JP2765968B2 - 結晶性シリコン膜の製造方法 - Google Patents
結晶性シリコン膜の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は多結晶、或いは単結晶で代表される結晶性シ
リコン膜の製造方法に関する。
リコン膜の製造方法に関する。
（ロ）従来の技術 結晶膜の低温成膜要求や大面積化要求を実現する方法
として、基板表面に低温成膜技術であるプラズマCVD
法、熱CVD法、真空蒸着法、或るいはスパッタ法などに
より、非晶質膜や多結晶膜などの非単結晶膜を得、その
非晶質膜を多結晶膜や単結晶膜に変換したり、或いは多
結晶膜を単結晶膜に変換する方法が挙げられる。その一
例として、例えば特開昭63−170976号公報に開示された
先行技術は、予め基板表面にプラズマCVD法により非晶
質膜を低温成膜し、その後にレーザビーム照射によるア
ニーリングを施し、多結晶膜を得る方法がある。
として、基板表面に低温成膜技術であるプラズマCVD
法、熱CVD法、真空蒸着法、或るいはスパッタ法などに
より、非晶質膜や多結晶膜などの非単結晶膜を得、その
非晶質膜を多結晶膜や単結晶膜に変換したり、或いは多
結晶膜を単結晶膜に変換する方法が挙げられる。その一
例として、例えば特開昭63−170976号公報に開示された
先行技術は、予め基板表面にプラズマCVD法により非晶
質膜を低温成膜し、その後にレーザビーム照射によるア
ニーリングを施し、多結晶膜を得る方法がある。
（ハ）発明が解決しようとする課題 然し乍らアニーリングに用いるレーザビームの強度分
布は概して中心部にピークを持つガウス分布を呈するた
めに、レーザビームの中心部と周縁部分とで均一なアニ
ーリングを施すことができず、また多結晶膜の結晶粒径
はアニール時間と温度により決定されるために、再現性
の点で問題があった。
布は概して中心部にピークを持つガウス分布を呈するた
めに、レーザビームの中心部と周縁部分とで均一なアニ
ーリングを施すことができず、また多結晶膜の結晶粒径
はアニール時間と温度により決定されるために、再現性
の点で問題があった。
（ニ）課題を解決するための手段 本発明はこのような課題に鑑みて為されたものであっ
て、基板表面近傍にシラン系の反応ガスを漂わせた状態
て、該反応ガスを分解し得るエネルギービームを基板表
面に集光して該基板表面にシリコンの結晶核を形成する
と同時に、不活性イオンビームを照射して配向性が制御
された結晶核を得、その核を基に結晶性シリコン膜を成
長させるものである。
て、基板表面近傍にシラン系の反応ガスを漂わせた状態
て、該反応ガスを分解し得るエネルギービームを基板表
面に集光して該基板表面にシリコンの結晶核を形成する
と同時に、不活性イオンビームを照射して配向性が制御
された結晶核を得、その核を基に結晶性シリコン膜を成
長させるものである。
（ホ）作用 本発明によれば、不活性イオンビームによって配向性
が制御された結晶核を結晶成長の核としているので、成
長したシリコン膜の品質は高く、欠陥の少ない結晶性シ
リコン膜が得られる。
が制御された結晶核を結晶成長の核としているので、成
長したシリコン膜の品質は高く、欠陥の少ない結晶性シ
リコン膜が得られる。
（ヘ）実施例 本発明の第１の工程は第１図に示すように、ガラス、
セラミックなどの絶縁性材料からなる基板１を、SiH4、
Si2H6などのシラン系反応ガスが0.1〜10Torr程度の圧力
で満たされた反応炉に導入した後、エキシマレーザなど
のハイパワー紫外光レーザ２を基板１表面に集光させて
該基板１表面付近に漂っている反応ガスを分解してその
基板１表面にシリコンの結晶核３・・・を形成すると同
時に、基板１の側方から、Ar、He、Ｈなどの不活性イオ
ンビーム４を照射してこの結晶核３・・・の配向性を制
御するところにある。ここで、用いられる紫外光レーザ
２はレンズ系５によってレーザビーム径が１μｍ以下に
集光されて基板１表面におけるパワー密度は、0.1〜100
W/cm2程度である。また、不活性イオンビーム４は、加
速エネルギー数〜数千eV、イオン電流数十μＡ〜数Ａで
所望のシリコン結晶核の配向方向に照射するのが適して
いる。斯る条件下において0.1〜10分間程度紫外光レー
ザ２、並びに不活性イオンビーム４を照射することによ
って、基板状態に依存せず、数μｍ以下の直径のシリコ
ンの任意の結晶軸に配向した結晶核３・・・が得られ
る。尚、この時の基板１の温度は、その基板１がガラス
であっても変形などすることのない、600℃以下である
ことが望ましい。このような結晶核３を基板１表面に10
4〜106〜cm2程度の密度で散在させておくのが多結晶化
するのに適している。
セラミックなどの絶縁性材料からなる基板１を、SiH4、
Si2H6などのシラン系反応ガスが0.1〜10Torr程度の圧力
で満たされた反応炉に導入した後、エキシマレーザなど
のハイパワー紫外光レーザ２を基板１表面に集光させて
該基板１表面付近に漂っている反応ガスを分解してその
基板１表面にシリコンの結晶核３・・・を形成すると同
時に、基板１の側方から、Ar、He、Ｈなどの不活性イオ
ンビーム４を照射してこの結晶核３・・・の配向性を制
御するところにある。ここで、用いられる紫外光レーザ
２はレンズ系５によってレーザビーム径が１μｍ以下に
集光されて基板１表面におけるパワー密度は、0.1〜100
W/cm2程度である。また、不活性イオンビーム４は、加
速エネルギー数〜数千eV、イオン電流数十μＡ〜数Ａで
所望のシリコン結晶核の配向方向に照射するのが適して
いる。斯る条件下において0.1〜10分間程度紫外光レー
ザ２、並びに不活性イオンビーム４を照射することによ
