JPH0395921A - 結晶性の改良方法 - Google Patents
結晶性の改良方法Info
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- JPH0395921A JPH0395921A JP1233936A JP23393689A JPH0395921A JP H0395921 A JPH0395921 A JP H0395921A JP 1233936 A JP1233936 A JP 1233936A JP 23393689 A JP23393689 A JP 23393689A JP H0395921 A JPH0395921 A JP H0395921A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- 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】
［産業上の利用分野コ
本発明は、結晶性の改良方法に関する。
［従来の技術コ
一般に、半導体デバイスは、ｊＩＬ結晶ウエハ（たとえ
ば、バルクＳｉウェハ）上に所望のパターンを形成する
ことにより、あるいは、Ｓ．結晶ウェハ上にエビタキシ
ャル成長させて形戊した単結晶薄膜上に所望のパターン
を形戊することにより作製される。
ば、バルクＳｉウェハ）上に所望のパターンを形成する
ことにより、あるいは、Ｓ．結晶ウェハ上にエビタキシ
ャル成長させて形戊した単結晶薄膜上に所望のパターン
を形戊することにより作製される。
しかし、最近、ガラスのような大面積の非晶貿基仮上に
、非晶質あるいは多結晶の半導体（たとえば、Ｓｉ）薄
膜を堆積し、かかる半導体Ｎ膜が堆積した非晶買基板上
に所望のパターンを形威することにより半導体デバイス
を形威することが行われており、実用にも供されている
， とはいえ、半導体デバイスの特性は、作製される半導体
層の欠陥密度と密接に対応するものである。たとえば、
電界効果型のトランジスタを作製した場合、その電子キ
ャリャ移動度は、半導体層が、ほぼ完全な単結晶Ｓｉか
らなる場合には５００ｃｍ２／Ｖ−ｓｅｃ以上であり、
また、現在実用化されている減圧気相戊長方法（ ＬＰ
ＧＶＤ）によって作製ざれた粒径５００Ａ以下の多結晶
薄膜の場合には約１０ｃｍ２／Ｖ−ｓｅｃ ，グロー放
電法（Ｇｅｌ法）で作成された水素を大量に含有した非
晶質Ｓｉの場合には約０．１ｃｍ２／Ｖ−ｓｅｃである
。このように、半導体層が非晶貿Ｓｔよりなる半導体デ
バイスの特性（特に移動度）は、半導体層が単結晶Ｓｔ
よりなる半導体デバイスの特性に比較してはなはだ低い
ものであるので、高い半導体デバイス特性が要求される
場合には半導体層として多結晶Ｓｔよりなるものが用い
られるが、より一層、半導体デバイスの性能向上を図る
上からは結晶性が良好で結晶欠陥のない多結晶半導体薄
膜が望まれている。
、非晶質あるいは多結晶の半導体（たとえば、Ｓｉ）薄
膜を堆積し、かかる半導体Ｎ膜が堆積した非晶買基板上
に所望のパターンを形威することにより半導体デバイス
を形威することが行われており、実用にも供されている
， とはいえ、半導体デバイスの特性は、作製される半導体
層の欠陥密度と密接に対応するものである。たとえば、
電界効果型のトランジスタを作製した場合、その電子キ
ャリャ移動度は、半導体層が、ほぼ完全な単結晶Ｓｉか
らなる場合には５００ｃｍ２／Ｖ−ｓｅｃ以上であり、
また、現在実用化されている減圧気相戊長方法（ ＬＰ
ＧＶＤ）によって作製ざれた粒径５００Ａ以下の多結晶
薄膜の場合には約１０ｃｍ２／Ｖ−ｓｅｃ ，グロー放
電法（Ｇｅｌ法）で作成された水素を大量に含有した非
晶質Ｓｉの場合には約０．１ｃｍ２／Ｖ−ｓｅｃである
。このように、半導体層が非晶貿Ｓｔよりなる半導体デ
バイスの特性（特に移動度）は、半導体層が単結晶Ｓｔ
よりなる半導体デバイスの特性に比較してはなはだ低い
ものであるので、高い半導体デバイス特性が要求される
場合には半導体層として多結晶Ｓｔよりなるものが用い
られるが、より一層、半導体デバイスの性能向上を図る
