JP2000260713A - 多結晶シリコン膜の形成方法 - Google Patents
多結晶シリコン膜の形成方法Info
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- JP2000260713A JP2000260713A JP11059214A JP5921499A JP2000260713A JP 2000260713 A JP2000260713 A JP 2000260713A JP 11059214 A JP11059214 A JP 11059214A JP 5921499 A JP5921499 A JP 5921499A JP 2000260713 A JP2000260713 A JP 2000260713A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 より低温で、ガラス基板上に多結晶シリコン
膜を形成する。 【解決手段】 ガラス基板１上に１００ｎｍ以上の間隔
をあけて結晶核２を形成し、これをエピタキシャル成長
させてポリシリコン膜６を形成する。粒径Ｒは、結晶核
２の間隔（１００ｎｍ以上）になるため、より高品質な
ポリシリコン膜となる。
膜を形成する。 【解決手段】 ガラス基板１上に１００ｎｍ以上の間隔
をあけて結晶核２を形成し、これをエピタキシャル成長
させてポリシリコン膜６を形成する。粒径Ｒは、結晶核
２の間隔（１００ｎｍ以上）になるため、より高品質な
ポリシリコン膜となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガラス基板上に多結
晶シリコン膜を形成する方法に関し、特に粒径が大きく
品質の高い多結晶シリコン膜を形成する方法に関する。
晶シリコン膜を形成する方法に関し、特に粒径が大きく
品質の高い多結晶シリコン膜を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示装置（Liquid Crystal Displa
y：ＬＣＤ）は、対向する２枚のガラス基板間に液晶を
封入してなる表示装置である。ＬＣＤの高精細化に伴
い、液晶を駆動する各種の電極と共に、それらを制御す
るための回路をガラス基板上に作り込むいわゆるシステ
ムオングラスが求められている。このためにはガラス基
板上に良質なシリコン薄膜を低温で形成する技術が不可
欠である。
y：ＬＣＤ）は、対向する２枚のガラス基板間に液晶を
封入してなる表示装置である。ＬＣＤの高精細化に伴
い、液晶を駆動する各種の電極と共に、それらを制御す
るための回路をガラス基板上に作り込むいわゆるシステ
ムオングラスが求められている。このためにはガラス基
板上に良質なシリコン薄膜を低温で形成する技術が不可
欠である。
【０００３】ガラスは、酸化シリコンにアルミナを添加
したいわゆる耐熱ガラスであっても６４０℃〜６７０℃
程度で軟化する。従って、ガラス基板に電極や回路を形
成する各工程は、少なくともこの軟化点よりも低い温度
で行う必要がある。
したいわゆる耐熱ガラスであっても６４０℃〜６７０℃
程度で軟化する。従って、ガラス基板に電極や回路を形
成する各工程は、少なくともこの軟化点よりも低い温度
で行う必要がある。
【０００４】図７は従来の多結晶シリコン膜を形成する
工程を示す断面図である。 工程１：図７（ａ）に示すように、シラン（SiH4）もし
くはジシラン（Si2H6）等の高次シランを水素で希釈し
たガスを用いたプラズマＣＶＤ（Chemical VaporDeposi
tion）により、ガラス基板１０１上に非晶質（アモルフ
ァス）シリコン膜１０２を厚さ５００Å程度形成する。
次に、４００℃〜５００℃でアニールを行ってアモルフ
ァスシリコン膜１０２中に含まれる水素を離脱させる。
膜中に水素が含有されていると、あとの工程でエキシマ
レーザを照射して再結晶化するときに、急激に水素が脱
離する事によって膜質が低下することを防止するためで
ある。 工程２：図７（ｂ）に示すように、アモルファスシリコ
ン膜１０２にＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌなどのエキシマ
レーザ１０３を照射する事でアニールを行う。エキシマ
レーザ１０３が照射された領域のアモルファスシリコン
は一旦融解、再固化して結晶化し、多結晶（ポリ）シリ
コン膜１０４となる。 工程３：エキシマレーザ１０３を全面にスキャンして、
図７（ｃ）に示すように全面をポリシリコン膜１０４と
する。 工程４：図７（ｄ）に示すように、シランと酸化窒素N2
