JPH11145062A - 結晶性シリコン前段膜及びその形成方法並びに結晶性シリコン膜及びその形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】結晶性シリコン膜を効率良く得るための前駆
体である結晶性シリコン前段膜及び比較的低温下で生産
性良く膜形成できる結晶性シリコン前段膜の形成方法を
提供する。生産性良く、安価に形成される結晶性シリ
コン膜及び生産性良く、安価に膜形成できる結晶性シリ
コン膜の形成方法を提供する。 【解決手段】粒径が１０ｎｍ以上で且つ膜中水素濃度
が１×１０²²個／ｃｍ³以下である結晶性シリコン前段
膜及び成膜原料ガスに電力供給して得られたプラズマに
被成膜物品を曝すとともにイオンビームを照射してかか
る結晶性シリコン前段膜を形成する方法。かかる前段
膜にエネルギビームを照射して該膜を再結晶化させるこ
とにより形成された結晶性シリコン膜及びかかる前段膜
にエネルギビームを照射して再結晶化させる結晶性シリ
コン膜の形成方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置にお
ける各画素に設けられるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）ス
イッチ等の材料として用いられたり、集積回路、太陽電
池等に用いられる結晶性シリコン膜及びその形成方法並
びにかかる結晶性シリコン膜を形成するための前駆体で
ある結晶性シリコン前段膜及びその形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＴＦＴ用等の半導体膜としては、
低温下で大面積に形成できるアモルファスシリコン膜が
多く用いられてきたが、トランジスタ特性を向上させた
り、駆動回路まで一体化してデバイスを形成したりする
ために、結晶性シリコン膜であってその結晶粒径が２０
０ｎｍ程度以上のものが求められている。

【０００３】結晶性シリコン膜の形成方法としては、被
成膜物品を６００℃以上の高温に加熱し且つ常圧ないし
は減圧下で熱ＣＶＤ法により形成する方法、被成膜物品
の温度を７００℃程度以上に保った状態で真空蒸着法や
スパッタ蒸着法等のＰＶＤ法により形成する方法、各種
ＣＶＤ法やＰＶＤ法により比較的低温下でアモルファス
シリコン膜を形成した後、後処理として、８００℃程度
以上の熱処理若しくは６００℃程度で２０時間程度以上
の長時間にわたる熱処理を施すことにより結晶化させる
方法、このようなアモルファスシリコン膜にレーザアニ
ール処理を施して、該膜を結晶化させる方法等が用いら
れている。

【０００４】中でも、アモルファスシリコン膜にレーザ
アニール処理を施して結晶化させる方法（レーザアニー
ル法）は、前記例示したその他の方法に比べて低温で結
晶性シリコン膜が得られるため、被成膜物品が石英等の
高融点の材料からなるものに限定されず、例えば比較的
安価な低融点ガラス等の材料からなる物品も用いること
ができる。また、このようなレーザアニール処理は比較
的短時間で行えるため、膜形成の効率が良い。

【０００５】例えば特開平６−２１４５９号公報による
と、Ｓｉ−Ｈ₂ 、（Ｓｉ−Ｈ₂ ）_n、Ｓｉ−Ｈ₃ の全結
合量とＳｉ−Ｈ結合量との比が０．３以上のアモルファ
スシリコン膜にエキシマレーザをエネルギ密度１７０〜
２３０ｍＪ／ｃｍ² で照射することにより、多結晶シリ
コン膜に改質する方法が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アモル
ファスシリコン膜にレーザビームを照射する方法では、
該膜を実用上求められる２００ｎｍ以上の粒径を有する
結晶性シリコン膜にするためには、非常に高いエネルギ
密度のレーザを照射しなければならず、高出力のレーザ
照射装置が必要である。それにより、装置がコスト高に
つくとともに、高出力により照射されるレーザビームが
不安定なものになる。

【０００７】一方、出力の低いレーザ照射装置を用いる
場合には、被照射面でのエネルギ密度を高くするために
レーザをレンズ等により集光する必要があり、その分、
所定時間内にレーザ照射できる面積が少なくなり、生産
性が低下する。また、アモルファスシリコン膜中には大
量の水素が混入しており、そのままの状態でレーザを照
射すると、この膜中の水素が突沸して膜質を低下させる
ため、アモルファスシリコン膜を形成した後、該膜に加
熱処理を施して水素を除去する必要があり、手間がかか
る。

