JP3008455B2 - 結晶シリコン膜の製造方法 - Google Patents
結晶シリコン膜の製造方法Info
- Publication number
- JP3008455B2 JP3008455B2 JP2200960A JP20096090A JP3008455B2 JP 3008455 B2 JP3008455 B2 JP 3008455B2 JP 2200960 A JP2200960 A JP 2200960A JP 20096090 A JP20096090 A JP 20096090A JP 3008455 B2 JP3008455 B2 JP 3008455B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon film
- crystalline silicon
- substrate
- thin film
- plasma
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ガラス基板あるいはシリコン基板等の基板
上に、プラズマを用いた化学気相成長法により、結晶シ
リコン膜を製造する方法に係り、例えばポリシリコン薄
膜トランジスタを用いた液晶テレビや投与型テレビやプ
リンタ、イメージスキャナ等に用いられるガラス基板上
の多結晶シリコンを低温で大面積に作製し、より安価な
ポリシリコン膜を提供するに最適な作製方法に関する。
上に、プラズマを用いた化学気相成長法により、結晶シ
リコン膜を製造する方法に係り、例えばポリシリコン薄
膜トランジスタを用いた液晶テレビや投与型テレビやプ
リンタ、イメージスキャナ等に用いられるガラス基板上
の多結晶シリコンを低温で大面積に作製し、より安価な
ポリシリコン膜を提供するに最適な作製方法に関する。
［従来技術］ 従来、非晶質シリコンに比べて結晶シリコンは、電子
の電界効果移動度が数十倍も大きく、例えば、この結晶
シリコンで薄膜トランジスタを作製した場合、応答速度
の早いスイッチング素子となりうる。しかしながら、結
晶シリコン膜の作製方法として、従来提案されている化
学気相成長法といえば、常圧化学気相成長法（以下は常
圧CVD法という）、減圧化学気相成長法（以下は減圧CVD
法という）、プラズマ化学気相成長法（以下単にプラズ
マCVD法という）等であり、これらは、結晶シリコン薄
膜をガラス基板に形成するには、たとえば減圧CVD法を
用いて基板温度を500〜700℃程度として作製する方法が
用いられている。
の電界効果移動度が数十倍も大きく、例えば、この結晶
シリコンで薄膜トランジスタを作製した場合、応答速度
の早いスイッチング素子となりうる。しかしながら、結
晶シリコン膜の作製方法として、従来提案されている化
学気相成長法といえば、常圧化学気相成長法（以下は常
圧CVD法という）、減圧化学気相成長法（以下は減圧CVD
法という）、プラズマ化学気相成長法（以下単にプラズ
マCVD法という）等であり、これらは、結晶シリコン薄
膜をガラス基板に形成するには、たとえば減圧CVD法を
用いて基板温度を500〜700℃程度として作製する方法が
用いられている。
しかし、作製温度が高く、ガラス基板等に大面積に均
一に成膜することが困難であった。そこで減圧CVD法や
プラズマCVD法で形成したシリコン薄膜を、固相成長を
用いたり、レーザアニールを行ないシリコン薄膜の結晶
性を向上させている。
一に成膜することが困難であった。そこで減圧CVD法や
プラズマCVD法で形成したシリコン薄膜を、固相成長を
用いたり、レーザアニールを行ないシリコン薄膜の結晶
性を向上させている。
ところが、固相成長は500〜700℃という高温で、10〜
20時間という長時間の焼成を必要とし、またレーザアニ
ールも同様に長時間の処理を必要とするので工場の生産
性、およびコストの面で問題が多い。
20時間という長時間の焼成を必要とし、またレーザアニ
ールも同様に長時間の処理を必要とするので工場の生産
性、およびコストの面で問題が多い。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、以上のような従来技術に鑑み、任意の基板
上に、基板の加熱温度が比較的低く、したがって大面積
に結晶シリコン膜を成膜できる製造方法を提供しようと
するものである。
上に、基板の加熱温度が比較的低く、したがって大面積
に結晶シリコン膜を成膜できる製造方法を提供しようと
するものである。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、高周波励起プラズマを用いてシリコン原子
を有する反応ガスおよび水素ガスをプラズマ化し、加熱
基板上に化学的気相成長法によりシリコン膜を堆積させ
る結晶シリコン膜の製造方法において、反応圧力が0.5
〜10Torrで、シリコン原子を有する反応ガスであるSiH4
あるいはSi2H6に対する希釈ガスである水素ガスの比率
が50〜150倍であり、かつ、基板の加熱温度が400〜600
℃であることを特徴とする結晶シリコン膜の製造方法で
