JP2000138180A - 空気周囲におけるエキシマレ―ザアニ―ルによるシリコン膜の結晶化中の酸素の混入を制御する方法 - Google Patents

空気周囲におけるエキシマレ―ザアニ―ルによるシリコン膜の結晶化中の酸素の混入を制御する方法

Info

Publication number
JP2000138180A
JP2000138180A JP11112757A JP11275799A JP2000138180A JP 2000138180 A JP2000138180 A JP 2000138180A JP 11112757 A JP11112757 A JP 11112757A JP 11275799 A JP11275799 A JP 11275799A JP 2000138180 A JP2000138180 A JP 2000138180A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon film
excimer laser
polycrystalline silicon
flat panel
panel display
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11112757A
Other languages
English (en)
Inventor
Tolis Voutsas
ボウトサス トリス
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Publication of JP2000138180A publication Critical patent/JP2000138180A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H01L21/02675—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams
    • H01L21/02686—Pulsed laser beam
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02422—Non-crystalline insulating materials, e.g. glass, polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02488—Insulating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H01L21/02691—Scanning of a beam
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
    • Y10S438/935—Gas flow control
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
    • Y10S438/937—Hillock prevention

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ＥＬＡによりアニールされる多結晶シリコン
膜の酸素含有量を低減するための、単純でコスト効率の
よい方法を提供する。 【解決手段】 フラットパネルディスプレイにおいて使
用される基板上にアモルファスシリコン膜を堆積させ、
シリコン膜の１つ以上のターゲット領域に対して、エキ
シマレーザエネルギーへの１回以上の照射を行うことに
より、アモルファスシリコン層を多結晶シリコン層に変
える工程において、エキシマレーザアニール中に、大気
圧である周囲環境をシリコン膜および基板に提供する工
程と、各ターゲット領域の照射中にシリコン膜の表面に
不活性ガスを向けることにより、ターゲット領域の周囲
環境から周囲雰囲気を移動させる工程により、エキシマ
レーザアニール中に、該シリコン膜の該周囲環境から酸
素が低減され、結果として得られた多結晶シリコン層の
酸素含有量が、所定レベルよりも低くなる方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は概して、フラットパ
ネルディスプレイ製造システムに関し、さらに具体的に
は、フラットパネルディスプレイ基板上に多結晶シリコ
ン膜を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】アクティブマトリクス型の液晶ディスプ
レイ（ＬＣＤ）またはフラットパネルディスプレイにお
いて使用される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、透明基
板に堆積されたシリコン膜上に製造される。最も広く使
用されている基板はガラスであり、アモルファスシリコ
ンは、ガラス上に容易に堆積される。ＴＦＴに適した多
結晶シリコン（あるいは、ポリシリコン即ちｐ−Ｓｉと
して知られている）を提供するためには、堆積されたア
モルファスシリコンの結晶化が必要とされる。ＬＣＤ基
板上に多結晶シリコン膜を得るための１つの方法は、堆
積されたアモルファスシリコンの固相結晶化である。固
相結晶化は、高温アニールによって行われるが、ガラス
基板は、シリコンを融解し且つ結晶化するために必要な
温度に耐えることができない。石英基板は、高温アニー
ルに耐えることはできるが、石英は、ほとんどのＬＣＤ
アプリケーションにおいて、高価すぎる。
【０００３】ガラスは、６００℃を越える温度に曝され
ると変形するため、ＬＣＤシリコンの固相処理では、低
温結晶化（好ましくは、５５０℃よりも低い温度）が使
用される。低温プロセスでは、長いアニール時間（少な
くとも数時間）が必要とされる。そのような処理は効率
が悪く、得られるのは、比較的低い電界効果移動度およ
び乏しい伝達特性を有する多結晶シリコンＴＦＴであ
る。ガラス上の堆積されたアモルファスシリコンの固相
結晶化により生成される多結晶シリコンは、小さい結晶
サイズ、および結晶構造中の高密度の粒子内欠陥のた
め、問題である。
【０００４】エキシマレーザアニール（ＥＬＡ）は、ガ
ラス上のアモルファスシリコン膜の低温固相結晶化の代
替物として、活発に研究されている。エキシマレーザア
ニールでは、高エネルギーによりパルス化されたレーザ
により、ターゲット膜の選択領域にレーザ放射が照射さ
れ、シリコンを、短い持続時間の間、非常に高い温度に
曝す。当業者に周知のように、典型的には、各レーザパ
ルスは、ほんのわずかな領域（数ミリメートル幅）のみ
をカバーし、基板またはレーザをステップ状に移動さ
せ、レーザの照射領域を重ね合わせることによりターゲ
ット全体を結晶化させる。より大きいビームプロファイ
ルを有するより強力なレーザが、活発に開発され現在利
用可能になってきており、必要とされる露光回数が低減
されている。露光の回数およびパターンに拘わらず、エ
キシマレーザアニールは、アモルファス膜の領域が、下
にあるガラス基板に損傷を与えることなく、結晶化され
ることを可能にする。
【０００５】エキシマレーザアニールの主要な利点は、
優れた構造品質を有するポリシリコン粒子の形成、およ
び、ディスプレイパネルの選択領域を処理する能力であ
る。エキシマレーザアニールにより透明基板上に生成さ
れる多結晶シリコンは、現在アモルファスシリコンＬＣ
Ｄで用いられるＩＣドライバ回路に匹敵する電子移動度
特性を有する。従って、ドライバ回路を基板上に組み込
んで、製造を簡略化することが可能となる。
【０００６】エキシマレーザアニールに最もよく起こる
問題点は、大きく均一な粒子サイズを得るためのプロセ
スウィンドウが狭いことである。エキシマレーザアニー
