JP2856533B2 - 多結晶シリコン薄膜の製造方法 - Google Patents
多結晶シリコン薄膜の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は多結晶シリコン薄膜の製造方法に係り、特に
固相成長法を用いた多結晶シリコン薄膜の製造方法に関
する。
固相成長法を用いた多結晶シリコン薄膜の製造方法に関
する。
(従来の技術) 近年、多結晶シリコン薄膜を用いた多結晶シリコン薄
膜トランジスタ等の能動素子は、非晶質シリコン膜を用
いた薄膜トランジスタ等の能動素子に比べて動作速度が
大幅に改善されることから注目を集めており、特に密着
センサあるいは液晶表示装置の駆動回路部への適用が期
待されている。
膜トランジスタ等の能動素子は、非晶質シリコン膜を用
いた薄膜トランジスタ等の能動素子に比べて動作速度が
大幅に改善されることから注目を集めており、特に密着
センサあるいは液晶表示装置の駆動回路部への適用が期
待されている。
このような密着センサあるいは液晶表示装置の駆動回
路部に使用される能動素子の動作速度としては、少なく
とも8MHz〜10MHz以上が要求される。
路部に使用される能動素子の動作速度としては、少なく
とも8MHz〜10MHz以上が要求される。
そして、このような要求に応えるためには高い電子移
動度が必要となるため、少なくとも50cm2/V・S以上の
結晶粒径が必要となってくる。
動度が必要となるため、少なくとも50cm2/V・S以上の
結晶粒径が必要となってくる。
ところで、多結晶シリコン薄膜を製造する方法として
は、各方面で研究が進められており、大別して液晶成長
法と固相成長法に分類される。
は、各方面で研究が進められており、大別して液晶成長
法と固相成長法に分類される。
液晶成長法は、例えば電子ビーム蒸着、スパッタ等の
物理的薄膜堆積、あるいは減圧C.V.D.(Chemical Vapor
Deposit)、プラズマC.V.D.等の化学的薄膜堆積により
得られる多結晶シリコンあるいは非晶質シリコンを融点
温度以上にレーザービームあるいは電子ビーム等を照射
し溶融状態とした後に、冷却させることにより再結晶化
させるものである。
物理的薄膜堆積、あるいは減圧C.V.D.(Chemical Vapor
Deposit)、プラズマC.V.D.等の化学的薄膜堆積により
得られる多結晶シリコンあるいは非晶質シリコンを融点
温度以上にレーザービームあるいは電子ビーム等を照射
し溶融状態とした後に、冷却させることにより再結晶化
させるものである。
固相成長法は、上述したような物理的薄膜堆積あるい
は化学的薄膜堆積により得られた多結晶シリコンあるい
は非晶質シリコン中に更にイオン注入された非晶質シリ
コンを550〜650℃といった融点以下の温度に数時間保つ
ことにより、結晶粒径の大きな多結晶シリコン膜を得る
ものである。
は化学的薄膜堆積により得られた多結晶シリコンあるい
は非晶質シリコン中に更にイオン注入された非晶質シリ
コンを550〜650℃といった融点以下の温度に数時間保つ
ことにより、結晶粒径の大きな多結晶シリコン膜を得る
ものである。
(発明が解決しようとする課題) ところで、上述した液相成長法は多結晶シリコンある
いは非晶質シリコンを溶融した後に再結晶化させること
から結晶性の良い多結晶シリコン膜が得られるが、一度
溶融状態とすることから不純物の取り込みも多くなる。
このため、純度の低い多結晶シリコン膜となるため、薄
膜トランジスタ等の能動素子に適用した場合、信頼性の
高い動作が得られないといった欠点がある。
いは非晶質シリコンを溶融した後に再結晶化させること
から結晶性の良い多結晶シリコン膜が得られるが、一度
溶融状態とすることから不純物の取り込みも多くなる。
このため、純度の低い多結晶シリコン膜となるため、薄
膜トランジスタ等の能動素子に適用した場合、信頼性の
高い動作が得られないといった欠点がある。
これに対して固相成長法は、製造途中での膜中への不
純物の混入がないことから良好な多結晶シリコン膜が得
られるものの、液相成長法に比べて結晶性の良好な膜が
得られないといた欠点がある。
純物の混入がないことから良好な多結晶シリコン膜が得
られるものの、液相成長法に比べて結晶性の良好な膜が
得られないといた欠点がある。
本願発明は上記した課題に鑑がみ成されたもので、新
規な固相成長法を用いた多結晶シリコン膜の製造方法を
提供するもので、特に従来では得られなかった結晶性が
良く、薄膜トランジスタ等の能動素子に最適な多結晶シ
リコン膜の製造方法を提供するものである。