上からは結晶性が良好で結晶欠陥のない多結晶半導体薄
膜が望まれている。
ところで、多結晶は、多数車の結晶粒同士が多数の結晶
粒界（以下粒界と略記することがある）を形成している
が、この粒界自体が結晶欠陥となり、また、粒界には不
純物（結晶欠陥の一つである）などが晶出ないし析出し
やすいので、主なる結晶欠陥はその粒界に存在すると考
えられる。
粒界（以下粒界と略記することがある）を形成している
が、この粒界自体が結晶欠陥となり、また、粒界には不
純物（結晶欠陥の一つである）などが晶出ないし析出し
やすいので、主なる結晶欠陥はその粒界に存在すると考
えられる。
すなわち、半導体デバイスの特性を向上させるには、主
たる結晶欠陥の存在する粒界の結晶欠陥をいかに改復す
るかが鍵になる。
たる結晶欠陥の存在する粒界の結晶欠陥をいかに改復す
るかが鍵になる。
従来、多結晶薄膜における粒界の結晶欠陥の改復には種
々の方法が試みられている。
々の方法が試みられている。
たとえば、レーザー、電子線、ランプ帯状ヒーターなど
のエネルギービームによって薄膜堆積後に薄膜を固相の
まま熱処理あるいは溶融再結晶化させて、堆積時よりも
大きな粒径をもっＳｔ薄膜を作り、粒界の密度を実質的
に減少させて、そこに作成された電界効果型トランジス
タの電子移動度として単結晶シリコンにも匹敵するもの
も報告されている（Ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｓ
ｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｒ＋ｏｎｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔ
ａｌ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏ
ｆ ｃｒｙｓｔａｌｇｒｏｗｔｈ， ｖｏｌｌ６３ Ｎ
ｏ．３ ０ｃｔｏｒｂｅｒ １９８３ ｅｄｉｔｅｄ
ｂｙＧ． Ｗ． Ｃｕｌｌｅｎ）。
のエネルギービームによって薄膜堆積後に薄膜を固相の
まま熱処理あるいは溶融再結晶化させて、堆積時よりも
大きな粒径をもっＳｔ薄膜を作り、粒界の密度を実質的
に減少させて、そこに作成された電界効果型トランジス
タの電子移動度として単結晶シリコンにも匹敵するもの
も報告されている（Ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｓ
ｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｒ＋ｏｎｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔ
ａｌ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏ
ｆ ｃｒｙｓｔａｌｇｒｏｗｔｈ， ｖｏｌｌ６３ Ｎ
ｏ．３ ０ｃｔｏｒｂｅｒ １９８３ ｅｄｉｔｅｄ
ｂｙＧ． Ｗ． Ｃｕｌｌｅｎ）。
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら、これらの方法は、その工程の複雑性・制
御性・犬面積化に多犬の問題があるだけでなく、これら
の工程を行う際に堆積された薄膜の温度が通常６００℃
よりも高くなるので、たとえば、一般に広く用いられて
いる、６００℃程度で溶融してしまうコーニングＮｏ．
７０５９ガラスのような低アルカリガラス上に堆積され
た多結晶薄膜の再結晶化には使用できないという問題点
も有している。
御性・犬面積化に多犬の問題があるだけでなく、これら
の工程を行う際に堆積された薄膜の温度が通常６００℃
よりも高くなるので、たとえば、一般に広く用いられて
いる、６００℃程度で溶融してしまうコーニングＮｏ．
７０５９ガラスのような低アルカリガラス上に堆積され
た多結晶薄膜の再結晶化には使用できないという問題点
も有している。
［課題を解決するための手段］
本発明のは、基体上に形成された結晶粒界を有する半導
体薄膜に、近赤外光を照射して結晶粒界近傍の局所部分