ルにより生じる表面粗さもまた、問題である。研究によ
り、表面状態の向上、欠陥の低減、および結晶サイズの
増加が、ＥＬＡ多結晶シリコン膜の低酸素含有量に関連
することが示唆されている。酸素含有量は、幾つかの方
法で制御することができ、産業界の標準は、現在、高真
空（１０-7Ｔｏｒｒ）または、幾分か効果は低減する
が、低真空（rough vacuum）（１０-3Ｔｏｒｒ）でＥＬ
Ａを行う方法である。あるいは、エキシマレーザアニー
ルは、Ｈｅ、ＡｒまたはＮ2などの非酸素周囲で満たさ
れたチャンバで行われており、様々な結果が得られてい
る。酸素含有量と、多結晶シリコン膜の膜質との関連
は、まだ研究中であるが、本発明は、従来技術よりも実
用的で且つ経済的な方法で酸素含有量を制御する方法に
関する。
【０００７】ＥＬＡ中の多結晶シリコンへの酸素の混入
を低減するための従来技術のシステムに関する重大な問
題点は、ターゲット基板を収容するためのプロセスチャ
ンバが必要とされることである。プロセスチャンバ（あ
るいは、「チャンバ」、「処理チャンバ」、または「基
板隔離チャンバ」とも呼ばれる）を使用する場合、エキ
シマレーザビームは、石英ウィンドウを通過してチャン
バ内に入らなければならない。特に真空チャンバは高価
であり、石英ウィンドウは数千ドルで、限られた寿命し
かなく、大量生産では数日間または数週間しかもたな
い。大気圧付近での非空気周囲中で処理するためのチャ
ンバは、真空チャンバよりも幾分か単純であるが、それ
でも、高価な石英ウィンドウを有している。処理チャン
バに関連するコストが、基板隔離チャンバを備えていな
いＥＬＡ機器が依然として製造され、販売され、使用さ
れている１つの理由である。それでも、このことは、空
気周囲中で行われるＥＬＡにより、真空中でアニールさ
れた膜よりも低い移動度特性（および高い酸素含有量）
を有する多結晶シリコンが生成されることを立証してい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、ＥＬＡ多結晶シリコン膜に混入される酸素
の量を効果的に制御し、アニール装置に係る装置生産コ
ストを最小にしながら、酸素含有量を所定の閾値よりも
低く維持することである。
【０００９】大気圧で、主に空気の周囲中でエキシマレ
ーザアニールを行うことにより、フラットパネルディス
プレイ基板上のＥＬＡ多結晶シリコン膜の膜質を向上
し、レーザビームが通過しなければならない高価な石英
ウィンドウを有する基板隔離チャンバの必要性を無くす
ことが有利であろう。
【００１０】さらに、空気周囲中でのアニール用に設計
されたＥＬＡ機器に比較的簡単な変更を加えて、酸素の
混入を低減することにより、ＥＬＡ多結晶シリコン膜の
膜質を向上することが有利であろう。
【００１１】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的は上記のような問題点を克服して、Ｅ
ＬＡによりアニールされる多結晶シリコン膜の酸素含有
量を低減するための、単純でコスト効率のよい方法を提
供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】フラットパネルディスプ
レイにおいて使用される基板上に多結晶シリコン膜を形
成する方法であって、ａ）フラットパネルディスプレイ
において使用される基板上にアモルファスシリコン膜を
堆積させる工程と、ｂ）該シリコン膜の１つ以上のター
ゲット領域に対して、エキシマレーザエネルギーへの１
回以上の露光で照射を行うことにより、該アモルファス
シリコンをエキシマレーザアニールして、該アモルファ
スシリコン層を多結晶シリコン層に変える工程とを包含
し、該エキシマレーザアニール工程が、ｉ）該エキシマ
レーザアニール中に、大気圧である周囲環境を該シリコ
ン膜および該基板に提供する工程と、ｉｉ）各ターゲッ
ト領域の照射中に該シリコン膜の表面に不活性ガスを向
けることにより、該ターゲット領域の該周囲環境から周
囲雰囲気を移動させる工程とを包含し、それにより、該
エキシマレーザアニール中に、該シリコン膜の該周囲環
境から酸素が低減され、結果として得られた多結晶シリ
コン層の酸素含有量が、所定レベルよりも低くなる方法
が提供される。
【００１３】前記エキシマレーザアニール工程中に、前
記周囲雰囲気を移動させるために前記シリコン膜の前記
表面に向けられる前記ガスが、アルゴンおよび窒素から
なる群から選択されてもよい。
【００１４】前記エキシマレーザアニール工程が、主に
空気である周囲雰囲気中で行われ、前記不活性ガスによ
り、各ターゲット領域の前記周囲環境から空気を移動さ
せる工程を包含してもよい。
【００１５】前記エキシマレーザアニール工程が、前記
各ターゲット領域の照射中に該ターゲット領域中の前記
アモルファスシリコン膜の表面の上に、前記不活性ガス
の流れを向ける工程を包含してもよい。
【００１６】前記エキシマレーザアニール工程中に前記
シリコン膜および前記基板に周囲環境を提供する前記工
程が、室温の周囲環境を提供する工程をさらに包含して
もよい。
【００１７】前記シリコン膜の１つ以上のターゲット領
域を照射する前記工程が、該シリコン膜の所定領域が多
結晶シリコンに変わるまで、該シリコン膜上の連続する
ターゲット領域を照射する工程を包含してもよい。
【００１８】フラットパネルディスプレイにおいて使用
される基板上に多結晶シリコン膜を形成する方法であっ
て、ａ）フラットパネルディスプレイにおいて使用され
る基板上にアモルファスシリコン膜を堆積させる工程
と、ｂ）該シリコン膜および該基板に、主に空気である
大気圧の周囲環境を提供する工程と、ｃ）該周囲環境に
おいて、該シリコン膜の表面に不活性ガスを向けること
により、該シリコン膜の該表面のターゲット領域から空
気を移動させる工程と、ｄ）該ターゲット領域から空気
を移動させている間、該シリコン膜に対して、エキシマ
レーザエネルギーへの１回以上の露光で照射を行うこと
により、該ターゲット領域中の該アモルファスシリコン
をエキシマレーザアニールする工程と、ｅ）該基板上の
該アモルファスシリコン膜が多結晶シリコン膜に変わる
まで、該シリコン膜の連続するターゲット領域に対して
該工程ｃ）およびｄ）を繰り返す工程とを包含し、それ
により、各ターゲット領域に対して、エキシマレーザア
ニールが、酸素が低減された周囲環境中で行われ、結果
として得られた多結晶シリコン層の酸素含有量が０．５
原子パーセントよりも低い方法が提供される。
【００１９】前記シリコン膜の前記表面の前記ターゲッ
ト領域から空気を移動させる工程が、アルゴンおよび窒
素からなる群から選択されるガスを、該シリコン膜の該
表面に向ける工程を包含してもよい。
【００２０】前記工程ｃ）が、前記ターゲット領域中の
前記アモルファスシリコン膜の表面の上に、不活性ガス
の連続する流れを向ける工程を包含してもよい。
【００２１】前記工程ｃ）が、前記基板の前記アモルフ
ァスシリコン膜の表面全体の上に、前記不活性ガスの連
続する流れを向ける工程をさらに包含してもよい。
【００２２】前記工程ｂ）からｅ）が、７０℃未満の温
度の周囲環境において行われてもよい。
【００２３】フラットパネルディスプレイにおいて使用
される基板上に多結晶シリコン膜を形成する方法であっ
て、ａ）フラットパネルディスプレイにおいて使用され
る基板上にアモルファスシリコン膜を堆積させる工程
と、ｂ）シリコン膜および基板に、主に空気である大気
圧の周囲環境を提供する工程と、ｃ）該周囲環境におい
て、該シリコン膜の表面に不活性ガスの流れを向けるこ
とにより、該シリコン膜の該表面から空気を移動させる
工程と、ｄ）一つ以上の該シリコン膜のターゲット領域
に対して、エキシマレーザエネルギーへの１回以上の露