O混合ガスを用いたプラズマＣＶＤによってポリシリコ
ン膜１０４の表面にゲート酸化膜１０５を形成する。 工程５：次に、金属やドープドシリコン膜よりなる導電
膜を全面に形成し、これをフォトリソグラフィによって
形成したマスクを用いてエッチングしてゲート電極１０
６を形成する。次に、図７（ｅ）に示すように、ゲート
電極１０６をマスクとしてポリシリコン膜１０４にリ
ン、砒素、ボロンなどの不純物をセルフアラインで注入
してソース１０７、ドレイン１０８を形成してトランジ
スタを形成する。
工程を示す断面図である。 工程１：図７（ａ）に示すように、シラン（SiH4）もし
くはジシラン（Si2H6）等の高次シランを水素で希釈し
たガスを用いたプラズマＣＶＤ（Chemical VaporDeposi
tion）により、ガラス基板１０１上に非晶質（アモルフ
ァス）シリコン膜１０２を厚さ５００Å程度形成する。
次に、４００℃〜５００℃でアニールを行ってアモルフ
ァスシリコン膜１０２中に含まれる水素を離脱させる。
膜中に水素が含有されていると、あとの工程でエキシマ
レーザを照射して再結晶化するときに、急激に水素が脱
離する事によって膜質が低下することを防止するためで
ある。 工程２：図７（ｂ）に示すように、アモルファスシリコ
ン膜１０２にＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌなどのエキシマ
レーザ１０３を照射する事でアニールを行う。エキシマ
レーザ１０３が照射された領域のアモルファスシリコン
は一旦融解、再固化して結晶化し、多結晶（ポリ）シリ
コン膜１０４となる。 工程３：エキシマレーザ１０３を全面にスキャンして、
図７（ｃ）に示すように全面をポリシリコン膜１０４と
する。 工程４：図７（ｄ）に示すように、シランと酸化窒素N2
O混合ガスを用いたプラズマＣＶＤによってポリシリコ
ン膜１０４の表面にゲート酸化膜１０５を形成する。 工程５：次に、金属やドープドシリコン膜よりなる導電
膜を全面に形成し、これをフォトリソグラフィによって
形成したマスクを用いてエッチングしてゲート電極１０
６を形成する。次に、図７（ｅ）に示すように、ゲート
電極１０６をマスクとしてポリシリコン膜１０４にリ
ン、砒素、ボロンなどの不純物をセルフアラインで注入
してソース１０７、ドレイン１０８を形成してトランジ
スタを形成する。
【０００５】工程１及び２では、アモルファスシリコン
膜を形成してエキシマレーザアニールを行ったが、５０
０℃〜６５０℃の熱ＣＶＤによって直接ポリシリコン膜
を形成してもよい。
膜を形成してエキシマレーザアニールを行ったが、５０
０℃〜６５０℃の熱ＣＶＤによって直接ポリシリコン膜
を形成してもよい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した工程による
と、以下の問題が生じる。
と、以下の問題が生じる。
【０００７】まず、熱ＣＶＤによってポリシリコン膜を
形成した場合、熱ＣＶＤはガラス基板の軟化点に近い高
い温度にする必要がある。従って熱ＣＶＤを行うために
はガラス基板１は、出来るだけ軟化点の高いガラスを用
いる必要があるが、軟化点の高いガラスは一般的に高価
であるので、ＬＣＤの製造コストが上昇する。
形成した場合、熱ＣＶＤはガラス基板の軟化点に近い高
い温度にする必要がある。従って熱ＣＶＤを行うために
はガラス基板１は、出来るだけ軟化点の高いガラスを用
いる必要があるが、軟化点の高いガラスは一般的に高価
であるので、ＬＣＤの製造コストが上昇する。
【０００８】一方、プラズマＣＶＤでアモルファスシリ
コン膜を形成し、エキシマレーザアニールを行って再結
晶化すると、脱水素工程が必要である。脱水素工程や熱
ＣＶＤはいずれも熱処理工程であるので製造エネルギー
消費量が大きく、より省エネルギーの製造方法が求めら
れている。
コン膜を形成し、エキシマレーザアニールを行って再結
晶化すると、脱水素工程が必要である。脱水素工程や熱
ＣＶＤはいずれも熱処理工程であるので製造エネルギー
消費量が大きく、より省エネルギーの製造方法が求めら
れている。
【０００９】また、熱ＣＶＤの成膜初期、もしくはエキ
シマレーザアニールの再結晶化初期において、図７
（ｃ）に示すように、シリコンの結晶核１０９がランダ
ムかつ無数に形成されてしまう。この際、生成される結
晶核１０９同士の間隔は長くても高々数十ｎｍ程度であ
る。成膜あるいは再結晶化が進行すると、この結晶核１
０９を核として結晶が成長していく。結晶成長は結晶核
１０９を中心として等方的に進んでいく。しかし、結晶
