substrates,
eine erste Filmbildungs-Vakuumkammer (Siliciumfilmbildungs-Vakuumkammer)
C4 zum Bilden eines kristallinen Siliciumfilms, eine zweite Filmbildungs-Vakuumkammer
(Elektroisolierfilmbildungs-Vakuumkammer)
C5 zum Bilden eines Elektroisolierfilms und eine Vorvakuumkammer
C6 zum Heraustragen des Substrates über die Absperrschieber V2,
V3, V4, V5 beziehungsweise V6. Die Absperrschieber V1 und V7 sind
zwischen der Vakuumkammer zum Hereinbringen des Substrates C2 und
Außen
beziehungsweise der Vakuumkammer zum Herausbringen des Substrates
C6 und Außen
eingeschaltet.
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Obwohl
nicht gezeigt, sind diese Vakuumkammern mit jeweiligen Vakuumabsaugvorrichtungen
oder einer gemeinsamen Vakuumabsaugvorrichtung verbunden. Ein Transportroboter
für das
Substrat 1A ist in der Substrattransportierungs-Vakuumkammer
C1 angebracht. Eine Erwärmungsvorrichtung 3A ist
in der Vorheiz-Vakuumkammer C3 angebracht, um das Substrat auf die
Filmbildungstemperatur zu erwärmen.
Eine Plasma-CVD-Vorrichtung,
eine Ionenquelle und eine Laser-Bestrahlungsvorrichtung sind der
ersten Filmbildungs-Vakuumkammer C4 angegliedert. Obwohl in 1 nicht
gezeigt, sind diese Vorrichtungen die selben wie die in der Filmbildungsapparatur,
welche in spezifischer Weise später
mit Bezug auf 4 beschrieben werden wird, außer einigen
auf den Substrat-Hineinbringteil, den Substrat-Herausnehmteil und
andere angewendeten Modifikationen. Obwohl nicht gezeigt, ist die
zweite Filmbildungs-Vakuumkammer
C5 in dieser Ausführungsform
mit einer Plasma-CVD-Vorrichtung versehen.
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Zum
Bilden des kristallinen Siliciumfilms und des Elektroisolierfilms
auf dem Substrat durch die in 1 gezeigte
Filmbildungsapparatur saugt die Vakuumabsaugvorrichtung die Luft
oder ein Gas aus den Kammern C1, C3, C4 und C5 ab und verringert
die Drücke
darin auf vorbestimmte Niveaus. Das Substrat wird zuerst durch das
geöffnete
Ventil V1 in die Vorvakuumkammer C2 geführt. Dann wird das Ventil V1
geschlossen und die Luft wird aus der Kammer C2 abgesaugt, um einen
im Wesentlichen dem in der Kammer C1 gleichen Druck zu erreichen.
Dann werden die Ventile V2 und V3 geöffnet, und das Substrat wird
durch den Substrat-Transportroboter 1A in
der Substrattransportierungs-Vakuumkammer C1 in die Vorheiz-Vakuumkammer C3 übertragen.
Dann werden die Ventile V2 und V3 geschlossen. In der Kammer C3
erwärmt
die Heizvorrichtung 3A das Substrat auf eine Temperatur
gleich oder nahe einer vorbestimmten Filmbildungstemperatur. Dann
werden die Ventile V3 und V4 geöffnet,
und der Transportroboter für
das Substrat 1A transportiert das Substrat aus der Kammer
C3 in die erste Filmbildungs-Vakuumkammer
C4. Nach Schließen
der Ventile V3 und V4 wird auf dem Substrat durch Plasma-CVD und
Ionenstrahlbestrahlung in der Kammer C4 ein Vorfilm des kristallinen
Siliciumfilms erzeugt. Daraufhin wird der Vorfilm durch Bestrahlung
mit dem Laserstrahl kristallisiert, um den kristallinen Siliciumfilm
zu bilden. Dann werden die Ventile V4 und V5 geöffnet, und der Transportroboter
für das
Substrat 1A transportiert das Substrat aus der Kammer C4
in die zweite Filmbildungs-Vakuumkammer
C5. Nach Schließen
der Ventile V4 und V5 wird ein Film, wie ein Siliciumoxid-Film,
auf dem kristallinen Siliciumfilm durch Plasma-CVD in der Kammer
C5 gebildet. Dann werden die Ventile V5 und V6 geöffnet, und
der Transportroboter für
das Substrat 1A transportiert das mit dem kristallinen
Siliciumfilm und zum Beispiel dem Siliciumoxid-Film beschichtete
Substrat in die Vorvakuumkammer zum Herausbringen des Substrates
C6, aus welcher die Luft bereits abgesaugt ist, um einen im Wesentlichen
gleichen Druck wie den in der Kammer C1 zu erreichen. Dann werden
die Ventile V5 und V6 geschlossen, die Vakuumkammer C6 wird wieder
auf atmosphärischen
Druck gebracht und das Substrat wird durch das geöffnete Ventil
V7 ausgetragen. Danach wird das Ventil V7 geschlossen.
