JP2534980B2 - 結晶性半導体薄膜の製造方法 - Google Patents

結晶性半導体薄膜の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は結晶性半導体薄膜の製造方法に関するもので
あって、絶縁性基板上に多結晶Si膜を形成するのに用い
て最適なものである。
〔発明の概要〕
本発明は、結晶性半導体薄膜の製造方法において、絶
縁性基板上にプラズマCVD法により形成した水素含有窒
化シリコン膜上に半導体薄膜をこの窒化シリコン膜と直
接に接するように形成するとともに、上記半導体薄膜の
上方からこの半導体薄膜にエキシマーレーザーを照射す
ることにより上記半導体薄膜を結晶化させるとともに上
記窒化シリコン膜中の水素を上記半導体薄膜中に拡散さ
せることによって、きわめて均一に結晶化されかつ表面
の平滑性がきわめて良好な良質の結晶性半導体薄膜を製
造することができ、しかも、上記半導体薄膜中に拡散す
る多量の水素によりこの半導体薄膜の結晶欠陥をきわめ
て効果的に減少させることができるようにしたものであ
る。
〔従来の技術〕 従来、ガラス等の絶縁体基板上に例えばアモルファス
Si膜を形成し、このアモルファスSi膜をレーザービーム
等のエネルギービームにより加熱して結晶化させる技術
が知られている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、Si膜と基板との熱膨張係数や熱伝導度
が違うため、ビーム加熱による結晶化の際にSi膜にひず
みや応力が生じて膜質の良好な結晶性Si膜を得るのが難
しいという問題がある。特にパルスレーザー等による短
時間加熱によって結晶化を行う場合は、温度勾配が非常
に大きくなる結果熱的ひずみが大きくなり、このため膜
質の良好な結晶性Si膜を得るのが困難である。
本発明は、従来技術が有する上述のような欠点を是正
した結晶性半導体薄膜の製造方法を提供することを目的
とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明に係る結晶性半導体薄膜の製造方法は、絶縁性
基板上にプラズマCVD法により水素含有窒化シリコン膜
を形成する工程と、上記水素含有窒化シリコン膜上に半
導体薄膜をこの窒化シリコン膜と直接に接するように形
成する工程と、上記半導体薄膜の上方からこの半導体薄
膜にエキシマーレーザーを照射することにより上記半導
体薄膜を結晶化させるとともに上記窒化シリコン膜中の
水素を上記半導体薄膜中に拡散させる工程とを有するも
のである。
〔作 用〕
このようにすることによって、半導体薄膜の下方にこ
の半導体薄膜に直接に接するように配された窒化シリコ
ン膜によりこの半導体薄膜の結晶化の際に生ずる熱的ひ
ずみをきわめて良好に緩和することができ、また、エキ
シマーレーザーのきわめて優れた結晶化作用により上記
半導体薄膜をきわめて確実にかつきわめて良好に結晶化
することができ、さらに、窒化シリコン膜をプラズマCV
D法により形成するようにしたことによって、この窒化
シリコン膜中に多量の水素を含ませることができ、しか
も、上記半導体薄膜の下方にこの半導体薄膜に直接に接
するように配された窒化シリコン膜中に存在する多量の
水素を、上記半導体薄膜の上方からこの半導体薄膜にエ
キシマーレーザーを照射することによって、主として上
方に向う水素の特性を利用して上記半導体薄膜中にきわ
めて良好に拡散させることができる。
〔実施例〕
以下本発明の実施例につき図面を参照しながら説明す
る。
まず本発明を多結晶Si膜の製造に適用した第1実施例
につき説明する。
第1A図に示すように、まず例えばガラス基板1上にプ
ラズマCVD法により例えば基板温度260℃で膜厚600Åの
水素含有のSi3N4膜(窒化シリコン膜)2を形成し、次
いでこのSi3N4膜2上に同じくプラズマCVD法により例え
ば膜厚1000Åのa−Si:H膜(水素化アモルファスSi膜)
3を上記Si3N4膜2上に直接に接するように形成する。
次にXeClエキシマーレーザーによる波長308nm、パル
ス幅35nsのレーザービーム4をa−Si:H膜3に照射して
加熱することにより常温で結晶化を行って、第1B図に示
すように多結晶Si膜5を形成する。
このようにして得られた多結晶Si膜5は、レーザーエ
ネルギー150−250mJ/cm2の範囲で特に均一に結晶化が行
われしかも表面の平滑性が良好な良質の膜であった。一
