JPH036015A - 半導体膜 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体膜に関する。さらに詳しくは薄膜半導
体の半導体層として有用な半導体膜に関する。

この半導体は、光センサ、ＩＣ１各種デイスプレィに応
用される。

〔従来技術〕

従来、半導体膜におけるＳｉの特性を充分に引き出すた
めには、単結晶状態あるいは多結晶状態のＳｉを形成す
ることや、結晶内外の欠陥密度を少くすることが必要と
されている。その対応策として非晶質Ｓｉ、多結晶Ｓｉ
のレーザ加熱による再結晶化があるが、この方法は、レ
ーザのアニールスポット径が２００〜３００μｍ程度の
大きさで走査しているため、必然的にアニル時間が長く
なってしまう。例えば、４インチウェファ−の場合だと
約１時間を要する。このことは生産性の向上をいちじる
しく阻害する。

また、前記再結晶化にともない粒界が発生するが、この
粒界は、とくにＭＯＳ　　Ｔｒのチャンネル部における
電流即動能力を減少させ、結果として製品特性のバラツ
キを大きくすることになる。

〔目　　的〕

本発明の目的は、ＴｒとくにＭＯＳＴｒのチャンネル部
における粒界数を製品毎にできるだけ一定にすること、
ひいては該チャンネル部での電流開動能力をできるだけ
均一にする点にある。

〔構　　成〕

本発明者は、前記目的を達成するため鋭意研究を正ねた
結果、ランプアニール加熱によると粒界数を比較的一定
にすることができ、これを利用して特定の条件を満足す
る半導体膜を形成すると、製品としてき力めてバラツキ
の少ない半導体膜を得ることができることを発見した。

すなわち、本発明の半導体膜は、 （ａ）水素含有ｉ１０１８〜１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３
（ｂ）結晶化率７０〜１００％ （ｃ）結晶粒径５０〜７０人 の多結晶シリコーンよりなることを特徴とするものであ
る。

本発明において、半導体膜に水素を添加しない場合はＳ
ｉ中のダングリングボンドがターミネートできず、キャ
リアのトラップ原因となる。

結晶化率の限定はキャリア移動度を向上させるためのも
のであり、結晶粒径の限定は製品特性のバラツキ防止に
寄与するものである。

第１図ないし第３図を用いて本発明を具体的に説明する
。絶縁性基板１は比較的大きな寸法を有する平板状であ
ってその上表面上にシリコンからなる薄膜２を付着形成
しである。この場合、例えば、グロー放電法（ｐｖｃ法
）、ＣＶＤ法または電子ビーム蒸着等を適用して薄膜２
が形成されている。この薄膜２を被着形成した絶縁性基
板１を支持体３上に載置する。この場合に、薄膜２を下
側にして薄膜２が支持体３と接触する様に載置する。支
持体３としては単結晶シリコン（ｌｉｌ）ウェハを使用
する。そして、薄膜２の上方に位置させ、電源５に接続
したタングステンハロゲンランプ４によって全体を同時
的に光照射する。この場合、絶縁性基板としては例えば
透明石英等のランプ４からの照射光に対して透過性の物
質を使用する。

タングステンハロゲンランプ４からの照射光に対しては
単結晶シリコンは大きな光吸収特性を持っているため、
単結晶シリコンから形成される支持体３が最初に加熱さ
れ、その熱は、第２図に矢印Ａで示した如く、熱伝導に
よって薄膜２へと伝達される。すると、支持体３と薄膜
２との界面から薄膜２の再結晶化が開始する。

この様に界面に単結晶シリコン２′が形成されると、こ
の単結晶シリコン２′自身が照射光を吸収して自己加熱
が起こり、薄膜２は均一に加熱される。

その結果、粒径の均一化、粒径の制御が容易であるため
、本発明の半導体膜を容易に製造することができる。

実施例 非晶質シリコンからなる薄膜２を、ＲＦパワー（２０Ｗ
）、ガス流量２０　ＳＣＣＭ、５ｉｌ１４（１００％）
、圧力０．１　Ｔｏｒｒ、基板温度２２０℃の条件下で
厚さ０゜０５〜０．５μｍに形成する。この場合の絶縁
性基板としては、厚さ０，０５〜４　、０ｍｍの透明石
英を使用する。支持体３としてのシリコンウェハは直径
６インチで結晶配向（１１１）Ｐ型であり、厚さ０．４
〜０．６ｍｍとする。

使用したランプアニール装置は、タングステンハロゲン
ランプをもち、加熱特性は、第４図のとおりであり、加
熱温度は７５０〜９００℃、加熱時間は３０〜１０００
秒である。

アニールはＮ２．Ａｒ、Ｎｅ等の不活性ガス中で行う。

水素化は、Ｈ２雰囲気下、ＲＦパワー　（１８ＫＷ）、
処理時間６０分であった。

第５図上側の線はラマン分光のピーク値を示す特性カー
ブであり、縦軸ａがこれに対応しており、この縦軸ａは
ラマン分光による波形のピーク位Ｎ　（ａｍ−１）を示
す。第５図下側の線は結晶粒径を示す特性カーブであり
、縦軸すがこれに対応しており、この縦軸すはＴＥＭ　
（透過型電子顕微鏡）かられり出した結晶粒径（入）を
示す。

第５図により明らかなとおり、多結晶Ｓｉ膜の結晶粒が
アニール時間とともに（アニール温度８００℃）成長し
てゆき、１２０秒でほぼ目的の粒径６０人の結晶に成長
していることがわかる。

アニール温度が９００℃のときは３０秒でほぼ目的を達
成できる。

〔効　　果〕

本発明は、結晶粒径が５０〜７０人と制御されており、
粒径のバラツキが小さく、又、特定範囲の水素含有量に
なるように水素処理がほどこされているため、スピン密
度が補償されている。

これにより本発明の半導体膜は、通常の薄膜半導体（Ｔ
ＰＴ）として使用したとき、製品毎の特性のバラツキが
極めて小さい（第６図）。これに対して、従来型のもの
は粒径が２０００人〜３μ人とびもきかあるため、どう
しても製品毎の特性のバラツキが大きい（第７図）。

また、この半導体膜をＭＯ５Ｔｒの半導体層として使用
したときは１００〜１　、０ＯＯＱｕｘの光照射時にお
いて１　ｘｌＯ−Ｇ〜１ｘｌＯ−’（００ｍ）　−１の
比抵抗を示すので、光センサ用として有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体膜の製造に使用するランプアニ
ール装置、第２図はその断面図、第３図（ａ）〜（ｃ、
）はその再結晶化過程を示す断面図である。第４図は同
装置の加熱特性を示す。第５図はＮ２下、８００℃アニ
ールにおけるラマン分光、ＴＥＭ特性のアニール時間依
存性を調べたものである。第６図は本発明によるＴＰＴ
の特性のバラツキを、第７図は従来型ＴＰＴの特性のバ
ラツキを示す。 １・・・絶縁性基板　　　２・・・薄　　股２′・・・
単結晶シリコン　３・・支持体４°゛°タングステンハ
ロゲンランプ ５・・・電源 第１図 Ｔｄ：アニールＳ区ｌ ↑ｄニアニール８寺間 Ｒｈ’Ｊ！３’！’ 第２図 アニール時聞矛７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）水素含有量１０＾１＾８〜１０＾２＾１ａｔ
   ｏｍ／ｃｍ＾３、（ｂ）結晶化率７０〜１００％、 （ｃ）結晶粒径５０〜７０Å の多結晶シリコンよりなることを特徴とする半導体膜。