JP2657071B2 - Polycrystalline silicon thin film and method for forming the same - Google Patents
Polycrystalline silicon thin film and method for forming the sameInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 本発明は基板上に形成した多結晶シリコン薄膜及びそ
の形成方法に関する。The present invention relates to a polycrystalline silicon thin film formed on a substrate and a method for forming the same.
（ロ） 従来の技術 太陽電池、色センサ、TFT等の半導体材料としては、
安価でかつ簡単に形成することができるアモルファスシ
リコンや多結晶シリコンが用いられている。(B) Conventional technology As semiconductor materials for solar cells, color sensors, TFTs, etc.,
Amorphous silicon and polycrystalline silicon which are inexpensive and can be easily formed are used.
この中で、多結晶シリコンは、アモルファスシリコン
に較べて移動度が高く、また熱的にも安定で信頼性も高
い等の優れた特性を有する反面、形成温度が高く、コス
ト面で不利であったが、Physical Review Vol 31,No6
（1985−３−15）の第3568頁〜第3575頁に示されている
如く、減圧CVD方で形成したアモルファスシリコン薄膜
を600℃以下の低温で熱処理（言い換えれば、アニール
処理）することにより固相成長させることによって多結
晶シリコン薄膜を形成する方法が試みられている。Among them, polycrystalline silicon has higher mobility than amorphous silicon, and has excellent characteristics such as thermal stability and high reliability. However, polycrystalline silicon has a high forming temperature and is disadvantageous in cost. However, Physical Review Vol 31, No6
(1985-3-15), pages 3568 to 3575, the amorphous silicon thin film formed by the low pressure CVD method is subjected to a heat treatment at a low temperature of 600 ° C. or lower (in other words, annealing treatment). A method of forming a polycrystalline silicon thin film by phase growth has been attempted.
（ハ） 発明が解決しようとする課題 ところで、上述の方法を用いてガラス基板上に直接多
結晶シリコンを形成する場合には、良好に形成すること
ができるが、金属基板や絶縁基板上に形成した良導電性
金属薄膜上に上述の方法を用いて多結晶シリコンを形成
する場合には、良好な多結晶シリコンの成長膜が得られ
ない。(C) Problems to be Solved by the Invention By the way, when polycrystalline silicon is formed directly on a glass substrate using the above-described method, it can be formed well, but it can be formed on a metal substrate or an insulating substrate. When polycrystalline silicon is formed on the good conductive metal thin film using the above-described method, a good polycrystalline silicon growth film cannot be obtained.
（ニ） 課題を解決するための手段 本発明の多結晶シリコン薄膜は、基板上を被覆して形
成されたシリコン系アモルファス金属薄膜上に成長され
たことを特徴とする。(D) Means for Solving the Problems The polycrystalline silicon thin film of the present invention is characterized by being grown on a silicon-based amorphous metal thin film formed by covering a substrate.
また、本発明多結晶シリコン薄膜の形成方法は、基板
上に、該基板を被覆してシリコン系アモルファス金属薄
膜を形成し、このシリコン系アモルファス金属薄膜上に
成長させることを特徴としている。Further, the method of forming a polycrystalline silicon thin film of the present invention is characterized in that a silicon-based amorphous metal thin film is formed on a substrate by covering the substrate, and is grown on the silicon-based amorphous metal thin film.
（ホ） 作用 シリコン系アモルファス金属薄膜は、アモルファス状
態であることから基板との密着性に優れ、かつシリコン
系材料であるが故にこの上に多結晶シリコンが成長しや
すい。(E) Function Since the silicon-based amorphous metal thin film is in an amorphous state, the silicon-based amorphous metal thin film has excellent adhesion to a substrate, and since it is a silicon-based material, polycrystalline silicon is easily grown thereon.
（ヘ） 実施例 第１図は本発明による第１実施例を示すものであり、
石英ガラス基板（１）上を被覆して、シリコン系アモル
ファス金属薄膜としてのアモルファスシリコンベリリウ
ム（ａ−SiBe）薄膜（２）を0.3μｍの膜厚で形成し、
このａ−SiBe薄膜（２）上に多結晶シリコン薄膜（３）
を１μｍの膜厚で固相成長させたものである。(F) Embodiment FIG. 1 shows a first embodiment according to the present invention.
An amorphous silicon beryllium (a-SiBe) thin film (2) as a silicon-based amorphous metal thin film is formed to a thickness of 0.3 μm by coating a quartz glass substrate (1).
On this a-SiBe thin film (2), a polycrystalline silicon thin film (3)
Obtained by solid-phase growth with a film thickness of 1 μm.
第２図は本発明による第２実施例を示すものであり、
石英ガラス基板（１）上を被覆して、シリコン系アモル
ファス金属薄膜としてのアモルファスシリコンゲルマニ
ウムホウ素（ａ−SiGeB）薄膜（４）を0.3μｍの膜厚で
形成し、このａ−SiGeB薄膜（４）上に多結晶シリコン
薄膜（５）を１μｍの膜厚で固相成長させたものであ
る。FIG. 2 shows a second embodiment according to the present invention.
