JP3453214B2 - 触媒ｃｖｄ法による薄膜トランジスタの製造方法および薄膜トランジスタ - Google Patents
触媒ｃｖｄ法による薄膜トランジスタの製造方法および薄膜トランジスタInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は触媒ＣＶＤ法によるシリ
コン薄膜の生成方法およびシリコン薄膜トランジスタの
製造方法および薄膜トランジスタに関する。
コン薄膜の生成方法およびシリコン薄膜トランジスタの
製造方法および薄膜トランジスタに関する。
【０００２】シリコン薄膜にトランジスタを形成した薄
膜トランジスタが液晶ディスプレイ，集積回路装置等の
半導体エレクトロニクスの分野において幅広く使用され
ている。
膜トランジスタが液晶ディスプレイ，集積回路装置等の
半導体エレクトロニクスの分野において幅広く使用され
ている。
【０００３】液晶ディスプレイの制御トランジスタは画
素一つ一つに付けられるスイッチングトランジスタと，
画面全体を制御する高移動度のトランジスタの２種類の
トランジスタが必要である。
素一つ一つに付けられるスイッチングトランジスタと，
画面全体を制御する高移動度のトランジスタの２種類の
トランジスタが必要である。
【０００４】従来このような制御トランジスタは，画素
スイッチ用には大画面にわたって低温で作ることのでき
るアモルファスシリコンを用いた薄膜トランジスタを使
用し，画面制御用には結晶シリコンで作られたトランジ
スタ集積回路を使用して両者を一体にすることにより制
御用トランジスタとする方法が用いられていた。そのた
め，配線が複雑になり，製造コストを押し上げる原因に
なっていた。そこで，この画面制御用の制御トランジス
タを，ガラス基板に形成したシリコン薄膜に画素スイッ
チ用薄膜トランジスタと共に形成することが提案され，
そのための種々の方法が開発されてきた。
スイッチ用には大画面にわたって低温で作ることのでき
るアモルファスシリコンを用いた薄膜トランジスタを使
用し，画面制御用には結晶シリコンで作られたトランジ
スタ集積回路を使用して両者を一体にすることにより制
御用トランジスタとする方法が用いられていた。そのた
め，配線が複雑になり，製造コストを押し上げる原因に
なっていた。そこで，この画面制御用の制御トランジス
タを，ガラス基板に形成したシリコン薄膜に画素スイッ
チ用薄膜トランジスタと共に形成することが提案され，
そのための種々の方法が開発されてきた。
【０００５】
【従来の技術】その一つはエキシマレーザーをアモルフ
ァスシリコン膜に照射することによりアモルファスシリ
コン膜を溶融し，再結晶させることにより多結晶膜とし
て高移動度の薄膜トランジスタを生成する方法である。
この方法は６００°Ｃ以下の低温で高移動度の薄膜トラ
ンジスタを形成することができるが，レーザを使用する
ために大面積に薄膜を形成することが困難である。また
一方，従来からの単純な熱ＣＶＤ法や，シリコン薄膜を
加熱処理とする方法では，６００°Ｃ以上の温度にしな
いと移動度が１０ｃｍ2 ／Ｖ・Ｓを超えるポリシリコン
が作れなかった。しかし，６００°Ｃ程度の温度では使
用できるガラス基板が制約され，より低温の熱処理で薄
膜トランジスタを製造する方法の開発が望まれていた。
そこで，高移動度の薄膜トランジスタを大面積にわたっ
て，安価なガラス基板を使用して，低温で製造する方法
として，本発明者らは触媒ＣＶＤ法によりシリコン薄膜
を生成することを提案した。
ァスシリコン膜に照射することによりアモルファスシリ
コン膜を溶融し，再結晶させることにより多結晶膜とし
て高移動度の薄膜トランジスタを生成する方法である。
この方法は６００°Ｃ以下の低温で高移動度の薄膜トラ
ンジスタを形成することができるが，レーザを使用する
ために大面積に薄膜を形成することが困難である。また
一方，従来からの単純な熱ＣＶＤ法や，シリコン薄膜を
加熱処理とする方法では，６００°Ｃ以上の温度にしな
いと移動度が１０ｃｍ2 ／Ｖ・Ｓを超えるポリシリコン
が作れなかった。しかし，６００°Ｃ程度の温度では使
用できるガラス基板が制約され，より低温の熱処理で薄
膜トランジスタを製造する方法の開発が望まれていた。
そこで，高移動度の薄膜トランジスタを大面積にわたっ
て，安価なガラス基板を使用して，低温で製造する方法
として，本発明者らは触媒ＣＶＤ法によりシリコン薄膜
を生成することを提案した。
【０００６】触媒ＣＶＤ法は，基板近傍に置かれた加熱
触媒体に原料ガスを吹きつけ，触媒体と原料ガスとの接
触分解反応を用いて原料ガスの全部または一部を分解
し，その分解された堆積種を基板まで輸送することによ
り，プラズマも光励起過程をも用いずに，基板自体の温
度を低温に保ったままシリコン薄膜を生成する方法であ
る。
触媒体に原料ガスを吹きつけ，触媒体と原料ガスとの接
触分解反応を用いて原料ガスの全部または一部を分解
し，その分解された堆積種を基板まで輸送することによ
り，プラズマも光励起過程をも用いずに，基板自体の温
度を低温に保ったままシリコン薄膜を生成する方法であ
る。
【０００７】図６は従来の触媒ＣＶＤ法によるシリコン
薄膜の生成方法の説明図である。図６において，５１は
反応室である。
薄膜の生成方法の説明図である。図６において，５１は
反応室である。
【０００８】５２は基板であって，ガラス基板等であ
る。５３は触媒体であって，タングステン等のヒータで
ある。５４は原料ガス供給管であって，原料ガスを供給
するものである。
る。５３は触媒体であって，タングステン等のヒータで