核１０９同士の間隔が狭いため、結晶同士が互いにぶつ
かって、横方向の成長が抑制され、結晶の成長は主にガ
ラス基板に対して垂直な方向となる。従って、ポリシリ
コン膜１０４の粒径ｒは高々数十ｎｍ程度となる。
シマレーザアニールの再結晶化初期において、図７
（ｃ）に示すように、シリコンの結晶核１０９がランダ
ムかつ無数に形成されてしまう。この際、生成される結
晶核１０９同士の間隔は長くても高々数十ｎｍ程度であ
る。成膜あるいは再結晶化が進行すると、この結晶核１
０９を核として結晶が成長していく。結晶成長は結晶核
１０９を中心として等方的に進んでいく。しかし、結晶
核１０９同士の間隔が狭いため、結晶同士が互いにぶつ
かって、横方向の成長が抑制され、結晶の成長は主にガ
ラス基板に対して垂直な方向となる。従って、ポリシリ
コン膜１０４の粒径ｒは高々数十ｎｍ程度となる。
【００１０】グレイン同士の間は結晶の不連続面いわゆ
る粒界になる。粒界は、例えば電流を流そうとする際に
はバリアポテンシャルとなる。粒径が小さいと１つのデ
バイスに多くの粒界を含むので、バリアポテンシャルが
増え、シリコン／酸化シリコン界面特性や、シリコン膜
質特性が低下する。例えばこのような膜を用いて形成し
たトランジスタは、リーク電流の増大、オン電流の減少
などのデバイス特性劣化が生じる。
る粒界になる。粒界は、例えば電流を流そうとする際に
はバリアポテンシャルとなる。粒径が小さいと１つのデ
バイスに多くの粒界を含むので、バリアポテンシャルが
増え、シリコン／酸化シリコン界面特性や、シリコン膜
質特性が低下する。例えばこのような膜を用いて形成し
たトランジスタは、リーク電流の増大、オン電流の減少
などのデバイス特性劣化が生じる。
【００１１】また、結晶核１０９の結晶方位の向きはそ
れぞれ異なり、結晶成長は結晶核１０９の結晶方位と等
しくなるように進むため、それぞれのグレインの結晶方
位はランダムである。シリコンは、結晶方位によって、
電子移動度などの特性が異なるため、複数のグレインに
またがって回路素子を形成すると素子の部分によって特
性が異なるなどの問題が生じる。
れぞれ異なり、結晶成長は結晶核１０９の結晶方位と等
しくなるように進むため、それぞれのグレインの結晶方
位はランダムである。シリコンは、結晶方位によって、
電子移動度などの特性が異なるため、複数のグレインに
またがって回路素子を形成すると素子の部分によって特
性が異なるなどの問題が生じる。
【００１２】そこで本発明は、絶縁性基板上にシリコン
結晶粒径の大きい高品質なポリシリコン膜を形成するよ
り低温の製造プロセスを提供することを目的とする。
結晶粒径の大きい高品質なポリシリコン膜を形成するよ
り低温の製造プロセスを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するためになされ、絶縁性基板上に所定間隔、例えば
１００ｎｍ以上の間隔を開けてシリコンの結晶核を複数
形成し、結晶核をエピタキシャル成長させて所定大き
さ、例えば１００ｎｍ以上の粒径のグレインを有する多
結晶シリコン膜を形成する多結晶シリコン膜の形成方法
である。
成するためになされ、絶縁性基板上に所定間隔、例えば
１００ｎｍ以上の間隔を開けてシリコンの結晶核を複数
形成し、結晶核をエピタキシャル成長させて所定大き
さ、例えば１００ｎｍ以上の粒径のグレインを有する多
結晶シリコン膜を形成する多結晶シリコン膜の形成方法
である。
【００１４】また、シリコンと水素が化合したシラン系
ガス雰囲気中で絶縁性基板表面のシラン系ガスに、紫外
光もしくはレーザ光もしくはイオンビームもしくは電子
ビームを照射することによってエネルギーを与え、エピ
タキシャル成長させる。
ガス雰囲気中で絶縁性基板表面のシラン系ガスに、紫外
光もしくはレーザ光もしくはイオンビームもしくは電子
ビームを照射することによってエネルギーを与え、エピ
タキシャル成長させる。
【００１５】また、シラン系ガスはシリコン原子を２つ
以上含む高次シランガスを含む。
以上含む高次シランガスを含む。
【００１６】また、シリコンの結晶核を形成する方法
は、真空中で絶縁性基板の結晶核を形成する位置に収束
させたシリコンイオンビームを照射するか、シラン系ガ
ス雰囲気中で絶縁性基板の結晶核を形成する位置にレー
ザを照射するか、全面にポリシリコン膜を形成して結晶
核とする領域に残存させてそれ以外の領域を除去する
か、絶縁性基板上にシリコン窒化膜を形成して結晶核を
形成する領域に開口部を設け絶縁性基板を露出して開口
部に選択的にシリコンの結晶を形成する。
は、真空中で絶縁性基板の結晶核を形成する位置に収束
