JP3078101B2 - 大面積ポリシリコン薄膜およびその低温形成法 - Google Patents
大面積ポリシリコン薄膜およびその低温形成法Info
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- Surface Treatment Of Glass (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、安価なガラス基板また
は金属薄膜もしくは透明導電膜が形成されたガラス基板
上に作製され、しかもグレインサイズがコントロールさ
れてなるポリシリコン薄膜およびその薄膜を大面積に低
温にて形成する方法に関し、薄膜トランジスターや薄膜
太陽電池に応用可能なものである。
は金属薄膜もしくは透明導電膜が形成されたガラス基板
上に作製され、しかもグレインサイズがコントロールさ
れてなるポリシリコン薄膜およびその薄膜を大面積に低
温にて形成する方法に関し、薄膜トランジスターや薄膜
太陽電池に応用可能なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より薄膜トランジスタや薄膜太陽電
池の製造プロセスの簡素化および製造コストの低減のた
めにポリシリコン薄膜が用いられている。このポリシリ
コン薄膜を得るのに、従来技術では６５０℃以上の高温
を必要とし、安価なガラス基板（通常軟化点が６５０℃
以下）を用いることができない。一方、軟化点が高いも
のではガラス基板内の不純物がポリシリコンへ拡散する
という問題があり、また、ポリシリコンとガラス基板と
の熱膨張係数の違いからガラス基板上へのポリシリコン
の成膜は困難であるという問題がある。
池の製造プロセスの簡素化および製造コストの低減のた
めにポリシリコン薄膜が用いられている。このポリシリ
コン薄膜を得るのに、従来技術では６５０℃以上の高温
を必要とし、安価なガラス基板（通常軟化点が６５０℃
以下）を用いることができない。一方、軟化点が高いも
のではガラス基板内の不純物がポリシリコンへ拡散する
という問題があり、また、ポリシリコンとガラス基板と
の熱膨張係数の違いからガラス基板上へのポリシリコン
の成膜は困難であるという問題がある。
【０００３】また、最近になって提案されているエキシ
マーレーザによるアモルファスシリコン膜のアニーリン
グ法では、レーザスポットが小さいため、基板またはレ
ーザ光学系を移動する必要がある。その際、境界部分に
結晶の不均一なあるいは非晶質部分が残り、大面積に均
一にポリシリコン膜を得ることが難かしいという問題が
ある。またポリシリコン膜の粒形（グレインサイズ）の
コントロールということに関しては、基板の温度で粒形
が決定されてしまい、大粒形のものが形成しにくいとい
う欠点がある。
マーレーザによるアモルファスシリコン膜のアニーリン
グ法では、レーザスポットが小さいため、基板またはレ
ーザ光学系を移動する必要がある。その際、境界部分に
結晶の不均一なあるいは非晶質部分が残り、大面積に均
一にポリシリコン膜を得ることが難かしいという問題が
ある。またポリシリコン膜の粒形（グレインサイズ）の
コントロールということに関しては、基板の温度で粒形
が決定されてしまい、大粒形のものが形成しにくいとい
う欠点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の問題点に鑑みなされたものであって、安価なガラス
基板に形成されることができ、しかもグレインサイズが
コントロールされてなるポリシリコン薄膜およびその低
温形成法を提供することを主たる目的とする。
術の問題点に鑑みなされたものであって、安価なガラス
基板に形成されることができ、しかもグレインサイズが
コントロールされてなるポリシリコン薄膜およびその低
温形成法を提供することを主たる目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のポリシリコン薄
膜は、シリコンパウダ−により研磨された基板上に形成
されてなることを特徴としている。
膜は、シリコンパウダ−により研磨された基板上に形成
されてなることを特徴としている。
【０００６】本発明のポリシリコン薄膜においては、前