【０００８】そこで本発明は、ＴＦＴ用等の半導体膜と
しての結晶性シリコン膜を効率良く得るための前駆体で
ある結晶性シリコン前段膜及び比較的低温下で生産性良
く膜形成できる結晶性シリコン前段膜の形成方法を提供
することを第１の課題とする。また本発明は、生産性良
く、安価に形成される結晶性シリコン膜及び生産性良
く、安価に膜形成できる結晶性シリコン膜の形成方法を
提供することを第２の課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記第１の課題を解決す
るために本発明は、粒径が１０ｎｍ以上で且つ膜中水素
濃度が１×１０²²個／ｃｍ³ 以下であることを特徴とす
る結晶性シリコン前段膜を提供する。また、前記第１の
課題を解決するために本発明は、成膜原料ガスに電力供
給してこれをプラズマ化し該プラズマに被成膜物品を曝
すとともに該物品の該プラズマに曝される面にイオンビ
ームを照射して、該面上に粒径が１０ｎｍ以上で且つ膜
中水素濃度が１×１０²²個／ｃｍ³ 以下の結晶性シリコ
ン前段膜を形成することを特徴とする結晶性シリコン前
段膜の形成方法を提供する。

【００１０】本発明における結晶性シリコン前段膜は、
これを再結晶化して結晶性シリコン膜を得るための前駆
体としての膜である。本発明の結晶性シリコン前段膜
は、既に粒径が１０ｎｍ以上と大きいため、実用上求め
られる粒径の結晶性シリコン膜を得るために該膜に与え
るべきエネルギが小さくてすむ。例えば、エネルギビー
ムの照射により該膜を再結晶化する場合は、エネルギビ
ームのエネルギ密度を低くすることができる。また、膜
中水素濃度が１×１０²²個／ｃｍ³ 以下と低いため、エ
ネルギビームの照射により該膜を再結晶化する場合は、
前処理として加熱等の脱水素処理を行わなくても、膜中
水素の突沸による膜質の低下が生じ難い。本発明の結晶
性シリコン前段膜は、エネルギビームの照射による他、
加熱処理等によっても再結晶化することができる。

【００１１】なお、本発明に係る前段膜の結晶粒径は１
０ｎｍ以上で大きいことが好ましいが、普通には１００
ｎｍ程度以下となる。なお、上限は１００ｎｍに限定さ
れる必要はない。また、該前段膜の膜中水素は存在しな
いことが最も好ましいが、このような膜を形成すること
は技術的に困難である。そこで、既述のとおり膜中水素
濃度は１×１０²²個／ｃｍ³ 以下に抑える。

【００１２】また本発明の結晶性シリコン前段膜の形成
方法によると、成膜原料ガスのプラズマにより被成膜物
品上に膜形成するにあたり、該物品にイオンビームを照
射するため、そのイオン種、イオン照射エネルギ等を適
宜選択或いは調整することにより、表面励起、結晶性向
上、結晶配向制御等の効果が得られ、シリコン原子のマ
イグレーション(migration) が促進されて、比較的低温
下で、被成膜物品上に良好な結晶性を有するシリコン膜
が形成される。

【００１３】前記本発明の結晶性シリコン前段膜の形成
方法において、前記成膜原料ガスとして、シリコン系ガ
スに加えて水素（Ｈ₂ ）ガスを含むガスを用いることが
好ましい。シリコン系ガスとしては、モノシラン（Ｓｉ
Ｈ₄ ）ガス、ジシラン（Ｓｉ ₂ Ｈ₆ ）ガス等の水素化シ
リコンガス、４フッ化シリコン（ＳｉＦ₄ ）ガス等のフ
ッ化シリコンガス、４塩化シリコン（ＳｉＣｌ₄ ）ガス
等の塩化シリコンガス等を例示できる。

【００１４】また、前記成膜原料ガスとして水素ガスを
用いることにより、前記シリコン系ガスの分解により放
出されたシリコン原子やＳｉＨ_n 分子（ｎ＝１〜３）と
の反応が促進されて、シリコン−シリコンネットワーク
中のダングリングボンドや膜中欠陥が低減され、良好な
結晶性を有するシリコン膜が効率良く得られる。水素ガ
ス以外の例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを含むガスを成膜
原料ガスとして用いることもできる。なお、Ａｒガスを
含むガスを用いることで、該ガスのプラズマ化により生
じるＡｒイオンが形成される膜の表面に損傷を与えた
り、良質の結晶性を有する膜を形成することが困難にな
ったりして、その後のエネルギビームの照射による再結
晶化工程で、膜中にボイドや欠陥が生じる恐れがあるよ
うなときは、Ａｒガスを含まないガスを用いればよい。