させたシリコンイオンビームを照射するか、シラン系ガ
ス雰囲気中で絶縁性基板の結晶核を形成する位置にレー
ザを照射するか、全面にポリシリコン膜を形成して結晶
核とする領域に残存させてそれ以外の領域を除去する
か、絶縁性基板上にシリコン窒化膜を形成して結晶核を
形成する領域に開口部を設け絶縁性基板を露出して開口
部に選択的にシリコンの結晶を形成する。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１及び図２は本発明の第１の実
施形態の製造工程を順に示す断面図である。 工程１：図１に示すように、１０-2Torr以下の気圧に減
圧した真空中で、ガラス基板１上にシリコンイオンビー
ムを照射して、単結晶シリコンよりなる結晶核２を形成
する。シリコンイオンビームの照射領域はスリット電極
３を用いた収束レンズ４を用いて１μｍ程度に絞る。 工程２：図２（ａ）に示すように、シリコンイオンビー
ムの照射を繰り返し、複数の結晶核２を、例えば１００
ｎｍ以上の所定間隔ｄをあけて形成する。 工程３：図２（ｂ）に示すように、４００℃以下、好ま
しくは２００℃以下のシラン系ガスの雰囲気中で、ガラ
ス基板近傍のガスに例えば高圧水銀ランプなどの紫外光
や、レーザ光、イオンビーム、電子ビームなどを照射し
て、シラン系ガスにエネルギーを与えることによってシ
ラン系ガスを励起してラジカルに分解する。ラジカルと
はシラン分子からいくつかの水素原子が乖離して活性化
している状態である。ラジカルとなったシラン系ガスの
分子は、結晶核２と一体化し、結晶核２を気相エピタキ
シャル成長させて、結晶グレインを大きくしてゆく。一
方の水素原子は水素ガスとなって離散する。上記のシラ
ン系ガスは、シリコンと水素が化合したガスで、シラン
（SiH4）でももちろんよいが、ジシラン（Si2H6）、ト
リシラン（Si3H8）もしくは更に高次の、即ちシリコン
原子数の多いシランガスを用いると、より分解しやす
い。本明細書において、シラン系ガスとは、これらシラ
ン及び高次シランの総称である。また、ビームは例えば
アルゴンイオンを電界によって加速し、その運動エネル
ギーによってシラン系ガスの分子を励起する。
施形態の製造工程を順に示す断面図である。 工程１：図１に示すように、１０-2Torr以下の気圧に減
圧した真空中で、ガラス基板１上にシリコンイオンビー
ムを照射して、単結晶シリコンよりなる結晶核２を形成
する。シリコンイオンビームの照射領域はスリット電極
３を用いた収束レンズ４を用いて１μｍ程度に絞る。 工程２：図２（ａ）に示すように、シリコンイオンビー
ムの照射を繰り返し、複数の結晶核２を、例えば１００
ｎｍ以上の所定間隔ｄをあけて形成する。 工程３：図２（ｂ）に示すように、４００℃以下、好ま
しくは２００℃以下のシラン系ガスの雰囲気中で、ガラ
ス基板近傍のガスに例えば高圧水銀ランプなどの紫外光
や、レーザ光、イオンビーム、電子ビームなどを照射し
て、シラン系ガスにエネルギーを与えることによってシ
ラン系ガスを励起してラジカルに分解する。ラジカルと
はシラン分子からいくつかの水素原子が乖離して活性化
している状態である。ラジカルとなったシラン系ガスの
分子は、結晶核２と一体化し、結晶核２を気相エピタキ
シャル成長させて、結晶グレインを大きくしてゆく。一
方の水素原子は水素ガスとなって離散する。上記のシラ
ン系ガスは、シリコンと水素が化合したガスで、シラン
（SiH4）でももちろんよいが、ジシラン（Si2H6）、ト
リシラン（Si3H8）もしくは更に高次の、即ちシリコン
原子数の多いシランガスを用いると、より分解しやす
い。本明細書において、シラン系ガスとは、これらシラ
ン及び高次シランの総称である。また、ビームは例えば
アルゴンイオンを電界によって加速し、その運動エネル
ギーによってシラン系ガスの分子を励起する。
【００１８】本工程によって、粒径Ｒの結晶グレイン５
を有するポリシリコン膜６が形成される。結晶核２は間
隔ｄを隔てているので、横方向のエピタキシャル成長が
抑制されることなく進行するため、粒径Ｒは間隔ｄにほ
ぼ等しく、この場合１００ｎｍ以上となる。結晶核２の
間隔ｄを狭くすると粒径Ｒも小さくなり、広くすると大
きくなる。結晶の横方向成長は、結晶核２を中心として
放射状に進むので、結晶グレイン５は、結晶核２の位置
を中心に形成される。 工程４：図２（ｃ）に示すように、従来技術の工程４及
び工程５と同様にしてポリシリコン膜６の表面にゲート
酸化膜７を形成し、ゲート電極８を形成、これをマスク
としてソース９、ドレイン１０を形成してトランジスタ
を形成する。ゲート電極８は金属や、ドープドポリシリ
