JPH03185713A - Method for forming crystalline semiconductor thin film and SOI device - Google Patents
Method for forming crystalline semiconductor thin film and SOI deviceInfo
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- JPH03185713A JPH03185713A JP32458089A JP32458089A JPH03185713A JP H03185713 A JPH03185713 A JP H03185713A JP 32458089 A JP32458089 A JP 32458089A JP 32458089 A JP32458089 A JP 32458089A JP H03185713 A JPH03185713 A JP H03185713A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、結晶質半導体薄膜の形成方法および5OI(
Silicon on In5ulator)デバイス
関し、特に大面積の絶縁基体上に高品質の結晶質半導体
薄膜を形成する方法及びこの方法によって形成された半
導体薄膜を用いた501デバイスに関する。Detailed Description of the Invention [Industrial Field of Application] The present invention provides a method for forming a crystalline semiconductor thin film and a 5OI (
The present invention relates to a method for forming a high-quality crystalline semiconductor thin film on a large-area insulating substrate, and a 501 device using a semiconductor thin film formed by this method.
[従来技術]
近年、0^機器や通信関連のマンマシンインターフェー
ス機器に対し大面積の入出力デバイス(入力センサー、
プリンター、表示デイスプレー等)の要求は増大しかつ
高度化してきている。こうしたデバイスを形成するため
の半導体薄膜形成技術として、従来は、水素化アモルフ
ァスシリコン(a−5i:R)薄膜や低圧CvDによる
多結晶シリコン薄膜更には非晶質シリコンを熱的に固相
成長させた多結晶シリコン薄膜を得る技術が用いられて
きた。[Prior art] In recent years, large-area input/output devices (input sensors,
Demand for printers, displays, etc.) is increasing and becoming more sophisticated. Conventional techniques for forming semiconductor thin films to form such devices include thermal solid-phase growth of hydrogenated amorphous silicon (a-5i:R) thin films, polycrystalline silicon thin films by low-pressure CVD, and amorphous silicon. Techniques have been used to obtain thin polycrystalline silicon films.
a−5i:)I薄膜は、200〜300℃という低温プ
ロセスによって均一に形成でき、安価なガラス基板上に
大面積で均一なデバイスを構成することが可能である。a-5i:) The I thin film can be uniformly formed by a low temperature process of 200 to 300° C., and it is possible to construct a large-area, uniform device on an inexpensive glass substrate.
このために、3〜14インチ程度の大きさの液晶テレビ
駆動用の薄膜トランジスタ(TPT)マトリックスを形
成でき、フラットパネルデイスプレーや密着読み取りセ
ンサーとして実用化されてきた。しかしながら、a−5
t:H薄膜は、非晶質材料に起因する性能限界を有し、
現状ではその電界効果易動度jlaftは1 (cm”
/v−Sec )程度に止まり、これらの光センサー
や液晶駆動用のTFT群を駆動したり、処理したりする
ための周辺駆動回路を同一基板上に形成することが不可
能である。このため多数の外付けLSIをワイヤーボン
ディングや他の手法によってハイブリッド形式で結合さ
せる必要があり、コストの面、信頼性の面から周辺駆動
回路の同一基板上へのモノリシックな形成、つまり薄膜
トランジストの高性能化が望まれてきた。For this reason, thin film transistor (TPT) matrices for driving liquid crystal televisions with a size of about 3 to 14 inches can be formed, and have been put into practical use as flat panel displays and contact reading sensors. However, a-5
t:H thin films have performance limitations due to amorphous materials;
At present, the field effect mobility jlaft is 1 (cm”
/v-Sec), and it is impossible to form peripheral drive circuits for driving and processing these optical sensors and TFT groups for driving liquid crystals on the same substrate. For this reason, it is necessary to connect a large number of external LSIs in a hybrid format using wire bonding or other methods, and from the viewpoint of cost and reliability, it is preferable to form peripheral drive circuits monolithically on the same substrate, that is, to use thin film transistors. Higher performance has been desired.
一方、こうした高性能化のために非晶質から多結晶化シ
リコン薄膜を形成する方法として低圧CVDによる多結
晶シリコン薄膜を得る方法が用いられてきている。この
方法によって最近では、200〜300 cm口大の均
一な多結晶シリコン薄膜も得られるが、その形成プロセ
ス温度は、600℃以上であり、安価なガラス基板を用
いるいことができず、現状では、石英ガラスを必要とす
る。またそのμ。1.は5〜2C1(cm’/V −s
ec )程度に止まり、周辺駆動回路を構成するために
は充分な性能といえるものでなく、将来の高速、高解”
像、大型化のためには約1ケタ以上の更なる性能向上が
望まれている。On the other hand, as a method of forming a polycrystalline silicon thin film from an amorphous state in order to improve the performance, a method of obtaining a polycrystalline silicon thin film by low pressure CVD has been used. Recently, by this method, a uniform polycrystalline silicon thin film with a mouth size of 200 to 300 cm can be obtained, but the formation process temperature is 600°C or higher, and it is not possible to use an inexpensive glass substrate. , requires quartz glass. Also that μ. 1. is 5~2C1(cm'/V-s
ec), and cannot be said to have sufficient performance to configure a peripheral drive circuit, and it cannot be said to have sufficient performance for configuring a peripheral drive circuit.
