JP2001110723A - 多結晶シリコン薄膜の製造方法 - Google Patents
多結晶シリコン薄膜の製造方法Info
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- JP2001110723A JP2001110723A JP28273799A JP28273799A JP2001110723A JP 2001110723 A JP2001110723 A JP 2001110723A JP 28273799 A JP28273799 A JP 28273799A JP 28273799 A JP28273799 A JP 28273799A JP 2001110723 A JP2001110723 A JP 2001110723A
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- silicon thin
- polycrystalline silicon
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- amorphous silicon
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 非晶質シリコン薄膜の加熱、溶融後の冷却速
度は大きく、十分な結晶成長ができず、粒径の大きな結
晶が得られなかった。 【解決手段】 非晶質シリコン薄膜のレーザ加熱、溶融
後のアニーリングチャンバーを加熱、あるいはランプ加
熱を行い、冷却速度を適正にすることにより、粒径の大
きな結晶を作製する。
度は大きく、十分な結晶成長ができず、粒径の大きな結
晶が得られなかった。 【解決手段】 非晶質シリコン薄膜のレーザ加熱、溶融
後のアニーリングチャンバーを加熱、あるいはランプ加
熱を行い、冷却速度を適正にすることにより、粒径の大
きな結晶を作製する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光を用いて物質の改
質を行う方法に関するものであり、特に、液晶ディスプ
レイ表示の駆動を行う回路を構成するシリコン薄膜にレ
ーザ光を照射して非晶質シリコン薄膜を多結晶シリコン
薄膜に改質する方法に関する。
質を行う方法に関するものであり、特に、液晶ディスプ
レイ表示の駆動を行う回路を構成するシリコン薄膜にレ
ーザ光を照射して非晶質シリコン薄膜を多結晶シリコン
薄膜に改質する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、液晶ディスプレイにおいては、市
場の拡大に伴い、大型化、高精細化、高輝度化へと開発
が進められている。その中でも、特に画素スイッチ素
子、駆動回路を基板に組み込んだ、いわゆる一体型のア
クティブマトリックス液晶表示装置は、将来の液晶表示
装置の主流と目され、研究開発が進められている。この
基板に形成される画素スイッチ素子や駆動回路は、多結
晶シリコン薄膜を用いた薄膜トランジスタで構成されて
いる。
場の拡大に伴い、大型化、高精細化、高輝度化へと開発
が進められている。その中でも、特に画素スイッチ素
子、駆動回路を基板に組み込んだ、いわゆる一体型のア
クティブマトリックス液晶表示装置は、将来の液晶表示
装置の主流と目され、研究開発が進められている。この
基板に形成される画素スイッチ素子や駆動回路は、多結
晶シリコン薄膜を用いた薄膜トランジスタで構成されて
いる。
【０００３】そして上記の多結晶シリコン薄膜を作製す
るにあたっては、まず基板上に例えばシリコンを非晶質
状態で成膜し、その後、エキシマレーザなどのレーザ光
を照射し、加熱により非晶質シリコン薄膜を溶融させ、
多結晶シリコン薄膜を得ている。
るにあたっては、まず基板上に例えばシリコンを非晶質
状態で成膜し、その後、エキシマレーザなどのレーザ光
を照射し、加熱により非晶質シリコン薄膜を溶融させ、
多結晶シリコン薄膜を得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
多結晶シリコン薄膜の作製方法では、均一で大きな粒径
の多結晶シリコン薄膜を得ることが困難である場合があ
る。もし、均一な粒径の多結晶シリコン薄膜が得られな
いと、画素スイッチを構成する薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）の特性が面内で不均一になる。その結果、表示にム
ラが生じたりする。また、粒径が小さいことは、キャリ
アの移動度が低くなることを意味するため、高性能な薄
膜トランジスタを得ることができなくなってしまう。
多結晶シリコン薄膜の作製方法では、均一で大きな粒径
の多結晶シリコン薄膜を得ることが困難である場合があ