光で照射を行うことにより、該アモルファスシリコンを
エキシマレーザアニールして、該アモルファスシリコン
層を多結晶シリコン層に変える工程とを包含し、それに
より、エキシマレーザアニールが、酸素が低減された周
囲環境中で行われ、結果として得られた該多結晶シリコ
ン層の酸素含有量が、所定レベルよりも少ない方法が提
供される。
【００２４】前記シリコン膜の前記表面の前記ターゲッ
ト領域から空気を移動させる前記工程が、アルゴンおよ
び窒素からなる群から選択されるガスの流れを、該シリ
コン膜の該表面に向ける工程を包含してもよい。
【００２５】前記工程ｂ）が、７０℃未満の温度の周囲
環境を提供する工程をさらに包含してもよい。
【００２６】前記工程ｂ）が、室温の周囲環境を提供す
る工程をさらに包含してもよい。
【００２７】前記エキシマレーザアニール中の、前記周
囲環境中の酸素の低減により、結果として得られた前記
多結晶シリコン層において、０．５原子パーセントより
も低い酸素含有量が得られてもよい。
【００２８】前記エキシマレーザアニール工程が、前記
シリコン膜の所定領域が多結晶シリコンに変わるまで、
該シリコン膜上の連続するターゲット領域を照射する工
程を包含してもよい。
【００２９】以下、作用について説明する。
【００３０】フラットパネルディスプレイにおいて使用
される基板上に多結晶シリコン膜を形成する方法が提供
される。この方法は、まず、フラットパネルディスプレ
イに使用される基板上にアモルファスシリコン膜を堆積
させる工程を包含する。基板は、典型的にはガラスであ
る。次の工程は、シリコン膜の１つ以上のターゲット領
域に対して、エキシマレーザエネルギーへの１回以上の
露光で照射を行うことにより、アモルファスシリコンを
エキシマレーザアニールする工程である。アニール工程
により、アモルファスシリコン層は多結晶シリコン層に
変化する。エキシマレーザアニール工程は、シリコン膜
および基板に、エキシマレーザアニール中大気圧の周囲
環境を提供する工程を包含する。そして、このエキシマ
レーザアニール工程は、ターゲット領域への照射中にシ
リコン膜の表面に不活性ガスを向けることにより、各タ
ーゲット領域の周囲環境から周囲雰囲気を移動させる工
程をさらに包含する。このようにして、エキシマレーザ
アニール中に、シリコン膜の周囲環境から酸素が低減さ
れ、結果として得られた多結晶シリコン層の酸素含有量
は、所定レベルよりも少なくなる。
【００３１】本発明の好適な実施形態では、シリコン膜
の各ターゲット領域の周囲環境から周囲雰囲気を移動さ
せる際に使用される不活性ガスは、アルゴンおよび窒素
からなる群から選択される。そして、示唆されたガスの
うち、アルゴンが好ましい。エキシマレーザアニール工
程中に提供される周囲環境は、好ましくは、主に空気で
あり、シリコン膜の表面に不活性ガスを向ける工程によ
って移動されるのは、シリコン膜の表面にすぐ隣接する
空気である。
【００３２】さらに、周囲（例えば、空気）雰囲気を移
動させるためにシリコン膜の表面に不活性ガスを向ける
最良の方法が、アモルファスシリコン膜の表面の上に不
活性ガスの連続的な流れを向けることであることが示唆
される。エキシマレーザアニール工程が行われる示唆さ
れる温度は、室温か、あるいは、７０℃未満の温度であ
る。
【００３３】本発明は、任意のサイズのフラットパネル
ディスプレイ基板（あるいは、本明細書において、液晶
ディスプレイ基板またはＬＣＤ基板とも呼ばれる）上で
アモルファスシリコンを多結晶シリコンに変えるために
使用され得る。従って、シリコン膜のターゲット領域に
照射する工程では、１つのショットでターゲット領域の
みを露光して、基板全体、または、所定のターゲット領
域全体をアニールすることが必要とされる。ＥＬＡは、
一般的には、処理中のＬＣＤパネルの一部分だけをカバ
ーする小さい照射面積のレーザビームを使用して行われ
るため、照射工程は、プロセスが終了するまで、シリコ
ン膜上の連続するターゲット領域に複数回照射すること
によって行われる。プロセスの終了とは、シリコン膜の
表面全体がエキシマレーザアニールされるまで連続する
ターゲット領域を照射すること、あるいは、膜の選択さ
れたサブ領域または所定領域のうちのどれが多結晶シリ
コンへの変換のためのターゲットにされても、その領域
を照射することを意味する。照射工程のさらに他の変形
は、シリコン膜の表面全体をカバーする、広い断面の、
いわゆる「シングルショット」ＥＬＡレーザを使用する
ことであり、この場合、プロセスにおいて、１つのター
ゲット領域だけが露光される。
【００３４】本発明の方法は、主に空気の周囲中で行わ
れる場合、エキシマレーザアニールが行われる膜のター
ゲット領域中のシリコン膜の制限されたサブ領域に向け
られるか、または、すべてのエキシマレーザアニールプ
ロセス中にシリコン膜の表面全体を不活性ガスで一杯に
する不活性ガスを用いて空気を移動させることを可能に
する。後者の代替例では、不活性ガスの流れは、任意の
特定のターゲット領域には向けられず、連続するターゲ
ット領域をアニールしながら、不活性ガスによりシリコ
ン膜の表面全体から空気が移動される。不活性ガスによ
り空気が移動される領域のサイズに拘わらず、プロセス
の目的は、エキシマレーザアニール中に周囲環境から酸
素を低減し、それにより、結果として得られる多結晶シ
リコン層の酸素含有量が、所定レベルよりも低いレベ
ル、好ましくは、０．５原子パーセントよりも低いレベ
ルに維持されるようにすることである。
【００３５】本発明により、フラットパネルディスプレ
イの製造において使用されるシリコン・オン・ガラス基
板の製造方法が提供される。ガラス基板の上に、アモル
ファスシリコン膜の層が堆積される。アモルファスシリ
コンは、エキシマレーザアニールによってアニールさ
れ、多結晶シリコンに変えられ。エキシマレーザアニー
ルは、大気圧および室温の、主に空気である周囲環境中
で行われる。このプロセスでは、エキシマレーザアニー
ル中に基板を収容するための環境チャンバは必要とされ
ない。このプロセスは、レーザビームがシリコン膜に当
たっている、シリコン膜の表面上のターゲット領域をす
ぐ囲んでいる周囲空気を、不活性ガスを用いて移動させ
る。その結果、アニールの時点での、基板上の周囲環境
から酸素が低減され、結果として得られる多結晶シリコ
ン層の酸素含有量は、所定レベルよりも低いレベルに維
持される。このプロセスにより、空気中でのＥＬＡによ
り形成された多結晶シリコンと比較して、より少ない欠
陥および向上された結晶化を有する多結晶シリコンが、
フラットパネルディスプレイ基板上に得られる。
【００３６】
【発明の実施の形態】図１は、エキシマレーザアニール
（ＥＬＡ）装置１０の構成要素の概略図である。フラン
スのＳｏｐｒａ，Ｓ．Ａ．、ドイツのＬａｍｂｄａ Ｐ
ｈｙｓｉｋ、およびカリフォルニア州フレモント（Ｆｒ
ｅｍｏｎｔ）のＸＭＲ，Ｉｎｃ．などの幾つかの製造業
者は、本発明の方法とともに使用するのに適したエキシ
マレーザアニールシステムを供給している。エキシマレ
ーザおよび関連するシステムは、エキシマレーザアニー
ルの当業者に周知であり、本発明の方法は、液晶ディス
プレイ基板上に堆積されたアモルファスシリコン膜を多
結晶シリコン膜に変えるために設計された任意のＥＬＡ
システムとともに使用するのに適している。
【００３７】エキシマレーザアニール装置１０は、選択
された波長の高エネルギーのコヒーレントな放射を照射
するレーザヘッド１４を含む。使用されるレーザの種類
は、設計の選択事項である。例えば、ＸｅＣｌレーザ
は、３０８ｎｍの波長のＵＶ放射を照射し、ＫｒＦレー
ザは、２４８ｎｍの波長で動作する。レーザ１４は、さ
まざまなエネルギーレベルに調節可能なパルス化された