記基板が、ガラス基板または透明電極もしくは金属薄膜
が形成されてなるガラス基板であるのが好ましい。
記基板が、ガラス基板または透明電極もしくは金属薄膜
が形成されてなるガラス基板であるのが好ましい。
【０００７】また、本発明のポリシリコン薄膜において
は、前記シリコンパウダ−の粒形が１０００Å〜１００
μmであるのが好ましい。
は、前記シリコンパウダ−の粒形が１０００Å〜１００
μmであるのが好ましい。
【０００８】さらに、本発明のポリシリコン薄膜におい
ては、前記ポリシリコン薄膜が、ＣＶＤ法またはＰＶＤ
法によりアモルファスシリコン膜が形成された後、水素
プラズマにて一定時間暴露されるという繰返しにより形
成されてなるのが好ましく、そして、前記水素プラズマ
の水素原子フラックスが１×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ2・
ｓｅｃ以上であり、水素イオンフラックスが１×１０16
ａｔｏｍ／ｃｍ2・ｓｅｃ以下であり、前記水素プラズ
マが、永久磁石を用いたＥＣＲ放電により形成されてな
るのがさらに好ましい。
ては、前記ポリシリコン薄膜が、ＣＶＤ法またはＰＶＤ
法によりアモルファスシリコン膜が形成された後、水素
プラズマにて一定時間暴露されるという繰返しにより形
成されてなるのが好ましく、そして、前記水素プラズマ
の水素原子フラックスが１×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ2・
ｓｅｃ以上であり、水素イオンフラックスが１×１０16
ａｔｏｍ／ｃｍ2・ｓｅｃ以下であり、前記水素プラズ
マが、永久磁石を用いたＥＣＲ放電により形成されてな
るのがさらに好ましい。
【０００９】その上、本発明のポリシリコン薄膜におい
ては、前記ポリシリコン薄膜が、５００℃以下の温度に
て形成されてなるのが好ましい。
ては、前記ポリシリコン薄膜が、５００℃以下の温度に
て形成されてなるのが好ましい。
【００１０】本発明のポリシリコン薄膜の形成法は、基
板をシリコンパウダ−により研磨した後、該基板上にポ
リシリコン薄膜を形成することを特徴としている。
板をシリコンパウダ−により研磨した後、該基板上にポ
リシリコン薄膜を形成することを特徴としている。
【００１１】本発明のポリシリコン薄膜の形成法におい
ては、前記基板が、ガラス基板または透明電極もしくは
金属薄膜が形成されてなるガラス基板であるのが好まし
い。
ては、前記基板が、ガラス基板または透明電極もしくは
金属薄膜が形成されてなるガラス基板であるのが好まし
い。
【００１２】また、本発明のポリシリコン薄膜の形成法
においては、前記シリコンパウダ−の粒径が１０００Å
〜１００μｍであるのが好ましい。
においては、前記シリコンパウダ−の粒径が１０００Å
〜１００μｍであるのが好ましい。
【００１３】さらに、本発明のポリシリコン薄膜の形成
法においては、前記ポリシリコン薄膜を、ＣＶＤ法また
はＰＶＤ法によりアモルファスシリコン膜が形成された
後、水素プラズマにて一定時間暴露されるという繰返し
により形成するのが好ましく、そして、前記水素プラズ
マの水素原子フラックスが１×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ2
・ｓｅｃ以上であり、水素イオンフラックスが１×１０
16ａｔｏｍ／ｃｍ2・ｓｅｃ以下であり、前記水素プラ
ズマを、永久磁石を用いたＥＣＲ放電により形成するの
がさらに好ましい。
法においては、前記ポリシリコン薄膜を、ＣＶＤ法また
はＰＶＤ法によりアモルファスシリコン膜が形成された
後、水素プラズマにて一定時間暴露されるという繰返し
により形成するのが好ましく、そして、前記水素プラズ
マの水素原子フラックスが１×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ2
・ｓｅｃ以上であり、水素イオンフラックスが１×１０
16ａｔｏｍ／ｃｍ2・ｓｅｃ以下であり、前記水素プラ
ズマを、永久磁石を用いたＥＣＲ放電により形成するの
がさらに好ましい。
【００１４】その上、本発明のポリシリコン薄膜の形成
法においては、前記ポリシリコン薄膜を５００℃以下の
温度にて形成するのが好ましい。
法においては、前記ポリシリコン薄膜を５００℃以下の