方、比較のためにSi3N4膜2を形成しないで上述と同様
にして結晶化を行った場合は、レーザービーム照射によ
って表面の荒れが大きくなり、ビーム照射領域全体を均
一に結晶化することはできなかった。
上述のように良質の多結晶Si膜5が得られる原因は次
のように考えられる。すなわち、ガラス基板lとa−S
i:H膜3との間に形成したSi3N4膜2の熱膨張係数及び熱
伝導率はSiに近いため、レーザービーム4による加熱の
際にa−Si:H膜3に生ずる熱的なひずみがこのSi3N4
2によって効果的に緩和されるためであると考えられ
る。
このように、上述の第1実施例によれば、ガラス基板
1上にSi3N4膜2を介してa−Si:H膜3を形成し、次い
でこのa−Si:H膜3にレーザービーム4を照射して加熱
することにより結晶化を行っているので、結晶化の際に
熱的ひずみが緩和され、従って均一に結晶化が行われし
かも表面の平滑性が良好な良質の多結晶Si膜5を容易に
得ることができる。のみならずプラズマCVD法により低
温で形成した上記Si3N4膜2中には多量の水素(約10原
子%)が含まれているため結晶化の際にこのSi3N4膜2
中の水素が多結晶Si膜中に拡散し、この結果この水素に
よって結晶欠陥を減少させることができる。従って結晶
欠陥が少ないという意味においても良質の多結晶Si膜5
を得ることができる。
次に本発明を多結晶SiTFTの製造に適用した第2実施
例につき説明する。
まず第1A図及び第1B図に示すと同様にしてガラス基板
1上に膜厚600ÅのSi3N4膜2及び膜厚1000Åのa−Si:H
膜3を順次形成し、次いでXeClエキシマーレーザーによ
るレーザービーム4をエネルギー185mJ/cm2でこのa−S
i:H膜3に照射して結晶化を行うことにより多結晶Si膜
5を形成する。
次に第2A図に示すように、この多結晶Si膜5に膜厚20
0ÅのSi3N4膜6、膜厚1500ÅのSiO2膜7及び膜厚6000Å
の所定形状を有するMo膜から成るゲート電極8を形成す
る。なお上記Si3N4膜6及びSiO2膜7によりゲート絶縁
膜が構成される。この後、このゲート電極8をマスクと
してP+を例えばエネルギー130KeV、ドーズ量1015cm-2
条件でSiO2膜7及びSi3N4膜6を介して多結晶Si膜5中
にイオン注入し、次いて常温でXeClエキシマーレーザー
によるレーザービーム(図示せず)を照射して加熱する
ことにより上記Pの活性化を行って、第2A図に示すよう
にn+層から成るソース領域9及びドレイン領域10を形成
する。
次に第2B図に示すように、SiO2膜7及びSi3N4膜6の
所定部分をエッチング除去して開口11、12を形成した
後、これらの開口11、12を通じてAlから成る電極13、14
を形成して、目的とするnチャネルの多結晶SiTFTを完
成させる。
このようにして製造された多結晶SiTFTの特性を測定
した所、電子移動度は96cm2/Vsと極めて高く、またオン
/オフ比も第3図に示すように従来(破線で示す曲線)
の103程度であったのに対し約105程度と2桁高い優れた
特性が得られていることがわかる。このような優れた特
性が得られるのは、第1実施例で述べたようにSi3N4
2によって結晶化の際の熱的ひずみが緩和されたこと
と、プラズマCVD法により低温で形成した上記Si3N4膜2
中の水素が結晶化の際に多結晶Si膜中に拡散して結晶欠
陥が減少したこととによるものと考えられる。
このように、上述の第2実施例によれば、Si3N4膜2
を介してガラス基板1上に形成したa−Si:H膜3を結晶
化させることにより得られた膜質の良好な多結晶Si膜5
を用いて、特性の優れた多結晶SiTFTを製造することが
できる。
以上本発明の実施例につき説明したが、本発明は上述
の2つの実施例に限定されるものではなく、本発明の技
術的思想に基ずく各種の変形が可能である。例えば、上
述の2つの実施例においてはSi3N4膜2の膜厚を600Åに
選定したが、必要に応じてこれと異なる膜厚に選定する
ことも可能である。しかし、結晶化の際の熱的ひずみを
効果的に緩和するためには100Å以上の膜厚であること
が好ましい。
さらにまた、上述の2つの実施例においては、加熱源
としてXeClエキシマーレーザーによるレーザービーム4
を用いたが、必要に応じてKrFエキシマーレーザー等の
各種エキシマーレーザーによるレーザービームを用いる
ことが可能であり、これらのエキシマーレーザーのきわ
めて優れた結晶化作用により半導体薄膜をきわめて確実
かつ良好に結晶化することができる。同様に、ガラス基
板1の代わりに石英基板その他の絶縁性基板を用いるこ
とが可能である。
また上述の2つの実施例においては、半導体薄膜とし
てa−Si:H膜3を形成したが、このa−Si:H膜3の代わ
りに多結晶Si膜を形成した後、これを上述の2つの実施
例と同様にして再結晶化させることも可能である。
なお上述の2つの実施例においては、本発明を多結晶
Si膜5の製造に適用した場合につき説明したが、Si以外
の各種半導体の結晶性薄膜の製造にも本発明を適用する
ことが可能である。
〔発明の効果〕 本発明に係る結晶性半導体薄膜の製造方法によれば、
絶縁性基板上に形成した窒化シリコン膜上に半導体薄膜
をこの窒化シリコン膜と直接に接するように形成すると
ともに、上記半導体薄膜の上方からこの半導体薄膜にエ
キシマーレーザーを照射することにより上記半導体薄膜
を結晶化させるようにした。従って、上記半導体薄膜の
下方にこの半導体薄膜に直接に接するように配された窒
化シリコン膜によりこの半導体薄膜の結晶化の際に生ず
る熱的ひずみをきわめて良好に緩和することができ、ま
た、エキシマーレーザーのきわめて優れた結晶化作用に
より上記半導体薄膜をきわめて確実にかつきわめて良好
に結晶化することができるから、きわめて均一に結晶化
されかつ表面の平滑性がきわめて良好な良質の結晶性半
導体薄膜を製造することができる。
また、絶縁基板上にプラズマCVD法により形成した水
素含有窒化シリコン膜上に半導体薄膜をこの窒化シリコ
ン膜と直接に接するように形成するとともに、上記半導
体薄膜の上方からこの半導体薄膜にエキシマーレーザー
を照射することにより上記窒化シリコン膜中の水素を上
記半導体薄膜中に拡散させるようにした。従って、窒化
シリコン膜をプラズマCVD法により形成するようにした
ことによって、この窒化シリコン膜中に多量の水素を含
ませることができ、また、上記半導体薄膜の下方にこの
半導体薄膜に直接に接するように配された窒化シリコン
膜中に存在する多量の水素を、上記半導体薄膜の上方か
らこの半導体薄膜にエキシマーレーザーを照謝すること
によって、主として上方に向う水素の特性を利用して上
記半導体薄膜中にきわめて良好に拡散させることができ
るから、上記半導体薄膜中に拡散する多量の水素により
この半導体薄膜の結晶欠陥をきわめて効果的に減少させ
ることができ、このために、結晶性半導体薄膜の膜質を
さらに良質にすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1A図及び第1B図は本発明を多結晶Si膜の製造に適用し
た第1実施例を工程順に示す断面図、第2A図及び第2B図
は本発明を多結晶SiTFTの製造に適用した第2実施例を
工程順に示す断面図、第3図は第2実施例により製造さ
れた多結晶SiTFTのドレイン電流−ゲート電圧特性の一
例を示すグラフである。 なお図面に用いた符号において、 1……ガラス基板 2……Si3N4膜 3……a−Si:H膜 4……レーザービーム 5……多結晶Si膜 8……ゲート電極 9……ソース領域 10……ドレイン領域 である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 碓井 節夫 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−95814(JP,A) 特開 昭59−54218(JP,A) 特開 昭57−109323(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁性基板上にプラズマCVD法により水素
    含有窒化シリコン膜を形成する工程と、 上記水素含有窒化シリコン膜上に半導体薄膜をこの窒化
    シリコン膜と直接に接するように形成する工程と、 上記半導体薄膜の上方からこの半導体薄膜にエキシマー
    レーザーを照射することにより上記半導体薄膜を結晶化
    させるとともに上記窒化シリコン膜中の水素を上記半導
    体薄膜中を拡散させる工程とを有することを特徴とする
    結晶性半導体薄膜の製造方法。
JP60168856A 1985-07-31 1985-07-31 結晶性半導体薄膜の製造方法 Expired - Lifetime JP2534980B2 (ja)

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