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Gemäß dieser
Filmbildungsapparatur können
das Vorerwärmen
des Substrates, die Bildung des Vorflms des kristallinen Siliciumfilms,
das Kristallisieren mit dem Laserstrahl und die Bildung des Elektroisolierfilmes
nacheinander ausgeführt
werden, ohne das Substrat der Atmosphäre auszusetzen. Demzufolge
wird Abscheidung des natürlichen
Oxidfilms, von Feuchtigkeit und organischen Materialien auf der
Filmgrenzfläche vermieden,
und es ist möglich,
das mit dem kristallinen Siliciumfilm oder dergleichen beschichtete
Substrat mit guten Vorrichtungskenndaten herzustellen. Weil diese
Vorgänge
kontinuierlich durchgeführt
werden können, können die
zum Transportieren und Erwärmen
des Substrates benötigten
Zeiträume
bedeutend verringert werden, und daher wird der Durchsatz verbessert.
Insbesondere kann die Bildung des Vorfilms des kristallinen Siliciumfilms
und die darauf folgende Bestrahlung mit dem Energiestrahl in der
gleichen Vakuumkammer durchgeführt
werden, was den Durchsatz noch weiter verbessert.
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2 zeigt
eine schematische Struktur eines anderen Beispiels der erfindungsgemäßen Filmbildungsapparatur.
Diese Apparatur hat zwei Vakuumkammern C11 und C12 zum Transportieren
des Substrates. Die Vakuumkammer C11 ist mit der Vorvakuumkammer
C2 zum Substrattransport, der Vorheiz-Vakuumkammer C3 und der ersten
Filmbildungs-Vakuumkammer (Siliciumfilmbildungs-Vakuumkammer) C4
zum Bilden des kristallinen Siliciumfilms über die Absperrschieber V9,
V10 beziehungsweise V11 verbunden. Die Vakuumkammer C12 zur Substrattransportierung
ist mit der zweiten Filmbildungs-Vakuumkammer
C5 zum Bilden des Elektroisolierfilmes und der Vorvakuumkammer C6
zum Transportieren des Substrates über die Absperrschieber V13
beziehungsweise V14 verbunden. Die Substrattransportierungs-Vakuumkammern
C11 und C12 sind miteinander über
einen Absperrschieber V12 verbunden. Die Absperrschieber V8 und
V15 sind zwischen der Vorvakuumkammer C2 zum Hereinbringen des Substrates
und Außen
beziehungsweise der Vorvakuumkammer C6 zum Herausbringen des Substrates
und Außen
angeordnet.
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Jede
der Vakuumkammern in 2 ist im Wesentlichen die Gleiche
wie die entsprechende Vakuumkammer in 1. In den
Vakuumkammern C11 und C12 zur Substrattransportierung angebrachte
Substrattransport-Roboter sind durch die Bezugsziffern „11A" beziehungsweise „12A" bezeichnet.
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Zum
Bilden des kristallinen Siliciumfilms und von anderem auf dem Substrat
durch die in 2 gezeigte Filmbildungsapparatur
wird das Substrat nacheinander durch die Vorvakuumkammer C2 zum
Hereinbringen des Substrates, die Substrattransportierungs-Vakuumkammer
C11, die Vorheiz-Vakuumkammer C3, die Substrattransportierungs-Vakuumkammer
C11, die erste Filmbildungs-Vakuumkammer
C4, die Substrattransportierungs-Vakuumkammer C11, die Substrattransportierungs-Vakuumkammer
C12, die zweite Filmbildungs-Vakuumkammer
C5, die Substrattransportierungs-Vakuumkammer C12 und die Vorvakuumkammer
C6 zum Herausbringen des Substrates bewegt. Dadurch werden das Vorerwärmen des
Substrates, die Bildung des Vorfilms des kristallinen Siliciumfilms,
die Kristallisierung mit dem Laserstrahl und die Bildung des Elektroisolierfilmes
nacheinander in ähnlicher
Weise wie in der in 1 gezeigten Apparatur ausgeführt.
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3 zeigt
eine schematische Struktur noch eines anderen Beispiels der erfindungsgemäßen Filmbildungsapparatur.
Die Filmbildungsapparatur beinhaltet die Vorvakuumkammer C2 zum
Hereinbringen des Substrates, die Vorheiz-Vakuumkammer C3, die erste Filmbildungs-Vakuumkammer
C4 zum Bilden des kristallinen Siliciumfilms, die zweite Filmbildungs-Vakuumkammer
C5 zum Bilden des Elektroisolierfilmes und die Vorvakuumkammer C6
zum Herausbringen des Substrates, welche über die Absperrschieber V17,
V18, V19 und V20 miteinander verbunden sind. Die Absperrschieber
V16 und V21 sind zwischen der Vorvakuumkammer C2 zum Hereinbringen
des Substrates und Außen
und zwischen der Vorvakuumkammer C6 zum Herausbringen des Substrates
und Außen
angeordnet. Die jeweiligen Vakuumkammern sind im Wesentlichen die
Gleichen wie diejenigen in der Apparatur in 1.
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Zum
Bilden des kristallinen Siliciumfilms und von anderem auf dem Substrat
durch die in 3 gezeigte Apparatur wird das
Substrat nacheinander durch die Vorvakuumkammer C2 zum Hereinbringen
des Substrates, die Vorheiz-Vakuumkammer
C3, die erste Filmbildungs-Vakuumkammer C4, die zweite Filmbildungs-Vakuumkammer
C5 und die Vorvakuumkammer C6 zum Herausbringen des Substrates bewegt.