温度にて形成するのが好ましい。
【００１５】
【作用】本発明のポリシリコン薄膜は、シリコンパウダ
−により研磨された基板上に付着したシリコンパウダ−
の粒子を核として成長・形成されているので、低温にて
形成することができる。したがって、安価なガラス基板
に形成できる。また、シリコンパウダ−の粒子を核とし
て形成されているので、シリコンパウダ−の粒径をコン
トロ−ルすることにより、グレインサイズをコントロ−
ルすることができる。
−により研磨された基板上に付着したシリコンパウダ−
の粒子を核として成長・形成されているので、低温にて
形成することができる。したがって、安価なガラス基板
に形成できる。また、シリコンパウダ−の粒子を核とし
て形成されているので、シリコンパウダ−の粒径をコン
トロ−ルすることにより、グレインサイズをコントロ−
ルすることができる。
【００１６】また本発明のポリシリコン薄膜の形成法は
基板をシリコンパウダ−により研磨した後、この基板上
に付着したシリコンパウダ−の粒子を核として、ポリシ
リコン薄膜を形成しているので、低温でポリシリコン薄
膜を形成することができる。したがって、安価なガラス
基板上にポリシリコン薄膜を形成することができる。ま
た、安価なガラス基板に成膜できるため、大面積ポリシ
リコン薄膜を得ることができる。しかも、シリコンパウ
ダ−の粒子を核としてポリシリコン薄膜を形成している
ので、シリコンパウダ−の粒径をコントロ−ルすること
によりグレインサイズをコントロ−ルできる。
基板をシリコンパウダ−により研磨した後、この基板上
に付着したシリコンパウダ−の粒子を核として、ポリシ
リコン薄膜を形成しているので、低温でポリシリコン薄
膜を形成することができる。したがって、安価なガラス
基板上にポリシリコン薄膜を形成することができる。ま
た、安価なガラス基板に成膜できるため、大面積ポリシ
リコン薄膜を得ることができる。しかも、シリコンパウ
ダ−の粒子を核としてポリシリコン薄膜を形成している
ので、シリコンパウダ−の粒径をコントロ−ルすること
によりグレインサイズをコントロ−ルできる。
【００１７】
【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明を実施
例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のにみ
限定されるものではない。
例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のにみ
限定されるものではない。
【００１８】図１は本発明に用いる成膜装置の概略図で
ある。図において、１はチャンバー、２は基板回転装
置、３はガラス基板、４はＲＦ電極、５はＥＣＲ装置を
示す。
ある。図において、１はチャンバー、２は基板回転装
置、３はガラス基板、４はＲＦ電極、５はＥＣＲ装置を
示す。
【００１９】本発明のポリシリコン薄膜はガラス基板上
に形成されたものであって、特にその粒形がコントロー
ルされてなるものである。
に形成されたものであって、特にその粒形がコントロー
ルされてなるものである。
【００２０】粒形のコントロール方法としては、ガラス
基板またはガラス基板上に形成された透明電極もしくは
金属電極を、シリコンパウダーまたはシリコンパウダー
を含むペーストにて研磨することによって行う。この
際、シリコンパウダーとしては、１０００Å〜１００μ
ｍの粒径のものが好ましく、１μｍ〜５０μｍの粒径も
のであるのがさらに好ましい。
基板またはガラス基板上に形成された透明電極もしくは
金属電極を、シリコンパウダーまたはシリコンパウダー
を含むペーストにて研磨することによって行う。この
際、シリコンパウダーとしては、１０００Å〜１００μ
ｍの粒径のものが好ましく、１μｍ〜５０μｍの粒径も
のであるのがさらに好ましい。
【００２１】また研磨方法としては、シリコンパウダー
を有機溶媒中に分散し、超音波洗浄機を用いてその時間
を管理することにより行う。その際の分散させるシリコ
ンパウダーの量は、エタノール１リットルに対して０．
１ｇ〜１０ｇ、好ましくは１ｇ〜１０ｇである。また研
磨時間は５分〜３０分、好ましくは１０分〜２０分であ
る。
を有機溶媒中に分散し、超音波洗浄機を用いてその時間
