JPH06216029A - シリコン膜の結晶化方法 - Google Patents
シリコン膜の結晶化方法Info
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- JPH06216029A JPH06216029A JP5265993A JP26599393A JPH06216029A JP H06216029 A JPH06216029 A JP H06216029A JP 5265993 A JP5265993 A JP 5265993A JP 26599393 A JP26599393 A JP 26599393A JP H06216029 A JPH06216029 A JP H06216029A
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- Photovoltaic Devices (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 シリコン膜を加熱溶融する際の温度制御が容
易で、結晶化又は再結晶化された多結晶シリコン膜内に
ストレスに起因した欠陥やクラック等が発生し難く、そ
の表面をより平坦にできるシリコン膜の結晶化方法を提
供すること。 【構成】 カーボンファイバー織布２１上にプラズマ溶
射法にて多結晶シリコン膜２２を製膜しこの表面にスピ
ンコート法により窒化シリコン膜２３を製膜する。次
に、窒化シリコン膜を１３００℃程度の条件でアニール
して結晶化させた後、全体をシリコンの融点（１４３０
℃）以上窒化シリコンの分解点（１８００℃）以下の温
度に加熱して多結晶シリコン膜を溶融し再結晶化させる
方法。そして、酸化シリコン膜を適用した従来法に較べ
て結晶化の際の温度範囲が広いためその温度制御が簡便
となり、かつ窒化シリコン膜のビッカース硬度が高いた
め結晶化後の多結晶シリコン膜表面を平坦にでき、また
窒化シリコンとシリコンとの熱膨張係数の差異が小さい
ためシリコン膜にストレスが生じ難い。
易で、結晶化又は再結晶化された多結晶シリコン膜内に
ストレスに起因した欠陥やクラック等が発生し難く、そ
の表面をより平坦にできるシリコン膜の結晶化方法を提
供すること。 【構成】 カーボンファイバー織布２１上にプラズマ溶
射法にて多結晶シリコン膜２２を製膜しこの表面にスピ
ンコート法により窒化シリコン膜２３を製膜する。次
に、窒化シリコン膜を１３００℃程度の条件でアニール
して結晶化させた後、全体をシリコンの融点（１４３０
℃）以上窒化シリコンの分解点（１８００℃）以下の温
度に加熱して多結晶シリコン膜を溶融し再結晶化させる
方法。そして、酸化シリコン膜を適用した従来法に較べ
て結晶化の際の温度範囲が広いためその温度制御が簡便
となり、かつ窒化シリコン膜のビッカース硬度が高いた
め結晶化後の多結晶シリコン膜表面を平坦にでき、また
窒化シリコンとシリコンとの熱膨張係数の差異が小さい
ためシリコン膜にストレスが生じ難い。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスタや太
陽電池等に適用される多結晶シリコン膜の製造方法に係
り、特に、耐熱性の基板上に製膜されたシリコン膜を加
熱溶融して結晶化する方法の改良に関するものである。
陽電池等に適用される多結晶シリコン膜の製造方法に係
り、特に、耐熱性の基板上に製膜されたシリコン膜を加
熱溶融して結晶化する方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種のシリコン膜として、従来、基板
上にＣＶＤ（化学的気相成長）法やスパッタリング法等
の製膜手段により形成された多結晶シリコン膜が広く利
用されている。しかし、このような方法にて製造された
多結晶シリコン膜は結晶粒径が小さくその電気的特性が
十分でないため、近年、耐熱性基板上に非晶質シリコン
膜を一旦製膜しこれを加熱溶融して結晶化したり、ある
いは、上記耐熱性基板上に多結晶シリコン膜を一旦製膜
しこれを加熱溶融して再結晶化する等シリコン膜の結晶
化方法が試みられている。
上にＣＶＤ（化学的気相成長）法やスパッタリング法等
の製膜手段により形成された多結晶シリコン膜が広く利
用されている。しかし、このような方法にて製造された
多結晶シリコン膜は結晶粒径が小さくその電気的特性が
十分でないため、近年、耐熱性基板上に非晶質シリコン
膜を一旦製膜しこれを加熱溶融して結晶化したり、ある
いは、上記耐熱性基板上に多結晶シリコン膜を一旦製膜
しこれを加熱溶融して再結晶化する等シリコン膜の結晶
化方法が試みられている。
【０００３】このような結晶化法を採ることにより多結