ある。５４は原料ガス供給管であって，原料ガスを供給
するものである。
【０００９】原料ガスは，シラン，ジシラン等のシラン
系のシリコン化合物と，水素ガス等の他の物質のガスの
混合ガスである。５５はヒータであって，基板５２を加
熱するものである。
系のシリコン化合物と，水素ガス等の他の物質のガスの
混合ガスである。５５はヒータであって，基板５２を加
熱するものである。
【００１０】５６は電力供給源であって，触媒体５３に
電力を供給するものである。図６の構成において，基板
５２はヒータ５５により５００°Ｃ程度の低温で加熱さ
れている。原料ガスが原料ガス供給管５４に供給され
る。原料ガスは触媒体５３と接触し，原料ガスのうちの
シリコン化合物の全部もしくは一部が触媒により分解さ
れてシリコン（Ｓｉ）の種を生成する。分解されたＳｉ
の種および分解されなかったシリコン化合物および他の
物質のガス（水素ガス等）が基板５２に移動する。そし
て，Ｓｉの種は基板５２の表面に堆積し，シリコン薄膜
を生成する。
電力を供給するものである。図６の構成において，基板
５２はヒータ５５により５００°Ｃ程度の低温で加熱さ
れている。原料ガスが原料ガス供給管５４に供給され
る。原料ガスは触媒体５３と接触し，原料ガスのうちの
シリコン化合物の全部もしくは一部が触媒により分解さ
れてシリコン（Ｓｉ）の種を生成する。分解されたＳｉ
の種および分解されなかったシリコン化合物および他の
物質のガス（水素ガス等）が基板５２に移動する。そし
て，Ｓｉの種は基板５２の表面に堆積し，シリコン薄膜
を生成する。
【００１１】従来の触媒ＣＶＤ法では，触媒体５３に供
給する電力は，本発明と比較して４００〜５００Ｗ（触
媒体の占める面積の単位面積当たり１０Ｗ／ｃｍ2 以
下）程度の小電力のものであった。また，他の物質のガ
スのシリコン化合物に対する割合はほぼ同程度であった
（シリコン化合物の流量比をＡ，他の物質のガスの流量
比をＢとしたとき，Ａ／Ｂ≒１）。
給する電力は，本発明と比較して４００〜５００Ｗ（触
媒体の占める面積の単位面積当たり１０Ｗ／ｃｍ2 以
下）程度の小電力のものであった。また，他の物質のガ
スのシリコン化合物に対する割合はほぼ同程度であった
（シリコン化合物の流量比をＡ，他の物質のガスの流量
比をＢとしたとき，Ａ／Ｂ≒１）。
【００１２】触媒に対する供給電力が５００Ｗ程度で，
ガス流量比Ａ／Ｂ≒１では，生成されるシリコン薄膜は
アモルファスになる。また，圧力を０．５Ｔｏｒｒ以下
に下げ，シリコン薄膜を約１μｍ以上の厚い膜まで成長
させると多結晶膜は得られるが，それでも０．３μｍ以
下の薄い膜では，Ｘ線回折で観察する限りアモルファス
になる。
ガス流量比Ａ／Ｂ≒１では，生成されるシリコン薄膜は
アモルファスになる。また，圧力を０．５Ｔｏｒｒ以下
に下げ，シリコン薄膜を約１μｍ以上の厚い膜まで成長
させると多結晶膜は得られるが，それでも０．３μｍ以
下の薄い膜では，Ｘ線回折で観察する限りアモルファス
になる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】シリコン薄膜によりＴ
ＦＴ等の薄膜トランジスタを作成する場合には，オフの
時の抵抗をできるだけ大きくする必要があることからシ
リコン薄膜の膜厚を０．１μｍ以下の薄い膜にする必要
があり，しかも高移動度でなければならない。
ＦＴ等の薄膜トランジスタを作成する場合には，オフの
時の抵抗をできるだけ大きくする必要があることからシ
リコン薄膜の膜厚を０．１μｍ以下の薄い膜にする必要
があり，しかも高移動度でなければならない。
【００１４】しかし，上記のように従来の触媒ＣＶＤ法
で生成したシリコン薄膜は，膜厚が０．１μｍ以下では
アモルファスのシリコン薄膜しか得られず，移動度も１
ｃｍ 2 ／Ｖ・Ｓ程度の小さいものであった。
で生成したシリコン薄膜は，膜厚が０．１μｍ以下では
アモルファスのシリコン薄膜しか得られず，移動度も１
ｃｍ 2 ／Ｖ・Ｓ程度の小さいものであった。
【００１５】本発明は触媒ＣＶＤ法により低温で生成で
き，しかも０．１μｍ以下の薄い膜厚で高移動度のシリ
コン薄膜を生成できるシリコン薄膜の生成方法およびそ
の薄膜を用いた高移動度のシリコン薄膜トランジスタの
製造方法を提供することを目的とする。
き，しかも０．１μｍ以下の薄い膜厚で高移動度のシリ
コン薄膜を生成できるシリコン薄膜の生成方法およびそ
の薄膜を用いた高移動度のシリコン薄膜トランジスタの
製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜トランジス
タの製造方法は，基板にシリコン薄膜を生成し，電極を
生成することによりトランジスタとするものであって，
シリコン薄膜を形成する方法は，触媒体に原料ガスを吹
きつけ，触媒体と原料ガスとの接触反応により原料ガス
の一部もしくは全部を分解し，分解されて生成した堆積
種を基板に堆積して薄膜を生成する触媒ＣＶＤ法により
多結晶性のシリコン薄膜を生成する方法であり，原料ガ
スはシリコン（Ｓｉ）化合物のガスと他の物質ガスとの
混合ガスであり，触媒は供給される電力により加熱され
るものであり，シリコン薄膜を生成する反応室の圧力を
低くして，０．１Ｔｏｒｒ以下とし，原料ガスにおける
他の物質のガスの流量Ｂと該シリコン化合物のガスの流
量Ａについて，その割合を充分に大きいものとしてＢ／
Ａを１０以上とし，および該触媒に供給する電力を触媒
体温度はシリコン溶融温度以上である１７００°Ｃ以上
とし，基板温度は５００°Ｃ以下の低温度として多結晶
のシリコン薄膜を生成し，該シリコン薄膜に電極を形成
