JP2006108271A - アモルファスシリコン膜をポリシリコン膜に変換するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 不活性ガスの消費量を低減化しつつも、シリコン化合物や酸素などの不純物による悪影響を受けることなく、基板の表面に形成したアモルファスシリコン膜を優れた膜質のポリシリコン膜に変換するための方法および装置を提供すること。
【解決手段】 アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板の上方に、下面に微細なガス噴出孔が多数設けられているとともに、上面側から下面の下方に位置するアモルファスシリコン膜の表面にレーザ光を照射するためのレーザ光導入部が設けられているシャワープレートを配置し、シャワープレートの下面のガス噴出孔から不活性ガスを噴出させてアモルファスシリコン膜の表面に吹き付け、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板とシャワープレートの間の空間部分を不活性ガス雰囲気とした状態で、レーザ光導入部を介してレーザ光をアモルファスシリコン膜の表面に照射することでレーザアニールすることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ポリシリコンＴＦＴ（ポリシリコン薄膜トランジスタ）を製造する際に基板の表面に形成したアモルファスシリコン膜をポリシリコン膜に変換するための方法および装置に関する。

ポリシリコンＴＦＴの製造工程において、基板（例えばガラス基板）の表面に形成したアモルファスシリコン膜にレーザ光を照射し、レーザアニール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換することは周知の通りである。半導体膜としてのポリシリコン膜はアモルファスシリコン膜に比較して電界効果移動度が高いという利点を有する。
基板の表面に形成したアモルファスシリコン膜の表面にレーザ光を照射し、レーザアニールする際、レーザ光の照射領域に酸素などの不純物が存在した場合、これらが膜中に取り込まれ、アモルファスシリコン膜から変換されるポリシリコン膜の結晶の大きさや表面粗さ、面方位の均等化などを図ることができず、その膜質に悪影響を及ぼすことがある。従って、このような問題を解消するための方法として、室内をガス置換できるチャンバーを用意し、チャンバー内をいったん真空排気した後に窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを導入することで、室内を不活性ガス雰囲気としてから、室内にアモルファスシリコン膜を表面に形成した基板を搬送し、アモルファスシリコン膜の表面にレーザ光を照射してレーザアニールする方法が従来から採用されている。しかしながら、この方法では、基板が大型化すると、チャンバーも大型化しなければならないことから、製造面や費用面で支障を来たすことになる。そこで、例えば、特許文献１や特許文献２では、上記のようなチャンバーを用いることなく、大気圧中で、基板の表面に形成したアモルファスシリコン膜の表面のレーザ光の照射領域に、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板の上方に配置したノズルから不活性ガスを噴出させてアモルファスシリコン膜の表面に吹き付けることで、レーザ光の照射領域から酸素などの不純物を排除しながらレーザ光を照射してレーザアニールする方法が提案されている。
特開２０００−１３８１８０号公報 特開２００２−１１８０７６号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２で提案されている方法では、大量の不活性ガスを必要とするにもかかわらず、アモルファスシリコン膜の表面のレーザ光の照射領域を、強制的に不活性ガス雰囲気とすることができないことから、レーザ光の照射領域からの酸素などの不純物の排除を必ずしも十分に行うことができない。また、アモルファスシリコン膜の表面にレーザ光を照射することで発生するシリコン化合物や酸素などの不純物の排除も必ずしも十分に行うことができない。その結果、残存するこれらの不純物が、アモルファスシリコン膜から変換されるポリシリコン膜の膜質に悪影響を及ぼすという問題がある。
そこで本発明は、不活性ガスの消費量を低減化しつつも、シリコン化合物や酸素などの不純物による悪影響を受けることなく、基板の表面に形成したアモルファスシリコン膜を優れた膜質のポリシリコン膜に変換するための方法および装置を提供することを目的とする。