晶シリコン膜の結晶粒径が大きくなるため上記電気的特
性の改善は図れるが、その反面、シリコン膜の加熱溶融
時に表面張力等の作用によりシリコン膜表面が丸みを帯
び易く、結晶化又は再結晶化された多結晶シリコン膜表
面に波状の凹凸が形成されてしまう欠点があった。
晶シリコン膜の結晶粒径が大きくなるため上記電気的特
性の改善は図れるが、その反面、シリコン膜の加熱溶融
時に表面張力等の作用によりシリコン膜表面が丸みを帯
び易く、結晶化又は再結晶化された多結晶シリコン膜表
面に波状の凹凸が形成されてしまう欠点があった。
【０００４】そして、基板上に製膜された多結晶シリコ
ン膜表面を研摩等の手段で平坦にすることは通常困難な
ため、上記凹凸面の存在に起因して適用された薄膜トラ
ンジスタや太陽電池の特性が劣化し易い欠点があった。
ン膜表面を研摩等の手段で平坦にすることは通常困難な
ため、上記凹凸面の存在に起因して適用された薄膜トラ
ンジスタや太陽電池の特性が劣化し易い欠点があった。
【０００５】一方、このような弊害を改善する方法とし
て、上記シリコン膜表面に酸化シリコン膜を形成しこの
酸化シリコン膜の存在条件下においてシリコン膜を結晶
化又は再結晶化させる方法も開発されている。
て、上記シリコン膜表面に酸化シリコン膜を形成しこの
酸化シリコン膜の存在条件下においてシリコン膜を結晶
化又は再結晶化させる方法も開発されている。
【０００６】すなわち、この方法においては基板と酸化
シリコン膜とで上記シリコン膜を挟み込み、かつ、酸化
シリコンの軟化点以下の温度条件でシリコン膜を加熱溶
融することにより、上記酸化シリコン膜が作用して溶融
されたシリコン膜表面を物理的に規制し上記凹凸面の形
成を阻止するというものであった。
シリコン膜とで上記シリコン膜を挟み込み、かつ、酸化
シリコンの軟化点以下の温度条件でシリコン膜を加熱溶
融することにより、上記酸化シリコン膜が作用して溶融
されたシリコン膜表面を物理的に規制し上記凹凸面の形
成を阻止するというものであった。
【０００７】尚、酸化シリコンの軟化点がシリコンの融
点（１４３０℃）より高いことと、製膜されたシリコン
膜表面の酸化処理により上記酸化シリコン膜が連続的に
形成されシリコン膜と酸化シリコン膜との界面を一様に
制御できることから、上記結晶化方法においては規制材
料として酸化シリコン膜が適用されていた。
点（１４３０℃）より高いことと、製膜されたシリコン
膜表面の酸化処理により上記酸化シリコン膜が連続的に
形成されシリコン膜と酸化シリコン膜との界面を一様に
制御できることから、上記結晶化方法においては規制材
料として酸化シリコン膜が適用されていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、酸化シリコ
ン膜を利用するこの結晶化方法においては上記シリコン
膜を加熱溶融する際の温度制御が難しく、この温度制御
を誤ると酸化シリコン膜を利用しない結晶化方法と同様
に多結晶シリコン膜表面に波状の凹凸が形成されてしま
う問題点があった。
ン膜を利用するこの結晶化方法においては上記シリコン
膜を加熱溶融する際の温度制御が難しく、この温度制御
を誤ると酸化シリコン膜を利用しない結晶化方法と同様
に多結晶シリコン膜表面に波状の凹凸が形成されてしま
う問題点があった。
【０００９】すなわち、酸化シリコンの軟化点は１５８
０℃でありシリコンの融点（１４３０℃）との温度差は
１５０℃程度に過ぎないため、上記シリコン膜の加熱温
度がこの温度範囲を越えてしまった場合、シリコン膜と
共に酸化シリコン膜も軟化してしまいシリコン膜表面を
物理的に規制することが困難となる。
０℃でありシリコンの融点（１４３０℃）との温度差は
１５０℃程度に過ぎないため、上記シリコン膜の加熱温
度がこの温度範囲を越えてしまった場合、シリコン膜と
共に酸化シリコン膜も軟化してしまいシリコン膜表面を
物理的に規制することが困難となる。
【００１０】従って、酸化シリコン膜を利用したこの結
晶化方法においてはシリコン膜を加熱溶融する際の温度
制御を高精度で行わなければならない問題点があった。
晶化方法においてはシリコン膜を加熱溶融する際の温度
制御を高精度で行わなければならない問題点があった。
【００１１】また、シリコンの熱膨張係数（２．５×１
０-6〜４×１０-6／degree）に較べて酸化シリコンの熱
膨張係数は０．５×１０-6〜１×１０-6／degreeと小さ
いため、加熱溶融時における上記温度制御を高い精度で
行ったとしても結晶化された多結晶シリコン膜にはこれ
等材料間の熱膨張係数の差異に起因したストレスが生じ
易く、求められた多結晶シリコン膜内に欠陥やクラック
等が発生し易くなる問題点があった。