のみを加熱することを特徴とする結晶性の改良方法に存
在する。
体薄膜に、近赤外光を照射して結晶粒界近傍の局所部分
のみを加熱することを特徴とする結晶性の改良方法に存
在する。
［作用コ
本発明によれば、堆積された多結晶半導体の粒界のみを
、光照射により発生した電子・正孔の再結合熱によって
選択的に加熱することができ、下地の基体を損傷・溶融
することなく、粒界の欠陥を改復することができる。
、光照射により発生した電子・正孔の再結合熱によって
選択的に加熱することができ、下地の基体を損傷・溶融
することなく、粒界の欠陥を改復することができる。
また、多結晶半導体に、近赤外光の照射を行うと同時に
、水素、フッ素、チッ素、酸素などの原子または分子の
雰囲気中に堆積された多結晶半導体を置けば、粒界にこ
うした元素がとり込まれ、さらに効率的に粒界の欠陥を
改復することができる。
、水素、フッ素、チッ素、酸素などの原子または分子の
雰囲気中に堆積された多結晶半導体を置けば、粒界にこ
うした元素がとり込まれ、さらに効率的に粒界の欠陥を
改復することができる。
以下に本発明をより詳細に説明する。
第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明による結晶性の改良方法
の概略的説明図である。
の概略的説明図である。
まず、第１図（ａ）に示すような基体１を洗浄する。こ
こで基体としては、非品質の基板、結晶貿（単結晶貿お
よび多結晶貿）．の基板のどちらでもよい。
こで基体としては、非品質の基板、結晶貿（単結晶貿お
よび多結晶貿）．の基板のどちらでもよい。
続いて、種々の薄膜堆積７去（真空蒸着法、スパッタリ
ング法、プラズマ放電流、ｌｉｌＢＥ法、ｃｖＩｌｌ法
など）によって基板１の表面に薄膜２を堆積させる（同
図（ｂ））。ここに堆積される薄膜についてはその薄膜
の形成方法に本発明の本質があるわけでなく、結晶粒と
結晶粒界とからなる薄膜半導体であることが重要である
。
ング法、プラズマ放電流、ｌｉｌＢＥ法、ｃｖＩｌｌ法
など）によって基板１の表面に薄膜２を堆積させる（同
図（ｂ））。ここに堆積される薄膜についてはその薄膜
の形成方法に本発明の本質があるわけでなく、結晶粒と
結晶粒界とからなる薄膜半導体であることが重要である
。
次に、近赤外光３を照射する（同図（Ｃ））。近赤外光
３の波長としては１．５０〜０．７．μｍのものが好ま
しい。どの波長がより好ましいかは半導体の材料によっ
ても異なってくるので、予め実験等によりどの波長が好
ましいかを求めておけばよい。Ｓｔを例にとると、キセ
ノンランプ（彼長０．８μｍ）などが好ましい。０．８
μｍ程度の波長の光を照射すると、堆積された薄膜半導
体２内で電子・正孔が発生する。発生した電子および正
孔は半導体１の結晶粒のうちは比較的長い寿命を持って
、それぞれ導電帯および価電子帯中を走行する。これら
のうち、粒界に達したものは、粒界に存在するダグリン
グボンドなどに起因する捕獲準位を介して再結合を起こ
す。再結合によって失った電子・正孔のエネルギーは格
子振動すなわち熱として変換される。すなわち、薄膜半
導体２の中に含まれる粒界が選択的に電子・正孔再結合
による熱により粒界の結晶欠陥が改復される。
３の波長としては１．５０〜０．７．μｍのものが好ま
しい。どの波長がより好ましいかは半導体の材料によっ
ても異なってくるので、予め実験等によりどの波長が好
ましいかを求めておけばよい。Ｓｔを例にとると、キセ
ノンランプ（彼長０．８μｍ）などが好ましい。０．８
μｍ程度の波長の光を照射すると、堆積された薄膜半導
体２内で電子・正孔が発生する。発生した電子および正
孔は半導体１の結晶粒のうちは比較的長い寿命を持って
、それぞれ導電帯および価電子帯中を走行する。これら
のうち、粒界に達したものは、粒界に存在するダグリン
グボンドなどに起因する捕獲準位を介して再結合を起こ
す。再結合によって失った電子・正孔のエネルギーは格
子振動すなわち熱として変換される。すなわち、薄膜半
導体２の中に含まれる粒界が選択的に電子・正孔再結合