を管理することにより行う。その際の分散させるシリコ
ンパウダーの量は、エタノール１リットルに対して０．
１ｇ〜１０ｇ、好ましくは１ｇ〜１０ｇである。また研
磨時間は５分〜３０分、好ましくは１０分〜２０分であ
る。
【００２２】以下、具体的な実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００２３】実施例１ ガラス基板（コーニング７０５９基板（フラット））３
を、シリコン粒径１μｍのパウダー１０ｇをエタノール
１リットル中に分散した濾液中にて、超音波処理を２０
分行った。この後、アセトンにて超音波洗浄後、図１に
示すプラズマＣＶＤ装置にてポリシリコン薄膜を形成し
た。
を、シリコン粒径１μｍのパウダー１０ｇをエタノール
１リットル中に分散した濾液中にて、超音波処理を２０
分行った。この後、アセトンにて超音波洗浄後、図１に
示すプラズマＣＶＤ装置にてポリシリコン薄膜を形成し
た。
【００２４】形成条件としては、図１に示すＲＦ電極４
側にてアモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉ：Ｈとも
表わす）を１５Å堆積し、ＥＣＲ装置５側にて水素原子
（１×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ2％以上）にてアニールす
るという繰返しによりポリシリコン膜を得た。なお、図
において、５ａは永久磁石を示す。
側にてアモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉ：Ｈとも
表わす）を１５Å堆積し、ＥＣＲ装置５側にて水素原子
（１×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ2％以上）にてアニールす
るという繰返しによりポリシリコン膜を得た。なお、図
において、５ａは永久磁石を示す。
【００２５】ａ−Ｓｉ：Ｈの成膜条件は、ＳｉＨ4 ガ
ス：４０ＳＣＣＭ、Ｈ2 ガス：２００ＳＣＣＭ、反応室
圧力：０．５Ｔｏｒｒ、ＲＦパワー密度：２０ｍＷ／ｃ
ｍ2、基板温度：２５０℃とした。
ス：４０ＳＣＣＭ、Ｈ2 ガス：２００ＳＣＣＭ、反応室
圧力：０．５Ｔｏｒｒ、ＲＦパワー密度：２０ｍＷ／ｃ
ｍ2、基板温度：２５０℃とした。
【００２６】水素原子によるアニールは、Ｈ2 ガス：２
００ＳＣＣＭ、反応室圧力：２０ｍＴｏｒｒ、マイクロ
波パワー：４５０Ｗ、基板温度：２５０℃にて行った。
この際、基板３に到達した水素原子フラックスは１×１
０16ａｔｏｍ／ｃｍ2・ｓｅｃ以上、水素イオンフラッ
クスは１×１０14ａｔｏｍ／ｃｍ2・ｓｅｃ以下であっ
た。得られた膜は、Ｘ線回折、ラマン測定の結果から、
結晶であることがわかった。またＳＥＭ観察からその粒
形は、１μｍの膜厚の範囲では１０００Å〜２０００Å
であった。
００ＳＣＣＭ、反応室圧力：２０ｍＴｏｒｒ、マイクロ
波パワー：４５０Ｗ、基板温度：２５０℃にて行った。
この際、基板３に到達した水素原子フラックスは１×１
０16ａｔｏｍ／ｃｍ2・ｓｅｃ以上、水素イオンフラッ
クスは１×１０14ａｔｏｍ／ｃｍ2・ｓｅｃ以下であっ
た。得られた膜は、Ｘ線回折、ラマン測定の結果から、
結晶であることがわかった。またＳＥＭ観察からその粒
形は、１μｍの膜厚の範囲では１０００Å〜２０００Å
であった。
【００２７】比較例１ ガラス基板（コーニング７０５９基板（フラット））
を、シリコンパウダーを含まないエタノールアセトン溶
液にて超音波洗浄した後、実施例１と同様の条件にて成
膜を行った。
を、シリコンパウダーを含まないエタノールアセトン溶
液にて超音波洗浄した後、実施例１と同様の条件にて成
膜を行った。
【００２８】パウダーの研磨のない状態では、ガラス基
板上に膜はいっさい形成されなかった。このことはガラ
ス基板上にシリコンの核が形成されず結晶成長しなかっ
たものといえる。
板上に膜はいっさい形成されなかった。このことはガラ
ス基板上にシリコンの核が形成されず結晶成長しなかっ
たものといえる。
【００２９】このことから、シリコンパウダーの研磨が
ガラス基板上での核発生を促進していることがわかる。
ガラス基板上での核発生を促進していることがわかる。
