JPH04349615A - 多結晶シリコン薄膜の形成方法 - Google Patents
多結晶シリコン薄膜の形成方法Info
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- JPH04349615A JPH04349615A JP12331391A JP12331391A JPH04349615A JP H04349615 A JPH04349615 A JP H04349615A JP 12331391 A JP12331391 A JP 12331391A JP 12331391 A JP12331391 A JP 12331391A JP H04349615 A JPH04349615 A JP H04349615A
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- 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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスタや太
陽電池等に利用可能な多結晶シリコン薄膜の形成方法に
係り、特に、薄膜でかつ結晶粒径が大きくしかも結晶の
連続性に優れた多結晶シリコン薄膜を高温条件に晒すこ
となく短時間で求められる多結晶シリコン薄膜の形成方
法の改良に関するものである。
陽電池等に利用可能な多結晶シリコン薄膜の形成方法に
係り、特に、薄膜でかつ結晶粒径が大きくしかも結晶の
連続性に優れた多結晶シリコン薄膜を高温条件に晒すこ
となく短時間で求められる多結晶シリコン薄膜の形成方
法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】多結晶シリコン薄膜は数百オングストロ
ーム〜数μｍの結晶シリコンが多数集合して形成された
結晶シリコンの薄膜で、アモルファスシリコンと較べ電
子の移動度が１〜２桁程大きい優れた特性を有している
上、単結晶シリコンでは困難なガラス等の非晶質基板上
へ成膜可能な利点を有している。
ーム〜数μｍの結晶シリコンが多数集合して形成された
結晶シリコンの薄膜で、アモルファスシリコンと較べ電
子の移動度が１〜２桁程大きい優れた特性を有している
上、単結晶シリコンでは困難なガラス等の非晶質基板上
へ成膜可能な利点を有している。
【０００３】そして、この種の薄膜を形成する方法とし
て、従来、ガラス等の基板上に多結晶シリコンを直接成
膜して多結晶シリコン薄膜を求める熱ＣＶＤやプラズマ
ＣＶＤ等の気相成長法、上記基板上にアモルファスシリ
コンを一旦成膜しこれを加熱炉内で長時間加熱し結晶成
長させて多結晶シリコン薄膜を求める固相成長法等が利
用されている。
て、従来、ガラス等の基板上に多結晶シリコンを直接成
膜して多結晶シリコン薄膜を求める熱ＣＶＤやプラズマ
ＣＶＤ等の気相成長法、上記基板上にアモルファスシリ
コンを一旦成膜しこれを加熱炉内で長時間加熱し結晶成
長させて多結晶シリコン薄膜を求める固相成長法等が利
用されている。
【０００４】しかし、上記気相成長法により多結晶シリ
コン薄膜を求めた場合、この成膜法では図３に示すよう
にシリコンの結晶成長が基板ａとの界面部位から開始す
るため成膜された多結晶シリコン薄膜ｂの上記基板ａと
の界面部位に結晶成長の不十分な未成長領域ｃが形成さ
れ易く、結晶の連続性がなくなって電子移動度等の電気
的特性が劣化する欠点があった。
コン薄膜を求めた場合、この成膜法では図３に示すよう
にシリコンの結晶成長が基板ａとの界面部位から開始す
るため成膜された多結晶シリコン薄膜ｂの上記基板ａと
の界面部位に結晶成長の不十分な未成長領域ｃが形成さ
れ易く、結晶の連続性がなくなって電子移動度等の電気
的特性が劣化する欠点があった。
【０００５】そして、上記基板上に形成する多結晶シリ
コン薄膜の膜厚を薄く設定しようとすると膜中に含まれ
る未成長領域の割合が相対的に多くなるため、この気相
成長法では薄膜でかつ結晶粒径が大きくしかも結晶の連
続性に優れた多結晶シリコン薄膜を求めることが困難な
欠点があった。
コン薄膜の膜厚を薄く設定しようとすると膜中に含まれ
る未成長領域の割合が相対的に多くなるため、この気相
成長法では薄膜でかつ結晶粒径が大きくしかも結晶の連
続性に優れた多結晶シリコン薄膜を求めることが困難な
欠点があった。
【０００６】このため、上述したような欠点のない固相
成長法が主に利用されている。
成長法が主に利用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この固相成
長法にて多結晶シリコン薄膜を形成する場合、ガラス等
の基板ａ上にプラズマＣＶＤ等の着膜手段によりアモル
ファスシリコン膜を一旦成膜し、かつ、これを加熱して
アモルファスシリコン膜内にシリコンの結晶核を発生さ
せると共に、このシリコンの結晶核を固相成長させて図
４に示すような多結晶シリコン薄膜ｂを求める方法であ
った。
長法にて多結晶シリコン薄膜を形成する場合、ガラス等
の基板ａ上にプラズマＣＶＤ等の着膜手段によりアモル
ファスシリコン膜を一旦成膜し、かつ、これを加熱して
アモルファスシリコン膜内にシリコンの結晶核を発生さ
せると共に、このシリコンの結晶核を固相成長させて図
４に示すような多結晶シリコン薄膜ｂを求める方法であ
った。
【０００８】そして、上記シリコン結晶核の発生速度は
約５８０℃以下の温度条件では結晶核の固相成長速度に
較べて極端に遅く（約２桁程度遅い）、この温度条件下
で多結晶シリコン薄膜を求めようとするとその膜厚にも
よるが１０時間以上の結晶化アニール時間を要する問題
点があった。
約５８０℃以下の温度条件では結晶核の固相成長速度に
較べて極端に遅く（約２桁程度遅い）、この温度条件下
で多結晶シリコン薄膜を求めようとするとその膜厚にも
よるが１０時間以上の結晶化アニール時間を要する問題
点があった。
【０００９】一方、結晶化アニール時間の短縮を図る目
的で結晶化アニール温度を６００℃以上の高温に設定す
ると、結晶核の発生速度が速すぎるため図５（Ａ）に示
すように結晶核ｄの核密度が低温設定の場合（図５Ｂ参
照）に較べて高くなり得られた多結晶シリコンの結晶粒
径が小さくなってしまう問題点があり、かつ、適用でき
る基板が高価な耐熱基板に限定されてしまう問題点があ
った。
的で結晶化アニール温度を６００℃以上の高温に設定す
ると、結晶核の発生速度が速すぎるため図５（Ａ）に示
すように結晶核ｄの核密度が低温設定の場合（図５Ｂ参
照）に較べて高くなり得られた多結晶シリコンの結晶粒
径が小さくなってしまう問題点があり、かつ、適用でき
る基板が高価な耐熱基板に限定されてしまう問題点があ
った。
【００１０】尚、アモルファスシリコン膜中にボロン（
Ｂ）、リン（Ｐ）、ひ素（Ａｓ）等特定の不純物を混入
させることによりシリコンの結晶成長速度を速める方法
も開発されている（産業図書発行『ＳＯＩ構造形成技術
』参照）が、この方法で求められた多結晶シリコン膜中
には電気的に活性なボロン（Ｂ）等の不純物が含まれて
いるため、例えば、薄膜トランジスタのチャネル用には
適用困難な欠点があり応用範囲の狭い方法に過ぎなかっ
た。
Ｂ）、リン（Ｐ）、ひ素（Ａｓ）等特定の不純物を混入
させることによりシリコンの結晶成長速度を速める方法
も開発されている（産業図書発行『ＳＯＩ構造形成技術
』参照）が、この方法で求められた多結晶シリコン膜中
には電気的に活性なボロン（Ｂ）等の不純物が含まれて
いるため、例えば、薄膜トランジスタのチャネル用には
適用困難な欠点があり応用範囲の狭い方法に過ぎなかっ
た。
【００１１】本発明はこの様な問題点に着目してなされ
たもので、その課題とするところは、薄膜でかつ結晶粒
径が大きくしかも結晶の連続性に優れた多結晶シリコン
薄膜を高温条件に晒すことなく短時間で求められる多結
晶シリコン薄膜の形成方法を提供することにある。
たもので、その課題とするところは、薄膜でかつ結晶粒
径が大きくしかも結晶の連続性に優れた多結晶シリコン
薄膜を高温条件に晒すことなく短時間で求められる多結
晶シリコン薄膜の形成方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、基板
上へ若しくはこの基板に設けられた絶縁膜上へ多結晶シ
リコンの薄膜を形成する方法を前提とし、上記基板若し
くは絶縁膜上へフッ素原子と水素原子が混入されたアモ
ルファスシリコン膜を形成し、かつ、これを加熱して多
結晶シリコン膜にすることを特徴とするものである。
上へ若しくはこの基板に設けられた絶縁膜上へ多結晶シ
リコンの薄膜を形成する方法を前提とし、上記基板若し
くは絶縁膜上へフッ素原子と水素原子が混入されたアモ
ルファスシリコン膜を形成し、かつ、これを加熱して多
結晶シリコン膜にすることを特徴とするものである。
【００１３】このような技術的手段において、ガラス、
セラミックス等の基板上若しくはこの基板に形成された
ＳｉＯＸ 、ＳｉＮＸ 等の絶縁膜上へフッ素原子と水
素原子が混入されたアモルファスシリコン膜を形成する
手段としては、ＳｉＨ４ 、Ｓｉ２ Ｈ６ 、Ｓｉ３
Ｈ８ 等の水素化珪素とＳｉＨｍ Ｆ４−ｍ （但し、
ｍは１〜３）で示されるフッ化シラン及び／又はＳｉＦ
４ 、Ｓｉ２ Ｆ６ 等のフッ化珪素との混合ガスを用
いた熱ＣＶＤやプラズマＣＶＤ法等によりフッ素原子が
混入されたアモルファスシリコン膜を直接成膜する方法
、又は、ＳｉＨ４ 、Ｓｉ２ Ｈ６、Ｓｉ３ Ｈ８ 等
の水素化珪素を用いた熱ＣＶＤやプラズマＣＶＤ法等に
て一旦アモルファスシリコン膜を形成しその後この膜中
にイオン注入法にてフッ素原子を導入する方法等が適用
できる。
セラミックス等の基板上若しくはこの基板に形成された
ＳｉＯＸ 、ＳｉＮＸ 等の絶縁膜上へフッ素原子と水
素原子が混入されたアモルファスシリコン膜を形成する
手段としては、ＳｉＨ４ 、Ｓｉ２ Ｈ６ 、Ｓｉ３
Ｈ８ 等の水素化珪素とＳｉＨｍ Ｆ４−ｍ （但し、
ｍは１〜３）で示されるフッ化シラン及び／又はＳｉＦ
４ 、Ｓｉ２ Ｆ６ 等のフッ化珪素との混合ガスを用
いた熱ＣＶＤやプラズマＣＶＤ法等によりフッ素原子が
混入されたアモルファスシリコン膜を直接成膜する方法
、又は、ＳｉＨ４ 、Ｓｉ２ Ｈ６、Ｓｉ３ Ｈ８ 等
の水素化珪素を用いた熱ＣＶＤやプラズマＣＶＤ法等に
て一旦アモルファスシリコン膜を形成しその後この膜中
にイオン注入法にてフッ素原子を導入する方法等が適用
できる。
【００１４】一例として、ＳｉＨ４ とＳｉＦ４ の混
合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法による成膜法について
その条件を説明すると、基板温度については１５０〜４
００℃、高周波電力については５〜２０Ｗに設定する。 尚、放電は高周波放電、直流放電又はマイクロ波放電の
いずれであってもよい。
合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法による成膜法について
その条件を説明すると、基板温度については１５０〜４
００℃、高周波電力については５〜２０Ｗに設定する。 尚、放電は高周波放電、直流放電又はマイクロ波放電の
いずれであってもよい。
【００１５】また、アモルファスシリコン膜中における
フッ素原子と水素原子の混入割合については任意であり
、例えば、フッ素原子については１０１８〜１０２１個
／ｃｍ３ 程度、水素原子については１０１８〜２×１
０２２個／ｃｍ３ 程度に設定する。
フッ素原子と水素原子の混入割合については任意であり
、例えば、フッ素原子については１０１８〜１０２１個
／ｃｍ３ 程度、水素原子については１０１８〜２×１
０２２個／ｃｍ３ 程度に設定する。
【００１６】
【作用】このような技術的手段によれば、成膜されたア
モルファスシリコン膜中にフッ素原子と水素原子が含ま
れこれ等フッ素原子と水素原子の作用によりシリコンの
結晶成長が助長されるため、低温、短時間の加熱条件で
多結晶シリコン薄膜を形成することが可能となる。
モルファスシリコン膜中にフッ素原子と水素原子が含ま
れこれ等フッ素原子と水素原子の作用によりシリコンの
結晶成長が助長されるため、低温、短時間の加熱条件で
多結晶シリコン薄膜を形成することが可能となる。
【００１７】尚、上記アモルファスシリコン膜中のフッ
素原子と水素原子がシリコンの結晶成長を助長する作用
について本発明者は以下のように推察している。
素原子と水素原子がシリコンの結晶成長を助長する作用
について本発明者は以下のように推察している。
【００１８】すなわち、アモルファスシリコン膜中のフ
ッ素原子と水素原子とが結晶化アニール中に結合してフ
ッ化水素（ＨＦ）となりこのフッ化水素の分子がアモル
ファスシリコン膜から脱離する。このとき生じたシリコ
ンのダングリングボンドはポテンシャルエネルギを下げ
るため結晶格子を組むようダングリングボンド同士の再
結合が起こり、上記フッ化水素の分子の脱離とダングリ
ングボンドの再結合の繰返しにより結晶核の発生と固相
成長が促進されるためであると思われる。
ッ素原子と水素原子とが結晶化アニール中に結合してフ
ッ化水素（ＨＦ）となりこのフッ化水素の分子がアモル
ファスシリコン膜から脱離する。このとき生じたシリコ
ンのダングリングボンドはポテンシャルエネルギを下げ
るため結晶格子を組むようダングリングボンド同士の再
結合が起こり、上記フッ化水素の分子の脱離とダングリ
ングボンドの再結合の繰返しにより結晶核の発生と固相
成長が促進されるためであると思われる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００２０】まず、図２に示すようなプラズマＣＶＤ装
置を用いてガラス基板１上に多量のフッ素原子と水素原