０-6〜４×１０-6／degree）に較べて酸化シリコンの熱
膨張係数は０．５×１０-6〜１×１０-6／degreeと小さ
いため、加熱溶融時における上記温度制御を高い精度で
行ったとしても結晶化された多結晶シリコン膜にはこれ
等材料間の熱膨張係数の差異に起因したストレスが生じ
易く、求められた多結晶シリコン膜内に欠陥やクラック
等が発生し易くなる問題点があった。
【００１２】本発明はこのような問題点に着目してなさ
れたもので、その課題とするところは、シリコン膜を加
熱溶融する際の温度制御が容易でかつ結晶化された多結
晶シリコン膜内に欠陥やクラック等が発生し難いと共に
この多結晶シリコン膜表面をより平坦化させるシリコン
膜の結晶化方法を提供することにある。
れたもので、その課題とするところは、シリコン膜を加
熱溶融する際の温度制御が容易でかつ結晶化された多結
晶シリコン膜内に欠陥やクラック等が発生し難いと共に
この多結晶シリコン膜表面をより平坦化させるシリコン
膜の結晶化方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１に係
る発明は、基板上に製膜された非晶質又は多結晶シリコ
ンを加熱溶融して結晶化又は再結晶化するシリコン膜の
結晶化方法を前提とし、上記シリコン膜を加熱溶融する
前にこのシリコン膜上に窒化シリコンの結晶膜を形成
し、かつ、窒化シリコンの分解点以下の温度条件で上記
シリコン膜を加熱溶融することを特徴とするものであ
る。
る発明は、基板上に製膜された非晶質又は多結晶シリコ
ンを加熱溶融して結晶化又は再結晶化するシリコン膜の
結晶化方法を前提とし、上記シリコン膜を加熱溶融する
前にこのシリコン膜上に窒化シリコンの結晶膜を形成
し、かつ、窒化シリコンの分解点以下の温度条件で上記
シリコン膜を加熱溶融することを特徴とするものであ
る。
【００１４】そして、この技術的手段においては、上記
シリコン膜表面の規制材料として従来の酸化シリコン膜
に変えて窒化シリコンの結晶膜を適用しているため、基
板上に製膜された非晶質又は多結晶シリコン膜を加熱溶
融する際の温度制御が容易になり、かつ、結晶化又は再
結晶化された多結晶シリコン膜内に欠陥やクラック等が
発生し難くなると共に、この多結晶シリコン膜表面をよ
り平坦にすることも可能となる。
シリコン膜表面の規制材料として従来の酸化シリコン膜
に変えて窒化シリコンの結晶膜を適用しているため、基
板上に製膜された非晶質又は多結晶シリコン膜を加熱溶
融する際の温度制御が容易になり、かつ、結晶化又は再
結晶化された多結晶シリコン膜内に欠陥やクラック等が
発生し難くなると共に、この多結晶シリコン膜表面をよ
り平坦にすることも可能となる。
【００１５】すなわち、結晶化された窒化シリコン膜は
上述した酸化シリコン膜と異なり軟化点を有さず、加熱
されると軟化せずにある温度において熱分解する性質を
有している。そして、その分解点は１８００℃と酸化シ
リコンの軟化点（１５８０℃）に較べて高いため、酸化
シリコンを適用した場合に較べてシリコンの融点（１４
３０℃）との温度差を３７０℃に広げることが可能とな
る。従って、非晶質又は多結晶シリコン膜を加熱溶融さ
せて結晶化又は再結晶化する際の設定温度を１４３０℃
〜１８００℃の範囲にすればよくその温度制御の簡便化
が図れる。
上述した酸化シリコン膜と異なり軟化点を有さず、加熱
されると軟化せずにある温度において熱分解する性質を
有している。そして、その分解点は１８００℃と酸化シ
リコンの軟化点（１５８０℃）に較べて高いため、酸化
シリコンを適用した場合に較べてシリコンの融点（１４
３０℃）との温度差を３７０℃に広げることが可能とな
る。従って、非晶質又は多結晶シリコン膜を加熱溶融さ
せて結晶化又は再結晶化する際の設定温度を１４３０℃
〜１８００℃の範囲にすればよくその温度制御の簡便化
が図れる。
【００１６】また、窒化シリコンの熱膨張係数は２×１
０-6〜３×１０-6／degreeでシリコンの熱膨張係数
（２．５×１０-6〜４×１０-6／degree）との差が小さ
いため、加熱溶融後において窒化シリコンの結晶膜と結
晶化又は再結晶化された多結晶シリコン膜との間にはス
トレスが生じ難くなる。従って、求められた多結晶シリ
コン膜内には欠陥やクラック等が発生し難くなるため結
晶性の改善が図れその電気的特性を大幅に向上させるこ
とが可能となる。
０-6〜３×１０-6／degreeでシリコンの熱膨張係数
（２．５×１０-6〜４×１０-6／degree）との差が小さ
いため、加熱溶融後において窒化シリコンの結晶膜と結
晶化又は再結晶化された多結晶シリコン膜との間にはス
トレスが生じ難くなる。従って、求められた多結晶シリ
コン膜内には欠陥やクラック等が発生し難くなるため結