ビーム２０を照射する。パルスの持続時間は、広い範
囲、典型的には、１０〜２００ｎｍの範囲で変えること
ができ、パルス繰り返しレートは概して、０．１Ｈｚと
５０Ｈｚとの間で選択可能である。以下に説明するよう
に、ビームの断面は、レーザのパワーレベルと、装置で
使用されるオプティクスの種類とに依存して広範囲に変
わり得る。任意の特定のエキシマレーザシステムの動作
パラメータのいずれも本発明と適合し、プロセスは、こ
の段落で示唆された数値範囲内またはその範囲外で動作
するレーザを使用して行われ得る。
【００３８】レーザ１４は、ビーム２０を照射し、ビー
ム２０は、ビームホモジナイザ（homogenizer）２６を
通過する。ホモジナイザ２６は、ビームがターゲット表
面に当たるときに実質的に均一なビームプロファイルを
生成する光学システムである。ビーム２０がホモジナイ
ザ２６および他の任意の関連するオプティクス（図示せ
ず）から現れたときのビーム２０のサイズにより、レー
ザビーム２０が照射される基板上のターゲット領域のサ
イズおよび構成が決定される。ビームプロファイルは、
１０ｍｍ2と５０ｍｍ2との間の典型的なビームから、１
回の露光でフラットパネルディスプレイ全体をアニール
することができるいわゆる「シングルショット」ＥＬＡ
まで、実質的に変動する。
【００３９】レーザビーム２０が向けられるターゲット
は、アモルファスシリコン膜層３８が前もって堆積され
ているフラットパネルディスプレイ基板３６である。装
置１０内で、基板３６は、基板３６上の連続するターゲ
ット領域４３（ここで、ビーム２０は膜３８に当たる）
が順次または繰り返し照射されることを確実にするよう
に基板３６をプログラム可能な態様で再配置することが
できる任意の適切な種類の移動式ステージ４０上に支持
される。言うまでもなく、代替的に、レーザヘッド１４
および関連するオプティクスを固定ステージに関して動
かすことにより、または、ビーム２０を基板３６上の異
なるターゲット領域に向けるようにビーム２０の方向を
変えることにより、移動式ステージ４０の機能が達成さ
れ得ることが容易に理解される。この機能がどのような
どのような方法で達成された場合でも、ＥＬＡ装置１０
の目的は、シリコンの１つ以上のターゲット領域を照射
することにより、基板３６上に堆積されたアモルファス
シリコン層３８の表面４２の選択領域を、エキシマレー
ザエネルギーに露光することである。
【００４０】レーザ１４のパワーレベル、照射されるレ
ーザパルスの持続時間、およびレーザビーム２０のサイ
ズにより、基板３６上の各ターゲット領域が受ける露光
回数、即ち「ショット」数が決定される。ＥＬＡシステ
ムは、アモルファスシリコン膜を適切にアニールし且つ
結晶化するために、基板の各サブ領域またはターゲット
領域に対して、多数回の露光、場合によっては、１００
回以上の露光を行うように容易にプログラムされる。本
発明の方法は、いかなる特定のレーザアニールパラメー
タにも限定されず、レーザエネルギーの１回のショット
または多数のショットを各ターゲット領域に送達するよ
うにプログラムされた任意の適切なパワーレベルのエキ
シマレーザとともに容易に使用され得る。レーザ１４お
よびビーム２０が、１回の露光で基板３６の表面領域全
体を「照射（shoot）」するのに十分なパワーおよび断
面をそれぞれ有していれば、この方法では、基板上の
「ターゲット領域」を１つだけ照射すればよい。そのよ
うな場合、以下に説明される方法では、シリコン膜の連
続するターゲット領域を照射する必要はない。ほとんど
のアプリケーションにおいては、方法は、膜層全体が多
結晶シリコンに変わるまで、または、膜の（選択領域中
の）所定部分が変わるまで、シリコン膜３８の連続する
ターゲット領域の照射を必要とする。
【００４１】本発明の具体的な利点は、ＥＬＡ装置１０
が、エキシマレーザアニール中に基板３６が囲まれる環
境チャンバなどを必要としないことである。そのような
チャンバは、概して、高真空または低真空に排気される
ように設計されるか、または、制御された周囲雰囲気を
含むように設計される。そのような環境チャンバを含む
ＥＬＡシステムでは、レーザ１４からのビーム２０は、
通常石英からなる適切なウィンドウを通ってチャンバに
入る。本発明の方法を実行する場合、チャンバ、ウィン
ドウ、ポンプ、および、基板隔離チャンバに関連する他
の機器は、必要とされない。その代わりに、装置１０で
は、レーザ１４、移動式ステージ４０、およびターゲッ
ト基板３６が、従来のＬＣＤ処理用クリーンルーム環境
に配置される。このクリーンルーム環境はまた、ＬＣＤ
基板をＸ−Ｙステージ４０上に配置するための適切な基
板ハンドラおよびコンベヤ（図示せず）を含む。
【００４２】本発明の方法を実行するために適合された
ＥＬＡ装置１０は、基板３６上のシリコン膜３８の表面
に不活性ガスを向けるための不活性ガス供給システム５
０を含む。不活性ガス供給システム５０は、適切な不活
性ガス、好ましくは、アルゴン（Ａｒ）または窒素（Ｎ
2）の１つ以上のリザーバ５６を含む。リザーバ５６
は、適切な気化器に適合される場合、液化されたガスを
含み得る。または、リザーバ５６は、ガスリザーバであ
ってもよい。
【００４３】不活性ガス供給リザーバ５６は、基板３６
上のシリコン膜層３８の表面４２の領域に不活性ガスを
送達する適切なマニホールドまたは導管６４を介して１
つ以上のノズル６０に作動的に連結される。供給リザー
バ５６からノズル６０への不活性ガスの流れを制御する
ために、１つ以上のバルブ７０およびポンプ７４が任意
に設けられる。ノズル６０の数、形状、サイズ、および
構成は、設計の選択および最適化の事項であり、ノズル
は、シャワーヘッド、多数の個々のノズル、または、１
つ以上の細長い層流タイプの開口部などの、様々な形態
をとり得る。
【００４４】不活性ガス供給システム５０の目的は、タ
ーゲット領域４３へのレーザビーム２０の照射中に、シ
リコン膜３８の表面４２に、不活性ガス、好ましくは、
アルゴンまたは窒素を向けることである。ガスは、ター
ゲット領域４３をエキシマレーザエネルギーで１回以上
露光している間、周囲雰囲気をターゲット領域４３の周
囲環境から移動させる。ノズル６０の数および構成が、
ターゲット表面４２のサイズおよび向き、エキシマレー
ザビーム２０のサイズおよびプロファイル、供給される
不活性ガスの種類および体積、ならびにＥＬＡのために
選択されたプロセス条件、などのファクタに依存する、
設計の選択事項であることが、当業者に容易に理解され
る。
【００４５】ＥＬＡの間、酸素を、シリコン膜３８の表
面４２全体から幾分連続的に移動させるか、制限された
ターゲット領域４３のみから移動させるかに依存して、
ノズルは、Ｘ−Ｙステージ４０とともに移動しても（即
ち、基板３６に関して固定したままでも）、ステージ４
０が移動している間固定したままであってもよい。最初
のオプションでは、ノズル６０は、膜３８上の選択され
たまたは所定のターゲット領域がすべてアニールされる
まで、各ターゲット領域のエキシマレーザアニール中に
シリコン膜３８の表面４２全体に注ぐように構成され
る。二番目のオプションでは、ノズル６０は、ビーム２
０に関して固定され、基板３６の位置が連続するターゲ
ット位置に移動されて、ターゲット領域４３に不活性ガ
スを向ける。このように、ターゲット領域がアニールさ
れるとき、周囲雰囲気は、不活性ガスにより、シリコン
膜３８の表面４２の各ターゲット領域から移動される。
【００４６】図２は、本発明の方法の工程を示す。最初
の工程９０は、アモルファスシリコン膜が堆積される適
切なフラットパネルディスプレイ基板の準備である。こ
のプロセスではガラス基板３６（図１）を仮定している
