JP2005206897A

JP2005206897A - ポリシリコン膜形成方法

Info

Publication number: JP2005206897A
Application number: JP2004016127A
Authority: JP
Inventors: Takemoto Yamauchi; 健資山内; Shigeki Matsunaka; 繁樹松中
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-01-23
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2005-08-04

Abstract

【課題】膜厚を厚くすることなく、基板の表面に粒径の大きなシリコン結晶粒からなるポリシリコン膜を形成できるポリシリコン膜形成方法を提供すること。
【解決手段】ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスのプラズマを用いた化学気相成長法によりガラス基板１００の表面にポリシリコン膜１１を形成するポリシリコン膜形成方法において、上記Ｈ２ガスの供給中に上記ＳｉＨ４ガスを断続的に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板の表面にポリシリコン膜を形成するポリシリコン膜形成方法に関する。

近年、ガラス基板の表面にソースドライバ、ゲートドライバ、およびコントロール回路などの周辺回路を作り込んだ液晶ディスプレイが開発されている。

ところで、周辺回路に用いられるシリコン膜は、画素に設けられるＴＦＴ用のシリコン膜よりも高い移動度が必要とされるため、アモルファスシリコンに比べて高い移動度を有するポリシリコンを用いる必要がある。

しかしながら、ポリシリコン膜を構成するシリコン結晶粒の粒径が小さい場合、膜中における粒界の密度が高まり、移動度が低下することがある。

そこで、従来はガラス基板の表面にアモルファスシリコン膜を成膜し、これにレーザを照射することで、アモルファスシリコン膜をポリシリコン膜に変化させていた。

この方法では、レーザの照射エネルギーを調節することで、シリコン結晶粒の粒径を拡大することができるため、比較的簡単にポリシリコン膜の移動度を周辺回路に使用できる程度に向上させることができる。

しかしながら、この方法には以下のような問題がある。

［１］レーザ照射に用いられるＥＬＡ装置が高価であるため、製造コストが上昇する。

［２］アモルファスシリコン膜全体にレーザを照射する必要があるため、ガラス基板の大型化に伴って生産性が低下する。

そこで、現在はＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスのプラズマを用いた化学気相成長法により、ガラス基板の表面に直接ポリシリコン膜を成膜している。この方法では、プラズマを用いるため、低温かつ低コストでのポリシリコン膜の成膜が可能となる（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−１２９６１３号公報

ところで、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスのプラズマを用いた化学気相成長によるポリシリコン膜の成膜方法では、Ｈ２ガスの供給量が少ない場合に小粒径のシリコン結晶粒が形成され、Ｈ２ガスの供給量が多い場合に大粒径のシリコン結晶粒が形成されることが知られている。

そのため、大粒径のシリコン結晶粒で構成されるポリシリコン膜を成膜するためには、Ｈ２ガスの供給量を制御する必要がある。しかしながら、Ｈ２ガスの供給量を多くしても、成膜初期にはどうしても小粒径のシリコン結晶粒が形成されてしまう。

したがって、大粒径のシリコン結晶粒で構成されるポリシリコン膜を成膜するためには、小粒径のシリコン結晶粒の形成が止むまで成膜し続ける必要があり、その頃には膜厚がかなり厚くなってしまう。

現在、ポリシリコン膜の膜厚が１００[ｎｍ]を超えると、その後の加工上の問題でデバイスとして用いることができなくなる。しかしながら、ポリシリコン膜の厚さがデバイスとして使用できる５０[ｎｍ]程度では、上記原因によりシリコン結晶粒の粒径が小さく、移動度上の問題でデバイスとして使用することができない。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、膜厚を厚くすることなく、基板の表面に粒径の大きなシリコン結晶粒からなるポリシリコン膜を形成できるポリシリコン膜形成方法を提供することにある。

上記課題を解決し目的を達成するために、本発明のポリシリコン膜形成方法は次のように構成されている。

ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスのプラズマを用いた化学気相成長法によって基板の表面にポリシリコン膜を形成するポリシリコン膜形成方法において、上記Ｈ２ガスの供給中に上記ＳｉＨ４ガスをパルス状に供給することを特徴とする。

膜厚を厚くすることなく、基板の表面に粒径の大きなシリコン結晶粒からなるポリシリコン膜を形成できる。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は本発明のポリシリコン膜形成方法が適用されるプラズマＣＶＤ処理装置を示す構成図である。

図１に示すプラズマＣＶＤ処理装置は真空チャンバ１を有する。真空チャンバ１の上壁には開口部１ａが設けられ、この開口部１ａには石英ガラス製の誘電体板２が嵌め込まれている。

また、真空チャンバ１の上壁には、原料ガスやエッチングガスを導入するためのガス導入口３が形成され、下壁には真空チャンバ１内に残留した原料ガスや生成ガスを排気するための排気口４が形成されている。

