JPH03243771A - 多結晶Ｓｉ膜の製造方法 - Google Patents
多結晶Ｓｉ膜の製造方法Info
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- JPH03243771A JPH03243771A JP3933790A JP3933790A JPH03243771A JP H03243771 A JPH03243771 A JP H03243771A JP 3933790 A JP3933790 A JP 3933790A JP 3933790 A JP3933790 A JP 3933790A JP H03243771 A JPH03243771 A JP H03243771A
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Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
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。
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、半導体デバイスに広く用いられている多結晶
Ｓｉの成長法に関し、特に、Ｓｔの結晶粒サイズを大き
くする成長法に関する。
Ｓｉの成長法に関し、特に、Ｓｔの結晶粒サイズを大き
くする成長法に関する。
多結晶Ｓｉは、ＬＳＩを構成するＭＯＳトランジスタに
おける電極材料として、また、液晶デイスプレィやイメ
ージセンサ−などにおける駆動素子である薄膜トランジ
スタの活性層として広く用いられている。この際、多結
晶Ｓｉにおける結晶粒のサイズが大きいほど、電子の移
動度が大きくなり素子の性能が高くなり、この結晶粒サ
イ、ズの制御が半導体素子への応用には重要な要因とな
る。
おける電極材料として、また、液晶デイスプレィやイメ
ージセンサ−などにおける駆動素子である薄膜トランジ
スタの活性層として広く用いられている。この際、多結
晶Ｓｉにおける結晶粒のサイズが大きいほど、電子の移
動度が大きくなり素子の性能が高くなり、この結晶粒サ
イ、ズの制御が半導体素子への応用には重要な要因とな
る。
多結晶Ｓｔの成長方法としては、減圧化学気相成長法、
常圧化学気相成長法などが広く用いられているが、この
他にも、分子線結晶成長法、蒸着法、スパッタリング法
、クラスターイオンビーム蒸着法などによっても成長さ
せることができる。この際、多結晶Ｓｔにおける結晶粒
のサイズを制御することは、それぞれの成膜法における
外部パラメターを操作すること、もしくはＳｉ成長後の
熱処理を行なう方法が行なわれてきた。具体的には、通
常、結晶粒のサイズを大きくするために、成膜パラメタ
ーである基板温度を高くしたり、成長速度を減少させる
ことにより、核の生成密度を下げ、最終的に成長したＳ
ｉの結晶粒を大きくする。また成長後、適当な温度、あ
るいはレーザー照射による熱処理によっても結晶核のサ
イズを大きくすることが可能であることが知られている
。
常圧化学気相成長法などが広く用いられているが、この
他にも、分子線結晶成長法、蒸着法、スパッタリング法
、クラスターイオンビーム蒸着法などによっても成長さ
せることができる。この際、多結晶Ｓｔにおける結晶粒
のサイズを制御することは、それぞれの成膜法における
外部パラメターを操作すること、もしくはＳｉ成長後の
熱処理を行なう方法が行なわれてきた。具体的には、通
常、結晶粒のサイズを大きくするために、成膜パラメタ
ーである基板温度を高くしたり、成長速度を減少させる
ことにより、核の生成密度を下げ、最終的に成長したＳ
ｉの結晶粒を大きくする。また成長後、適当な温度、あ
るいはレーザー照射による熱処理によっても結晶核のサ
イズを大きくすることが可能であることが知られている
。
しかしながら、従来のどの成長法においても、通常の連
続的な底膜を行なうかぎり、成長時間の経過とともに生
成される核の数は増加し、核生成の制御には限界があっ
た。従って、成長じた結晶粒のサイズの制御にも限界が
あった。この核の数の増加は、Ｓｉの成長においては、
本質的であり、生成した結晶核の融合が起こるまで核の
数は増加する。また、成長後の熱処理により、十分に結
晶核を大きくするためには、Ｓｉの溶融温度以上まで温
度をあげる必要があり、使用できる基板が制限される問
題があった。
続的な底膜を行なうかぎり、成長時間の経過とともに生
成される核の数は増加し、核生成の制御には限界があっ
た。従って、成長じた結晶粒のサイズの制御にも限界が
あった。この核の数の増加は、Ｓｉの成長においては、
本質的であり、生成した結晶核の融合が起こるまで核の
数は増加する。また、成長後の熱処理により、十分に結
晶核を大きくするためには、Ｓｉの溶融温度以上まで温
度をあげる必要があり、使用できる基板が制限される問
題があった。
（課題を解決するための手段〕
上記問題を解決するため、本発明では、Ｓｉの戒長の機
構を考慮したうえで、Ｓｉの成長過程における核生成を
制御するため、Ｓｉの成長を通常行なわれているように