規な固相成長法を用いた多結晶シリコン膜の製造方法を
提供するもので、特に従来では得られなかった結晶性が
良く、薄膜トランジスタ等の能動素子に最適な多結晶シ
リコン膜の製造方法を提供するものである。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明の多結晶シリコン薄膜の製造方法は、非晶質シ
リコン膜を加熱し固相成長させることにより多結晶シリ
コン膜を製造する多結晶シリコン薄膜の製造方法であっ
て、非晶質シリコン膜の屈折率(n)、消衰係数(k)
が、波長250nmにおいて、n=1.88±0.01,k=3.41±0.0
1,波長300nmにおいて、n=3.18±0.01,k=3.70±0.01,
波長350nmにおいて、n=4.44±0.01,k=3.16±0.01,波
長400nmにおいて、n=5.00±0.01,k=2.22±0.01,波長
450nmにおいて、n=5.07±0.01,k=1.47±0.01,波長55
0nmにおいて、n=4.80±0.01,k=0.63±0.01,波長600n
mにおいて、n=4.65±0.01,k=0.38±0.01,波長650nm
において、n=4.52±0.01,k=0.17±0.01,波長700nmに
おいて、n=4.43±0.01,k=0.03±0.01,波長750nmにお
いて、n=4.35±0.01,k=0.01±0.01,波長800nmにおい
て、n=4.30±0.01,k=0.01±0.01,波長850nmにおい
て、n=4.25±0.01,k=0.01±0.01,であることを特徴
としたものである。
リコン膜を加熱し固相成長させることにより多結晶シリ
コン膜を製造する多結晶シリコン薄膜の製造方法であっ
て、非晶質シリコン膜の屈折率(n)、消衰係数(k)
が、波長250nmにおいて、n=1.88±0.01,k=3.41±0.0
1,波長300nmにおいて、n=3.18±0.01,k=3.70±0.01,
波長350nmにおいて、n=4.44±0.01,k=3.16±0.01,波
長400nmにおいて、n=5.00±0.01,k=2.22±0.01,波長
450nmにおいて、n=5.07±0.01,k=1.47±0.01,波長55
0nmにおいて、n=4.80±0.01,k=0.63±0.01,波長600n
mにおいて、n=4.65±0.01,k=0.38±0.01,波長650nm
において、n=4.52±0.01,k=0.17±0.01,波長700nmに
おいて、n=4.43±0.01,k=0.03±0.01,波長750nmにお
いて、n=4.35±0.01,k=0.01±0.01,波長800nmにおい
て、n=4.30±0.01,k=0.01±0.01,波長850nmにおい
て、n=4.25±0.01,k=0.01±0.01,であることを特徴
としたものである。
(作 用) 本発明者等は、固相成長法における出発材料である非
晶質シリコンと、これにより製造された多結晶シリコン
薄膜との相関を種々の方向から検討したところ、次のよ
うな事実が明らかになった。
晶質シリコンと、これにより製造された多結晶シリコン
薄膜との相関を種々の方向から検討したところ、次のよ
うな事実が明らかになった。
即ち、出発材料である非晶質シリコンの膜のボイドが
小さいほど、即ち緻密度が高いものほど、最終的に製造
される多結晶シリコン薄膜の各結晶の粒径は大きなもの
が得られる。
小さいほど、即ち緻密度が高いものほど、最終的に製造
される多結晶シリコン薄膜の各結晶の粒径は大きなもの
が得られる。
出発材料として用いられる膜の緻密度が高い非晶質シ
リコンの最隣接原子間距離は、緻密度の低い非晶質シリ
コンに比べて狭いものである。このため、膜の緻密度が
高い非晶質シリコンの原子間の結合エネルギーは高く、
原子間の結合は切れにくい状態となっている。
リコンの最隣接原子間距離は、緻密度の低い非晶質シリ
コンに比べて狭いものである。このため、膜の緻密度が
高い非晶質シリコンの原子間の結合エネルギーは高く、
原子間の結合は切れにくい状態となっている。
このため、膜の緻密度が高い非晶質シリコンでは、固
相成長時の自己拡散が行われにくく、結晶核の発生頻度
は膜の緻密度の低い非晶質シリコンに比べて少ないもの
となる。
相成長時の自己拡散が行われにくく、結晶核の発生頻度
は膜の緻密度の低い非晶質シリコンに比べて少ないもの
となる。
従って、膜の緻密度が高い非晶質シリコンを出発材料
とすると、結晶核の発生頻度が低いことから、発生した
結晶核は隣接する結晶核の成長を妨げることなく、十分
な結晶成長を遂げることが可能となる。