って、基板状態に依存せず、数μｍ以下の直径のシリコ
ンの任意の結晶軸に配向した結晶核３・・・が得られ
る。尚、この時の基板１の温度は、その基板１がガラス
であっても変形などすることのない、600℃以下である
ことが望ましい。このような結晶核３を基板１表面に10
4〜106〜cm2程度の密度で散在させておくのが多結晶化
するのに適している。
第２の工程は、結晶核３・・・を表面に有する基板１
表面に該結晶核３・・・も含めてプラズマCVD法、熱CVD
法、真空蒸着法、或るいはスパッタ法などにより、厚さ
0.1〜10μｍ程度のアモルファスシリコン膜６を成長さ
せるところにある（第２図）。
表面に該結晶核３・・・も含めてプラズマCVD法、熱CVD
法、真空蒸着法、或るいはスパッタ法などにより、厚さ
0.1〜10μｍ程度のアモルファスシリコン膜６を成長さ
せるところにある（第２図）。
本発明の最終工程は第３図に示す如く、基板１表面の
アモルファスシリコン膜６にArレーザ、エキシマレーザ
などのハイパワーのレーザビーム７を照射して該アモル
ファスシリコン膜６にレーザアニールを施すところにあ
る。具体的には例えばArレーザを用いた場合、５〜10W/
cm2の出力のものが用いられ、数cm/秒の速度で走査され
る。このレーザアニール処理を施すことによって、アモ
ルファスシリコン膜６は溶融、再結晶化が行われ、各結
晶核３・・・を再結晶化の核として単結晶化が進み、多
結晶シリコン膜８が得られる。
アモルファスシリコン膜６にArレーザ、エキシマレーザ
などのハイパワーのレーザビーム７を照射して該アモル
ファスシリコン膜６にレーザアニールを施すところにあ
る。具体的には例えばArレーザを用いた場合、５〜10W/
cm2の出力のものが用いられ、数cm/秒の速度で走査され
る。このレーザアニール処理を施すことによって、アモ
ルファスシリコン膜６は溶融、再結晶化が行われ、各結
晶核３・・・を再結晶化の核として単結晶化が進み、多
結晶シリコン膜８が得られる。
このようにして得られた多結晶シリコン膜８中に作成
したTFTの電子電界効果移動度は、150〜300cm2/V・ｓを
示し、プラズマCVD法を用いて得た従来品のそれが40〜5
0cm2/V・ｓであったことに鑑みると、本発明による特性
改善は顕著であろう。
したTFTの電子電界効果移動度は、150〜300cm2/V・ｓを
示し、プラズマCVD法を用いて得た従来品のそれが40〜5
0cm2/V・ｓであったことに鑑みると、本発明による特性
改善は顕著であろう。
尚、上記した実施例においては、基板１の表面に結晶
核３・・・を散在させた状態でアモルファスシリコン膜
６を成長させ、そのアモルファスシリコン膜６は結晶核
３・・・を再結晶化の核として結晶化していたが、結晶
核３・・・の成長工程を長時間、具体的には0.1〜１時
間程度継続することによって、その結晶核３・・・その
ものを核として0.1〜１μｍの厚みの単結晶シリコン膜
にまで拡大成長させることも可能である。
核３・・・を散在させた状態でアモルファスシリコン膜
６を成長させ、そのアモルファスシリコン膜６は結晶核
３・・・を再結晶化の核として結晶化していたが、結晶
核３・・・の成長工程を長時間、具体的には0.1〜１時
間程度継続することによって、その結晶核３・・・その
ものを核として0.1〜１μｍの厚みの単結晶シリコン膜
にまで拡大成長させることも可能である。
また、上述の核実施例においては基板１全面に多結晶
シリコン膜や単結晶シリコン膜などの結晶性シリコン膜
を形成していたが、この結晶性シリコン膜を基板表面の
限られた個所にのみ設けることも考えられる。例えば液
晶TVのパネルの場合、中央にディスプレイ部、周辺部に
駆動回路部を設けることが多いが、その周辺部にのみ本
発明による結晶性シリコン膜を設ける手法を採用すれ
ば、液晶TV用パネルを有効に活用することができる。
シリコン膜や単結晶シリコン膜などの結晶性シリコン膜
を形成していたが、この結晶性シリコン膜を基板表面の
限られた個所にのみ設けることも考えられる。例えば液
晶TVのパネルの場合、中央にディスプレイ部、周辺部に
駆動回路部を設けることが多いが、その周辺部にのみ本
発明による結晶性シリコン膜を設ける手法を採用すれ
ば、液晶TV用パネルを有効に活用することができる。
（ト）発明の効果 本発明は以上の説明から明らかなように、基板表面近
傍にシラン系の反応ガスを漂わせた状態で、該反応ガス
を分解し得るエネルギービームを基板表面に集光して該
基板表面にシリコンの結晶核を形成すると同時に、不活
性イオンビームを照射して配向性が制御された結晶核を
得、その核を基に結晶性シリコン膜を成長させているの
で、欠陥の少ない多結晶、或るいは単結晶の結晶性シリ
コン膜が得られる。その結果、本発明によって得た結晶
性シリコン膜中の電子移動度が高いことから、ダイオー
ドやトランジスタなどの素子特性の向上を図ることがで
きる。
傍にシラン系の反応ガスを漂わせた状態で、該反応ガス
を分解し得るエネルギービームを基板表面に集光して該
基板表面にシリコンの結晶核を形成すると同時に、不活
性イオンビームを照射して配向性が制御された結晶核を
得、その核を基に結晶性シリコン膜を成長させているの
で、欠陥の少ない多結晶、或るいは単結晶の結晶性シリ
コン膜が得られる。その結果、本発明によって得た結晶
性シリコン膜中の電子移動度が高いことから、ダイオー
ドやトランジスタなどの素子特性の向上を図ることがで
きる。
第１図〜第３図は本発明方法の実施例を工程順に示した
断面図である。 １…基板、２…ハイパワー紫外線レーザ、３…結晶核、
４…不活性イオンビーム、６…アモルファスシリコン
