JP2978051B2 - 多結晶半導体薄膜の製造方法 - Google Patents

多結晶半導体薄膜の製造方法

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JP2978051B2 JP6011526A JP1152694A JP2978051B2 JP 2978051 B2 JP2978051 B2 JP 2978051B2 JP 6011526 A JP6011526 A JP 6011526A JP 1152694 A JP1152694 A JP 1152694A JP 2978051 B2 JP2978051 B2 JP 2978051B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコンまたはゲルマ
ニウムなどの非晶質半導体薄膜を固相成長法により結晶
化して多結晶半導体薄膜を製造する方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】ポリシリコンなどの多結晶半導体薄膜
は、薄膜トランジスタや光起電力素子等の活性層を構成
する材料として幅広く用いられている。このような多結
晶半導体薄膜の製造方法として、非晶質半導体薄膜を熱
処理し固相成長法により結晶化して多結晶半導体薄膜と
する方法が知られている(特開平4−212473号公
報等)。このような固相成長法によれば、成長条件を適
宜選択することにより、大きな結晶粒径を有し、移動度
等に優れた多結晶半導体薄膜を製造することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、光起電力素
子等においては、下地基板上に非晶質半導体薄膜を形成
し、これを固相成長させて多結晶半導体薄膜を形成して
いる。しかしながら、通常の固相成長法で実用的な固相
成長速度を得るには、約500℃以上の温度に下地基板
を加熱することが必要であり、このため固相成長法より
多結晶半導体薄膜を形成する場合には下地基板として用
いる材料が限定されてしまうという問題があった。
【0004】また、経済性及び工程の面からもより低い
温度で固相成長可能なものが好ましい。本発明の目的
は、従来よりも低い温度で固相成長が可能な多結晶半導
体薄膜の製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、非晶質半導体
薄膜を熱処理し固相成長法により結晶化して多結晶半導
体薄膜を製造する方法であり、金属基板上に非晶質半導
体薄膜を形成し、針状凸部を下方に有する表面電極層を
非晶質半導体薄膜の上に設け、金属基板と表面電極層に
直流電源を接続して、非晶質半導体薄膜に10 6 V/c
m以上の電界を印加しながら熱処理を施すことを特徴と
している。
【0006】
【作用】本発明に従えば、金属基板上に非晶質半導体薄
膜を形成し、針状凸部を下方に有する表面電極層を該非
晶質半導体薄膜の上に設け、金属基板と表面電極層に直
流電源を接続して、非晶質半導体薄膜に電界を印加しな
がら熱処理を施し、固相成長させている。このような電
界の印加により、薄膜中のキャリアまたは注入キャリア
にエネルギーが付与され、エネルギーが付与された高速
のキャリアが、非晶質半導体中の弱いボンドに衝突して
これを切断する。このようにして非晶質半導体中の弱い
ボンドが切断されることにより、固相成長が促進され、
より低い温度においても固相成長を進行させることがで
きるようになる。
【0007】さらに、本発明によれば、針状凸部を下方
に有する表面電極層を用いているので、非晶質半導体薄
膜と針状凸部の接点で局所的に電界を印加することがで
きる。従って、局所的に結晶成長を促進することがで
き、結晶を大粒径化することができる。
【0008】本発明における非晶質半導体薄膜の形成方
法は特に限定されるものではなく、一般的な形成方法に
より形成された非晶質半導体薄膜に対して適用すること
ができる。このような形成方法として、例えば、蒸着
法、CVD法、スパッタリング法などを挙げることがで
き、また結晶層のイオンインプランテーション等により
非晶質にした半導体薄膜に対しても適用することができ
る。
【0009】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例を挙げて説明
する。参考例1 図1に示すように、タングステン、モリブデン、タンタ
ル等の高融点金属からなる金属基板1上に、プラズマC
VD法により非晶質シリコン薄膜2(膜厚約10μm)
を形成し、非晶質シリコン薄膜2上にAlからなる金属
電極層3を形成した。非晶質シリコン薄膜2は、一般的
なプラズマCVD法の条件により形成することができ、
例えば、SiH4 またはSi26 ガス流量30〜80
sccm、基板温度100〜600℃、圧力13.3〜
266Pa、RFパワー30〜100Wの条件で形成す
ることができる。
【0010】金属基板1に直流電源の正極を接続し、表
面電極層3に負極を接続して、非晶質シリコン薄膜2上
に107 V/cmに相当する電界を印加しながら非晶質
シリコン薄膜2を450℃の温度で熱処理した。この結
果、非晶質シリコン薄膜2が結晶化し多結晶シリコン薄
膜が得られた。
【0011】比較例1 参考 例1と同様にして、金属基板1上に非晶質シリコン
薄膜2及び表面電極層3を設け、非晶質シリコン薄膜2
に電界を印加せずに、参考例1と同じ450℃で非晶質
シリコン薄膜2を熱処理した。この結果、非晶質シリコ
ン薄膜2は実用的な速度で結晶化しなかった。
【0012】実施例1 図2に示すように、タングステン、モリブデン、タンタ
