JPH08264435A - 多結晶半導体の製造方法 - Google Patents

多結晶半導体の製造方法

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JPH08264435A
JPH08264435A JP6826895A JP6826895A JPH08264435A JP H08264435 A JPH08264435 A JP H08264435A JP 6826895 A JP6826895 A JP 6826895A JP 6826895 A JP6826895 A JP 6826895A JP H08264435 A JPH08264435 A JP H08264435A
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polycrystalline semiconductor
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Norihiro Terada
典裕 寺田
Masaki Shima
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 均一で良好な特性を有する多結晶半導体を製
造する。 【構成】 基板1上に形成された、基板側の部分に所定
の元素を多く含む中間層10を備えた出発膜2に、熱エ
ネルギーを付与して結晶化させ、多結晶半導体とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非晶質半導体等から成
る出発膜に熱エネルギーを与えることにより、これを結
晶化させて特性の良い多結晶半導体を得るための、製造
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】太陽電池や薄膜トランジスタ等の半導体
デバイス用の半導体材料としては、単結晶半導体の他
に、ガラス等の基板上に半導体薄膜を形成したものが用
いられている。
【0003】この半導体薄膜を構成する材料としては、
従来より非晶質シリコン等の非晶質半導体が用いられて
きたが、斯る非晶質半導体に於いては、そのキャリアの
移動度が小さいという問題があった。
【0004】そこで、近年に於いては、非晶質半導体よ
りもキャリアの移動度が大きい多結晶シリコン等の多結
晶半導体で構成された半導体薄膜について、研究が活発
に行われている。
【0005】基板上に、上記のような多結晶半導体で構
成された半導体薄膜を形成する方法としては、基板上に
非晶質半導体から成る出発膜を形成後、これにレーザ光
を照射することにより熱エネルギーを付与し、これを溶
融、結晶化させて多結晶半導体の薄膜とする方法が検討
されている。
【0006】或いは、特開平2−94625号に開示さ
れる如く、レーザ光を照射する代わりに600℃程度の
温度でアニールすることにより出発膜に熱エネルギーを
付与し、固相成長により該出発膜を結晶化させ、多結晶
半導体の半導体薄膜とする方法が検討されている。
【0007】図5は、レーザ光を照射することによっ
て、非晶質半導体から成る出発膜を結晶化させ、多結晶
半導体の半導体薄膜とする工程を説明するための、工程
別素子構造図である。
【0008】同図(a)に示す第1の工程では、ガラ
ス,石英等の絶縁性の基板1上に、LPCVD法を用い
て、550℃の温度で膜厚500Åの非晶質シリコンか
ら成る出発膜2を形成する。
【0009】ここで、出発膜2中の水素量が多いと、レ
ーザ光を照射する後工程に於いて、この水素が出発膜2
から急激に放出され、膜荒れが生じるという問題や、得
られる多結晶半導体の粒径が小さくなるために移動度等
の特性が低下するという問題が生じる。これを防ぐため
に、非晶質シリコンの形成条件を制御して、出発膜2中
の水素量をできる限り少なくすることが行われている
(H. Kuriyama et al.,Japanese Journal of Applied P
hysics, vol.30, No.12B(1991)3700)。
【0010】次に同図(b)に示す第2の工程では、出
発膜2にレーザ光3を照射し、出発膜2を溶融して結晶
化させる。
【0011】以上の工程により、最終的に同図(c)に
示すように、絶縁性基板上に、多結晶半導体で構成され
る半導体薄膜4が得られる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、膜荒れや粒
径が小さくなることを防ぐために、出発膜の水素量を過
剰に少なくすると、該膜が結晶化する過程に於いて、基
板と出発膜とが接する界面近傍で局所的に花弁状の異常
成長が起こり、その結果、最終的に得られる多結晶半導
体の粒径が不均一となるという問題があった。
【0013】そして、このように粒径の不均一な多結晶
半導体で構成される半導体薄膜を、太陽電池や薄膜トラ
ンジスタ等の半導体デバイスに用いると、これらの半導
体デバイスの特性も不均一なものとなっていた。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の多結晶半導体の
製造方法は、基板上の出発膜に熱エネルギーを付与し、
該出発膜を結晶化させる多結晶半導体の製造方法であ
り、上記熱エネルギーの付与に先立って、前記出発膜中
の基板側の部分に、H,F,Cl,He,Ne,Ar,
Kr,Xeの少なくとも一つから選ばれる元素を他の部
分よりも多く含有させた中間層を形成する工程を備えた
ことを特徴としている。
【0015】或いは、前記基板上に、H,F,Cl,H
e,Ne,Ar,Kr,Xeの少なくとも一つから選ば
れる元素を前記出発膜よりも多く含有させた中間層を形
成する工程と、該中間層上に前記出発膜を形成する工程
と、これら中間層と出発膜とから成る積層体に熱エネル
ギーを付与し、少なくとも前記出発膜を結晶化する工程
と、を備えたことを特徴としている。
【0016】また、前記中間層中の水素の濃度が、4×
1019〜8×1020atoms/cm3の範囲であるこ
とを特徴としている。
【0017】さらには、前記中間層の膜厚が、5〜75
Åであることを特徴としている。
【0018】
【作用】本発明の多結晶半導体の製造方法によれば、出
発膜中の基板側の部分に、或いは基板と出発膜との間
に、所定の元素を含有させた中間層を設けたので、熱エ
ネルギーを付与して前記出発膜を結晶化させる過程に於
いて、出発膜中で花弁状の異常成長が生じることがな
い。このために、粒径の均一な多結晶半導体を製造する
ことができる。
【0019】
【実施例】図1は、本発明多結晶半導体の製造方法の、
実施例を説明する工程別素子構造図である。
【0020】同図(a)に示す第1の工程では、ガラ
ス,石英等の絶縁性の基板1上に、LPCVD法を用い
て、膜厚500Åの非晶質シリコンから成る出発膜2を
形成する。非晶質シリコンの形成条件は、温度550
℃、SiH4流量100sccm及び圧力25Paであ
る。また、この条件で形成した出発膜2中の水素量は、
2次イオン質量分析法を用いて測定した結果、約2×1
19atoms/cm3であった。
【0021】尚、非晶質シリコンから成る出発膜2の形
成には、LPCVD法の代わりにプラズマCVD法を用
いても良い。
【0022】次に、同図(b)に示す第2の工程では、
出発膜2の表面から水素イオン6を10KeVに加速し
て8×1014ions/cm2のドーズ量で照射し、出
発膜2中の基板1側の部分に、水素量を他の部分よりも
多くした中間層10を約50Å形成する。上記の条件で
水素イオンを照射することにより、中間層10中の水素
量を5×1019atoms/cm3としている。
【0023】同図(c)に示す工程では、出発膜2の表
面からレーザ光3を照射することによって、中間層10
を内部に備えた出発膜2に熱エネルギーを付与し、これ
を溶融させて、出発膜2を結晶化させる。本実施例に於
いてはレーザ光の光源として、波長248nmのKrF
エキシマレーザを用いたが、これに限るものではない。
また、レーザ光を照射する代わりに、600℃程度の温
度で熱アニールすることで中間層10を内部に備えた出
発膜2に熱エネルギーを付与し、固相成長によって該出
発膜2を結晶化させても良い。
【0024】以上の工程により、最終的に同図(d)に
示すように、絶縁性基板1上に、多結晶半導体で構成さ
れる半導体薄膜4を得た。
【0025】図2は、本実施例の方法を用いて製造した
多結晶シリコンの、結晶粒径の分布を説明するための説
明図である。
【0026】同図(a)に示すように、従来法を用いて
製造した多結晶シリコンは、結晶化の過程に於いて、出
発膜2中で花弁状の異常成長が生じるために、粒径が小
さい部分と大きい部分とが混在した不均一な状態であっ
た。これに対し、本実施例の方法を用いることにより、
同図(b)に示すように、粒径の均一な多結晶シリコン
を得ることができた。また、得られた多結晶シリコンの
移動度の均一性は、従来法を用いた場合が±15%であ
ったのに対し、本実施例の方法を用いた場合は±5%と
良好な値が得られた。
【0027】次に、上記実施例に於いて、中間層10の
膜厚を変化させ、これを用いて多結晶シリコンを製造し
た。
【0028】図3は、中間層10の膜厚と、得られた多
結晶シリコンの移動度との関係を示す特性図である。
尚、図中のエラーバーは、移動度のばらつきを示してい
る。
【0029】同図から、中間層10の膜厚を5〜75Å
の範囲とすれば、平均の移動度が70cm2/V・s
で、移動度のばらつきの小さい多結晶シリコンを得られ
ることがわかる。
【0030】また、特に、中間層の膜厚を15〜50Å
の範囲とすれば、100cm2/V・s以上の高い移動
度を有し、移動度の均一性も良好な多結晶シリコンを得
られることがわかる。
【0031】次に、同じく上記実施例において、水素イ
オン照射のドーズ量を1.6×10 14〜1.6×1016
ions/cm2の範囲で変化させて、異なる水素量を
有する中間層を形成し、これを用いて多結晶シリコンを
製造した。
【0032】図4は、中間層10中の水素量と、得られ
た多結晶シリコンの移動度の関係を示す特性図である。
図中のエラーバーは、先程と同様移動度のばらつきを示
している。
【0033】同図からわかるように、中間層10中の水
素量を4×1019〜8×1020atoms/cm3の範
囲とすることにより、移動度が70cm2/V・s以上
で、移動度のばらつきの少ない多結晶シリコンが得られ
ることがわかる。
【0034】また、特に、中間層10中の水素量を8×
1019〜2×1020atoms/cm3の範囲とするこ
とにより、100cm2/V・s以上の高い移動度を有
し、また移動度の均一性も良好な多結晶シリコンを得ら
れることがわかる。
【0035】以上のように、本発明の製造方法を用いる
ことにより、膜荒れを防ぎ、大粒径の多結晶シリコンを
得るために、出発膜2中の水素量を低減しても、結晶化
の過程に於いて該出発膜2中で花弁状の異常成長が生じ
ることがなく、粒径が均一で、移動度が大きく且つばら
つきの少ない多結晶半導体を製造できる。
【0036】以上の実施例に於いては、出発膜2に水素
イオンを注入して、中間層10を形成したが、基板1上
に、LPCVD法或はプラズマCVD法を用いて所定の
水素を含有する中間層10を形成し、その中間層10上
に出発膜2を形成した後に、中間層10と出発膜2との
積層体にレーザ光の照射等によって熱エネルギーを付与
し、該積層体を結晶化させて多結晶半導体としても同様
の効果が得られる。
【0037】このためには、中間層10を出発膜2より
も低い温度で形成すれば良い。或いは、圧力やRF電力
等の条件を制御して、中間層10を出発膜2よりも早い
速度で形成すればよい。
【0038】このように、中間層10を出発膜2よりも
低い温度、或いは早い速度で形成することにより、同層
の水素量を、出発膜2の水素量よりも多くすることがで
きる。
【0039】尚、中間層10を構成する材料は、出発膜
2を構成する材料と必ずしも同一である必要はない。
【0040】例えば、ガラス,石英等の基板1の表面
に、SiN,SiO2等の絶縁材料から成る中間層10
形成し、その上に出発膜2を形成し、中間層10と出発
膜2との積層体に熱エネルギーを付与し、結晶化させて
多結晶半導体としても良い。この時には、絶縁材料から
成る中間層10は結晶化せず、出発膜2のみが結晶化
し、多結晶半導体となる。
【0041】或るいは、中間層10を非晶質シリコン等
の非晶質半導体で構成し、出発膜2を、粒径の小さい多
結晶シリコン等の多結晶半導体で構成しても良い。
【0042】さらに、本実施例に於いては、中間層10
を、出発膜2よりも水素を多く含有させた層としてい
る。含有させる元素としては水素が、得られる多結晶半
導体の移動度等の特性の点から最も好ましいが、これに
限るものではない。
【0043】例えば、水素の代わりにF,Cl,He,
Ne,Ar,Kr,Xeから選ばれる元素を用いること
ができる。また、これらの内複数の元素を含有させても
良い。これらの元素を含有させても、得られる多結晶半
導体の膜特性は、あまり低下しるいことがない。
【0044】以上に説明した、本発明の方法により製造
した多結晶半導体を用いることで、均一で良好な特性を
有する薄膜トランジスタ或いは太陽電池等の半導体デバ
イスを得ることができる。
【0045】
【発明の効果】本発明の製造方法によれば、所定の元素
を含有する中間層が、結晶化の過程に於いて出発膜中で
の花弁状の異常成長を抑制するので、粒径が均一な多結
晶半導体を得られる。この結果、この多結晶半導体で構
成される薄膜半導体を用いたデバイスも、均一で良好な
特性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の多結晶半導体の製造方法の実施例を
説明するための工程別素子構造図である。
【図2】 本実施例の方法を用いて製造した多結晶シリ
コンの結晶粒径の分布を説明するための説明図である。
【図3】 本実施例の方法を用いて製造した多結晶シリ
コンの移動度と中間層の膜厚との関係を示す特性図であ
る。
【図4】 本実施例の方法を用いて製造した多結晶シリ
コンの移動度と中間層中の水素量との関係を示す特性図
である。
【図5】 従来の多結晶半導体の製造方法を説明するた
めの工程別素子構造図である。
【符号の説明】
1…基板、2…出発膜、3…レーザ光、4…半導体薄
膜、6…水素イオン

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上の出発膜に熱エネルギーを付与
    し、該出発膜を結晶化させる多結晶半導体の製造方法に
    於いて、 上記熱エネルギーの付与に先立って、前記出発膜中の基
    板側の部分に、H,F,Cl,He,Ne,Ar,K
    r,Xeの少なくとも一つから選ばれる元素を、他の部
    分よりも多く含有させた中間層を形成する工程を備えた
    ことを特徴とする多結晶半導体の製造方法。
  2. 【請求項2】 基板上の出発膜に熱エネルギーを付与し
    て、該出発膜を結晶化させる多結晶半導体の製造方法に
    於いて、 前記基板上に、H,F,Cl,He,Ne,Ar,K
    r,Xeの少なくとも一つから選ばれる元素を前記出発
    膜よりも多く含有させた中間層を形成する工程と、 該中間層上に前記出発膜を形成する工程と、 前記中間層と出発膜とから成る積層体に熱エネルギーを
    付与し、少なくとも前記出発膜を結晶化する工程と、を
    備えたことを特徴とする多結晶半導体の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記中間層中のHの濃度が、4×1019
    〜8×1020atoms/cm3の範囲であることを特
    徴とする、請求項1及び2記載の多結晶半導体の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 前記中間層の膜厚が、5〜75Åである
    ことを特徴とする請求項1乃至3記載の多結晶半導体の
    製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1301535C (zh) * 2003-07-25 2007-02-21 友达光电股份有限公司 于基板上形成多晶硅层的方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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