JP2642587B2 - Method of forming polycrystalline thin film - Google Patents

Method of forming polycrystalline thin film

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JP2642587B2
JP2642587B2 JP5209754A JP20975493A JP2642587B2 JP 2642587 B2 JP2642587 B2 JP 2642587B2 JP 5209754 A JP5209754 A JP 5209754A JP 20975493 A JP20975493 A JP 20975493A JP 2642587 B2 JP2642587 B2 JP 2642587B2
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silicon
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、多結晶薄膜の形成方法
に関し、より詳しくは、薄膜トランジスタやその他の半
導体装置において形成される多結晶薄膜の形成方法に関
する。
The present invention relates to a method for forming a polycrystalline thin film, and more particularly, to a method for forming a polycrystalline thin film formed in a thin film transistor and other semiconductor devices.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置には、その一部にアモルファ
スシリコン、ポリシリコン等の薄膜を有するものがあ
る。例えば、液晶表示装置駆動のために設けられる薄膜
トランジスタ(TFT(thin film transistor))の動作
半導体層として、アモルファスシリコン、ポリシリコン
が用いられている。それらのシリコンは、大きな面積の
石英、ガラス製の絶縁基板の上に均一に形成されること
が要求される。シリコン薄膜は、その下地層の結晶性に
大きく依存するので、石英やガラス製の絶縁基板の上で
はアモルファス状態又は多結晶シリコン状態となって形
成される。
2. Description of the Related Art Some semiconductor devices have a thin film of amorphous silicon, polysilicon, or the like. For example, amorphous silicon or polysilicon is used as an operation semiconductor layer of a thin film transistor (TFT) provided for driving a liquid crystal display device. The silicon is required to be uniformly formed on a large-area insulating substrate made of quartz or glass. Since the silicon thin film greatly depends on the crystallinity of the underlying layer, it is formed in an amorphous state or a polycrystalline silicon state on an insulating substrate made of quartz or glass.

【0003】ところで、TFTのトランジスタ特性は、
動作半導体層としてグレインサイズが大きくてキャリア
のモビリティーが大きな多結晶シリコンを適用した方が
良好である。TFTの下地の材料としては、1000℃
程度まで加熱ができる石英基板、500℃程度まで加熱
ができる耐熱ガラス基板、200℃が加熱上限となる低
融点ガラス基板が考えられる。
By the way, the transistor characteristics of a TFT are as follows:
It is better to apply polycrystalline silicon having a large grain size and large carrier mobility as the operating semiconductor layer. 1000 ° C. as the material of the TFT base
A quartz substrate that can be heated up to about 500 ° C., a heat-resistant glass substrate that can be heated up to about 500 ° C., and a low-melting glass substrate that has a heating upper limit of 200 ° C. can be considered.

【0004】また、シリコン膜は、一般に、SiH4を反応
ガスに使用して、熱CVD法或いはプラズマCVD法に
より成長される。熱CVD法によれば550℃以上の膜
成長となり、またプラズマCVD法によれば、常温以上
での膜成長となる。いずれの成長方法を用いるとして
も、シリコンの結晶性は成長温度で決まってしまう。一
般的に、シリコンは、550℃以下の温度で成長すると
アモルファス化する一方、600℃以上の温度で多結晶
化が進行する。
In general, a silicon film is grown by thermal CVD or plasma CVD using SiH 4 as a reaction gas. According to the thermal CVD method, the film grows at 550 ° C. or higher, and according to the plasma CVD method, the film grows at a normal temperature or higher. Whichever growth method is used, the crystallinity of silicon is determined by the growth temperature. In general, silicon grows amorphous at a temperature of 550 ° C. or less, while polycrystallization progresses at a temperature of 600 ° C. or more.