ある。
を有する反応ガスおよび水素ガスをプラズマ化し、加熱
基板上に化学的気相成長法によりシリコン膜を堆積させ
る結晶シリコン膜の製造方法において、反応圧力が0.5
〜10Torrで、シリコン原子を有する反応ガスであるSiH4
あるいはSi2H6に対する希釈ガスである水素ガスの比率
が50〜150倍であり、かつ、基板の加熱温度が400〜600
℃であることを特徴とする結晶シリコン膜の製造方法で
ある。
また反応圧力はプラズマを用いた反応装置では0.5Tor
r以下になると大面積に均一に薄膜を作製することが比
較的困難になり、10Torr以上になると高周波の電力密度
を高くしないとプラズマの発生が困難となる。
r以下になると大面積に均一に薄膜を作製することが比
較的困難になり、10Torr以上になると高周波の電力密度
を高くしないとプラズマの発生が困難となる。
希釈ガスである水素ガスの比率は、反応圧力が2Torr
で、高周波の電力密度を0.8W/cm2とし、基板温度を400
℃とした場合、SiH4/H2＝1/40〜1/100までの範囲で作製
したシリコン膜のＸ線回折分析の結果を第２図に示し
た。第２図によれば、1/50以上で結晶化が始まり、1/10
0まで徐々に結晶性が向上している。実用範囲の希釈倍
率は50〜150倍であるといえる。
で、高周波の電力密度を0.8W/cm2とし、基板温度を400
℃とした場合、SiH4/H2＝1/40〜1/100までの範囲で作製
したシリコン膜のＸ線回折分析の結果を第２図に示し
た。第２図によれば、1/50以上で結晶化が始まり、1/10
0まで徐々に結晶性が向上している。実用範囲の希釈倍
率は50〜150倍であるといえる。
高周波の電力密度は、シリコン膜の結晶性に大きく影
響する。すなわち本発明の結晶シリコン膜の製造方法で
は、SiH4/H2＝1/80、反応圧力2Torr、基板温度450℃と
した場合では、高周波の電力密度が0.05〜2.0W/cm2の範
囲でシリコン膜が結晶化し、その他の条件では非晶質の
シリコン膜が堆積した。また特に0.05〜1.0W/cm2の範囲
で結晶粒径が増加した。
響する。すなわち本発明の結晶シリコン膜の製造方法で
は、SiH4/H2＝1/80、反応圧力2Torr、基板温度450℃と
した場合では、高周波の電力密度が0.05〜2.0W/cm2の範
囲でシリコン膜が結晶化し、その他の条件では非晶質の
シリコン膜が堆積した。また特に0.05〜1.0W/cm2の範囲
で結晶粒径が増加した。
また基板温度の効果であるが、250℃でも本発明の作
製条件でシリコン膜は結晶化するが、結晶粒径が小さ
く、膜全体の結晶化度も少ない。基板温度を400℃以上
にすると結晶粒径が500Å以上で膜全体が結晶化する。
プラズマCVD装置を用いて、SiH4/H2＝1/64、高周波電力
密度0.08W/cm2、圧力2Torrで堆積したシリコン膜の基板
温度とＸ線回折による結晶性の関係を第１図に示した。
図にそれば、温度が上昇するとともに結晶性も向上して
いる。これはシリコン膜の結晶成長の原子の再配列時に
基板温度が基板表面での原子の拡散エネルギーを増大さ
せて安定なサイトに結合することを助けているものと思
われる。
製条件でシリコン膜は結晶化するが、結晶粒径が小さ
く、膜全体の結晶化度も少ない。基板温度を400℃以上
にすると結晶粒径が500Å以上で膜全体が結晶化する。
プラズマCVD装置を用いて、SiH4/H2＝1/64、高周波電力
密度0.08W/cm2、圧力2Torrで堆積したシリコン膜の基板
温度とＸ線回折による結晶性の関係を第１図に示した。
図にそれば、温度が上昇するとともに結晶性も向上して
いる。これはシリコン膜の結晶成長の原子の再配列時に
基板温度が基板表面での原子の拡散エネルギーを増大さ
せて安定なサイトに結合することを助けているものと思
われる。
［作用］ 本発明の機構は定かではないが、シリコン膜が基板上
に堆積するときの、基板表面のシリコンの未結合手と堆
積に関与するSiラジカルの表面反応に水素ラジカルが関
与して、適度の水素ラジカルの存在下でのみ結晶シリコ
ン膜が堆積すると考えられる。本発明によって従来の固
相成長やレーザアニール等の煩雑で長時間の工程を省く
ことが可能で安価で良好の結晶シリコン薄膜が提供でき
る。
に堆積するときの、基板表面のシリコンの未結合手と堆
積に関与するSiラジカルの表面反応に水素ラジカルが関
与して、適度の水素ラジカルの存在下でのみ結晶シリコ
ン膜が堆積すると考えられる。本発明によって従来の固
相成長やレーザアニール等の煩雑で長時間の工程を省く
ことが可能で安価で良好の結晶シリコン薄膜が提供でき
る。
［実施例］ 以下、本発明を、実施例にもとづいて詳細に説明する
が、これに限定されるわけではない。
が、これに限定されるわけではない。
（実施例１） コーニング社製のコーニング7059や旭ガラス社製のNA
−20の低膨張ガラスを基板として、基板を洗浄した後グ
ロー放電プラズマCVD装置を用いて原料ガスをSiH4およ
びH2とし、電力密度0.1W/cm2でH2/SiH4＝60/1の希釈率