Dadurch werden das Vorerwärmen
des Substrates, die Bildung des Vorfilms des kristallinen Siliciumfilms,
die Kristallisierung mit dem Laserstrahl und die Bildung des Elektroisolierfilmes
nacheinander in ähnlicher
Weise wie in der in 1 gezeigten Apparatur ausgeführt.
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4 zeigt
eine schematische Struktur noch eines anderen Beispiels der erfindungsgemäßen Filmbildungsapparatur.
Diese Apparatur beinhaltet eine Plasmaerzeugungskammer C, welche
mit einer Vakuumabsaugvorrichtung 18 und einem Zufuhrteil
für Materialgas 12 verbunden
ist. Der Zufuhrteil für
Materialgas 12 beinhaltet ein ringförmiges Gasstrahlrohr 121 zum
Zuführen
des Film-Materialgases in ein niedrigeres Gebiet innerhalb einer
zylindrischen Elektrode 14a mit einem kreisförmigen oder
rechteckigen Querschnitt, die in der Kammer C untergebracht ist,
und beinhaltet auch eine Quelle für Materialgas, einen Regler
für den
Massenfluss und anderes. Unter diesen wird jedoch nur das ringförmige Gasstrahlrohr 121 in
der Abbildung gezeigt. In der Kammer C ist ein Substrat-Halteelement 11 angeordnet,
welches von einer Führung
(nicht gezeigt) geführt
wird und horizontal durch eine Antriebvorrichtung 100 zum
Bewegen des Substrates 10 in der Richtung eines Pfeils α in der Abbildung
hin und her bewegt werden kann. In der Kammer C ist das Element 11 auf
einem Heizelement 9 zum Erwärmen des Substrates angeordnet.
Obwohl auf die folgende Struktur nicht beschränkt, beinhaltet die Antriebvorrichtung 100 eine
Riemenübertragungsvorrichtung 101,
welche kontinuierlich in dem niedrigeren Teil der Plasmaerzeugungskammer
C angebracht ist und sich zwischen den linken und rechten Transportierungskammern
CL und CR erstreckt, die jede eine horizontal längliche Form haben. Die Antriebvorrichtung 100 beinhaltet
auch einen Motor M, der außerhalb
der Kammer angebracht ist, um die Riemenübertragungsvorrichtung 101 nach
vorwärts
und nach rückwärts anzutreiben.
Die Riemenübertragungsvorrichtung 101 wird
aus den in den Kammern CL beziehungsweise CR angebrachten Riemenscheiben
P1 und P2, und einem um diese herum gespannten Riemen BL gebildet.
Der Riemen BL ist mit dem Halteglied 11 gekuppelt, und
die Riemenscheibe P1 ist mit dem Motor M gekuppelt.
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Die
zylindrische Elektrode 14a mit einem kreisförmigen oder
rechteckigen Querschnitt ist an der Stelle angebracht, welche dem
Rand des Filmbildungsbereiches des durch das in der Plasmaerzeugungskammer
C untergebrachte Halteelement 11 gehaltenen Substrates 10 gegenüber liegt.
Die Elektrode 14a ist mit einer Hochfrequenz-Energiequelle 17 über ein
Passstück 16 verbunden.
Ein Magnet 100b, der ein Magnetfeld, um das Plasma stabil
aufrecht zu halten, aufbringt, ist an der Stelle, welche der Elektrode 14a entspricht,
um die Plasmaerzeugungskammer C herum angebracht. Eine Ionenquelle 2 befindet
sich gegenüber
dem Halteelement 11, mit der Elektrode 14a dazwischen.
Die Ionenquelle 2 ist mit dem Gas-Zufuhrteil 1 für die Ionenquelle verbunden
und ist mit einer Hochfrequenz-Energiequelle 4 über ein
Passstück 3 elektrisch
verbunden, um das Plasma aus dem Gas zu erzeugen. Ein Magnet 100a,
der ein Magnetfeld aufbringt, um das Plasma stabil aufrecht zu halten,
ist um die Ionenquelle 2 herum angebracht. Der Gas-Zufuhrteil 1 beinhaltet
gleichfalls eine Gasquelle und anderes, welche in der Abbildung
nicht gezeigt werden. Die Ionenquelle 2 hat ein Ionenstrahlerzeugungs-Elektrodensystem 21a,
das aus drei Elektroden gebildet wird, das heißt einer Beschleunigungselektrode,
einer Abbremselektrode und einer Erdungselektrode, welche in dieser
Reihenfolge, von der Innenseite der Ionenquelle her, angebracht
sind, um Ionen herzustellen. Eine Energiequelle für Beschleunigungsenergie 5 und
eine Energiequelle für
Abbremsenergie 6 sind zwischen dem Ionenstrahlerzeugungs-Elektrodensystem 21a und
der Ionenquelle 2 geschaltet. Obwohl die vorstehend beschriebene
Art der Anregung der Ionenquelle 2 vom Hochfrequenz-Typ
ist, können
andere Typen wie ein Glühwendel-Typ
und ein Mikrowellentyp verwendet werden. Obwohl das Ableitungs-Elektrodensystem 21a aus
drei Elektroden gebildet wird, kann es aus einer, zwei, vier oder
mehr Elektrode(n) gebildet werden. Die Elektrode 14a und
die Ionenquelle 2 haben Größen, welche die Filmbildung
und die Ionenstrahl-Bestrahlung über
die Länge
der Targetoberfläche
des Substrates 10 in einer ersten Richtung, welche eine
Breitenrichtung senkrecht zu der Richtung α der Substrattransportierung
in dieser Ausführungsform
ist, erlauben.