【0005】従って、熱CVD法により多結晶シリコン
膜を形成する場合には、例えば石英基板1を用いてSiH4
を600℃以上の温度で熱分解し、シリコンを成長す
る。この場合温度が高いほと結晶性が良くなり、大きな
グレインサイズが得られる。その成長過程は、図5(a),
(b) に示すようにSiH4のフラッシングによる絶縁基板1
への核形成(nucleation)と、図5(c) に示すようにそ
の核(nucleation site)2の周囲へのグレイン成長(de
position)による膜の形成の2段階により膜形成が行わ
れる。核形成工程は極めて重要であり、平滑な絶縁基板
1の上では通常存在しない核2をこれにより形成させ
る。なお、グレイン成長のために図5(d) に示すように
長時間アニールも用いられることもある。これにより得
られるグレインサイズの大きさは数百nm〜数nm程度であ
る。
Therefore, when a polycrystalline silicon film is formed by a thermal CVD method, for example, a quartz substrate 1 is used to form a SiH 4 film.
Is thermally decomposed at a temperature of 600 ° C. or more to grow silicon. In this case, the higher the temperature, the better the crystallinity, and a large grain size can be obtained. The growth process is shown in Fig. 5 (a),
As shown in (b), insulating substrate 1 by flashing of SiH 4
5 (c), and the growth of grains around the nucleation site 2 (de) as shown in FIG.
The film formation is performed in two stages of film formation according to position). The nucleation step is very important and causes nuclei 2 which are not normally present on the smooth insulating substrate 1 to be formed. Note that long-time annealing may be used for grain growth as shown in FIG. The size of the grain size obtained by this is about several hundred nm to several nm.

【0006】一方、プラズマCVD法による場合には、
例えば図6(a),(b) に示すようにガラス基板4を用いて
400℃の温度下でSiH4を分解してその上にアモルファ
スシリコン膜5を成長した後に、これを多結晶化して図
6(c) に示すような多結晶シリコン膜6を形成する。多
結晶化の方法としては、アモルファスシリコン膜5の形
成後に、紫外線エネルギー又は熱エネルギーを与える方
法がある。そのエネルギーを与える方法としては、例え
ばランプアニール、レーザアニール、エキシマレーザア
ニールがある。レーザアニールを用いる場合には、図6
(d) に示すように、レーザをアモルファスシリコン膜5
の表面に沿ってスキャンさせながらその膜を融解して固
化させるという一種の液相エピタキシャル成長的な方法
により結晶性の向上が図れる。これにより得られるグレ
インサイズの大きさは数μm〜数十μm程度である。
On the other hand, when the plasma CVD method is used,
For example, as shown in FIGS. 6A and 6B, a glass substrate 4 is used to decompose SiH 4 at a temperature of 400 ° C. to grow an amorphous silicon film 5 thereon. A polycrystalline silicon film 6 is formed as shown in FIG. As a method of polycrystallization, there is a method of applying ultraviolet energy or heat energy after the formation of the amorphous silicon film 5. Examples of a method for applying the energy include lamp annealing, laser annealing, and excimer laser annealing. When laser annealing is used, FIG.
As shown in (d), the laser is applied to the amorphous silicon film 5.
The crystallinity can be improved by a kind of liquid phase epitaxial growth method in which the film is melted and solidified while scanning along the surface. The size of the grain size thus obtained is about several μm to several tens μm.

【0007】なお、図6(d) において符号5aは再結晶
化部、5bは融解部を示している。
In FIG. 6D, reference numeral 5a denotes a recrystallization portion, and 5b denotes a melting portion.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、TFTを用い
る液晶表示装置の低コスト化、製造容易性からみれば、
温度500℃程度以下のプロセスで、結晶性の良いシリ
コン薄膜を得ることが望まれるので、これにより膜成長
方法や材料が制約される。また、低温で膜を成長した後
に、レーザビーム等により結晶性を良くする方法では、
スループットが低く、製造コストが上昇してしまうの
で、実用的な方法とはいえない。
However, from the viewpoint of cost reduction and ease of manufacture of a liquid crystal display device using a TFT,
Since it is desired to obtain a silicon thin film having good crystallinity by a process at a temperature of about 500 ° C. or less, the film growth method and materials are restricted. Further, after growing a film at a low temperature, the method of improving the crystallinity by a laser beam or the like,
This is not a practical method because the throughput is low and the manufacturing cost increases.

