JP2007288159A - Method of flattening silicon film surface during and after processing through sequential lateral crystallization method - Google Patents
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Abstract
Description
(発明の背景)
I 発明の分野
本発明は半導体処理の技術に関するものであり、特に低温で実行可能な半導体処理に関するものである。
(Background of the Invention)
I FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to semiconductor processing technology, and more particularly to semiconductor processing that can be performed at low temperatures.
II 関連技術の説明
半導体処理の分野では、薄膜アモルファスシリコンフィルムを多結晶フィルムに変換するためにレーザを使用するいくつかの試みがあった。慣例のエキシマレーザアニール(熱処理)技術の概要は、James Im他による"Crystalline Si Films for integrated Active-Matrix Liquid-Crystal Displays"、11 MRS Bulletin 39 (1996)に開示されている。エキシマレーザアニールを実行するために使用するシステムでは、エキシマレーザビームを、通常30cmまでの長さで500μmまたはそれより広幅の長ビームに成形する。成形したビームをアモルファスシリコンの試料(サンプル)上で走査させて、この試料の融解、及びこの試料が再凝固する際の多結晶シリコンの形成を促進する。
II Description of Related Art In the field of semiconductor processing, there have been several attempts to use lasers to convert thin amorphous silicon films into polycrystalline films. An overview of conventional excimer laser annealing (heat treatment) technology is disclosed in James Im et al., "Crystalline Si Films for integrated Active-Matrix Liquid-Crystal Displays", 11 MRS Bulletin 39 (1996). In systems used to perform excimer laser annealing, the excimer laser beam is shaped into a long beam, typically up to 30 cm long and 500 μm wide or wider. The shaped beam is scanned over a sample of amorphous silicon to promote melting of the sample and formation of polycrystalline silicon as the sample resolidifies.
多結晶または単結晶のシリコンを生成するための、慣例のエキシマレーザアニール技術の使用には、いくつかの理由で問題性がある。第1には、前記プロセスで生成されるシリコンは通常、小粒径のランダムな微小構造であり、及び/または不均一な結晶粒径(グレインサイズ)を有し、低質で不均一なデバイスができて製造歩留まりの低下に至るということである。第2には、許容可能な性能レベルを得るのに必要な処理技術が、多結晶シリコンを生産するための製造処理能力を低いままにしておくことを要求するということである。また、これらのプロセスは一般に、制御された環境及びアモルファスシリコン試料の前加熱を必要とし、処理速度をさらに低下させる。最後に、製作したフィルムが一般に、許容外の程度の表面粗さとなり、これがマイクロエレクトロニクスデバイスの性能にとって問題となり得る。 The use of conventional excimer laser annealing techniques to produce polycrystalline or single crystal silicon is problematic for several reasons. First, the silicon produced by the process is usually a random microstructure with small grain size and / or non-uniform grain size, resulting in poor and non-uniform devices. This can reduce the manufacturing yield. Second, the processing technology required to obtain an acceptable level of performance requires that manufacturing throughput to produce polycrystalline silicon remain low. Also, these processes generally require a controlled environment and pre-heating of the amorphous silicon sample, further reducing the processing rate. Lastly, the fabricated films generally have an unacceptable degree of surface roughness, which can be a problem for the performance of microelectronic devices.
より高い処理速度で、より高品質の多結晶シリコン及び単結晶シリコンを生成する分野の必要性が存在する。また、フラットパネルディスプレイのようなより高品質のデバイスの製作において使用する、こうした多結晶及び単結晶のシリコン薄膜フィルムの表面粗さを低減する製造技術の必要性が存在する。 There is a need in the field to produce higher quality polycrystalline and single crystal silicon at higher processing speeds. There is also a need for manufacturing techniques that reduce the surface roughness of such polycrystalline and single crystal silicon thin film films used in the fabrication of higher quality devices such as flat panel displays.
(発明の概要)
本発明の目的は、多結晶及び単結晶の薄膜フィルム半導体の表面を平坦化する技術を提供することにある。
(Summary of Invention)
An object of the present invention is to provide a technique for planarizing the surface of polycrystalline and single crystal thin film semiconductors.