In order to increase the size of images, further performance improvements of about one order of magnitude or more are desired.
更に、この高性能化を0指した方法として、非晶質シリ
コン薄膜(1000Å以下)を熱的に(600℃〜65
0℃)固相成長させて樹枝状大粒径多結品薄1!(粒径
1〜5μm)を得る方法も開発されてきた。このfil
膜のμoffは100(c1/V −5ec)である、
しかしながらこの方法によると、やはり安価なガラス基
板を用いることができない欠点を残しており、かつ、樹
枝状に入りくんだランダムな大粒径結晶のためにμ。f
fやしきい値電圧(Vth )のバラツキが大きく、周
辺駆動用のTPTとしての性能に充分耐えつるものでは
なかった。Furthermore, as a method to achieve this high performance, we have developed an amorphous silicon thin film (1000 Å or less) thermally (600°C to 65°C).
0°C) Solid-phase growth to produce dendritic, large-grained, multi-crystalline thin 1! (particle size 1-5 μm) has also been developed. This fil
The μoff of the membrane is 100 (c1/V −5ec),
However, this method still has the drawback of not being able to use an inexpensive glass substrate, and μ due to the random large-grain crystals that intertwine in a dendritic shape. f
There were large variations in f and threshold voltage (Vth), and the performance as a TPT for peripheral driving was not sufficiently durable.
[発明が解決しようとする課題]
本発明の目的は、安価なガラス基板を用いることができ
る低温プロセス(約500℃以下〉によって、大面積上
で均一な、かつ高性能の例えば薄膜トランジスタ(TP
T )を形成できる結晶質半導体R膜の形成方法を1供
するものである。また、本発明の別の目的は、この方法
によって得られる結晶質半導体薄膜を用いた、より簡便
なsorデバイス(例えばTPT )を提供するもので
ある。[Problems to be Solved by the Invention] An object of the present invention is to fabricate uniform, high-performance thin film transistors (TPS) over a large area, for example, by a low-temperature process (approximately 500°C or less) that can use an inexpensive glass substrate.
The present invention provides a method for forming a crystalline semiconductor R film that can form a crystalline semiconductor R film. Another object of the present invention is to provide a simpler SOR device (eg, TPT) using the crystalline semiconductor thin film obtained by this method.
[n題を解決するための手段]
本発明の結晶質半導体薄膜の形成方法は、絶縁性基体上
に結晶質半導体薄膜を形成する方法において、該絶縁性
基板体表面近傍に一定周期のDCまたはAC電界を形成
し、かつ、半導体薄膜形成用原料を構成する原子または
分子を該基体表面に供給し、同時にイオン化された原子
を存在せしめて結晶質半導体薄膜を該基体表面上に形成
することによって達成せられる。[Means for Solving Problem n] The method for forming a crystalline semiconductor thin film of the present invention is a method for forming a crystalline semiconductor thin film on an insulating substrate, in which DC or DC at a constant period is applied near the surface of the insulating substrate. By forming an AC electric field, supplying atoms or molecules constituting a raw material for forming a semiconductor thin film to the surface of the substrate, and simultaneously allowing ionized atoms to exist to form a crystalline semiconductor thin film on the surface of the substrate. It can be achieved.
また、本発明のSOIデバイスは、絶縁性基体と、該絶
縁性基体上に周期的に配置された導電性層と、該導電性
層に電圧を印加しつつ形成された該結晶質半導体薄膜と
、を有し、かつ、該導電性層がSolデバイスの電極と
成ることによって達成せられる。Further, the SOI device of the present invention includes an insulating substrate, a conductive layer periodically arranged on the insulating substrate, and the crystalline semiconductor thin film formed while applying a voltage to the conductive layer. , and the conductive layer serves as the electrode of the Sol device.
以下に、各構成と要件について具体的に説明する。Each configuration and requirement will be specifically explained below.
本発明に通用しうる半導体としては、S’i、 Ge。Examples of semiconductors that can be used in the present invention include S'i and Ge.
5iGe、 SiC等の+V族元素の半導体が好適であ
る。Semiconductors of +V group elements such as 5iGe and SiC are suitable.
こうした+V族元素の半導体は他のイオン性元素による
結晶配向能が期待できないため、絶縁性基板上で大粒径
で配向性のよい結晶を得ることが、より困難である点か
ら本発明は有効な方法として実施されうる。当然のこと
ながらII −Vl族、III −V族に対してより有
効に適用しつるものである。The present invention is effective because it is difficult to obtain crystals with large grain size and good orientation on an insulating substrate because semiconductors made of +V group elements cannot be expected to have crystal orientation ability due to other ionic elements. It can be implemented as a method. Naturally, it is more effectively applied to the II-Vl group and the III-V group.
