JPH01128515A - 多結晶シリコン膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、薄膜トランジスタなどに使用する多結晶シリ
コン膜の形成方法に関する。

（従来の技術） 近年、アクティブマトリックス型平面デイスプレィパネ
ルの実現を目的として、半導体薄膜に多結晶シリコン膜
を用いた薄膜トランジスタの開発が進められている。こ
の平面デイスプレィパネルを安価に実現するためには、
低価格なガラス基板上に、高速なスイッチング特性をも
つ薄膜トランジスタを形成する必要がある。このような
薄膜トランジスタは、標準的なガラス基板が変形しない
６００″Ｃ以下の温度で形成され、かつ高い電界効果移
動度を侍なければならない。したがって、薄膜トランジ
スタの活性層となる多結晶シリコン膜には、低温で形成
が可能なこと、また高移動度であることが要求される。

多結晶シリコン膜の高移動度化には、結晶粒を大きくす
ること、結晶粒界の欠陥密度を減少させることが必須で
ある。

従来、多結晶シリコン膜は、５ｉｌ１４ガスをおよそ６
２５℃で熱分解して形成される方法が広く用いられてき
た。この方法では、多結晶シリコン膜の形成温度が６２
５°Ｃと高いこと、かつ５０ｎｍ程の結晶粒径の膜しか
得られず、この膜を用いて形成した薄膜トランジスタで
は、１０ｃｍ”／Ｖ・Ｓ程度の電界効果移動度しか得ら
れなかった。大粒径多結晶シリコン膜を得る方法として
、ＳｉＨ，ガスをおよそ６２５°Ｃで熱分解して形成し
た多結晶シリコン膜にＳｉイオンを注入して非晶質化し
た後、６００°Ｃ程度で長時間アニールを施す方法が考
案された。この方法によると、およそ１μｍの結晶粒径
をもつ多結晶シリコン膜が形成でき、かつこの膜を用い
た薄膜トランジスタでは、およそ１００　Ｃ１”／Ｖ　
−ｓの電界効果移動度が得られる。

以上述べた方法によれば、大粒径な多結晶シリコン膜が
得られ、かつこの膜を用いれば、高い電界効果移動度を
もつ薄膜トランジスタを形成することができるが、イオ
ン注入を施す前に多結晶シリコン膜が、ＳｉＨ４ガスを
およそ６２５°Ｃで熱分解して形成されているので、高
価な石英基板によらなければならず、標準的なガラス基
板を使用できないという問題があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、低価格ガラス基板上に大粒径な多結晶シリコ
ン膜の形成方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の多結晶シリコン膜の形成方法は、シリコン膜に
Ｓｉイオンを注入して、前記シリコン膜の非晶質化を促
進した後、該シリコン膜に熱処理を施して再結晶化させ
る多結晶シリコン膜の形成方法において、前記シリコン
膜として、微結晶化シリコン膜を用い葛。

従来の技術とは、前記シリコン膜が６００°Ｃ以下の温
度で形成された微結晶シリコン膜であることが異なる。

（実施例） まず、ガラス基板を、例えば１３．５６ＭＮｚの高周波
を印加できる平行平板型プラズマＣｖＤ装置内に設置し
、２００〜４００″Ｃに加熱する。フッ素原子とシリコ
ン原子を組成の一部とする反応ガスとして、例えば、Ｓ
ｉＨ２Ｆ２ガスをＨ２ガスで５％〜２０％に希釈してチ
ャンバ内に導入し、ガスの圧力を５０Ｐａ〜２００Ｐａ
に設定する。続いて、高周波の印加によってＳｉＨ１Ｆ
ｇガスおよびＨ２ガスをプラズマ分解して、前記ガラス
基板上に微結晶シリコン膜を、例えば１５０ｎｍ堆積す
る。次に、以上述べた方法で形成した微結晶シリコン膜
に、例えばＳｉイオンを加速電圧７５ｋＶテ５　ＸＩＯ
”７ｃｍ”　（７）条件および加速電圧３０ｋＶ　”ｉ
’１．５　ＸＩＯ■ｓ／ｃｍ”の条件で注入して、シリ
コン膜全面を非晶質化する。次に、例えば５７５℃で３
０時間熱処理を施す。このようにして形成したシリコン
膜は、電子線回折による結晶性評価から、１００〜６０
０ｎｍ程の結晶粒径からなる多結晶シリコン膜であった
。すなわち以上述べた方法によれば、イオン注入前のシ
リコン膜に微結晶シリコン膜を用いることによって、５
７５°Ｃ以下の温度でも、結晶粒径が１００〜６００ｎ
ｍの結晶粒径をもつ多結晶シリコン膜を形成できる。