An amorphous silicon germanium boron (a-SiGeB) thin film (4) as a silicon-based amorphous metal thin film is formed to a thickness of 0.3 μm on the quartz glass substrate (1), and the a-SiGeB thin film (4) A polycrystalline silicon thin film (5) is grown thereon by solid phase growth to a thickness of 1 μm.
一方、第３図及び第４図は第１及び第２比較例を示す
ものであり、第１比較例はステンレス基板（６）上に直
接多結晶シリコン薄膜（７）を１μｍの膜厚で固相成長
させたものであり、また第２比較例は石英ガラス基板
（１）上にチタン（Ti）薄膜（８）を0.3μｍの膜厚で
形成し、このTi薄膜（８）上に多結晶シリコン薄膜
（９）を１μｍの膜厚で固相成長させたものである。3 and 4 show the first and second comparative examples. In the first comparative example, a polycrystalline silicon thin film (7) is directly fixed on a stainless steel substrate (6) to a thickness of 1 μm. In the second comparative example, a titanium (Ti) thin film (8) was formed to a thickness of 0.3 μm on a quartz glass substrate (1), and a polycrystalline film was formed on the Ti thin film (8). The silicon thin film (9) is formed by solid-phase growth with a thickness of 1 μm.
以下に、これらａ−SiBe薄膜（２）、ａ−SiGeB薄膜
（４）、Ti薄膜（８）及び多結晶シリコン薄膜（３）
（５）（７）（９）の形成方法、条件等を示す。Below, these a-SiBe thin film (2), a-SiGeB thin film (4), Ti thin film (8) and polycrystalline silicon thin film (3)
(5) The forming method and conditions of (7) and (9) are shown.
ａ−SiBe薄膜（２）の形成方法、条件 13.56MHzの高周波を用いた反応性スパッタ法 ターゲット:Si及びBe 使用ガス:Ar及びH2 圧力:0.5Torr 基板温度:300℃ ａ−SiGeB薄膜（４）の形成方法、条件 減圧CVD法 使用ガス:B2H6/SiH4、GeH4/SiH4及びH2 圧力:0.1Torr 基板温度:500℃ Ti薄膜（８）の形成方法 抵抗加熱蒸着法 多結晶シリコン薄膜（３）（５）（７）（９）の形成
方法、条件 プラズマCVD法にてアモルファスシリコンを形成した後
に 窒素ガス雰囲気中で熱処理 使用ガス:SiH4 圧力:0.3Torr 基板温度:550℃ 熱処理温度:600℃ 熱処理時間:6H 第５図は第１、第２実施例及び第１、第２比較例の多
結晶シリコン薄膜（３）（５）（７）（９）の結晶姓を
評価するべくラマン散乱測定を行なった結果を示す特性
図である。Method and conditions for forming a-SiBe thin film (2) Reactive sputtering method using 13.56 MHz high frequency Target: Si and Be Gas used: Ar and H 2 Pressure: 0.5 Torr Substrate temperature: 300 ° C a-SiGeB thin film (4 ) Forming method and conditions Reduced pressure CVD method Gas used: B 2 H 6 / SiH 4 , GeH 4 / SiH 4 and H 2 Pressure: 0.1 Torr Substrate temperature: 500 ° C Method for forming Ti thin film (8) Resistance heating evaporation Formation method and conditions of crystalline silicon thin film (3) (5) (7) (9) After forming amorphous silicon by plasma CVD method, heat treatment in nitrogen gas atmosphere Use gas: SiH 4 Pressure: 0.3 Torr Substrate temperature: 550 C. Heat treatment temperature: 600 ° C. Heat treatment time: 6H FIG. 5 shows the crystal names of the polycrystalline silicon thin films (3), (5), (7) and (9) of the first and second embodiments and the first and second comparative examples. It is a characteristic view showing the result of having performed Raman scattering measurement for evaluation.
同図から見て、第１、第２実施例の多結晶シリコン薄
膜（３）（５）の信号は、520cm-1近傍にのみ鋭いピー
クを有する結晶性シリコン特有のものとなっているのに
対し、第１、第２比較例の多結晶シリコン薄膜（７）
（９）の信号は、520cm-1近傍でのピークに加えてアモ
ルファスシリコンであることを示す480cm-1近傍でのブ
ロードなピークを有する。As can be seen from the figure, the signals of the polycrystalline silicon thin films (3) and (5) of the first and second embodiments are peculiar to crystalline silicon having a sharp peak only in the vicinity of 520 cm -1 . On the other hand, the polycrystalline silicon thin films of the first and second comparative examples (7)
The signal (9) has a broad peak near 480 cm -1 indicating amorphous silicon in addition to a peak near 520 cm -1 .
従って、本発明によるシリコン系アモルファス金属薄
膜としてのａ−SiBe薄膜（２）やａ−SiGeB薄膜（４）
が、アモルファスシリコン薄膜の固相成長に大きく寄与
し、従って、優れた特性の多結晶シリコン薄膜（３）
（５）が形成される。Therefore, a-SiBe thin film (2) or a-SiGeB thin film (4) as a silicon-based amorphous metal thin film according to the present invention.
Greatly contributes to the solid phase growth of the amorphous silicon thin film, and therefore has excellent characteristics in the polycrystalline silicon thin film (3).
(5) is formed.
また、シリコン系アモルファス金属薄膜としては、ア
モルファスシリコンスズ（ａ−SiSn）も用いることがで
きる。As the silicon-based amorphous metal thin film, amorphous silicon tin (a-SiSn) can also be used.
更に、上述の多結晶シリコン薄膜（３）（５）はノン
ドープのものであり、この場合、ａ−SiBe薄膜（２）、
ａ−SiGeB薄膜（４）のどちらにおいても、同等の薄膜
が得られるが、多結晶シリコン薄膜にリン等を添加して
ｎ型半導体とした場合には、ａ−SiBe薄膜（２）を、ま
た、多結晶シリコン薄膜にホウ素等を添加してｐ型半導
体とした場合には、ａ−SiGeB薄膜（４）あるいはａ−S
iSn薄膜を用いた方が、多結晶シリコン薄膜とシリコン
系アモルファス金属薄膜との間のオーミック特性に優れ
る。Further, the above-mentioned polycrystalline silicon thin films (3) and (5) are non-doped, and in this case, a-SiBe thin film (2),
An equivalent thin film can be obtained with either of the a-SiGeB thin films (4). When boron or the like is added to a polycrystalline silicon thin film to form a p-type semiconductor, the a-SiGeB thin film (4) or a-S
The use of the iSn thin film is superior in the ohmic characteristics between the polycrystalline silicon thin film and the silicon-based amorphous metal thin film.
なお、基板（１）としては石英ガラスに限らず、その
他の絶縁性基板や金属基板等を用いても良い。The substrate (1) is not limited to quartz glass, but may be another insulating substrate, a metal substrate, or the like.
（ト） 発明の効果 本発明によれば、基板上を被覆してシリコン系アモル
ファス金属薄膜を形成し、このシリコン系アモルファス
金属薄膜上に多結晶シリコン薄膜を成長するので多結晶
シリコン薄膜と基板とが直接接することがなく、基板上
の全面にわたって良好な結晶性を有する多結晶シリコン
薄膜を得ることができる。(G) Effects of the Invention According to the present invention, a silicon-based amorphous metal thin film is formed by covering a substrate, and a polycrystalline silicon thin film is grown on the silicon-based amorphous metal thin film. Are not in direct contact with each other, and a polycrystalline silicon thin film having good crystallinity over the entire surface of the substrate can be obtained.
第１図及び第２図は本発明の実施例を示す概略的断面
図、第３図及び第４図は比較例を示す概略的断面図、第
５図はラマン散乱測定結果を示す特性図である。 （２）……ａ−SiBe薄膜、（４）……ａ−SiGeB薄膜、
（３）（５）（７）（９）……多結晶シリコン薄膜。1 and 2 are schematic sectional views showing an embodiment of the present invention, FIGS. 3 and 4 are schematic sectional views showing a comparative example, and FIG. 5 is a characteristic diagram showing Raman scattering measurement results. is there. (2) ... a-SiBe thin film, (4) ... a-SiGeB thin film,
(3) (5) (7) (9) ... polycrystalline silicon thin film.
Claims (4)
モルファス金属薄膜上に成長されたことを特徴とする多
結晶シリコン薄膜。1. A polycrystalline silicon thin film grown on a silicon-based amorphous metal thin film formed by covering a substrate.
モルファス金属薄膜を形成し、このシリコン系アモルフ
ァス金属薄膜上に成長させることを特徴とした多結晶シ
リコン薄膜の形成方法。2. A method of forming a polycrystalline silicon thin film, comprising: forming a silicon-based amorphous metal thin film on a substrate by covering the substrate; and growing the thin film on the silicon-based amorphous metal thin film.
アモルファスシリコンベリリウム（ａ−SiBe）、アモル
ファスシリコンゲルマニウムホウ素（ａ−SiGeB）また
はアモルファスシリコンスズ（ａ−SiSn）から選択され
ることを特徴とした第２項記載の多結晶シリコン薄膜の
形成方法。3. The silicon-based amorphous metal thin film according to claim 1,
3. The method of forming a polycrystalline silicon thin film according to claim 2, wherein the method is selected from amorphous silicon beryllium (a-SiBe), amorphous silicon germanium boron (a-SiGeB), and amorphous silicon tin (a-SiSn).
アモルファスシリコン薄膜を形成した後、このアモルフ
ァスシリコン薄膜を熱処理して固相成長させることを特
徴とした第２項記載の多結晶シリコン薄膜の形成方法。4. A method for forming a polycrystalline silicon thin film, comprising:
3. The method for forming a polycrystalline silicon thin film according to claim 2, wherein after the amorphous silicon thin film is formed, the amorphous silicon thin film is subjected to a heat treatment to cause solid phase growth.
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