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Außerhalb
der Plasmaerzeugungskammer C ist eine Laserquelle 19 und
ein optisches System 20 zum Bestimmen eines mit dem aus
der Laserquelle 19 emittierten Laserlicht (Laserstrahl)
bestrahlten Bereiches angebracht. Ein Spiegel 22 zum Reflektieren
des Laserlichtes zu einer vorbestimmten Stelle ist zwischen der Elektrode 14a und
der Wand der Plasmaerzeugungskammer C angebracht. Ein Quarzfenster 21 ist
zwischen dem Spiegel 22 und dem optischen System 20 angeordnet.
Der Spiegel 22 und der Weg des Laserlichtes L sind mit
einer Schutzplatte 23 zum Abfangen des Plasmas und der
Ionenstrahlen bedeckt. In 4 stellt
G einen in jeder der Transportkammern CL und CR zum Herein- und
Heraustragen des Substrates bereitgestellten Absperrschieber dar.
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Ein
Beispiel einer Art der Herstellung des kristallinen Siliciumfilms
durch die vorstehende Apparatur wird jetzt nachstehend beschrieben.
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Zuerst
ist die Vakuum-Absaugvorrichtung 18 in Betrieb, um den
Druck in der Plasmaerzeugungskammer C auf einen vorbestimmten Wert
zu verringern. Der Zufuhrteil für
Materialgas 12 liefert das Materialgas, welches das Silicium-haltige
Gas und das Wasserstoff-haltige Gas enthält, in die Plasmaerzeugungskammer C,
und die Hochfrequenz-Energiequelle 17 liefert über das
Passstück 16 der
Elektrode 14a eine Hochfrequenz-Energie. Dadurch wird das
in die Kammer C eingeführte
Gas in das Plasma verwandelt. Auf diese Weise wird das Plasma an
einer Stelle 13 in 4 gebildet,
welche benachbart zu dem Rand des Targetbereiches des Substrates 10 sein
wird, das sich auf dem Halteelement 11 in der Plasmaerzeugungskammer
C befindet.
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Auf
diese Weise wird das Substrat 10 zum Abscheiden des Films
auf seiner Oberfläche
dem Plasma ausgesetzt, und die filmbildende Oberfläche wird
in der folgenden Weise mit den Ionenstrahlen bestrahlt. Das Materialgas
aus Ionen wird aus dem Quellgas-Zufuhrteil 1 in die Ionenquelle 2 eingeführt, und
eine Hochfrequenz-Energie wird dorthin über das Passstück 3 aus
der Energiequelle 4 angeliefert. Dadurch wird das Plasma
an der Stelle 8 innerhalb der Ionenquelle erzeugt, und
an das Ionenstrahlerzeugungs-Elektrodensystem 21a wird
von den Energiequellen 5 und 6 eine angemessene
Spannung angelegt, so dass aus dem Plasma 8 durch die Emissionsenergie
von 100 eV bis 10 keV Ionenstrahlen hergestellt werden, und die
Ionenstrahlen durch die Öffnung
in der Elektrode 14a auf das Substrat 10 aufgebracht
werden. Die Ionenspezies der Ionenstrahlen werden aus mindestens
einer Art von Gas unter Inertgas, reaktivem Gas und Siliciumhaltigem
Gas gemacht. Wenn in der Plasmaerzeugungskammer C und der Ionenquelle 2 das
gleiche Materialgas verwendet wird, können entweder das von dem Zufuhrteil
für Materialgas 12 in
die Plasmaerzeugungskammer C gelieferte Gas oder das von dem Zufuhrteil
für Gas 1 in
die Ionenquelle 2 geliefert Gas auch als das jeweils andere Gas
verwendet werden.
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Während der
vorstehenden Verarbeitung bewegt die Antriebsvorrichtung 100 das
von dem Halteelement 11 gehaltene Substrat 10 in
der Längsrichtung α, so dass
die gesamte Targetoberfläche
des Substrates 10 durch die Filmbildungsposition unter
der Elektrode 14a geführt
wird. In der Filmbildungsposition wird das Substrat 10 zusammen
mit dem es haltenden Halteelement 11 auf das Heizelement 9 gelegt.
Dadurch wird der kristalline Siliciumvorfilm nacheinander auf der
gesamten Fläche
des Substrates 10, von einem Ende davon ausgehend, in der
Längsrichtung
gebildet.