以上説明した実施例では、１３．５６１Ｈｚの高周波を
印加できる平行平板型プラズマＣＶＤ法を用いた場合に
ついてのみ説明したが、これに限ることはな（、直流放
電法、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法、光分解法等でも同様に
実施できる。すなわち本発明による多結晶シリコン膜形
成では、微結晶シリコン膜の形成工程は、反応ガスの分
解方法によらない。

また以上説明した実施例では、反応ガスとしてＳｉＨ＊
ｈガスについてのみ説明したが、これに限ることはなく
、フッ素ガスとシリコン原子を組成の一部とする５ｉｌ
ｈｈガスの代わりに、ＳｉＦ４ガス、５ｉｚＦａガス、
ＳｉＨ３Ｆガスを用いても同様に実施できる。またこれ
らのガスに加えて、ＳｉＨ４ガス、Ｓｉ！Ｈｉガス、５
ｉＪｓガスを混合すれば、堆積速度を高めることができ
る。

また以上説明した実施例では、微結晶シリコン膜の形成
工程では、少なくともフッ素原子とシリコン原子を組成
の一部とする反応ガスおよび水素ガスを、プラズマ分解
による方法についてのみ説明したが、これに限ることは
なく、フッ素原子とシリコン原子を組成の一部とする反
応ガスを用いなくても、ＳｉＨ４ガス、５ｉ２Ｉ（ｔｈ
ガス、５ｉ３Ｈ１１ガス等、フッ素を含まないシリコン
と水素を組成とするガスおよび水素ガスを、プラズマ分
解または光分解しても、６００″Ｃ以下で微結晶シリコ
ン膜の形成は可能であり、該微結晶シリコン膜にＳｉイ
オンを注入し、６００℃以下の温度で熱処理を施すこと
によって、多結晶シリコン膜を形成することができた。

また本発明では、シリコンと水素を組成とする反応ガス
を、６００°Ｃ以下で熱分解して形成した微結晶シリコ
ン膜を用いても、同様に多結晶シリコン膜を形成できる
。−例として減圧ＣＶＤ法により形成した微結晶シリコ
ン膜を用いた多結晶シリコン膜形成方法を説明する。

まずガラス基板を石英管内部に設置し、キャリアガスと
して、例えばＨ２ガスを４００　ｓｅｃｍ流す。次に、
ガラス基板を６００℃に加熱した後、シリコンと水素を
組成とする反応ガスとして、例えばＳｉｎ。

ガスを１００　ｓｅｃｍ流し、石英管内部の圧力を、例
えば１０Ｐａに設定する。以上の操作により、ガラス基
板上には微結晶シリコン膜が堆積される。この微結晶シ
リコン膜をＳｉイオンの注入によって非晶質化した後、
６００°Ｃで３０時間熱処理することによって、多結晶
シリコン膜が得られた。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、大粒径な多結晶
シリコン膜が６００°Ｃ以下の低温で形成できるので、
ガラスの変形を伴わずに、低価格なガラス基板上に多結
晶シリコン膜を容易に形成できる。また微結晶シリコン
膜を、少なくともフッ素原子とシリコン原子を組成の一
部とする反応ガスおよび水素ガスを、プラズマ分解また
は光分解して形成した場合には、フッ素原子が膜中に混
入するので、このフッ素原子が多結晶シリコン膜の結晶
粒界に存在する欠陥を補償する。すなわち欠陥密度が減
少することによって、高移動度をもつ多結晶膜が得られ
る。

特許出願人　　日本電信電話株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリコン膜にＳｉイオンを注入して、前記シリコン
   膜の非晶質化した後、該シリコン膜に熱処理を施して再
   結晶化させる多結晶シリコン膜の形成方法において、前
   記シリコン膜が微結晶化シリコン膜からなることを特徴
   とする多結晶シリコン膜の形成方法。 ２、前記微結晶化シリコン膜が、少なくともフッ素原子
   とシリコン原子を組成の一部とする反応ガスおよび水素
   ガスを、プラズマ分解または光分解して形成されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の多結晶シリコ
   ン膜の形成方法。 ３、前記微結晶化シリコン膜が、少なくとも水素原子と
   シリコン原子を組成とする反応ガスおよび水素ガスを、
   プラズマ分解または光分解して形成されることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の多結晶シリコン膜の形
   成方法。 ４、前記微結晶化シリコン膜が、少なくとも水素原子と
   シリコン原子を組成とする反応ガスを、６００℃以下の
   温度で熱分解して形成されることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の多結晶シリコン膜の形成方法。