【００１５】また、前記本発明方法において、前記イオ
ンビームのイオン種として、不活性ガス（ヘリウム（Ｈ
ｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガ
ス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス
等）、反応性ガス（水素（Ｈ₂ ）ガス、フッ素（Ｆ₂ ）
ガス、フッ化水素（ＨＦ）ガス等）及び前記成膜原料ガ
スとして例示したシリコン系ガスのうち少なくとも一種
のガスのイオンを用いることができる。なお、Ａｒガス
イオン以上の質量数を有する不活性ガスイオンを用いる
場合であって、前記成膜原料ガスとしてＡｒガスを含む
ガスを用いる場合のような不都合が生じる場合は、この
ようなイオンを用いなければよい。

【００１６】前記不活性ガスイオンを照射するときに
は、結晶化のための物理的励起制御が可能となる。ま
た、前記反応性ガス及び前記シリコン系ガスのうち水素
（Ｈ）又は（及び）フッ素（Ｆ）を含むものを用いると
きには、水素原子、フッ素原子が膜中のアモルファス相
のシリコン原子と結合してこれを気化し、シリコンの結
晶化が促進されるとともに、シリコン−シリコンネット
ワーク中のダングリングボンドや膜中欠陥が低減され、
一層良質な結晶性を有するシリコン膜を形成することが
できる。

【００１７】また、前記イオンビームの照射エネルギ
は、０．１ｋＶ〜４０ｋＶ程度とすることが好ましい。
より好ましくは０．１ｋＶ〜１０ｋＶ程度である。これ
は、イオンビーム照射エネルギが０．１ｋＶより低くな
ってくるとイオン照射による効果が十分に得られず、ま
たこのように照射エネルギを低くすると大量のイオンビ
ームを生成し照射することが困難で、その結果膜形成の
生産性が低下するからである。また、４０ｋＶより大き
くなってくると、形成される膜に損傷が生じ易く、その
後の再結晶化によってもこの欠陥が十分には回復されな
いからである。すなわち、前記照射エネルギの範囲内で
は、シリコン原子のマイグレーションが効果的に促進さ
れて、被成膜物品上に良好な結晶性を有するシリコン膜
が形成される。

【００１８】なお、被成膜物品を成膜原料ガスのプラズ
マに曝すとともにイオンビームを照射することにより、
効率良く粒径が１０ｎｍ以上で且つ膜中水素濃度が１×
１０ ²²個／ｃｍ³ 以下の結晶性シリコン前段膜を得るこ
とができるが、成膜原料ガス種、そのガス圧比率、全体
のガス圧（真空度）、ガスプラズマ化用電力の大きさ、
成膜温度等を調整することでこのような前段膜を得るこ
ともできる。

【００１９】例えば、成膜原料ガス中の水素ガスの割合
を多くすると、成膜速度は低下するが、形成されるシリ
コン膜の結晶化が促進されるため、被成膜物品へのイオ
ンビーム照射を行わなくても、粒径が１０ｎｍ以上で且
つ膜中水素濃度が１×１０²²個／ｃｍ³ 以下の結晶性シ
リコン前段膜が得られる場合がある。また前記第２の課
題を解決するために本発明は、粒径が１０ｎｍ以上で且
つ膜中水素濃度が１×１０²²個／ｃｍ³ 以下の結晶性シ
リコン前段膜に、エネルギビームを照射して該膜を再結
晶化させることにより形成されたことを特徴とする結晶
性シリコン膜を提供する。

【００２０】前記本発明の結晶性シリコン膜の粒径は２
００ｎｍ（０．２μｍ）程度以上であることが実用上望
ましい。上限は特に限定されないが、普通には１０００
ｎｍ程度までのものが形成される。また前記第２の課題
を解決するために本発明は、前記原料ガスに電力供給し
てこれをプラズマ化し該プラズマに被成膜物品を曝すと
ともに該物品の該プラズマに曝される面にイオンビーム
を照射して、該面上に粒径が１０ｎｍ以上で且つ膜中水
素濃度が１×１０²²個／ｃｍ³ 以下の結晶性シリコン前
段膜を形成する工程と、該物品の該結晶性シリコン前段
膜形成面にエネルギビームを照射して、該前段膜を再結
晶化させる工程とを含むことを特徴とする結晶性シリコ
ン膜の形成方法を提供する。

【００２１】前記本発明の結晶性シリコン膜の形成方法
によると、アモルファスシリコン膜ではなく、１０ｎｍ
以上の粒径を有する結晶性シリコン前段膜に、エネルギ
ビームを照射して該膜を再結晶化することで結晶性シリ
コン膜を形成するため、所定の粒径の結晶性シリコン膜
を得るために照射すべきエネルギビームのエネルギ密度
が低くて済む。そして、これにより高出力のレーザ照射
装置が不必要で成膜コストを低く抑えることができると
ともに、レーザ照射を安定して行うことができる。ま
た、低出力のレーザ照射装置を用いるときにも、レーザ
をレンズ等により集光する必要がなく、集光によるレー
ザ照射面積の低減を回避できる。

【００２２】また、水素濃度が１×１０²²個／ｃｍ³ 以
下の結晶性シリコン前段膜を用いているため、エネルギ
ビーム照射に先立ち、加熱処理等により膜中水素を除去
しなくても、エネルギビーム照射時の膜中水素の突沸に
よる膜質の低下が抑制される。前記エネルギビームとし
ては、代表的には各種レーザ（例えばＫｒＦレーザ、Ｘ
ｅＣｌレーザ、Ａｒイオンレーザ等）を用いることがで
き、この他電子ビーム等も用いることができる。

【００２３】また、被成膜物品を３００℃〜４００℃程
度に加熱した状態で前記エネルギビームを照射すれば、
膜の結晶化が一層促進される。前記エネルギビームのエ
ネルギ密度は、装置コスト及び出力の安定性の点から２
５０ｍＪ／ｃｍ² 程度までとすればよい。粒径２００ｎ
ｍ以上の結晶性シリコン膜を得るためには１００ｍＪ／
ｃｍ² 以上１７０ｍＪ／ｃｍ² 未満が好ましい。１７０
ｍＪ／ｃｍ² より高くしても結晶粒径は余り向上しな
い。エネルギ密度はより好ましくは１１５ｍＪ／ｃｍ²
以上１７０ｍＪ／ｃｍ² 未満（さらには１５０ｍＪ／ｃ
ｍ² 以下）である。なお、採用すべきエネルギ密度はエ
ネルギビームの種類や膜厚によっても異なってくるた
め、前記範囲に限定されるものではない。

【００２４】本発明の結晶性シリコン前段膜及び結晶性
シリコン膜の膜厚は、該膜の使用目的によっても異なる
が、通常ＴＦＴデバイス等に用いられる結晶性シリコン
膜の膜厚は３０〜１００ｎｍ程度である。また、これら
の膜が形成される被成膜物品は特に限定されないが、石
英基板、無アルカリガラス基板及びこれらの基板上に酸
化シリコン膜を形成したもの等を例示できる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明に係る結晶性シリ
コン前段膜の形成装置の１例の概略構成を示す図であ
る。この装置は、プラズマ生成室Ｃを有し、室Ｃには真
空排気部１８が接続されるとともに、原料ガス供給部１
２が接続されている。原料ガス供給部１２には原料ガス
源、マスフローコントローラ等が含まれるが、これらに
ついては図示を省略している。また室Ｃ内には被成膜物
品保持部材１１が設置され、保持部材１１は被成膜物品
１０を搬入搬出すべく図示しない駆動部により水平往復
動可能で、室Ｃ内では被成膜物品加熱用ヒータ９上に配
置される。また、保持部材１１に保持される被成膜物品
１０周縁部に対向する位置には、円筒状電極１４ａが設
置される。電極１４ａには整合器１６を介して高周波電
源１７ａが接続されている。また、円筒状電極１４ａを
挟み、保持部材１１に対向する位置にはイオン源２が設
けられている。イオン源２にはイオン源用ガス供給部１
が接続されているとともに、ガスプラズマ化のために整
合器３を介して高周波電源４が接続されている。なお、
ガス供給部１にもガス源等が含まれるが、これらは図示
を省略している。また、イオン源２は、イオンを引き出
すためのここでは３枚の電極（プラズマ生成室側から加
速電極、減速電極、接地電極）からなる引き出し電極系
２１を有している。引き出し電極系２１とイオン源２と
の間には加速電源５及び減速電源６が接続されている。
なお、イオン源２の励起方法はここでは高周波型を示し
ているが、この他フィラメント型、マイクロ波型等を採
用できる。また、引き出し電極系は３枚電極構造に限定
されず１枚〜４枚の電極からなるものでよい。