が、プラスチック基板または他の基板を、本発明の方法
とともに用いてもよい。ガラス基板の上には、例えばプ
ラズマ増速化学的気相成長（ＰＥＣＶＤ）などの任意の
適切な手段により、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）
の層が堆積される。二酸化シリコンなどのバリア層を使
用する場合、好ましくはＰＥＣＶＤを用いて、このバリ
ア層がまずガラスの上に堆積される。基板３６上のａ−
Ｓｉ膜の典型的な膜厚範囲は、通常、２０〜２００ｎｍ
の範囲である。工程９０の基板の寸法は、本発明の方法
では重要ではなく、任意のサイズのフラットパネルディ
スプレイがこのプロセスにおいて使用され得る。
【００４７】この方法の次の工程９２、９４および９６
は、実質的に同時に行われる。工程９０で形成された基
板は、図１を参照して説明されたような適切なエキシマ
レーザアニール装置１０に配置される。工程９２で、シ
リコン膜および基板に、大気圧の周囲環境が提供され
る。プロセスは、エキシマレーザアニールに適した任意
の温度で行われ得るが、室温が最も提供しやすいため、
室温が推奨される。あるいは、７０℃よりも低い温度が
推奨される。周囲雰囲気は、好ましくは空気である。な
ぜなら、空気は、提供するのが最も簡単な周囲雰囲気で
あり、本発明が、フラットパネルディスプレイの大量生
産に向けられているからである。本発明は、任意の適切
な種類の典型的なクリーンルーム環境の空気中で行われ
るように意図される。
【００４８】方法および工程９２は、本明細書では、空
気周囲中で起こるものとして説明されているが、より正
確には、主に空気の周囲として説明される。プロセスの
本質的な部分は、エキシマレーザアニール中に、不活性
ガスにより、基板３６上のシリコン膜の表面から周囲雰
囲気が移動されることである。言うまでもなく、これ
は、エキシマレーザビーム２０がシリコン膜３８の表面
４２に当たるすぐ隣接する（immediate）臨界領域（即
ち、ターゲット領域４３）では、周囲雰囲気は、実際に
は、空気ではなく不活性ガスであることを意味する。そ
れでも、ステージ４０を支持するレーザ１４、およびす
べての周辺機器は空気周囲中にあり、これにより、プロ
セスの実行が簡略化される。本発明の目的は、ＥＬＡ中
に基板を収容するための何らかの種類の環境チャンバの
必要性を無くすことである。本発明は、単に、各ターゲ
ット領域のエキシマレーザアニールが実行される臨界時
間中に、シリコン膜３８の表面４２にすぐ隣接する臨界
ターゲット領域における空気を移動させることによっ
て、この目的を達成する。従って、プロセスは、適切に
は、空気周囲中、または、主に空気の周囲中で実行され
るものとして説明される。なぜなら、プロセスを実行す
る機器を囲む雰囲気の非常に大きいパーセンテージが、
このプロセスが起こっている部屋の周囲雰囲気であるか
らである。
【００４９】方法の次の工程である工程９４は、シリコ
ン膜の表面の各ターゲット領域の周囲環境から周囲雰囲
気を移動させる工程である。この工程は、各ターゲット
領域４３の照射中に膜３８の表面４２に選択された不活
性ガスを向ける不活性ガス供給システム５０により行わ
れる。工程９４で使用される好適な不活性ガスは、アル
ゴンまたは窒素のいずれかである。実験により、窒素
が、エキシマレーザアニール中にシリコンと化合してＮ
−Ｓｉ化合物を形成する傾向がわずかにあることが示さ
れているが、結晶シリコン膜におけるそのような化合物
の影響は、完全には知られていない。この理由により、
窒素は周知の不活性ガスであるが、ＥＬＡ条件下ではお
そらくわずかに反応性である。この理由で、出願人は、
現在の時点では、アルゴンの使用を推薦するが、さらな
る実験により、工程９４における使用について、窒素の
等しい安定性が立証され得る。
【００５０】工程９４では、レーザビーム２０によるタ
ーゲット領域の照射中に、シリコン膜３８上の各ターゲ
ット領域４３の周囲環境から、空気または他の周囲雰囲
気を移動させる。周囲雰囲気を移動させる理由は、エキ
シマレーザアニール中に、シリコン膜に隣接する周囲環
境から、酸素を低減させるためである。ＥＬＡ中に周囲
環境から酸素が低減されると、結果として得られる多結
晶シリコン層の酸素含有量が低減される。本発明の目標
は、多結晶シリコン層の酸素含有量を、所定レベルより
も低いレベル、好ましくは０．５原子パーセントよりも
低いレベルに維持することである。それ以上のレベルで
あると、多結晶シリコンの膜質は低下する。本発明は、
結晶構造において０．５原子パーセントよりも低い酸素
含有量を有する多結晶シリコン膜を生成するＥＬＡ処理
の簡単でコスト効率のよい方法を提供する。
【００５１】次の工程である工程９６は、エキシマレー
ザアニール工程である。アモルファスシリコン膜３８
は、工程９２および９４と同時にエキシマレーザエネル
ギーに露光される。図１を参照して上で説明したよう
に、典型的なエキシマレーザアニール装置は、シリコン
膜の連続するターゲット領域に対して、エキシマレーザ
エネルギーへの１回以上の露光で照射を行って、アモル
ファスシリコン層を多結晶シリコン層に変えることによ
り、ＥＬＡを行う。あるいは、基板３６が十分に小さい
か、または、ビーム２０のサイズが十分に大きければ、
１つのターゲット領域４３が、１回のショットまたは露
光におけるシリコン膜３８の表面領域全体をカバーし得
る。その結果、工程９６は、最も大まかには、シリコン
膜の１つ以上のターゲット領域に対して、エキシマレー
ザエネルギーへの１回以上の露光で照射を行うことによ
り、アモルファスシリコンをエキシマレーザアニールす
るものとして特徴付けられる。個々に露光されなければ
ならないターゲット領域の数に拘わらず、工程９６は、
工程９２、および、シリコン膜の表面に向けられる不活
性ガスによりターゲット領域の周囲環境から周囲雰囲気
を移動させる工程（９４）と同時に行われる。
【００５２】大型フラットパネルディスプレイのための
典型的な現在の技術水準のＥＬＡプロセスでは、工程９
６は、エキシマレーザエネルギーへの１回以上の露光
（ショット）により、膜の連続するターゲット領域を照
射し、その後に、基板３６上のターゲット領域４３とレ
ーザビーム２０との間の相対位置を再配置する工程を含
む。そのような再配置は、図１の装置において、レーザ
１４に関する移動式ステージ４０のＸ−Ｙ移動により達
成される。
【００５３】工程９６が終了すると、プロセスの生成物
９８は、さらに処理を行って薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）および他の活性デバイスにするのに適した多結晶シ
リコン膜を有するフラットパネルディスプレイ基板であ
る。基板３６上の多結晶シリコン層３８の酸素含有量
は、所定レベルよりも低く、好ましくは０．５原子パー
セントよりも低い。
【００５４】工程９４の間に供給される不活性ガスの流
れ特性は、プロセスの最適化および選択の事項である。
不活性ガスは、特定のアモルファスシリコン膜のＥＬＡ
処理において所望であるまたは所望でない可能性があ
る、ある特定の冷却効果を有する。基板上の堆積された
アモルファスシリコン膜の膜厚、処理中の周囲温度条
件、およびプロセスで使用される不活性ガスなどのファ
クタは、工程９４における、不活性ガスの流量の選択に
影響を与える。例えば、ガスは、基板上のターゲット領
域の照射を終了するのに十分に長い時間周囲雰囲気を移
動させる短いバーストまたはパルスで供給され得、その
後、ガスの別のバーストまたはパルスが、新しいターゲ
ット領域に送達される。あるいは、好適な方法論は、Ｅ
ＬＡプロセス全体の間、シリコン膜の表面の上に不活性
ガスの連続的な流れを維持することであり得る。後者の
