JPH04288817A - 多結晶半導体膜の製造方法 - Google Patents
多結晶半導体膜の製造方法Info
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- JPH04288817A JPH04288817A JP7862491A JP7862491A JPH04288817A JP H04288817 A JPH04288817 A JP H04288817A JP 7862491 A JP7862491 A JP 7862491A JP 7862491 A JP7862491 A JP 7862491A JP H04288817 A JPH04288817 A JP H04288817A
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Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスタや光
起電力装置などに用いられる多結晶半導体膜の製造方法
に関する。
起電力装置などに用いられる多結晶半導体膜の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、薄膜半導体を用いたデバイス、例
えば薄膜トランジスタや薄膜太陽電池などの開発が活発
に行われている。その中でも多結晶シリコン膜による半
導体装置の研究が盛んである。その理由として、非結晶
シリコン膜トランジスタと比較して、多結晶シリコン膜
は３桁近く高いキャリヤ移動度が得られる、ガラスなど
の絶縁性基板上にトランジスタ以外のデバイスと同時に
形成することができるなど挙げられる。この多結晶シリ
コン膜の作成方法としては、ＬＰＣＶＤ法、固相成長法
、レーザ光を用いた再結晶法などが存在する。
えば薄膜トランジスタや薄膜太陽電池などの開発が活発
に行われている。その中でも多結晶シリコン膜による半
導体装置の研究が盛んである。その理由として、非結晶
シリコン膜トランジスタと比較して、多結晶シリコン膜
は３桁近く高いキャリヤ移動度が得られる、ガラスなど
の絶縁性基板上にトランジスタ以外のデバイスと同時に
形成することができるなど挙げられる。この多結晶シリ
コン膜の作成方法としては、ＬＰＣＶＤ法、固相成長法
、レーザ光を用いた再結晶法などが存在する。
【０００３】このうち、ＬＰＣＶＤ法、固相成長法のい
ずれの方法も６００℃程度の高温中での成長法であるの
で、基板として大きな制約を受け、一般的ではない。一
方、レーザ光を用いた再結晶法は、レーザ光がシリコン
膜の極表面にのみ吸収されるため、基板への熱の影響は
殆どないために通常のガラスなどを用いることができる
ので、このレーザ光を用いた再結晶法が有望視されてい
る。
ずれの方法も６００℃程度の高温中での成長法であるの
で、基板として大きな制約を受け、一般的ではない。一
方、レーザ光を用いた再結晶法は、レーザ光がシリコン
膜の極表面にのみ吸収されるため、基板への熱の影響は
殆どないために通常のガラスなどを用いることができる
ので、このレーザ光を用いた再結晶法が有望視されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】然し乍らのこのレーザ
光を用いた再結晶法によって形成された多結晶シリコン
膜は、その形成に用いられるレーザ光パルス幅がナノ秒
オーダの高速アニールであるために、再結晶時間が極端
に短く、従ってこの方法によって形成される結晶粒径は
数１００Åと小さなものしか得られなかった（「応用電
子物性分科会研究報告」、第４２７号、第３１頁（平成
元年）参照）。結晶粒径が小さいと、結晶とその結晶に
隣り合う結晶との粒界が多くなり、その粒界はキャリヤ
の移動の障害となることから、キャリヤ移動度は低いも
のとなってしまう。
光を用いた再結晶法によって形成された多結晶シリコン
膜は、その形成に用いられるレーザ光パルス幅がナノ秒
オーダの高速アニールであるために、再結晶時間が極端
に短く、従ってこの方法によって形成される結晶粒径は
数１００Åと小さなものしか得られなかった（「応用電
子物性分科会研究報告」、第４２７号、第３１頁（平成
元年）参照）。結晶粒径が小さいと、結晶とその結晶に
隣り合う結晶との粒界が多くなり、その粒界はキャリヤ
の移動の障害となることから、キャリヤ移動度は低いも
のとなってしまう。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
に鑑みて為されたものであって、絶縁性基板表面に０．
２〜５％の水素を含有する非結晶半導体膜を形成し、該
半導体膜を形成した基板を５０〜５５０℃に加熱した状
態で上記非結晶半導体膜を多結晶半導体膜とするもので
ある。
に鑑みて為されたものであって、絶縁性基板表面に０．
２〜５％の水素を含有する非結晶半導体膜を形成し、該
半導体膜を形成した基板を５０〜５５０℃に加熱した状
態で上記非結晶半導体膜を多結晶半導体膜とするもので
ある。
【０００６】
【作用】本発明によれば、粒径の大きな多結晶半導体膜
を得ることができる。
を得ることができる。
【０００７】
【実施例】本発明の第１の工程は、絶縁性基板１表面に
非結晶シリコン膜２を形成するところにある（図１）。 この絶縁性基板１としては、歪点温度６４０℃の無アル
カリガラス３の表面にバッファ層４としての約１μｍの
厚さの酸化シリコン膜、または窒化シリコン膜を被着し
