JPH03250728A - 多結晶シリコンの製造方法 - Google Patents
多結晶シリコンの製造方法Info
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- JPH03250728A JPH03250728A JP4824490A JP4824490A JPH03250728A JP H03250728 A JPH03250728 A JP H03250728A JP 4824490 A JP4824490 A JP 4824490A JP 4824490 A JP4824490 A JP 4824490A JP H03250728 A JPH03250728 A JP H03250728A
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Landscapes
- Recrystallisation Techniques (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】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
この発明は、たとえば密着イメージセンサや液晶パネル
デイスプレィなどの薄膜電子デバイス上に形成する薄膜
トランジスタの構成に適する多結晶シリコンの製造方法
に関する。
デイスプレィなどの薄膜電子デバイス上に形成する薄膜
トランジスタの構成に適する多結晶シリコンの製造方法
に関する。
（従来の技術）
比較的電子移動度が高い多結晶シリコンを、再現性よく
製造し得る方法として次のような手段か知られている。
製造し得る方法として次のような手段か知られている。
すなわち、減圧化学気相成長法（Ｌ Ｐ ＣＶ Ｄ法）
でシリコン薄膜を成長させ、このシリコン薄膜にＳ１イ
オンを注入して一旦非晶質状態にした後、所定温度に保
持し、固相成長させて多結晶体シリコン薄膜を得る方法
である。
でシリコン薄膜を成長させ、このシリコン薄膜にＳ１イ
オンを注入して一旦非晶質状態にした後、所定温度に保
持し、固相成長させて多結晶体シリコン薄膜を得る方法
である。
前記ＬＰＣＶＤ法でシリコン薄膜を得る場合は、成膜温
度すなわちＬＰＣＶＤ法で用いる炉の温度か高いほど成
膜速度が高いため、炉温を６００℃以上に設定して比較
的短時間内にシリコン薄膜を成長形成し、その後、Ｓｉ
をイオン注入して固相成長させていることが多い。
度すなわちＬＰＣＶＤ法で用いる炉の温度か高いほど成
膜速度が高いため、炉温を６００℃以上に設定して比較
的短時間内にシリコン薄膜を成長形成し、その後、Ｓｉ
をイオン注入して固相成長させていることが多い。
ところで、前記ＬＰＣＶＤ法で形成したシリコン薄膜は
、成長形成温度かおよそ ６００℃以上の場合多結晶体
膜か、また成長形成温度がおよそ６００℃以下の場合非
晶質膜になる。しかして、６００℃以下で成長形成する
場合は、成膜速度か遅くなり、スループットが減少する
ことになるか、この非晶質膜にＳｉイオン注入した方が
、６００℃以上で成膜した多結晶体膜にＳｉイオン注入
するより、最終的に得られる多結晶Ｓｉ膜の結晶性の良
いことも報告されている（Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ ６
５．ｐ、４０３Ｂ（１９８９） ）この文献では、５７
０℃でＬＰＣＶＤ法で成膜した非晶質シリコン膜を用い
、イオン注入電圧がこの非晶質シリコン膜を突抜けると
考えられる値に設定したとき、イオン注入におけるドー
ズ量に得られた多結晶体膜の結晶性にほぼ無関係である
と報告している。
、成長形成温度かおよそ ６００℃以上の場合多結晶体
膜か、また成長形成温度がおよそ６００℃以下の場合非
晶質膜になる。しかして、６００℃以下で成長形成する
場合は、成膜速度か遅くなり、スループットが減少する
ことになるか、この非晶質膜にＳｉイオン注入した方が
、６００℃以上で成膜した多結晶体膜にＳｉイオン注入
するより、最終的に得られる多結晶Ｓｉ膜の結晶性の良
いことも報告されている（Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ ６
５．ｐ、４０３Ｂ（１９８９） ）この文献では、５７
０℃でＬＰＣＶＤ法で成膜した非晶質シリコン膜を用い
、イオン注入電圧がこの非晶質シリコン膜を突抜けると