晶性の改善が図れその電気的特性を大幅に向上させるこ
とが可能となる。
【００１７】更に、窒化シリコンのビッカース硬度は１
７００〜２７００ｋｇ／ｍｍと酸化シリコンのビッカー
ス硬度（５００〜７００ｋｇ／ｍｍ）に較べて高く、加
熱溶融されたシリコン膜表面に対する物理的規制力が強
く作用するため、結晶化又は再結晶化された多結晶シリ
コン膜表面をより平坦にすることも可能となる。
７００〜２７００ｋｇ／ｍｍと酸化シリコンのビッカー
ス硬度（５００〜７００ｋｇ／ｍｍ）に較べて高く、加
熱溶融されたシリコン膜表面に対する物理的規制力が強
く作用するため、結晶化又は再結晶化された多結晶シリ
コン膜表面をより平坦にすることも可能となる。
【００１８】ここで、この技術的手段においては基板上
に製膜された非晶質又は多結晶シリコン膜をその融点以
上に加熱して結晶化又は再結晶化させていることから、
この方法に適用される基板にはシリコンの融点（１４３
０℃）以上の耐熱性が要求される。このような基板材料
としてはグラファイト板、炭素−炭素複合材料（例え
ば、カーボンファイバーと炭化された樹脂成分とでその
主要部が構成されたもの等）、及び、カーボンファイバ
ー織布等のカーボン系材料が挙げられ、更に、セラミッ
クス基板等の適用も可能である。
に製膜された非晶質又は多結晶シリコン膜をその融点以
上に加熱して結晶化又は再結晶化させていることから、
この方法に適用される基板にはシリコンの融点（１４３
０℃）以上の耐熱性が要求される。このような基板材料
としてはグラファイト板、炭素−炭素複合材料（例え
ば、カーボンファイバーと炭化された樹脂成分とでその
主要部が構成されたもの等）、及び、カーボンファイバ
ー織布等のカーボン系材料が挙げられ、更に、セラミッ
クス基板等の適用も可能である。
【００１９】次に、上記基板上に非晶質又は多結晶シリ
コン膜を製膜する手段としては、一旦製膜した後に結晶
化又は再結晶化させて多結晶シリコン膜の結晶性を調整
する方式のため任意の製膜手段が適用できる。そのよう
な製膜手段としては、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ等のＣ
ＶＤ法やスパッタリング法等が例示できる。また、シリ
コン原子が含まれるシリコン原料を高温プラズマ中に導
入してこの原料を溶融又は分解し、この溶融又は分解物
を耐熱性基板上に製膜させてシリコン膜を形成するプラ
ズマ溶射法の適用も可能である。
コン膜を製膜する手段としては、一旦製膜した後に結晶
化又は再結晶化させて多結晶シリコン膜の結晶性を調整
する方式のため任意の製膜手段が適用できる。そのよう
な製膜手段としては、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ等のＣ
ＶＤ法やスパッタリング法等が例示できる。また、シリ
コン原子が含まれるシリコン原料を高温プラズマ中に導
入してこの原料を溶融又は分解し、この溶融又は分解物
を耐熱性基板上に製膜させてシリコン膜を形成するプラ
ズマ溶射法の適用も可能である。
【００２０】尚、上記プラズマ溶射法を適用した場合に
は、そのシリコン原料として分解され易いＳｉＨ4、Ｓ
ｉ2Ｈ6等のシラン化合物、ＳｉＨ2Ｃｌ2、ＳｉＨＣｌ3
等のハロゲン化珪素が適用できると共に、ＳｉＦ4 、Ｓ
ｉＣｌ4 、Ｓｉ2Ｆ6 、Ｓｉ2Ｃｌ6 、ＳｉＨxＦy 、及
び、ＳｉＨxＣｌy 等分解され難いガス状又は液状のハ
ロゲン化珪素が適用でき、更に、精製処理が不十分でか
つその粒径が約２００μｍ以下の金属級シリコン粒子
（ＭＧ・Ｓｉ，例えばＳｉ純度が９９％のもの）並びに
精製処理された太陽電池級シリコン粒子（ＳＯＧ，例え
ばＳｉ純度が９９．９９９９％のもの）等シリコン原子
を含有する粉状体についてもこれ等シリコン粒子中に含
まれる不純物が高温加熱処理により揮発成分となって除
去され易いためその適用が可能となる。また、このプラ
ズマ溶射法において上記高温プラズマ発生部内における
圧力条件は、この高温プラズマ発生部内へのシリコン原
料の供給のし易さや製造装置の構成の簡略化等を考慮し
て、通常、大気圧又は大気圧近傍（数百Ｔｏｒｒ）の条
件に設定されるが、これより低い条件、例えば数十Ｔｏ
ｒｒに設定しても当然のことながらよい。そして、高温
プラズマ発生部内の圧力条件をこのように低く設定した
場合、プラズマフレーム（プラズマ空間）が広がるため
シリコン原料の溶融又は分解物を上記基板の広い領域へ
供給することが可能となり、基板上に大面積でかつ膜質
均一なシリコン膜を形成できる利点を有している。但
し、プラズマ空間が広がることに伴いその単位体積当り
のエネルギー供給量が低下するため、プラズマ発生のた
