JPH05166729A - 薄膜形成方法 - Google Patents

薄膜形成方法

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JPH05166729A
JPH05166729A JP32882191A JP32882191A JPH05166729A JP H05166729 A JPH05166729 A JP H05166729A JP 32882191 A JP32882191 A JP 32882191A JP 32882191 A JP32882191 A JP 32882191A JP H05166729 A JPH05166729 A JP H05166729A
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JP
Japan
Prior art keywords
thin film
crystal
seed crystal
forming
gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP32882191A
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English (en)
Inventor
Tomohito Okudaira
智仁 奥平
Osamu Tanina
修 谷名
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPH05166729A publication Critical patent/JPH05166729A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 粒径の大きな薄膜形成方法を得る。 【構成】 基板1上に程結晶として島状のシリコン単結
晶2を形成し、この上に非晶質シリコン層3を形成し、
熱処理することにより、非晶質シリコン層3を結晶化し
て多結晶シリコン薄膜4を得る。 【効果】 粒径の大きな薄膜が得られ、例えばこの薄膜
が多結晶シリコン薄膜のような導電性薄膜の場合には薄
膜中の電子の易動度が増大し、導電性がよくなって、流
し得る電流量が大きくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば集積回路の内
部配線に用いる導電性薄膜の形成等に用いて好適な薄膜
形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4は例えば、Appl,Phys,L
ett.50[26](′87)1894〜1896に
示された従来の導電性薄膜例えば多結晶シリコン薄膜の
形成条件を示した図である。従来法では、まずシリコン
(100)面上に形成された熱酸化膜を有する基板をC
VD炉内に配し、このときのCVD炉の形成温度を54
0℃、ガス圧を430mTorrとし、ガスはシラン
(SiH4 )で、その流量を60SCCMとしている。
そして、この条件で10分間シランガスに反応させるこ
とにより約200Åの非晶質シリコン層を基板上に形成
し、さらにこれをアニール炉において、形成温度630
℃で、3時間アニールすることにより、多結晶シリコン
薄膜を得ている。
【0003】このような条件で形成された多結晶シリコ
ン薄膜は、図5に示す様な形態をなしており、その粒径
は200〜400nmという小さな粒径である。このよ
うな小さな粒径の多結晶シリコン薄膜であっても、従来
は特に問題にはなってはいなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】近年、半導体装置が微
細になり、それに伴って、多結晶シリコン薄膜がより薄
く作られるようになったが、薄膜化した場合に流し得る
電流量が小さいという問題点が顕在化した。この問題点
が従来の薄膜形成方法による多結晶シリコン薄膜では、
その粒径が200〜400nmと小さいため、易動度が
小さく、導電性が悪いために生じていることが判明した
が多結晶シリコン薄膜における結晶粒径を大きくするた
めの適切な方法がなかった。
【0005】この発明はこの様な問題点を解決するため
になされたもので、粒径の大きな薄膜を得ることができ
る薄膜形成方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明に係る薄膜形成
方法は、基板上に種結晶を形成する工程と、該種結晶の
上に非晶質材料層を形成する工程と、熱処理により上記
種結晶を結晶核として上記非晶質材料層を結晶化させ薄
膜を形成する工程とを含むものである。
【0007】また、種結晶がシリコン単結晶であり、非
晶質材料層が非晶質シリコン層であるものである。
【0008】また、シリコン単結晶を少なくともシラン
を含むガスを用い、550℃以上で形成し、非晶質シリ
コン層を少なくともシランを含むガスを用い、545℃
以下で形成するものである。
【0009】
【作用】この発明においては、種結晶を結晶核として非
晶質材料層を結晶化する。これにより、結晶核の密度が
低く、従って粒径の大きな薄膜が得られる。
【0010】また、種結晶としてのシリコン単結晶を少
なくともシラン,置換シラン又は置換ジシランを含むガ
スを使用して形成し、非晶質材料層としての非晶質シリ
コン層を少なくともジシラン又はトリシランを含むガス
を使用して形成する。これにより、非晶質シリコン層は
低温で膜が形成でき、微細結晶を含まない非晶質シリコ
ン層が形成され、粒径がより拡大された導電性のよい多
結晶シリコン薄膜が得られる。
【0011】また、同一ガスを用い、島状のシリコン単
結晶を高温で、非晶質シリコン層を低温で形成する。こ
れにより、簡単な装置と簡便な取扱いでかつ連続処理
で、粒径の大きな、導電性の良い多結晶シリコン薄膜が
得られる。
【0012】
【実施例】
実施例1.以下、この発明の一実施例を導電性薄膜例え
ば多結晶シリコン薄膜の場合を例にとり、図について説
明する。図1はこの発明の一実施例を示す工程図、図2
は多結晶シリコン薄膜の形成条件を示す図である。図1
(a)において、まずシリコン(100)面上に形成さ
れた熱酸化膜(図示せず)を有する基板1をCVD炉
(図示せず)内に配し、例えばシランガスを用い、例え
ば形成温度630℃,ガス圧を440mTorr,シラ
ンガスの流量60SCCMで約1分間シランガスに対し
て基板1を反応させる。すると、図1(a)に示すよう
に、基板1の表面上のところどころに島状のシリコン単
結晶が形成される。
【0013】次に、同じCVD炉内で、例えばシランガ
スを用い、形成温度460℃,ガス圧を220mTor
r,シランガスの流量200SCCMで約10分間反応
させる。すると、図1(b)に示すように、島状のシリ
コン単結晶2の形成されている基板1上にこれ等を覆う
ように例えば膜厚200Åの非晶質シリコン層3が形成
される。
【0014】次に、図1(b)の如く形成されているウ
エハをアニール炉内に配し、例えば窒素などの不活性ガ
ス中で例えば700℃で1時間の熱処理を行ない、先に
形成されている島状のシリコン単結晶2を種結晶とし
て、非晶質シリコン層3の結晶化を行なう。これによ
り、基板1上には、図1(c)に示すように、多結晶シ
リコン薄膜4が形成される。この結晶化反応は、結晶核
となる種結晶があらかじめ存在するため、結晶生長は種
結晶を中心として進行する。従って、最初のシリコン単
結晶2の結晶数が少ない程、全体の結晶数は少なく、即
ち1つ1つの結晶の粒径は大きくなる。よって、2〜3
μm大粒径の多結晶シリコン薄膜4が得られる。
【0015】このように、本実施例では、非晶質シリコ
ン層をジシランガスを用いて形成するので、低温で膜が
形成でき、微細結晶を含まない良質の非晶質シリコンが
形成され、もって粒径がより拡大された導電性の良い多
結晶シリコン薄膜が得られる。
【0016】ここで、ジシランガスを用いて非晶質シリ
コン層を形成すると、低温(460〜550℃)で膜形
成が可能であるため、良質な非晶質シリコン層が得られ
るが、ジシランガスは、その分解温度は約500℃で島
状のシリコン単結晶を得るための550℃以上の温度で
は使用できない。従って、ジシランガスを非晶質シリコ
ン層の形成に用いた場合、島状のシリコン単結晶の形成
には、別途、シランガスを用いて形成する必要があり、
材料ガス種の増加、装置の複雑化などの問題がある。そ
こで、図3に示すように、シランガスを用いて非晶質シ
リコン層も形成することが考えられる。
【0017】実施例2.図3はこの発明の他の実施例に
おける多結晶シリコン薄膜の形成条件を示す図である。
島状のシリコン単結晶を形成するまでは上記実施例と同
様である。但し、この場合形成温度は、550℃未満で
は安定して島状のシリコン単結晶を得ることができない
ため、550℃以上例えば580℃とされる。
【0018】次に、シランガスを止め、形成温度を、5
45℃を越えると安定して非晶質シリコン層を得ること
ができないため、545℃以下、例えば540℃とす
る。その後CVD炉内をガス圧400mTorrとした
ままシランガスを60SCCM、10分間流し、例えば
厚さ200Åの非晶質シリコン層を形成される。以後は
上記実施例と同様アニール炉で熱処理を行い、非晶質シ
リコン層を結晶化して多結晶シリコン薄膜を得る。
【0019】このように、本実施例では、同一ガスを用
い、島状のシリコン単結晶を高温で、非晶質シリコン層
を低温で形成するので、簡単な装置を簡便な取扱いで且
つ連続処理で、導電性の良い多結晶シリコン薄膜を得る
ことができる。
【0020】実施例3.なお、上記実施例1において島
状のシリコン単結晶を形成するのにシランガスを用いた
場合に付いて説明したが、これに限定されず、島状のシ
リコン単結晶を形成できるものであれば、その他のガ
ス、例えばモノクロロシラン,ジクロロシラン,トリク
ロロシラン,テトラクロロシラン,モノフルオロシラン
及びテトラフルオロシラン等の置換シラン或いはヘキサ
ジシラン等の置換ジシランのガスを用いてもよく、更に
これ等のガス又はシランガスに例えばホスフィン,ジボ
ラン等の不純物ガスを数%混入したものでもよい。
【0021】また、上記実施例1にやいて非晶質シリコ
ン層を形成するのにジシランを用いた場合に付いて説明
したが、これに限定されず、非晶質シリコン層を形成で
きるものであれば、その他のガス、例えばトリシランを
用いてもよく、更にこれ等のガス又はジシランガスに例
えばホスフィン,ジボラン等の不純物ガスを数%混入し
たものでもよい。
【0022】また、上記実施例1及び実施例2では導電
性薄膜として多結晶シリコン薄膜の場合に付いて説明し
たが、これに限定されず、その他の導電性薄膜にも同様
に適用でき、同様の効果を奏する。
【0023】また、上記実施例1及び実施例2では薄膜
として導電性薄膜の場合に付いて説明したが、例えば粒
径が大きいと誘電率が大きくなる誘電体薄膜等の絶縁性
薄膜にも同様に適用でき、同様の効果を奏する。
【0024】また、上記実施例1及び実施例2における
形成条件のうち、雰囲気,温度,時間は十分に結晶化が
行われれば他の条件でもよい。
【0025】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、基板
上に島状の種結晶を形成する工程と、該種結晶の上に非
晶質材料層を形成する工程と、熱処理により上記非晶質
材料層を結晶化させ薄膜を形成する工程とを含むので、
粒径の大きな薄膜が得られるという効果を奏する。
【0026】また、島状の種結晶としてのシリコン単結
晶を少なくともシラン,置換シラン又は置換ジシランを
含むガスを使用して形成し、非晶質材料層としての非晶
質シリコン層を少なくともジシラン又はトリシランを含
むガスを使用して形成する。これにより、非晶質シリコ
ン層は低温で膜が形成でき、微細結晶を含まないので、
良質の非晶質シリコン層が得られ、もって、粒径がより
拡大された導電性の良い多結晶シリコン薄膜が得られる
という効果を奏する。
【0027】また、シリコン単結晶を少なくともシラン
を含むガスを用い、550℃以上で形成し、非晶質シリ
コン層を少なくともシランを含むガス用い、545℃以
下で形成するので、簡単な装置と簡便な取扱いでかつ連
続処理で、粒径の大きな、導電性の良い多結晶シリコン
薄膜が得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す工程図である。
【図2】この発明の一実施例における薄膜形成条件を示
す図である。
【図3】この発明の他の実施例における薄膜形成条件を
示す図である。
【図4】従来の薄膜形成条件を示す図である。
【図5】従来の多結晶シリコン薄膜の表面形態を示す図
である。
【符号の説明】
1 基板 2 島状のシリコン単結晶 3 非晶質シリコン層 4 多結晶シリコン薄膜
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年8月26日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項4
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0020
【補正方法】変更
【補正内容】
【0020】実施例3.なお、上記実施例1において島
状のシリコン単結晶を形成するのにシランガスを用いた
場合に付いて説明したが、これに限定されず、島状のシ
リコン単結晶を形成できるものであれば、その他のガ
ス、例えばモノクロロシラン,ジクロロシラン,トリク
ロロシラン,テトラクロロシラン,モノフルオロシラン
及びテトラフルオロシラン等の置換シラン或いはヘキサ
フルオロジシラン等の置換ジシランのガスを用いてもよ
く、更にこれ等のガス又はシランガスに例えばアルシ
ン,ホスフィン,ジボラン等の不純物ガスを数%混入し
たものでもよい。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0021
【補正方法】変更
【補正内容】
【0021】また、上記実施例1にいて非晶質シリコ
ン層を形成するのにジシランを用いた場合に付いて説明
したが、これに限定されず、非晶質シリコン層を形成で
きるものであれば、その他のガス、例えばトリシランを
用いてもよく、更にこれ等のガス又はジシランガスに例
えばアルシン,ホスフィン,ジボラン等の不純物ガスを
数%混入したものでもよい。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上にの種結晶を形成する工程と、 該種結晶の上に非晶質材料層を形成する工程と、 熱処理により上記種結晶を結晶核として上記非晶質材料
    層を結晶化させ薄膜を形成する工程とを含むことを特徴
    とする薄膜形成方法。
  2. 【請求項2】 種結晶がシリコン単結晶であり、非晶質
    材料層が非晶質シリコン層である請求項1記載の薄膜形
    成方法。
  3. 【請求項3】 シリコン単結晶の形成に少なくともシラ
    ン,置換ジシランを含むガスを使用し、非晶質シリコン
    層の形成に少なくともジシラン又はトリシランを含むガ
    スを使用する請求項2記載の薄膜形成方法。
  4. 【請求項4】 置換シランがモノクロロシラン,ジクロ
    ロシラン,トリクロロシラン,テトラクロロシラン,モ
    ノフルオロシラン又はテトラフルオロシランであり、置
    換ジシランがヘキサジシランである請求項3記載の薄膜
    形成方法。
  5. 【請求項5】 シリコン単結晶を少なくともシランを含
    むガスを用い、550℃以上で形成し、非晶質シリコン
    層を少なくともシランを含むガスを用い、545℃以下
    で形成する請求項2記載の薄膜形成方法。
JP32882191A 1991-12-12 1991-12-12 薄膜形成方法 Pending JPH05166729A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006524439A (ja) * 2003-04-24 2006-10-26 エーエスエム アメリカ インコーポレイテッド 高機能粒子構造を有する多結晶膜の堆積方法
US20140065804A1 (en) * 2012-03-01 2014-03-06 Boe Technology Group Co., Ltd. Low temperature polysilicon thin film and manufacturing method thereof
WO2020185370A1 (en) * 2019-03-14 2020-09-17 Micron Technology, Inc. Integrated circuity, dram circuitry, methods used in forming integrated circuitry, and methods used in forming dram circuitry

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