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Die
Laserquelle 19 bringt das Laserlicht (den Laserstrahl)
L auf das Substrat 10 durch das optische System 20,
das Quarzfenster 21 und den Spiegel 22 auf, während das
Substrat 10 bewegt wird. Dadurch wird das Laserlicht (der
Laserstrahl) nacheinander auf den Teil des Substrates 10,
auf welchem der Vorfilm bereits gebildet ist, aufgebracht, so dass
der Vorfilm kristallisiert wird.
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Wie
vorstehend beschrieben sind die Plasma-CVD-Vorrichtung, die Ionenquelle
und die Laser-Bestrahlungsvorrichtung für die einzige Vakuumkammer
C angeordnet, und die Einrichtung zum horizontalen Bewegen des Substrates 10 wird
verwendet. Daher können
die Bildung des Vorfilms und dessen Kristallisierung nacheinander
an einem Ende und den folgenden Teilen des Substrates 10 bewirkt
werden, sogar wenn das Substrat 10 eine längliche
Form hat, und folglich kann der kristalline Siliciumfilm mit einem
hohen Durchsatz gebildet werden. Ferner können Bildung und Kristallisierung
des Vorfilms in der gleichen Plasmaerzeugungskammer C durchgeführt werden.
Deshalb kann der kristalline Siliciumfilm mit einer guten Qualität hergestellt werden,
während
das Anhaften von Verunreinigungen und anderem unterdrückt wird.
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In
dem Vorgang der Bildung des Films auf dem Substrat durch das Plasma-CVD-Verfahren oder dergleichen
und dessen Bestrahlung mit den Ionenstrahlen können die Ionenspezies, die
Ionen-Emissionsenergie und anderes in angemessener Weise ausgewählt oder
geregelt werden, wodurch Effekte wie Oberflächenanregung, Verbesserung
der Kristallinität
und Steuerung der Kristallorientierung erreicht werden, und Wanderung von
Siliciumatomen beschleunigt wird, so dass der Vorfilm mit einer
guten Kristallinität
auf dem Substrat bei einer verhältnismäßig niedrigen
Temperatur gebildet werden kann. Dadurch ist es möglich, die
Energiedichte des Energiestrahls, der zum Bilden des kristallinen
Siliciumfilms mit einem praktisch erforderlichen Kristallkorndurchmesser
zu emittieren ist, zu erniedrigen.
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Die
Bestrahlung mit Ionenstrahlen kann die Konzentration von Wasserstoff
in dem Vorfilm verringern, und auf Wasserstoffentzugs-Verarbeitung
vor dem Bestrahlen mit Laserlicht (Laserstrahl) kann verzichtet
werden, was die Produktivität
verbessert.
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Indem
als das Plasma-Materialgas das ein Wasserstoffgas enthaltende Gas
verwendet wird, können nicht
abgesättigte
Bindungen in dem Siliciumfilm verringert werden, so dass der Vorfilm
und daher der kristalline Siliciumfilm mit weniger Defekten darin
ohne Wasserstoffplasma-Verarbeitung gebildet werden können.
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An
Stelle der Art, bei die Bildung des Films auf dem Substrat durch
das Plasma-CVD-Verfahren
und die Bestrahlung mit den Ionenstrahlen parallel zueinander durchgeführt werden,
kann eine solche Art verwendet werden, dass die Bestrahlung mit
den Ionenstrahlen vor der Bildung des Films durchgeführt wird
und danach die Filmbildung durchgeführt wird, um den Vorfilm zu
bilden, welcher eine mikrokristalline Keimschicht an der Grenze
zu dem Substrat ebenso wie eine aus einer amorphen Siliciumschicht
gebildete obere Schicht aufweist. In diesem Fall wird das Substrat 10 vollständig mit
den Ionenstrahlen bestrahlt, indem das Substrat 10 in seiner
Längsrichtung
bewegt wird, und dann wird das Substrat in die Anfangsstellung zurückgebracht.
Daraufhin wird der Film vollständig
auf dem Substrat gebildet, indem dieses wieder in der Längsrichtung
bewegt wird und die bereits mit dem Film beschichteten Bereiche
gleichzeitig und nacheinander mit dem Laserlicht zur Kristallisation
bestrahlt werden.
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Der
Ionenstrahl kann während
eines Zeitraums von einer Stufe vor der Bildung des Vorfilms bis
zur Anfangsstufe der Vorfilmbildung oder nur in der Anfangsstufe
der Vorfilmbildung emittiert werden, und danach wird nur die Bildung
des Vorfilms ohne Emittieren der Ionenstrahlen durchgeführt. In
diesem Fall kann der Vorfilm eine mikrokristalline Keimschicht aus
Silicium, die sich an der Grenze zu dem Substrat befindet, ebenso wie
eine aus einer amorphen Siliciumschicht gebildete obere Schicht
aufweisen. Als eine andere Struktur kann der Vorfilm eine das Substratmaterial
enthaltende Mischschicht, die sich an der Grenze zu dem Substrat
befindet, ebenso wie eine aus einer amorphen Siliciumschicht gebildete
obere Schicht aufweisen. Ferner kann der Vorfilm eine Mischschicht
und eine mikrokristalline Keimschicht ähnlich den vorstehenden Schichten, ebenso
wie eine auf diesen befindliche amorphe Siliciumschicht aufweisen.