考えられる値に設定したとき、イオン注入におけるドー
ズ量に得られた多結晶体膜の結晶性にほぼ無関係である
と報告している。
（発明が解決しようとする課題）
しかし、ＬＰＣＶＤ法で成膜したシリコン薄膜にＳｉイ
オンを注入した後、固相成長させる多結晶シリコンの形
成方法は、比較的再現性の高い安定した多結晶シリコン
の製造方法といえるが、最近の薄膜電子デバイスの多様
化と高速化の要求によって、さらに構造的に結晶性が良
好で、また電気的特性として移動度などの高い多結晶体
シリコン薄膜が求められている。
オンを注入した後、固相成長させる多結晶シリコンの形
成方法は、比較的再現性の高い安定した多結晶シリコン
の製造方法といえるが、最近の薄膜電子デバイスの多様
化と高速化の要求によって、さらに構造的に結晶性が良
好で、また電気的特性として移動度などの高い多結晶体
シリコン薄膜が求められている。
本発明者は、上記した従来の製造技術で確立していない
５７０℃以下でのＬＰＣＶＤ法の膜に着目して検討を進
めた。先ず、成膜した多結晶シリコン膜の結晶性を外部
から測る方法としてのＸ線回折法で分析したところ、５
９０℃以下で成膜した膜は一様に非晶質状であり、明確
な差異か認められない。しかしながら、Ｓ１イオンを注
入し、固相成長して得た多結晶Ｓｉ膜の諸特性が大きく
異なることを見出した。
５７０℃以下でのＬＰＣＶＤ法の膜に着目して検討を進
めた。先ず、成膜した多結晶シリコン膜の結晶性を外部
から測る方法としてのＸ線回折法で分析したところ、５
９０℃以下で成膜した膜は一様に非晶質状であり、明確
な差異か認められない。しかしながら、Ｓ１イオンを注
入し、固相成長して得た多結晶Ｓｉ膜の諸特性が大きく
異なることを見出した。
また、５７０℃ではドーズ量にあまり依存しない電子移
動度が、５５０℃で成膜した非晶質シリコン膜の場合は
大きく依存するようになる。すなわち、これまで不明確
であったＳｉイオン注入−固相成長法が、同じ非晶質シ
リコン膜でも成膜温度で諸特性の異なることを見出した
もので、５５０〜５６０℃でＬＰＣＶＤ法で成膜した非
晶質シリコン膜を用いた場合、最も特性がよい。
動度が、５５０℃で成膜した非晶質シリコン膜の場合は
大きく依存するようになる。すなわち、これまで不明確
であったＳｉイオン注入−固相成長法が、同じ非晶質シ
リコン膜でも成膜温度で諸特性の異なることを見出した
もので、５５０〜５６０℃でＬＰＣＶＤ法で成膜した非
晶質シリコン膜を用いた場合、最も特性がよい。
これらの結果は、同じ非晶質体てもバルクおよび下地基
板との界面における微視的に原子的構造の異なることを
示唆するものであり、これまでに得られていない現象で
ある。特に、５５０〜５６０℃で成膜した非晶質シリコ
ン膜を用いた場合でも、１人の膜厚当り０．０７５ＫＶ
以上の加速電圧を印加し、かつドーズ量か膜厚１人当り
たり ２ＸｌＯ／ｃ−以下としたとき、最も特性の良い
ことが明確となった。
板との界面における微視的に原子的構造の異なることを
示唆するものであり、これまでに得られていない現象で
ある。特に、５５０〜５６０℃で成膜した非晶質シリコ
ン膜を用いた場合でも、１人の膜厚当り０．０７５ＫＶ
以上の加速電圧を印加し、かつドーズ量か膜厚１人当り
たり ２ＸｌＯ／ｃ−以下としたとき、最も特性の良い
ことが明確となった。
本発明は、上記の結果に基づくもので、結晶性か良好で
、電気的特性として移動度などの高い多結晶体シリコン
を容易にかつ、再現性よく得られる多結晶体シリコンの
製造方法の提供を目的とする。
、電気的特性として移動度などの高い多結晶体シリコン
を容易にかつ、再現性よく得られる多結晶体シリコンの
製造方法の提供を目的とする。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
本発明は、炉温度を５６０℃以下に設定して減圧化学気
相成長法により非晶質シリコン膜を成長形成する第１の
工程と、 前記成長形成させた非晶質シリコン膜に膜厚１人あたり
０．０７５ＫＶ以上の加速電圧で８１イオンを注入する
第２の工程と、 前記Ｓ１イオンを注入した非晶質シリコン膜を所定温度
に保持して多結晶シリコンを成長させる第３の工程とを
具備して成ることを特徴とする。
相成長法により非晶質シリコン膜を成長形成する第１の
工程と、 前記成長形成させた非晶質シリコン膜に膜厚１人あたり
０．０７５ＫＶ以上の加速電圧で８１イオンを注入する