る。もし、均一な粒径の多結晶シリコン薄膜が得られな
いと、画素スイッチを構成する薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）の特性が面内で不均一になる。その結果、表示にム
ラが生じたりする。また、粒径が小さいことは、キャリ
アの移動度が低くなることを意味するため、高性能な薄
膜トランジスタを得ることができなくなってしまう。
【０００５】そこで本発明は上記の問題点に鑑み、面内
において、均一で粒径の大きな多結晶シリコン薄膜を得
ることが可能な、多結晶シリコン薄膜の製造方法を提供
することを目的とする。
において、均一で粒径の大きな多結晶シリコン薄膜を得
ることが可能な、多結晶シリコン薄膜の製造方法を提供
することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の多結晶シリコン薄膜の製造方法は、非晶
質シリコン薄膜を加熱して多結晶シリコン薄膜を形成す
る多結晶シリコン薄膜の製造方法であって、加熱されて
いるシリコン薄膜の周囲温度を制御することを特徴とす
る構成となっている。
めに、本発明の多結晶シリコン薄膜の製造方法は、非晶
質シリコン薄膜を加熱して多結晶シリコン薄膜を形成す
る多結晶シリコン薄膜の製造方法であって、加熱されて
いるシリコン薄膜の周囲温度を制御することを特徴とす
る構成となっている。
【０００７】具体的には、加熱されているシリコン薄膜
を囲む面を加熱する。また、加熱されているシリコン薄
膜の周囲に加熱用ランプを配置し、シリコン薄膜を加熱
する構成とする。
を囲む面を加熱する。また、加熱されているシリコン薄
膜の周囲に加熱用ランプを配置し、シリコン薄膜を加熱
する構成とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】非晶質シリコン薄膜を加熱、溶融
して多結晶シリコン薄膜を作製する際に重要な点は、溶
融後の冷却速度で、特にガラス転移点付近での冷却速度
が緩やかでないと、粒径の大きな多結晶シリコン薄膜が
できない。ここで、溶融後のシリコン薄膜からの放熱量
Ｑを考えると、 Ｑ＝（Ｑ１：薄膜間での熱伝導）＋（Ｑ２：周囲気体へ
の熱対流）＋（Ｑ３：周囲物体への熱放射） となる。Ｑの時間変化量が冷却速度に関係する量となる
ので、冷却速度を遅くするにはＱの値を小さくすればよ
い。Ｑ１は薄膜固有の熱伝導率で決まる量、Ｑ２は加
熱、溶融時、通常真空状態で行われるため対流による放
熱はほとんど０に近い量である。Ｑ３は周囲物体の温度
の４乗差に関係する量であるので、周囲物体の温度制御
がシリコン薄膜の冷却速度を決める大きな要素である。
して多結晶シリコン薄膜を作製する際に重要な点は、溶
融後の冷却速度で、特にガラス転移点付近での冷却速度
が緩やかでないと、粒径の大きな多結晶シリコン薄膜が
できない。ここで、溶融後のシリコン薄膜からの放熱量
Ｑを考えると、 Ｑ＝（Ｑ１：薄膜間での熱伝導）＋（Ｑ２：周囲気体へ
の熱対流）＋（Ｑ３：周囲物体への熱放射） となる。Ｑの時間変化量が冷却速度に関係する量となる
ので、冷却速度を遅くするにはＱの値を小さくすればよ
い。Ｑ１は薄膜固有の熱伝導率で決まる量、Ｑ２は加
熱、溶融時、通常真空状態で行われるため対流による放
熱はほとんど０に近い量である。Ｑ３は周囲物体の温度
の４乗差に関係する量であるので、周囲物体の温度制御
がシリコン薄膜の冷却速度を決める大きな要素である。
【０００９】以下本発明の実施の形態における多結晶シ
リコン薄膜の製造方法について図面を参照しながら説明
する。なお、以下に示す方法は、非晶質シリコン薄膜が
形成された基板を搬送しながら、ライン状に整形された
エキシマレーザー光を照射して多結晶化を行う方法であ
る。
リコン薄膜の製造方法について図面を参照しながら説明
する。なお、以下に示す方法は、非晶質シリコン薄膜が
形成された基板を搬送しながら、ライン状に整形された
エキシマレーザー光を照射して多結晶化を行う方法であ
る。
【００１０】図１に本発明の実施の形態における多結晶
シリコン薄膜の製造方法において、アニーリングチャン
バー内でエキシマレーザー光を非晶質シリコン薄膜に照
射して、加熱により多結晶シリコン薄膜に変質している
様子を表わす斜視図を示す。図１において１はアニーリ
ングチャンバー、２はアニーリングチャンバー壁に内設
されてあるニクロム線、３はビームホモジナイザー（所
定の光強度パターンに整形する）でエキシマレーザ（図
示せず）から発せられたレーザー光が整形されたレーザ
ービームとなり、４の基板に照射され、照射前の非晶質
シリコン膜が多結晶シリコン膜となる。
シリコン薄膜の製造方法において、アニーリングチャン
バー内でエキシマレーザー光を非晶質シリコン薄膜に照
射して、加熱により多結晶シリコン薄膜に変質している