ここで達成される結晶質半導体薄膜は、数μm以上の粒
径でかつ、粒径バラツキが小さく、配向性の良好な(面
内方位が揃った)数百人〜数μm厚の多結晶薄膜である
。この薄膜は、低温成長プロセスのためひずみ等による
面単位や界面から発生する結晶内欠陥は極めて少ない。The crystalline semiconductor thin film achieved here is a polycrystalline thin film several hundred to several micrometers thick with a grain size of several μm or more, small grain size variation, and good orientation (uniform in-plane orientation). It is. Because this thin film is grown through a low-temperature growth process, there are extremely few intracrystalline defects that occur on a plane-by-plane basis or at interfaces due to strain, etc.
用いられる絶縁性基板としては、例えば安価な無アルカ
リ型バリウムホウケイ酸ガラス(# 7059)を始め
種々のガラス基板をあげることができ、5i02コート
された青板ガラスや白板ガラスも使用可能である。勿論
、石英基板や熱酸化されたStウェハー、スピネル、サ
ファイヤ基板も適用可能である。Examples of the insulating substrate used include various glass substrates, including inexpensive alkali-free barium borosilicate glass (#7059), and 5i02 coated blue plate glass and white plate glass can also be used. Of course, quartz substrates, thermally oxidized St wafers, spinel, and sapphire substrates are also applicable.
結晶質半導体薄膜を形成する装置の例として、第1図に
スパッタ装置を示した。As an example of an apparatus for forming a crystalline semiconductor thin film, a sputtering apparatus is shown in FIG.
2周波励起のバイアススパッタ装置による基板の表面ク
リーニング及び結晶質半導体薄膜の堆積について述べる
。第1図@に示す空間に高周波によりアルゴンプラズマ
を生成し、このアルゴンイオンを、基板にかける高周波
のパワー、周波数、もしくは基板とアース間のインピー
ダンスを制御する。The cleaning of the surface of a substrate and the deposition of a crystalline semiconductor thin film using a bias sputtering device with two-frequency excitation will be described. Argon plasma is generated in the space shown in Fig. 1@ by high frequency waves, and the power and frequency of the high frequency waves applied to the argon ions on the substrate or the impedance between the substrate and the ground are controlled.
清浄化された真空ペルジャー1内に結晶質半導体薄膜を
形成する絶縁性基板2が保持される。スパッタ装置は、
一方の電8i(基板電極)3と、スパッタされる半導体
原料ターゲット5を保持する他方の電極4(ターゲット
電極)から成り、基板電極3には、基板2を一定温度に
保つヒーターが内蔵され、ターゲット電極4の裏面には
プラズマを集中させるマグネットを有している。真空ペ
ルジャー1は、オイルフリー高真空ポンプによって排気
され、バックグランド圧力は通常io−’〜10−”
Torrまで排気される。スパッタ用ガスとしては、例
えば^「ガスが配給され、スパッタ中のArガス圧は1
O−3〜10−’Torrとされる。ターゲット電極4
には、100MHzのようなより高周波の電源を整合回
路(M−C)を介して印加し、低圧スパッタによる気相
2次反応を抑制し、かつ、イオンエネルギーの制御(均
一化)を計る。また、このターゲット電極4側にローパ
スフィルター(LPF)を介して、DC電圧を印加でき
る電源を接続し、プラズマには自己バイアスに重畳させ
てターゲット電極電位を固定し、ターゲットに入射する
Arイオンエネルギーをイオン入射量(高周波パワー量
)と独立に制御する。一方基板電極3はM−Cを介して
13.56M1lZのような高周波電源に接続され、L
PFを介してやはりDC電源とも接続されて、絶縁性基
板2の表面上の電位を固定できるようにされている。こ
うすることで絶縁基板2表面とプラズマポテンシャルの
電位差を制御可能となり、基板に入射するイオンのエネ
ルギーを一定の値に制御可能となる。この装置によって
基板表面をクリーニングするためには、ターゲットへの
^「イオンの入射エネルギーをスパッタされない値に設
定し、基板へのA「イオン入射エネルギーを数eVとす
ることで、水分子を中心とする表面吸着物と自然酸化膜
を基板に放射線損傷等を与えることなく除去清浄化する
ことができる。このようにして得られた清浄表面にプラ
ズマによるセルフバイアスもしくは直流電源によるバイ
アス制御によりプラズマポテンシャルとターゲット電位
の差のエネルギーをもつアルゴンイオンを、ターゲット
に照射させ、ターゲツト材のスパッタリング現象を引き
起こさせ、絶縁性基板2側へ半導体薄膜形成川原料原子
または分子を供給する。An insulating substrate 2 on which a crystalline semiconductor thin film is formed is held within a cleaned vacuum pelger 1. The sputtering equipment is
It consists of one electrode 8i (substrate electrode) 3 and the other electrode 4 (target electrode) that holds the semiconductor raw material target 5 to be sputtered, and the substrate electrode 3 has a built-in heater that keeps the substrate 2 at a constant temperature. The back surface of the target electrode 4 has a magnet that concentrates the plasma. The vacuum pelger 1 is evacuated by an oil-free high vacuum pump, and the background pressure is typically io-'~10-''
It is exhausted to Torr. As the sputtering gas, for example, the Ar gas pressure during sputtering is 1.
