JPH0773094B2 - 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Info
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- JPH0773094B2 JPH0773094B2 JP60170467A JP17046785A JPH0773094B2 JP H0773094 B2 JPH0773094 B2 JP H0773094B2 JP 60170467 A JP60170467 A JP 60170467A JP 17046785 A JP17046785 A JP 17046785A JP H0773094 B2 JPH0773094 B2 JP H0773094B2
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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、Siその他の各種半導体の結晶性薄膜を製造するの
に用いて最適なものである。
って、Siその他の各種半導体の結晶性薄膜を製造するの
に用いて最適なものである。
本発明は、結晶性半導体薄膜の製造方法において、基板
上にアモルファスシリコン薄膜を形成した後、少なくと
も水素およびドーピング元素ガスを含む雰囲気中で前記
アモルファスシリコン薄膜にエキシマレーザをパルス照
射することにより、前記アモルファスシリコン薄膜に前
記水素およびドーピング元素を拡散させると共に、前記
アモルファスシリコン薄膜を溶融多結晶化し、かつ表面
にドーピング層を形成するようにしたことによって、ア
モルファスシリコン薄膜の溶融多結晶化水素化及び表面
のドーピング層の形成を低温でかつ同時に行うことがで
き、良質の結晶性半導体薄膜を短時間で製造することが
できるようにしたものである。
上にアモルファスシリコン薄膜を形成した後、少なくと
も水素およびドーピング元素ガスを含む雰囲気中で前記
アモルファスシリコン薄膜にエキシマレーザをパルス照
射することにより、前記アモルファスシリコン薄膜に前
記水素およびドーピング元素を拡散させると共に、前記
アモルファスシリコン薄膜を溶融多結晶化し、かつ表面
にドーピング層を形成するようにしたことによって、ア
モルファスシリコン薄膜の溶融多結晶化水素化及び表面
のドーピング層の形成を低温でかつ同時に行うことがで
き、良質の結晶性半導体薄膜を短時間で製造することが
できるようにしたものである。
電子（または正孔）移動度が大きく、リーク電流が小さ
い等の特性の良好な多結晶SiTFTを作製するためには、
多結晶Siの結晶粒径が大きくかつ結晶粒界のパッシベー
ションが十分に行われていることが必要である。従来、
このような多結晶Siを得るためには、高温（＞600℃）
での長時間アニールによる結晶化とSi3N4:HまたはH2プ
ラズマアニールを用いた水素化によるパッシベーション
とが行われてきた。
い等の特性の良好な多結晶SiTFTを作製するためには、
多結晶Siの結晶粒径が大きくかつ結晶粒界のパッシベー
ションが十分に行われていることが必要である。従来、
このような多結晶Siを得るためには、高温（＞600℃）
での長時間アニールによる結晶化とSi3N4:HまたはH2プ
ラズマアニールを用いた水素化によるパッシベーション
とが行われてきた。
しかしながら、上述のような従来の方法では、結晶化と
水素化とを別々に行わなければならないのみならず、長
時間アニールを必要とするので能率的でないという欠点
がある。また高温でのアニールが必要であるため、低温
プロセス化に適合しないという欠点もある。
水素化とを別々に行わなければならないのみならず、長
時間アニールを必要とするので能率的でないという欠点
がある。また高温でのアニールが必要であるため、低温
プロセス化に適合しないという欠点もある。
なお本発明の先行文献として特開昭58-182835号公報が
挙げられ、この文献には基板上に形成した多結晶Si表面
の結晶粒界にＨ、He、Ｏ等を高温で拡散させ、次いでレ
ーザービーム照射等によりアニールを行った後、Ｐ、
Ｂ、As等の不純物原子をイオン注入するようにした薄膜
トランジスタ用基板の処理方法が開示されている。
挙げられ、この文献には基板上に形成した多結晶Si表面
の結晶粒界にＨ、He、Ｏ等を高温で拡散させ、次いでレ