膜、７…多結晶シリコン膜。
断面図である。 １…基板、２…ハイパワー紫外線レーザ、３…結晶核、
４…不活性イオンビーム、６…アモルファスシリコン
膜、７…多結晶シリコン膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/263
Claims (1)
- 【請求項１】基板表面に結晶性シリコン膜を成長させる
に際し、基板表面近傍にシラン系の反応ガスを漂わせた
状態で、該反応ガスを分解し得るエネルギービームを基
板表面に集光して該基板表面にシリコンの結晶核を形成
すると同時に、不活性イオンビームを照射して配向性が
制御された結晶核を得、その核を基に結晶性シリコン膜
を成長させることを特徴とした結晶性シリコン膜の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19582289A JP2765968B2 (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 結晶性シリコン膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19582289A JP2765968B2 (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 結晶性シリコン膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0360026A JPH0360026A (ja) | 1991-03-15 |
| JP2765968B2 true JP2765968B2 (ja) | 1998-06-18 |
Family
ID=16347577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19582289A Expired - Fee Related JP2765968B2 (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 結晶性シリコン膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2765968B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5483918A (en) * | 1991-02-14 | 1996-01-16 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Method for producing single-crystal silicon by chemical vapor deposition and method for fractional determination of ultratrace elements present in chlorosilanes as starting materials and single-crystal silicon produced |
| JP3497198B2 (ja) | 1993-02-03 | 2004-02-16 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置および薄膜トランジスタの作製方法 |
| JP2642587B2 (ja) * | 1993-08-24 | 1997-08-20 | キヤノン販売株式会社 | 多結晶薄膜の形成方法 |
| TW303526B (ja) * | 1994-12-27 | 1997-04-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | |
| JP3119131B2 (ja) * | 1995-08-01 | 2000-12-18 | トヨタ自動車株式会社 | シリコン薄膜の製造方法及びこの方法を用いた太陽電池の製造方法 |
| KR100438803B1 (ko) * | 1997-05-19 | 2004-07-16 | 삼성전자주식회사 | 폴리실리콘박막의제조방법 |
| JP2000260713A (ja) * | 1999-03-05 | 2000-09-22 | Sanyo Electric Co Ltd | 多結晶シリコン膜の形成方法 |
| US6713371B1 (en) * | 2003-03-17 | 2004-03-30 | Matrix Semiconductor, Inc. | Large grain size polysilicon films formed by nuclei-induced solid phase crystallization |
| JP4527090B2 (ja) * | 2006-08-07 | 2010-08-18 | 純一 半那 | 半導体基材の製造方法 |
| JP2007165921A (ja) * | 2007-01-19 | 2007-06-28 | Junichi Hanna | 半導体基材及びその製造方法 |
-
1989
- 1989-07-27 JP JP19582289A patent/JP2765968B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0360026A (ja) | 1991-03-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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