JP2008016717A - 多結晶シリコン膜の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】酸素分圧が2Pa以下の雰囲気で波長390nm〜640nmのレーザ(例えばYAG2ωレーザ)を照射するレーザアニールにより、基板上に形成された膜厚60nm以上の非晶質シリコン膜を結晶化させて多結晶シリコン膜を形成する。この際には、レーザアニールによって形成される多結晶シリコン膜の結晶の平均粒径が0.28μm±0.03μmの範囲内となるレーザの照射エネルギー密度(例えば0.366〜0.378J/cm2の範囲Rg)を選定し、この選定した照射エネルギー密度でレーザアニールを行って非晶質シリコン膜から多結晶シリコン膜を製造する。これにより、結晶粒径の標準偏差相対値が小さい多結晶シリコン膜を形成でき、結晶粒径の均一性を向上できる。
【選択図】図2
Description
本発明の実施の形態1に係る多結晶シリコン膜の製造方法を説明する前に、この製造方法を実施するためのレーザアニール装置の構成をまず説明する。
本発明の実施の形態2に係る多結晶シリコン膜の製造方法については、図1に示すレーザアニール装置1を用いレーザアニールによって多結晶シリコン膜を形成する点で実施の形態1と類似しているが、上述したプラトー領域に係るレーザの照射エネルギー密度を選定する方法が異なっている。
上述のようにレーザの照射エネルギー密度とシリコン膜の結晶粒径との関係は、レーザのビームプロファイルやシリコン膜厚によって変化する。そこで、実施の形態1では、Seccoエッチングによりシリコン膜の結晶粒を顕在化してからSEM観察を行うことで、結晶粒径が0.28μm±0.03μmとなるプラトー領域の照射エネルギー密度を選定していた。
本発明の実施の形態3に係る多結晶シリコン膜の製造方法については、図1に示すレーザアニール装置1を用いレーザアニールによって多結晶シリコン膜を形成する点で実施の形態1と類似しているが、上述したプラトー領域に係るレーザの照射エネルギー密度を選定する方法が異なっている。
実施の形態3に係るプラトー領域の照射エネルギー密度の選定においては、実施の形態1〜2のように走査電子顕微鏡(SEM)や光学顕微鏡を用いてシリコン膜の結晶状態を判断するのではなく、シリコン膜の表面に照射された光の散乱光強度を測定しシリコン膜の結晶状態について簡易で客観的な判断を行えるようにしている。この散乱光強度の測定について、以下で説明する。
本発明の実施の形態4に係る多結晶シリコン膜の製造方法については、シリコン膜表面の散乱光強度を測定することにより適切なレーザの照射エネルギー密度の範囲を選定しレーザアニールを行う点で実施の形態3と類似しているが、プラトー領域と異なる適切な照射エネルギー密度の範囲を選定する点が異なっている。この適切な照射エネルギー密度の選定について、以下で詳しく説明する。
実施の形態4に係る適切な照射エネルギー密度の選定では、実施の形態3と同様にシリコン膜表面の散乱光強度を測定して行うこととなるが、実施の形態3で選定する照射エネルギーの範囲と異なる適切な照射エネルギー密度を選定するようにしている。
上記の各実施の形態1〜4におけるレーザ照射については、YAG2ωレーザに限らず、波長が390nmから640nmの範囲のレーザであれば同様の効果が得られる。すなわち、例えばNd:YVO4レーザの第2高調波、Nd:YLFレーザの第2高調波、Nd:ガラスレーザの第2高調波、Yb:YAGレーザの第2高調波、Yb:ガラスレーザの第2高調波、Arイオンレーザ、Ti:サファイアレーザの第2高調波などが使用できる。
Claims (5)
- 多結晶シリコン膜を製造する方法であって、
基板上に膜厚60nm以上の非晶質シリコン膜を形成する工程と、
酸素分圧が2Pa以下の雰囲気で波長390nm〜640nmのレーザを照射するレーザアニールにより、前記非晶質シリコン膜を結晶化させて多結晶シリコン膜を形成する結晶化工程と、
を備え、
前記結晶化工程は、
前記レーザアニールによって形成される多結晶シリコン膜の結晶の平均粒径が0.28μm±0.03μmの範囲内となるレーザの照射エネルギー密度を選定する選定工程と、
前記選定工程で選定したレーザの照射エネルギー密度で前記レーザアニールを行い、前記多結晶シリコン膜を製造する製造工程と、
を有することを特徴とする多結晶シリコン膜の製造方法。 - 請求項1に記載の多結晶シリコン膜の製造方法において、
前記レーザアニールによって形成される多結晶シリコン膜の表面でレーザの走査方向と垂直な方向に沿った筋状の凹凸が生じるレーザの照射エネルギー密度の下限値を特定する特定工程、
をさらに備え、
前記選定工程では、前記特定工程で特定したレーザの照射エネルギー密度の下限値から、当該下限値の95%までの範囲において前記照射エネルギー密度を選定することを特徴とする多結晶シリコン膜の製造方法。 - 請求項1に記載の多結晶シリコン膜の製造方法において、
前記照射エネルギー密度を変化させつつ前記レーザアニールを行うことで形成された多結晶シリコン膜の各表面に対して可視光を含んだ所定の光を照射し、当該各表面で散乱する散乱光の強度を測定する測定工程、
をさらに備え、
前記測定工程で得られた測定結果に基づき前記照射エネルギー密度に対する前記散乱光の強度をグラフ化し、前記照射エネルギー密度の低い順に第1の極大値、第1の極小値、第2の極大値および第2の極小値からなる4の極値を特定するとともに、
前記選定工程では、前記第1の極小値に対応する照射エネルギー密度を中心とした±10mJ/cm2の範囲から前記照射エネルギー密度を選定することを特徴とする多結晶シリコン膜の製造方法。 - 請求項3に記載の多結晶シリコン膜の製造方法において、
前記所定の光は、白色光であることを特徴とする多結晶シリコン膜の製造方法。 - 多結晶シリコン膜を製造する方法であって、
基板上に膜厚60nm以上の非晶質シリコン膜を形成する工程と、
酸素分圧が2Pa以下の雰囲気で波長390nm〜640nmのレーザを照射するレーザアニールにより、前記非晶質シリコン膜を結晶化させて多結晶シリコン膜を形成する結晶化工程と、
前記レーザの照射エネルギー密度を変化させつつ前記レーザアニールを行うことで形成された多結晶シリコン膜の各表面に対して可視光を含んだ所定の光を照射し、当該各表面で散乱する散乱光の強度を測定する測定工程と、
を備え、
前記測定工程で得られた測定結果に基づき前記照射エネルギー密度に対する前記散乱光の強度をグラフ化し、前記照射エネルギー密度の低い順に第1の極大値、第1の極小値、第2の極大値および第2の極小値からなる4の極値を特定するとともに、
前記結晶化工程は、
前記第2の極小値に対応する照射エネルギー密度を中心とした±10mJ/cm2の範囲から選定した照射エネルギー密度で前記レーザアニールを行い、前記多結晶シリコン膜を製造する製造工程、
を有することを特徴とする多結晶シリコン膜の製造方法。
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