することを特徴とするものである。本発明の薄膜トラン
ジスタは，基板に形成されたシリコン薄膜に電極を形成
した薄膜トランジスタであって，シリコン薄膜は，触媒
体に原料ガスを吹きつけ，触媒体と原料ガスとの接触反
応により原料ガスの一部もしくは全部を分解し，分解さ
れて生成した堆積種を基板に堆積して薄膜を生成する触
媒ＣＶＤ法により生成したシリコン薄膜であって，原料
ガスはシリコン（Ｓｉ）化合物のガスと他の物質のガス
との混合ガスであり，触媒は供給される電力により加熱
されるものであり，シリコン薄膜を生成する反応室の圧
力を低くして０．１Ｔｏｒｒ以下とし，原料ガスにおけ
る他の物質のガスの流量Ｂと該シリコン化合物のガスの
流量Ａについて，その割合を充分に大きいものとしてＢ
／Ａを１０以上とし，および該触媒に供給する電力を触
媒体温度はシリコン溶融温度以上である１７００°Ｃ以
上とし，基板温度は５００°Ｃ以下の低温度として基板
に多結晶のシリコン薄膜を生成し，該薄膜に電極を形成
したものであって，該シリコン薄膜の移動度が５０ｃｍ
2 ／Ｖ・Ｓ以上であることを特徴とするものである。
タの製造方法は，基板にシリコン薄膜を生成し，電極を
生成することによりトランジスタとするものであって，
シリコン薄膜を形成する方法は，触媒体に原料ガスを吹
きつけ，触媒体と原料ガスとの接触反応により原料ガス
の一部もしくは全部を分解し，分解されて生成した堆積
種を基板に堆積して薄膜を生成する触媒ＣＶＤ法により
多結晶性のシリコン薄膜を生成する方法であり，原料ガ
スはシリコン（Ｓｉ）化合物のガスと他の物質ガスとの
混合ガスであり，触媒は供給される電力により加熱され
るものであり，シリコン薄膜を生成する反応室の圧力を
低くして，０．１Ｔｏｒｒ以下とし，原料ガスにおける
他の物質のガスの流量Ｂと該シリコン化合物のガスの流
量Ａについて，その割合を充分に大きいものとしてＢ／
Ａを１０以上とし，および該触媒に供給する電力を触媒
体温度はシリコン溶融温度以上である１７００°Ｃ以上
とし，基板温度は５００°Ｃ以下の低温度として多結晶
のシリコン薄膜を生成し，該シリコン薄膜に電極を形成
することを特徴とするものである。本発明の薄膜トラン
ジスタは，基板に形成されたシリコン薄膜に電極を形成
した薄膜トランジスタであって，シリコン薄膜は，触媒
体に原料ガスを吹きつけ，触媒体と原料ガスとの接触反
応により原料ガスの一部もしくは全部を分解し，分解さ
れて生成した堆積種を基板に堆積して薄膜を生成する触
媒ＣＶＤ法により生成したシリコン薄膜であって，原料
ガスはシリコン（Ｓｉ）化合物のガスと他の物質のガス
との混合ガスであり，触媒は供給される電力により加熱
されるものであり，シリコン薄膜を生成する反応室の圧
力を低くして０．１Ｔｏｒｒ以下とし，原料ガスにおけ
る他の物質のガスの流量Ｂと該シリコン化合物のガスの
流量Ａについて，その割合を充分に大きいものとしてＢ
／Ａを１０以上とし，および該触媒に供給する電力を触
媒体温度はシリコン溶融温度以上である１７００°Ｃ以
上とし，基板温度は５００°Ｃ以下の低温度として基板
に多結晶のシリコン薄膜を生成し，該薄膜に電極を形成
したものであって，該シリコン薄膜の移動度が５０ｃｍ
2 ／Ｖ・Ｓ以上であることを特徴とするものである。
【００１７】図１は本発明の基本構成を示す。図１にお
いて，１は反応室である。
いて，１は反応室である。
【００１８】２は基板であって，シリコン薄膜を堆積す
るものである。３は触媒体であって，タングステン等の
触媒である（原料ガスを分解してＳｉの種を生成できる
ものであれば他の材料でも良い）。
るものである。３は触媒体であって，タングステン等の
触媒である（原料ガスを分解してＳｉの種を生成できる
ものであれば他の材料でも良い）。
【００１９】４は原料ガス供給管であって，原料ガスを
反応室１に供給するものである。５はヒータであって，
基板２を加熱するものである。６は電力供給源であっ
て，触媒体３に電力を供給するものである。
反応室１に供給するものである。５はヒータであって，
基板２を加熱するものである。６は電力供給源であっ
て，触媒体３に電力を供給するものである。
【００２０】図１において，原料ガスはシリコン化合物
のガス（例えばシラン）および他の物質のガス（例えば
水素）を含むものである。反応室の圧力条件は従来実施
されていた圧力（０．１Ｔｏｒｒ以上）より低圧であっ
て，例えば，０．０５Ｔｏｒｒである。そして，他の物
質のガスのシリコン化合物のガスに対する混合比の条件
は，従来行われていたより大きいものである。例えば，
従来の方法に比較して大きいものであって，シリコン化
合物のガスの流量比をＡｓｃｃｍ，他のガスの流量比を
Ｂｓｃｃｍとした時，ほぼＢ／Ａ＞１０程度である。ま
た，触媒体に供給する電力の条件は，触媒体３の温度が
シリコン溶融温度（１４５０°Ｃ以上，望ましくは１７
００°Ｃ以上）になるもので，かつ，触媒体の構造を変
えたことにより，従来より２倍以上の値に設定されてい
る。例えば，触媒体の表面積によっても異なるが，ほぼ
１０００Ｗ以上である（触媒体の占める面積によって異
なる）。このような各条件が満たされて基板２に厚さ
０．１μｍ以下の薄い膜厚で多結晶性のシリコン薄膜を
低温生成することが可能になる。
のガス（例えばシラン）および他の物質のガス（例えば
水素）を含むものである。反応室の圧力条件は従来実施
されていた圧力（０．１Ｔｏｒｒ以上）より低圧であっ
て，例えば，０．０５Ｔｏｒｒである。そして，他の物
質のガスのシリコン化合物のガスに対する混合比の条件
は，従来行われていたより大きいものである。例えば，