本発明のさらなる目的は、逐次的横方向結晶化(SLS:Sequential Lateral Solidification)プロセス中に生産される多結晶及び単結晶の薄膜フィルム半導体の後処理ステップとして適用可能な表面平坦化技術を提供することにある。 A further object of the present invention is to provide a surface planarization technique applicable as a post-processing step for polycrystalline and single crystal thin film semiconductors produced during SLS (Sequential Lateral Solidification) process. There is.
本発明のさらなる目的は、逐次的横方向結晶化プロセスにおける多結晶及び単結晶薄膜フィルム半導体の生産中の処理ステップとして適用可能な表面平坦化技術を提供することにある。 It is a further object of the present invention to provide a surface planarization technique that can be applied as a processing step during the production of polycrystalline and single crystal thin film semiconductors in a sequential lateral crystallization process.
本発明のさらなる目的は、ディスプレイ及び他の製品の製作に有用な高品質の半導体デバイスの製作用の技術を提供することにある。 It is a further object of the present invention to provide techniques for producing high quality semiconductor devices that are useful in the production of displays and other products.
これらの目的、並びに以下の記述を参照して明らかになる他の目的を達成するために、本発明は、前もって逐次的横方向結晶化プロセスによって生産した多結晶及び単結晶の薄膜フィルムの表面粗さを低減するシステム及び方法を提供するものである。1つの構成では、システムが、所定流束量(フリューエンス)の複数のエキシマレーザパルスを発生するエキシマレーザと、このエキシマレーザパルスの流束量を、前記薄膜フィルムを厚さ方向に完全に融解させるのに必要な流束量以下の流束量になるように可制御的に変調するエネルギ密度変調器と、前記変調したレーザパルスを所定平面において均一化するビーム均一化器(ホモジナイザ)と、前記均一化したレーザパルスを受けて、多結晶または単結晶の薄膜フィルムの、前記レーザパルスに対応する部分の厚さ方向の部分融解を行うための試料台(サンプルステージ)と、前記試料台の前記レーザパルスに対する相対位置を可制御的に平行移動する平行移動手段と、前記エキシマパルスの発生及び前記流束量の変調を前記試料台の相対位置に合わせて行い、従って、前記レーザパルスに対して前記試料台を順次平行移動することによって、多結晶または単結晶の薄膜フィルムを処理するコンピュータとを具えている。前記エキシマレーザは、紫外線エキシマレーザパルスを発生する紫外線エキシマレーザであることが好ましい。 In order to achieve these objectives, as well as other objectives that will become apparent with reference to the following description, the present invention provides surface roughness of polycrystalline and single crystal thin film previously produced by a sequential lateral crystallization process. A system and method for reducing the likelihood is provided. In one configuration, the system causes an excimer laser that generates a plurality of excimer laser pulses of a predetermined flux amount (fluence) and the flux amount of the excimer laser pulses to completely melt the thin film in the thickness direction. An energy density modulator that controllably modulates the flux amount to be equal to or less than a flux amount necessary for the above, a beam homogenizer (homogenizer) that uniformizes the modulated laser pulse in a predetermined plane, and A sample stage (sample stage) for receiving a uniform laser pulse and performing partial melting in a thickness direction of a portion corresponding to the laser pulse of a polycrystalline or single crystal thin film, and the sample stage Translation means for controllably translating the relative position with respect to the laser pulse, and the generation of the excimer pulse and the modulation of the flux amount are controlled by Performed in accordance with the position, therefore, by sequentially translating the sample stage relative to the laser pulse, which comprises a computer for processing polycrystalline or single crystal thin film. The excimer laser is preferably an ultraviolet excimer laser that generates ultraviolet excimer laser pulses.
1つの構成では、前記ビーム均一化器を、x方向及びy方向共にトップハット(山高帽)型特性でレーザパルスを成形するように動作可能にする。前記エネルギ密度変調器は、前記エキシマレーザパルスの流束量を、多結晶または単結晶の薄膜フィルムを厚さ方向に完全に溶解させるしきい値の約25%から75%までに減衰させるように動作可能にする。 In one configuration, the beam homogenizer is operable to shape a laser pulse with top-hat characteristics in both the x and y directions. The energy density modulator attenuates the flux amount of the excimer laser pulse to about 25% to 75% of a threshold value for completely dissolving the polycrystalline or single crystal thin film in the thickness direction. Enable operation.