オプションの場合、不活性ガスの冷却効果が増加し、そ
れにより、結晶化が起こるレートまたは結晶化の品質が
変わる。同様に、工程９２、９４および９６が行われる
周囲温度は、最適化および設計の選択事項である。上記
のように、本発明の方法は、適切な周囲条件の提供を簡
略化するために、室温で行われるように適合される。示
唆される代替例は、方法を７０℃以下の周囲温度で行う
ことである。
【００５５】図３は、本発明の工程の別の実施形態を示
す。図３の実施形態では、ＥＬＡプロセスは、選択され
たターゲット領域がすべて処理されるまで、基板３６
（図１）上のシリコン膜の連続するターゲット領域に対
して行われる。図３の実施形態の最初の工程は工程１０
０であり、これは、図２の実施形態の工程９０と同じで
ある。図３の実施形態の次の工程は工程１０２であり、
これは、図２の実施形態の工程９２と同じであり、主に
空気の周囲環境を仮定している。図３の実施形態の次の
工程は工程１０４であり、シリコン膜の表面に不活性ガ
スを向けることにより、シリコン膜の表面のターゲット
領域から空気を移動させる。工程１０４は、図１の不活
性ガス供給システム５０により行われ、好ましくはアル
ゴンまたは窒素である不活性ガスは、ノズル６０を介し
てシリコン膜３８の表面４２に向けられる。
【００５６】図３の実施形態の次の工程は工程１０６で
あり、この工程は、工程１０４が行われている間に、シ
リコン膜に対して、エキシマレーザエネルギーへの１回
以上の露光で照射を行うことにより、ターゲット領域の
アモルファスシリコンをエキシマレーザアニールする工
程である。工程１０６は、図２の工程９６と同等であ
る。
【００５７】図３に示されるように、工程１０８は、イ
エス／ノー決定ポイントであり、ここで、プロセスは、
基板上のアモルファスシリコン膜が多結晶シリコン膜に
変わるまで、シリコン膜の連続するターゲット領域につ
いて、工程１０４に戻って工程１０４および１０６を繰
り返す。基板上の選択されたターゲット領域がすべて多
結晶シリコン膜に変わると、プロセスは終了される。イ
エス／ノー決定ポイント１０８は、シリコン膜上の連続
するターゲット領域の照射を制御する。ＥＬＡ機器１０
がプログラムされる場合の判断に応じて、膜上のすべて
のまたは所定数のターゲット領域が多結晶シリコンに変
わると、ＥＬＡプロセスが中止される。シリコン膜３８
の全領域または選択領域のいずれかをカバーする、基板
の所定領域が結晶化されると、その結果、生成物１１０
が得られる。この生成物は、その表面上に多結晶シリコ
ンを有する基板であり、この多結晶シリコンは、０．５
原子パーセントよりも低い酸素含有量を有する。上記の
ように、そのような低減された酸素含有量は、実質的に
酸素が低減された周囲環境で行われるＥＬＡ工程１０６
の結果得られる。
【００５８】
【実施例】以下、本発明の方法によるフラットパネルデ
ィスプレイの処理の実施例を示す。
【００５９】プラズマ増速化学的気相成長（ＰＥＣＶ
Ｄ）により、５００Åの厚さのアモルファスシリコン
を、ベースコート（即ち、２０００ÅのＳｉＯ2層）を
有するまたは有していない透明基板上に堆積する。この
膜に、低温（４００〜４５０℃）アニール工程を施し、
典型的には堆積中にシリコン膜に混入される水素を追い
出す。低温脱水素工程の必要性を無くすために、他の堆
積技術（即ち、物理的気相成長（ＰＶＤ））を使用して
もよい。その後、エキシマレーザ（即ち、３０８ｎｍの
ＸｅＣｌ）を用いて、以下の態様で、膜をレーザアニー
ルする。
【００６０】堆積されたシリコン膜を有する基板を、Ｘ
−Ｙ移動ステージ上に載せる。これは、開いた構成（即
ち、チャンバは不要）である。光学システムによって発
生されるレーザビームは、膜の表面に向けられる。ホモ
ジナイザは、ビームの経路内に含まれ、レーザビームプ
ロファイルの均一性を向上する。それと同時に、不活性
ガスが、膜の表面の上で、膜の表面に平行な方向に流れ
ている。ガス流は、典型的には、０．５リットル／分よ
りも多い。あるいは、ガスは、レーザに固定される光学
システムに取り付けられるノズルアセンブリを通して流
してもよい。この実施例では、不活性ガスは、膜の表面
にほぼ垂直な方向に流れる。
【００６１】膜を有する基板が配置されるＸ−Ｙステー
ジが移動すると、膜の異なる領域が、ビームの下に移動
され、結晶化される。この幾何学的形状の場合の典型的
なビームサイズは、３〜４平方インチである。基板サイ
ズが３６０×４６５ｍｍ2であると仮定すると、パネル
の全領域をカバーするためには、２９〜６５回のシング
ルショットが必要である。好ましくは、膜の結晶特性を
向上するために、各領域に２〜３ショットを送達して、
ショット数を８７〜１９５回／パネルに増加する。この
タイプのエキシマレーザは、６〜１５ショット／秒を送
達することができるため、パネル全体をアニールするた
めの時間は、レーザの放出レートではなく、領域から領
域へのＸ−Ｙステージの移動により決定される。
【００６２】（提案された２つの構成のいずれかによ
り）連続的に流れている不活性ガスは、シリコン膜の表
面から空気を効果的にパージし、それにより、結晶化さ
れている膜に混入され得る酸素量を低減する。このよう
にして、０．５ａｔ％またはそれよりも低い値で、酸素
含有量の制御が可能である。不活性ガスのパージをしな
ければ、多結晶シリコン膜の酸素含有量は、約３．４ａ
ｔ％に増加する。アルゴンは、シリコン膜とは化合物を
形成しないため、アルゴンを、不活性ガスとして使用す
ることができる。しかし、同じ目的を達成するために、
窒素ガスを適用してもよい。
【００６３】本発明は、ＥＬＡによりアニールされる多
結晶シリコン膜の酸素含有量を低減するための単純でコ
スト効率のよい手段を提供する。これは、ガラス上のシ
リコン膜の膜質を向上しながら、フラットパネルディス
プレイの生産コストを削減する。
【００６４】本発明の範囲内の別の実施形態が、ＥＬＡ
処理の当業者に思い浮かぶであろう。例えば、上記の不
活性ガス供給ノズルの種類および構成は、単に示唆した
だけであって、ＥＬＡ中にシリコン膜上のターゲット領
域から空気を移動させるための他のシステムも可能であ
る。ＥＬＡを行うための機器は、絶えず発展するもので
あって、図１に示された構成は、単に示唆しただけのも
のである。
【００６５】
【発明の効果】本発明は、ＥＬＡによりアニールされる
多結晶シリコン膜の酸素含有量を低減するための単純で
コスト効率のよい方法を提供する。この方法では、エキ
シマレーザアニール中に、アモルファスシリコン膜の表
面に不活性ガスを向けることによって、ターゲット領域
の周辺環境から周辺空気が移動させられる。エキシマレ
ーザアニールによって、アモルファスシリコン膜が多結
晶シリコンに膜に変えられるが、周辺環境から酸素が低
減されたために結果として得られた多結晶シリコン層の
酸素含有量が所定レベルよりも低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するために適合されたエキ
シマレーザアニール装置の概略図である。
【図２】本発明による、主に空気の周囲中でのエキシマ
レーザアニール中の酸素の混入を制御する方法の工程を
示すフローチャートである。
【図３】本発明の別の実施形態の工程を示す、図２と同
様のフローチャートである。
【符号の説明】
１０ エキシマレーザアニール（ＥＬＡ）装置 １４ レーザヘッド ２０ レーザビーム ２６ ホモジナイザ ３６ フラットパネルディスプレイ基板 ３８ アモルファスシリコン層 ４０ 移動式ステージ ４２ 表面 ４３ ターゲット領域 ５０ 不活性ガス供給システム ５６ リザーバ ６０ ノズル ６４ マニホールド ７０ バルブ ７４ ポンプ

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 フラットパネルディスプレイにおいて使
    用される基板上に多結晶シリコン膜を形成する方法であ
    って、 ａ）フラットパネルディスプレイにおいて使用される基
    板上にアモルファスシリコン膜を堆積させる工程と、 ｂ）該シリコン膜の１つ以上のターゲット領域に対し
    て、エキシマレーザエネルギーへの１回以上の露光で照
    射を行うことにより、該アモルファスシリコンをエキシ
    マレーザアニールして、該アモルファスシリコン層を多
    結晶シリコン層に変える工程とを包含し、該エキシマレ
    ーザアニール工程が、 ｉ）該エキシマレーザアニール中に、大気圧である周囲
    環境を該シリコン膜および該基板に提供する工程と、 ｉｉ）各ターゲット領域の照射中に該シリコン膜の表面
    に不活性ガスを向けることにより、該ターゲット領域の
    該周囲環境から周囲雰囲気を移動させる工程とを包含
    し、それにより、該エキシマレーザアニール中に、該シ
    リコン膜の該周囲環境から酸素が低減され、結果として
    得られた多結晶シリコン層の酸素含有量が、所定レベル
    よりも低くなる、方法。
  2. 【請求項２】 前記エキシマレーザアニール工程中に、
    前記周囲雰囲気を移動させるために前記シリコン膜の前
    記表面に向けられる前記ガスが、アルゴンおよび窒素か
    らなる群から選択される、請求項１に記載のフラットパ
    ネルディスプレイ上に多結晶シリコン膜を形成する方
    法。
  3. 【請求項３】 前記エキシマレーザアニール工程が、主
    に空気である周囲雰囲気中で行われ、前記不活性ガスに
    より、各ターゲット領域の前記周囲環境から空気を移動
    させる工程を包含する、請求項１に記載のフラットパネ
    ルディスプレイ上に多結晶シリコン膜を形成する方法。
  4. 【請求項４】 前記エキシマレーザアニール工程が、前
    記各ターゲット領域の照射中に該ターゲット領域中の前
    記アモルファスシリコン膜の表面の上に、前記不活性ガ
    スの流れを向ける工程を包含する、請求項１に記載のフ
    ラットパネルディスプレイ上に多結晶シリコン膜を形成
    する方法。
  5. 【請求項５】 前記エキシマレーザアニール工程中に前
    記シリコン膜および前記基板に周囲環境を提供する前記
    工程が、室温の周囲環境を提供する工程をさらに包含す
    る、請求項１に記載のフラットパネルディスプレイ上に
    多結晶シリコン膜を形成する方法。
  6. 【請求項６】 前記シリコン膜の１つ以上のターゲット
    領域を照射する前記工程が、該シリコン膜の所定領域が
    多結晶シリコンに変わるまで、該シリコン膜上の連続す
    るターゲット領域を照射する工程を包含する、請求項１
    に記載の方法。
  7. 【請求項７】 フラットパネルディスプレイにおいて使
    用される基板上に多結晶シリコン膜を形成する方法であ
    って、 ａ）フラットパネルディスプレイにおいて使用される基
    板上にアモルファスシリコン膜を堆積させる工程と、 ｂ）該シリコン膜および該基板に、主に空気である大気
    圧の周囲環境を提供する工程と、 ｃ）該周囲環境において、該シリコン膜の表面に不活性
    ガスを向けることにより、該シリコン膜の該表面のター
    ゲット領域から空気を移動させる工程と、 ｄ）該ターゲット領域から空気を移動させている間、該
    シリコン膜に対して、エキシマレーザエネルギーへの１
    回以上の露光で照射を行うことにより、該ターゲット領
    域中の該アモルファスシリコンをエキシマレーザアニー
    ルする工程と、 ｅ）該基板上の該アモルファスシリコン膜が多結晶シリ
    コン膜に変わるまで、該シリコン膜の連続するターゲッ
    ト領域に対して該工程ｃ）およびｄ）を繰り返す工程と
    を包含し、それにより、各ターゲット領域に対して、エ
    キシマレーザアニールが、酸素が低減された周囲環境中
    で行われ、結果として得られた多結晶シリコン層の酸素
    含有量が０．５原子パーセントよりも低い、方法。
  8. 【請求項８】 前記シリコン膜の前記表面の前記ターゲ
    ット領域から空気を移動させる工程が、アルゴンおよび
    窒素からなる群から選択されるガスを、該シリコン膜の
    該表面に向ける工程を包含する、請求項７に記載のフラ
    ットパネルディスプレイ上に多結晶シリコン膜を形成す
    る方法。
  9. 【請求項９】 前記工程ｃ）が、前記ターゲット領域中
    の前記アモルファスシリコン膜の表面の上に、不活性ガ
    スの連続する流れを向ける工程を包含する、請求項７に
    記載のフラットパネルディスプレイ上に多結晶シリコン
    膜を形成する方法。
  10. 【請求項１０】 前記工程ｃ）が、前記基板の前記アモ
    ルファスシリコン膜の表面全体の上に、前記不活性ガス
    の連続する流れを向ける工程をさらに包含する、請求項
    ７に記載のフラットパネルディスプレイ上に多結晶シリ
    コン膜を形成する方法。
  11. 【請求項１１】 前記工程ｂ）からｅ）が、７０℃未満
    の温度の周囲環境において行われる、請求項７に記載の
    フラットパネルディスプレイ上に多結晶シリコン膜を形
    成する方法。
  12. 【請求項１２】 フラットパネルディスプレイにおいて
    使用される基板上に多結晶シリコン膜を形成する方法で
    あって、 ａ）フラットパネルディスプレイにおいて使用される基
    板上にアモルファスシリコン膜を堆積させる工程と、 ｂ）シリコン膜および基板に、主に空気である大気圧の
    周囲環境を提供する工程と、 ｃ）該周囲環境において、該シリコン膜の表面に不活性
    ガスの流れを向けることにより、該シリコン膜の該表面
    から空気を移動させる工程と、 ｄ）一つ以上の該シリコン膜のターゲット領域に対し
    て、エキシマレーザエネルギーへの１回以上の露光で照
    射を行うことにより、該アモルファスシリコンをエキシ
    マレーザアニールして、該アモルファスシリコン層を多
    結晶シリコン層に変える工程とを包含し、それにより、
    エキシマレーザアニールが、酸素が低減された周囲環境
    中で行われ、結果として得られた該多結晶シリコン層の
    酸素含有量が、所定レベルよりも少ない、方法。
  13. 【請求項１３】 前記シリコン膜の前記表面の前記ター
    ゲット領域から空気を移動させる前記工程が、アルゴン
    および窒素からなる群から選択されるガスの流れを、該
    シリコン膜の該表面に向ける工程を包含する、請求項１
    ２に記載のフラットパネルディスプレイ上に多結晶シリ
    コン膜を形成する方法。
  14. 【請求項１４】 前記工程ｂ）が、７０℃未満の温度の
    周囲環境を提供する工程をさらに包含する、請求項１２
    に記載のフラットパネルディスプレイ上に多結晶シリコ
    ン膜を形成する方法。
  15. 【請求項１５】 前記工程ｂ）が、室温の周囲環境を提
    供する工程をさらに包含する、請求項１４に記載のフラ
    ットパネルディスプレイ上に多結晶シリコン膜を形成す
    る方法。
  16. 【請求項１６】 前記エキシマレーザアニール中の、前
    記周囲環境中の酸素の低減により、結果として得られた
    前記多結晶シリコン層において、０．５原子パーセント
    よりも低い酸素含有量が得られる、請求項１２に記載の
    フラットパネルディスプレイ上に多結晶シリコン膜を形
    成する方法。
  17. 【請求項１７】 前記エキシマレーザアニール工程が、
    前記シリコン膜の所定領域が多結晶シリコンに変わるま
    で、該シリコン膜上の連続するターゲット領域を照射す
    る工程を包含する、請求項１２に記載のフラットパネル
    ディスプレイ上に多結晶シリコン膜を形成する方法。
JP11112757A 1998-10-30 1999-04-20 空気周囲におけるエキシマレ―ザアニ―ルによるシリコン膜の結晶化中の酸素の混入を制御する方法 Pending JP2000138180A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/183.108 1998-10-30
US09/183,108 US6071796A (en) 1998-10-30 1998-10-30 Method of controlling oxygen incorporation during crystallization of silicon film by excimer laser anneal in air ambient

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000138180A true JP2000138180A (ja) 2000-05-16

Family

ID=22671474

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11112757A Pending JP2000138180A (ja) 1998-10-30 1999-04-20 空気周囲におけるエキシマレ―ザアニ―ルによるシリコン膜の結晶化中の酸素の混入を制御する方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US6071796A (ja)
JP (1) JP2000138180A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002118076A (ja) * 2000-08-31 2002-04-19 Sharp Corp シリコン膜のエキシマレーザー処理時に多結晶シリコン膜に混入する酸素量を制御する装置
US7067403B2 (en) 2002-11-08 2006-06-27 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing a semiconductor device that includes adding noble gas to a semiconductor film and then irradiating the semiconductor film with laser light in the presence of a magnetic field
US7160762B2 (en) 2002-11-08 2007-01-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor device, semiconductor device, and laser irradiation apparatus
JP2008540070A (ja) * 2005-04-29 2008-11-20 ユニバーシティー オブ ロチェスター 超薄多孔質ナノスケール膜、その製造方法および使用
WO2016136366A1 (ja) * 2015-02-27 2016-09-01 株式会社日本製鋼所 雰囲気形成装置および浮上搬送方法

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3917698B2 (ja) * 1996-12-12 2007-05-23 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザーアニール方法およびレーザーアニール装置
US7153729B1 (en) 1998-07-15 2006-12-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Crystalline semiconductor thin film, method of fabricating the same, semiconductor device, and method of fabricating the same
US7294535B1 (en) 1998-07-15 2007-11-13 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Crystalline semiconductor thin film, method of fabricating the same, semiconductor device, and method of fabricating the same
US7084016B1 (en) * 1998-07-17 2006-08-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Crystalline semiconductor thin film, method of fabricating the same, semiconductor device, and method of fabricating the same
US7282398B2 (en) * 1998-07-17 2007-10-16 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Crystalline semiconductor thin film, method of fabricating the same, semiconductor device and method of fabricating the same
US6559036B1 (en) 1998-08-07 2003-05-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing the same
WO2000059041A1 (en) * 1999-03-30 2000-10-05 Seiko Epson Corporation Method of manufacturing thin-film transistor
KR100284808B1 (ko) * 1999-03-31 2001-03-15 구본준 레이저 어닐링을 이용한 반도체 층 결정화 및 활성화 방법
TWI256976B (en) * 2000-08-04 2006-06-21 Hannstar Display Corp Method of patterning an ITO layer
WO2002051579A1 (de) * 2000-12-22 2002-07-04 Linde Aktiengesellschaft Prozessgas und verfahren zum laserbearbeiten
JP4837170B2 (ja) * 2001-01-12 2011-12-14 株式会社Ｉｈｉ レーザアニール方法及び装置
US6855584B2 (en) * 2001-03-29 2005-02-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of manufacturing a semiconductor device
US7253032B2 (en) 2001-04-20 2007-08-07 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of flattening a crystallized semiconductor film surface by using a plate
JP4854866B2 (ja) * 2001-04-27 2012-01-18 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法
US7057256B2 (en) 2001-05-25 2006-06-06 President & Fellows Of Harvard College Silicon-based visible and near-infrared optoelectric devices
US7442629B2 (en) 2004-09-24 2008-10-28 President & Fellows Of Harvard College Femtosecond laser-induced formation of submicrometer spikes on a semiconductor substrate
US7589032B2 (en) * 2001-09-10 2009-09-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser apparatus, laser irradiation method, semiconductor manufacturing method, semiconductor device, and electronic equipment
KR20040021758A (ko) * 2002-09-04 2004-03-11 엘지.필립스 엘시디 주식회사 다결정 실리콘 박막트랜지스터 제조방법
US7964925B2 (en) * 2006-10-13 2011-06-21 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Photodiode module and apparatus including multiple photodiode modules
CN1322563C (zh) * 2004-01-18 2007-06-20 统宝光电股份有限公司 制备多晶硅膜层的激光退火装置及形成多晶硅膜层的方法
US7381600B2 (en) * 2004-12-02 2008-06-03 The Hong Kong University Of Science And Technology Method of annealing polycrystalline silicon using solid-state laser and devices built thereon
US20070117287A1 (en) * 2005-11-23 2007-05-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation apparatus
JP4744458B2 (ja) * 2007-01-31 2011-08-10 東京エレクトロン株式会社 基板位置決め装置および基板位置決め方法
KR20090088056A (ko) * 2008-02-14 2009-08-19 삼성전기주식회사 가스공급 유닛 및 화학기상증착 장치
US8207051B2 (en) * 2009-04-28 2012-06-26 Sionyx, Inc. Semiconductor surface modification
US9673243B2 (en) 2009-09-17 2017-06-06 Sionyx, Llc Photosensitive imaging devices and associated methods
US9911781B2 (en) 2009-09-17 2018-03-06 Sionyx, Llc Photosensitive imaging devices and associated methods
US8692198B2 (en) 2010-04-21 2014-04-08 Sionyx, Inc. Photosensitive imaging devices and associated methods
CN106449684B (zh) 2010-06-18 2019-09-27 西奥尼克斯公司 高速光敏设备及相关方法
US9496308B2 (en) 2011-06-09 2016-11-15 Sionyx, Llc Process module for increasing the response of backside illuminated photosensitive imagers and associated methods
WO2013010127A2 (en) 2011-07-13 2013-01-17 Sionyx, Inc. Biometric imaging devices and associated methods
US9064764B2 (en) 2012-03-22 2015-06-23 Sionyx, Inc. Pixel isolation elements, devices, and associated methods
CN102881657B (zh) * 2012-09-26 2015-01-07 京东方科技集团股份有限公司 一种cmos晶体管及其制造方法
WO2014127376A2 (en) 2013-02-15 2014-08-21 Sionyx, Inc. High dynamic range cmos image sensor having anti-blooming properties and associated methods
WO2014151093A1 (en) 2013-03-15 2014-09-25 Sionyx, Inc. Three dimensional imaging utilizing stacked imager devices and associated methods
US9209345B2 (en) 2013-06-29 2015-12-08 Sionyx, Inc. Shallow trench textured regions and associated methods
CN103871853A (zh) * 2014-03-24 2014-06-18 上海华力微电子有限公司 改善薄膜均匀性的装置及方法
CN103871854A (zh) * 2014-03-24 2014-06-18 上海华力微电子有限公司 激光退火设备
KR102298008B1 (ko) * 2015-02-09 2021-09-06 삼성디스플레이 주식회사 레이저빔 어닐링 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치 제조방법
EP3370251B1 (en) 2017-03-03 2020-11-04 Laser Systems & Solutions of Europe Method for forming a shallow junction in a semiconductor substrate

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5147826A (en) * 1990-08-06 1992-09-15 The Pennsylvania Research Corporation Low temperature crystallization and pattering of amorphous silicon films
JP3458216B2 (ja) * 1991-03-15 2003-10-20 株式会社日立製作所 多結晶半導体膜の製造方法
US5773329A (en) * 1996-07-24 1998-06-30 International Business Machines Corporation Polysilicon grown by pulsed rapid thermal annealing

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002118076A (ja) * 2000-08-31 2002-04-19 Sharp Corp シリコン膜のエキシマレーザー処理時に多結晶シリコン膜に混入する酸素量を制御する装置
US7067403B2 (en) 2002-11-08 2006-06-27 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing a semiconductor device that includes adding noble gas to a semiconductor film and then irradiating the semiconductor film with laser light in the presence of a magnetic field
US7160762B2 (en) 2002-11-08 2007-01-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor device, semiconductor device, and laser irradiation apparatus
US7585714B2 (en) 2002-11-08 2009-09-08 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor device, semiconductor device, and laser irradiation apparatus
US7629235B2 (en) 2002-11-08 2009-12-08 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing a semiconductor device that includes adding noble gas to a semiconductor film and then irradiating the semiconductor film with laser light in the presence of a magnetic field
US7842589B2 (en) 2002-11-08 2010-11-30 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation apparatus with means for applying magnetic field
JP2008540070A (ja) * 2005-04-29 2008-11-20 ユニバーシティー オブ ロチェスター 超薄多孔質ナノスケール膜、その製造方法および使用
WO2016136366A1 (ja) * 2015-02-27 2016-09-01 株式会社日本製鋼所 雰囲気形成装置および浮上搬送方法
JP2016162856A (ja) * 2015-02-27 2016-09-05 株式会社日本製鋼所 雰囲気形成装置および浮上搬送方法
US10446426B2 (en) 2015-02-27 2019-10-15 The Japan Steel Works, Ltd. Atmosphere formation apparatus and floatation conveyance method

Also Published As

Publication number Publication date
US6071796A (en) 2000-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2000138180A (ja) 空気周囲におけるエキシマレ―ザアニ―ルによるシリコン膜の結晶化中の酸素の混入を制御する方法
US6580053B1 (en) Apparatus to control the amount of oxygen incorporated into polycrystalline silicon film during excimer laser processing of silicon films
KR100495828B1 (ko) 반도체장치 제조방법
US6693258B2 (en) Process for producing thin film semiconductor device and laser irradiation apparatus
US7396712B2 (en) Thin film processing method and thin processing apparatus
US9087696B2 (en) Systems and methods for non-periodic pulse partial melt film processing
US20020058399A1 (en) Semiconductor thin film and method of fabricating semiconductor thin film, apparatus for fabricating single crystal semiconductor thin film, and method of fabricating single crystal thin film, single crystal thin film substrate, and semiconductor device
TWI575571B (zh) 部分熔融膜之非週期性脈衝處理系統及方法
US9646831B2 (en) Advanced excimer laser annealing for thin films
US20040137731A1 (en) Selectable area laser assisted processing of substrates
KR100375090B1 (ko) 엑시머 레이저를 이용한 비정질 실리콘의 결정화 방법
JP2004153232A (ja) 半導体素子の製造方法およびその方法により製造された半導体素子
WO2013172965A1 (en) Advanced excimer laser annealing for thin films
JPH05275336A (ja) 多結晶半導体薄膜の製造方法及びレーザアニール装置
KR101734386B1 (ko) 박막 증착장치 및 기판처리방법
JP2008244195A (ja) レーザアニール装置
KR100964226B1 (ko) 레이저 결정화 장치와 레이저 결정화 방법
JP3892150B2 (ja) 多結晶薄膜の形成方法及び形成装置
GB2300426A (en) Thin film forming apparatus using laser and secoindary sputtering means
JP4170360B2 (ja) 薄膜トランジスタの作製方法
KR100769475B1 (ko) 국부적 불활성 기체 분위기에서 결정화시키는 레이저결정화 장치
JP6913345B2 (ja) 窒化物及び酸化物の成膜方法並びに成膜装置
JP3917934B2 (ja) レーザーアニール方法
JP4137968B2 (ja) 薄膜トランジスタの作製方法
KR100553761B1 (ko) 레이저 어닐링 방법 및 레이저 어닐링 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050822

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050914

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20051108

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20060301