とし、圧力2Torr、基板温度を400℃としてシリコン薄膜
を堆積すると、粒径が500Å程度の多結晶シリコン薄膜
を得ることができた。
−20の低膨張ガラスを基板として、基板を洗浄した後グ
ロー放電プラズマCVD装置を用いて原料ガスをSiH4およ
びH2とし、電力密度0.1W/cm2でH2/SiH4＝60/1の希釈率
とし、圧力2Torr、基板温度を400℃としてシリコン薄膜
を堆積すると、粒径が500Å程度の多結晶シリコン薄膜
を得ることができた。
この様にして作製した結晶シリコン膜を用いて形成し
た薄膜トランジスタの電界効果移動度は、50cm2/V・Ｓ
以上と良好な特性を示した。
た薄膜トランジスタの電界効果移動度は、50cm2/V・Ｓ
以上と良好な特性を示した。
（実施例２） また実施例１と同様にガラス基板にグロー放電プラズ
マCVD装置を用いて、原料をSiH4およびH2とし、H2/SiH4
＝80/1の希釈率で電力密度0.5W/cm2、圧力1Torr、基板
温度を500℃としてシリコン薄膜を堆積したところ、粒
径が1000Åの多結晶シリコン薄膜を得ることができた。
また実施例１と同様に形成した薄膜トランジスタの電界
効果移動度は100cm2/V・Ｓ以上と良好な特性を示した。
マCVD装置を用いて、原料をSiH4およびH2とし、H2/SiH4
＝80/1の希釈率で電力密度0.5W/cm2、圧力1Torr、基板
温度を500℃としてシリコン薄膜を堆積したところ、粒
径が1000Åの多結晶シリコン薄膜を得ることができた。
また実施例１と同様に形成した薄膜トランジスタの電界
効果移動度は100cm2/V・Ｓ以上と良好な特性を示した。
（実施例３） 実施例１と同様にガラス基板にグロー放電プラズマCV
D装置を用いて、原料ガスをSi2H6およびH2とし、H2/Si2
H6＝60/1の希釈率で電力密度0.5W/cm2、圧力5Torr、基
板温度を550℃としてシリコン薄膜を堆積したところ、
粒径が1000Åの多結晶シリコン薄膜を得ることができ
た。また実施例１と同様に形成した薄膜トランジスタの
電界効果移動度は100cm2/V・Ｓ以上と良好な特性を示し
た。
D装置を用いて、原料ガスをSi2H6およびH2とし、H2/Si2
H6＝60/1の希釈率で電力密度0.5W/cm2、圧力5Torr、基
板温度を550℃としてシリコン薄膜を堆積したところ、
粒径が1000Åの多結晶シリコン薄膜を得ることができ
た。また実施例１と同様に形成した薄膜トランジスタの
電界効果移動度は100cm2/V・Ｓ以上と良好な特性を示し
た。
［発明の効果］ 以上に述べたように、本発明は、高周波励起プラズマ
を用いてシリコン原子を有する反応ガスおよび水素をプ
ラズマ化し、反応圧力を0.5〜10Torrでシリコン原子を
有する反応ガスと希釈ガスの水素の比率を1/50〜1/150
としてプラズマ化学気相成長を行なうと、ガラス基板上
に低温で比較的簡単に粒径の大きな結晶シリコン薄膜を
形成可能である。この粒径の大きな結晶シリコン薄膜を
用いれば、トランジスタ特性の良好な結晶シリコン薄膜
トランジスタの形成が可能であり、大面積の薄膜形成も
可能なことから、大面積のディスプレイや駆動回路を同
時に形成したアクティブ・マトリクス方式のLCDの作製
が簡単になり、向上の生産性が向上し、製品のコストも
低減できる。
を用いてシリコン原子を有する反応ガスおよび水素をプ
ラズマ化し、反応圧力を0.5〜10Torrでシリコン原子を
有する反応ガスと希釈ガスの水素の比率を1/50〜1/150
としてプラズマ化学気相成長を行なうと、ガラス基板上
に低温で比較的簡単に粒径の大きな結晶シリコン薄膜を
形成可能である。この粒径の大きな結晶シリコン薄膜を
用いれば、トランジスタ特性の良好な結晶シリコン薄膜
トランジスタの形成が可能であり、大面積の薄膜形成も
可能なことから、大面積のディスプレイや駆動回路を同
時に形成したアクティブ・マトリクス方式のLCDの作製
が簡単になり、向上の生産性が向上し、製品のコストも
低減できる。
第１図は、本発明の製造方法によりガラス基板の温度を
変えて堆積した結晶シリコン膜のＸ線回折分析を示すグ
ラフ図である。第２図は、本発明の製造方法によりガラ
ス基板上に反応ガス（SiH4）と水素（H2）の比率を変え
て堆積した結晶シリコン膜のＸ線回折分析を示すグラフ
図である。
変えて堆積した結晶シリコン膜のＸ線回折分析を示すグ
ラフ図である。第２図は、本発明の製造方法によりガラ
ス基板上に反応ガス（SiH4）と水素（H2）の比率を変え
て堆積した結晶シリコン膜のＸ線回折分析を示すグラフ
図である。
Claims (2)
- 【請求項１】高周波励起プラズマを用いてシリコン原子
を有する反応ガスおよび水素ガスをプラズマ化し、加熱
基板上に化学的気相成長法によりシリコン膜を堆積させ
る結晶シリコン膜の製造方法において、反応圧力が0.5
〜10Torrで、シリコン原子を有する反応ガスであるSiH4
あるいはSi2H6に対する希釈ガスである水素ガスの比率
が50〜150倍であり、かつ、基板の加熱温度が400〜600