It is assumed to be O-3 to 10-'Torr. Target electrode 4
For this purpose, a higher frequency power source such as 100 MHz is applied via a matching circuit (MC) to suppress gas phase secondary reactions caused by low pressure sputtering and to control (equalize) ion energy. In addition, a power supply capable of applying a DC voltage is connected to the target electrode 4 side via a low-pass filter (LPF), and the target electrode potential is fixed by superimposing a self-bias on the plasma, and the Ar ion energy incident on the target is is controlled independently of the ion incidence amount (high frequency power amount). On the other hand, the substrate electrode 3 is connected to a high frequency power source such as 13.56M1lZ via M-C, and L
It is also connected to a DC power source via the PF, so that the potential on the surface of the insulating substrate 2 can be fixed. By doing so, the potential difference between the surface of the insulating substrate 2 and the plasma potential can be controlled, and the energy of ions incident on the substrate can be controlled to a constant value. In order to clean the substrate surface with this device, the incident energy of the ions on the target is set to a value that will not cause sputtering, and the incident energy of the ions on the substrate is set to several eV, so that water molecules are It is possible to remove and clean the surface adsorbed matter and natural oxide film without causing radiation damage to the substrate.The thus obtained clean surface is subjected to plasma potential by self-biasing by plasma or bias control by DC power supply. The target is irradiated with argon ions having energy equal to the difference in target potential, causing a sputtering phenomenon of the target material and supplying raw material atoms or molecules for forming a semiconductor thin film to the insulating substrate 2 side.
このとき、前記のように絶縁性基板2表面の電位が制御
されており、^「イオンと上記半導体薄膜形成用原料原
子または分子のイオン化されたものが、プラズマポテン
シャルとの電位差の単一化されたエネルギーを有して同
時に供給照射される。At this time, the potential on the surface of the insulating substrate 2 is controlled as described above, and the potential difference between the ions and the ionized atoms or molecules of the semiconductor thin film forming raw material is unified with the plasma potential. They are simultaneously supplied with irradiation energy.
このようじ、同一真空チャバ−内で連続してクリーニン
グと半導体薄膜形成を行えるために、結晶化を阻害し、
欠陥の誘発原因となる不純物の低減を効果的に行え、か
つ表面状態の清浄・−走化を容易に達成しつるために、
良好な半導体結晶を再現性よく、容易に実現できる。In this way, cleaning and semiconductor thin film formation can be performed continuously in the same vacuum chamber, which inhibits crystallization.
In order to effectively reduce impurities that cause defects, and to easily achieve clean surface conditions and chemotaxis,
Good semiconductor crystals can be easily produced with good reproducibility.
次に、絶縁性基板の表面近傍に、一定周期のDCまたは
^C電界を形成する一つの方法について述べる。Next, one method of forming a constant-period DC or ^C electric field near the surface of an insulating substrate will be described.
第2図(a)に示されるようにガラス等の絶縁性基板2
上に導電性層6及び7が交互に配置され・る。As shown in FIG. 2(a), an insulating substrate 2 such as glass
Conductive layers 6 and 7 are arranged alternately on top.
第3図は、導電性層6.7かくし歯状に対向している例
を示している斜視図。こうした基板が、第1図のスパッ
タ装置の基板電極上に保持され、かつ電極6または7へ
外部から(図示されていない)独立の電源に接続される
。このための導電層6.7の接続端子6°、7°が形成
されている。FIG. 3 is a perspective view showing an example in which the conductive layers 6 and 7 face each other in a comb-toothed manner. Such a substrate is held on the substrate electrode of the sputtering apparatus of FIG. 1 and is externally connected to an independent power source (not shown) to electrode 6 or 7. For this purpose, connection terminals 6° and 7° of the conductive layer 6.7 are formed.
導電性層6.7へは、DCまたは数H2〜数十KHzの
AC電圧を電界強度103V/c*−10’ V/cm
程度で印加される。導電性層6.7は、Mo、 Ti。A DC or AC voltage of several H2 to several tens of KHz is applied to the conductive layer 6.7 at an electric field strength of 103 V/c*-10' V/cm.
It is applied at a certain level. The conductive layer 6.7 is made of Mo, Ti.
Cr、 W等の金属層やドープされたポリシリコン層等
によって形成される。この層厚は、数百人〜数手入とさ
れ、通常のホトリソグラフィー法によってバターニング
される。It is formed of a metal layer such as Cr or W, a doped polysilicon layer, or the like. This layer thickness is determined by several hundred to several steps and is patterned by a conventional photolithography method.
パターンの形状は、第2図(a)及び第3図に示される
ようにストライブ状に限らず、基板表面に一定周期を、
ある領域で形成するように適宜選ばれる。また、この導
電層6.7は、501デバイスの電極として利用しつる
ものであり、SOTデバイスの位置や形状、大きさによ
って決定される、電極の形状によっても決められるもの
である。The shape of the pattern is not limited to the stripe shape as shown in FIG. 2(a) and FIG.
It is appropriately selected to be formed in a certain area. Further, this conductive layer 6.7 is used as an electrode of the 501 device, and is determined by the shape of the electrode, which is determined by the position, shape, and size of the SOT device.