様子を表わす斜視図を示す。図１において１はアニーリ
ングチャンバー、２はアニーリングチャンバー壁に内設
されてあるニクロム線、３はビームホモジナイザー（所
定の光強度パターンに整形する）でエキシマレーザ（図
示せず）から発せられたレーザー光が整形されたレーザ
ービームとなり、４の基板に照射され、照射前の非晶質
シリコン膜が多結晶シリコン膜となる。
【００１１】そして本発明の多結晶シリコン薄膜の製造
方法は下記のようにして行う。
方法は下記のようにして行う。
【００１２】まず、ガラス（６ｉｎ角、厚さ１．１ｍ
ｍ、コーニング＃１７３７）からなる基盤４に下地膜で
あるＳｉＯ2膜を常圧ＣＶＤ法により３００ｎｍ成膜
し、さらに減圧ＣＶＤ法によって膜厚５０ｎｍとなるよ
うに非晶質シリコン膜を成膜する。次に、エキシマレー
ザ光の照射により、非晶質シリコン薄膜の溶融、再結晶
を行うわけであるが、ここではエキシマレーザの出力は
３００ｍＪ／ｃｍ2、１００Ｈｚで発振し、１回あたり
２０ｎｓのレーザ照射時間とした。基板４の送り速度は
図の矢印方向に５ｍｍ／ｓｅｃで搬送されている（ビー
ムホモジナイザー３の通過前が非晶質シリコン膜、通過
後が多結晶シリコン膜）。また、ニクロム線２を発熱さ
せ、アニーリングチャンバー１を構成する壁温度を６０
０°Ｋとした。なお、ニクロム線の発熱をアニーリング
チャンバー１内に均一に伝えるために内壁材として、熱
伝導率の大きな銅が良い。このようにアニーリングチャ
ンバー１を加熱することにより、溶融後のシリコン薄膜
からの放射冷却量が減少し、シリコン薄膜は適切な冷却
速度となり、大きな結晶粒を得ることができた。壁温度
の適切な値の範囲は６００〜６５０°Ｋであり、この範
囲より小さいと結晶粒が小さく、また大きいと結晶粒と
ならずに連続した結晶となる。
ｍ、コーニング＃１７３７）からなる基盤４に下地膜で
あるＳｉＯ2膜を常圧ＣＶＤ法により３００ｎｍ成膜
し、さらに減圧ＣＶＤ法によって膜厚５０ｎｍとなるよ
うに非晶質シリコン膜を成膜する。次に、エキシマレー
ザ光の照射により、非晶質シリコン薄膜の溶融、再結晶
を行うわけであるが、ここではエキシマレーザの出力は
３００ｍＪ／ｃｍ2、１００Ｈｚで発振し、１回あたり
２０ｎｓのレーザ照射時間とした。基板４の送り速度は
図の矢印方向に５ｍｍ／ｓｅｃで搬送されている（ビー
ムホモジナイザー３の通過前が非晶質シリコン膜、通過
後が多結晶シリコン膜）。また、ニクロム線２を発熱さ
せ、アニーリングチャンバー１を構成する壁温度を６０
０°Ｋとした。なお、ニクロム線の発熱をアニーリング
チャンバー１内に均一に伝えるために内壁材として、熱
伝導率の大きな銅が良い。このようにアニーリングチャ
ンバー１を加熱することにより、溶融後のシリコン薄膜
からの放射冷却量が減少し、シリコン薄膜は適切な冷却
速度となり、大きな結晶粒を得ることができた。壁温度
の適切な値の範囲は６００〜６５０°Ｋであり、この範
囲より小さいと結晶粒が小さく、また大きいと結晶粒と
ならずに連続した結晶となる。
【００１３】図２は本発明に係る他の実施の形態におけ
る多結晶シリコン薄膜の製造方法で、アニーリングチャ
ンバー内でエキシマレーザー光を非晶質シリコン薄膜に
照射した後、ハロゲンランプで加熱し、多結晶シリコン
薄膜に変質している様子を表わす斜視図を示す。図２に
おいて５はハロゲンランプ、６はハロゲンランプをまと
めて収納する筐体である。図１と同一番号を付したもの
は、図１と同様の機能を有している。５のハロゲンラン
プは棒状で１本が２ｋＷを使用している。このように、
シリコン薄膜を溶融後ランプ加熱をすることにより、シ
リコン薄膜の冷却速度は適切なものとなり、結晶粒径の
大きな多結晶シリコン薄膜が作製できた。
る多結晶シリコン薄膜の製造方法で、アニーリングチャ
ンバー内でエキシマレーザー光を非晶質シリコン薄膜に
照射した後、ハロゲンランプで加熱し、多結晶シリコン
薄膜に変質している様子を表わす斜視図を示す。図２に
おいて５はハロゲンランプ、６はハロゲンランプをまと
めて収納する筐体である。図１と同一番号を付したもの
は、図１と同様の機能を有している。５のハロゲンラン
プは棒状で１本が２ｋＷを使用している。このように、
シリコン薄膜を溶融後ランプ加熱をすることにより、シ
リコン薄膜の冷却速度は適切なものとなり、結晶粒径の
大きな多結晶シリコン薄膜が作製できた。
【００１４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、非晶質シ
リコン薄膜を加熱、溶融後の冷却速度を適切な値にする
ために、アニールチャンバーの温度制御を行う、あるい
はランプ加熱を行うことにより、大きな結晶粒を有する
多結晶シリコン薄膜を作製することができた。
リコン薄膜を加熱、溶融後の冷却速度を適切な値にする
ために、アニールチャンバーの温度制御を行う、あるい
はランプ加熱を行うことにより、大きな結晶粒を有する
多結晶シリコン薄膜を作製することができた。
【図１】本発明に係る実施の一形態である多結晶シリコ
ン薄膜の製造方法における、エキシマレーザー光を非晶
質シリコン薄膜に照射後、さらにアニールチャンバーを
加熱して多結晶シリコン薄膜に変質している様子を示す
斜視図
ン薄膜の製造方法における、エキシマレーザー光を非晶
質シリコン薄膜に照射後、さらにアニールチャンバーを
加熱して多結晶シリコン薄膜に変質している様子を示す
斜視図
【図２】本発明に係る実施の一形態である多結晶シリコ
ン薄膜の製造方法における、エキシマレーザー光を非晶
質シリコン薄膜に照射後、さらにランプ加熱して多結晶
シリコン薄膜に変質している様子を示す斜視図
ン薄膜の製造方法における、エキシマレーザー光を非晶
質シリコン薄膜に照射後、さらにランプ加熱して多結晶
シリコン薄膜に変質している様子を示す斜視図
１ アニーリングチャンバー ２ ニクロム線 ３ ビームホモジナイザー ４ 基板 ５ ハロゲンランプ ６ 筐体
Claims (3)
- 【請求項１】 非晶質シリコン薄膜を加熱して多結晶シ
リコン薄膜を形成する多結晶シリコン薄膜の製造方法で
あって、加熱されているシリコン薄膜の周囲温度を制御
することを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法。 - 【請求項２】 加熱されているシリコン薄膜を囲む面が
加熱されていることを特徴とする請求項１記載の多結晶
シリコン薄膜の製造方法。 - 【請求項３】 加熱されているシリコン薄膜の周囲に加
熱用ランプを配置したことを特徴とする請求項１記載の
多結晶シリコン薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28273799A JP2001110723A (ja) | 1999-10-04 | 1999-10-04 | 多結晶シリコン薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28273799A JP2001110723A (ja) | 1999-10-04 | 1999-10-04 | 多結晶シリコン薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001110723A true JP2001110723A (ja) | 2001-04-20 |
Family
ID=17656403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28273799A Pending JP2001110723A (ja) | 1999-10-04 | 1999-10-04 | 多結晶シリコン薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001110723A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011510515A (ja) * | 2008-01-25 | 2011-03-31 | ナノグラム・コーポレイション | 無機膜のゾーンメルト再結晶 |
| JP2014528162A (ja) * | 2011-09-01 | 2014-10-23 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | 結晶化法 |
-
1999
- 1999-10-04 JP JP28273799A patent/JP2001110723A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011510515A (ja) * | 2008-01-25 | 2011-03-31 | ナノグラム・コーポレイション | 無機膜のゾーンメルト再結晶 |
| JP2014528162A (ja) * | 2011-09-01 | 2014-10-23 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | 結晶化法 |
| US10074538B2 (en) | 2011-09-01 | 2018-09-11 | Applied Materials, Inc. | Methods for crystallizing a substrate using a plurality of laser pulses and freeze periods |
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