連続で行なわず、原料の間欠的な供給による、不連続な
成長法を行なう。
構を考慮したうえで、Ｓｉの成長過程における核生成を
制御するため、Ｓｉの成長を通常行なわれているように
連続で行なわず、原料の間欠的な供給による、不連続な
成長法を行なう。
例えば、常圧化学気相成長法で成長する場合を例にとれ
ば、Ｓｉの原料ガスであるＳｉＨ４の供給を間欠的に行
なうことで実施できる。また光化学気相成長法で戒長を
行なう場合には、光をパルスで照射することにより、間
欠的な成長種の供給がさらに容易に行なえる。この原理
を簡単に説明する。
ば、Ｓｉの原料ガスであるＳｉＨ４の供給を間欠的に行
なうことで実施できる。また光化学気相成長法で戒長を
行なう場合には、光をパルスで照射することにより、間
欠的な成長種の供給がさらに容易に行なえる。この原理
を簡単に説明する。
第１図に示すように、Ｓｔの成長は気相から供給される
Ｓｉの成長種が表面に吸着し、脱離を伴いながら表面を
拡散して、ある確率で臨界サイズを超える安定な核を生
成する。また、吸着Ｓｉの消滅過程は、表面からの脱離
、既存の結晶核への吸収、新たな核生成があり、これら
の消滅過程と、成長種の供給が平衡状態を保って成長す
る。したがって、表面には必ずある数の吸着原子が存在
し、新たな核の生成確率はＯとならない。このため、成
長時間の経過とともに、結晶核の数は増加し、結晶核の
数、ひいては結晶サイズの制御が困難になっている。こ
の際、吸着原子の消滅と、成長種の供給の間に平衡が戒
り立つ前に成長種の供給を中止すれば、成長種の消滅過
程は、脱離、既存核への吸収、新たな核生成の競争とな
り、それらの速度でそれぞれの消滅過程への分配割合が
決まる。通常、適当な条件のもとでは、既存核への吸収
確率は、新たな核生成の確率より十分大きくなることが
知られている。よって、間欠的な原料の供給により、新
たな結晶核の生成を伴わず、ある時刻に生成した結晶核
の数を保ったまま、その結晶核を戒長させることにより
結晶核のサイズを制御できる。
Ｓｉの成長種が表面に吸着し、脱離を伴いながら表面を
拡散して、ある確率で臨界サイズを超える安定な核を生
成する。また、吸着Ｓｉの消滅過程は、表面からの脱離
、既存の結晶核への吸収、新たな核生成があり、これら
の消滅過程と、成長種の供給が平衡状態を保って成長す
る。したがって、表面には必ずある数の吸着原子が存在
し、新たな核の生成確率はＯとならない。このため、成
長時間の経過とともに、結晶核の数は増加し、結晶核の
数、ひいては結晶サイズの制御が困難になっている。こ
の際、吸着原子の消滅と、成長種の供給の間に平衡が戒
り立つ前に成長種の供給を中止すれば、成長種の消滅過
程は、脱離、既存核への吸収、新たな核生成の競争とな
り、それらの速度でそれぞれの消滅過程への分配割合が
決まる。通常、適当な条件のもとでは、既存核への吸収
確率は、新たな核生成の確率より十分大きくなることが
知られている。よって、間欠的な原料の供給により、新
たな結晶核の生成を伴わず、ある時刻に生成した結晶核
の数を保ったまま、その結晶核を戒長させることにより
結晶核のサイズを制御できる。
本発明に使用できる成長法は、常圧化学気相成長法、減
圧気相成長法をはしめとする、プラズマ化学気相成長法
、光化学気相成長法、分子線結晶成長法、クラスターイ
オンビーム蒸着法、蒸着法、スパッタリング法など、気
相から成長を行なうすべての成長法で使用できる。また
、１回あたりの原料供給の時間は、基板温度、成長種の
単位時間当たりの供給量などによって異なるが、基本的
には、上記の平衡状態が成立するのに要する時間より短
い必要があり、通常１０−６秒から、２〜３秒までの間
が好ましい。又原料供給の休止時間は５秒から１分まで
の間が好ましい。５秒より短いと本発明の効果が表れに
くく、１分より長いと全体的な成長速度が遅くなり、生
産性が低下する。
圧気相成長法をはしめとする、プラズマ化学気相成長法
、光化学気相成長法、分子線結晶成長法、クラスターイ
オンビーム蒸着法、蒸着法、スパッタリング法など、気
相から成長を行なうすべての成長法で使用できる。また
、１回あたりの原料供給の時間は、基板温度、成長種の
単位時間当たりの供給量などによって異なるが、基本的
には、上記の平衡状態が成立するのに要する時間より短
い必要があり、通常１０−６秒から、２〜３秒までの間
が好ましい。又原料供給の休止時間は５秒から１分まで
の間が好ましい。５秒より短いと本発明の効果が表れに
くく、１分より長いと全体的な成長速度が遅くなり、生
産性が低下する。
本発明によれば、間欠的な原料の供給により、新たな結
晶核の生成を伴わず、ある時刻に生成した結晶核の数を
保ったまま、その結晶核を成長させることにより結晶核
のサイズを制御できる。
晶核の生成を伴わず、ある時刻に生成した結晶核の数を
保ったまま、その結晶核を成長させることにより結晶核
のサイズを制御できる。
以下に実施例を記述する。成長法は常圧化学成長法によ
る。キャリアガスにＨ！を８１ ／＋ａｉｎ 、原料ガ
スに、５ｉＨａをｌｃｃ／ｌｌｌ１ｎ流している。温度
は、８００℃とした。反応炉の５ｉｎ４ガス導入口に設
けた電磁弁の開閉により間欠供給を行なう。開閉時間は