【００２６】この装置を用いて本発明の結晶性シリコン
前段膜を形成するにあたっては、被成膜物品１０を保持
部材１１により保持してプラズマ生成室Ｃ内に搬入しヒ
ータ９上の所定の成膜位置に設置するとともに、室Ｃ内
を真空排気部１８の運転にて所定真空度とする。次い
で、原料ガス供給部１２からプラズマ生成室Ｃ内にシリ
コン系ガスを含む原料ガスを導入するとともに、整合器
１６を介して高周波電源１７ａから円筒状電極１４ａに
高周波電力を供給して前記導入したガスをプラズマ化
し、図中１３で示す位置、すなわち被成膜物品１０の周
縁部の近傍位置にプラズマを形成する。原料ガスとして
は、シリコン系ガスのうち少なくとも一種のガス及び水
素ガスを含むガスを用いる。

【００２７】それとともにイオン源２にイオン源用ガス
供給部１からイオンの原料ガスを導入し、これに整合器
３を介して電源４から高周波電力を供給して、図中８で
示すイオン源内の位置にプラズマを発生させ、引き出し
電極系２１に電源５、６により適当な電圧を印加するこ
とによりプラズマ８から加速エネルギ０．１ｋＶ〜４０
ｋＶ、より好ましくは０．１ｋＶ〜１０ｋＶでイオンを
引き出し、円筒状電極１４ａの開口部を通して被成膜物
品１０に該イオンビームを照射する。イオンの原料ガス
としては不活性ガス、反応性ガス及びシリコン系ガスの
うち少なくとも一種のガスのイオンを用いる。なお、プ
ラズマ生成室Ｃとイオン源２とで同じ原料ガスを用いる
場合は、イオン源２内にガス供給部１から別途原料ガス
を導入しなくても、プラズマ生成室Ｃ内にガス供給部１
２から導入した原料ガスをプラズマ生成室Ｃ及びイオン
源２の双方で共用することもできる。

【００２８】そして、イオン種、イオン照射エネルギ、
成膜原料ガス種、そのガス圧比率、全体のガス圧、ガス
プラズマ化用電力の大きさ、成膜温度を適宜選択或いは
調整することにより、粒径が１０ｎｍ以上で且つ膜中水
素濃度が１×１０²²個／ｃｍ ³ 以下の結晶性シリコン前
段膜が得られる。このように、結晶性シリコン前段膜の
形成にあたり、被成膜物品を成膜原料ガスのプラズマに
曝すとともにイオンビームを照射するため、イオン種等
を適宜調整することで、膜表面励起、結晶性向上、結晶
配向制御等の効果が得られ、シリコン原子のマイグレー
ションが促進されて、比較的低温下で、被成膜物品上に
良好な結晶性を有するシリコン前段膜が形成される。

【００２９】なお、ここでは被成膜物品を成膜原料ガス
のプラズマに曝すとともにイオンビーム照射を行った
が、成膜原料ガス中の水素ガスの割合を多くする、成膜
ガス圧を低くする（真空度を上げる）等の方法により、
粒径が１０ｎｍ以上で且つ膜中水素濃度が１×１０²²個
／ｃｍ³ 以下の結晶性シリコン前段膜が得られるのであ
れば、イオンビーム照射は必ずしも行わなくてもよい。

【００３０】また、図１の装置では、プラズマを被成膜
物品の周縁部に対向する位置に形成するために、円筒状
電極１４ａを用いたが、これに代えて、リング状電極、
コイル状電極を用いることもできる。また、円筒状電極
１４ａに代えてリジタノコイル型電極やリング状マイク
ロ波導入用アンテナを用いるとともに、高周波電源に代
えてマイクロ波電源をこれに接続することもできる。

【００３１】また、プラズマを被成膜物品の周縁部に対
向する位置に形成するのに代えて、或いはこれに加えて
成膜原料ガスのガス圧を例えば１×１０^-5Ｔｏｒｒ〜１
×１０^-2Ｔｏｒｒ程度の低圧（高真空度）にすることに
よっても、同様の効果が得られる。プラズマを被成膜物
品の周縁部に対向する位置に形成しない場合は、従来の
平行平板型プラズマＣＶＤ装置において、被成膜物品に
対向する位置にイオン源を備えた図２のような装置を用
いることができる。

【００３２】図２の装置は、成膜室Ｃ´を有し、その内
部に高周波電極１４及びこれに対向する接地電極１１´
を設置してあり、電極１１´は被成膜物品１０を支持す
るホルダを兼ねており、内部に物品加熱用ヒータ９´を
内蔵している。成膜室Ｃ´は真空排気部１８´により所
望の真空度に排気でき、ガス供給部１２´から成膜原料
ガスを供給できる。