従来の方法に比較して大きいものであって，シリコン化
合物のガスの流量比をＡｓｃｃｍ，他のガスの流量比を
Ｂｓｃｃｍとした時，ほぼＢ／Ａ＞１０程度である。ま
た，触媒体に供給する電力の条件は，触媒体３の温度が
シリコン溶融温度（１４５０°Ｃ以上，望ましくは１７
００°Ｃ以上）になるもので，かつ，触媒体の構造を変
えたことにより，従来より２倍以上の値に設定されてい
る。例えば，触媒体の表面積によっても異なるが，ほぼ
１０００Ｗ以上である（触媒体の占める面積によって異
なる）。このような各条件が満たされて基板２に厚さ
０．１μｍ以下の薄い膜厚で多結晶性のシリコン薄膜を
低温生成することが可能になる。
【００２１】なお，本発明において説明する多結晶性の
シリコン薄膜は粒径が１００Å程度の微結晶と称されて
いるものから粒径が２００Å以上の多結晶を含むもので
ある。
シリコン薄膜は粒径が１００Å程度の微結晶と称されて
いるものから粒径が２００Å以上の多結晶を含むもので
ある。
【００２２】
【作用】図１の本発明の基本構成によるシリコン薄膜の
生成方法について説明する。基板２はヒータ５により低
温に加熱されている。反応室は真空ポンプ（図示せず）
により低圧（例えば，約０．０５Ｔｏｒｒ以下）にす
る。
生成方法について説明する。基板２はヒータ５により低
温に加熱されている。反応室は真空ポンプ（図示せず）
により低圧（例えば，約０．０５Ｔｏｒｒ以下）にす
る。
【００２３】シリコン化合物のガスと他の物質のガスの
混合ガスが原料ガス供給管４により供給され，そして原
料ガスは触媒体３の表面に接触する。電力供給源に供給
される電力は大きいので，触媒体３の温度はシリコン溶
融温度以上に加熱されている。そのため，分解されたシ
リコンの種は高温で基板２に輸送される。また，触媒体
３にシリコンが付着して残ることがない。また，分解さ
れなかったガスおよび他のガスは，シリコンの種に比較
して低温で基板２の表面に吹きつけられる。その結果，
基板２の表面に高移動度の多結晶性のシリコン薄膜が生
成される。上記のような方法により基板温度が３００°
Ｃ程度の低温でガラス等の基板に膜厚が０．１μｍ以下
の多結晶性のシリコン薄膜を生成することができる。
混合ガスが原料ガス供給管４により供給され，そして原
料ガスは触媒体３の表面に接触する。電力供給源に供給
される電力は大きいので，触媒体３の温度はシリコン溶
融温度以上に加熱されている。そのため，分解されたシ
リコンの種は高温で基板２に輸送される。また，触媒体
３にシリコンが付着して残ることがない。また，分解さ
れなかったガスおよび他のガスは，シリコンの種に比較
して低温で基板２の表面に吹きつけられる。その結果，
基板２の表面に高移動度の多結晶性のシリコン薄膜が生
成される。上記のような方法により基板温度が３００°
Ｃ程度の低温でガラス等の基板に膜厚が０．１μｍ以下
の多結晶性のシリコン薄膜を生成することができる。
【００２４】
【実施例】図２は本発明の触媒ＣＶＤ装置の実施例であ
る。図２において，１１は反応室であって，ステンレス
の容器である。
る。図２において，１１は反応室であって，ステンレス
の容器である。
【００２５】１２はガラス基板である。１３は触媒体で
あって，タングステンである。触媒体１３と原料ガス供
給管１４の吹き出し口との距離Ｌは約４ｃｍである。
あって，タングステンである。触媒体１３と原料ガス供
給管１４の吹き出し口との距離Ｌは約４ｃｍである。
【００２６】１４は原料ガス供給管である。１５はヒー
タであって，ガラス基板１２を加熱するものである。２
１は基板ホルダーであって，ガラス基板１２を保持する
ものである。
タであって，ガラス基板１２を加熱するものである。２
１は基板ホルダーであって，ガラス基板１２を保持する
ものである。
【００２７】２２は熱電対であって，ガラス基板１２の
温度を測定するものである。２３は電子式赤外線温度計
であって，触媒体１３の温度を測定するものである。
温度を測定するものである。２３は電子式赤外線温度計
であって，触媒体１３の温度を測定するものである。
【００２８】２３’は石英窓である。２４はメインバル
ブである。２５は電流計である。
ブである。２５は電流計である。
【００２９】２５’は真空計である。２５”は拡散ポン
プである。２６は電圧計である。
プである。２６は電圧計である。
【００３０】２７は可変トランスであって，触媒体１３
に供給する電力を制御するものである。３０は原料ガス
である。シリコン化合物のガスの例としてシランガス，
他の物質のガスの例として水素ガスによる場合を示す。
に供給する電力を制御するものである。３０は原料ガス
である。シリコン化合物のガスの例としてシランガス，
他の物質のガスの例として水素ガスによる場合を示す。
【００３１】図２の触媒ＣＶＤ装置によりシリコン薄膜
を生成する方法を説明するのに先立ち図３の説明をす
る。図３は本発明の触媒体の構成の実施例である。
を生成する方法を説明するのに先立ち図３の説明をす
る。図３は本発明の触媒体の構成の実施例である。
【００３２】図３において，１３は触媒体であって，タ
ングステン線である。１３’は触媒体をコイル巻いて折
り曲げて配置した時に触媒体の線の張る面の概形であ
る。実施例の場合，７ｃｍ×７ｃｍである。従って，触
媒体１３の張る単位面積当たりの供給電力は１１００／
（７×７）≒２２．４Ｗ／ｃｍ2 である。
ングステン線である。１３’は触媒体をコイル巻いて折
り曲げて配置した時に触媒体の線の張る面の概形であ
る。実施例の場合，７ｃｍ×７ｃｍである。従って，触
媒体１３の張る単位面積当たりの供給電力は１１００／
（７×７）≒２２．４Ｗ／ｃｍ2 である。
【００３３】図２の触媒ＣＶＤ装置によりシリコン薄膜
を生成する方法について説明する。図２において，触媒
体１３の温度は石英窓２３’を透して電子式赤外線放射
温度計２３により測定される。同時に電流計２５と電圧
計２６の測定値により触媒体（タングステン線）１３の
電気抵抗を求め，その電気抵抗の温度依存性からも計測
値を確認した。また，ガラス基板１２の温度は熱電対２
２により計測すると同時にガラス基板１２の裏面に塗布
した示温性ペイント（温度によって色が変わる）の色を
観察することによっても確認した。
を生成する方法について説明する。図２において，触媒
体１３の温度は石英窓２３’を透して電子式赤外線放射
温度計２３により測定される。同時に電流計２５と電圧
計２６の測定値により触媒体（タングステン線）１３の
電気抵抗を求め，その電気抵抗の温度依存性からも計測
値を確認した。また，ガラス基板１２の温度は熱電対２
２により計測すると同時にガラス基板１２の裏面に塗布
した示温性ペイント（温度によって色が変わる）の色を
観察することによっても確認した。
【００３４】シリコン膜の堆積条件の一例は次のような
ものである。触媒体１３の温度は１６００°Ｃから１８
００°Ｃである。触媒体１３を加熱するのに投入した電
力は１１００Ｗである。
ものである。触媒体１３の温度は１６００°Ｃから１８
００°Ｃである。触媒体１３を加熱するのに投入した電
力は１１００Ｗである。
【００３５】シランガスの流量は１ｓｃｃｍである。水
素ガスの流量は６５ｓｃｃｍである。ガラス基板１２の
温度の熱電対による計測値は２９０°Ｃ，示温性ペイン
トを観測して得られた温度は約３５０°Ｃである。
素ガスの流量は６５ｓｃｃｍである。ガラス基板１２の
温度の熱電対による計測値は２９０°Ｃ，示温性ペイン
トを観測して得られた温度は約３５０°Ｃである。
【００３６】シリコン薄膜の堆積時のガス圧は０．０５
Ｔｏｒｒである。上記の条件により，堆積時間３分以内
で膜厚が約０．１μｍの多結晶性シリコン薄膜を得るこ
とができる。
Ｔｏｒｒである。上記の条件により，堆積時間３分以内
で膜厚が約０．１μｍの多結晶性シリコン薄膜を得るこ
とができる。
【００３７】本実施例によれば，触媒体１３の電力供給
量が高く，触媒体１３の温度は１６００°Ｃ〜１８００
°Ｃ程度の高温である。そのため，触媒体１３により分
解されて生成されたシリコンは高温でガラス基板１２に
輸送される。また，水素ガスの量が多く，それは触媒体
１３の隙間を抜けてガラス基板１２の表面に到達するの
でその温度は比較的に低い。
量が高く，触媒体１３の温度は１６００°Ｃ〜１８００
°Ｃ程度の高温である。そのため，触媒体１３により分
解されて生成されたシリコンは高温でガラス基板１２に
輸送される。また，水素ガスの量が多く，それは触媒体
１３の隙間を抜けてガラス基板１２の表面に到達するの
でその温度は比較的に低い。
【００３８】本発明のように反応室の圧力が，０．０５
Ｔｏｒｒ程度の低い時は，触媒体に接触して分解された
種は高いエネルギーを持って基板表面に到達するが，触
媒体１３に接触しない種（接触しないで生成されたＳ
ｉ，分解されないシランガス，水素ガス等）は低温のま
まであって，いわば熱的非平衡が生じている。例えば，
１７００°Ｃの温度の触媒体に接して作られた種は，そ
の温度で一般の熱がＣＶＤ堆積する際に基板表面で持つ
種のエネルギーに近いエネルギーを持って触媒体から基
板に飛来する。つまり，基板自体は低い温度であって
も，飛来する種の一部は大変な高温になっていて，基板
表面があたかも高温であるかのように振る舞うのである
が，他の多くの冷たい種が基板全体の温度上昇を抑える
ものであると考えられる。このようにして，従来の方法
では基板温度を高温にしないと実現できなかった高移動
度の多結晶シリコンが低い基板温度で生成されると考え
られる。
Ｔｏｒｒ程度の低い時は，触媒体に接触して分解された
種は高いエネルギーを持って基板表面に到達するが，触
媒体１３に接触しない種（接触しないで生成されたＳ
ｉ，分解されないシランガス，水素ガス等）は低温のま
まであって，いわば熱的非平衡が生じている。例えば，
１７００°Ｃの温度の触媒体に接して作られた種は，そ
の温度で一般の熱がＣＶＤ堆積する際に基板表面で持つ
種のエネルギーに近いエネルギーを持って触媒体から基
板に飛来する。つまり，基板自体は低い温度であって
も，飛来する種の一部は大変な高温になっていて，基板
表面があたかも高温であるかのように振る舞うのである
が，他の多くの冷たい種が基板全体の温度上昇を抑える
ものであると考えられる。このようにして，従来の方法
では基板温度を高温にしないと実現できなかった高移動
度の多結晶シリコンが低い基板温度で生成されると考え
られる。
【００３９】本発明によれば，ガラス基板１２の温度が
３００°Ｃ程度の低温でも膜厚が０．１μｍ程度の高移
動度の多結晶シリコン薄膜が得られるが，４００°Ｃ，
５００°Ｃ程度までガラス基板１２の温度を上げれば，
さらに多結晶の粒径が大きくなり，より高い移動度のシ
リコン薄膜を生成することができる。
３００°Ｃ程度の低温でも膜厚が０．１μｍ程度の高移
動度の多結晶シリコン薄膜が得られるが，４００°Ｃ，
５００°Ｃ程度までガラス基板１２の温度を上げれば，
さらに多結晶の粒径が大きくなり，より高い移動度のシ
リコン薄膜を生成することができる。
【００４０】上記実施例では，シリコン化合物のガスと
してシラン（ＳｉＨ4 ）について説明したが，本発明は
ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ），トリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）等
のシラン系ガス全般に適用できるものである。また，Ｓ
ｉＦ2 ，ＳｉＨ2 Ｆ2 等のフッ化シリコン系のガスに対
しても適用できるものである。
してシラン（ＳｉＨ4 ）について説明したが，本発明は
ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ），トリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）等
のシラン系ガス全般に適用できるものである。また，Ｓ
ｉＦ2 ，ＳｉＨ2 Ｆ2 等のフッ化シリコン系のガスに対
しても適用できるものである。
【００４１】また，シリコン薄膜に微量のＧｅ，Ｃ等の
４族元素を混入しても良い。図４は本発明の触媒ＣＶＤ
法により生成したシリコン薄膜の薄膜トランジスタの例
である。
４族元素を混入しても良い。図４は本発明の触媒ＣＶＤ
法により生成したシリコン薄膜の薄膜トランジスタの例
である。
【００４２】図４において，３５はゲート電極であっ
て，結晶シリコンである。３６はシリコン酸化膜であっ
て，ゲート電極３５を酸化して生成したものであり，ゲ
ート絶縁膜である。
て，結晶シリコンである。３６はシリコン酸化膜であっ
て，ゲート電極３５を酸化して生成したものであり，ゲ
ート絶縁膜である。
【００４３】３７は多結晶性のシリコン薄膜であり，本
発明の触媒ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜３６の上に堆
積して生成したものである。シリコン薄膜３７の膜厚は
約０．１μｍである。
発明の触媒ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜３６の上に堆
積して生成したものである。シリコン薄膜３７の膜厚は
約０．１μｍである。
【００４４】３８はアルミニウム電極であって，ソース
電極となるものである。３９はアルミニウム電極であっ
て，ドレイン電極となるものである。図４のシリコン薄
膜トランジスタは，結晶シリコンのゲート電極３５を酸
化してシリコン酸化膜３６を生成する。シリコン酸化膜
の膜厚は約１２００Åである。次にシリコン酸化膜３６
上に本発明の触媒ＣＶＤ法により多結晶性のシリコン薄
膜３７を形成する。そして，シリコン薄膜３７をエッチ
ングしてアルミニューム電極を蒸着し，エッチングして
ソース３８とドレイン３９を得る。ゲートのチャネル長
は１５μｍである。チャネル幅は６００μｍである。
電極となるものである。３９はアルミニウム電極であっ
て，ドレイン電極となるものである。図４のシリコン薄
膜トランジスタは，結晶シリコンのゲート電極３５を酸
化してシリコン酸化膜３６を生成する。シリコン酸化膜
の膜厚は約１２００Åである。次にシリコン酸化膜３６
上に本発明の触媒ＣＶＤ法により多結晶性のシリコン薄
膜３７を形成する。そして，シリコン薄膜３７をエッチ
ングしてアルミニューム電極を蒸着し，エッチングして
ソース３８とドレイン３９を得る。ゲートのチャネル長
は１５μｍである。チャネル幅は６００μｍである。
【００４５】なお，図４は，単結晶シリコンをゲート電
極とする構成であるが，一般的にはガラス基板にゲート
電極とする金属膜を設け，その表面にゲート絶縁膜を形
成してその上に本発明の方法により多結晶シリコン薄膜
を生成する。
極とする構成であるが，一般的にはガラス基板にゲート
電極とする金属膜を設け，その表面にゲート絶縁膜を形
成してその上に本発明の方法により多結晶シリコン薄膜
を生成する。
【００４６】図５は図４のシリコン薄膜トランジスタの
ソース−ドレイン間電流ＩDSとソースゲート間電圧ＶGS
の関係を示すものである（ソース−ドレイン間電圧は５
Ｖである）。
ソース−ドレイン間電流ＩDSとソースゲート間電圧ＶGS
の関係を示すものである（ソース−ドレイン間電圧は５
Ｖである）。
【００４７】図５のＩDSとＶGSの関係を基に，薄膜トラ
ンジスタの移動度を求めることができる。図５の場合の
その値は約７０ｃｍ2 である。このように，本発明の触
媒ＣＶＤ法を使用することにより高移動度のシリコン薄
膜トランジスタを製造することが可能になる。
ンジスタの移動度を求めることができる。図５の場合の
その値は約７０ｃｍ2 である。このように，本発明の触
媒ＣＶＤ法を使用することにより高移動度のシリコン薄
膜トランジスタを製造することが可能になる。
【００４８】
【発明の効果】本発明によれば，基板温度が５００°Ｃ
以下，３００°Ｃ程度であっても，膜厚が０．１μｍ以
下の薄い，高移動度の多結晶性のシリコン薄膜を生成す
ることができる。そのため，液晶ディスプレイ，半導体
集積回路装置等に使用する高移動度のシリコン薄膜トラ
ンジスタを低温処理で製造することができるようにな
る。
以下，３００°Ｃ程度であっても，膜厚が０．１μｍ以
下の薄い，高移動度の多結晶性のシリコン薄膜を生成す
ることができる。そのため，液晶ディスプレイ，半導体
集積回路装置等に使用する高移動度のシリコン薄膜トラ
ンジスタを低温処理で製造することができるようにな
る。
【図１】本発明の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の触媒ＣＶＤ装置の実施例を示す図であ
る。
る。
【図３】本発明の触媒体の構成の実施例を示す図であ
る。
る。
【図４】本発明の触媒ＣＶＤ法により生成したシリコン
薄膜の薄膜トランジスタの例を示す図である。
薄膜の薄膜トランジスタの例を示す図である。
【図５】本発明のシリコン薄膜トランジスタの例の特性
を示す図である。
を示す図である。
【図６】従来の触媒ＣＶＤ法によるシリコン薄膜の生成
方法の説明図である。
方法の説明図である。
１：反応室
２：基板
３：触媒体
４：原料ガス供給管
５：ヒータ
６：電力供給源
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０１Ｌ 29/786
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/205
C23C 16/44
C30B 25/10
C30B 25/14
H01L 21/336
H01L 29/786
Claims (2)
- 【請求項１】 基板にシリコン薄膜を生成し，電極を生
成することによりトランジスタとする薄膜トランジスタ
の製造方法において， 該シリコン薄膜を形成する方法は，触媒体に原料ガスを
吹きつけ，触媒体と原料ガスとの接触反応により原料ガ
スの一部もしくは全部を分解し，分解されて生成した堆
積種を基板に堆積して薄膜を生成する触媒ＣＶＤ法によ
り多結晶性のシリコン薄膜を生成する方法であり， 原料ガスはシリコン（Ｓｉ）化合物のガスと他の物質ガ
スとの混合ガスであり，触媒は供給される電力により加
熱されるものであり， シリコン薄膜を生成する反応室の圧力を低くして，０．
１Ｔｏｒｒ以下とし，原料ガスにおける他の物質のガス
の流量Ｂと該シリコン化合物のガスの流量Ａについて，
その割合を充分に大きいものとしてＢ／Ａを１０以上と
し，および該触媒に供給する電力を触媒体温度はシリコ
ン溶融温度以上である１７００°Ｃ以上とし，基板温度
は５００°Ｃ以下の低温度として多結晶のシリコン薄膜
を生成し，該シリコン薄膜に電極を形成することを特徴
とする薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項２】 基板に形成されたシリコン薄膜に電極を
形成した薄膜トランジスタにおいて， 該シリコン薄膜は，触媒体に原料ガスを吹きつけ，触媒
体と原料ガスとの接触反応により原料ガスの一部もしく
は全部を分解し，分解されて生成した堆積種を基板に堆
積して薄膜を生成する触媒ＣＶＤ法により生成したシリ
コン薄膜であって， 原料ガスはシリコン（Ｓｉ）化合物のガスと他の物質の
ガスとの混合ガスであり，触媒は供給される電力により
加熱されるものであり， シリコン薄膜を生成する反応室の圧力を低くして０．１
Ｔｏｒｒ以下とし，原料ガスにおける他の物質のガスの
流量Ｂと該シリコン化合物のガスの流量Ａについて，そ
の割合を充分に大きいものとしてＢ／Ａを１０以上と
し，および該触媒に供給する電力を触媒体温度はシリコ
ン溶融温度以上である１７００°Ｃ以上とし，基板温度
は５００°Ｃ以下の低温度として基板に多結晶のシリコ
ン薄膜を生成し，該薄膜に電極を形成したものであっ
て，該シリコン薄膜の移動度が５０ｃｍ2 ／Ｖ・Ｓ以上
であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05576395A JP3453214B2 (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 触媒ｃｖｄ法による薄膜トランジスタの製造方法および薄膜トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05576395A JP3453214B2 (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 触媒ｃｖｄ法による薄膜トランジスタの製造方法および薄膜トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08250438A JPH08250438A (ja) | 1996-09-27 |
| JP3453214B2 true JP3453214B2 (ja) | 2003-10-06 |
Family
ID=13007898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05576395A Expired - Lifetime JP3453214B2 (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 触媒ｃｖｄ法による薄膜トランジスタの製造方法および薄膜トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3453214B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1983579A2 (en) | 2007-04-20 | 2008-10-22 | SANYO Electric Techno Create Co., Ltd. | Method of manufacturing semiconductor film and method of manufacturing photovoltaic element |
| EP1986242A2 (en) | 2007-04-23 | 2008-10-29 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Method of manufacturing a semiconductor film using hot wire CVD and method of manufacturing a photovoltaic element |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000003876A (ja) * | 1998-06-15 | 2000-01-07 | Asahi Optical Co Ltd | 半導体素材製造装置 |
| JP2000021782A (ja) * | 1998-06-30 | 2000-01-21 | Sony Corp | 単結晶シリコン層の形成方法及び半導体装置の製造方法 |
| JP2000223419A (ja) | 1998-06-30 | 2000-08-11 | Sony Corp | 単結晶シリコン層の形成方法及び半導体装置の製造方法、並びに半導体装置 |
| JP2000183358A (ja) | 1998-07-17 | 2000-06-30 | Sony Corp | 薄膜半導体装置の製造方法 |
| JP4556329B2 (ja) | 1999-04-20 | 2010-10-06 | ソニー株式会社 | 薄膜形成装置 |
| JP3911971B2 (ja) | 1999-09-08 | 2007-05-09 | 松下電器産業株式会社 | シリコン薄膜、薄膜トランジスタおよびシリコン薄膜の製造方法 |
| WO2001078123A1 (en) * | 2000-04-11 | 2001-10-18 | Genitech Co., Ltd. | Method of forming metal interconnects |
| JP4737807B2 (ja) * | 2000-08-21 | 2011-08-03 | パナソニック株式会社 | タングステン含有シリコン薄膜の製造方法及び半導体装置の製造方法 |
| JP4710187B2 (ja) * | 2000-08-30 | 2011-06-29 | ソニー株式会社 | 多結晶シリコン層の成長方法および単結晶シリコン層のエピタキシャル成長方法 |
| DE60124674T2 (de) | 2000-09-14 | 2007-09-13 | Japan As Represented By President Of Japan Advanced Institute Of Science And Technology | Heizelement für einen cvd-apparat |
| JP4118187B2 (ja) | 2003-05-09 | 2008-07-16 | 信越半導体株式会社 | 太陽電池の製造方法 |
| KR100732858B1 (ko) | 2005-05-13 | 2007-06-27 | 삼성에스디아이 주식회사 | 다결정질 박막의 현장 성장방법 |
| JP4809822B2 (ja) * | 2007-11-19 | 2011-11-09 | 英樹 松村 | 触媒化学蒸着装置 |
| JP5434614B2 (ja) | 2010-01-14 | 2014-03-05 | 東京エレクトロン株式会社 | 基板処理装置 |
| US20120312326A1 (en) * | 2011-06-10 | 2012-12-13 | Applied Materials, Inc. | Methods for cleaning a surface of a substrate using a hot wire chemical vapor deposition (hwcvd) chamber |
-
1995
- 1995-03-15 JP JP05576395A patent/JP3453214B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1983579A2 (en) | 2007-04-20 | 2008-10-22 | SANYO Electric Techno Create Co., Ltd. | Method of manufacturing semiconductor film and method of manufacturing photovoltaic element |
| EP1986242A2 (en) | 2007-04-23 | 2008-10-29 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Method of manufacturing a semiconductor film using hot wire CVD and method of manufacturing a photovoltaic element |
| US7807495B2 (en) | 2007-04-23 | 2010-10-05 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Method of manufacturing semiconductor film and method of manufacturing photovoltaic element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08250438A (ja) | 1996-09-27 |
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