【００３０】実施例２ ガラス基板（コーニング７０５９基板（フラット））３
を、シリコン粒径１μｍのパウダー１０ｇをエタノール
１リットル中に分散した溶液にて、超音波処理を１０分
行った。
を、シリコン粒径１μｍのパウダー１０ｇをエタノール
１リットル中に分散した溶液にて、超音波処理を１０分
行った。
【００３１】その後、実施例１と同様の方法にてポリシ
リコン薄膜を形成した。形成されたポリシリコン薄膜を
ＳＥＭにて観察したところ、その粒形は２０００Å〜５
０００Åであった。
リコン薄膜を形成した。形成されたポリシリコン薄膜を
ＳＥＭにて観察したところ、その粒形は２０００Å〜５
０００Åであった。
【００３２】このことから、超音波処理の時間により核
発生密度をコントロールでき、それにより粒形をコント
ロールできるのがわかる。
発生密度をコントロールでき、それにより粒形をコント
ロールできるのがわかる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば安価
なガラス基板上にポリシリコン薄膜を低温にてグレイン
サイズをコントロ−ルしながら形成できる。安価なガラ
ス基板に成膜できることから、容易に大面積ポリシリコ
ン薄膜を得ることができる。したがって、薄膜トランジ
スタや薄膜太陽電池の大形化が低コストで達成すること
ができる。
なガラス基板上にポリシリコン薄膜を低温にてグレイン
サイズをコントロ−ルしながら形成できる。安価なガラ
ス基板に成膜できることから、容易に大面積ポリシリコ
ン薄膜を得ることができる。したがって、薄膜トランジ
スタや薄膜太陽電池の大形化が低コストで達成すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の形成法に用いる成膜装置の概略図であ
る。
る。
１ チャンバー ２ 基板回転装置 ３ ガラス基板 ４ ＲＦ電極 ５ ＥＣＲ装置 ５ａ 永久磁石
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/04 - 31/078 H01L 21/304 C30B 29/06
Claims (14)
- 【請求項１】 シリコンパウダ−により研磨された基板
上に形成されてなることを特徴とするポリシリコン薄
膜。 - 【請求項２】 前記基板が、ガラス基板または透明電極
もしくは金属薄膜が形成されてなるガラス基板であるこ
とを特徴とする請求項１記載のポリシリコン薄膜。 - 【請求項３】 前記シリコンパウダ−の粒形が１０００
Å〜１００μmであることを特徴とする請求項１または
２記載のポリシリコン薄膜。 - 【請求項４】 前記ポリシリコン薄膜が、ＣＶＤ法また
はＰＶＤ法によりアモルファスシリコン膜が形成された
後、水素プラズマにて一定時間暴露されるという繰返し
により形成されてなることを特徴とする請求項１、２ま
たは３記載のポリシリコン薄膜。 - 【請求項５】 前記水素プラズマの水素原子フラックス
が１×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ2・ｓｅｃ以上であり、水
素イオンフラックスが１×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ2・ｓ
ｅｃ以下であることを特徴とする請求項４記載のポリシ
リコン薄膜。 - 【請求項６】 前記水素プラズマが、永久磁石を用いた
ＥＣＲ放電により形成されてなることを特徴とする請求
項４または５記載のポリシリコン薄膜。 - 【請求項７】 前記ポリシリコン薄膜が、５００℃以下
の温度にて形成されてなることを特徴とする請求項１、
２、３、４、５または６記載のポリシリコン薄膜。 - 【請求項８】 基板をシリコンパウダ−により研磨した
後、該基板上にポリシリコン薄膜を形成することを特徴
とするポリシリコン薄膜の形成法。 - 【請求項９】 前記基板が、ガラス基板または透明電極
もしくは金属薄膜が形成されてなるガラス基板であるこ
とを特徴とする請求項８記載のポリシリコン薄膜の形成
法。 - 【請求項１０】 前記シリコンパウダ−の粒径が１００
０Å〜１００μｍであることを特徴とする請求項８また
は９記載のポリシリコン薄膜の形成法。 - 【請求項１１】 前記ポリシリコン薄膜を、ＣＶＤ法ま