コンなどの導電材料であればいかなる材質でもよい。
を有するポリシリコン膜６が形成される。結晶核２は間
隔ｄを隔てているので、横方向のエピタキシャル成長が
抑制されることなく進行するため、粒径Ｒは間隔ｄにほ
ぼ等しく、この場合１００ｎｍ以上となる。結晶核２の
間隔ｄを狭くすると粒径Ｒも小さくなり、広くすると大
きくなる。結晶の横方向成長は、結晶核２を中心として
放射状に進むので、結晶グレイン５は、結晶核２の位置
を中心に形成される。 工程４：図２（ｃ）に示すように、従来技術の工程４及
び工程５と同様にしてポリシリコン膜６の表面にゲート
酸化膜７を形成し、ゲート電極８を形成、これをマスク
としてソース９、ドレイン１０を形成してトランジスタ
を形成する。ゲート電極８は金属や、ドープドポリシリ
コンなどの導電材料であればいかなる材質でもよい。
【００１９】なお、工程２において結晶核２を形成させ
る位置は、図３（ａ）に示すように所定距離ｄをあけた
等間隔の格子状に形成することで全面に均等な品質のポ
リシリコン膜６とする事が出来る。また、結晶核２の形
成位置を、図３（ｂ）に示すように、特に高品質なポリ
シリコン膜が要求されるデバイスが形成される領域のみ
としてもよい。高品質が求められない領域の結晶核２の
形成を省略することで、製造時間の短縮ができ、更に省
エネルギーとする事が出来る。
る位置は、図３（ａ）に示すように所定距離ｄをあけた
等間隔の格子状に形成することで全面に均等な品質のポ
リシリコン膜６とする事が出来る。また、結晶核２の形
成位置を、図３（ｂ）に示すように、特に高品質なポリ
シリコン膜が要求されるデバイスが形成される領域のみ
としてもよい。高品質が求められない領域の結晶核２の
形成を省略することで、製造時間の短縮ができ、更に省
エネルギーとする事が出来る。
【００２０】次に本発明の第２の実施形態について説明
する。 工程１：図４に示すように、シラン系ガスの雰囲気中
で、ガラス基板１上にレーザを照射する。レーザのエネ
ルギーによってシラン分子からいくつかの水素が乖離し
ラジカルとなって、照射領域に単結晶シリコンよりなる
結晶核２が形成される。レーザは例えばＡｒＦエキシマ
レーザ等を１００〜３００ｍＪ／ｃｍ2用いる。レーザ
径を絞って、１μｍ以下に絞る。シラン系ガスは第１の
実施形態と同様、高次シランであることが望ましい。
する。 工程１：図４に示すように、シラン系ガスの雰囲気中
で、ガラス基板１上にレーザを照射する。レーザのエネ
ルギーによってシラン分子からいくつかの水素が乖離し
ラジカルとなって、照射領域に単結晶シリコンよりなる
結晶核２が形成される。レーザは例えばＡｒＦエキシマ
レーザ等を１００〜３００ｍＪ／ｃｍ2用いる。レーザ
径を絞って、１μｍ以下に絞る。シラン系ガスは第１の
実施形態と同様、高次シランであることが望ましい。
【００２１】工程２以降は図２に示したように、結晶核
２を複数形成し、これをエピタキシャル成長させ、デバ
イスを形成する。第１の実施形態と同様であるので詳し
い説明を省略する。
２を複数形成し、これをエピタキシャル成長させ、デバ
イスを形成する。第１の実施形態と同様であるので詳し
い説明を省略する。
【００２２】次に本発明の第３の実施形態について説明
する。 工程１：図５（ａ）に示すように、例えばガラス基板１
上にプラズマＣＶＤを用いて形成したアモルファスシリ
コン膜１１にエキシマレーザアニールを施して再結晶化
させるなどして、ポリシリコン膜１２を厚さ１００Å〜
５００Å程度形成する。 工程２：フォトレジストを全面に１μｍ程度の厚さに塗
布し、露光、現像して、図５（ｂ）に示すように、フォ
トマスク１３を結晶核２を形成する領域に形成する。フ
ォトマスク１３の大きさは加工限界の最小の大きさとす
る。 工程３：図５（ｃ）に示すように、フォトマスク１３を
マスクとしてポリシリコン膜１２をエッチングして結晶
核２を形成する。エッチングは等方性エッチングであれ
ば、横方向、即ちフォトマスク１３端部下もエッチング
されるので、フォトマスク１３の加工限界よりもさらに
小さな結晶核２とする事が出来る。結晶核２の大きさ
は、エッチングの時間によって制御することができる。
する。 工程１：図５（ａ）に示すように、例えばガラス基板１
上にプラズマＣＶＤを用いて形成したアモルファスシリ
コン膜１１にエキシマレーザアニールを施して再結晶化
させるなどして、ポリシリコン膜１２を厚さ１００Å〜
５００Å程度形成する。 工程２：フォトレジストを全面に１μｍ程度の厚さに塗
布し、露光、現像して、図５（ｂ）に示すように、フォ
トマスク１３を結晶核２を形成する領域に形成する。フ