たものが好適である。この無アルカリガラスとして具体
的には、旭ガラス製のＡＮガラス、日本電気硝子製のＯ
Ａガラス、或るはＨＯＹＡ製のＮＡ−３５などを挙げる
ことができる。また非結晶シリコン膜２としては、０．
２〜５％の水素を含有するアモルファスシリコン膜が用
いられる。尚、このアモルファスシリコン膜は、基板を
２００〜５５０℃に加熱するプラズマＣＶＤ法、基板を
室温から５５０℃程度に加熱するスパッタ法、或るいは
Ｓｉ２Ｈ６ベースのガス中で４００〜５５０℃の温度に
加熱するＬＰＣＶＤ法などを用いて厚さ約１０００Åに
形成される。
非結晶シリコン膜２を形成するところにある（図１）。 この絶縁性基板１としては、歪点温度６４０℃の無アル
カリガラス３の表面にバッファ層４としての約１μｍの
厚さの酸化シリコン膜、または窒化シリコン膜を被着し
たものが好適である。この無アルカリガラスとして具体
的には、旭ガラス製のＡＮガラス、日本電気硝子製のＯ
Ａガラス、或るはＨＯＹＡ製のＮＡ−３５などを挙げる
ことができる。また非結晶シリコン膜２としては、０．
２〜５％の水素を含有するアモルファスシリコン膜が用
いられる。尚、このアモルファスシリコン膜は、基板を
２００〜５５０℃に加熱するプラズマＣＶＤ法、基板を
室温から５５０℃程度に加熱するスパッタ法、或るいは
Ｓｉ２Ｈ６ベースのガス中で４００〜５５０℃の温度に
加熱するＬＰＣＶＤ法などを用いて厚さ約１０００Åに
形成される。
【０００８】本発明の第２の工程は、表面に非結晶シリ
コン膜２が形成された絶縁性基板１を真空中または不活
性ガス中で加熱した状態でエキシマレーザなどの短パル
ス高エネルギービーム５を照射して非結晶シリコン膜２
を多結晶シリコン６化するところにある。（図２）
コン膜２が形成された絶縁性基板１を真空中または不活
性ガス中で加熱した状態でエキシマレーザなどの短パル
ス高エネルギービーム５を照射して非結晶シリコン膜２
を多結晶シリコン６化するところにある。（図２）
【０
００９】ここで基板１の加熱温度は非常に重要で、室温
より高く、望ましくは５０℃以上であって、且つその温
度は高ければ高いほど良いが、基板１の耐熱限界である
５５０℃程度までである。また短パルス高エネルギービ
ーム５としては、パルス幅１７〜１００ｎｓｅｃのＦ２
、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣＩエキシマレーザが使用可能
で、そのエネルギー密度としては、２００〜３００ｍＪ
／ｃｍ２が好適である。
００９】ここで基板１の加熱温度は非常に重要で、室温
より高く、望ましくは５０℃以上であって、且つその温
度は高ければ高いほど良いが、基板１の耐熱限界である
５５０℃程度までである。また短パルス高エネルギービ
ーム５としては、パルス幅１７〜１００ｎｓｅｃのＦ２
、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣＩエキシマレーザが使用可能
で、そのエネルギー密度としては、２００〜３００ｍＪ
／ｃｍ２が好適である。
【００１０】図３は波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレ
ーザを用い、そのエネルギー密度を３００ｍＪ／ｃｍ２
に設定した時の基板１の温度が高くなれば高くなる程、
粒径が大きくなっていることがわかる。
ーザを用い、そのエネルギー密度を３００ｍＪ／ｃｍ２
に設定した時の基板１の温度が高くなれば高くなる程、
粒径が大きくなっていることがわかる。
【００１１】図４はこの状態を電子顕微鏡で観察した１
０００００倍の表面顕微鏡写真を示しており、（Ａ）は
基板１温度が室温の場合、（Ｂ）は４００℃に加熱した
場合であって、加熱状態での結晶粒径の方が大きいこと
は明らかであろう。
０００００倍の表面顕微鏡写真を示しており、（Ａ）は
基板１温度が室温の場合、（Ｂ）は４００℃に加熱した
場合であって、加熱状態での結晶粒径の方が大きいこと
は明らかであろう。
【００１２】また図５はこのようにして多結晶化された
シリコン膜６の基板１加熱温度と電界効果移動度の関係
を示しており、図３と同様に加熱温度の上昇に伴って移
動度の向上が見られる。
シリコン膜６の基板１加熱温度と電界効果移動度の関係
を示しており、図３と同様に加熱温度の上昇に伴って移
動度の向上が見られる。
【００１３】このように短パルス高エネルギービーム５
を非結晶シリコン膜２に照射する際の基板１温度を高め
ることによってシリコン膜６の結晶性が良くなる。この
結晶性の向上の理由は、発明者等は理論的な熱伝導温度
分布解析より４００℃に加熱した場合の方が室温の場合
に比較してエネルギービーム４にて溶融されたシリコン
の平均凝固速度が約１／５になるため、結晶速度が遅く
なり、粒径が拡大するものと考察している。
を非結晶シリコン膜２に照射する際の基板１温度を高め
ることによってシリコン膜６の結晶性が良くなる。この
結晶性の向上の理由は、発明者等は理論的な熱伝導温度
分布解析より４００℃に加熱した場合の方が室温の場合
に比較してエネルギービーム４にて溶融されたシリコン
の平均凝固速度が約１／５になるため、結晶速度が遅く
なり、粒径が拡大するものと考察している。
【００１４】尚、非結晶シリコン膜１に含有せしめた水
素は、結晶化の促進の機能を果すものである。即ち、非
結晶シリコン膜０．２〜５％の水素を含有させれること