ーザービーム照射等によりアニールを行った後、Ｐ、
Ｂ、As等の不純物原子をイオン注入するようにした薄膜
トランジスタ用基板の処理方法が開示されている。
本発明は、上述の問題にかんがみ、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。
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。
本発明に係る結晶性半導体薄膜の製造方法は、基板上に
アモルファスシリコン薄膜２を形成した後、少なくとも
水素およびドーピング元素ガスを含む雰囲気中で前記ア
モルファスシリコン薄膜２にエキシマレーザ（例えばXe
Clエキシマレーザによるレーザービーム７）をパルス照
射することにより、前記アモルファスシリコン薄膜に前
記水素およびドーピング元素を拡散させると共に、前記
アモルファスシリコン薄膜を溶融多結晶化し、かつ表面
にドーピング層を形成するようにしている。
アモルファスシリコン薄膜２を形成した後、少なくとも
水素およびドーピング元素ガスを含む雰囲気中で前記ア
モルファスシリコン薄膜２にエキシマレーザ（例えばXe
Clエキシマレーザによるレーザービーム７）をパルス照
射することにより、前記アモルファスシリコン薄膜に前
記水素およびドーピング元素を拡散させると共に、前記
アモルファスシリコン薄膜を溶融多結晶化し、かつ表面
にドーピング層を形成するようにしている。
〔作用〕 このようにすることによって、アモルファスシリコン薄
膜の溶融多結晶化、水素化及び表面のドーピング層の形
成を低温でかつ同時に行うことが可能となる。
膜の溶融多結晶化、水素化及び表面のドーピング層の形
成を低温でかつ同時に行うことが可能となる。
以下本発明に係る結晶性半導体薄膜の製造方法を多結晶
Si膜の製造に適用した一実施例につき図面を参照しなが
ら説明する。
Si膜の製造に適用した一実施例につき図面を参照しなが
ら説明する。
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法により例えば膜厚800Åの水素化アモルファス
Si膜すなわちa-Si:H膜２を形成する。
ズマCVD法により例えば膜厚800Åの水素化アモルファス
Si膜すなわちa-Si:H膜２を形成する。
次にこのa-Si:H膜２が形成されたガラス基板１を第２図
に示す装置の真空チャンバー３内の所定位置にセットす
る。次にこの真空チャンバー３内を排気管４を通じて図
示省略した真空ポンプにより真空排気した後、ガス導入
管５から水素ガスおよびPH3ガスを導入して真空チャン
バー３内をH2及びPH3ガス雰囲気にする。次に真空チャ
ンバー３の上部に設けられたレーザー照射用の窓６を通
じて、例えばXeClエキシマーレーザーによる波長λ＝30
8nm、パルス幅τ＝35nsのレーザービーム７を例えばレ
ーザーエネルギー220mJ/cm2でa-Si:H膜２に照射する。
なおこの際、ガラス基板１は常温に保つ。このレーザー
ビーム７の照射により、a-Si:H膜２は表面温度が例えば
Siの融点前後に達する程度まで加熱され、これによるア
ニールの結果結晶化が起きて第1B図に示すように結晶粒
径が1000Å程度にも達する大きな結晶粒から成る多結晶
Si膜８が形成される。
に示す装置の真空チャンバー３内の所定位置にセットす
る。次にこの真空チャンバー３内を排気管４を通じて図
示省略した真空ポンプにより真空排気した後、ガス導入
管５から水素ガスおよびPH3ガスを導入して真空チャン
バー３内をH2及びPH3ガス雰囲気にする。次に真空チャ
ンバー３の上部に設けられたレーザー照射用の窓６を通
じて、例えばXeClエキシマーレーザーによる波長λ＝30
8nm、パルス幅τ＝35nsのレーザービーム７を例えばレ
ーザーエネルギー220mJ/cm2でa-Si:H膜２に照射する。
なおこの際、ガラス基板１は常温に保つ。このレーザー
ビーム７の照射により、a-Si:H膜２は表面温度が例えば
Siの融点前後に達する程度まで加熱され、これによるア
ニールの結果結晶化が起きて第1B図に示すように結晶粒
径が1000Å程度にも達する大きな結晶粒から成る多結晶
Si膜８が形成される。
またこの結晶化と同時に次のようにして多結晶Si膜８の
水素化及び表面のドーピング層の形成が行われる。すな
わち、上述のようにレーザービーム７の照射によりa-S
i:H膜２の表面はSiの融点付近まで加熱されるが、融点
近傍では雰囲気ガスであるH2のSiへの拡散係数はＤ＝３
×10-4cm2/sにも達する。従って、レーザービーム７の
照射によるアニール中に水素は気相からSi中へ ＝650Åの深さまで拡散する。一方、熱拡散によってSi
膜の温度はレーザービーム照射後も100ns程度の間は約1
000℃に保たれるから、水素はレーザービーム照射後も
例えば数100Åは拡散し、この結果多結晶Si膜８の全体
に亘って水素化が行われ、これによって結晶欠陥の減
少、特に結晶粒界のパッシベーションが行われる。しか
もこの水素の拡散は結晶化と同時に行われるので、多結
晶Si膜８の全体に亘って均一に水素化が行われる。
水素化及び表面のドーピング層の形成が行われる。すな
わち、上述のようにレーザービーム７の照射によりa-S
i:H膜２の表面はSiの融点付近まで加熱されるが、融点
近傍では雰囲気ガスであるH2のSiへの拡散係数はＤ＝３
×10-4cm2/sにも達する。従って、レーザービーム７の
照射によるアニール中に水素は気相からSi中へ ＝650Åの深さまで拡散する。一方、熱拡散によってSi
膜の温度はレーザービーム照射後も100ns程度の間は約1
000℃に保たれるから、水素はレーザービーム照射後も
例えば数100Åは拡散し、この結果多結晶Si膜８の全体
に亘って水素化が行われ、これによって結晶欠陥の減
少、特に結晶粒界のパッシベーションが行われる。しか
もこの水素の拡散は結晶化と同時に行われるので、多結
晶Si膜８の全体に亘って均一に水素化が行われる。
また、H2ガスとPH3ガスとの混合ガス雰囲気中でSi膜９
に第３図に示すように紫外域の波長のレーザービーム７
を選択的に照射することにより水素化とＰ拡散によるｎ
層10の形成とが同時に行われる。
に第３図に示すように紫外域の波長のレーザービーム７
を選択的に照射することにより水素化とＰ拡散によるｎ
層10の形成とが同時に行われる。
このように、上述の実施例によれば、水素雰囲気中でSi
に吸収されやすいXeClエキシマーレーザーによるレーザ
ービーム７をa-Si:H膜２に照射することにより、結晶化
を行うと共に水素化と表面のドーピング層の形成とを行
っているので、結晶粒径が1000Å程度と極めて大きくし
かも結晶粒界が水素でパッシベートされた良質の多結晶
Si膜８を製造することができる。従って、この良質な多
結晶Si膜８を用いることにより、移動度が極めて大き
く、リーク電流も極めて小さい等の特性の良好な多結晶
SiTFT等を製造することが可能である。
に吸収されやすいXeClエキシマーレーザーによるレーザ
ービーム７をa-Si:H膜２に照射することにより、結晶化
を行うと共に水素化と表面のドーピング層の形成とを行
っているので、結晶粒径が1000Å程度と極めて大きくし
かも結晶粒界が水素でパッシベートされた良質の多結晶
Si膜８を製造することができる。従って、この良質な多
結晶Si膜８を用いることにより、移動度が極めて大き
く、リーク電流も極めて小さい等の特性の良好な多結晶
SiTFT等を製造することが可能である。
のみならず、Siに吸収されやすいレーザービーム照射に
よる局部的短時間加熱により、ガラス基板１を高温に加
熱することなく常温で結晶化と水素化と表面のドーピン
グ層の形成とを行うことができ、従って低融点のガラス
基板１上に良質の多結晶Si膜８を形成することができ
る。しかも結晶化と水素化と表面のドーピング層の形成
とを同時にかつ極めて短時間で行うことができるので、
多結晶Si膜８の製造に要する時間が極めて短い。
よる局部的短時間加熱により、ガラス基板１を高温に加
熱することなく常温で結晶化と水素化と表面のドーピン
グ層の形成とを行うことができ、従って低融点のガラス
基板１上に良質の多結晶Si膜８を形成することができ
る。しかも結晶化と水素化と表面のドーピング層の形成
とを同時にかつ極めて短時間で行うことができるので、
多結晶Si膜８の製造に要する時間が極めて短い。
以上本発明の実施例につき説明したが、本発明は上述の
実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想
に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施
例においては、加熱源としてXeClエキシマーレーザーを
用いたが、必要に応じてkrFエキシマレーザー（λ＝248