子が混入された厚さ１０００オングストロームのアモル
ファスシリコン膜を形成した。すなわち、ポンプ１７で
排気した真空チャンバ１１内へシランガス（ＳｉＨ４
）とフッ化珪素ガス（ＳｉＦ４ ）１６を導入し、かつ
、高周波電源１５により電極１２、１３間でプラズマ放
電を生じさせてシランガスとフッ化珪素ガス１６を分解
させると共に、これ等混合ガスを電極１３内のヒータに
て２００〜３００℃程度に加熱されたガラス基板１上へ
成膜させて上述したような厚さ１０００オングストロー
ムのアモルファスシリコン膜を形成した。
置を用いてガラス基板１上に多量のフッ素原子と水素原
子が混入された厚さ１０００オングストロームのアモル
ファスシリコン膜を形成した。すなわち、ポンプ１７で
排気した真空チャンバ１１内へシランガス（ＳｉＨ４
）とフッ化珪素ガス（ＳｉＦ４ ）１６を導入し、かつ
、高周波電源１５により電極１２、１３間でプラズマ放
電を生じさせてシランガスとフッ化珪素ガス１６を分解
させると共に、これ等混合ガスを電極１３内のヒータに
て２００〜３００℃程度に加熱されたガラス基板１上へ
成膜させて上述したような厚さ１０００オングストロー
ムのアモルファスシリコン膜を形成した。
【００２１】尚、成膜された上記アモルファスシリコン
膜中のフッ素原子の濃度は１０１９個／ｃｍ３ であり
、水素原子の濃度は２．５×１０２１個／ｃｍ３ であ
った。
膜中のフッ素原子の濃度は１０１９個／ｃｍ３ であり
、水素原子の濃度は２．５×１０２１個／ｃｍ３ であ
った。
【００２２】次に、上記アモルファスシリコン膜が形成
されたガラス基板１を５８０℃に設定された加熱炉内に
投入し、かつ、１時間放置してアモルファスシリコン膜
を固相成長させ図１に示すような多結晶シリコン薄膜２
を求めた。
されたガラス基板１を５８０℃に設定された加熱炉内に
投入し、かつ、１時間放置してアモルファスシリコン膜
を固相成長させ図１に示すような多結晶シリコン薄膜２
を求めた。
【００２３】このとき、アモルファスシリコン膜中のフ
ッ素原子と水素原子の作用によりシリコンの結晶成長が
助長されるため、上述したような短時間（１時間）の条
件で薄膜かつ結晶粒径が大きくしかも結晶の連続性に優
れた多結晶シリコン薄膜３の形成が可能となった。
ッ素原子と水素原子の作用によりシリコンの結晶成長が
助長されるため、上述したような短時間（１時間）の条
件で薄膜かつ結晶粒径が大きくしかも結晶の連続性に優
れた多結晶シリコン薄膜３の形成が可能となった。
【００２４】尚、比較例として上記シランガス（ＳｉＨ
４ ）のみを用いて成膜したアモルファスシリコン膜（
膜中にフッ素原子を含まないもの）を同一温度条件で固
相成長させたところその結晶化アニール時間は１５時間
を要するものであった。
４ ）のみを用いて成膜したアモルファスシリコン膜（
膜中にフッ素原子を含まないもの）を同一温度条件で固
相成長させたところその結晶化アニール時間は１５時間
を要するものであった。
【００２５】また、上記フッ素原子と水素原子が混入さ
れたアモルファスシリコン膜について加熱炉の温度を５
４０℃に設定して同様の固相成長処理を行ったところ必
要とする結晶化アニール時間は５時間であった。
れたアモルファスシリコン膜について加熱炉の温度を５
４０℃に設定して同様の固相成長処理を行ったところ必
要とする結晶化アニール時間は５時間であった。
【００２６】これに対し、比較例としてフッ素原子を含
まないアモルファスシリコン膜を同一温度条件（５４０
℃）で固相成長させたところその結晶化アニール時間は
５０時間を必要とした。
まないアモルファスシリコン膜を同一温度条件（５４０
℃）で固相成長させたところその結晶化アニール時間は
５０時間を必要とした。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、アモルファスシリコン
膜中のフッ素原子と水素原子の作用によりシリコンの結
晶成長が助長されるため、低温、短時間の加熱条件で多
結晶シリコン薄膜を形成できる効果を有している。
膜中のフッ素原子と水素原子の作用によりシリコンの結
晶成長が助長されるため、低温、短時間の加熱条件で多
結晶シリコン薄膜を形成できる効果を有している。
【図１】実施例に係る多結晶シリコン薄膜の断面図。
【図２】実施例において適用したプラズマＣＶＤ装置の
構成説明図。
構成説明図。
【図３】従来の気相成長法により形成された多結晶シリ
コン薄膜の断面図。
コン薄膜の断面図。
【図４】従来の固相成長法により形成された多結晶シリ
コン薄膜の断面図。
コン薄膜の断面図。
【図５】（Ａ）と（Ｂ）は従来の固相成長法の原理説明
図。
図。
１ ガラス基板
２ 多結晶シリコン薄膜
Claims (1)
- 【請求項１】 基板上へ若しくはこの基板に設けられ
た絶縁膜上へ多結晶シリコンの薄膜を形成する方法にお
いて、上記基板若しくは絶縁膜上へフッ素原子と水素原
子が混入されたアモルファスシリコン膜を形成し、かつ
、これを加熱して多結晶シリコン膜にすることを特徴と
する多結晶シリコン薄膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12331391A JPH04349615A (ja) | 1991-05-28 | 1991-05-28 | 多結晶シリコン薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12331391A JPH04349615A (ja) | 1991-05-28 | 1991-05-28 | 多結晶シリコン薄膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04349615A true JPH04349615A (ja) | 1992-12-04 |
Family
ID=14857463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12331391A Pending JPH04349615A (ja) | 1991-05-28 | 1991-05-28 | 多結晶シリコン薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04349615A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0633604A1 (en) * | 1993-07-06 | 1995-01-11 | Corning Incorporated | Method of crystallizing amorphous silicon and device obtained by using this method |
| US5677235A (en) * | 1993-09-16 | 1997-10-14 | Tokyo Electron Limited | Method for forming silicon film |
| US5753541A (en) * | 1995-04-27 | 1998-05-19 | Nec Corporation | Method of fabricating polycrystalline silicon-germanium thin film transistor |
| JP2009117405A (ja) * | 2007-11-01 | 2009-05-28 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体層、および半導体装置の作製方法 |
-
1991
- 1991-05-28 JP JP12331391A patent/JPH04349615A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0633604A1 (en) * | 1993-07-06 | 1995-01-11 | Corning Incorporated | Method of crystallizing amorphous silicon and device obtained by using this method |
| US5677235A (en) * | 1993-09-16 | 1997-10-14 | Tokyo Electron Limited | Method for forming silicon film |
| US5753541A (en) * | 1995-04-27 | 1998-05-19 | Nec Corporation | Method of fabricating polycrystalline silicon-germanium thin film transistor |
| JP2009117405A (ja) * | 2007-11-01 | 2009-05-28 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体層、および半導体装置の作製方法 |
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