開く供給）１秒、閉（断）１０秒として供給を開始して
からある時間経過した後６０００回開閉動作を行なった
。
る。キャリアガスにＨ！を８１ ／＋ａｉｎ 、原料ガ
スに、５ｉＨａをｌｃｃ／ｌｌｌ１ｎ流している。温度
は、８００℃とした。反応炉の５ｉｎ４ガス導入口に設
けた電磁弁の開閉により間欠供給を行なう。開閉時間は
開く供給）１秒、閉（断）１０秒として供給を開始して
からある時間経過した後６０００回開閉動作を行なった
。
第２図に、時間に伴う基板上の結晶核の数の変化を通常
の連続成長との比較で示す。この図かられかるように、
連続成長では時間の経過とともに増加していく結晶核の
数が、間欠法を行なった時点から核の数は増加していな
い。最終的に戒長したＳｉの結晶核のサイズは、連続法
に比べ、間欠法では数倍になっている。
の連続成長との比較で示す。この図かられかるように、
連続成長では時間の経過とともに増加していく結晶核の
数が、間欠法を行なった時点から核の数は増加していな
い。最終的に戒長したＳｉの結晶核のサイズは、連続法
に比べ、間欠法では数倍になっている。
本発明によれば、成長後の熱処理も必要なく結晶サイズ
を大きくでき、薄膜トランジスタ等、半導体素子の素子
特性の向上が図れる。
を大きくでき、薄膜トランジスタ等、半導体素子の素子
特性の向上が図れる。
第１図は本発明における、原理を説明する図であり、第
２図は実施例を示す図である。 成長時間
２図は実施例を示す図である。 成長時間
Claims (2)
- （１）基板上へ結晶成長原料を供給して基板表面に多結
晶Ｓｉ膜を形成する方法において、結晶核生成時の結晶
成長原料の供給を間欠的に行なうことを特徴とする多結
晶Ｓｉ膜の製造方法。 - （２）該間欠的な原料供給がパルス光を用いた光化学気
相法である請求項１記載の多結晶Ｓｉ膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3933790A JPH03243771A (ja) | 1990-02-20 | 1990-02-20 | 多結晶Ｓｉ膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3933790A JPH03243771A (ja) | 1990-02-20 | 1990-02-20 | 多結晶Ｓｉ膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03243771A true JPH03243771A (ja) | 1991-10-30 |
Family
ID=12550277
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3933790A Pending JPH03243771A (ja) | 1990-02-20 | 1990-02-20 | 多結晶Ｓｉ膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03243771A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995003629A1 (fr) * | 1993-07-26 | 1995-02-02 | Seiko Epson Corporation | Dispositif semi-conducteur a film mince, sa fabrication et son systeme d'affichage |
-
1990
- 1990-02-20 JP JP3933790A patent/JPH03243771A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995003629A1 (fr) * | 1993-07-26 | 1995-02-02 | Seiko Epson Corporation | Dispositif semi-conducteur a film mince, sa fabrication et son systeme d'affichage |
| US6180957B1 (en) | 1993-07-26 | 2001-01-30 | Seiko Epson Corporation | Thin-film semiconductor device, and display system using the same |
| US6808965B1 (en) | 1993-07-26 | 2004-10-26 | Seiko Epson Corporation | Methodology for fabricating a thin film transistor, including an LDD region, from amorphous semiconductor film deposited at 530° C. or less using low pressure chemical vapor deposition |
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