通常、導電性層のパターンのライン/スペースは、f
〜100 p m/ 1〜1000μmの範囲から選ば
れる。第2図(b)には、導電性層6及び7に電圧を与
えたときのある時刻での基板表面近傍での電界を模式的
に示しであるが、一定周期での電界が表面方向に形成さ
れている。また、導電性層6−7間の絶縁性基板表面は
、前述したように、2周波励起法によって一定電圧に制
御されており、表面近傍の電界を変形させたり、変位さ
ぜたりしなC)ようにされる。Usually, the lines/spaces of the pattern of conductive layer are f
~100 pm/1~1000 μm. FIG. 2(b) schematically shows the electric field near the substrate surface at a certain time when a voltage is applied to the conductive layers 6 and 7. It is formed. Furthermore, as mentioned above, the surface of the insulating substrate between the conductive layers 6 and 7 is controlled to a constant voltage by the two-frequency excitation method, so that the electric field near the surface is not deformed or displaced. ).
第4図は、プラズマ空間での基板及び基板へ入射するイ
オンや原子の様子を模式的に示したものである。絶縁性
基板2の表面近傍には前述した電界がDCまたはAC的
に形成されている。プラズマ領域で発生したArイオン
や原料原子として例えばSt及びSiイオンが、基板面
へ供給される。Si原子(ラジカル)は、プラズマ領域
から、拡散あるいは、スパッタリング時の運動エネルギ
ーをもって基板表面へ供給される。一方、ArとSiイ
オンは、プラズマ領域のプラズマポテンシャルと前述し
た一定に制御された基板表面電位によって発生したシー
ス部の加速電界(X方向)によって、基板表面へ入射さ
れる。こうした制御された一定の基板方向(X方向)へ
のイオンエネルギーをもったイオンが基板表面及び近傍
に形成される表面横方向(y方向〉の電界によって異方
性を有する横方向のイオンエネルギーをy方向に付与さ
れる。FIG. 4 schematically shows the substrate in plasma space and the state of ions and atoms incident on the substrate. The aforementioned electric field is formed in the vicinity of the surface of the insulating substrate 2 in a DC or AC manner. Ar ions generated in the plasma region and raw material atoms such as St and Si ions are supplied to the substrate surface. Si atoms (radicals) are supplied from the plasma region to the substrate surface with kinetic energy during diffusion or sputtering. On the other hand, Ar and Si ions are incident on the substrate surface by an accelerating electric field (in the X direction) of the sheath portion generated by the plasma potential in the plasma region and the substrate surface potential controlled to be constant as described above. Ions with controlled ion energy in the direction of the substrate (X direction) have anisotropic lateral ion energy due to the electric field in the lateral direction (y direction) formed on and near the substrate surface. It is given in the y direction.
第4図中で言えば、各導電性層7の方向へ、イオン(エ
ネルギー)が集中するように運動する。In FIG. 4, ions (energy) move in the direction of each conductive layer 7 so as to be concentrated.
ここでX及びy方向の制御されたイオンエネルギーが、
基板に到達したSi原子にエネルギーを与え、200〜
400℃の低温の基板上でのサーマルクエンチングを防
止し、結晶化を容易ならしめる。Here, the controlled ion energy in the X and y directions is
Energy is given to the Si atoms that have reached the substrate, and 200 ~
It prevents thermal quenching on a substrate at a low temperature of 400°C and facilitates crystallization.
つまり、Si原子の表面モビリティを増加させ、かつ、
Si −Si最安定結合状態(単結晶化)への結合遷移
を容易にする。In other words, increasing the surface mobility of Si atoms, and
Facilitates the bond transition to the most stable Si-Si bond state (single crystallization).
また、表面上または表面近傍での電界の周期的は、各表
面領域で1方向への異方性を有する一定のポテンシャル
周期を形成しており、成長する半導体結晶の配向性を飛
躍的に向上させ、面内方位をも一致させつる。また、大
粒径(数μm)への成長も容易に達成させ得る面内の結
晶均一性も実現しつる。ここで説明した、結晶質半導体
薄膜の形成方法としては、スパッタリング法の他、イオ
ンのエネルギーを制御した形態のプラズマCVD法、イ
オンプレーティング法等々によって同等に実施しうるも
のである。In addition, the periodicity of the electric field on or near the surface forms a constant potential period with anisotropy in one direction in each surface region, which dramatically improves the orientation of the growing semiconductor crystal. and also match the in-plane orientation. In addition, in-plane crystal uniformity that allows easy growth to a large grain size (several μm) can be achieved. As the method for forming the crystalline semiconductor thin film described here, in addition to the sputtering method, the plasma CVD method in which the energy of ions is controlled, the ion plating method, and the like can be equally implemented.
ここで説明した結晶質半導体薄膜は、基板上の導電性層
を有し、最終目的のSDIデバイスの形成において有効
にM、8iとして活用しつる利点を有している。特にT
PT構造のソース・ドレイン電極として有効である。勿
論、ダイオード、抵抗、太陽電池等々のデバイス形成の
電極としても良好に活用しつる利点を有し、特に大面積
デバイスとして平滑なガラス基板上に高歩留りで微細な
パターンを第1工程で形成できる利点として挙げられる
。The crystalline semiconductor thin film described herein has a conductive layer on the substrate and has the advantage of being effectively utilized as M,8i in the formation of the final SDI device. Especially T
Effective as source/drain electrodes of PT structure. Of course, it has the advantage of being well used as an electrode for forming devices such as diodes, resistors, solar cells, etc., and in particular, it can form fine patterns with high yield on a smooth glass substrate as a large-area device in the first step. This can be cited as an advantage.