上記の点に鑑みてなされた本発明の基板の表面に形成したアモルファスシリコン膜をポリシリコン膜に変換するための方法は、請求項１記載の通り、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板の上方に、下面に微細なガス噴出孔が多数設けられているとともに、上面側から下面の下方に位置するアモルファスシリコン膜の表面にレーザ光を照射するためのレーザ光導入部が設けられているシャワープレートを配置し、シャワープレートの下面のガス噴出孔から不活性ガスを噴出させてアモルファスシリコン膜の表面に吹き付け、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板とシャワープレートの間の空間部分を不活性ガス雰囲気とした状態で、レーザ光導入部を介してレーザ光をアモルファスシリコン膜の表面に照射することでレーザアニールすることを特徴とする。
また、請求項２記載の方法は、請求項１記載の方法において、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板とシャワープレートの間隔を２０ｍｍ以下とすることを特徴とする。
また、請求項３記載の方法は、請求項１または２記載の方法において、シャワープレートの外周縁の少なくとも一部にガス吸引孔が多数設けられているガス吸引管を付設し、シャワープレートの下面からアモルファスシリコン膜の表面に吹き付けられた不活性ガスをガス吸引管によって吸引することで、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板とシャワープレートの間の空間部分における不活性ガスを整流化することを特徴とする。
また、請求項４記載の方法は、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法において、レーザ光導入部がシャワープレートの中心からオフセットした位置に設けられていることを特徴とする。
また、本発明の基板の表面に形成したアモルファスシリコン膜をポリシリコン膜に変換するための装置は、請求項５記載の通り、処理ゾーンには、少なくとも、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板を載置するためのステージと、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板の上方に配置される、下面に微細なガス噴出孔が多数設けられているとともに、上面側から下面の下方に位置するアモルファスシリコン膜の表面にレーザ光を照射するためのレーザ光導入部が設けられているシャワープレートを備え、シャワープレートの下面のガス噴出孔から不活性ガスを噴出させてアモルファスシリコン膜の表面に吹き付け、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板とシャワープレートの間の空間部分を不活性ガス雰囲気とした状態で、レーザ光導入部を介してレーザ光をアモルファスシリコン膜の表面に照射することでレーザアニールすることを特徴とする。

本発明によれば、不活性ガスの消費量を低減化しつつも、シリコン化合物や酸素などの不純物による悪影響を受けることなく、基板の表面に形成したアモルファスシリコン膜を優れた膜質のポリシリコン膜に変換するための方法および装置が提供される。

以下、本発明の基板の表面に形成したアモルファスシリコン膜をポリシリコン膜に変換するための方法および装置を、図面を参照しながら説明するが、本発明は以下の記載に限定して解釈されるものではない。

図１は、本発明の基板の表面に形成したアモルファスシリコン膜をポリシリコン膜に変換するための方法を実施するために好適な装置の一実施形態の概略断面図である。図１に示した装置は、基本構成として、処理ゾーン（大気中での処理においてある程度の密閉性を持った囲いで仕切られた空間）には、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板２１を載置するためのステージ１と、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板２１の上方に、図略の高さ調節手段によって所定の間隔をもって配置される、下面に微細なガス噴出孔３が多数設けられているとともに、上面側から下面の下方に位置するアモルファスシリコン膜の表面にレーザ光２２を照射するためのレーザ光導入部としての例えば石英でできたレーザ光導入窓４が設けられているシャワープレート２を備えるものである。そして、シャワープレート２の下面のガス噴出孔３から窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを矢示の如く噴出させてアモルファスシリコン膜の表面に吹き付け、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板２１とシャワープレート２の間の空間部分を不活性ガス雰囲気として酸素などの不純物の排除を十分に行った状態で、処理ゾーン外の図略のレーザ発振機から発振させ、折り返しミラー２３によって処理ゾーン内のシャワープレート２のレーザ光導入窓４に導入したレーザ光２２を、レーザ光導入窓４を介して矢示の如くアモルファスシリコン膜の表面に照射することでレーザアニールするようにしたものである。

シャワープレート２は、処理ゾーン内の所定位置に固定設置されており（高さ調節は図略の高さ調節手段によって自在）、レーザ光２２の導入経路、即ち、処理ゾーン外の図略のレーザ発振機から発振させたレーザ光２２を折り返しミラー２３によって処理ゾーン内のシャワープレート２のレーザ光導入窓４に導入する経路も固定されている。従って、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板２１を載置するためのステージ１は、アモルファスシリコン膜の表面の所定領域にレーザ光２２をレーザ光導入窓４を介して照射するために、ＸＹ駆動が可能なものである。なお、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板２１を載置するためのステージ１を、処理ゾーン内の所定位置に固定設置する場合、シャワープレート２をＸＹ駆動が可能なものとし、レーザ光２２の導入経路をシャワープレート２の駆動に対応して可変できるようにする。

シャワープレート２の下面のガス噴出孔３から噴出される不活性ガスは、ガスボンベ５からガス流量調整バルブ６とマスフローメータ７を介してガス供給管８を経てシャワープレート２に供給される。不活性ガスは、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板２１とシャワープレート２の間の空間部分を不活性ガス雰囲気とするに足る量だけ供給すればよい。従って、この方法によれば、特許文献１や特許文献２で提案されている方法に比較して、不活性ガスの消費量の低減化を図ることができる。なお、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板２１とシャワープレート２の間隔は、２０ｍｍ以下とすることが望ましく、５ｍｍ〜１０ｍｍとすることがより望ましい。間隔が２０ｍｍよりも広いと不活性ガスの消費量の低減化を図ることが困難になる恐れがある。ガス噴出孔３の孔径は、直径０．１ｍｍ〜１ｍｍとすることが望ましい。