ォトマスク１３の大きさは加工限界の最小の大きさとす
る。 工程３：図５（ｃ）に示すように、フォトマスク１３を
マスクとしてポリシリコン膜１２をエッチングして結晶
核２を形成する。エッチングは等方性エッチングであれ
ば、横方向、即ちフォトマスク１３端部下もエッチング
されるので、フォトマスク１３の加工限界よりもさらに
小さな結晶核２とする事が出来る。結晶核２の大きさ
は、エッチングの時間によって制御することができる。
【００２３】工程４以降は図２に示したように、結晶核
２を複数形成し、これをエピタキシャル成長させ、デバ
イスを形成する。第１の実施形態の工程３以降と同様で
あるので詳しい説明を省略する。
２を複数形成し、これをエピタキシャル成長させ、デバ
イスを形成する。第１の実施形態の工程３以降と同様で
あるので詳しい説明を省略する。
【００２４】次に本発明の第４の実施形態について説明
する。 工程１：図６（ａ）に示すように、ガラス基板１上にプ
ラズマＣＶＤによってシリコン窒化膜２１を厚さ１００
Å〜１０００Å程度形成する。 工程２：図６（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜２１
をフォトリソグラフィによって形成したマスクを用いて
エッチングして、開口部２１ａを形成し、ガラス基板１
を露出する。 工程３：シラン系ガス雰囲気中で全面もしくは開口部２
１ａに例えば高圧水銀ランプなどによる紫外光を照射す
ると、紫外光によってシラン系ガスがラジカルとなり、
図６（ｃ）に示すように、開口部に選択的に結晶核２が
形成される。これは、シリコン酸化物であるガラス基板
１と、シリコン窒化膜２１とでラジカルの付着率が異な
り、より付着率が高いガラス基板１が露出している開口
部２１ａにシリコンが選択的に成長するものである。 工程４：図６（ｄ）に示すように、第１の実施形態の工
程３とほぼ同様にしてエピタキシャル成長によってポリ
シリコン膜６を形成する。工程５以降は図２に示したよ
うに、デバイスを形成する。第１の実施形態とほぼ同様
であるので詳しい説明を省略する。
する。 工程１：図６（ａ）に示すように、ガラス基板１上にプ
ラズマＣＶＤによってシリコン窒化膜２１を厚さ１００
Å〜１０００Å程度形成する。 工程２：図６（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜２１
をフォトリソグラフィによって形成したマスクを用いて
エッチングして、開口部２１ａを形成し、ガラス基板１
を露出する。 工程３：シラン系ガス雰囲気中で全面もしくは開口部２
１ａに例えば高圧水銀ランプなどによる紫外光を照射す
ると、紫外光によってシラン系ガスがラジカルとなり、
図６（ｃ）に示すように、開口部に選択的に結晶核２が
形成される。これは、シリコン酸化物であるガラス基板
１と、シリコン窒化膜２１とでラジカルの付着率が異な
り、より付着率が高いガラス基板１が露出している開口
部２１ａにシリコンが選択的に成長するものである。 工程４：図６（ｄ）に示すように、第１の実施形態の工
程３とほぼ同様にしてエピタキシャル成長によってポリ
シリコン膜６を形成する。工程５以降は図２に示したよ
うに、デバイスを形成する。第１の実施形態とほぼ同様
であるので詳しい説明を省略する。
【００２５】第１〜第４の実施形態いずれを用いても、
結晶核２をエピタキシャル成長させて粒径の大きなポリ
シリコン膜を得る点では共通である。結晶核２の大きさ
は出来るだけ小さい方が望ましい。結晶核２が大きい
と、結晶核２が内部に複数の結晶方位を有する確率が増
加するためである。内部に複数の結晶方位を有する結晶
核２をエピタキシャル成長させると、複数のグレインと
なってしまう。
結晶核２をエピタキシャル成長させて粒径の大きなポリ
シリコン膜を得る点では共通である。結晶核２の大きさ
は出来るだけ小さい方が望ましい。結晶核２が大きい
と、結晶核２が内部に複数の結晶方位を有する確率が増
加するためである。内部に複数の結晶方位を有する結晶
核２をエピタキシャル成長させると、複数のグレインと
なってしまう。
【００２６】第１〜第４の実施形態いずれの場合も、結
晶核２の間隔ｄは１００ｎｍ以上である。このため、形
成されるポリシリコン膜６の粒径は１００ｎｍよりも大
きくなる。例えば結晶核２の間隔を１μｍとして、粒径
１μｍのポリシリコン膜６を形成し、ゲート長が１μｍ
程度のトランジスタをこの直上に形成すれば、トランジ
スタの活性領域（ソース９とドレイン１０の間の領域）
のグレインは１個もしくは数個である。従って、従来の