In diesem Fall werden die Filmbildung und die Ionenstrahl-Bestrahlung
auf der gesamten Fläche
des Substrates durch Bewegen des Substrates in seiner Längsrichtung
durchgeführt,
und dann hört
die Bestrahlung mit dem Ionenstrahl auf und das Substrat wird in
die Anfangsstellung zurückgebracht.
Dann wird die Filmbildung auf der ganzen Fläche durchgeführt, während das
Substrat in der Längsrichtung
bewegt wird, und die Kristallisation wird gleichzeitig durchgeführt, indem
nacheinander die mit dem Film beschichteten Bereiche mit dem Laserlicht
(Laserstrahl) bestrahlt werden.
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In
der vorstehenden Art wird die Ionenstrahl-Bestrahlung nicht während des
ganzen Zeitraums der Vorfilmbildung durchgeführt, sondern nur in der Anfangsstufe
und/oder vor der Filmbildung, so dass die mikrokristalline Keimschicht
aus Silicium auf die Grenze zwischen dem Vorfilm und dem Substrat
beschränkt
ist. Diese Art kann Defekte (Unregelmäßigkeiten) auf der Oberfläche des
letztendlich hergestellten kristallinen Siliciumfilms verringern
und kann auch die Defekte in den Kristallkörnern verringern.
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Durch
Steuern der Kristallkorndurchmesser oder dergleichen der mikrokristallinen
Keimschicht kann der Energiestrahl, welcher die guten Kristalle
wachsen lassen kann, aus einem weiten Bereich von einer niedriger
Energiedichte bis zu einer hohen Energiedichte ausgewählt werden.
Deshalb ist es nicht erforderlich, die Genauigkeit des Ausgangsleistung
von Energiestrahlen auf ein hohes Maß zu erhöhen, so dass die Kosten der
Apparatur verringert werden können
und die Gebrauchsdauer der Apparatur erhöht werden kann.
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Da
der stabile Energiestrahl einer niedrigen Energiedichte zur Kristallisierung
verwendet werden kann, ist es möglich
den kristallinen Siliciumfilm mit einer stabilen Qualität zu niedrigen
Kosten herzustellen.
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Die
an der Grenze zum Substrat 10 gebildete Mischschicht kann
die Haftung zwischen dem Vorfilm und dem Substrat 10 verbessern,
so dass Abtrennung oder Abrieb des Films vermieden werden kann,
sogar wenn die Bestrahlung mit dem Energiestrahl in dem späteren Kristallisierungsschritt
eine große
Spannung in dem Film verursacht.
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Obwohl
nicht auf das Folgende beschränkt,
entspricht die erste Filmbildungs-Vakuumkammer C4 in jeder der Apparaturen
in 1 und 2 der Struktur, bei welcher
eine luftdichte Wand an Stelle des Absperrschiebers G der Transportierungskammer
CL auf der linken Seite in 4 verwendet
wird, und der Absperrschieber G der Transportierungskammer CR zur
Rechten durch den Absperrschieber V4 in der in 1 gezeigten
Apparatur oder den Absperrschieber V11 in der in 2 gezeigten
Apparatur ersetzt ist. Wenngleich nicht darauf beschränkt, entspricht
die erste Filmbildungs-Vakuumkammer C4 in der in 3 gezeigten
Filmbildungsapparatur der Struktur, bei welcher der Absperrschieber
G der Transportierungskammer CR auf der Linken in der in 4 gezeigten
Filmbildungsapparatur durch den in 3 gezeigten
Absperrschieber V18 ersetzt ist und der Absperrschieber G der Transportierungskammer
CL auf der Linken in 4 durch den in 3 gezeigten
Absperrschieber G19 ersetzt ist.
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In
der mit Bezug auf 4 bereits beschriebenen Filmbildungsapparatur
ist die aus der Laserquelle 19, dem optischen System 20 und
Anderem gebildete Energiestrahl-Bestrahlungsvorrichtung
nur in einer festgestellten Position angeordnet. Jedoch kann sie
in Bezug auf das Substrat beweglich sein. Ferner können zwei oder
mehr Energiestrahl-Bestrahlungsvorrichtungen verwendet werden.
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Die
Hochfrequenzelektrode 14a kann eine andere Form als die
vorstehend beschriebenen zylindrischen Formen haben.
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Es
wird jetzt eine Beschreibung eines praktischen Beispiels der kontinuierlichen
Bildung des kristallinen Siliciumfilms und des Siliciumoxidfilms
mittels der in 1 gezeigten Filmbildungsapparatur
gegeben. Außerdem
wird eine Beschreibung eines Vergleichsbeispiels gegeben, in dem
ein amorpher Siliciumfilm mittels einer Plasma-CVD-Vorrichtung mit parallelen Blechen
(einer Plasma-CVD-Vorrichtung vom Kapazitätskupplungstyp) nach dem Stand
der Technik gebildet wird, Wasserstoffentzug und Kristallisierung
durch Bestrahlung mit Laserlicht auf dem amorphen Siliciumfilm bewirkt
werden, um den kristallinen Siliciumfilm zu bilden, und ein Siliciumoxidfilm
auf dem kristallinen Siliciumfilm mittels einer anderen Plasma-CVD-Vorrichtung mit
parallelen Blechen gebildet wird.