真空チャンバ１の内部には、処理対象となるガラス基板１００（基板）を載置するためのステージ５が設けられている。このステージ５には、真空チャンバ１の外部に設けられた高周波電源６が接続されている。この高周波電源６は、ステージ５に高周波バイアス電流（１３．５６ＭＨｚ）を印加し、ステージ５の上面側に高電子密度（例えば１０^１１［ｃｍ^−３］以上）のプラズマを発生させる。

また、ステージ５の内部にはヒータ（図示しない）が埋設されている。このヒータは、ステージ５上に載置されたガラス基板１００を所定温度、本実施の形態では２００℃〜４００℃に加熱する。

上記誘電体板２の上面には、矩形筒状に形成された導波管８が設けられている。この導波管８は、一端部にマイクロ波を発生させる発振器９を備えており、この発振器９から発生したマイクロ波を真空チャンバ１の上面まで導く。真空チャンバ１の上面に導かれたマイクロ波は、誘電体板２を介して真空チャンバ１の内部に導入され、内部の原料ガスをプラズマ化する。

次に、上記構成のプラズマＣＶＤ処理装置を用いてガラス基板１００の表面にポリシリコン膜を成膜するプラズマ処理工程について説明する。

ステージ５の上面にガラス基板１００を載置したら、ガス導入口３から原料ガスとしてのＳｉＨガスおよびＨ２ガスを導入し、真空チャンバ１内を所定の圧力に調整する。

次に、発振器９から発生したマイクロ波を誘電体板２を介して真空チャンバ１内に導入して、真空チャンバ１内のＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスをプラズマ化する。このとき高周波電源６からステージ５に高周波電圧（１３．５６［ＭＨｚ］）を印加してもよい。これによって、真空チャンバ１内は、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスのプラズマ雰囲気となり、ガラス基板１００の表面にポリシリコン膜１１が成膜される（成膜工程）。なお、このポリシリコン膜１１には、図２（ａ）に示すように、ＳｉＨ、ＳｉＨ２、ＳｉＨ３（ＳｉＨ３のみ図示）が含まれている。

ポリシリコン膜１１が所定の膜厚となったら、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスの供給を停止し、真空チャンバ１内に残留するガスを排気口４から排気する。そして、ガス導入口３からＨ２ガスのみを真空チャンバ１に導入し、真空チャンバ１内を所定の圧力に調整する。

次に、発振器９から発生したマイクロ波を誘電体板２を介して真空チャンバ１内に導入して、真空チャンバ１内のＨ２ガスをプラズマ化する。このとき高周波電源６からステージ５に高周波電圧（１３．５６［ＭＨｚ］）を印加してもよい。Ｈ２ガスのプラズマは、図２（ｂ）に示すように、ポリシリコン膜１１の表面付近を漂うＳｉＨ、ＳｉＨ２、ＳｉＨ３をＳｉＨ４に変化させて、これらをエッチング除去するとともに、ポリシリコン膜１１の表面付近で定着したＳｉ原子のダングリングボンドに終端結合する（除去工程）。

本実施の形態では、プラズマ処理中、図３（ａ）と（ｂ）に示すようなタイミングでＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスを供給することにより、ガラス基板１００に対して上記同様の成膜工程と除去工程とを繰り返し行っている。

ところが、２回目以降の成膜工程では、それ以前の除去工程でＳｉＨ、ＳｉＨ２、ＳｉＨ３が除去されているため、これらＳｉＨ、ＳｉＨ２、ＳｉＨ３によりシリコン結晶粒の成長が阻害されることがない。したがって、成膜初期から迅速にシリコン結晶粒の成長が進むため、膜厚を厚くすることなく大きな結晶粒からなるポリシリコン膜を形成することができる。

さらに、２回目以降の成膜工程では、それ以前の除去工程でポリシリコン膜１１の表面付近のＳｉ原子のダングリングボンドがＨで終端結合されているため、エネルギーの大きいＳｉＨｘ（ｘ＝１〜３）ラジカルのみがＨを除去してポリシリコン膜１１上に堆積する。このため、ポリシリコン膜１１上には、図２（ｃ）に示すような、不純物の少ない安定したポリシリコンが堆積する。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明のポリシリコン膜形成方法が適用されるプラズマＣＶＤ処理装置を示す構成図。本発明の一実施の形態に係るポリシリコン膜の成膜過程を説明する説明図。同実施の形態に係るＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスの流量を示すグラフ図。

符号の説明

１１…ポリシリコン膜、１００…ガラス基板（基板）。

Claims

ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスのプラズマを用いた化学気相成長法により基板の表面にポリシリコン膜を形成するポリシリコン膜形成方法において、
上記Ｈ２ガスの供給中に上記ＳｉＨ４ガスを断続的に供給することを特徴とするポリシリコン膜形成方法。