第２の工程と、 前記Ｓ１イオンを注入した非晶質シリコン膜を所定温度
に保持して多結晶シリコンを成長させる第３の工程とを
具備して成ることを特徴とする。
（作 用）
本発明によれば、ＬＰＣＶＤ法による非晶質シリコン膜
の成長形成温度を５６０℃以下に設定し、また前記成膜
した非晶質シリコン膜に対するＳｉイオンの注入加速電
圧を膜厚１人当り０．０７５ＫＶ以上と設定し、さらに
前記Ｓ１イオンを注入後、所定温度で長時間同相成長さ
せることによって、非晶質シリコン膜自体および下地基
板との界面における微視的な原子的配列などが良好にな
され、結晶性良好で、電気的特性として移動度などの高
い多結晶体シリコンをか容易に形成されるといえる。
の成長形成温度を５６０℃以下に設定し、また前記成膜
した非晶質シリコン膜に対するＳｉイオンの注入加速電
圧を膜厚１人当り０．０７５ＫＶ以上と設定し、さらに
前記Ｓ１イオンを注入後、所定温度で長時間同相成長さ
せることによって、非晶質シリコン膜自体および下地基
板との界面における微視的な原子的配列などが良好にな
され、結晶性良好で、電気的特性として移動度などの高
い多結晶体シリコンをか容易に形成されるといえる。
（実施例）
以下第１図〜第４図を参照して本発明の詳細な説明する
。
。
第１図は、本発明に係る非晶質シリコン膜の製造方法の
実施に用いたＬＰＣＶＤ法によるシリコン薄膜の製造装
置の概略図である。ずなわち、Ｈｅ希釈のシラン（Ｓｉ
Ｈ４）ガス供給源としてのボンベ１と、前記Ｈｅ希釈の
シランガスの流量を制御するガス制御装置２と、前記Ｈ
ｅ希釈のシランガスが供給され非晶質シリコン膜を成長
させる下地基板たとえば石英ガラス板３を装着する反応
成膜炉４と、前記反応炉４を内装して所要の反応温度に
加熱保持するヒーター５と、反応ガスなど排気する排気
系６とを具備した装置である。
実施に用いたＬＰＣＶＤ法によるシリコン薄膜の製造装
置の概略図である。ずなわち、Ｈｅ希釈のシラン（Ｓｉ
Ｈ４）ガス供給源としてのボンベ１と、前記Ｈｅ希釈の
シランガスの流量を制御するガス制御装置２と、前記Ｈ
ｅ希釈のシランガスが供給され非晶質シリコン膜を成長
させる下地基板たとえば石英ガラス板３を装着する反応
成膜炉４と、前記反応炉４を内装して所要の反応温度に
加熱保持するヒーター５と、反応ガスなど排気する排気
系６とを具備した装置である。
先ず、ヒーター５電力を調整して反応炉４内温度を５５
０℃に保持した状態て、Ｈｅ希釈のシラン（ＳｉＨ４）
ガスを前記反応炉４内に供給、して、厚さ１０００〜２
０００人の非晶質シリコン膜を石英ガラス基板３上に成
膜した。
０℃に保持した状態て、Ｈｅ希釈のシラン（ＳｉＨ４）
ガスを前記反応炉４内に供給、して、厚さ１０００〜２
０００人の非晶質シリコン膜を石英ガラス基板３上に成
膜した。
次に、上記で成長形成した非晶質シリコン膜に膜厚１人
あたり０．０６ＫＶ、 ０．０７ＫＶまたハ０．０８Ｋ
Ｖ（７）加速電圧で、それぞれ膜厚１人当り ５Ｘ１．
Ｏ／ｃｄ〜２ｘ１．０ ／ｃ−の範囲でドーズ量を変
化させてＳｉイオン注入をした。たとえば、膜厚２００
０人の非晶質シリコン膜に対しては、１２０ＫＶ 、
１４０ＫＶまたは１、ＢＯＫＶの加速電圧て、１Ｘｌｏ
／ｃシから４ＸＩＯ”／ ｃＪまてドーズ量を変化
させ、それぞれＳｉイオンの注入を行った。
あたり０．０６ＫＶ、 ０．０７ＫＶまたハ０．０８Ｋ
Ｖ（７）加速電圧で、それぞれ膜厚１人当り ５Ｘ１．
Ｏ／ｃｄ〜２ｘ１．０ ／ｃ−の範囲でドーズ量を変
化させてＳｉイオン注入をした。たとえば、膜厚２００
０人の非晶質シリコン膜に対しては、１２０ＫＶ 、
１４０ＫＶまたは１、ＢＯＫＶの加速電圧て、１Ｘｌｏ
／ｃシから４ＸＩＯ”／ ｃＪまてドーズ量を変化
させ、それぞれＳｉイオンの注入を行った。
その後、６００℃の炉温で窒素（Ｎ２）雰囲気中、５０
時間アニールして多結晶シリコンを成長させた。
時間アニールして多結晶シリコンを成長させた。
かくして得た多結晶シリコン膜は、第２図に示すような
電子ホール移動度をそれぞれ有していた。
電子ホール移動度をそれぞれ有していた。
第２図において曲線ＡはＳｉイオン注入加速電圧が膜厚
１人当り ０．０６ＫＶの場合を、曲線ＢはＳｉイオン
注入加速電圧が膜厚１人当り ０．０７ｋＶの場合を、
また曲線ＣはＳ１イオン注入加速電圧が膜厚１人当り
０．０８ＫＶの場合をそれぞれ示す。
１人当り ０．０６ＫＶの場合を、曲線ＢはＳｉイオン
