JPH0692280B2 - 結晶薄膜の製造方法 - Google Patents
結晶薄膜の製造方法Info
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- JPH0692280B2 JPH0692280B2 JP61012123A JP1212386A JPH0692280B2 JP H0692280 B2 JPH0692280 B2 JP H0692280B2 JP 61012123 A JP61012123 A JP 61012123A JP 1212386 A JP1212386 A JP 1212386A JP H0692280 B2 JPH0692280 B2 JP H0692280B2
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- JP
- Japan
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- thin film
- film
- laser light
- crystal thin
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体産業で用いられる結晶薄膜の製造方法に
かかわり、特に、非晶質で耐熱性の低い基板への成膜に
好適な結晶薄膜の製造方法に関する。
かかわり、特に、非晶質で耐熱性の低い基板への成膜に
好適な結晶薄膜の製造方法に関する。
従来の結晶薄膜の製造方法としては、特開昭58−181785
号公報に記載のように、非晶質あるいは微結晶状の薄膜
を形成したのち、レーザ光、電子線等を照射し、溶融し
て結晶化させる方法が用いられていた。この方法は、シ
リコンウェハ等の結晶基板を用い、エピタキシャル成長
させるものである。しかし、液晶ディスプレイ等に用い
られる薄膜トランジスタ等では、ソーダガラスのような
非晶質基板を用いるので、種結晶になるものがないため
結晶化しにくく、結晶粒径が大きくならず、膜の電気的
特性もあまり良いものは得られなかった。一方、MOS型
電界効果トランジスタ等では、熱酸化膜上にCVD法によ
ってゲート電極に用いるシリコン多結晶を析出させてお
り、このCVD法も多結晶薄膜を形成する一方法である。
この方法に関する公知技術としては、例えば特開昭59−
13699号公報に開示されたものがある。しかし、CVD法で
シリコン多結晶を析出させるには、通常800℃程度に基
板を加熱する必要があり、前述のソーダガラスや耐熱性
高分子フィルムを基板として用いる場合、基板が熱に耐
えられないため、この方法を適用することができなかっ
た。
号公報に記載のように、非晶質あるいは微結晶状の薄膜
を形成したのち、レーザ光、電子線等を照射し、溶融し
て結晶化させる方法が用いられていた。この方法は、シ
リコンウェハ等の結晶基板を用い、エピタキシャル成長
させるものである。しかし、液晶ディスプレイ等に用い
られる薄膜トランジスタ等では、ソーダガラスのような
非晶質基板を用いるので、種結晶になるものがないため
結晶化しにくく、結晶粒径が大きくならず、膜の電気的
特性もあまり良いものは得られなかった。一方、MOS型
電界効果トランジスタ等では、熱酸化膜上にCVD法によ
ってゲート電極に用いるシリコン多結晶を析出させてお
り、このCVD法も多結晶薄膜を形成する一方法である。
この方法に関する公知技術としては、例えば特開昭59−
13699号公報に開示されたものがある。しかし、CVD法で
シリコン多結晶を析出させるには、通常800℃程度に基
板を加熱する必要があり、前述のソーダガラスや耐熱性
高分子フィルムを基板として用いる場合、基板が熱に耐
えられないため、この方法を適用することができなかっ
た。
上記従来技術は、非晶質で耐熱性の低い基板への成膜に
ついて配慮がされておらず、この種の基板に対して適用
すると、基板が熱に耐えられない、あるいは、膜特性の
良いものが得られないという問題があった。
ついて配慮がされておらず、この種の基板に対して適用
すると、基板が熱に耐えられない、あるいは、膜特性の
良いものが得られないという問題があった。
本発明の目的は、非晶質基板上に、300℃以下の低温
で、シリコンなどの半導体の多結晶または単結晶の薄膜
を製造する方法を提供することにある。
で、シリコンなどの半導体の多結晶または単結晶の薄膜
を製造する方法を提供することにある。
上記目的を達成するためには、低温で気相成長すると同
時にアニールを行うことにより、少しずつ膜を積んでは
それを結晶化してゆき、成長方向に結晶成長させればよ
い。基板に熱の影響を与えずにアニールするのは、レー
ザまたは電子線のようなエネルギービームの照射を利用
して行うことができる。300℃以下の低温で結晶化を進
めるためには、照射するエネルギーはかなり大きくなく
てはならず、レーザ光のような大きなエネルギー密度が
得られるエネルギービームが適している。
時にアニールを行うことにより、少しずつ膜を積んでは
それを結晶化してゆき、成長方向に結晶成長させればよ
い。基板に熱の影響を与えずにアニールするのは、レー
ザまたは電子線のようなエネルギービームの照射を利用
して行うことができる。300℃以下の低温で結晶化を進
めるためには、照射するエネルギーはかなり大きくなく
てはならず、レーザ光のような大きなエネルギー密度が
得られるエネルギービームが適している。
しかしながら、エネルギー密度の大きいビームを通常の
気相成長の条件のもとで照射すると、そのビームのエネ
ルギーによる固相の析出が起こり、エネルギーがアニー
ルのために有効に使われないため、結晶成長は起こらな
い。このような事態を回避するためには、反応ガスの密
度が低い、高真空での気相成長法である電子サイクロト
ロン共鳴マイクロ波（以下、ECRμ波と記す）プラズマ
化学蒸着法（以下、プラズマCVD法と記す）を採用すれ
ば、目的が達成される。
気相成長の条件のもとで照射すると、そのビームのエネ
ルギーによる固相の析出が起こり、エネルギーがアニー
ルのために有効に使われないため、結晶成長は起こらな
い。このような事態を回避するためには、反応ガスの密
度が低い、高真空での気相成長法である電子サイクロト
ロン共鳴マイクロ波（以下、ECRμ波と記す）プラズマ
化学蒸着法（以下、プラズマCVD法と記す）を採用すれ
ば、目的が達成される。
ECRμ波プラズマCVD法では、10-4〜10-6Torrの高真空で
膜成長が可能である。このように反応ガス密度が低い状
態では、レーザ光のような高エネルギービームを照射し
ても、それによるデポジションはほとんど起こらず、レ
ーザ光が反応ガスによって吸収され弱められることも少
ない。従って、レーザ光のエネルギーは膜のアニールの
ために有効に使われ、その結果、基板上に析出した膜は
すぐにレーザ光によって加熱され、小さな結晶となる。
そして、その結晶の上に析出した膜もすぐにレーザ光に
よって加熱され、下層の結晶を種として成長する。この
ように次々と結晶成長が起こり、縦方向に結晶が成長
し、300℃以下の低温で多結晶を成長させることができ
る。また、同様の方法を単結晶基板を用いて行うと、そ
の基板上にエピタキシャルに単結晶を成長させることも
可能である。
膜成長が可能である。このように反応ガス密度が低い状
態では、レーザ光のような高エネルギービームを照射し
ても、それによるデポジションはほとんど起こらず、レ
ーザ光が反応ガスによって吸収され弱められることも少
ない。従って、レーザ光のエネルギーは膜のアニールの
ために有効に使われ、その結果、基板上に析出した膜は
すぐにレーザ光によって加熱され、小さな結晶となる。
そして、その結晶の上に析出した膜もすぐにレーザ光に
よって加熱され、下層の結晶を種として成長する。この
ように次々と結晶成長が起こり、縦方向に結晶が成長
し、300℃以下の低温で多結晶を成長させることができ
る。また、同様の方法を単結晶基板を用いて行うと、そ
の基板上にエピタキシャルに単結晶を成長させることも
可能である。
次に、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。本発
明を実施するためには、ECRμ波プラズマCVD装置と、レ
ーザ発振器およびレーザ光を導くための光学系が必要で
あり、それぞれについて以下に詳説する。
明を実施するためには、ECRμ波プラズマCVD装置と、レ
ーザ発振器およびレーザ光を導くための光学系が必要で
あり、それぞれについて以下に詳説する。
ECRμ波プラズマCVD装置は、真空槽１と、マイクロ波放
電を行う放電管２と、放電管２に磁場を印加するための
電磁石３と、マイクロ波発生装置４で発生したマイクロ
波を導入する導波管５、および高真空排気系８とからな
っている。真空槽１内には、基板11を固定するための基
板取付台10がある。一般のECRμ波プラズマCVD装置で
は、基板取付台は放電管２の方向に向って基板を支持す
るようになっているが、本実施例では、基板取付台10は
真空槽１の側面に設けられた窓12の方を向いて基板11を
支持するようになっており、レーザ照射を容易に行える
ようにしてある。また、このような基板配置のもとで膜
成長を有効に行えるようにするため、真空槽１内に電極
９を設け、放電管２を出たプラズマをドリフトにより基
板11上に導くような電場を発生させている。
電を行う放電管２と、放電管２に磁場を印加するための
電磁石３と、マイクロ波発生装置４で発生したマイクロ
波を導入する導波管５、および高真空排気系８とからな
っている。真空槽１内には、基板11を固定するための基
板取付台10がある。一般のECRμ波プラズマCVD装置で
は、基板取付台は放電管２の方向に向って基板を支持す
るようになっているが、本実施例では、基板取付台10は
真空槽１の側面に設けられた窓12の方を向いて基板11を
支持するようになっており、レーザ照射を容易に行える
ようにしてある。また、このような基板配置のもとで膜
成長を有効に行えるようにするため、真空槽１内に電極
９を設け、放電管２を出たプラズマをドリフトにより基
板11上に導くような電場を発生させている。
レーザ発振器16は、真空槽１の外部に設置されており、
レーザ光は反射鏡15、14およびレンズ13によって真空槽
１の窓12に導くようになっている。なお、反射鏡14およ
びレンズ13を上下に動かすことにより、基板11上のレー
ザ照射位置を変えることができる。レーザ発振器16とし
ては、大きなエネルギー密度が得やすいものがよく、CO
2レーザ、YAGレーザや、KrF、XeF、ArF等のエキシマレ
ーザが適している。特に、エキシマレーザは波長が短か
く、半導体による吸収係数が大きいため、エネルギー吸
収が表面に集中し、基板に与えるダメージが少ないとい
う利点がある。
レーザ光は反射鏡15、14およびレンズ13によって真空槽
１の窓12に導くようになっている。なお、反射鏡14およ
びレンズ13を上下に動かすことにより、基板11上のレー
ザ照射位置を変えることができる。レーザ発振器16とし
ては、大きなエネルギー密度が得やすいものがよく、CO
2レーザ、YAGレーザや、KrF、XeF、ArF等のエキシマレ
ーザが適している。特に、エキシマレーザは波長が短か
く、半導体による吸収係数が大きいため、エネルギー吸
収が表面に集中し、基板に与えるダメージが少ないとい
う利点がある。
以下、本発明の方法により、シリコン多結晶をソーダガ
ラス基板上に成長させた例について述べる。まず、ソー
ダガラスの基板11を基板取付台10に取り付け、真空槽１
内を10-8Torrの高真空に排気した。次に、放電ガスとし
てアルゴンガス10sccmを、反応ガスとしてモノシラン6s
ccmおよびホスフィン0.1％を含むアルゴンガス2sccm
を、それぞれ放電ガス導入口６および反応ガス導入口７
から導入し、各ガス導入管の先に設けたドーナツ状のガ
ス噴射器（図示せず）から真空槽１内に噴出させた。そ
して、真空槽１内を６×10-4Torrに保った。ついで、基
板取付台10に内蔵されたヒータ（図示せず）により基板
11を200℃に加熱し、温度が安定したところで、電磁石
３に電流を通じて、放電管２内に875ガウスの磁場を印
加した。電磁石３に流れる電流が安定したところで、マ
イクロ波発生装置４により2.45GHzのマイクロ波を発生
させ、導波管５により200Wのマイクロ波を放電管２に印
加し、放電を開始させた。これと同時に、レーザ発振器
16によってKrFレーザ（波長248nm）を発振させ、反射鏡
15、14およびレンズ13により真空槽１を導いた。レーザ
光は、出力が１パルス当たり500mJで、これをレンズ13
で集光し、1cm2の面積に照射した。レンズ13は合成石英
製のものを使用し、反射鏡14、15には石英製のものにフ
ッ化マグネシウム（MgF2）をコーティングした平面鏡を
用いた。パルスの繰り返し周波数は1Hzであった。以上
の条件で、50分間膜成長を行ったところ、約5000Åのシ
リコン膜が形成できた。この膜のうち、レーザ光を照射
した部分は、１×103Ω-1cm-1の導電率を示し、Ｘ線回
折による検査でも明確な回折パターンを示し、結晶化し
ていることが確認された。結晶粒径は約0.8μｍであっ
た。一方、レーザ光が照射されなかった部分は、２×10
-3Ω-1cm-1の導電率であり、Ｘ線回折による検査でもは
っきりとした回折パターンを示さず、アモルファス状態
であった。
ラス基板上に成長させた例について述べる。まず、ソー
ダガラスの基板11を基板取付台10に取り付け、真空槽１
内を10-8Torrの高真空に排気した。次に、放電ガスとし
てアルゴンガス10sccmを、反応ガスとしてモノシラン6s
ccmおよびホスフィン0.1％を含むアルゴンガス2sccm
を、それぞれ放電ガス導入口６および反応ガス導入口７
から導入し、各ガス導入管の先に設けたドーナツ状のガ
ス噴射器（図示せず）から真空槽１内に噴出させた。そ
して、真空槽１内を６×10-4Torrに保った。ついで、基
板取付台10に内蔵されたヒータ（図示せず）により基板
11を200℃に加熱し、温度が安定したところで、電磁石
３に電流を通じて、放電管２内に875ガウスの磁場を印
加した。電磁石３に流れる電流が安定したところで、マ
イクロ波発生装置４により2.45GHzのマイクロ波を発生
させ、導波管５により200Wのマイクロ波を放電管２に印
加し、放電を開始させた。これと同時に、レーザ発振器
16によってKrFレーザ（波長248nm）を発振させ、反射鏡
15、14およびレンズ13により真空槽１を導いた。レーザ
光は、出力が１パルス当たり500mJで、これをレンズ13
で集光し、1cm2の面積に照射した。レンズ13は合成石英
製のものを使用し、反射鏡14、15には石英製のものにフ
ッ化マグネシウム（MgF2）をコーティングした平面鏡を
用いた。パルスの繰り返し周波数は1Hzであった。以上
の条件で、50分間膜成長を行ったところ、約5000Åのシ
リコン膜が形成できた。この膜のうち、レーザ光を照射
した部分は、１×103Ω-1cm-1の導電率を示し、Ｘ線回
折による検査でも明確な回折パターンを示し、結晶化し
ていることが確認された。結晶粒径は約0.8μｍであっ
た。一方、レーザ光が照射されなかった部分は、２×10
-3Ω-1cm-1の導電率であり、Ｘ線回折による検査でもは
っきりとした回折パターンを示さず、アモルファス状態
であった。
次に、反応ガスの種類を変え、同様な条件で膜成長を行
った。反応ガスとしては、モノシラン6sccmおよびジボ
ラン1.0％を含むアルゴンガス2sccmを反応ガス導入口７
から流入させた。前述の場合と同様に50分間膜成長を行
ったところ、約5000Åのシリコン膜が得られた。膜のレ
ーザ光照射部分は、導電率が７×102Ω-1cm-1であり、
Ｘ線回折による検査でも明確な回折パターンが得られ、
この部分が結晶化していることがわかった。一方、レー
ザを照射しなかった部分は、導電率が１×10-3Ωcm-1で
あり、Ｘ線回折パターンも明確ではなくアモルファス状
態であった。
った。反応ガスとしては、モノシラン6sccmおよびジボ
ラン1.0％を含むアルゴンガス2sccmを反応ガス導入口７
から流入させた。前述の場合と同様に50分間膜成長を行
ったところ、約5000Åのシリコン膜が得られた。膜のレ
ーザ光照射部分は、導電率が７×102Ω-1cm-1であり、
Ｘ線回折による検査でも明確な回折パターンが得られ、
この部分が結晶化していることがわかった。一方、レー
ザを照射しなかった部分は、導電率が１×10-3Ωcm-1で
あり、Ｘ線回折パターンも明確ではなくアモルファス状
態であった。
上述のようにレーザ光照射を行う場合、照射するレーザ
光のパルス当たりのエネルギー密度と導電率との関係は
線型ではない。前記の条件のもとにレンズの位置を変
え、照射するレーザ光のエネルギー密度を変化させて実
験したところ、膜の導電率はレーザ光のエネルギー密度
が１パルス当たり0.1J/cm2付近で急激に向上しており、
約0.2J/cm2以上で飽和する傾向がみられた。従って、こ
の方法での有効なレーザ光照射条件は、１パルス当た
り、少なくとも0.1J/cm2、好ましくは0.2J/cm2以上のレ
ーザ光エネルギー密度で照射する必要がある。
光のパルス当たりのエネルギー密度と導電率との関係は
線型ではない。前記の条件のもとにレンズの位置を変
え、照射するレーザ光のエネルギー密度を変化させて実
験したところ、膜の導電率はレーザ光のエネルギー密度
が１パルス当たり0.1J/cm2付近で急激に向上しており、
約0.2J/cm2以上で飽和する傾向がみられた。従って、こ
の方法での有効なレーザ光照射条件は、１パルス当た
り、少なくとも0.1J/cm2、好ましくは0.2J/cm2以上のレ
ーザ光エネルギー密度で照射する必要がある。
上記実施例からわかるように、本発明によれば、レーザ
光を照射した部分のみ結晶化させ、導電率を高めること
ができる。このことから、例えば、基板上に透明導電率
やアルミニウム膜等の導電膜を形成したものの上に、シ
リコン膜を成長させた場合、電解めっき等によって、レ
ーザ光が照射された導電率の高い部分にのみ金属を析出
させることができ、電極のパターン形成の一方法として
用いることもできる。
光を照射した部分のみ結晶化させ、導電率を高めること
ができる。このことから、例えば、基板上に透明導電率
やアルミニウム膜等の導電膜を形成したものの上に、シ
リコン膜を成長させた場合、電解めっき等によって、レ
ーザ光が照射された導電率の高い部分にのみ金属を析出
させることができ、電極のパターン形成の一方法として
用いることもできる。
本発明によれば、300℃以下の低温で多結晶または単結
晶の半導体薄膜を形成できるので、ガラス転移点500℃
以下のガラス、ポリイミドフィルムなどの比較的耐熱性
の小さい基板上に半導体結晶を形成したり、絶縁層と半
導体層を多層にして形成することが可能となり、集積回
路の三次元化や、安価な基板の使用による半導体製品の
価格低下に寄与するところが大きい。
晶の半導体薄膜を形成できるので、ガラス転移点500℃
以下のガラス、ポリイミドフィルムなどの比較的耐熱性
の小さい基板上に半導体結晶を形成したり、絶縁層と半
導体層を多層にして形成することが可能となり、集積回
路の三次元化や、安価な基板の使用による半導体製品の
価格低下に寄与するところが大きい。
図は本発明による結晶薄膜の製造方法を実施するための
装置の構成図である。 符号の説明 １……真空槽、２……放電管 ３……電磁石、４……マイクロ波発生装置 ５……導波管、６……放電ガス導入口 ７……反応ガス導入口、８……高真空排気系 ９……電極、10……基板取付台 11……基板、12……窓 13……レンズ、14、15……反射鏡 16……レーザ発振器
装置の構成図である。 符号の説明 １……真空槽、２……放電管 ３……電磁石、４……マイクロ波発生装置 ５……導波管、６……放電ガス導入口 ７……反応ガス導入口、８……高真空排気系 ９……電極、10……基板取付台 11……基板、12……窓 13……レンズ、14、15……反射鏡 16……レーザ発振器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 猛志 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 中谷 光雄 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−162776（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−119676（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−40378（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−139667（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−69969（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−224318（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−84379（ＪＰ，Ａ) 特公 昭60−12995（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (4)
- 【請求項１】基板上に電子サイクロトロン共鳴マイクロ
波プラズマを利用したプラズマ化学蒸着法により反応圧
力10-4Torr以下、基板温度300℃以下で膜形成を行うと
同時に、該基板にレーザ光を照射して膜を結晶化するこ
とを特徴とする結晶薄膜の製造方法。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の結晶薄膜の
製造方法において、照射するレーザ光のエネルギー密度
が、１パルス当たり0.1J/cm2以上であることを特徴とす
る結晶薄膜の製造方法。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項または第２項に記載
の結晶薄膜の製造方法において、前記基板が有機物から
なることを特徴とする結晶薄膜の製造方法。 - 【請求項４】特許請求の範囲第１項または第２項に記載
の結晶薄膜の製造方法において、前記基板がガラス転移
点500℃以下のガラスからなることを特徴とする結晶薄
膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61012123A JPH0692280B2 (ja) | 1986-01-24 | 1986-01-24 | 結晶薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61012123A JPH0692280B2 (ja) | 1986-01-24 | 1986-01-24 | 結晶薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62171990A JPS62171990A (ja) | 1987-07-28 |
| JPH0692280B2 true JPH0692280B2 (ja) | 1994-11-16 |
Family
ID=11796761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61012123A Expired - Lifetime JPH0692280B2 (ja) | 1986-01-24 | 1986-01-24 | 結晶薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0692280B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2808586B2 (ja) * | 1987-03-27 | 1998-10-08 | 日本電気株式会社 | プラズマ生成反応装置 |
| JPS63275121A (ja) * | 1987-05-06 | 1988-11-11 | Nec Corp | Ｃｖｄ装置 |
| JPH01128425A (ja) * | 1987-11-13 | 1989-05-22 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPH0666278B2 (ja) * | 1987-12-26 | 1994-08-24 | シャープ株式会社 | 成膜装置 |
| JPH02197570A (ja) * | 1989-01-24 | 1990-08-06 | Fujitsu Ltd | 超伝導体の製造方法 |
| DE19740792A1 (de) * | 1997-09-17 | 1999-04-01 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur Erzeugung eines Plasmas durch Einstrahlung von Mikrowellen |
| CN104975274A (zh) * | 2015-07-15 | 2015-10-14 | 武汉工程大学 | 一种激光微波磁场共同增强的化学气相沉积设备 |
| EP3291279B1 (en) * | 2016-09-06 | 2021-05-05 | Nano Coatings, S.L. | Diamond manufacturing system and method via chemical vapor deposition assisted with laser initiated plasma fed with microwave energy |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5988474U (ja) * | 1982-12-03 | 1984-06-15 | 住友電気工業株式会社 | 気相成長装置 |
| JPS61286297A (ja) * | 1985-06-11 | 1986-12-16 | Tadatsugu Ito | 化学的気相成長法 |
-
1986
- 1986-01-24 JP JP61012123A patent/JPH0692280B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62171990A (ja) | 1987-07-28 |
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