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In
jedem der folgenden Beispiele wurde die Filmbildung 50 Mal auf jeweils
neuem Substrat durchgeführt.
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In
den folgenden Beispielen wurde die Schichtdicke der mikrokristallinen
Keimschicht (das heißt,
des mikrokristalline Keime enthaltenden Bereiches) mittels eines
Transmissions-Elektronenmikroskopes (TEM) gemessen, und der Kristallkorndurchmesser
des kristallinen Siliciumfilms wurde aus Peakpositionen in der Analyse
mittels Laser-Ramanspektroskopie und einem Ergebnis der Betrachtung
mit einem Abtast-Elektronenmikroskop (Scanning Electron Microscope,
SEM) erhalten. Die Dichte der mikrokristallinen Keime in der mikrokristallinen
Keimschicht wurde durch Betrachtung mit dem Abtast-Elektronenmikroskop
gemessen. Die Reinheit der Grenzen des letztendlich hergestellten
kristallinen Siliciumfilms und des Siliciumoxidfilms wurde durch
Verunreinigungs-Analyse mit einem SIMS (Sekundärionen-Massenspektrometer)
bewertet. Elektrische Kenndaten wurden durch Messung von Löcherbeweglichkeiten
bestimmt.
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Praktisches
Beispiel
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Es
wurde die Apparatur in
1 verwendet. Ein Film wurde
auf dem Substrat gebildet, indem das Substrat Plasma eines Film-Materialgases
in der ersten Filmbildungs-Vakuumkammer C4 ausgesetzt wurde. In
der Anfangsstufe dieser Filmbildung wurde die Targetoberfläche mit
Ionenstrahlen bestrahlt, um den Vorfilm des kristallinen Siliciumfilms
auf dem Substrat zu bilden, und der Vorfilm wurde durch Bestrahlung
mit dem Laserstrahl kristallisiert. Das mit dem kristallinen Siliciumfilm
beschichtete Substrat wurde in die zweite Filmbildungs-Vakuumkammer
C5 übertragen,
ohne den Vakuumzustand zu verlieren, und auf dem kristallinen Siliciumfilm
wurde mittels des Plasma-CVD-Verfahrens in der Kammer C5 ein Siliciumoxidfilm
gebildet. Bedingungen
zur Bildung des Vorfilms des kristallinen Siliciumfilms
Bedingungen
zur Kristallisierung
| Laserlicht | Excimerlaser
(XeCl), Wellenlänge
= 308 nm |
| Energiedichte | 100
mJ/cm2 – 400
mJ/cm2 |
| Prozesstemperatur | 300°C |
Bedingungen
zur Siliciumoxidfilm-Bildung (kontinuierliche Verarbeitung)
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Gemäß dem vorstehenden
Beispiel waren in dem Vorfilm des kristallinen Siliciumfilms vor
dem Laser-Tempern enthaltene mikrokristalline Keime in einem Bereich
innerhalb von 30 nm von der Oberfläche des Substrates aus vorhanden,
und die Dichte der mikrokristallinen Keime war etwa 1,0 × 1010 pcs/cm2. In der
oberen Schicht wurde kein mikrokristalliner Keim gefunden, und es
wurde festgestellt, dass die obere Schicht eine amorphe Siliciumschicht
war.
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In
dem Film nach dem Laser-Tempern wurden von dem kristallinen Silicium
stammende Peaks (Ramanverschiebung = 520 cm-1)
in dem Energiedichtebereich des Laserlichtes von 100 mJ/cm2 bis 400 mJ/cm2 entdeckt.
Aus dem Ergebnis der SEM-Untersuchung wurde festgestellt, dass Kristalle
mit Korndurchmessern von etwa 150 nm oder mehr gebildet worden waren.
In dem Energiedichtebereich von 230 mJ/cm2 bis
320 mJ/cm2 wurden Kristalle mit Korndurchmessern
von 300 nm festgestellt. In dem Energiedichtebereich von 200 mJ/cm2 bis 300 mJ/cm2 war
bei 520 cm-1 die Halbwertsbreite der Ramanverschiebung
6 cm-1, und man kann verstehen, dass der
hergestellte Siliciumfilm ein hohes Maß von Ordnung und gute Kristallinität hatte.
In dem einzelnen Kristall war bei 520 cm-1 die
Halbwertsbreite der Ramanverschiebung 5 cm-1.
Wenn die Laser-Energiedichte 350 mJ/cm2 oder
mehr betrug, war der Kristallkorndurchmesser 300 nm oder weniger,
es trat aber Abtrennung oder Abrieb des Films wegen Laserlicht-Bestrahlung
nicht auf.
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Die
benötigte
Zeitdauer, um 50 mal die Filmbildung durchzuführen, war 500 Minuten. Die
Reinheit der Grenzen des letztendlich hergestellten kristallinen
Siliciumfilms und des Siliciumoxidfilms wurde durch Verunreinigungs-Analyse
mit dem SIMS bewertet, und es wurde gefunden, dass die Verunreinigungs-Konzentration von
Kohlenstoff in dem Film 1 × 1017 pcs/cm2 und die
Verunreinigungs-Konzentration von Kohlenstoff an der Grenze zwischen
den Filmen 2 × 1017 pcs/cm2 war. Die
Löcherbeweglichkeit
war 50 cm2/V·s.