めの投入電力を増大させることを要する。
は、そのシリコン原料として分解され易いＳｉＨ4、Ｓ
ｉ2Ｈ6等のシラン化合物、ＳｉＨ2Ｃｌ2、ＳｉＨＣｌ3
等のハロゲン化珪素が適用できると共に、ＳｉＦ4 、Ｓ
ｉＣｌ4 、Ｓｉ2Ｆ6 、Ｓｉ2Ｃｌ6 、ＳｉＨxＦy 、及
び、ＳｉＨxＣｌy 等分解され難いガス状又は液状のハ
ロゲン化珪素が適用でき、更に、精製処理が不十分でか
つその粒径が約２００μｍ以下の金属級シリコン粒子
（ＭＧ・Ｓｉ，例えばＳｉ純度が９９％のもの）並びに
精製処理された太陽電池級シリコン粒子（ＳＯＧ，例え
ばＳｉ純度が９９．９９９９％のもの）等シリコン原子
を含有する粉状体についてもこれ等シリコン粒子中に含
まれる不純物が高温加熱処理により揮発成分となって除
去され易いためその適用が可能となる。また、このプラ
ズマ溶射法において上記高温プラズマ発生部内における
圧力条件は、この高温プラズマ発生部内へのシリコン原
料の供給のし易さや製造装置の構成の簡略化等を考慮し
て、通常、大気圧又は大気圧近傍（数百Ｔｏｒｒ）の条
件に設定されるが、これより低い条件、例えば数十Ｔｏ
ｒｒに設定しても当然のことながらよい。そして、高温
プラズマ発生部内の圧力条件をこのように低く設定した
場合、プラズマフレーム（プラズマ空間）が広がるため
シリコン原料の溶融又は分解物を上記基板の広い領域へ
供給することが可能となり、基板上に大面積でかつ膜質
均一なシリコン膜を形成できる利点を有している。但
し、プラズマ空間が広がることに伴いその単位体積当り
のエネルギー供給量が低下するため、プラズマ発生のた
めの投入電力を増大させることを要する。
【００２１】一方、上記シリコン膜上に形成される窒化
シリコン膜はその分解点が高い結晶化された窒化シリコ
ンでこれを構成することを要する。
シリコン膜はその分解点が高い結晶化された窒化シリコ
ンでこれを構成することを要する。
【００２２】そして、このような窒化シリコンの結晶膜
をシリコン膜上に形成する手段としては、基板上に非晶
質又は多結晶シリコン膜を製膜した後にこの表面に窒素
ガスを作用させて連続的に窒化シリコン膜を形成する方
法や、シリコン膜の形成と同様にＣＶＤ法やスパッタリ
ング法で製膜してもよいし、あるいは、スピンコート方
式により製膜してもよい。尚、窒化シリコン膜を結晶化
させるにはこの窒化シリコン膜を製膜した後その表面を
１３００℃程度のアニール処理を施すことにより可能と
なる。
をシリコン膜上に形成する手段としては、基板上に非晶
質又は多結晶シリコン膜を製膜した後にこの表面に窒素
ガスを作用させて連続的に窒化シリコン膜を形成する方
法や、シリコン膜の形成と同様にＣＶＤ法やスパッタリ
ング法で製膜してもよいし、あるいは、スピンコート方
式により製膜してもよい。尚、窒化シリコン膜を結晶化
させるにはこの窒化シリコン膜を製膜した後その表面を
１３００℃程度のアニール処理を施すことにより可能と
なる。
【００２３】ここで、上記基板と窒化シリコンの結晶膜
とでシリコン膜を挟み込み、この状態で窒化シリコンの
分解点以下の温度条件で上記シリコン膜を加熱溶融する
ことによりシリコン膜の結晶化又は再結晶化は図れる
が、この結晶化処理後における窒化シリコン膜の取扱い
については求められた多結晶シリコン膜の用途に応じ任
意である。すなわち、適宜エッチャントを用い窒化シリ
コン膜のみを選択エッチングにより除去してもよいし、
そのまま残して絶縁膜として機能させてもよくその取扱
いは任意である。
とでシリコン膜を挟み込み、この状態で窒化シリコンの
分解点以下の温度条件で上記シリコン膜を加熱溶融する
ことによりシリコン膜の結晶化又は再結晶化は図れる
が、この結晶化処理後における窒化シリコン膜の取扱い
については求められた多結晶シリコン膜の用途に応じ任
意である。すなわち、適宜エッチャントを用い窒化シリ
コン膜のみを選択エッチングにより除去してもよいし、
そのまま残して絶縁膜として機能させてもよくその取扱
いは任意である。
【００２４】
【作用】請求項１に係る発明によれば、基板上に製膜さ
れた非晶質又は多結晶シリコン膜を加熱溶融する前にこ
のシリコン膜上に窒化シリコンの結晶膜を形成し、か
つ、窒化シリコンの分解点以下の温度条件で上記シリコ
ン膜を加熱溶融してシリコン膜の結晶化又は再結晶化処
理を行っている。
れた非晶質又は多結晶シリコン膜を加熱溶融する前にこ
のシリコン膜上に窒化シリコンの結晶膜を形成し、か
つ、窒化シリコンの分解点以下の温度条件で上記シリコ
ン膜を加熱溶融してシリコン膜の結晶化又は再結晶化処
理を行っている。
【００２５】このようにこの発明においては軟化点を有
さずその分解点が１８００℃の結晶化された窒化シリコ