製造方法によって形成したポリシリコン膜に比較して結
晶の粒界が極めて少ない。従って、ポリシリコン膜６を
用いて形成したトランジスタは、リーク電流が小さい
等、デバイス特性が格段に向上する。
晶核２の間隔ｄは１００ｎｍ以上である。このため、形
成されるポリシリコン膜６の粒径は１００ｎｍよりも大
きくなる。例えば結晶核２の間隔を１μｍとして、粒径
１μｍのポリシリコン膜６を形成し、ゲート長が１μｍ
程度のトランジスタをこの直上に形成すれば、トランジ
スタの活性領域（ソース９とドレイン１０の間の領域）
のグレインは１個もしくは数個である。従って、従来の
製造方法によって形成したポリシリコン膜に比較して結
晶の粒界が極めて少ない。従って、ポリシリコン膜６を
用いて形成したトランジスタは、リーク電流が小さい
等、デバイス特性が格段に向上する。
【００２７】また、本発明の製造方法によれば、低温エ
ピタキシャル成長によってポリシリコン膜を形成するの
で、比較的高温を必要とする熱ＣＶＤや、脱水素工程を
用いる必要がなく、より省エネルギーの製造プロセスが
実現される。また、製造温度をより低くできるため、耐
熱性の低い、より安価なガラス基板を用いることができ
る。
ピタキシャル成長によってポリシリコン膜を形成するの
で、比較的高温を必要とする熱ＣＶＤや、脱水素工程を
用いる必要がなく、より省エネルギーの製造プロセスが
実現される。また、製造温度をより低くできるため、耐
熱性の低い、より安価なガラス基板を用いることができ
る。
【００２８】本発明では、ガラス基板１として説明した
が、その他の絶縁性基板、例えばセラミックやアクリル
などを基板として用いることもできる。
が、その他の絶縁性基板、例えばセラミックやアクリル
などを基板として用いることもできる。
【００２９】
【発明の効果】上述したように本発明によれば、少なく
とも１００ｎｍ以上の間隔を開けてシリコンの結晶核を
複数形成し、この結晶核をエピタキシャル成長させて多
結晶シリコン膜を形成するので、ポリシリコン膜の粒径
が大きく、高品質である。
とも１００ｎｍ以上の間隔を開けてシリコンの結晶核を
複数形成し、この結晶核をエピタキシャル成長させて多
結晶シリコン膜を形成するので、ポリシリコン膜の粒径
が大きく、高品質である。
【００３０】また、シラン系ガスにエネルギーを与え、
エピタキシャル成長させるので、製造温度が低く、省エ
ネルギーであり、ガラス基板に軟化点が低く安価なガラ
スを用いることができる。
エピタキシャル成長させるので、製造温度が低く、省エ
ネルギーであり、ガラス基板に軟化点が低く安価なガラ
スを用いることができる。
【００３１】また、シラン系ガスに、より高次のシラン
ガスを用いるのでより低温で分解もしくはラジカルにす
ることが可能であり、本発明での製造省エネルギーで化
をより効果的にできる。
ガスを用いるのでより低温で分解もしくはラジカルにす
ることが可能であり、本発明での製造省エネルギーで化
をより効果的にできる。
【図１】本発明の第１の実施形態の製造方法を示す断面
図である。
図である。
【図２】本発明の製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明の製造方法を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の製造方法を示す断面
図である。
図である。
【図５】本発明の第３の実施形態の製造方法を示す断面
図である。
図である。
【図６】本発明の第４の実施形態の製造方法を示す断面
図である。
図である。
【図７】従来の製造方法を示す断面図である。
１ 絶縁性基板、２ 結晶核、５ グレイン、６ ポリ
シリコン膜 １３ フォトレジスト、２１ シリコン窒化膜
シリコン膜 １３ フォトレジスト、２１ シリコン窒化膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐野 景一 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 米田 清 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5F045 AA08 AB03 AC01 AC16 AD05 AD06 AD07 AD08 AF07 AF20 BB07 CA15 DA51 DA61 DB02 EK12 EK17 EK20 HA12 HA17 5F052 AA02 BB07 DA02 DB03 HA08 JA01
Claims (9)
- 【請求項１】 絶縁性基板上に所定間隔以上の間隔を開