シャワープレート２の外周縁の全周に亘ってガス吸引孔１０が多数設けられているガス吸引管９を付設し、シャワープレート２の下面からアモルファスシリコン膜の表面に吹き付けられた不活性ガスをガス吸引管９によって吸引することで、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板２１とシャワープレート２の間の空間部分における不活性ガスを整流化すれば、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板２１とシャワープレート２の間の空間部分を効率よく不活性ガス雰囲気とすることができるので、酸素などの不純物の排除を短時間で十分に行うことができる。ガス吸引孔１０の孔径は、直径１ｍｍ〜５ｍｍとすることが望ましい。ガス吸引管９によって吸引された不活性ガスは、バルブ１１ａと排気調整バルブ１２ａおよび／またはバルブ１１ｂと排気調整バルブ１２ｂを経て減圧用ポンプ１３によって排気される。なお、例えば、処理ゾーンの、レーザ光照射のための基板駆動方向に排気口を設け、処理ゾーン内を排気することができる構成にした場合、ガス吸引管９の付設を省略してもよい。

また、レーザ光導入窓４を、シャワープレート２の中心からオフセットした位置に設けた場合、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板２１とシャワープレート２の間の空間部分を効率よく不活性ガス雰囲気とすることができるので、酸素などの不純物の排除を短時間で十分に行うことができる。

また、処理ゾーン外に不活性ガスが流出しないように、その上部にブロアーと酸素濃度計を設置し、処理ゾーン外への不活性ガスの流出を防止かつ監視することが望ましい。

以下、図１に示した装置を用いて、基板の表面に形成したアモルファスシリコン膜をポリシリコン膜に変換するための具体的手順の一例を、図１に示した装置の要部の概略平面図である図２を参照しながら説明する。

（１）まず、大気中のローディングアンローディングポジションのロボット（図略）にて、ローディングカセット（図略）からアモルファスシリコン膜を表面に形成した基板２１をピックアップし、処理ゾーン内に搬入してステージ１に載置する。レーザ光２２を発振させるためのレーザ発振器（図略）は、常時稼動させておき、レーザ光照射開始前は、レーザ光導入窓４の上方に設置したシャッタ（図略）を閉じておくことで、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板２１にレーザ光２２が照射されないようにしておく。

（２）アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板２１を載置したステージ１を、予め設定したＸ軸（レーザ光照射のための基板駆動方向）−Ｙ軸（レーザ光照射位置の変更方向）の原点位置に移動させた後、さらに基板サイズに合わせたレーザ光照射開始位置に移動させるため、Ｘ軸−Ｙ軸を修正する。減圧用ポンプ１３を駆動させ、Ｘ軸の基板駆動方向の上流側のバルブと排気調整バルブ（図２においてＸ軸の基板駆動方向が右から左の場合はバルブ１１ａと排気調整バルブ１２ａを意味する）を開けるとともに、シャワープレート２の下面からアモルファスシリコン膜の表面に不活性ガスを吹き付ける。これにより、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板２１とシャワープレート２の間の空間部分における不活性ガスは、レーザ光照射のための基板駆動方向の上流側に向かって整流化され、この空間部分が不活性ガス雰囲気となる。不活性ガスの整流方向をこのように制御した状態で後の工程でレーザアニールするのは、アモルファスシリコン膜の表面にレーザ光１２を照射することで発生するシリコン化合物や酸素などの不純物を、上流側に不活性ガスとともに排気することで、レーザ光を照射していないアモルファスシリコン膜の表面に不純物が付着することを防止するためである。また、この際、レーザ光導入窓４を、シャワープレート２の中心からオフセットした位置に設けた場合、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板２１とシャワープレート２の間の空間部分を効率よく不活性ガス雰囲気とすることができることで、酸素などの不純物の排除を短時間で十分に行うことができる（例えばレーザ光導入窓をシャワープレートの中心に設けた場合と比較してアモルファスシリコン膜を表面に形成した基板とシャワープレートの間の空間部分の酸素分圧を所定の数値にまで到達させるために必要な時間を１／２以下に短縮することも可能である）。

（３）アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板２１とシャワープレート２の間の空間部分を十分に不活性ガス雰囲気とした後、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板２１を載置したステージ１を、Ｘ軸の基板駆動方向（図２において右から左）に駆動させるとともに、レーザ光導入窓４の上方に設置したシャッタ（図略）を開け、レーザ光導入窓４を介してレーザ光２２をアモルファスシリコン膜の表面に照射することで１回目のレーザアニールを開始する。