ル等の高融点金属からなる金属基板11上に、参考例1
と同様にして非晶質シリコン薄膜12を形成し、この非
晶質シリコン薄膜12の上に表面電極層13を形成し
た。本実施例では、表面電極層13として下方に針状凸
部13aを有するものを用いた。このような針状凸部1
3aを有する表面電極層13を用いることにより、非晶
質シリコン薄膜12と針状凸部13aの接点で局所的に
電界を印加することができる。従って、局所的に結晶成
長を促進することができ、結晶を大粒径化することが可
能となる。針状凸部13aを設ける間隔は、1μm〜1
mmの範囲であることが好ましく、本実施例では10μ
mの間隔としている。
【0013】参考例1と同様にして、金属基板11に直
流電源の正極を、表面電極層13に直流電源の負極を接
続して、非晶質シリコン薄膜12に107 V/cmの電
界を印加しながら、450℃の温度で熱処理した。
【0014】この結果、非晶質シリコン薄膜12を結晶
化させることができ、10μm程度の結晶粒径をもつ多
結晶シリコン薄膜を得ることができた。
【0015】比較例2 実施例と同様にして金属基板11上に非晶質シリコン
薄膜12を形成し、ここでは表面電極層13を載せず
に、600℃の温度で熱処理した。この結果、非晶質シ
リコン薄膜12が結晶化し多結晶シリコン薄膜が得られ
た。得られた多結晶シリコン薄膜の結晶粒径は1μm程
度であり、実施例の結晶粒径よりも小さい粒径であっ
た。
【0016】実施例から明らかなように、針状凸部を
有する表面電極層を用い非晶質シリコン薄膜の一部を局
所的に電界印加しながら熱処理することにより、局所的
に結晶成長を促進し、結晶の大粒径化を図ることができ
る。
【0017】上記実施例では、金属基板上に非晶質シリ
コン薄膜を形成し、この金属基板を電極として用いてい
るが、絶縁性基板上に金属層などを形成し、この金属層
を電界印加の際の電極としてもよい。
【0018】また上記実施例では非晶質シリコン薄膜上
に表面電極層を形成し電極としているが、金属電極など
を非晶質シリコン薄膜上に載せて接触させ電極として用
いてもよい。
【0019】また、本発明は、PN接合を有する、すな
わち異なる導電型の半導体を接合させた非晶質半導体薄
膜に対しても適用することができる。図3は、このよう
な実施例を示しており、金属基板21上に、例えばリン
をドープしたn型非晶質シリコン薄膜22n及び、例え
ばボロンをドープしたp型非晶質シリコン薄膜22pを
順次積層し、p型非晶質シリコン薄膜22p上に所定の
間隔で金属電極23を形成している。金属基板21に直
流電源の正極、金属電極23に負極を接続し電界を印加
しながらn型非晶質シリコン薄膜22n及びp型非晶質
シリコン薄膜22pを熱処理して結晶化させ固相成長さ
せることができる。このように異なる導電型の半導体を
接合させた非晶質半導体薄膜を固相成長させる場合に
は、半導体接合における拡散電位を印加電圧の一部とし
て用いることができ、より小さな印加電圧で本発明の効
果を得ることができる。
【0020】また、図3に示すような構造のものを光起
電力装置として用いる場合には、本発明に従い非晶質半
導体層を固相成長させた後、表面の金属電極23を光起
電力装置の表面電極として用いることも可能である。
【0021】上記実施例では、半導体薄膜としてシリコ
ン薄膜を例にして説明したが、本発明はゲルマニウムな
どその他の半導体薄膜の固相成長にも適用され得るもの
である。
【0022】
【発明の効果】本発明の多結晶半導体薄膜の製造方法で
は、非晶質半導体薄膜に電界を印加しながら熱処理を施
している。このような電界の印加により薄膜中のキャリ
アにエネルギーが付与される。エネルギーを付与された
キャリアは非晶質半導体薄膜中の弱いボンドと衝突して
これを破壊し、固相成長が促進される。このため、本発
明に従えば、より低い温度で非晶質半導体薄膜を結晶化
することができ、固相成長させることができる。
【0023】また、本発明に従えば、針状凸部を有する
表面電極層を用い、非晶質半導体薄膜と針状凸部の接点
で局所的に電界を印加することができるので、局所的に
結晶成長を促進させることができ、結晶を大粒径化する
ことができる。 また、より低い温度で固相成長が可能な
ため、従来は高い固相成長温度のため使用できなかった
下地基板を使用することが可能となり、下地基板選択の
範囲を広めることができる。また経済性及び工程の面か
らも好ましいものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従う一実施例を説明するための断面
図。
【図2】本発明に従う他の実施例を説明するための断面
図。
【図3】本発明に従うさらに他の実施例を説明するため
の断面図。
【符号の説明】
1,11,21…金属基板 2,12…非晶質シリコン薄膜 22n…n型非晶質シリコン薄膜 22p…p型非晶質シリコン薄膜 3,13,23…表面電極層 13a…表面電極層の針状凸部

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非晶質半導体薄膜を熱処理し固相成長法
    により結晶化して多結晶半導体薄膜を製造する方法にお
    いて、金属基板上に非晶質半導体薄膜を形成し、針状凸部を下
    方に有する表面電極層を前記非晶質半導体薄膜の上に設
    け、前記金属基板と前記表面電極層に直流電源を接続し
    て、 前記非晶質半導体薄膜に10 6 V/cm以上の電界
    を印加しながら前記熱処理を施すことを特徴とする多結
    晶半導体薄膜の製造方法。
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