けてシリコンの結晶核を複数形成し、前記結晶核をエピ
タキシャル成長させて所定大きさ以上の粒径のグレイン
を有する多結晶シリコン膜を形成することを特徴とする
多結晶シリコン膜の形成方法。 - 【請求項２】 前記シリコンの結晶核の所定間隔は１０
０ｎｍであり、前記グレインの粒径の所定大きさは１０
０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の多結晶
シリコン膜の形成方法。 - 【請求項３】 前記エピタキシャル成長させる方法は、
シリコンと水素が化合したシラン系ガス雰囲気中で、気
相で前記絶縁性基板表面の該シラン系ガスに、紫外光、
レーザ光、イオンビームもしくは電子ビームを照射する
ことによってエネルギーを与えることを特徴とする請求
項１もしくは請求項２に記載の多結晶シリコン膜の形成
方法。 - 【請求項４】 前記シラン系ガスはシリコン原子を２つ
以上含む高次シランガスを含むことを特徴とする請求項
３に記載の多結晶シリコン膜の形成方法。 - 【請求項５】 前記シリコンの結晶核を形成する方法
は、真空中で前記絶縁性基板の該結晶核を形成する位置
に収束させたシリコンイオンビームを照射することを特
徴とする請求項１乃至請求項４に記載の多結晶シリコン
膜の形成方法。 - 【請求項６】 前記シリコンの結晶核を形成する方法
は、シラン系ガス雰囲気中で前記絶縁性基板の該結晶核
を形成する位置にレーザを照射することを特徴とする請
求項１乃至請求項４に記載の多結晶シリコン膜の形成方
法。 - 【請求項７】 前記シリコンの結晶核を形成する方法
は、全面に多結晶シリコン膜を形成し、該多結晶シリコ
ン膜を前記結晶核とする領域に残存させ、前記結晶核以
外の領域を除去することを特徴とする請求項１乃至請求
項４に記載の多結晶シリコン膜の形成方法。 - 【請求項８】 前記全面に多結晶シリコン膜を形成する
方法は、全面にアモルファスシリコンを形成し、レーザ
光を照射して結晶化させることを特徴とする請求項７に
記載の多結晶シリコン膜の形成方法。 - 【請求項９】 前記シリコンの結晶核を形成する方法
は、前記絶縁性基板上にシリコン窒化膜を形成し、該シ
リコン窒化膜の前記結晶核を形成する領域に開口部を設
けて前記絶縁性基板を露出し、前記開口部に選択的にシ
リコンの結晶を形成する事を特徴とする請求項１乃至請
求項４に記載の多結晶シリコン膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11059214A JP2000260713A (ja) | 1999-03-05 | 1999-03-05 | 多結晶シリコン膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11059214A JP2000260713A (ja) | 1999-03-05 | 1999-03-05 | 多結晶シリコン膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000260713A true JP2000260713A (ja) | 2000-09-22 |
Family
ID=13106925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11059214A Pending JP2000260713A (ja) | 1999-03-05 | 1999-03-05 | 多結晶シリコン膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000260713A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008227338A (ja) * | 2007-03-15 | 2008-09-25 | Toyohashi Univ Of Technology | 多層構造ウエハーおよびその製造方法 |
| KR100893183B1 (ko) * | 2008-06-24 | 2009-04-15 | (주)티에스티아이테크 | 레이저 여기 화학기상 증착법을 이용한 폴리실리콘의제조장치 및 방법 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1999
- 1999-03-05 JP JP11059214A patent/JP2000260713A/ja active Pending
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