とすると、結晶核の発生頻度が低いことから、発生した
結晶核は隣接する結晶核の成長を妨げることなく、十分
な結晶成長を遂げることが可能となる。
また、膜の緻密度が高い非晶質シリコンを出発材料と
すると、結晶核から少ない距離内に多数のシリコン原子
が存在するため、一度結晶核が発生してしまうと結晶成
長は急速に進行することとなる。
すると、結晶核から少ない距離内に多数のシリコン原子
が存在するため、一度結晶核が発生してしまうと結晶成
長は急速に進行することとなる。
このような理由により、出発材料である非晶質シリコ
ンの膜の緻密度が高いものほど、最終的に製造される多
結晶シリコン薄膜の各結晶の粒径は大きなものが得ら
れ、また固相成長に要する時間も従来に比べて大きく変
わることがない。
ンの膜の緻密度が高いものほど、最終的に製造される多
結晶シリコン薄膜の各結晶の粒径は大きなものが得ら
れ、また固相成長に要する時間も従来に比べて大きく変
わることがない。
また、本発明者等は、出発材料である非晶質シリコン
の膜の緻密度は分光エリプソメータにより求められる屈
折率(n)および消衰係数(k)により如実に示される
ことを見出だした。
の膜の緻密度は分光エリプソメータにより求められる屈
折率(n)および消衰係数(k)により如実に示される
ことを見出だした。
そして、更に種々の実験を行ったところ、特に出発材
料である非晶質シリコンの各波長に対する屈折率(n)
および消衰係数(k)が所定の範囲であることが結晶性
の良好な多結晶シリコン薄膜を得るための必須の条件と
なることを見出だした。
料である非晶質シリコンの各波長に対する屈折率(n)
および消衰係数(k)が所定の範囲であることが結晶性
の良好な多結晶シリコン薄膜を得るための必須の条件と
なることを見出だした。
非晶質シリコンの膜の緻密度は非晶質シリコンの膜中
のボイド量により決定されるものと考えられ、この膜中
のボイド量は分光エリプソメータにより求められる屈折
率(n)および消衰係数(k)に大きく影響するためと
考えられる。
のボイド量により決定されるものと考えられ、この膜中
のボイド量は分光エリプソメータにより求められる屈折
率(n)および消衰係数(k)に大きく影響するためと
考えられる。
尚、本明細書中の屈折率(n)および消衰係数(k)
は、自動分光エリプソメータ(SOPRA社製;Multi−Optic
al−Spectrometric−Scanner Model ES−4G)により求
めたものである。
は、自動分光エリプソメータ(SOPRA社製;Multi−Optic
al−Spectrometric−Scanner Model ES−4G)により求
めたものである。
そして、波長に対して屈折率(n)が上述の範囲より
も小さいことは、膜中のボイド量が多いことを意味する
もので、結晶性の良好な多結晶シリコン薄膜が得られな
くなってしまう、逆に、屈折率(n)が上述した範囲よ
りも大きいと結晶性の良好な多結晶シリコン薄膜が得ら
れるものの、このような出発材料である非晶質シリコン
を形成することが困難となるためである。
も小さいことは、膜中のボイド量が多いことを意味する
もので、結晶性の良好な多結晶シリコン薄膜が得られな
くなってしまう、逆に、屈折率(n)が上述した範囲よ
りも大きいと結晶性の良好な多結晶シリコン薄膜が得ら
れるものの、このような出発材料である非晶質シリコン
を形成することが困難となるためである。
また、消衰係数(k)についても同様に、上述の範囲
よりも小さいと結晶性の良好な多結晶シリコン薄膜が得
られなくなり、逆に上述の範囲よりも大きな非晶質シリ
コンを形成することは技術的に困難なためである。
よりも小さいと結晶性の良好な多結晶シリコン薄膜が得
られなくなり、逆に上述の範囲よりも大きな非晶質シリ
コンを形成することは技術的に困難なためである。
本発明は、上述したように各波長に対して屈折率
(n)および消衰係数(k)が所定の範囲の緻密な非晶
質シリコンの膜を出発材料として固相成長させることに
より、従来と同様に製造したものであっても良好な結晶
性の多結晶シリコン薄膜が得られるものである。
(n)および消衰係数(k)が所定の範囲の緻密な非晶
質シリコンの膜を出発材料として固相成長させることに
より、従来と同様に製造したものであっても良好な結晶
性の多結晶シリコン薄膜が得られるものである。
また、上述した緻密な非晶質シリコンを得る方法とし
ては、従来公知の方法の各条件を適宜変更することによ
り得ることができるが、特にシランガスあるいはジシラ
ンガスを用いた減圧C.V.D.、プラズマC.V.D,等の化学的
