Niドーパント分布場の積極的導入によるアモルファスシリコンの大粒径結晶化

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15686032
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 野田 優 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (50312997)
• キーワード: アモルファスシリコン / ニッケルシリサイト / コンビナトリアルケミストリー / 結晶化 / 薄膜トランジスタ / 大粒径 / 太陽電池 / 核発生と成長

研究概要

本研究では、アモルファスシリコン上にニッケルの放射状の分布をつけアニールすることで、ニッケル誘起結晶化により、中心から核発生させ、扇形に2次元的に結晶を成長させ、大粒径の多結晶膜を得ることを目指す。その為には、ニッケル需給を満たす放射状のニッケル濃度分布の形成が不可欠であり、シリコンウェハに微小な穴をあけたマスクを作製、基板から離して設置する方法を取った。穴サイズによりニッケル供給量を、マスター基板間距離によりニッケルの広がりを制御できる。
結晶化は、主に、温度、時間、ニッケル濃度およびニッケルの広がりという4つの条件により決まると考えられ、高効率な検討手法が不可欠である。そこで、10通りのサイズの穴が10個ずつ開いたマスクを作製し、基板上に傾けて設置しニッケルを供給することで、ニッケル供給量と広がりの異なる100パターンを一度に形成する手法・CMD(Combinatorial Masked Deposition)法を確立した。サンプルをアニールし、結晶化させた後、X線回折、顕微ラマン分光、走査型電子顕微鏡により結晶化部、未結晶化部を判定し、光学顕微鏡像と対応付けた。これにより、100パターンを、アニール時間を除き、5時間で評価する手法を確立した。
具体的な実験では、耐勢ガラス基板上にスパッタ法で300℃にてアモルファスシリコンを100nm製膜、その上にスパッタ法とCMD法を組み合わせ、膜厚4nm以下のニッケルパターンを100個ずつ作製した。550〜600℃,1〜60h急速熱アニールを行ったところ、高温・長時間ほど結晶化部のサイズが増大し、最大1mmの結晶化部が形成された。現在、核発生速度と結晶成長速度の分離・評価を行っている。

研究成果

• [文献書誌] Noda, S.: "Combinatorial masked deposition : Simple method to control deposition flux and its spatial distribution"Appl.Surf.Sci.. (accepted).
• [文献書誌] Kajikawa, Y.: "Mechanisms Controlling Preferred Orientation of Chemical Vapor Deposited Polycrystalline Films"Solid St.Phenomena. 93. 411-416 (2003)
• [文献書誌] Hu, M.: "Amorphous-to-crystalline transition during the early stages of thin film growth of Cr on SiO_2"J.Appl.Phys.. 93(11). 9336-9344 (2003)
• [文献書誌] Kajikawa, Y.: "Toward a comprehensive understanding of texture formation mechanism in reactive sputter-deposited nitrides"J.Vac.Sci.Technol.A. 21(6). 1943-1954 (2003)
• [文献書誌] Kajikawa, Y.: "Incubation Time during Chemical Vapor Deposition : Si films from Silane"Chem.Vap.Deposition. (accepted).
• [文献書誌] Kajikawa, Y.: "Growth mechanism of abnormal protrusions in chemical vapor deposited films operated under diffusion-limited conditions"Chem.Vap.Deposition. (accepted).