【0009】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであって、簡便でしかも確実に結晶性の良い膜を得
る薄膜の多結晶薄膜の形成方法を提供することを目的と
する。
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a method for forming a polycrystalline thin film which is simple and surely obtains a film having good crystallinity.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題は、第1の発明
である、結晶性微粒子を下地の表面に一定の分布密度で
散布し、又は塗布する工程と、前記結晶性微粒子が散布
され、又は塗布された前記下地の上に半導体含有ガスを
供給し、該半導体含有ガスを熱分解又はプラズマ分解さ
せて前記結晶微粒子を結晶核として半導体結晶を成長さ
せ、前記下地の上に半導体膜を形成する工程とを有する
ことを特徴とする多結晶薄膜の形成方法によって解決さ
れ、第2の発明である、前記半導体膜を形成した後に、
前記半導体膜を500℃以下の温度でアニールする工程
を有することを特徴とする第1の発明に記載の多結晶薄
膜の形成方法によって解決され、第3の発明である、前
記下地は、ガラス基板又はアモルファス層が形成された
半導体基板であることを特徴とする第1の発明に記載の
多結晶薄膜の形成方法によって解決され、第4の発明で
ある、前記半導体膜の形成の前に、水素プラズマ処理を
することによって前記微粒子の活性度を高める工程を有
することを特徴とする第1の発明に記載の多結晶薄膜の
形成方法によって解決され、第5の発明である、前記半
導体含有ガスは、シラン系ガスであり、前記半導体膜
は、シリコン膜であることを特徴とする第1の発明に記
載の多結晶薄膜の形成方法によって解決される。
Means for Solving the Problems The object of the present invention is to provide a first invention, a step of spraying or applying crystalline fine particles on a surface of a base at a constant distribution density, and the step of spraying the crystalline fine particles, Alternatively, a semiconductor-containing gas is supplied on the applied base, and the semiconductor-containing gas is thermally decomposed or plasma-decomposed to grow semiconductor crystals with the crystal fine particles as crystal nuclei, thereby forming a semiconductor film on the base. And a method for forming a polycrystalline thin film, the method comprising:
The method of forming a polycrystalline thin film according to the first aspect of the present invention includes a step of annealing the semiconductor film at a temperature of 500 ° C. or less. Or a semiconductor substrate having an amorphous layer formed thereon, which is solved by the method of forming a polycrystalline thin film according to the first aspect, and is a fourth aspect of the present invention, wherein hydrogen is applied before the formation of the semiconductor film. The semiconductor-containing gas, which is solved by the method for forming a polycrystalline thin film according to the first invention, comprising a step of increasing the activity of the fine particles by performing a plasma treatment, and which is a fifth invention, And a silane-based gas, wherein the semiconductor film is a silicon film, and is solved by the method of forming a polycrystalline thin film according to the first invention.

【0011】または、図1(d) に例示するように、前記
半導体膜13を形成した後に、前記半導体膜13を50
0℃以下の温度でアニールする工程を有することを特徴
とする多結晶薄膜の形成方法により達成する。または、
図1又は図4に例示するように、前記下地は、ガラス基
板11又はアモルファス層が形成された半導体基板であ
ることを特徴とする多結晶薄膜の形成方法により達成す
る。
Alternatively, as shown in FIG. 1D, after the semiconductor film 13 is formed, the semiconductor film 13 is
This is achieved by a method for forming a polycrystalline thin film, comprising a step of annealing at a temperature of 0 ° C. or lower. Or
As illustrated in FIG. 1 or FIG. 4, the underlayer is achieved by a method of forming a polycrystalline thin film, which is a glass substrate 11 or a semiconductor substrate on which an amorphous layer is formed.

【0012】または、前記半導体膜13の形成の前に、
水素プラズマ処理をすることによって前記微粒子12の
活性度を高める工程を有することを特徴とする多結晶薄
膜の形成方法により達成する。または、前記半導体含有
ガスは、シラン系のガスであり、前記半導体膜は、シリ
コン膜であることを特徴とする多結晶薄膜の形成方法に
より達成する。
Alternatively, before forming the semiconductor film 13,
This is achieved by a method for forming a polycrystalline thin film, comprising a step of increasing the activity of the fine particles 12 by performing a hydrogen plasma treatment. Alternatively, the semiconductor-containing gas is a silane-based gas, and the semiconductor film is a silicon film, which is achieved by a method for forming a polycrystalline thin film.

【0013】[0013]

【作 用】本発明において、ガラス基板のような下地の
表面に結晶性微粒子を一定の分布で付着させ、これを結
晶核にして下地の上に半導体膜を形成している。この方
法は、下地の表面に核形成を人為的に事前に行わせる、
ということを主眼とし、結晶性微粒子を結晶核としてい
る。
In the present invention, crystalline fine particles are adhered to the surface of an underlayer such as a glass substrate at a constant distribution, and the semiconductor particles are formed on the underlayer using these as crystal nuclei. In this method, nucleation is artificially performed in advance on the surface of the substrate,
With this in mind, crystalline fine particles are used as crystal nuclei.

【0014】これによれば、結晶性微粒子を散布し、又
は塗布するので、結晶性のよい単結晶シリコン等を微粒
状にしたものを結晶性微粒子として用いることができ
る。かかる結晶性の良い結晶性微粒子の結晶核から成長
した結晶膜の結晶性は良くなる。また、結晶核の最適な
大きさのもの、また大きさも一定のものを用いることが
できるので、成長させた半導体膜の表面全体に凹凸が生
じるのを抑制することができる。更に、散布し、又は塗
布することにより結晶核を分布させているので、結晶核
の分布密度の最適化が可能であり、かつ、その分布密度
を一様にすることができる。このとき、成長した半導体
膜は微粒子の分布密度に対応した結晶性を示し、その密
度が小さいほどグレインサイズは大きくなる。これによ
り、グレインサイズが大きく、成長膜の表面全体の凹凸
が小さく、結晶性の良い多結晶膜を形成することができ
る。また、ガラス基板のような無定形かつ平滑な表面に
も結晶核を容易に形成することができるので、熱やプラ
ズマにより分解された半導体含有ガスを結晶核に供給
し、その結晶核を中心として固相エピタキシー的に半導
体を成長させてグレインサイズが大きく、結晶性の良い
半導体膜を形成することができる。
According to this, since the crystalline fine particles are scattered or applied, fine particles of single crystal silicon or the like having good crystallinity can be used as the crystalline fine particles. The crystallinity of the crystal film grown from the crystal nuclei of the crystalline fine particles having good crystallinity is improved. Further, since crystal nuclei having an optimum size and a constant size can be used, it is possible to suppress the occurrence of irregularities on the entire surface of the grown semiconductor film. Further, since the crystal nuclei are distributed by spraying or coating, the distribution density of the crystal nuclei can be optimized, and the distribution density can be made uniform. At this time, the grown semiconductor film exhibits crystallinity corresponding to the distribution density of the fine particles, and the smaller the density, the larger the grain size. This makes it possible to form a polycrystalline film having a large grain size, small irregularities on the entire surface of the grown film, and good crystallinity. In addition, since crystal nuclei can be easily formed on an amorphous and smooth surface such as a glass substrate, a semiconductor-containing gas decomposed by heat or plasma is supplied to the crystal nuclei, and the crystal nuclei are centered. By growing a semiconductor by solid phase epitaxy, a semiconductor film having a large grain size and good crystallinity can be formed.

【0015】[0015]

【実施例】そこで、以下に本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。 (第1実施例)図1は、本発明の多結晶薄膜形成方法の
第1実施例を示す断面図である。まず、図1(a),図1
(b) に示すように、例えばTFTの下地としてガラス基
板11の上に結晶性の微粒子12を付着させる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the polycrystalline thin film forming method of the present invention. First, FIG. 1 (a), FIG.
As shown in (b), for example, crystalline fine particles 12 are adhered on a glass substrate 11 as a TFT base.

【0016】その微粒子12の付着にはいくつかの方法
がある。例えば、アルコール等の液中に微粒子12を分
散させた溶液を用い、この溶液中にガラス基板11を浸
漬し、このガラス基板11を引き上げてから窒素等の気
体を吹きつけてその表面を乾燥させる方法や、或いは、
その微粒子12を含有する溶液をスピンコーティング法
によりガラス基板11の上に塗布するとともに、アルコ
ール分を揮発乾燥させる方法である。スピンコーティン
グ法による場合には、その微粒子12の付着密度は、ア
ルコール中の分散量やスピンコーティングの回転数等に
よって決まるので、任意の値を選ぶことができる。
There are several methods for attaching the fine particles 12. For example, a solution in which fine particles 12 are dispersed in a liquid such as alcohol is used, the glass substrate 11 is immersed in the solution, the glass substrate 11 is pulled up, and a gas such as nitrogen is blown to dry the surface. Method or
In this method, a solution containing the fine particles 12 is applied onto the glass substrate 11 by a spin coating method, and the alcohol is volatilized and dried. In the case of using the spin coating method, the adhesion density of the fine particles 12 is determined by the amount of dispersion in alcohol, the number of revolutions of spin coating, and the like, so that an arbitrary value can be selected.

【0017】ところで、微粒子としては10nm以下の直
径のものを使用し、例えばシリコン微粒子、炭化シリコ
ン微粒子、ダイヤモンド微粒子がある。それらは、CV
D法により製造され、製造時点では結晶化し、それらの
微粒子自体がある結晶方位を持っている。例えば炭化シ
リコンはβ結晶化している。それらの微粒子は工業的に
も利用されているので、入手は容易である。なお、微粒
子を溶液中に均一に分散させるには、超音波振動による
攪拌が効果的である。
Incidentally, fine particles having a diameter of 10 nm or less are used, and examples thereof include silicon fine particles, silicon carbide fine particles, and diamond fine particles. They are CV
It is produced by Method D, crystallized at the time of production, and these fine particles themselves have a certain crystal orientation. For example, silicon carbide is β-crystallized. Since these fine particles are used industrially, they are easily available. In order to uniformly disperse the fine particles in the solution, stirring by ultrasonic vibration is effective.

【0018】このように、ガラス基板11の表面に微粒
子をランダムに付着させた後に、SiH4,Si2H6,Si3H8等の
シラン系ガスを用いてプラズマCVD法により500℃
以下の温度、例えば400℃でシリコンをガラス基板1
1の上に成長して、図1(c)に示すように多結晶シリコ
ン膜13を形成する。この多結晶シリコン膜13の成長
の際には、シリコン、炭化シリコン、ダイヤモンド等の
微粒子12が結晶核となり、シラン系ガスを用いる場合
にはシリコンが結晶核を中心に固相エピタキシー的に成
長し、微粒子の存在密度に対応した結晶を示すようにな
る。
[0018] Thus, after depositing the fine particles randomly on the surface of the glass substrate 11, 500 ° C. by a plasma CVD method using SiH 4, Si 2 H 6, Si 3 silane-based gas such as H 8
Silicon is applied to the glass substrate 1 at the following temperature, for example, 400 ° C.
1 and a polycrystalline silicon film 13 is formed as shown in FIG. When the polycrystalline silicon film 13 is grown, fine particles 12 such as silicon, silicon carbide, and diamond serve as crystal nuclei. When a silane-based gas is used, silicon grows around the crystal nucleus in a solid phase epitaxy manner. Then, a crystal corresponding to the density of the fine particles is shown.

【0019】ガラス基板11の表面のように無定型かつ
平滑な面には、一般的に、一切の核形成中心は存在しな
いので、核形成の処理なしでは結晶化しない。SiH4によ
るフラッシングによってガラス基板11の上にシリコン
の微細なパウダーを形成する方法により核形成はできる
が、その結晶性や密度の関係によりグレインサイズの大
きな多結晶シリコンが得られない。その微細なパウダー
の粒子は数十nm〜数百nm程度である。
Since an amorphous and smooth surface such as the surface of the glass substrate 11 generally does not have any nucleation centers, it does not crystallize without a nucleation treatment. Although nuclei can be formed by a method of forming fine powder of silicon on the glass substrate 11 by flushing with SiH 4, polycrystalline silicon having a large grain size cannot be obtained due to its crystallinity and density. The fine powder particles are of the order of tens to hundreds of nm.

【0020】これに対し、本実施例では、直径10nm程
度の結晶方位を有する微粒子12をガラス基板11の上
に形成しているので、その微粒子12を中心に結晶が成
長して大きなグレインサイズの多結晶シリコンが成長で
きる。微粒子12はガラス基板11の上にランダムに多
数個分散され、図2に示すように、微粒子12のサイズ
は10nmレベルであると数十nm〜数百nmのシリコンのグ
レイン14が形成され、この場合には、特に表面の凹凸
が生じることはない。
On the other hand, in the present embodiment, the fine particles 12 having a crystal orientation of about 10 nm in diameter are formed on the glass substrate 11, so that the crystal grows around the fine particles 12 and a large grain size is formed. Polycrystalline silicon can be grown. A large number of fine particles 12 are randomly dispersed on the glass substrate 11, and as shown in FIG. 2, when the size of the fine particles 12 is on the order of 10 nm, silicon grains 14 of several tens to several hundreds of nm are formed. In such a case, no irregularities are generated on the surface.

【0021】微粒子12の密度とグレインサイズとの関
係を示すと、図3のように、微粒子12同士の間隔が広
くなって粒子密度が小さくなるほど、グレイン14のサ
イズが大きくなる。例えば微粒子12が直径10nm〜3
0nmであって、微粒子同士の間隔が0.1μm〜0.3
μmの場合に、直径50〜100nmのグレインサイズの
多結晶シリコン膜が得られる。なお、直径10nm〜30
nmの微粒子としては、例えばβ結晶型炭化シリコンパウ
ダー(住友セメント(株) 製造)がある。
The relationship between the density of the fine particles 12 and the grain size is shown in FIG. 3. As shown in FIG. 3, the size of the grains 14 increases as the distance between the fine particles 12 increases and the particle density decreases. For example, the fine particles 12 have a diameter of 10 nm to 3
0 nm, and the distance between the fine particles is 0.1 μm to 0.3 μm.
In the case of μm, a polycrystalline silicon film having a grain size of 50 to 100 nm in diameter can be obtained. Note that the diameter is 10 nm to 30 nm.
Examples of the fine particles of nm include β-crystal silicon carbide powder (manufactured by Sumitomo Cement Co., Ltd.).

【0022】そのグレインサイズは、結晶性の微粒子1
2のサイズと平均間隔、膜厚の関数となる。結晶化は横
方向の方が進み易いので、微粒子12同士の間隔がその
サイズの10倍程度ある場合に、膜厚が微粒子12と同
程度であっても、平面形状は10倍程度のグレインサイ
ズになる。なお、多結晶シリコン膜13を形成した後
に、図1(d) に示すように、多結晶シリコン膜13を5
00℃以下の温度、例えば400℃でアニールを行うと
結晶性がさらに向上する。また、シリコン膜13の形成
の前に、ガラス基板11の表面を水素プラズマ処理する
ことにより、前記微粒子12の活性度を高めて結晶性を
向上させてもよい。 (第2実施例)前記した実施例では、微粒子12が付着
したガラス基板11の上にプラズマCVD法により多結
晶シリコン膜13を形成しているが、そのシリコン成長
は熱CVD法であってもよい。熱CVD法による場合
に、500℃以下の低温でシラン系ガスを熱分解させて
多結晶シリコンを成長したところ、そのグレインサイズ
は第1実施例とほぼ同様の結果が得られた。 (第3実施例)上記した実施例では、ガラス基板11の
上に多数の結晶性の微粒子12を付着させ、さらにその
上に多結晶シリコン膜13を形成しているが、その微粒
子12を形成する前に、図4(a),図4(b) に示すように
ガラス基板11の上にアモルファスシリコン膜15を形
成しておけば、図4(c) に示すようなシリコン、炭化シ
リコン、ダイヤモンド等の微粒子12の付着が容易にな
る。この後に図4(d) に示すように、プラズマCVD法
や熱CVD法によって多結晶シリコン膜13を形成する
と、第1実施例と同様なグレインサイズが得られる。
The grain size of the crystalline fine particles 1
2 is a function of the size, average spacing, and film thickness. Since crystallization proceeds more easily in the lateral direction, when the distance between the fine particles 12 is about 10 times the size, the plane shape is about 10 times the grain size even if the film thickness is about the same as the fine particles 12. become. After the polycrystalline silicon film 13 is formed, as shown in FIG.
Annealing at a temperature of 00 ° C. or less, for example, 400 ° C., further improves the crystallinity. Before the formation of the silicon film 13, the surface of the glass substrate 11 may be subjected to hydrogen plasma treatment to increase the activity of the fine particles 12 and improve the crystallinity. Second Embodiment In the above embodiment, the polycrystalline silicon film 13 is formed on the glass substrate 11 on which the fine particles 12 are adhered by the plasma CVD method. Good. When the thermal CVD method was used to thermally decompose the silane-based gas at a low temperature of 500 ° C. or less to grow polycrystalline silicon, the grain size was almost the same as that of the first embodiment. (Third Embodiment) In the above embodiment, a large number of crystalline fine particles 12 are adhered on a glass substrate 11 and a polycrystalline silicon film 13 is further formed thereon. 4A and 4B, if an amorphous silicon film 15 is formed on the glass substrate 11 as shown in FIGS. 4A and 4B, silicon, silicon carbide, and the like as shown in FIG. The attachment of the fine particles 12 such as diamond is facilitated. Thereafter, as shown in FIG. 4D, when the polycrystalline silicon film 13 is formed by a plasma CVD method or a thermal CVD method, a grain size similar to that of the first embodiment can be obtained.

【0023】ところで、微粒子や多結晶シリコン膜を形
成する下地の材料はガラスに限るものではない。例え
ば、ダウンゲート型のTFTの製造の際には、ゲート絶
縁膜の上に微粒子を付着させた後に、その上に上記した
グレインサイズの大きな多結晶シリコン膜を形成し、こ
れを動作半導体層として使用することになる。また、ア
ップゲート型のTFTの製造の際には、ソース/ドレイ
ン電極となる導電膜の上に微粒子を付着させた後に、上
記したグレインサイズの大きな多結晶シリコン膜を形成
する。
The material of the base for forming the fine particles and the polycrystalline silicon film is not limited to glass. For example, in the manufacture of a down-gate type TFT, fine particles are deposited on a gate insulating film, and then the above-described polycrystalline silicon film having a large grain size is formed thereon, and this is used as an operating semiconductor layer. Will use. In the case of manufacturing an up-gate type TFT, a polycrystalline silicon film having a large grain size is formed after fine particles are deposited on a conductive film serving as a source / drain electrode.

【0024】さらに、多結晶シリコン膜13の下地は、
シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、その他の絶縁層であ
ってもよい。
Further, the base of the polycrystalline silicon film 13 is
It may be a silicon oxide film, a silicon nitride film, or another insulating layer.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ガラ
ス基板のような下地の表面に結晶性微粒子を一定の分布
で付着させ、これを結晶核にして下地の上に半導体膜を
形成している。これによれば、ガラス基板のような無定
型かつ平滑な表面にも結晶核が容易に形成されるので、
熱やプラズマにより分解された半導体含有ガスを結晶核
である微粒子に供給することにより、その結晶核を中心
として半導体が固相エピタキシー的に成長され、グレイ
ンサイズの大きな結晶性の良い半導体膜が形成できる。
As described above, according to the present invention, crystalline fine particles are adhered to a surface of a base such as a glass substrate at a constant distribution, and a semiconductor film is formed on the base using these as crystal nuclei. doing. According to this, since crystal nuclei are easily formed on an amorphous and smooth surface such as a glass substrate,
By supplying semiconductor-containing gas decomposed by heat or plasma to fine particles that are crystal nuclei, semiconductors are grown in a solid phase epitaxy centered on the crystal nuclei, forming a semiconductor film with large grain size and good crystallinity. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例の工程を示す断面図であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a process of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施例の工程により形成されたシ
リコン膜の結晶状態を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a crystalline state of a silicon film formed by the steps of the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1実施例において、微粒子密度の相
違によるシリコン膜の結晶性の相違を示す断面図であ
る。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a difference in crystallinity of a silicon film due to a difference in fine particle density in the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3実施例の工程を示す断面図であ
る。
FIG. 4 is a sectional view showing a process of a third embodiment of the present invention.

【図5】従来のシリコン膜の第1の形成方法を示す断面
図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a first method for forming a conventional silicon film.

【図6】従来のシリコン膜の第2の形成方法を示す断面
図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a second conventional method for forming a silicon film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 ガラス基板(下地) 12 微粒子(結晶性微粒子) 13 多結晶シリコン膜(半導体膜) 14 グレイン 15 アモルファスシリコン膜(下地) 11 Glass substrate (underlying) 12 Fine particles (crystalline fine particles) 13 Polycrystalline silicon film (semiconductor film) 14 Grain 15 Amorphous silicon film (underlying)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−166726(JP,A) 特開 平4−163914(JP,A) 特開 平3−60026(JP,A) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-5-166726 (JP, A) JP-A-4-163914 (JP, A) JP-A-3-60026 (JP, A)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 結晶性微粒子を下地の表面に一定の分布
密度で散布し、又は塗布する工程と、 前記結晶性微粒子が散布され、又は塗布された前記下地
の上に半導体含有ガスを供給し、該半導体含有ガスを熱
分解又はプラズマ分解させて前記結晶微粒子を結晶核と
して半導体結晶を成長させ、前記下地の上に半導体膜を
形成する工程とを有することを特徴とする多結晶薄膜の
形成方法。
A step of spraying or applying the crystalline fine particles on the surface of the base at a predetermined distribution density; and supplying a semiconductor-containing gas onto the base on which the crystalline fine particles are sprayed or applied. Thermally decomposing or plasma decomposing the semiconductor-containing gas to grow a semiconductor crystal using the crystal fine particles as a crystal nucleus, and forming a semiconductor film on the underlayer. Method.
【請求項2】 前記半導体膜を形成した後に、前記半導
体膜を500℃以下の温度でアニールする工程を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の多結晶薄膜の形成方
法。
2. The method according to claim 1, further comprising a step of annealing the semiconductor film at a temperature of 500 ° C. or less after forming the semiconductor film.
【請求項3】 前記下地は、ガラス基板又はアモルファ
ス層が形成された半導体基板であることを特徴とする請
求項1に記載の多結晶薄膜の形成方法。
3. The method according to claim 1, wherein the underlayer is a glass substrate or a semiconductor substrate on which an amorphous layer is formed.
【請求項4】 前記半導体膜の形成の前に、水素プラズ
マ処理をすることによって前記微粒子の活性度を高める
工程を有することを特徴とする請求項1に記載の多結晶
薄膜の形成方法。
4. The method for forming a polycrystalline thin film according to claim 1, further comprising a step of performing a hydrogen plasma treatment to increase the activity of the fine particles before forming the semiconductor film.
【請求項5】 前記半導体含有ガスは、シラン系ガスで
あり、前記半導体膜は、シリコン膜であることを特徴と
する請求項1に記載の多結晶薄膜の形成方法。
5. The method according to claim 1, wherein the semiconductor-containing gas is a silane-based gas, and the semiconductor film is a silicon film.
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