(好適な実施例の説明)
前記平行移動ステージがX方向の平行移動部とY方向の平行移動部とを具え、これらの各部を前記コンピュータに結合し、かつ互いに結合し、そして前記レーザパルスが形成する径路に垂直な2つの直交する方向に移動可能にし、そして前記コンピュータによって制御可能であることが有利であり、前記コンピュータは、このコンピュータの制御下で平行移動可能な前記両方向に、前記試料を可制御的に平行移動する。また前記ビーム均一化器は、前記レーザパルスを、x及びy方向に共にトップハット型特性に成形するように動作可能であり、前記平行移動手段は、前記多結晶または単結晶の薄膜フィルムを、前記レーザパルスの方向に直交する2つの方向に平行移動するように動作可能であり、これにより前記均一化したレーザパルスが、前記多結晶または単結晶の薄膜フィルムの前記2方向に少しずつ重複した領域に順次入射するようにする。
(Description of preferred embodiments)
The translation stage includes a translation unit in the X direction and a translation unit in the Y direction. These units are coupled to the computer and coupled to each other, and two perpendicular to the path formed by the laser pulse. It is advantageous to be able to move in orthogonal directions and be controllable by the computer, the computer controllably translating the sample in both directions which can be translated under the control of the computer. . Further, the beam homogenizer is operable to shape the laser pulse in a top hat type characteristic in both the x and y directions, and the translation means includes the polycrystalline or single crystal thin film, Operable to translate in two directions perpendicular to the direction of the laser pulse, so that the homogenized laser pulse overlaps little by little in the two directions of the polycrystalline or single crystal thin film. Incidently enter the region.
本発明の変形例の構成は、アモルファスシリコン薄膜フィルム試料を処理して、表面粗さを低減した単結晶または多結晶のシリコン薄膜フィルムにするシステム及び方法を提供するものである。1つの構成では、この方法が、逐次的横方向結晶化プロセス中の、薄膜シリコンフィルムの融解中及び再凝固中の収縮及び膨脹に耐えるのに十分な厚さを有するアモルファスシリコン薄膜フィルム試料上に、剛性のキャップ層を形成するステップを具えている。この方法は、エキシマレーザパルス列を発生するステップと、前記パルス列内の各エキシマレーザパルスを、所定の流束量に可制御的に変調するステップと、前記変調して流束量を制御したパルス列内の各レーザパルスを所定平面において均一化するステップと、前記均一化して流束量を制御したパルス列内の各レーザパルスの一部をマスクして、これによりパターン化して流束量を制御した小ビームのパルス列を発生するステップと、アモルファスシリコン薄膜フィルム試料を、前記流束量を制御してパターン化した小ビームのパルス列で照射して、この試料の厚さ方向の部分融解を行うステップと、前記試料を、前記流束量を制御してパターン化した小ビームの各パルスに対して可制御的に順次平行移動して、これにより前記アモルファスシリコン薄膜フィルム試料を処理して、表面粗さを低減した単結晶または多結晶のシリコン薄膜フィルムにするステップと、前記処理した単結晶または多結晶のシリコン薄膜フィルムから前記キャップ層を除去するステップとを具えている。 The modified configuration of the present invention provides a system and method for processing an amorphous silicon thin film sample into a single crystal or polycrystalline silicon thin film with reduced surface roughness. In one configuration, the method is performed on an amorphous silicon thin film sample having a thickness sufficient to withstand shrinkage and expansion during melting and resolidification of the thin film silicon during a sequential lateral crystallization process. Forming a rigid cap layer. The method includes the steps of generating an excimer laser pulse train, modulating each excimer laser pulse in the pulse train to a predetermined flux amount in a controllable manner, and modulating and controlling the flux amount in the pulse train. A step of uniformizing each laser pulse in a predetermined plane, and masking a part of each laser pulse in the pulse train that has been uniformized to control the flux amount, thereby patterning and controlling the flux amount. Generating a pulse train of beams, irradiating an amorphous silicon thin film sample with a pulse train of small beams patterned by controlling the amount of flux, and performing partial melting in the thickness direction of the sample; The sample is sequentially translated in a controllable manner with respect to each pulse of a small beam patterned by controlling the amount of the flux. Treating a silicon thin film sample into a single crystal or polycrystalline silicon thin film with reduced surface roughness; removing the cap layer from the treated single crystal or polycrystalline silicon thin film; and It has.