【００３３】高周波電極１４には整合器３´を介して高
周波電源４´を接続してある。また、成膜室Ｃ´には、
ホルダ１１´上の被成膜物品１０に対しイオンビームを
照射するためのイオン源２´を付設してある。このイオ
ン源２´は図１に示す装置におけるイオン源２と実質上
同構造、同作用のものでよい。この装置を用いて結晶性
シリコン前段膜を形成するにあたっては、被成膜物品１
０を成膜室Ｃ´内に搬入してホルダ１１´に設置する。
また、成膜室Ｃ´内を真空排気部１８´の運転にて排気
する一方、ガス供給部１２´から成膜室内に成膜原料ガ
スを導入し、また電極１４、１１’間に高周波電力を供
給して成膜原料ガスをプラズマ化する。さらに、イオン
源２’から被成膜物品１０に向けてイオンビームをイオ
ン照射エネルギ０．１ｋＶ〜４０ｋＶ、好ましくは０．
１ｋＶ〜１０ｋＶで照射し、このようにしてプラズマ１
３の下で物品１０表面に結晶性シリコン前段膜を形成す
る。

【００３４】次いで、いずれの場合も、このようにして
得られた結晶性シリコン前段膜を前記膜形成装置から搬
出し、レーザ照射装置を用いて、エネルギ密度２５０ｍ
Ｊ／ｃｍ² 未満、好ましくは１００ｍＪ／ｃｍ² 以上１
７０ｍＪ／ｃｍ² 未満、より好ましくは１１５ｍＪ／ｃ
ｍ² 以上１７０ｍＪ／ｃｍ² 未満（さらに好ましくは１
５０ｍＪ／ｃｍ² 以下）で、該膜形成面にレーザビーム
を照射して、結晶粒径２００ｎｍ以上の結晶性シリコン
膜を得る。

【００３５】これによると、アモルファスシリコン膜に
直接レーザビームを照射して該膜を結晶化させるのでは
なく、一旦粒径１０ｎｍ以上の結晶性シリコン前段膜を
形成し、該膜にレーザビームを照射して該膜を再結晶化
させるため、レーザ出力を低くすることができ、結晶性
膜形成のためのコストを低減できるとともに、レーザ照
射を安定して行うことができる。また、該前段膜は膜中
水素濃度が１×１０²²個／ｃｍ³ 以下と低いため、加熱
による前処理を省略しても、レーザビーム照射時の膜中
水素の突沸による膜質低下を抑制でき、その分生産性が
向上する。

【００３６】なお、ここでは、前段膜の再結晶化のため
にレーザビームを用いたが、この他電子ビーム等のエネ
ルギビームを用いることができる。次に、図１の装置を
用いた本発明実施の具体例について説明する。併せて、
アモルファスシリコン膜にレーザビーム照射して結晶化
しようとした比較例１及びアモルファスシリコン膜を加
熱により脱水素処理した後、レーザビーム照射して結晶
化した比較例２についても述べる。