（４）Ｘ軸の基板駆動方向の照射が終了となった時点で、レーザ光導入窓４の上方に設置したシャッタ（図略）を閉じ、Ｙ軸のレーザ光照射位置を変更するために、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板２１を載置したステージ１を、レーザ光導入窓４のＹ軸方向の長さ分（レーザ光２２の照射幅分）だけ移動させる。バルブ１１ａと排気調整バルブ１２ａを閉じた後、今度はＸ軸の基板駆動方向（図２において左から右）の上流側のバルブ１１ｂと排気調整バルブ１２ｂを開けるとともに、シャワープレート２の下面からアモルファスシリコン膜の表面に不活性ガスを吹き付ける。これにより、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板２１とシャワープレート２の間の空間部分を不活性ガス雰囲気とする。

（５）アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板２１とシャワープレート２の間の空間部分を十分に不活性ガス雰囲気とした後、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板２１を載置したステージ１を、Ｘ軸の基板駆動方向（図２において左から右）に駆動させるとともに、レーザ光導入窓４の上方に設置したシャッタ（図略）を開け、レーザ光導入窓４を介してレーザ光２２をアモルファスシリコン膜の表面に照射することで２回目のレーザアニールを開始する。

（６）以上のようにして、Ｘ軸の基板駆動方向におけるレーザ光照射とＹ軸のレーザ光照射位置の変更を繰り返し行い、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板２１の当該アモルファスシリコン膜の全体をポリシリコン膜に変換した後、レーザ光導入窓４の上方に設置したシャッタ（図略）を閉じ、表面に形成したアモルファスシリコン膜がポリシリコン膜に変換された基板を、処理ゾーン内から搬出できる位置にまでステージ１を移動させ、大気中のローディングアンローディングポジションのロボット（図略）にてピックアップし、アンローディングカセット（図略）に回収する。

本発明は、不活性ガスの消費量を低減化しつつも、シリコン化合物や酸素などの不純物による悪影響を受けることなく、基板の表面に形成したアモルファスシリコン膜を優れた膜質のポリシリコン膜に変換するための方法および装置を提供することができる点において産業上の利用可能性を有する。

本発明の基板の表面に形成したアモルファスシリコン膜をポリシリコン膜に変換するための方法を実施するために好適な装置の一実施形態の概略断面図である。 図１に示した装置の要部の概略平面図である。

符号の説明

１ ステージ
２ シャワープレート
３ ガス噴出孔
４ レーザ光導入窓
５ ガスボンベ
６ ガス流量調整バルブ
７ マスフローメータ
８ ガス供給管
９ ガス吸引管
１０ ガス吸引孔
１１ａ バルブ
１１ｂ バルブ
１２ａ 排気調整バルブ
１２ｂ 排気調整バルブ
１３ 減圧用ポンプ
２１ アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板
２２ レーザ光
２３ 折り返しミラー

Claims (5)

1. 基板の表面に形成したアモルファスシリコン膜をポリシリコン膜に変換するための方法であって、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板の上方に、下面に微細なガス噴出孔が多数設けられているとともに、上面側から下面の下方に位置するアモルファスシリコン膜の表面にレーザ光を照射するためのレーザ光導入部が設けられているシャワープレートを配置し、シャワープレートの下面のガス噴出孔から不活性ガスを噴出させてアモルファスシリコン膜の表面に吹き付け、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板とシャワープレートの間の空間部分を不活性ガス雰囲気とした状態で、レーザ光導入部を介してレーザ光をアモルファスシリコン膜の表面に照射することでレーザアニールすることを特徴とする方法。
2. アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板とシャワープレートの間隔を２０ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. シャワープレートの外周縁の少なくとも一部にガス吸引孔が多数設けられているガス吸引管を付設し、シャワープレートの下面からアモルファスシリコン膜の表面に吹き付けられた不活性ガスをガス吸引管によって吸引することで、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板とシャワープレートの間の空間部分における不活性ガスを整流化することを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. レーザ光導入部がシャワープレートの中心からオフセットした位置に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
5. 基板の表面に形成したアモルファスシリコン膜をポリシリコン膜に変換するための装置であって、処理ゾーンには、少なくとも、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板を載置するためのステージと、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板の上方に配置される、下面に微細なガス噴出孔が多数設けられているとともに、上面側から下面の下方に位置するアモルファスシリコン膜の表面にレーザ光を照射するためのレーザ光導入部が設けられているシャワープレートを備え、シャワープレートの下面のガス噴出孔から不活性ガスを噴出させてアモルファスシリコン膜の表面に吹き付け、アモルファスシリコン膜を表面に形成した基板とシャワープレートの間の空間部分を不活性ガス雰囲気とした状態で、レーザ光導入部を介してレーザ光をアモルファスシリコン膜の表面に照射することでレーザアニールすることを特徴とする装置。

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