ン膜をシリコン膜表面の規制材料として適用しているた
め、シリコン膜を加熱溶融させて結晶化又は再結晶化す
る際の設定温度を１４３０℃〜１８００℃の範囲にすれ
ばよくなりその温度制御の簡便化が図れる。
さずその分解点が１８００℃の結晶化された窒化シリコ
ン膜をシリコン膜表面の規制材料として適用しているた
め、シリコン膜を加熱溶融させて結晶化又は再結晶化す
る際の設定温度を１４３０℃〜１８００℃の範囲にすれ
ばよくなりその温度制御の簡便化が図れる。
【００２６】また、上記窒化シリコンの熱膨張係数は２
×１０-6〜３×１０-6／degreeでシリコンの熱膨張係数
（２．５×１０-6〜４×１０-6／degree）との差が小さ
いため、加熱溶融後において窒化シリコンの結晶膜と結
晶化又は再結晶化された多結晶シリコン膜との間にはス
トレスが生じ難くなる。従って、求められた多結晶シリ
コン膜内には欠陥やクラック等が発生し難くなるためそ
の電気的特性を大幅に向上させることが可能となる。
×１０-6〜３×１０-6／degreeでシリコンの熱膨張係数
（２．５×１０-6〜４×１０-6／degree）との差が小さ
いため、加熱溶融後において窒化シリコンの結晶膜と結
晶化又は再結晶化された多結晶シリコン膜との間にはス
トレスが生じ難くなる。従って、求められた多結晶シリ
コン膜内には欠陥やクラック等が発生し難くなるためそ
の電気的特性を大幅に向上させることが可能となる。
【００２７】更に、窒化シリコンのビッカース硬度は１
７００〜２７００ｋｇ／ｍｍと高く、加熱溶融されたシ
リコン膜表面に対する物理的規制力が強く作用するた
め、結晶化又は再結晶化された多結晶シリコン膜表面を
より平坦にすることも可能となる。
７００〜２７００ｋｇ／ｍｍと高く、加熱溶融されたシ
リコン膜表面に対する物理的規制力が強く作用するた
め、結晶化又は再結晶化された多結晶シリコン膜表面を
より平坦にすることも可能となる。
【００２８】
【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
る。
る。
【００２９】［実施例１］まず、図２に示すようにアー
クプラズマ並びに誘導プラズマを形成できる高温プラズ
マ発生部１と、この高温プラズマ発生部１に隣接して設
けられ内部に基材ホルダー７を備える反応室３とでその
主要部が構成される装置内にカーボンファイバー織布２
１を配置し、かつ、反応室３内を〜１０-3Torrまで真空
引きを行って反応室３内の空気等を排気した後、プラズ
マ点火後の急加熱や局所的過熱を防ぐため点火に先がけ
上記基材ホルダー７に設けられカーボンファイバー織布
２１を水平方向へ移動操作する移動機構（図示せず）を
作動させた。
クプラズマ並びに誘導プラズマを形成できる高温プラズ
マ発生部１と、この高温プラズマ発生部１に隣接して設
けられ内部に基材ホルダー７を備える反応室３とでその
主要部が構成される装置内にカーボンファイバー織布２
１を配置し、かつ、反応室３内を〜１０-3Torrまで真空
引きを行って反応室３内の空気等を排気した後、プラズ
マ点火後の急加熱や局所的過熱を防ぐため点火に先がけ
上記基材ホルダー７に設けられカーボンファイバー織布
２１を水平方向へ移動操作する移動機構（図示せず）を
作動させた。
【００３０】尚、上記カーボンファイバー織布２１に
は、以下の表１にその特性が示されている株式会社有沢
製作所のカーボンファイバークロス（商品名 ＣＦＳ
１１４０）が適用されている。
は、以下の表１にその特性が示されている株式会社有沢
製作所のカーボンファイバークロス（商品名 ＣＦＳ
１１４０）が適用されている。
【００３１】
【表１】 次に、プラズマ発生部１内へアルゴンガスと水素ガスを
導入すると共にプラズマ点火を行った。電源は最初に直
流を投入しその後に高周波を投入した。尚、高温プラズ
マフレームの形状はアルゴンガス、水素ガスの流量でか
なり変化するが安定した状態を比較的容易に得ることが
できた。また、この装置にはアルゴンガスと水素ガスの
導入口並びにシリコン原料の導入口に圧力制御弁が取付
けられ、かつ、反応室３の下流側には排気系４が設けら
れておりこれ等機構により反応室３内の圧力は〜５５０
Torrに保持されている。
導入すると共にプラズマ点火を行った。電源は最初に直
流を投入しその後に高周波を投入した。尚、高温プラズ
マフレームの形状はアルゴンガス、水素ガスの流量でか
なり変化するが安定した状態を比較的容易に得ることが
できた。また、この装置にはアルゴンガスと水素ガスの
導入口並びにシリコン原料の導入口に圧力制御弁が取付
けられ、かつ、反応室３の下流側には排気系４が設けら
れておりこれ等機構により反応室３内の圧力は〜５５０
Torrに保持されている。