薄膜堆積によるもの、あるいは多結晶シリコン中ににシ
リコンイオン、水素化シリコンイオン、弗化シリコンイ
オン等のイオン注入し非晶質化させる方法等が良い。
ては、従来公知の方法の各条件を適宜変更することによ
り得ることができるが、特にシランガスあるいはジシラ
ンガスを用いた減圧C.V.D.、プラズマC.V.D,等の化学的
薄膜堆積によるもの、あるいは多結晶シリコン中ににシ
リコンイオン、水素化シリコンイオン、弗化シリコンイ
オン等のイオン注入し非晶質化させる方法等が良い。
(実 施 例) 以下、本発明の一実施例の多結晶シリコン薄膜の製造
方法について詳述する。
方法について詳述する。
(具体例) 減圧C.V.D.装置により、反応ガスにジシランを用い、
成膜温度470℃,ガス圧0.8torrの条件により絶縁性基板
上に表1に示すような各波長に対する屈折率(n)およ
び消衰係数(k)を有する非晶質シリコン膜を0.2ミク
ロンの膜厚で堆積させた。
成膜温度470℃,ガス圧0.8torrの条件により絶縁性基板
上に表1に示すような各波長に対する屈折率(n)およ
び消衰係数(k)を有する非晶質シリコン膜を0.2ミク
ロンの膜厚で堆積させた。
ここで、各波長に対する屈折率(n)および消衰係数
(k)の測定は、自動分光エリプソメータ(SOPRA社
製)を用いて求めたものである。
(k)の測定は、自動分光エリプソメータ(SOPRA社
製)を用いて求めたものである。
この緻密度から非晶質シリコン膜の最隣接原子間距離
を算出すると2.38オングストロームとなり、単結晶シリ
コン膜の最隣接原子間距離である2.35オングストローム
に非常に近いことがわかる。
を算出すると2.38オングストロームとなり、単結晶シリ
コン膜の最隣接原子間距離である2.35オングストローム
に非常に近いことがわかる。
そして、600℃の基板温度に24時間保持し、固相成長
させて多結晶シリコン薄膜を得た。このようにして得ら
れた多結晶シリコン薄膜の結晶粒径を測定したところ、
結晶粒径2.0〜3.0ミクロンの結晶性の良い多結晶シリコ
ン薄膜が得られていた。
させて多結晶シリコン薄膜を得た。このようにして得ら
れた多結晶シリコン薄膜の結晶粒径を測定したところ、
結晶粒径2.0〜3.0ミクロンの結晶性の良い多結晶シリコ
ン薄膜が得られていた。
(比較例) 減圧C.V.D.装置により、反応ガスにシランを用い、成
膜温度550℃,ガス圧0.4torrの条件により絶縁性基板上
に表1に示すような各波長に対する屈折率(n)および
消衰係数(k)を有する非晶質シリコン膜を0.2ミクロ
ンの膜厚で堆積させた。
膜温度550℃,ガス圧0.4torrの条件により絶縁性基板上
に表1に示すような各波長に対する屈折率(n)および
消衰係数(k)を有する非晶質シリコン膜を0.2ミクロ
ンの膜厚で堆積させた。
ここで、各波長に対する屈折率(n)および消衰係数
(k)の測定は、上述した具体例と同様に自動分光エリ
プソメータを用いて求めたものである。
(k)の測定は、上述した具体例と同様に自動分光エリ
プソメータを用いて求めたものである。
この緻密度から非晶質シリコン膜の最隣接原子間距離
を算出すると2.43オングストロームとなり、具体例に比
べてかなり大きいことがわかる。
を算出すると2.43オングストロームとなり、具体例に比
べてかなり大きいことがわかる。
そして、具体例と同様に600℃の基板温度に24時間保
持し、固相成長させて多結晶シリコン薄膜を得た。この
ようにして得られた多結晶シリコン薄膜の結晶粒径を測
定したところ、結晶粒径0.1ミクロンの多結晶シリコン
薄膜が得られていた。
持し、固相成長させて多結晶シリコン薄膜を得た。この
ようにして得られた多結晶シリコン薄膜の結晶粒径を測
定したところ、結晶粒径0.1ミクロンの多結晶シリコン
薄膜が得られていた。
上述した具体例および比較例から明らかなように、固
相成長の出発材料である非晶質シリコンの各波長に対す
る屈折率(n)および消衰係数(k)を所定の範囲とす
ることにより、結晶性が良好な多結晶シリコン薄膜を容
易に製造することができる。
相成長の出発材料である非晶質シリコンの各波長に対す
る屈折率(n)および消衰係数(k)を所定の範囲とす
ることにより、結晶性が良好な多結晶シリコン薄膜を容
易に製造することができる。
また、上述した具体例以外にも、例えば減圧C.V.D.装
置により非晶質シリコン膜あるいは多結晶シリコン薄膜
を形成した後に所定の条件でシリコンイオンを膜中に注
入する方法も本発明を実現するための比較的容易な方法
の一つである。
置により非晶質シリコン膜あるいは多結晶シリコン薄膜
を形成した後に所定の条件でシリコンイオンを膜中に注
入する方法も本発明を実現するための比較的容易な方法
の一つである。
[発明の効果] 以上詳述したように、本発明の多結晶シリコン薄膜の
製造方法によれば、固相成長法の欠点であった結晶粒径
の大きな多結晶シリコン薄膜が得にくいといった欠点を
解消し、液相成長法と同等に良好な多結晶シリコン薄膜
を得ることができた。
製造方法によれば、固相成長法の欠点であった結晶粒径
の大きな多結晶シリコン薄膜が得にくいといった欠点を
解消し、液相成長法と同等に良好な多結晶シリコン薄膜
を得ることができた。
また、液相成長法に比べて膜中への不純物の混入もな
く、純度の高い多結晶シリコン薄膜が得られるものであ
る。
く、純度の高い多結晶シリコン薄膜が得られるものであ
る。
Claims (1)
- 【請求項1】非晶質シリコン膜を加熱し固相成長させる
ことにより多結晶シリコン膜を製造する多結晶シリコン
薄膜の製造方法において、 前記非晶質シリコン膜の屈折率(n)、消衰係数(k)
が 波長250nmにおいて、n=1.88±0.01,k=3.41±0.01, 波長300nmにおいて、n=3.18±0.01,k=3.70±0.01, 波長350nmにおいて、n=4.44±0.01,k=3.16±0.01, 波長400nmにおいて、n=5.00±0.01,k=2.22±0.01, 波長450nmにおいて、n=5.07±0.01,k=1.47±0.01, 波長500nmにおいて、n=4.96±0.01,k=0.97±0.01, 波長550nmにおいて、n=4.80±0.01,k=0.63±0.01, 波長600nmにおいて、n=4.65±0.01,k=0.38±0.01, 波長650nmにおいて、n=4.52±0.01,k=0.17±0.01, 波長700nmにおいて、n=4.43±0.01,k=0.03±0.01, 波長750nmにおいて、n=4.35±0.01,k=0.01±0.01, 波長800nmにおいて、n=4.30±0.01,k=0.01±0.01, 波長850nmにおいて、n=4.25±0.01,k=0.01±0.01, であることを特徴とした多結晶シリコン薄膜の製造方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26625490A JP2856533B2 (ja) | 1990-10-05 | 1990-10-05 | 多結晶シリコン薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26625490A JP2856533B2 (ja) | 1990-10-05 | 1990-10-05 | 多結晶シリコン薄膜の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04144122A JPH04144122A (ja) | 1992-05-18 |
JP2856533B2 true JP2856533B2 (ja) | 1999-02-10 |
Family
ID=17428423
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26625490A Expired - Fee Related JP2856533B2 (ja) | 1990-10-05 | 1990-10-05 | 多結晶シリコン薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2856533B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR970006723B1 (ko) * | 1993-09-07 | 1997-04-29 | 한국과학기술원 | 입자 크기가 큰 다결정 규소 박막의 제조방법 |
KR20240046868A (ko) * | 2021-09-02 | 2024-04-11 | 파나소닉 아이피 매니지먼트 가부시키가이샤 | 레이저 어닐링 장치 및 레이저 어닐링 방법 |
-
1990
- 1990-10-05 JP JP26625490A patent/JP2856533B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04144122A (ja) | 1992-05-18 |
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