nm）も用いることが可能である。なおレーザービーム７
の吸収係数は103cm-1程度以上であることが好ましい。
また加熱に用いるビームのエネルギーは必要に応じて選
定することができる。さらに上述の実施例においては常
温においてレーザービーム７の照射を行ったが、必要に
応じて基板を加熱した状態でビーム照射を行うことも可
能である。しかし、水素化を効果的に行うためには基板
温度は600℃以下であるのが好ましい。さらにまた、上
述の実施例においては、a-Si:H膜２の膜厚を800Åとし
たが、これに限定されるものでは勿論なく、必要に応じ
て適宜選定し得るものである。しかし、比較的膜厚が大
きい場合（＞2000Å）、膜全体に亘って水素化を完全に
行うためには、結晶化に要するエネルギー以上のエネル
ギービームで結晶化及び水素化を行った後、結晶化に要
するエネルギー以下のエネルギービームで加熱すること
により水素を膜全体に拡散させるのが好ましい。
実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想
に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施
例においては、加熱源としてXeClエキシマーレーザーを
用いたが、必要に応じてkrFエキシマレーザー（λ＝248
nm）も用いることが可能である。なおレーザービーム７
の吸収係数は103cm-1程度以上であることが好ましい。
また加熱に用いるビームのエネルギーは必要に応じて選
定することができる。さらに上述の実施例においては常
温においてレーザービーム７の照射を行ったが、必要に
応じて基板を加熱した状態でビーム照射を行うことも可
能である。しかし、水素化を効果的に行うためには基板
温度は600℃以下であるのが好ましい。さらにまた、上
述の実施例においては、a-Si:H膜２の膜厚を800Åとし
たが、これに限定されるものでは勿論なく、必要に応じ
て適宜選定し得るものである。しかし、比較的膜厚が大
きい場合（＞2000Å）、膜全体に亘って水素化を完全に
行うためには、結晶化に要するエネルギー以上のエネル
ギービームで結晶化及び水素化を行った後、結晶化に要
するエネルギー以下のエネルギービームで加熱すること
により水素を膜全体に拡散させるのが好ましい。
また上述の実施例においては、最初にa-Si:H膜２を形成
したが、このa-Si:H膜２の代わりに多結晶Si膜を形成し
た後、これを上述の実施例と同様にして再結晶化、水素
化及びドーピング層を形成することも可能である。さら
にまた、必要に応じてガラス基板１以外の基板、例えば
石英基板を用いることも可能である。
したが、このa-Si:H膜２の代わりに多結晶Si膜を形成し
た後、これを上述の実施例と同様にして再結晶化、水素
化及びドーピング層を形成することも可能である。さら
にまた、必要に応じてガラス基板１以外の基板、例えば
石英基板を用いることも可能である。
なお上述の実施例においては、本発明を多結晶Si膜８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本発明を適用することも可能
である。
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本発明を適用することも可能
である。
本発明に係る結晶性半導体薄膜の製造方法によれば、ア
モルファスシリコン薄膜の溶融多結晶化、水素化及び表
面のドーピング層の形成を低温でかつ同時に行うことが
でき、従って良質の結晶性半導体薄膜を低温でしかも短
時間で製造することができる。
モルファスシリコン薄膜の溶融多結晶化、水素化及び表
面のドーピング層の形成を低温でかつ同時に行うことが
でき、従って良質の結晶性半導体薄膜を低温でしかも短
時間で製造することができる。
第1A図及び第1B図は本発明の一実施例による多結晶Si膜
の製造方法を工程順に示す断面図、第２図は実施例によ
る多結晶Si膜の製造方法を実施するために用いる装置の
概略的な構成図、第３図は本発明の実施例を示す断面図
である。 なお図面に用いた符号において、 １……ガラス基板 ２……a-Si:H膜 ５……ガス導入管 ７……レーザービーム ８……多結晶Si膜 である。
の製造方法を工程順に示す断面図、第２図は実施例によ
る多結晶Si膜の製造方法を実施するために用いる装置の