による熱により粒界の結晶欠陥が改復される。
波長０．８μｍの光はエネルギーに換算すると、１．５
５ｅ Ｖに対応する。また、吸収係数は結晶シリコンの
場合、約１ ｘｌＯ’ ｃ１’であり、透過深さは表面
より１／ａの点で約１０μｍである。０．８μｍよりも
十分波長の短い光（たとえば、可視光・紫外光など）で
は、光の持っているエネルギーが高く、光照射によって
発生した電子が導電帯の高エネルギ一方向まで存在する
ようになり、導電帯中の電子の衝突によって簿膜２全体
が加熱されてしまう。逆に、０．８μｍよりも波長の長
い光（たとえば、１〜数μｍ）では、堆積膜２が厚い場
合、光が表面からかなり深い所で電子・正孔対が発生し
、再結合し、発熱するので、デバイス動作に重要な堆Ｔ
ｉｔ膜の表面付近を効率よく加熱することができなくな
る。以上から、Ｓｉの場合には．８μｍ程度の波長を持
った近赤外先による光照射が好ましいことが示される。
５ｅ Ｖに対応する。また、吸収係数は結晶シリコンの
場合、約１ ｘｌＯ’ ｃ１’であり、透過深さは表面
より１／ａの点で約１０μｍである。０．８μｍよりも
十分波長の短い光（たとえば、可視光・紫外光など）で
は、光の持っているエネルギーが高く、光照射によって
発生した電子が導電帯の高エネルギ一方向まで存在する
ようになり、導電帯中の電子の衝突によって簿膜２全体
が加熱されてしまう。逆に、０．８μｍよりも波長の長
い光（たとえば、１〜数μｍ）では、堆積膜２が厚い場
合、光が表面からかなり深い所で電子・正孔対が発生し
、再結合し、発熱するので、デバイス動作に重要な堆Ｔ
ｉｔ膜の表面付近を効率よく加熱することができなくな
る。以上から、Ｓｉの場合には．８μｍ程度の波長を持
った近赤外先による光照射が好ましいことが示される。
また、近赤外光を照射すると同時に、堆積された多結晶
半導体を、水素・フッ素・チッ素・酸素などのガス（分
子状態）またはプラズマ（原子状態）の雰囲気中におけ
ば、本発明により選択的に発熱している粒界にこうした
元素がとり込まれ、さらに効率的に粒界の欠陥を改復す
ることができる。これは、たとえば、シリコンを例にと
ると、粒界に存在するシリコンのタングリングボンド（
未結合手）がＳｒ−Ｈ， Ｓｉ−Ｆなどの比較的結合力
の強い結合で終端され、電気導電に影響を．与える捕獲
準位がなくなるためである。
半導体を、水素・フッ素・チッ素・酸素などのガス（分
子状態）またはプラズマ（原子状態）の雰囲気中におけ
ば、本発明により選択的に発熱している粒界にこうした
元素がとり込まれ、さらに効率的に粒界の欠陥を改復す
ることができる。これは、たとえば、シリコンを例にと
ると、粒界に存在するシリコンのタングリングボンド（
未結合手）がＳｒ−Ｈ， Ｓｉ−Ｆなどの比較的結合力
の強い結合で終端され、電気導電に影響を．与える捕獲
準位がなくなるためである。
光波長０，８μｍのキセノンランプでは、パワー１００
０Ｗのものを距離約１０ｃｍの所から照射すると、顕著
な粒界欠陥改復効果が現れた。このとき、ランプの実効
パワーは４０Ｗ／ａｍ２程度と考えられる。
０Ｗのものを距離約１０ｃｍの所から照射すると、顕著
な粒界欠陥改復効果が現れた。このとき、ランプの実効
パワーは４０Ｗ／ａｍ２程度と考えられる。
［実施例］
以下に本発明の実施例を示す。
第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明による結晶性の改良方で
去の概略的説明図である。
去の概略的説明図である。
まず第１図（ａ）に示す基板１を洗浄した。ここで基板
は、非晶貿の基板を用いた。
は、非晶貿の基板を用いた。
続いて、ＣＶＤ法によって基板１の表面に多結晶のＳｉ
薄膜２を０．５μｍ厚に堆積させた （同図（ｂ））。
薄膜２を０．５μｍ厚に堆積させた （同図（ｂ））。
続いて、光波長０．８μｍのキセノンランプを使用して
、バワー１０００Ｗのものを距離約１０ｃｍの所から照
射した。なお、このとき、ランプの実効パワーは４０Ｗ
／ｃｍ２程度と考えられる。
、バワー１０００Ｗのものを距離約１０ｃｍの所から照