し実施例] (実施例1) 第5図に示すデバイスを以下の様に作成した。Examples] (Example 1) The device shown in FIG. 5 was created as follows.
20CII1口の# 7059ガラス(コーニング社製
)2を洗浄し、スパッタ法によって1000人厚の人厚
層を全面に形成後、ホトリソパターニングによってくし
歯状のライン/スペース=5μm150μmで第3図に
示す様な1対のパターンを形成した。このガラス基板を
第1図で示された2周波励起バイアススパッタ装置にセ
ットし、3 x 10−” Torrまで排気し基板温
度を350℃に保持した。続いて^「ガスを導入しペル
ジャー内圧を5 X to−’Torrにコンダクタン
スバルブにて設定した。ターゲット電極側100MHz
電源に1011投入し、ターゲットDC電源は、−20
vに設定した。一方基板側電極の13.56M1(z電
源にiow 、 oc電源は8vに設定し基板表面を1
分間クリーニングした。この間ガラス基板上の1対の電
極は、それぞれグランド接地した。続いて、ターゲット
電極側100 M)Iz電源に90W投入し、ターゲッ
トDC電源は、−200Vに設定した。After cleaning #7059 glass (manufactured by Corning) 2 with 1 opening of 20CII and forming a 1,000-layer thick layer on the entire surface by sputtering, photolithographic patterning was performed to form comb-like lines/spaces of 5 μm to 150 μm as shown in Figure 3. A pair of patterns as shown were formed. This glass substrate was set in the two-frequency excitation bias sputtering apparatus shown in Fig. 1, and the temperature of the substrate was maintained at 350°C by evacuation to 3 x 10-'' Torr.Next, gas was introduced to increase the Pelger internal pressure. Set to 5 X to 'Torr using a conductance valve. Target electrode side 100MHz
Power on 1011, target DC power is -20
It was set to v. On the other hand, the board side electrode 13.56M1 (Z power supply is set to IOW, OC power supply is set to 8V, and the board surface is set to 1
Cleaned for minutes. During this time, the pair of electrodes on the glass substrate were each grounded. Subsequently, 90 W was applied to the 100 M) Iz power source on the target electrode side, and the target DC power source was set to -200 V.
方基板側電極の13.56 MHzの電源にIOW 、
DC電源は5vに設定した。ガラス基板上の1対の電
極間には、250vのIKHzAC電圧を印加した。タ
ーゲットとしてノンドープ多結晶シリコンを用いて、こ
の条件下で50分で3000人のシリコンIl!8がガ
ラス基板上に全面均一に成長した。この成長した半導体
膜を透過型電子顕@鏡によって観察した所、粒径が2〜
3μmの多結晶シリコン膜が均一、に並んだ構造を有し
、結晶内、界面近傍の欠陥もほとんど観察されないもの
であった。この多結晶シリコン膜のスペース部50μm
内にチャネル(チャネル長10μm)を有する第5図に
示すTPTを以下の様に作成した。まず、マグネトロン
SP法により、Ar+ O,ガスを用いて全面に基板温
度400℃で5i02ゲ一ト絶縁層9.1500人を形
成し、ソース・ドレイン部を穴あけし、PH3/ 5i
H4= 1%の混合ガスを用いてプラズマCVD法によ
り基板温度300℃でn9ド一プSt層lOを500
人形成し、ソース・ドレイン部のみにドープ層を残して
形成した。続いて[:r/ A4電極11によってソー
ス・ドレイン電極とゲート電極を形成し、250℃で3
0分アニールした。IOW to the 13.56 MHz power supply of the substrate side electrode,
The DC power supply was set to 5v. An IKHz AC voltage of 250 V was applied between a pair of electrodes on the glass substrate. Using undoped polycrystalline silicon as the target, 3000 silicon Il! in 50 minutes under these conditions! No. 8 was grown uniformly over the entire surface of the glass substrate. When this grown semiconductor film was observed using a transmission electron microscope, the particle size was 2 to 2.
It had a structure in which the 3 μm thick polycrystalline silicon film was uniformly arranged, and almost no defects were observed within the crystal or near the interface. The space portion of this polycrystalline silicon film is 50 μm
A TPT shown in FIG. 5 having a channel (channel length 10 μm) inside was prepared as follows. First, by the magnetron SP method, a 5i02 gate insulating layer of 9.1500 nm was formed on the entire surface using Ar + O gas at a substrate temperature of 400°C, holes were made for the source and drain parts, and PH3/5i
An n9-doped St layer of 500% was deposited at a substrate temperature of 300°C by plasma CVD using a mixed gas of H4 = 1%.
A doped layer was formed leaving only the source and drain portions. Subsequently, source/drain electrodes and gate electrodes were formed using [:r/A4 electrode 11, and heated at 250°C for 30 minutes.