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Vergleichsbeispiel
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Unter
den folgenden Bedingungen wurde ein amorpher Siliciumfilm mit einer
herkömmlichen
Apparatur mit parallelen Platten gebildet, und danach wurden Wasserstoffentzug
und Kristallisierung durchgeführt. Ferner
wurde auf dem kristallinen Siliciumfilm mittels der herkömmlichen
Plasma-CVD-Vorrichtung mit parallelen Platten ein Siliciumoxidfilm
gebildet. Bedingungen
zur Bildung des amorphen Siliciumfilms
Bedingungen
zum Wasserstoffentzug
| Prozesstemperatur | 450°C |
| Verarbeitungszeit | 2
Stunden |
| Atmosphäre | atmosphärischer
Druck, Stickstoffatmosphäre |
Bedingungen
zur Kristallisierung
| Laserlicht | Excimerlaser
(XeCl), Wellenlänge
= 308 nm |
| Energiedichte | 100
mJ/cm2 – 400
mJ/cm2 |
| Prozesstemperatur | 300°C |
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Bedingungen
zur Siliciumoxidfilm-Bildung (Vorgang nach Aussetzen an die Atmosphäre))
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In
dem vorstehenden Vergleichsbeispiel war der Film vor dem Laser-Tempern
ein vollständig
amorpher Film, in dem kein mikrokristalliner Keim gefunden wurde.
In dem Film nach dem Laser-Tempern wurden von dem kristallinen Silicium
stammende Peaks (Raman-Verschiebung = 520 nm) in dem Energiedichtebereich
des Laserlichtes von 150 mJ/cm2 bis 400
mJ/cm2 ermittelt. Aus dem Ergebnis der SEM-Betrachtung wurde
festgestellt, dass die Kristalle mit Korndurchmessern von etwa 250
nm oder mehr nur in einem engen Energiedichtebereich von 220 mJ/cm2 bis 270 mJ/cm2 gebildet
wurden. Die Kristalle mit den Korndurchmessern von 300 nm oder mehr
wurden nur mit der Energiedichte von 240 mJ/cm2 festgestellt.
In dem Energiedichtebereich des Laserlichtes von 220 mJ/cm2 bis 270 mJ/cm2 war
bei 520 cm-1 die Halbwertsbreite der Ramanverschiebung
6 cm-1. Bei der Laser-Energiedichte von 350 mJ/cm2 bis
400 mJ/cm2 wurde Abtrennung des Films wegen
der Bestrahlung mit Laserlicht gefunden.
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Die
benötigte
Zeitdauer, um 50 mal die Filmbildung durchzuführen, war 1000 Minuten. Die
Reinheit der Grenzen des letztendlich hergestellten kristallinen
Siliciumfilms und des Siliciumoxidfilms wurde durch Verunreinigungs-Analyse
mit dem SIMS bewertet, und es wurde gefunden, dass die Verunreinigungs-Konzentration von
Kohlenstoff in dem Film 1 × 1017 pcs/cm2 , die
Verunreinigungs-Konzentration
von Kohlenstoff an der Grenze zwischen den Filmen jedoch 5 × 1018 pcs/cm2 war. Die
Löcherbeweglichkeit
war 20 cm2N·s.
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Wie
aus den Ergebnissen des vorstehenden praktischen Beispiels und des
Vergleichsbeispiels ersehen werden kann, kann das die Apparatur
der Erfindung verwendende praktische Beispiel den vorbestimmten Kristalldurchmesser
bereitstellen und gestattet Auswahl der Laser-Energiedichte zur
Kristallisierung aus einem weiteren Bereich als das Vergleichsbeispiel,
in dem der amorphe Siliciumfilm mittels der herkömmlichen Plasma-CVD-Apparatur
mit parallelen Platten gebildet und dann der Film mittels der Laserlicht-Bestrahlung
kristallisiert wird. Ferner fand gemäß dem vorstehenden praktischen
Beispiel Abtrennung oder Abrieb des Filmes nicht statt, sogar wenn
er mit dem Laserstrahl einer hohen Energiedichte bestrahlt wurde.
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Gemäß dem praktischen
Beispiel können
die Bildung des Vorfilms des kristallinen Siliciumfilms und das
Laser-Tempern nacheinander auf Teilen des Substrates, ausgehend
von dessen einem Ende, bewirkt werden, und der Siliciumoxidfilm
kann darauf gebildet werden, ohne den Vakuumzustand zu verlieren.
Außerdem ist
Wasserstoffentzug vor dem Laser-Tempern nicht erforderlich. Daher
kann die Zeit, die benötigt
wird, um 50 mal die Filmbildung auszuführen, verglichen mit dem Vergleichsbeispiel
bedeutend verringert werden. Es kann verstanden werden, dass das
praktische Beispiel das filmbeschichtete Substrat mit hoher Reinheit
an der Grenze zwischen dem kristallinen Siliciumfilm und dem Siliciumoxidfilm
und daher mit im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel guten elektrischen
Kenndaten bereitstellen konnte.