℃であることを特徴とする結晶シリコン膜の製造方法。 - 【請求項２】高周波励起プラズマの高周波の電力密度
が、0.05〜1.0W/cm2であることを特徴とする結晶シリコ
ン膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2200960A JP3008455B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 結晶シリコン膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2200960A JP3008455B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 結晶シリコン膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0483872A JPH0483872A (ja) | 1992-03-17 |
| JP3008455B2 true JP3008455B2 (ja) | 2000-02-14 |
Family
ID=16433174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2200960A Expired - Fee Related JP3008455B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 結晶シリコン膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3008455B2 (ja) |
-
1990
- 1990-07-27 JP JP2200960A patent/JP3008455B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0483872A (ja) | 1992-03-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100734393B1 (ko) | 실리콘 박막의 원자층 증착 방법 | |
| JPH05211127A (ja) | プラズマ強化化学気相成長法 | |
| US5879970A (en) | Process of growing polycrystalline silicon-germanium alloy having large silicon content | |
| US5470619A (en) | Method of the production of polycrystalline silicon thin films | |
| US20070105373A1 (en) | Method of direct deposition of polycrystalline silicon | |
| EP0154373B1 (en) | Methods for producing single crystals in insulators | |
| EP0240306B1 (en) | Method for forming deposited film | |
| JP2000012465A (ja) | シリコン膜の形成方法及び太陽電池の製造方法 | |
| JP3008455B2 (ja) | 結晶シリコン膜の製造方法 | |
| JPH05315269A (ja) | 薄膜の製膜方法 | |
| KR100773123B1 (ko) | 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 형성 방법 | |
| JPH03289140A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2914992B2 (ja) | 堆積膜形成方法 | |
| KR100222913B1 (ko) | 다결성 규소박막의 제조방법 | |
| JP3116403B2 (ja) | 薄膜トランジスタの製造方法 | |
| JPH0562913A (ja) | 堆積膜の成膜方法 | |
| JP3057712B2 (ja) | 結晶シリコン基板の製造方法 | |
| JP2649221B2 (ja) | 堆積膜形成法 | |
| JPH04318973A (ja) | 薄膜トランジスタ及びその製造方法 | |
| JP2704403B2 (ja) | 半導体薄膜の製造方法 | |
| JPS62240768A (ja) | 堆積膜形成法 | |
| JPH0437119A (ja) | 結晶シリコン基板及びその製造方法 | |
| JPS61127119A (ja) | シリコン結晶の成長方法 | |
| JPH05259458A (ja) | 半導体装置の製法 | |
| JPH0869974A (ja) | 半導体被膜の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |