JPH05259080A - 大面積ポリシリコン薄膜およびその低温形成方法 - Google Patents

大面積ポリシリコン薄膜およびその低温形成方法

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JPH05259080A
JPH05259080A JP4091587A JP9158792A JPH05259080A JP H05259080 A JPH05259080 A JP H05259080A JP 4091587 A JP4091587 A JP 4091587A JP 9158792 A JP9158792 A JP 9158792A JP H05259080 A JPH05259080 A JP H05259080A
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JP
Japan
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thin film
polysilicon thin
laser
target
excimer laser
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Withdrawn
Application number
JP4091587A
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English (en)
Inventor
Kenji Yamamoto
憲治 山本
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低温でしかも小さな真空チャンバーで形成で
きる大面積ポリシリコン薄膜およびその低温形成法を提
供する。 【構成】 本発明のポリシリコン薄膜は、水素化アモル
ファスシリコンのターゲット3を用いて、レーザアブレ
ーシュン法によりガラス基板または金属基板1上に形成
されてなるものである。また、本発明のポリシリコンの
薄膜の形成法は、水素化アモルファスシリコンターゲッ
ト3を用いて、レーザアブレーシュン法によりポリシリ
コン薄膜をガラス基板または金属基板1上に形成するも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスター、
薄膜太陽電池に応用可能な大面積ポリシリコン薄膜およ
びその低温形成法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術、特に蒸着法によりポリシリ
コン薄膜をガラス基板上に形成するためには、基板を6
00℃以上に加熱する必要があった。レーザを用いたシ
リコン薄膜の形成の報告はあるが、やはり基板温度とし
て550℃以上が必要である。
【0003】また、大面積での成膜においては基板と蒸
着源を遠ざける必要があり、成膜速度の低下、および大
きな真空チャンバーを必要としコスト高となる欠点を有
している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の問題点に鑑みなされたものであって、低温でしかも
小さな真空チャンバーで形成できる大面積ポリシリコン
薄膜およびその低温形成法を提供することを目的とす
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明のポリシリコン薄
膜は、ガラス基板または金属基板上に形成されてなるポ
リシリコン薄膜であって、前記ポリシリコン薄膜が、水
素化アモルファスシリコンのターゲットを用いて、レー
ザアブレーション法により形成されてなることを特徴と
している。
【0006】本発明のポリシリコン薄膜においては、前
記水素化アモルファスシリコンの水素量が0.1ato
m%以上40atom%以下であるのが好ましい。
【0007】また、本発明のポリシリコン薄膜において
は、前記レーザアブレーション法に用いるレーザが、F
2 ,KrF,ArFのエキシマーレーザであるのが好ま
しく、そして前記F2のエキシマレーザのエネルギーが
500mJ/cm2以上10J/cm2以下であり、前記Kr
Fのエキシマレーザのエネルギーが800mJ/cm2
上10J/cm2以下であリ、前記ArFのエキシマレー
ザのエネルギーが600mJ/cm2以上10J/cm2以下
であるのが好ましい。
【0008】さらに、本発明のポリシリコン薄膜におい
ては、前記水素化アモルファスシリコンのターゲット
が、合成石英基板上に形成されてなるのが好ましい。
【0009】本発明のポリシリコン薄膜の形成法は、ガ
ラス基板または金属基板上におけるポリシリコン薄膜の
形成法であって、前記ポリシリコン薄膜が、水素化アモ
ルファスシリコンのターゲットを用いて、レーザアブレ
ーション法により形成することを特徴としている。
【0010】本発明のポリシリコン薄膜の形成法におい
ては、前記水素化アモルファスシリコンの水素量が0.
1atom%以上40atom%以下であるのが好まし
い。
【0011】また、本発明のポリシリコン薄膜の形成法
においては、前記レーザアブレーション法に用いるレー
ザが、F2 ,KrF,ArFのエキシマーレーザである
のが好ましく、そして、前記F2のエキシマレーザのエ
ネルギーが500mJ/cm2以上10J/cm2以下であ
り、前記KrFのエキシマレーザのエネルギーが800
mJ/cm2以上10J/cm2以下であり、前記ArFのエ
キシマレーザのエネルギーが600mJ/cm2以上10
J/cm2以下であるのが好ましい。
【0012】さらに、本発明のポリシリコン薄膜の形成
法においては、前記水素化アモルファスシリコンのター
ゲットが、合成石英基板上に形成されてなるのが好まし
い。
【0013】
【作用】本発明のポリシリコン薄膜は、水素化アモルフ
ァスシリコン(以下、a−Si:Hという)のターゲッ
トを用いて、レーザアブレーション法により形成されて
いるので、大面積に形成することができる。
【0014】また、本発明の形成法においては、シリコ
ンターゲットを用いる代わりにa−Si:Hのターゲッ
トを用いてレーザアブレーション法により形成している
ので、低温(500℃以下)にて大面積にポリシリコン
薄膜を、ターゲットと基板の間隔を短くして形成するこ
とができる。したがって、小さなチャンバーにより高速
で形成することができる。
【0015】
【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明を実施
例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに
限定されるものではない。
【0016】図1は本発明の形成法に用いる装置の概略
図である。図において、1は基板、2はヒータ、3はa
−Si:Hターゲット、4は真空チャンバー、5は排気
系、6はエキシマレーザ光学系、7はエキシマレーザ源
を示す。
【0017】本発明においてはポリシリコン薄膜を低温
で形成するために水素原子の効果を利用している。すな
わち、レーザアブレーション用のターゲットとしてシリ
コンを用いる代わりにa−Si:Hを用いている。この
a−Si:Hがエキシマーレーザにてアブレーションさ
れるとシリコン原子のみならず水素原子も生成され、こ
の生成された水素原子が基板1表面での結晶化を促進す
る。
【0018】また、a−Si:Hを用いるとレーザでア
ブレートされるしきい値、つまりエネルギーが減少し、
より大面積でのアブレーション領域が得られる。
【0019】さらに、レーザ光をスキャンすることで、
X,Y方向にスキャンされるので、大面積にわたり成膜
可能となる。
【0020】したがって、ターゲット3と基板1との距
離を、蒸着法と比較して大幅に短かくすることが可能と
なり堆積速度が増大する。
【0021】そして、ターゲット3と基板1との間の距
離を縮めることができることから、水素ガス導入により
反応室圧力の増加による気相中でのスパッタリングの効
果が少なくなる。したがって、レーザアブレーションの
際に水素ガス、水素にて希釈化したH2Oガス等を導入
することができ、水素原子を成膜に積極的に利用でき
る。
【0022】ここで、ターゲット3に用いるa−Si:
Hの水素量は、結晶化を促がす水素原子の存在が必要性
なことから、0.1atom%以上とされ、またターゲ
ット3の強度等から40atom%以下とされるのが好
ましい。そして、より結晶性の高いポリシリコン薄膜を
形成する観点からは、1atom%以上とされ、好まし
くは7atom%以上とされ、さらに好ましは10at
om%以下とされる。
【0023】a−Si:Hターゲット3は、一般的に
は、シランガス、ジシランガス、ジクロロシランガス、
またはこれらと水素、ヘリウム等の不活性ガス等との混
合物を用いて、プラズマCVD法によりa−Si:Hを
合成石英の基板上に100μmから500μm堆積させ
たものを用いるのがよい。合成石英を用いるのはa−S
i:Hがアブレートされた後でもレーザ光を吸収しない
ので、合成石英がアブレートされないからである。また
熱伝導率もシリコンと異なり極端に悪く、照射されたエ
ネルギーが逃げるのを防ぐことができる。その上、大面
積のターゲットも容易にできることから、レーザビーム
をスキャンすることにより大面積のターゲットに照射可
能となる。
【0024】また合成石英基板上に形成されたものをタ
ーゲットとして用いることなく、プラズマ又CVD法に
てa−Si:Hのパウダーを形成し、このパウダーを高
圧プレスしてペレット状にすることにより、ターゲット
として用いることも可能である。この場合、a−Si:
Hターゲット3中の水素量は40atom%〜60at
om%とすることもできるので、水素量の大きなターゲ
ットも形成できる。もちろん、CVDの条件により水素
量の低いものも形成可能である。また、水素雰囲気下で
Siをスパッターすることによっても形成できる。
【0025】用いるレーザとしては、YAGレーザの第
二高調波(532nm)、Arレーザ(488nm)、
エキシマーレーザ(F2(157nm)、ArF(19
3nm)、KrF(248nm)、XeF(351n
m)、X2 Cl(308nm))がその代表格である
が、a−Si:Hの吸収係数およびターゲット3が合成
石英上のa−Si:Hであることを考慮するとエキシマ
ーレーザが好ましい。特に、波長の短かいArF,Kr
F,F2レーザが好ましい。
【0026】必要なエネルギーとしては、a−Si:H
の水素量にも依存するが、KrFでは80mJ/cm2
以上3J/cm2以下、ArFでは600mJ/cm2
上2J/cm2以下、F2では500mJ/cm2以上1
0J/cm2以下であるのが好ましい。
【0027】照射面積としては、大面積高速成膜という
観点からは大きければ大きいほどよい。なお、アブレー
ションのため前記エネルギーが必要なことから5mm×
5mm以上とするのが好ましい。
【0028】真空チャンバー4の圧力は、背圧を1μT
orrとして、10Torr以下、望ましくは、100
mTorrから10μTorr〜1μTorrの超真空
にするのがよい。
【0029】また、基板1の温度は、100℃〜500
℃とされている。
【0030】このようにして生成した膜は従来のシリコ
ンをターゲットにして生成した膜に比し、低温にて結晶
化が可能になる。また結晶性が向上し、かつ粒径が大き
くなり、移動度の大きな薄膜であるという優れた特性を
有する。
【0031】以下、より具体的な実施例に基づいて説明
する。
【0032】実施例 100mmφの合成石英上に、プラズマCVD法により
a−Si:H膜を100μm堆積した。この時の成膜条
件は、RFパワー:10W/cm2、SiH4ガス:20
0SCCM、基板温度:300℃、圧力:1Torrと
した。また、堆積速度は、100Å/秒であった。
【0033】作成された膜の膜中の水素量をFTIRに
より求めたところ、15atomic%であった。
【0034】このターゲットを用いて図1に示す装置
で、エキシマーレーザアブレーション法によりポリシリ
コン薄膜を形成した。
【0035】形成条件を、基板温度400℃、H2 :1
00SCCM、反応室圧力:5mTorrにてターゲッ
ト3と基板1の間隔:150nmとして、エキシマーレ
ーザアブレーションを行なった。エキシマーレーザとし
てはArF、KrFの2種類を用いた。パルスエネルギ
ーは、ArFで5J/cm2、KrFで7J/cm2とし
て行なった。繰り返しは2Hzで行い、ビームは2Hz
ごとにスキャンしてアブレーションを行なった。
【0036】作成された膜はX線回折、ラマンスペクト
ルより結晶化していることが確認された。また、SEM
観察から粒形は200Å〜1μmであることがわかっ
た。
【0037】比較例 ターゲットを水素を含まない高純度シリコンターゲット
(8N)とした他は、て実施例と同様の条件および方法
により、エキマーレーザアブレーション法によってポリ
シリコン薄膜を作成した。
【0038】得られたポリシリコン薄膜はX線回折、ラ
マン測定の結果からアモルファスであることが確認され
た。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のポリシリ
コン薄膜は、低温にて形成されより大きなサイズの粒径
の結晶であるという優れた特性を有している。
【0040】また、本発明の形成法によれば、低温に
て、しかも小さな真空チャンバーにより高速で本発明の
ポシリコン薄膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の形成法に用いる装置の概略図である。
【符号の説明】
1 基板 2 ヒータ 3 a−Si:Hターゲット 4 真空チャンバー 5 排気系 6 エキシマレーザ光学系 7 エキシマレーザ源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // H01L 29/784

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガラス基板または金属基板上に形成され
    てなるポリシリコン薄膜であって、前記ポリシリコン薄
    膜が、水素化アモルファスシリコンのターゲットを用い
    て、レーザアブレーション法により形成されてなること
    を特徴とするポリシリコン薄膜。
  2. 【請求項2】 前記水素化アモルファスシリコンの水素
    量が、0.1atom%以上40atom%以下である
    ことを特徴とする請求項1記載のポリシリコン薄膜。
  3. 【請求項3】 前記レーザアブレーション法に用いるレ
    ーザが、F2 ,KrF,ArFのエキシマーレーザであ
    ることを特徴とする請求項1または2記載のポリシリコ
    ン薄膜。
  4. 【請求項4】 前記F2のエキシマレーザのエネルギー
    が500mJ/cm2以上10J/cm2以下であることを特
    徴とする請求項3記載のポリシリコン薄膜。
  5. 【請求項5】 前記KrFのエキシマレーザのエネルギ
    ーが、800mJ/cm2以上10J/cm2以下であること
    を特徴とする請求項3記載のポリシリコン薄膜。
  6. 【請求項6】 前記ArFのエキシマレーザのエネルギ
    ーが、600mJ/cm2以上10J/cm2以下であること
    を特徴とする請求項3記載のポリシリコン薄膜。
  7. 【請求項7】 前記水素化アモルファスシリコンのター
    ゲットが、合成石英基板上に形成されてなることを特徴
    とする請求項1、2、3、4、5または6記載のポリシ
    リコン薄膜。
  8. 【請求項8】 ガラス基板または金属基板上におけるポ
    リシリコン薄膜の形成法であって、前記ポリシリコン薄
    膜が、水素化アモルファスシリコンのターゲットを用い
    て、レーザアブレーション法により形成することを特徴
    とするポリシリコン薄膜の形成法。
  9. 【請求項9】 前記水素化アモルファスシリコンの水素
    量が、0.1atom%以上40atom%以下である
    ことを特徴とする請求項8記載のポリシリコン薄膜の形
    成法。
  10. 【請求項10】 前記レーザアブレーション法に用いる
    レーザが、F2 ,KrF,ArFのエキシマーレーザで
    あることを特徴とする請求項8または9記載のポリシリ
    コン薄膜の形成法。
  11. 【請求項11】 前記F2のエキシマレーザのエネルギ
    ーが500mJ/cm2以上10J/cm2以下であることを
    特徴とする請求項10記載のポリシリコン薄膜の形成
    法。
  12. 【請求項12】 前記KrFのエキシマレーザのエネル
    ギーが、800mJ/cm2以上10J/cm2以下であるこ
    とを特徴とする請求項10記載のポリシリコン薄膜の形
    成法。
  13. 【請求項13】 前記ArFのエキシマレーザのエネル
    ギーが、600mJ/cm2以上10J/cm2以下であるこ
    とを特徴とする請求項10記載のポリシリコン薄膜の形
    成法。
  14. 【請求項14】 前記水素化アモルファスシリコンのタ
    ーゲットが、合成石英基板上に形成されてなることを特
    徴とする請求項8、9、10、11、12または13記
    載のポリシリコン薄膜の形成法。
JP4091587A 1992-03-16 1992-03-16 大面積ポリシリコン薄膜およびその低温形成方法 Withdrawn JPH05259080A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101824593A (zh) * 2010-05-25 2010-09-08 杭州电子科技大学 一种耐腐蚀抗静电的硅薄膜的制备方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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