注入加速電圧が膜厚１人当り ０．０７ｋＶの場合を、
また曲線ＣはＳ１イオン注入加速電圧が膜厚１人当り
０．０８ＫＶの場合をそれぞれ示す。
さらに、上記で得た多結晶シリコン膜について、グレイ
ンサイズ（多結晶膜の １粒子の大きさ）をＸ線回折法
で測定し、結晶性の評価を行った結果を第３図に示す。
ンサイズ（多結晶膜の １粒子の大きさ）をＸ線回折法
で測定し、結晶性の評価を行った結果を第３図に示す。
第３図において、曲線りはＳ】イオン注入加速電圧が膜
厚１人当り ０．０６ＫＶの場合を、また曲線ＥはＳｉ
イオン注入加速電圧が膜厚１人当り ０．０８ＫＶの場
合をそれぞれ示す。
厚１人当り ０．０６ＫＶの場合を、また曲線ＥはＳｉ
イオン注入加速電圧が膜厚１人当り ０．０８ＫＶの場
合をそれぞれ示す。
上記第２図および第３図の特性図では、前記成膜温度と
電子ポール移動度やグレインサイズの関係を示したもの
で、５５０〜５６０℃で成膜した膜で、膜厚１人当り０
．０８ＫＶの加速電圧でＳｉイオンを注入した場合、最
も特性か高い。また、この場合のドーズ量とホール電子
移動度を第４図に示す。第４図の特性図からドーズ量２
ＸＩＯ１２／ｃ−以下の場合、電子ホール移動度が高い
ことか分かる。
電子ポール移動度やグレインサイズの関係を示したもの
で、５５０〜５６０℃で成膜した膜で、膜厚１人当り０
．０８ＫＶの加速電圧でＳｉイオンを注入した場合、最
も特性か高い。また、この場合のドーズ量とホール電子
移動度を第４図に示す。第４図の特性図からドーズ量２
ＸＩＯ１２／ｃ−以下の場合、電子ホール移動度が高い
ことか分かる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものでなく、本
発明の主旨を損わない限り、同様な作用・効果は得られ
る。
発明の主旨を損わない限り、同様な作用・効果は得られ
る。
［発明の効果］
本発明によれば、ＬＰＣＶＤ法で非晶質シリコン膜を成
膜し、その後イオン注入１７、ざらに固相成長させて多
結晶シリコン膜を製造するに当り、成膜温度やＳｉの注
入加速電圧を特に選択・設定したことによって、ＬＰＣ
ＶＤ法で可能なシリコンの成膜温度の範囲内で最も電子
移動度が高く、結晶性の良い多結晶シリコンを容易に得
ることか可能である。
膜し、その後イオン注入１７、ざらに固相成長させて多
結晶シリコン膜を製造するに当り、成膜温度やＳｉの注
入加速電圧を特に選択・設定したことによって、ＬＰＣ
ＶＤ法で可能なシリコンの成膜温度の範囲内で最も電子
移動度が高く、結晶性の良い多結晶シリコンを容易に得
ることか可能である。
第１ばは本発明に係る製造方法の実施に用いた減圧ＣＶ
Ｄ装置の概略図、第２図は本発明に係る製造方法で得た
多結晶シリコンについて電子ホール移動度と成膜温度と
の関係を示した特性図、第３図は本発明に係る製造方法
で得た多結晶シリコンについてグレインサイズと成膜温
度との関係を示した特性図、第４図は本発明に係る製造
方法で得た多結晶シリコンについてドーズ量と電子ホー
ル移動度との関係を示した特性図である。 １・・・・・・・・Ｓ ｉ Ｈ４／ Ｈｅガスボンへ２
・・・・・・・・・ガス制御装置 ３・・・・・・・・石英ガラス ４・・・・・・・・反応炉 ５・・・・・・・・・ヒーター ６・・・・・・・・・排気系 １×１０１２ ５刈ｄ２ １×１０１３ ５ｘｌＣ）” １ｘｌ○１４ ドーム量 （４ｍ２〆 ） 電１ネール杼動＆（ｃｍ／ｖ、ｓｅＣ
Ｄ装置の概略図、第２図は本発明に係る製造方法で得た
多結晶シリコンについて電子ホール移動度と成膜温度と
の関係を示した特性図、第３図は本発明に係る製造方法
で得た多結晶シリコンについてグレインサイズと成膜温
度との関係を示した特性図、第４図は本発明に係る製造
方法で得た多結晶シリコンについてドーズ量と電子ホー
ル移動度との関係を示した特性図である。 １・・・・・・・・Ｓ ｉ Ｈ４／ Ｈｅガスボンへ２
・・・・・・・・・ガス制御装置 ３・・・・・・・・石英ガラス ４・・・・・・・・反応炉 ５・・・・・・・・・ヒーター ６・・・・・・・・・排気系 １×１０１２ ５刈ｄ２ １×１０１３ ５ｘｌＣ）” １ｘｌ○１４ ドーム量 （４ｍ２〆 ） 電１ネール杼動＆（ｃｍ／ｖ、ｓｅＣ
Claims (2)
- （１）炉温度を５６０℃以下に設定して減圧化学気相成
長法により非晶質シリコン膜を成長形成する第１の工程
と、 前記成長形成させた非晶質シリコン膜に膜厚１Åあたり