Annealed for 0 minutes.
こうして得られたTFTは、u art = 140(
cm’/V−sec)でそのバラツキは±8%以内であ
った。また、Vth =3.5Vでそのバラツキは±1
0%以内であり、良好な結果を得た。The TFT thus obtained has u art = 140 (
cm'/V-sec) and its variation was within ±8%. Also, at Vth = 3.5V, the variation is ±1
It was within 0%, and a good result was obtained.
(実施例2) 第6図に示すデバイスを以下の様に作成した。(Example 2) The device shown in FIG. 6 was created as follows.
20cg+口の@7059ガラス2を洗浄し、スパッタ
法によって500人厚0C「電極12を全面に形成後、
PH3/5iFla= 1%の混合ガスを用いて基板温
度300℃でプラズマCVD法によってn”si層30
0λ13を全面に積層し、Cr/n”si層をライン/
スペース=4μm/4μmで1対のくし歯状に第3図の
様に形成した。After cleaning @7059 glass 2 of 20cg + mouth and forming a 500cm thick 0C "electrode 12" on the entire surface by sputtering method,
The n”si layer 30 was formed by plasma CVD using a mixed gas of PH3/5iFla=1% at a substrate temperature of 300°C.
0λ13 is laminated on the entire surface, and a Cr/n"si layer is layered on the line/
A pair of comb teeth were formed with a space of 4 μm/4 μm as shown in FIG.
このガラス基板を実施例1と同様に、2周波励起バイア
ススパッタ装置にセットし、排気一基板クリーニング工
程を行った。スパッタ装置の条件も同一とした。ガラス
基板上の1対の電極(Cr/n” St層〉間には、5
0VのDC電圧を印加した。この条件で15分で約90
0人のシリコン膜14を形成した。透過型電子顕@ut
観察により、こんシリコン膜は、粒径がスペース部をま
たぐように4〜6μmの粒径の多結晶シリコンがスペー
ス部に均一に整然と成長し、ライン部(Cr/n” S
i層)は粒径400人程0の多結晶層が成長していた。This glass substrate was set in a two-frequency excitation bias sputtering apparatus in the same manner as in Example 1, and an exhaust-substrate cleaning process was performed. The conditions of the sputtering equipment were also the same. Between a pair of electrodes (Cr/n"St layer) on the glass substrate, 5
A DC voltage of 0V was applied. Approximately 90 in 15 minutes under these conditions
A silicon film 14 of 0 persons was formed. Transmission electron microscope @ut
Observation revealed that polycrystalline silicon with a grain size of 4 to 6 μm grows uniformly and orderly in the space so that the grain size straddles the space, and the line part (Cr/n"S
In layer i), a polycrystalline layer with a grain size of approximately 400 nm had grown.
これと同等の基板上に以下の様にTPTを作成した。A TPT was created on a substrate equivalent to this as follows.
まず、マグネトロンSP法により、Ar+O□ガスを用
いて全面に基板温度400℃で5i02ゲ一ト絶縁層1
5を1500人形成後、Cr/^℃電極によってゲート
電極16を形成した。続いて、ガラス基板上のCr/
n ” Si層の1対を選択してソース・ドレイン電極
として、周囲の全層をエッチアウトし、アイソレーショ
ンを行い、最後に400℃で30分間アニールした。First, by the magnetron SP method, a 5i02 gate insulating layer 1 was formed on the entire surface at a substrate temperature of 400°C using Ar+O□ gas.
After forming 1500 electrodes 5, a gate electrode 16 was formed using a Cr/^°C electrode. Next, Cr/
One pair of n'' Si layers was selected to serve as source/drain electrodes, all surrounding layers were etched out, isolation was performed, and finally annealing was performed at 400° C. for 30 minutes.
こうして、得られたTFTは、μ*tt=270(cm
’ / V −sec )で、そのバラツキは±7%以
下であった。また、Vth=1.8Vでそのバラツキは
±6%以下であり、極めて良好な結果を得た。In this way, the obtained TFT has μ*tt=270(cm
'/V-sec), and the variation was ±7% or less. Further, when Vth=1.8V, the variation was less than ±6%, and very good results were obtained.
[発明の効果]
以上説明したように、本発明の結晶質半導体薄膜の形成
法とそのSolデバイスは、低温で大粒径の多結晶半壊
法薄膜を大面積にて容易に形成でき、その性能は高温プ
ロセスで得られるそれと同等かそれ以上となしうる。[Effects of the Invention] As explained above, the method for forming a crystalline semiconductor thin film of the present invention and its Sol device can easily form a polycrystalline semi-destructive thin film with a large grain size over a large area at low temperature, and its performance can be improved. can be equal to or better than that obtained with high temperature processes.