たはＰＶＤ法によりアモルファスシリコン膜が形成され
た後、水素プラズマにて一定時間暴露されるという繰返
しにより形成することを特徴とする請求項８、９または
１０記載のポリシリコン薄膜の形成法。 - 【請求項１２】 前記水素プラズマの水素原子フラック
スが１×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ2・ｓｅｃ以上であり、
水素イオンフラックスが１×１０16ａｔｏｍ／ｃｍ2・
ｓｅｃ以下であることを特徴とする請求項１１記載のポ
リシリコン薄膜の形成法。 - 【請求項１３】 前記水素プラズマを、永久磁石を用い
たＥＣＲ放電により形成することを特徴とする請求項１
１または１２記載のポリシリコン薄膜の形成法。 - 【請求項１４】 前記ポリシリコン薄膜を５００℃以下
の温度にて形成することを特徴とする請求項８、９、１
０、１１、１２または１３記載のポリシリコン薄膜の形
成法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04109259A JP3078101B2 (ja) | 1992-04-01 | 1992-04-01 | 大面積ポリシリコン薄膜およびその低温形成法 |
| US08/142,306 US5517037A (en) | 1992-03-25 | 1993-03-23 | Polysilicon thin film with a particulate product of SiOx |
| EP93906804A EP0589049B1 (en) | 1992-03-25 | 1993-03-23 | Thin polysilicon film and production thereof |
| DE69327559T DE69327559T2 (de) | 1992-03-25 | 1993-03-23 | Dünnfilm aus polysilizium und verfahren zu seiner herstellung |
| PCT/JP1993/000338 WO1993019022A1 (fr) | 1992-03-25 | 1993-03-23 | Couche mince de polysilicium et sa fabrication |
| US08/599,652 US5739043A (en) | 1992-03-25 | 1996-02-12 | Method for producing a substrate having crystalline silicon nuclei for forming a polysilicon thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04109259A JP3078101B2 (ja) | 1992-04-01 | 1992-04-01 | 大面積ポリシリコン薄膜およびその低温形成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05283726A JPH05283726A (ja) | 1993-10-29 |
| JP3078101B2 true JP3078101B2 (ja) | 2000-08-21 |
Family
ID=14505646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04109259A Expired - Fee Related JP3078101B2 (ja) | 1992-03-25 | 1992-04-01 | 大面積ポリシリコン薄膜およびその低温形成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3078101B2 (ja) |
-
1992
- 1992-04-01 JP JP04109259A patent/JP3078101B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05283726A (ja) | 1993-10-29 |
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