JPS62171990A - 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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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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58−18
1785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[1−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、MO8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。
1785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[1−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、MO8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
ルギーによる同相の析出が起こり、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
ルギーによる同相の析出が起こり、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7CVD法では、10−’ 〜10−
@Torr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、それにょるデポジションは
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。
@Torr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、それにょるデポジションは
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、30
0℃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。
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、30
0℃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である。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1−により基板11」二に導くような電場製
発生させている。
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である。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1−により基板11」二に導くような電場製
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、】4およびレンズ13によ
って真空槽1の窓]2に導くようになっている。
り、レーザ光は反射鏡15、】4およびレンズ13によ
って真空槽1の窓]2に導くようになっている。
なお、反射鏡14およびレンズ】3を」―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、C○、レーザ、YAGレー
ザや、KrF、X、eF、ArF等のエキシマレ−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。
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、C○、レーザ、YAGレー
ザや、KrF、X、eF、ArF等のエキシマレ−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」二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lOに取り付け、真
空槽1内を1.0””Torrの高真空に排気した。次
に、放電ガスとしてアルゴンガス1〇8CCI11を、
反応ガスとしてモノシラン6 secmおよびホスフィ
ン0.1%を含むアルゴンガス28CCI!+を、それ
ぞれ放電ガス導入日6および反応ガス導入ロアから導入
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6X1.O−’Torr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
基板口を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、辱波管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。
ラス基板」二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lOに取り付け、真
空槽1内を1.0””Torrの高真空に排気した。次
に、放電ガスとしてアルゴンガス1〇8CCI11を、
反応ガスとしてモノシラン6 secmおよびホスフィ
ン0.1%を含むアルゴンガス28CCI!+を、それ
ぞれ放電ガス導入日6および反応ガス導入ロアから導入
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6X1.O−’Torr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
基板口を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、辱波管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に導いた。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、1clllの面積に照射した。レンズ13ば合
成石英製のものを使用し、反射鏡14.15に=8= 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iHzであった。以上の条件で、50分間膜成長を
行ったところ、約5000人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、IXl、
03Ω″1■−1の導電率を示し。
(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に導いた。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、1clllの面積に照射した。レンズ13ば合
成石英製のものを使用し、反射鏡14.15に=8= 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iHzであった。以上の条件で、50分間膜成長を
行ったところ、約5000人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、IXl、
03Ω″1■−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0.8庫
であった。一方、レーザ光が照射されなかった部分は、
2X10””Ω−11−1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。
晶化していることが確認された。結晶粒径は約0.8庫
であった。一方、レーザ光が照射されなかった部分は、
2X10””Ω−11−1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6sccrnおよ
びジボラン1.0%を含むアルゴンガス29CCI11
を反応ガス導入ロアから流入させた。前述の場合と同様
に50分間膜成長を行ったところ、約5000人のシリ
コン膜が得られた。膜のレーザ光照射部分は、導電率が
7X1.02Ω−11−1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。
った。反応ガスとしては、モノシラン6sccrnおよ
びジボラン1.0%を含むアルゴンガス29CCI11
を反応ガス導入ロアから流入させた。前述の場合と同様
に50分間膜成長を行ったところ、約5000人のシリ
コン膜が得られた。膜のレーザ光照射部分は、導電率が
7X1.02Ω−11−1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1×1
0″″′Ω−11−′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。
0″″′Ω−11−′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1ノ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/cd付近で急激に向上して
おり、約0.2J/−以上で飽和する傾向がみられた。
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1ノ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/cd付近で急激に向上して
おり、約0.2J/−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/d、好ましくは0.
2,774以上のレーザ光エネルギー密度で照射する必
要がある。
ルス当たり、少なくとも0.1J/d、好ましくは0.
2,774以上のレーザ光エネルギー密度で照射する必
要がある。
上記実施例かられかるように、本発明によれば、1ノー
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
膜やアルミニウム膜等の導電膜=10− 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。
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
膜やアルミニウム膜等の導電膜=10− 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、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積層して
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。
結晶の半導体薄膜を形成できるので、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積層して
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・・・放電ガス導入ロア・・・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・・・放電ガス導入ロア・・・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
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、基板上に化学蒸着法によって薄膜を形成すると同時
に、該基板にレーザ光を照射し、該薄膜を結晶化するこ
とを特徴とする結晶薄膜の製造方法。 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、化学蒸着を10^−^4Torr以下の高真
空で行うことを特徴とする結晶薄膜の製造方法。 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、化学蒸着が、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ものであることを
特徴とする結晶薄膜の製造方法。 4、特許請求の範囲第1項から第3項までのいずれか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/
cm^2以上であ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 true JPS62171990A (ja) | 1987-07-28 |
JPH0692280B2 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) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63239926A (ja) * | 1987-03-27 | 1988-10-05 | Nec Corp | 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 |
JPH01173616A (ja) * | 1987-12-26 | 1989-07-10 | Sharp Corp | 成膜装置 |
JPH02197570A (ja) * | 1989-01-24 | 1990-08-06 | Fujitsu Ltd | 超伝導体の製造方法 |
WO1999014787A3 (de) * | 1997-09-17 | 1999-05-06 | 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 |
EP3291279A1 (en) * | 2016-09-06 | 2018-03-07 | Nano Coatings, S.L. | Diamond manufacturing system and method via chemical vapor deposition assisted with laser initiated plasma fed with microwave energy |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1986
- 1986-01-24 JP JP61012123A patent/JPH0692280B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0692280B2 (ja) | 1994-11-16 |
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