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実現する1手法である2周波励起バイ
アススパッタ装置の概念図、第2図は(a)基板上の導
電性層のパターン断面図、(b)(a)のパターンを用
いて周期的電界パターンを形成している様子を示す説明
図、第3図は第2図(a)の側視図、第4図は基板がプ
ラズマ空間におかれてStが析出する機構を説明する概
念図、第5図及び第6図は本発明の実施例に係るデバイ
スの模式的断面図である。
(符号の説明)
1・・・真空ペルジャー 2・・・絶縁性基板、3.4
・・・電極、5・・・ターゲット、6.7・・・導電性
層。
第
図(a)
第
4
図
Si”
Ar”
第
図
1
第
図
2
3
4[Brief Description of the Drawings] Fig. 1 is a conceptual diagram of a dual frequency excitation bias sputtering apparatus which is one method of realizing the present invention, Fig. 2 is (a) a cross-sectional view of a pattern of a conductive layer on a substrate, and (b) ) An explanatory diagram showing how a periodic electric field pattern is formed using the pattern in (a), Figure 3 is a side view of Figure 2 (a), and Figure 4 is an explanatory diagram showing how a periodic electric field pattern is formed using the pattern in (a). 5 and 6 are schematic cross-sectional views of a device according to an embodiment of the present invention. (Explanation of symbols) 1...Vacuum Pelger 2...Insulating substrate, 3.4
... Electrode, 5... Target, 6.7... Conductive layer. Figure (a) Figure 4 Figure Si” Ar” Figure 1 Figure 2 3 4
Claims (7)
において、該絶縁性基板体表面近傍に一定周期のDCま
たはAC電界を形成し、かつ、半導体薄膜形成用原料を
構成する原子または分子を該基体表面に供給し、同時に
イオン化された原子を存在せしめて結晶質半導体薄膜を
該基体表面上に形成することを特徴とする結晶質半導体
薄膜の形成方法。(1) A method for forming a crystalline semiconductor thin film on an insulating substrate, in which a DC or AC electric field with a constant period is formed near the surface of the insulating substrate, and atoms or molecules constituting the raw material for forming the semiconductor thin film. 1. A method for forming a crystalline semiconductor thin film, which comprises supplying a crystalline semiconductor thin film to the surface of the substrate, and simultaneously making ionized atoms exist to form a crystalline semiconductor thin film on the surface of the substrate.
電界を形成する方法において、上記絶縁性基体の同一表
面上に互いに隔離対向する導電性層を形成し、互いに隣
近する導電性層間に外部から電圧を印加させることによ
り、前記一定周期のPCまたはAC電界を形成すること
を特徴とする請求項1記載の結晶質半導体薄膜の形成方
法。(2) In the method of forming a DC or AC electric field with a constant period near the surface of the above-mentioned substrate, conductive layers are formed on the same surface of the above-mentioned insulating substrate to face each other in isolation, and between the conductive layers adjacent to each other, 2. The method of forming a crystalline semiconductor thin film according to claim 1, wherein the constant periodic PC or AC electric field is formed by applying a voltage from outside.
項1または2記載の結晶質半導体薄膜の形成方法。(3) The method for forming a crystalline semiconductor thin film according to claim 1 or 2, wherein the semiconductor thin film is a crystalline silicon thin film.
アルゴンイオンである請求項1乃至3記載の結晶質半導
体薄膜の形成方法。(4) The method for forming a crystalline semiconductor thin film according to any one of claims 1 to 3, wherein the ionized atoms are silicon ions or argon ions.
ネルギーが制御されることを特徴とする請求項1乃至請
求項4記載の結晶質半導体薄膜の形成方法。(5) The method for forming a crystalline semiconductor thin film according to any one of claims 1 to 4, wherein the energy of the ionized atoms when they reach the substrate surface is controlled.
イアスされたスパッタリング法またはプラズマCVD法
またはイオンプレーティング法により、上記半導体薄膜
形成用原料を構成する原子または分子を供給することを
特徴とする請求項1乃至5記載の結晶質半導体薄膜の形
成方法。(6) A claim characterized in that the atoms or molecules constituting the raw material for forming the semiconductor thin film are supplied by a sputtering method, a plasma CVD method, or an ion plating method in which the substrate is DC-biased with respect to a plasma potential. A method for forming a crystalline semiconductor thin film according to items 1 to 5.
れた導電性層と、該導電性層に電圧を印加しつつ形成さ
れた該結晶質半導体薄膜と、を有し、かつ、該導電性層
がSOIデバイスの電極と成ることを特徴とするSOI
デバイス。(7) It has an insulating substrate, a conductive layer periodically arranged on the insulating substrate, and the crystalline semiconductor thin film formed while applying a voltage to the conductive layer, and , the conductive layer serves as an electrode of an SOI device
device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32458089A JPH03185713A (en) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | Method for forming crystalline semiconductor thin film and SOI device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32458089A JPH03185713A (en) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | Method for forming crystalline semiconductor thin film and SOI device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03185713A true JPH03185713A (en) | 1991-08-13 |
Family
ID=18167408
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32458089A Pending JPH03185713A (en) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | Method for forming crystalline semiconductor thin film and SOI device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03185713A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010031383A (en) * | 2009-11-09 | 2010-02-12 | Canon Anelva Corp | Plasma-assisted sputter deposition system |
-
1989
- 1989-12-14 JP JP32458089A patent/JPH03185713A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010031383A (en) * | 2009-11-09 | 2010-02-12 | Canon Anelva Corp | Plasma-assisted sputter deposition system |
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