０．０７５ＫＶ以上の加速電圧でＳｉイオンを注入する
第２の工程と、 前記Ｓｉイオンを注入した非晶質シリコン膜を所定温度
に保持して多結晶体シリコンを成長させる第３の工程と
を具備して成ることを特徴とする多結晶シリコンの製造
方法。 - （２）前記第２の工程るＳｉイオンの注入量を非晶質シ
リコンの膜厚１Åあたり、２×１０＾１＾２／ｃｍ＾２
以下としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の多結晶シリコンの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4824490A JPH03250728A (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 多結晶シリコンの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4824490A JPH03250728A (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 多結晶シリコンの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03250728A true JPH03250728A (ja) | 1991-11-08 |
Family
ID=12798029
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4824490A Pending JPH03250728A (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 多結晶シリコンの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03250728A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5624873A (en) * | 1993-11-12 | 1997-04-29 | The Penn State Research Foundation | Enhanced crystallization of amorphous films |
| US5627086A (en) * | 1992-12-10 | 1997-05-06 | Sony Corporation | Method of forming thin-film single crystal for semiconductor |
| KR100291551B1 (ko) * | 1996-09-25 | 2001-07-12 | 전주범 | 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법 |
| US6383899B1 (en) * | 1996-04-05 | 2002-05-07 | Sharp Laboratories Of America, Inc. | Method of forming polycrystalline semiconductor film from amorphous deposit by modulating crystallization with a combination of pre-annealing and ion implantation |
-
1990
- 1990-02-28 JP JP4824490A patent/JPH03250728A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5627086A (en) * | 1992-12-10 | 1997-05-06 | Sony Corporation | Method of forming thin-film single crystal for semiconductor |
| US5624873A (en) * | 1993-11-12 | 1997-04-29 | The Penn State Research Foundation | Enhanced crystallization of amorphous films |
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