【００３２】そして、上記カーボンファイバー織布２１
を高温プラズマと基材ホルダー７内に設けられた加熱手
段８により加熱してその表面温度が十分上昇しているこ
とを放射温度計を用いてモニターし、その表面温度が１
０００℃になった時点でシリコン原料の導入口から定量
のシリコン粒子６を導入してこのシリコン粒子６を高温
プラズマ中にて溶融させ、かつ、この溶融物をカーボン
ファイバー織布２１上へ供給してこのカーボンファイバ
ー織布２１上にシリコン粒子６の溶融物を製膜させた。
この製膜処理を２〜３分間行い、かつ、シリコン粒子６
の供給停止後も高周波を投入してアルゴンの高温プラズ
マを継続させ５〜１０分程度の冷却制御を行い膜厚１mm
程度の多結晶シリコン膜２２を形成した（図１参照）。
を高温プラズマと基材ホルダー７内に設けられた加熱手
段８により加熱してその表面温度が十分上昇しているこ
とを放射温度計を用いてモニターし、その表面温度が１
０００℃になった時点でシリコン原料の導入口から定量
のシリコン粒子６を導入してこのシリコン粒子６を高温
プラズマ中にて溶融させ、かつ、この溶融物をカーボン
ファイバー織布２１上へ供給してこのカーボンファイバ
ー織布２１上にシリコン粒子６の溶融物を製膜させた。
この製膜処理を２〜３分間行い、かつ、シリコン粒子６
の供給停止後も高周波を投入してアルゴンの高温プラズ
マを継続させ５〜１０分程度の冷却制御を行い膜厚１mm
程度の多結晶シリコン膜２２を形成した（図１参照）。
【００３３】 （製 膜 条 件） 反応室内の圧力 〜５５０Ｔｏｒｒ ＤＣプラズマ投入電力 ５ＫＷ ＲＦプラズマ投入電力 ３０ＫＷ アルゴンガス流量 ６０〜８０リットル／ｍｉｎ 水素ガス流量 ２〜４リットル／ｍｉｎ シリコン粒子の粒径 ７５〜１５０μｍ シリコン粒子の供給量 １ｇ／ｍｉｎ 高温プラズマ発生部と織布間距離 １０〜２０ｃｍ 次に、多結晶シリコン膜２２が製膜されたカーボンファ
イバー織布２１を上記装置から取出し、この多結晶シリ
コン膜２２上に窒化シリコンの前駆体が溶解された溶液
（東燃株式会社製 ペルヒドロポリシラザンの２０％キ
シレン溶液）を２０００ｒｐｍの条件でスピンコート方
式により５０００オングストロームの膜厚に塗布し、か
つ硬化させ、更に焼成させて図１に示すような窒化シリ
コン膜２３を製膜した。
イバー織布２１を上記装置から取出し、この多結晶シリ
コン膜２２上に窒化シリコンの前駆体が溶解された溶液
（東燃株式会社製 ペルヒドロポリシラザンの２０％キ
シレン溶液）を２０００ｒｐｍの条件でスピンコート方
式により５０００オングストロームの膜厚に塗布し、か
つ硬化させ、更に焼成させて図１に示すような窒化シリ
コン膜２３を製膜した。
【００３４】次いで、上記多結晶シリコン膜２２と窒化
シリコン膜２３が製膜されたカーボンファイバー織布２
１を上記装置内に再度導入し、かつ、上記加熱手段８を
作用させて窒化シリコン膜２３のアニール処理を施し約
１３００℃の条件でこの窒化シリコン膜２３を結晶化さ
せた後、この加熱手段８の出力を上げて結晶化された窒
化シリコン膜２３の表面温度がシリコンの融点（１４３
０℃）以上になるまで加熱しこの窒化シリコン膜２３に
隣接する多結晶シリコン膜２２を融解させた。そして、
上記多結晶シリコン膜２２が完全に溶融した後、上記加
熱手段８の出力を徐々に下げながら５〜１０分程度の冷
却制御を行い多結晶シリコン膜２２を再結晶化させた。
シリコン膜２３が製膜されたカーボンファイバー織布２
１を上記装置内に再度導入し、かつ、上記加熱手段８を
作用させて窒化シリコン膜２３のアニール処理を施し約
１３００℃の条件でこの窒化シリコン膜２３を結晶化さ
せた後、この加熱手段８の出力を上げて結晶化された窒
化シリコン膜２３の表面温度がシリコンの融点（１４３
０℃）以上になるまで加熱しこの窒化シリコン膜２３に
隣接する多結晶シリコン膜２２を融解させた。そして、
上記多結晶シリコン膜２２が完全に溶融した後、上記加
熱手段８の出力を徐々に下げながら５〜１０分程度の冷
却制御を行い多結晶シリコン膜２２を再結晶化させた。
【００３５】この様にして求められた多結晶シリコン膜
２３についてＴＥＭ観察を行ったところ、膜厚１mm程度
でその結晶粒径は数ｍｍ程度に達していることが確認で
き、かつ、その膜特性も均一になっていることが確認さ
れた。
２３についてＴＥＭ観察を行ったところ、膜厚１mm程度
でその結晶粒径は数ｍｍ程度に達していることが確認で
き、かつ、その膜特性も均一になっていることが確認さ
れた。
【００３６】［実施例２］上記反応室内の圧力を略６０
Ｔｏｒｒに設定すると共にＤＣプラズマ投入電力を１０
ＫＷ、ＲＦプラズマ投入電力を５０ＫＷに設定した点を
除き実施例１と略同一の条件で多結晶シリコン膜を製膜
し、かつ、この多結晶シリコン膜を実施例１と同一の条
件で再結晶化させた。
Ｔｏｒｒに設定すると共にＤＣプラズマ投入電力を１０
ＫＷ、ＲＦプラズマ投入電力を５０ＫＷに設定した点を
除き実施例１と略同一の条件で多結晶シリコン膜を製膜
し、かつ、この多結晶シリコン膜を実施例１と同一の条
件で再結晶化させた。
【００３７】そして、この多結晶シリコン膜についてＴ
ＥＭ観察を行ったところ、実施例１に係る多結晶シリコ
ン膜と略同一の特性を有していることが確認された。
ＥＭ観察を行ったところ、実施例１に係る多結晶シリコ
ン膜と略同一の特性を有していることが確認された。
【００３８】
【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、結晶化の
際のシリコン膜表面の規制材料として従来の酸化シリコ
ン膜に変えて窒化シリコンの結晶膜を適用しているた
め、基板上に製膜されたシリコン膜を加熱溶融する際の
温度制御が容易になり、かつ、結晶化又は再結晶化され
た多結晶シリコン膜内に欠陥やクラック等が発生し難く
なると共に、この多結晶シリコン膜表面をより平坦にす
ることも可能となる。
際のシリコン膜表面の規制材料として従来の酸化シリコ
ン膜に変えて窒化シリコンの結晶膜を適用しているた
め、基板上に製膜されたシリコン膜を加熱溶融する際の
温度制御が容易になり、かつ、結晶化又は再結晶化され
た多結晶シリコン膜内に欠陥やクラック等が発生し難く
なると共に、この多結晶シリコン膜表面をより平坦にす
ることも可能となる。
【００３９】従って、その電気的特性が良好でしかも表
面平坦な多結晶シリコン膜を簡便に提供できる効果を有
している。
面平坦な多結晶シリコン膜を簡便に提供できる効果を有
している。
【図１】実施例に係るシリコン膜の結晶化方法を説明す
るシリコン膜の断面図。
るシリコン膜の断面図。
【図２】実施例に係る結晶化方法に適用された装置の構
成概念図。
成概念図。
２１ カーボンファイバー織布 ２２ 多結晶シリコン膜 ２３ 窒化シリコン膜
Claims (1)
- 【請求項１】基板上に製膜された非晶質又は多結晶シリ
コン膜を加熱溶融して結晶化又は再結晶化するシリコン
膜の結晶化方法において、 上記シリコン膜を加熱溶融する前にこのシリコン膜上に
窒化シリコンの結晶膜を形成し、かつ、窒化シリコンの
分解点以下の温度条件で上記シリコン膜を加熱溶融する
ことを特徴とするシリコン膜の結晶化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5265993A JPH06216029A (ja) | 1992-11-30 | 1993-10-25 | シリコン膜の結晶化方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32003392 | 1992-11-30 | ||
| JP4-320033 | 1992-11-30 | ||
| JP5265993A JPH06216029A (ja) | 1992-11-30 | 1993-10-25 | シリコン膜の結晶化方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06216029A true JPH06216029A (ja) | 1994-08-05 |
Family
ID=26547253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5265993A Pending JPH06216029A (ja) | 1992-11-30 | 1993-10-25 | シリコン膜の結晶化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06216029A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005079445A (ja) * | 2003-09-02 | 2005-03-24 | Tadahiro Omi | 半導体装置及びその製造方法 |
-
1993
- 1993-10-25 JP JP5265993A patent/JPH06216029A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005079445A (ja) * | 2003-09-02 | 2005-03-24 | Tadahiro Omi | 半導体装置及びその製造方法 |
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