添付した図面は本明細書の一部を構成し、本発明の好適な実施例を示し、本発明の原理を説明する役割をするものである。 The accompanying drawings constitute a part of this specification and illustrate the preferred embodiment of the present invention and serve to explain the principles of the invention.
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
本発明は、多結晶及び単結晶の薄膜フィルム半導体の表面を平坦化する技術を提供するものである。好適な実施例では、この表面平坦化技術を、逐次的横方向結晶化プロセス中に生産する多結晶及び単結晶の薄膜フィルム半導体に後処理ステップとして適用し、あるいは逐次的横方向結晶化プロセスにおける多結晶または単結晶の薄膜フィルム半導体の生産中の処理ステップとして適用する。従ってこれらの技術を十分に理解するためには、まず順次側方凝固プロセスについて理解しなければならない。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The present invention provides a technique for planarizing the surface of polycrystalline and single crystal thin film semiconductors. In a preferred embodiment, this surface planarization technique is applied as a post-processing step to polycrystalline and single crystal thin film semiconductors produced during the sequential lateral crystallization process, or in the sequential lateral crystallization process. Applies as a processing step in the production of polycrystalline or single crystal thin film semiconductors. Therefore, in order to fully understand these techniques, the sequential side solidification process must first be understood.
逐次的横方向結晶化プロセスは、エキシマレーザが放出する連続パルス間における、シリコン試料の単一方向の小幅の平行移動によって、大粒のシリコン構造を生産する技術である。各パルスが試料によって吸収されるので、この試料の小さい領域が厚さ方向に完全に融解して、パルス組の前のパルスによって生成される結晶領域内に横方向に入って再凝固する。 The sequential lateral crystallization process is a technique that produces a large grain silicon structure by unidirectional narrow translation of a silicon sample between successive pulses emitted by an excimer laser. As each pulse is absorbed by the sample, a small region of the sample is completely melted in the thickness direction and enters the crystal region produced by the previous pulse in the pulse set and resolidifies.
特に有利な逐次的横方向結晶化プロセス及びこのプロセスを実行する装置は、本願出願人の同時継続特許出願、出願番号第09/390,537号、1999年9月3日出願、発明の名称"Systems and Methods using Sequential Lateral Solidification for Producing Single or Polycrystalline Silicon Thin Films at Low Temperatures"に開示されており、これは参考文献として本明細書に含める。前記の開示は、本願出願人の同時継続特許出願に記載されている特定技術を参照して行っているが、他の逐次的横方向結晶化技術も直ちに、本発明用に適応可能であることは明らかである。 A particularly advantageous sequential lateral crystallization process and apparatus for carrying out this process are disclosed in the Applicant's co-pending patent application, Ser. No. 09 / 390,537, filed Sep. 3, 1999, entitled “Systems and Methods using Sequential Lateral Solidification for Producing Single or Polycrystalline Silicon Thin Films at Low Temperatures ", which is incorporated herein by reference. Although the foregoing disclosure has been made with reference to a specific technique described in the applicant's co-pending patent application, other sequential lateral crystallization techniques are readily applicable for the present invention. Is clear.
図1に、本願出願人の同時継続特許出願に好適実施例として記載したシステムを示し、このシステムは、エキシマレーザ110と、レーザビーム111のエネルギ密度を速やかに変化させるエネルギ密度変調器120と、ビーム減衰器兼用シャッタ130と、光学器140、141、142及び143と、ビーム均一化器(ホモジナイザ)144と、レンズ系145、146、148と、マスキング系150と、レンズ系161、162、163と、入射レーザパルス164と、薄膜シリコンフィルム試料170と、試料平行移動台(ステージ)180と、グラファイトブロック190と、支持系191、192、193、194と、管理コンピュータ100とを具えて、コンピュータ100の指示の下で、マスキング系150内でのマスク710の移動か、試料平行移動台180の移動かのいずれかによって、シリコン試料170のX方向及びY方向の平行移動を行う。
FIG. 1 illustrates a system described as a preferred embodiment in the applicant's co-pending patent application, which includes an
本願出願人の同時継続出願中の出願にさらに詳しく記述しているように、所定流束量の複数のエキシマレーザパルスを発生して、このエキシマレーザパルスの流束量を可制御的に変調して、この変調したレーザパルスを所定平面において均一化して、前記変調して均一化したレーザパルスの一部をマスクしてパターン化した小ビームにして、アモルファスシリコン薄膜フィルム試料を前記パターン化した小ビームで照射して、この試料の前記小ビームに対応する部分の融解を行って、この試料を、前記パターン化した小ビーム及び前記制御された変調に関して可制御的に平行移動することによって、アモルファスシリコン薄膜フィルム試料を単結晶または多結晶のシリコン薄膜フィルムに処理し、従って、前記パターン化した小ビームに対して試料を順次平行移動して、流束量が可変のパターン化した小ビームによって試料上の対応する位置を順次照射することによって、試料のパターンアモルファスシリコン薄膜フィルム試料を処理して、単結晶または多結晶のシリコン薄膜フィルムにする。 As described in more detail in the applicant's co-pending application, a plurality of excimer laser pulses of a predetermined flux amount are generated and the flux amount of the excimer laser pulses is modulated in a controllable manner. Then, the modulated laser pulse is made uniform in a predetermined plane, and a part of the modulated and uniform laser pulse is masked to form a patterned small beam, and the amorphous silicon thin film sample is patterned. Irradiating with a beam to melt the portion of the sample corresponding to the small beam and translating the sample in a controllable manner with respect to the patterned small beam and the controlled modulation. A silicon thin film sample is processed into a single crystal or polycrystalline silicon thin film, so that the patterned small beam The sample pattern amorphous silicon thin film sample is processed by sequentially translating the sample and sequentially irradiating the corresponding position on the sample with a patterned beam of variable flux. Crystalline silicon thin film.
単結晶または大粒の多結晶のシリコン薄膜フィルム生産するには、逐次的横方向結晶化プロセスが非常に有利であるが、生産される結晶は往々にして、結晶成長プロセスにおいて特有の、融解及び再凝固の反復による表面粗さを示す。このため図2に示すように、厚さ200nmの結晶は、結晶の長さ方向を通して高さの変動を示す。図2では、0の高さが、厚さ200nmの結晶における最適な高さを示し、175nm〜225nmに変化する高さは、結晶の長さ方向を通して通常のものとして示してある。なお結晶の境界付近の大きな突起210では、結晶の厚さが最適な厚さ200nmを350nmだけ超えている。 For the production of single crystal or large polycrystalline silicon thin film films, sequential lateral crystallization processes are very advantageous, but the crystals produced are often melted and regenerated, characteristic of the crystal growth process. The surface roughness due to repeated solidification is shown. For this reason, as shown in FIG. 2, a crystal having a thickness of 200 nm exhibits a variation in height throughout the length of the crystal. In FIG. 2, a height of 0 indicates the optimum height for a 200 nm thick crystal and the height varying from 175 nm to 225 nm is shown as normal throughout the length of the crystal. In the large protrusion 210 near the crystal boundary, the thickness of the crystal exceeds the optimum thickness of 200 nm by 350 nm.
ここで図3及び図4を参照して、本発明の第1実施例について説明する。図3に、逐次的横方向結晶化プロセスによって生産した多結晶及び単結晶の薄膜フィルム半導体を平坦化する後処理システムの実施例を示す。このシステムは、エキシマレーザ310と、ビーム減衰器兼用シャッタ320と、反射板330と、望遠レンズ331、332と、反射板333と、ビーム均一化器340と、コンデンサー(集光)レンズ345と、反射板347と、フィールド(視野)レンズ350と、試料360と、試料平行移動台370と、光学台380と、管理コンピュータ300とを具えている。好適なレーザ310、減衰器320、望遠レンズ331、332、均一化器340、及び直交する2方向に移動可能な試料平行移動台370の各々は、特許出願番号第09/390,537号の同時継続特許出願に記載されている。台380は、この特許出願に記載したようなものとすることも、通常の台とすることもできる。均一化したビーム346を、x方向及びy方向共にトップハット型特性に成形することが好ましく、そしてビームエネルギ密度が、試料360を厚さ方向に完全に融解させるのに必要なエネルギ密度以下であることが重要である。
A first embodiment of the present invention will now be described with reference to FIGS. FIG. 3 illustrates an embodiment of a post-processing system for planarizing polycrystalline and single crystal thin film semiconductors produced by a sequential lateral crystallization process. This system includes an
図4a及び図4bを参照して、試料360について詳細に説明する。本実施例の試料は既に処理してあるので、これは既に多数の結晶領域を含み、これをシェブロン形(山形)の結晶365として図式的に示す。均一化したビーム346が試料360の一部361上に入射して、そこの厚さ方向の部分融解を導く様子を示している。
The
厚さ200nmのシリコン薄膜フィルムについては、厚さ方向の完全融解のしきい値は約600mJ/cm2である。このため、部分361の十分な厚さ方向の部分融解を導くために、厚さ方向の完全融解のしきい値の約25%〜75%のエネルギを有するビーム346を利用すべきである。ビームのエネルギがより大きければ、エキシマレーザに特有のエネルギ変動が、試料の領域361の厚さ方向の完全融解を起こす可能性が生じる。ビームのエネルギがより小さければ、試料の部分361が満足な程度に平坦化するのに十分なくらい融解しない。
For a 200 nm thick silicon thin film, the threshold for complete melting in the thickness direction is about 600 mJ / cm 2 . For this reason, a
図4bに示すように、試料360は酸化シリコン基底層400及びシリコン層410を具えている。本発明によれば、シリコン層410の外面が深さ420まで融解される。再凝固すると、粗い表面430がより平坦化するように改質する。
As shown in FIG. 4 b, the
厚さ方向の完全融解しきい値の約25%〜75%のエネルギを有する均一化した単一ビームパルスが、領域361の厚さ方向の部分融解を導くのに十分であるが、多数のビームパルスでこうした領域のすべてを照射することが好ましい。後続する各ビームパルスが領域361の厚さ方向の部分融解を導き、これが再凝固すると、より平坦化した表面になる。このため、領域361当たり10本のビームの使用により、単一パルスを用いるよりもずっと滑らかな表面430が生成される。
A homogenized single beam pulse having an energy of about 25% to 75% of the full melt threshold in the thickness direction is sufficient to induce partial melt in the thickness direction of
図4aに戻って説明すると、コンピュータ300の制御下で試料台370が右から左に平行移動して、均一化したビーム346を、試料360の上部を左から右450に走査させる。そして台370を直交方向(Y方向として示す)に移動して、試料を新たな位置460に合わせて、逆方向の平行移動470を開始する。試料360の全表面を均一化したビーム346で走査し終わるまで、この過程を繰り返す。
Returning to FIG. 4 a, the
試料台をY方向に平行移動させる際には、均一化したビームを、試料360の前に走査した領域に少し重複するように合わせることが有利である。このため、領域361が1.2×1.2cmであれば、均一化したビームの不規則性によって生じるエッジ効果を回避するために、1.15cmのY方向の平行移動を利用することができる。同様にX方向の平行移動の実行中にも、少しの重複を生じさせることが有利である。
When the sample stage is translated in the Y direction, it is advantageous to match the homogenized beam so that it slightly overlaps the area scanned before the
以上のことはトップハット型特性の正方形に均一化したビームに関して説明してきたが、他の形状のビームを利用することもできる。このため、図5に示すように、X方向の平行移動の必要性をなくすのに十分広幅の均一化したビームを利用することができ、平行移動台370による移動の必要がより少なくなるという利点を伴い、従ってより大きい生産能力が得られる。同様に、X方向の平行移動どうしの間でより大きな重複を行う場合には、X方向にガウス型特性で成形したビームを利用することができる。 The above has been described with reference to a beam that is uniformed into a square with a top-hat type characteristic, but beams of other shapes can also be used. For this reason, as shown in FIG. 5, it is possible to use a uniform beam that is sufficiently wide to eliminate the need for translation in the X direction, and the advantage that the need for movement by the translation table 370 is reduced. And thus a greater production capacity is obtained. Similarly, when performing greater overlap between translations in the X direction, a beam shaped with Gaussian characteristics in the X direction can be used.
図6及び図7に、図3及び図4aを参照して説明したプロセスの結果を示す。逐次的横方向結晶化プロセスによって製作した試料360の特性を図6aに示す。この試料は、最適な高さ200nmから±25nmの、表面の不規則性を示している。図6bに示すように、本発明による単一レーザパルスでの後処理後に、これらの表面の不規則性を大幅に低減することができる。これらの結果を図7に示し、これは本発明による後処理によって生じた、100%未満の表面粗さの低減を示している。
6 and 7 show the results of the process described with reference to FIGS. 3 and 4a. The characteristics of the
次に図8を参照して、本発明の第2実施例について説明する。本実施例では、逐次的横方向結晶化プロセス中に剛性キャップ層を採用することによって、シリコン薄膜フィルムの表面を平坦化する。よって図8には、酸化シリコンの基底層800上に堆積させた厚さ約50nm〜200nmのアモルファスシリコン層810で形成した薄膜シリコンの試料を示す。この試料は厚さ約2ミクロンの厚い第2酸化シリコン層820を被せてあり、これは実質的に剛性のものである。このキャップ層は、逐次的横方向結晶化プロセス中の、シリコン層の融解中及び再凝固中の収縮及び膨脹に耐えるのに十分厚いものでなければならない。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this example, the surface of the silicon thin film is planarized by employing a rigid cap layer during the sequential lateral crystallization process. Accordingly, FIG. 8 shows a thin film silicon sample formed of an
そこで逐次的横方向結晶化プロセスにおいて、キャップ層820を有する試料を試料170の代わりに用い、これについての完全な記述は上述した第09/390,537号の特許出願に含まれる。こうした処理の後に、慣例のウェットまたはドライエッチング技術によってキャップ層820を試料から除去する。図9に、図8を参照して説明したプロセスの結果を示す。
Thus, in a sequential lateral crystallization process, a sample having a
図10を参照して、図1の逐次的横方向結晶化プロセス及び図3に関して実現する表面平坦化プロセスを共に制御するために、コンピュータ300が実行するステップについて説明する。システムの種々の電子回路をコンピュータ300によって初期化して(1000)、プロセスを開始する。そして、試料平行移動台に試料を装荷する(1005)。なおこうした装荷は手動、あるいはコンピュータ300の制御下でロボット的に行うことのいずれでもできる。次に、図1の装置を使用した逐次的横方向結晶化プロセスによって試料を処理する(1010)。そして処理した試料を位置決めする(1015)。必要により、システムの種々の光学構成要素の焦点合わせを行う(1020)。そして、本発明の教示に従って試料を厚さ方向に部分融解するのに必要な所望のエネルギレベル及び反復度に、レーザを安定化させる(1025)。必要ならば、レーザパルスの減衰を精密調整する(1030)。
Referring to FIG. 10, the steps performed by
次に、試料の、前に逐次的横方向結晶化の処理をした領域に応じて、所定速度で所定方向の試料の平行移動を開始する(1035)。そしてシャッタを開放して(1040)、試料を照射で露光して、これにより平坦化プロセスを開始する。 Next, in parallel with the region of the sample that has been subjected to the sequential lateral crystallization process, the sample starts to move in a predetermined direction at a predetermined speed (1035). The shutter is then opened (1040) and the sample is exposed by irradiation, thereby starting the planarization process.
平坦化を完了するまで(1045)、試料の平行移動及び照射を継続し(1050)、この時点でコンピュータがシャッタを閉じて(1055)、平行移動を停止する(1060)。試料上の他の領域を平坦化用に選定している場合には(1065)、試料を再位置決めして(1066)、新たな領域でプロセスを繰り返す。さらなる平坦化用の領域を選定していない場合には、レーザを遮断して(1070)、ハードウエアを遮断して(1075)、プロセスを終了する(1080)。 Until flattening is completed (1045), the sample continues to be translated and irradiated (1050), at which point the computer closes the shutter (1055) and stops the translation (1060). If another region on the sample is selected for flattening (1065), the sample is repositioned (1066) and the process is repeated with the new region. If an area for further planarization has not been selected, the laser is turned off (1070), the hardware is turned off (1075), and the process is terminated (1080).
図11を参照して、結晶成長プロセスを制御するために、図1に関して実行する表面平坦化のステップと共にコンピュータ100が実行するステップについて説明する。図10は、図8に示すようなキャップ付き試料を用いて、図1のシステムで実行する基本ステップを示すフロー図である。基底上に酸化物層を堆積させる(1100)。そして酸化物のバッファ層上にシリコン層を堆積させて(1110)、試料の上層部にキャップ酸化物を堆積させる(1120)。
Referring to FIG. 11, the steps performed by
次に図1の装置を使用して、逐次横方向結晶化プロセスに従って試料を処理する。処理後に、例えば希フッ化水素酸での溶解によってキャップ酸化物を除去する The sample of FIG. 1 is then used to process the sample according to a sequential lateral crystallization process. After treatment, the cap oxide is removed, for example by dissolution in dilute hydrofluoric acid
以上のことは単に本発明の原理を示したものである。説明した実施例についての種々の変形法及び代替法は、本明細書の教示に照らして、当業者にとって明らかである。例えばキャップ層の除去は、希フッ化水素酸での溶解の利用に関して開示しているが、ドライエッチングのようないずれの慣例の技術によってもキャップ層を除去することができる。よって、本明細書には明示的に記述していないが、本発明の原理を具体化し、従って本発明の範囲内の多数のシステム及び方法を当業者が装置化できることは明らかである。 The foregoing merely illustrates the principles of the invention. Various modifications and alternatives to the described embodiments will be apparent to those skilled in the art in light of the teachings herein. For example, the removal of the cap layer is disclosed with respect to the use of dissolution in dilute hydrofluoric acid, but the cap layer can be removed by any conventional technique such as dry etching. Thus, although not explicitly described herein, it will be apparent to those skilled in the art that the principles of the present invention may be embodied and thus numerous systems and methods within the scope of the present invention may be implemented by those skilled in the art.
Claims (4)
(a) 前記シリコンフィルムの融解中及び再凝固中の収縮及び膨脹に耐えるのに十分な厚さを有する前記アモルファスシリコン薄膜フィルムの試料上に、剛性のキャップ層を形成するステップと;
(b) エキシマレーザのパルス列を発生するステップと;
(c) 前記パルス列中の各エキシマレーザパルスを所定流束量に可制御的に変調するステップと;
(d) 所定の平面において、前記パルス列中の前記変調した各レーザパルスを均一化するステップと;
(e) 前記パルス列中の、流束量を制御して均一化した各レーザパルスの一部をマスクして、パターン化した小ビームの流束量を制御したパルス列を発生するステップと;
(f) 前記アモルファスシリコン薄膜フィルムの試料を、前記パターン化した小ビームの流束量を制御したパルス列で照射して、前記試料の、前記パターン化した小ビームのパルス列中の流束量を制御した各パルスに対応する部分の融解を行うステップと;
(g) 前記試料を、前記パターン化した小ビームの流束量を制御した各パルスに対して可制御的に順次平行移動して、これにより、前記アモルファスシリコン薄膜フィルムの試料を処理して、単結晶または多結晶のシリコン薄膜フィルムにするステップと;
(h) 前記単結晶または多結晶のシリコン薄膜フィルムから前記キャップ層を除去するステップと
を具えていることを特徴とする方法。 In a method of processing a sample of an amorphous silicon thin film into a single crystal or polycrystalline silicon thin film with reduced surface roughness,
(a) forming a rigid cap layer on a sample of the amorphous silicon thin film having a thickness sufficient to withstand shrinkage and expansion during melting and resolidification of the silicon film;
(b) generating an excimer laser pulse train;
(c) controllably modulating each excimer laser pulse in the pulse train to a predetermined flux amount;
(d) homogenizing each modulated laser pulse in the pulse train in a predetermined plane;
(e) masking a part of each laser pulse that is uniformed by controlling the amount of flux in the pulse train to generate a pulse train that controls the amount of flux of the patterned small beam;
(f) irradiating the sample of the amorphous silicon thin film with a pulse train in which the flux amount of the patterned small beam is controlled to control the flux amount of the sample in the pulse train of the patterned small beam. Melting the portion corresponding to each pulse performed;
(g) The sample is sequentially translated in a controllable manner with respect to each pulse whose flux amount of the patterned small beam is controlled, thereby processing the sample of the amorphous silicon thin film, Forming a monocrystalline or polycrystalline silicon thin film;
(h) removing the cap layer from the monocrystalline or polycrystalline silicon thin film.
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