射した。なお、このとき、ランプの実効パワーは４０Ｗ
／ｃｍ２程度と考えられる。
以上のようにして作製した半導体薄膜上に電界効果型の
半導体装置を形成し、その移動度を測定したところ、２
００ｃ＋ｎ２／Ｖ−ｓｅｃであった。
半導体装置を形成し、その移動度を測定したところ、２
００ｃ＋ｎ２／Ｖ−ｓｅｃであった。
（第２実施例）
上記第１実施例において、電圧を印加するときに半導体
薄膜を水素雰囲気中においた。他の点は第１実施例と同
様とした。
薄膜を水素雰囲気中においた。他の点は第１実施例と同
様とした。
以上のようにして作製した半導体薄膜上に電界効果型の
半導体装置を形成し、その移動度を測定したところ、４
００ｃｍ２／Ｖ−ｓｅａであった。
半導体装置を形成し、その移動度を測定したところ、４
００ｃｍ２／Ｖ−ｓｅａであった。
［発明の効果コ
本発明によれば、下地の基体を損傷、溶融することなく
、粒界の欠陥を改良することができる。
、粒界の欠陥を改良することができる。
したがって、下地基体に低融点のものを使用することも
できその応用範囲が極めて広がる。
できその応用範囲が極めて広がる。
第１図は本発明による結晶性の改良方法を示す概略図で
ある。 第 １ 図 （ａ） （ｂ） （Ｃ）
ある。 第 １ 図 （ａ） （ｂ） （Ｃ）
Claims (4)
- （１）基体上に形成された結晶粒界を有する半導体薄膜
に、近赤外光を照射して結晶粒界近傍の局所部分のみを
加熱することを特徴とする結晶性の改良方法。 - （２）半導体薄膜は絶縁層上に形成されていることを特
徴とする請求項１記載の結晶性の改良方法。 - （３）結晶粒界を有する半導体が多結晶シリコンである
請求項１項記載の結晶性の改良方法。 - （４）加熱雰囲気中に水素、フッ素、チッ素または酸素
が含まれている請求項１記載の結晶性の改良方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1233936A JPH0395921A (ja) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | 結晶性の改良方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1233936A JPH0395921A (ja) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | 結晶性の改良方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0395921A true JPH0395921A (ja) | 1991-04-22 |
Family
ID=16962937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1233936A Pending JPH0395921A (ja) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | 結晶性の改良方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0395921A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002081972A (ja) * | 2000-09-07 | 2002-03-22 | Aichi Tokei Denki Co Ltd | 無線検針用電子式水道メータ |
-
1989
- 1989-09-07 JP JP1233936A patent/JPH0395921A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002081972A (ja) * | 2000-09-07 | 2002-03-22 | Aichi Tokei Denki Co Ltd | 無線検針用電子式水道メータ |
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