【００３７】なお、以下の実施例において、膜中水素濃
度はフーリエ変換赤外分光分析（ＦＴ−ＩＲ）における
波数２０００ｃｍ^-1付近のＳｉ−Ｈ（Stretching-band
）吸収ピーク積分強度から求め、結晶粒径はレーザラ
マン分光分析におけるピーク位置及び電子顕微鏡観察の
結果から求めた。 実施例１ ・結晶性シリコン前段膜の形成 図１の装置を用い、被成膜物品へのイオンビーム照射を
行わず、成膜原料ガスのプラズマに曝すことにより該物
品上に結晶性シリコン前段膜を形成した。 成膜条件 被成膜物品材質 無アルカリガラス サイズ ２００ｍｍ×２００ｍｍ×厚さ１ｍｍ 成膜原料ガス 水素（Ｈ₂ ） １００ｓｃｃｍ モノシラン（ＳｉＨ₄ ） １０ｓｃｃｍ 高周波電力 １３．５６ＭＨｚ、８００Ｗ 成膜圧力 ５ｍＴｏｒｒ 成膜温度 ４００℃ 膜厚 ５０ｎｍ 成膜結果 結晶粒径 １０ｎｍ 膜中水素濃度 ４×１０²¹個／ｃｍ³ ・再結晶化 再結晶化条件 レーザビーム ＫｒＦレーザビーム エネルギ密度 １３０ｍＪ／ｃｍ² 再結晶化結果 結晶粒径 ２００ｎｍ以上 実施例２ 被成膜物品を成膜原料ガスのプラズマに曝すとともにイ
オンビーム照射を行うことにより、該物品上に結晶性シ
リコン前段膜を形成した。 成膜条件 被成膜物品材質 無アルカリガラス サイズ ２００ｍｍ×２００ｍｍ×厚さ１ｍｍ 成膜原料ガス 水素（Ｈ₂ ） ２０ｓｃｃｍ モノシラン（ＳｉＨ₄ ） ２０ｓｃｃｍ 高周波電力 １３．５６ＭＨｚ、１０００Ｗ イオン源 水素（Ｈ₂ ） ５ｓｃｃｍ ガスプラズマ化用電力 ３００Ｗ 引き出し電圧 ２ｋＶ 成膜圧力 ２ｍＴｏｒｒ 成膜温度 ４００℃ 膜厚 ５０ｎｍ 成膜結果 結晶粒径 ３０ｎｍ 膜中水素濃度 ２×１０²¹個／ｃｍ³ ・再結晶化 再結晶化条件 レーザビーム ＫｒＦレーザビーム エネルギ密度 １２０ｍＪ／ｃｍ² 再結晶化結果 結晶粒径 ２００ｎｍ以上 比較例１ 従来の平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いて、次の条
件でアモルファスシリコン膜を形成した。得られた膜の
膜中水素濃度は２×１０²²個／ｃｍ³ であった。 成膜条件 被成膜物品材質 無アルカリガラス サイズ ２００ｍｍ×２００ｍｍ×厚さ１ｍｍ 成膜原料ガス 水素（Ｈ₂ ） ２０ｓｃｃｍ モノシラン（ＳｉＨ₄ ） ２０ｓｃｃｍ 高周波電力 １３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ 成膜圧力 ２００ｍＴｏｒｒ 成膜温度 ４００℃ 膜厚 ５０ｎｍ 次いで、このアモルファスシリコン膜にＫｒＦレーザビ
ームをエネルギ密度１３０ｍＪ／ｃｍ² で照射したとこ
ろ十分には結晶化せず、さらに２５０ｍＪ／ｃｍ² とい
う高エネルギ密度で照射して該膜を結晶化させようとし
たところ、膜中水素によると考えられる突沸により部分
的な膜剥離が多数生じ、良質の結晶性シリコン膜は得ら
れなかった。比較例２前記比較例１と同様にして形成し
たアモルファスシリコン膜に４５０℃、２時間の加熱に
よる脱水素処理を施した後、ＫｒＦレーザビームを２５
０ｍＪ／ｃｍ ² で照射して、結晶粒径２００ｎｍの結晶
性シリコン膜を得た。なお、ＫｒＦレーザビームを１３
０ｍＪ／ｃｍ² のエネルギ密度で照射した場合は、膜は
十分には結晶化しなかった。

【００３８】前記実施例１、２及び比較例１、２の結果
から、結晶粒径１０ｎｍ以上の結晶性シリコン前段膜を
一旦形成した後、該膜にレーザビームを照射して再結晶
化させることにより、実用上求められる粒径２００ｎｍ
以上の結晶性シリコン膜を得るために照射すべきレーザ
ビームのエネルギ密度を２５０ｍＪ／ｃｍ² 未満と低く
できることが分かる。また、該前段膜の膜中水素濃度が
１×１０²²／ｃｍ³ 以下であるため、レーザビーム照射
前に脱水素処理を行わなくても、レーザビーム照射時の
該水素の突沸による膜質低下を避けた状態で、所望の粒
径の結晶性シリコン膜が得られることがわかる。

【００３９】次に、前記実施例１、２及び比較例２にお
いて、ＫｒＦレーザビームのエネルギ密度を９５〜２５
０ｍＪ／ｃｍ² の範囲で変化させ、各場合に得られる膜
の結晶粒径を測定した。各例における、エネルギ密度と
結晶粒径との関係を図３に示す。図３から、粒径１０ｎ
ｍ以上の前段膜にレーザビーム照射する場合、実用上求
められる２００ｎｍ以上の結晶粒径を得るためには、１
００ｍＪ／ｃｍ² 以上、より好ましくは１１５ｍＪ／ｃ
ｍ² 以上のエネルギ密度でのレーザビーム照射が必要で
あることが分かる。エネルギ密度を１７０ｍＪ／ｃｍ²
程度より高くしても結晶粒径はそれ以上余り向上しない
ことも分かる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によると、ＴＦＴ用等の半導体膜
としての結晶性シリコン膜を効率良く得るための前駆体
である結晶性シリコン前段膜及び比較的低温下で生産性
良く膜形成できる結晶性シリコン前段膜の形成方法を提
供することができる。また本発明によると、生産性良
く、安価に形成される結晶性シリコン膜及び生産性良
く、安価に膜形成できる結晶性シリコン膜の形成方法を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る結晶性シリコン前段膜の形成に用
いることができる装置の１例の概略構成を示す図であ
る。

【図２】本発明に係る結晶性シリコン前段膜の形成に用
いることができる装置の他の例の概略構成を示す図であ
る。

【図３】本発明に係る結晶性シリコン膜の形成方法にお
ける、レーザビームのエネルギ密度と得られる膜の結晶
粒径との関係の１例を示す図である。

【符号の説明】

１ イオン源用ガス導入口 ２、２’ イオン源 ２１ 引き出し電極 ３、３’、１６ 整合器 ４、４’、１７ａ 高周波電源 ５ 加速電源 ６ 減速電源 ８ イオン源内プラズマ ９、９’ 被成膜物品加熱用ヒータ １０ 被成膜物品 １１ 被成膜物品保持部材 １１’ 接地電極兼ホルダ １２、１２’ 原料ガス供給部 １３ 原料ガスプラズマ １４ 高周波電極 １４ａ 円筒状電極 １８、１８’ 真空排気部 Ｃ、Ｃ’ プラズマ生成室

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粒径が１０ｎｍ以上で且つ膜中水素濃度
   が１×１０²²個／ｃｍ³ 以下であることを特徴とする結
   晶性シリコン前段膜。
2. 【請求項２】 成膜原料ガスに電力供給してこれをプラ
   ズマ化し該プラズマに被成膜物品を曝すとともに該物品
   の該プラズマに曝される面にイオンビームを照射して、
   該面上に粒径が１０ｎｍ以上で且つ膜中水素濃度が１×
   １０²²個／ｃｍ³ 以下の結晶性シリコン前段膜を形成す
   ることを特徴とする結晶性シリコン前段膜の形成方法。
3. 【請求項３】 前記成膜原料ガスがシリコン系ガス及び
   水素ガスを含むガスである請求項２記載の結晶性シリコ
   ン前段膜の形成方法。
4. 【請求項４】 前記イオンビームをイオンエネルギ０．
   １ｋＶ〜４０ｋＶで照射する請求項２又は３記載の結晶
   性シリコン前段膜の形成方法。
5. 【請求項５】 請求項１記載の結晶性シリコン前段膜に
   エネルギビームを照射して該膜を再結晶化させることに
   より形成されたことを特徴とする結晶性シリコン膜。
6. 【請求項６】 結晶粒径が２００ｎｍ以上である請求項
   ５記載の結晶性シリコン膜。
7. 【請求項７】 成膜原料ガスに電力供給してこれをプラ
   ズマ化し該プラズマに被成膜物品を曝すとともに該物品
   の該プラズマに曝される面にイオンビームを照射して、
   該面上に粒径が１０ｎｍ以上で且つ膜中水素濃度が１×
   １０²²個／ｃｍ³ 以下の結晶性シリコン前段膜を形成す
   る工程と、 該物品の該結晶性シリコン前段膜形成面にエネルギビー
   ムを照射して、該前段膜を再結晶化させる工程とを含む
   ことを特徴とする結晶性シリコン膜の形成方法。
8. 【請求項８】 前記前段膜を結晶粒径２００ｎｍ以上ま
   で再結晶化させる請求項７記載の結晶性シリコン膜の形
   成方法。
9. 【請求項９】 前記成膜原料ガスがシリコン系ガス及び
   水素ガスを含むガスである請求項７又は８記載のシリコ
   ン膜の形成方法。
10. 【請求項１０】 前記イオンビームをイオンエネルギ
    ０．１ｋＶ〜４０ｋＶで照射する請求項７、８又は９記
    載のシリコン膜の形成方法。
11. 【請求項１１】 前記エネルギビームをエネルギ密度２
    ５０ｍＪ／ｃｍ² 未満で照射する請求項７から１０のい
    ずれかに記載の結晶性シリコン膜の形成方法。
12. 【請求項１２】 前記エネルギビームをエネルギ密度１
    ００ｍＪ／ｃｍ² 以上１７０ｍＪ／ｃｍ² 未満で照射す
    る請求項１１記載の結晶性シリコン膜の形成方法。