JPH0451572A - 薄膜半導体装置 - 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】 〔技術分野〕 本発明は、結晶化度の良い半導体薄膜を絶縁性基板上に
形成して得られた薄膜半導体装置に関する。

〔従来技術〕

石英ガラス等の絶縁性基板上に形成できる半導体薄膜は
、結晶シリコン基板上に形成する半導体素子に比べ、基
板が安価であり、大面積化が容易であるという利点を持
っている。中でも、完全密着型の等倍センサや、液晶デ
イスプレィの駆動用として薄膜トランジスタ（ＴＰＴ）
を一体型で構成する用途に特に適している。

これらの従来技術においては、一般に石英などのガラス
基板上に直接多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−５ｉ）膜がＣ
ＶＤ法により堆積される。スタガ型ＴＦＴではこのｐｏ
ｌｙ−５ｉが活性層として用いられる。この活性層に用
いるρｏｌｙ−５ｉの移動度μはＴＰＴ特性に大きく寄
与する。一方、μはｐｏｌｙ−５ｉの結晶粒径と相関が
あり、粒径の増大はμの向上に寄与する。

しかし、ガラス基板上に直接ＣＶＤ法等でｐｏｌｙ−３
ｉを形成した場合、特に基板に垂直な膜厚方向に結晶粒
径のムラがあり、特にガラス基板界面近傍はほとんどア
モルファスの状態であることがわかってきた（第５０回
込物講演会、１９８９年秋、２？ｐ−Ｃ−３）。また、
この状態の膜を高温（約１０００℃）でアニールしても
界面近傍のアモルファス部は大部分がアモルファスの状
態を保っている。

アモルファス部は結晶化部に比べ移動度μが小さいため
、ＴＰＴ特性向上の障害となる。また堆、積されたｐｏ
ｌｙ−５ｊ膜の膜厚が薄いほど、結晶化部分が少ないこ
とがわかってきた。このため、均質なρｏｌｙ−５ｉで
あれば活性層の膜厚を薄くすることでＴＰＴの特性向上
が図れるが、実際は薄膜化するほど特性の劣るアモルフ
ァスＳｉの影響が犬になるため、その効果が充分活かさ
れない。

結晶化度を向上させる技術としては、堆積後のアニール
処理（の改善策）〔特開昭６０−６６４７１号〕〔特開
昭６０−１３４４１３号〕が主要な方策であるが、界面
付近の結晶化度の向上には必ずしも有効と言えず、また
、レーザーや電子線を使うといった技術においては処理
の均一性、制御性、他のプロセスとの整合性、コスト高
などの問題がある。

〔目　　的〕

本発明の目的は、ｐｏｌｙ−５ｉ薄膜の堆積時に薄膜方
向に、特に絶縁性基板界面近傍のｐｏｌｙ−５ｉの結晶
化度を向上させて得られる薄膜半導体装置を提供するに
ある。

〔構　　成〕

本発明は、絶縁性基板、その上に形成された電荷を持っ
たシリコン層、さらにその上に形成された多結晶シリコ
ン層より構成されていることを特徴とする薄膜半導体装
置に関する。

従来技術はｐｏｌｙ−５ｉの堆積後に結晶化度の向上を
図る処理を施すが、本発明ではｐｏｌｙ−５ｉの堆積前
に絶縁基板上にｐｏｌｙ−３ｉ堆積時のｐｏｌｙ−５ｉ
の結晶化度を向上させる処理を施している点が大きく相
違する。

本発明は、具体的には、単結晶上へのＳｉ結晶成長（エ
ピタキシャル成長）の原理を応用している。

すなわち、絶縁性基板上に電荷を持ったＳｉ層を形成し
、擬似的に単結晶表面に近い状態を形成する。本発明の
電荷を持ったＳｉ層は単結晶の原子配列とは全く違った
配列（アモルファスに近い）なので、単結晶上のＳｉの
エピタキシャル成長と全く同じ効果は期待できないが、
電荷を持ったＳｉ層は、表面ポテンシャルに関して見る
と、石英ガラス表面のポテンシャルに比較して、より単
結晶表面に近いポテンシャル場を持つ。

このポテンシャル場によって、基板界面近傍のｐｏｌｙ
−５ｉの結晶化度が改善される。本発明の効果は堆積さ
れるｐｏｌｙ−５ｉの膜厚が薄いほど有効となる。

前記電荷を持ったシリコン層の厚みはイオン注入条件に
よっても異なるが、通常ｌＯ〜３０００Ａ好ましくは５
０〜１０００人である。

〔実施例〕

実施例１ 第１図、第３図を使って説明する。石英ガラス等の絶縁
性基板２上にイオンビームを用いて電荷を持ったＳｉ層
１を形成する。大面積に処理する場合は、クラスターイ
オンビーム法が適する。また基板の一部に処理を施す場
合は、集束イオンビーム法が適している。いずれも５〜
３０ｋＶでイオンを引き出した後、加速電極で減速させ
２０〜３００ｅＶ程度で基板に照射する。こうして第１
図の構成が形成される。

この後、ＣＶＤ法によってｐｏｌｙ−５ｉ　３が電荷を
持ったＳｉ層上に形成される（第３図）。

活性層の膜厚の薄いほど本発明の効果が有効となる。

第３図のような構成で形成されたＴＰＴの移動度のデー
タを第４図に示す。

実施例２ 第２図に示すように、絶縁性基板２にイオン注入法によ
りＳｉ４を注入する。イオン注入後。

１′に相当する部分をエツチングすることにより第１図
と同じ構成を実現できる。

イオン注入条件として、エネルギー１０ｋｅＶ、ドーズ
量５　Ｘ　１０”／ｃｄの場合、表面から約１０００人
をエツチング除去する。また２０ｋａＶ、ドーズ量５　
Ｘ　１０１ｓ／ｃ＃）場合、表面カラ約２０００人ヲｘ
ッチング除去する。

〔効　　果〕

（１）絶縁性基板上のＳｉを主成分とする半導体薄膜の
結晶化度を向上できる。

（２）活性層のうすいＴＦＴを作成する場合は、特にＴ
ＰＴ特性の向上に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は、本発明の装置の中間体を示す断面図
であり、第３図は１本発明装置の断面図である。第４図
は、ＴＰＴ特性データを示す。 １・・・電荷を持ったＳｉ層 １′・・・除去される電荷を持ったＳｉ層２・・・絶縁
性基板 ３・・・ｐｏｌｙ−５ｉ層 第２ 第３

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、絶縁性基板、その上に形成された電荷を持ったシリ
   コン層、さらにその上に形成された多結晶シリコン層よ
   り構成されていることを特徴とする薄膜半導体装置。