により、結晶粒内に高速結晶化に起因する結晶欠陥が少
なく、且つ粒界のポテンシャルバリアハイトの低い高移
動度の多結晶シリコン膜６が得られる。また上記した実
施例においては、絶縁性基板１として無アルカリガラス
３の表面にバッファ層４を設けたものを示したが、この
基板１として石英ガラスを用いればバッファ層４は不要
となると共に、さらに高温度にての処理が可能となり、
多結晶シリコンの平均粒径を大きくできるであろう。
素は、結晶化の促進の機能を果すものである。即ち、非
結晶シリコン膜０．２〜５％の水素を含有させれること
により、結晶粒内に高速結晶化に起因する結晶欠陥が少
なく、且つ粒界のポテンシャルバリアハイトの低い高移
動度の多結晶シリコン膜６が得られる。また上記した実
施例においては、絶縁性基板１として無アルカリガラス
３の表面にバッファ層４を設けたものを示したが、この
基板１として石英ガラスを用いればバッファ層４は不要
となると共に、さらに高温度にての処理が可能となり、
多結晶シリコンの平均粒径を大きくできるであろう。
【００１５】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、絶縁性
基板表面０．２〜５％の水素を含有する非結晶半導体膜
を形成し、該半導体膜を形成した基板を５０〜５５０℃
に加熱した状態で上記非結晶半導体膜に短パルス高エネ
ルギービーム照射しているので、非結晶半導体膜が大き
な粒径からなる多結晶半導体膜とすることができ、半導
体デバイスを作成する上で最も重要視される電界効果移
動度を高めることができる。
基板表面０．２〜５％の水素を含有する非結晶半導体膜
を形成し、該半導体膜を形成した基板を５０〜５５０℃
に加熱した状態で上記非結晶半導体膜に短パルス高エネ
ルギービーム照射しているので、非結晶半導体膜が大き
な粒径からなる多結晶半導体膜とすることができ、半導
体デバイスを作成する上で最も重要視される電界効果移
動度を高めることができる。
【図１】本発明方法の第１工程を示す断面図である。
【図２】本発明方法の第２工程をを示す断面図である。
【図３】基板加熱温度と平均粒径との関係を示すグラフ
である。
である。
【図４】レーザビーム照射後のシリコン膜表面の結晶状
態を示す顕微鏡写真図である。
態を示す顕微鏡写真図である。
【図５】基板加熱温度と電界効果移動度との関係を示す
グラフである。
グラフである。
１ 耐熱性基板
２ 非結晶シリコン膜
５ 短パルス高エネルギービーム
６ 多結晶シリコン膜
Claims (1)
- 【請求項１】 絶縁性基板表面に０．２〜５％の水素
を含有する非結晶半導体膜を形成し、該半導体膜を形成
した基板を５０〜５５０℃に加熱した状態で上記非結晶
半導体膜に短パルス高エネルギービームを照射してその
非結晶半導体膜を多結晶半導体膜化することを特徴とし
た多結晶半導体膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7862491A JPH04288817A (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 多結晶半導体膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7862491A JPH04288817A (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 多結晶半導体膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04288817A true JPH04288817A (ja) | 1992-10-13 |
Family
ID=13667039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7862491A Pending JPH04288817A (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 多結晶半導体膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04288817A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60245124A (ja) * | 1984-05-18 | 1985-12-04 | Sony Corp | 半導体装置の製法 |
| JPH01196116A (ja) * | 1988-02-01 | 1989-08-07 | Mitsui Toatsu Chem Inc | 多結晶シリコン薄膜の製法 |
-
1991
- 1991-03-18 JP JP7862491A patent/JPH04288817A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60245124A (ja) * | 1984-05-18 | 1985-12-04 | Sony Corp | 半導体装置の製法 |
| JPH01196116A (ja) * | 1988-02-01 | 1989-08-07 | Mitsui Toatsu Chem Inc | 多結晶シリコン薄膜の製法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19960910 |