概略的な構成図、第３図は本発明の実施例を示す断面図
である。 なお図面に用いた符号において、 １……ガラス基板 ２……a-Si:H膜 ５……ガス導入管 ７……レーザービーム ８……多結晶Si膜 である。
Claims (1)
- 【請求項１】基板上にアモルファスシリコン薄膜を形成
した後、 少なくとも水素およびドーピング元素ガスを含む雰囲気
中で前記アモルファスシリコン薄膜にエキシマレーザを
パルス照射することにより、前記アモルファスシリコン
薄膜に前記水素およびドーピング元素を拡散させると共
に、前記アモルファスシリコン薄膜を溶融多結晶化し、
かつ表面にドーピング層を形成するようにしたことを特
徴とする結晶性半導体薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60170467A JPH0773094B2 (ja) | 1985-08-01 | 1985-08-01 | 結晶性半導体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60170467A JPH0773094B2 (ja) | 1985-08-01 | 1985-08-01 | 結晶性半導体薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6231111A JPS6231111A (ja) | 1987-02-10 |
| JPH0773094B2 true JPH0773094B2 (ja) | 1995-08-02 |
Family
ID=15905480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60170467A Expired - Lifetime JPH0773094B2 (ja) | 1985-08-01 | 1985-08-01 | 結晶性半導体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0773094B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2850319B2 (ja) * | 1987-04-28 | 1999-01-27 | ソニー株式会社 | シリコン薄膜の形成方法 |
| JPH02271611A (ja) * | 1989-04-13 | 1990-11-06 | Sanyo Electric Co Ltd | 多結晶シリコンの生産方法 |
| GB9206086D0 (en) * | 1992-03-20 | 1992-05-06 | Philips Electronics Uk Ltd | Manufacturing electronic devices comprising,e.g.tfts and mims |
| DE69327559T2 (de) * | 1992-03-25 | 2000-07-06 | Kanegafuchi Chemical Ind | Dünnfilm aus polysilizium und verfahren zu seiner herstellung |
| US5624873A (en) * | 1993-11-12 | 1997-04-29 | The Penn State Research Foundation | Enhanced crystallization of amorphous films |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57194518A (en) * | 1981-05-27 | 1982-11-30 | Toshiba Corp | Manufacture of polycrystalline silicon |
| JPS5954218A (ja) * | 1982-09-21 | 1984-03-29 | Nec Corp | 半導体基板の製造方法 |
-
1985
- 1985-08-01 JP JP60170467A patent/JPH0773094B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6231111A (ja) | 1987-02-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |