JP4162749B2

JP4162749B2 - Method for growing polycrystalline silicon film

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Publication number: JP4162749B2
Application number: JP09419598A
Authority: JP
Inventors: 美智子竹井; 明人原; 康由三島
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-04-07
Filing date: 1998-04-07
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2018-04-07
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多結晶シリコン膜の成長方法に関するものであり、特に、液晶表示装置の画素スイッチング素子、或いは、データドライバ及びゲートドライバ等として用いる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構成する高品質の多結晶シリコン膜の成長方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶表示装置は小型・軽量・低消費電力であるため、ＯＡ端末やプロジェクター等に使用されたり、或いは、携帯可能性を利用して小型液晶テレビ等に使用されており、特に、高品質液晶表示装置用には、画素毎にスイッチング用のアクティブ素子を設けたアクティブマトリクス型液晶表示装置が用いられている。
【０００３】
この様なアクティブマトリクス型液晶表示装置においては、表示部における個々の画素をＴＦＴ等のアクティブ素子で動作させることによって、単純マトリクス型液晶表示装置の様な非選択時のクロストークを完全に排除することができ、優れた表示特性を示すことが可能になる。
【０００４】
なかでも、アクティブ素子としてＴＦＴを用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置は、制御素子の駆動能力が高いので、ドライバ内蔵液晶表示装置や、高解像度・高精細液晶表示装置に適用され、特に多結晶シリコンはアモルファスシリコン（α−Ｓｉ）に比べて移動度が高いので、高速動作に適しており、また、周辺回路を同時に形成することが可能である。
【０００５】
しかし、この様な多結晶シリコンＴＦＴに用いる多結晶シリコン膜としては、より高品質の多結晶シリコン膜が要求されるが、従来の多結晶シリコン膜の製造工程においては、ガラス等の絶縁性基板上にα−Ｓｉ膜を堆積させ、抵抗加熱炉を用いて低温長時間アニールするか、或いは、レーザ光等を用いた高温短時間アニール法によりアニールするかによりα−Ｓｉ膜を結晶化させて結晶性の改善された多結晶シリコン膜を得ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の抵抗加熱炉を用いた低温アニール法の場合には、非常に時間がかかるという問題があり、また、時間がかかる割りには得られた多結晶シリコン膜の結晶性が低いという問題がある。
【０００７】
また、レーザ照射によるアニール法も、成長核のない状態でレーザ光を照射した場合、レーザ光の強度分布等により均一で良好な結晶性を有する多結晶シリコン膜を得ることは困難であるという問題がある。
【０００８】
また、高温アニールでα−Ｓｉ膜を完全に溶融したのち再結晶化させた場合には、結晶性の良好な多結晶シリコン膜を得ることができるが、この場合には、高温処理が必要となり、使用できる透明基板が限られて、高コストになるという問題がある。
【０００９】
また、α−Ｓｉ膜中にＮｉ等の結晶成長核或いは核となる物質を予め添加しておき、このＮｉ添加α−Ｓｉ膜を熱処理することによっても比較的結晶性の良好な多結晶シリコン膜を得ることができるが、添加したＮｉがエッチング工程においてエッチング特性に影響を与えたり、或いは、出来上がったＴＦＴの電気的特性に影響を与える可能性があるという問題がある。
【００１０】
したがって、本発明は、後の工程において影響与えないように結晶成長核となる物質を導入し、短時間のレーザ光照射によって高品質の多結晶シリコン膜を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）参照
（１）本発明は、透明基板１上に非単結晶シリコン膜２を成膜したのち、非単結晶シリコン膜２の表面にシリコンより低融点の部材３を密着させ、レーザ光４を照射する工程を有する多結晶シリコン膜の成長方法であって、シリコンより低融点の部材３の表面に凹凸を設けることを特徴とする。
【００１２】
この様に、非単結晶シリコン膜２の表面に、Ｇｅ（融点：９５８．５℃）、Ｓｎ（融点：２３２．０℃）等のシリコン（融点：１４１４℃）より低融点の部材３を密着させてレーザ光４を照射することにより、まずシリコンより低融点の部材３が先に溶融して、非単結晶シリコン膜２が結晶化する際の結晶成長核となるので、良質の多結晶シリコン膜５を得ることができる。
特に、シリコンより低融点の部材３の表面に凹凸を設けることにより、この凹凸が結晶成長核として作用することになるので、多結晶シリコン膜５の結晶性を基板面内で均一にすることができる。
また、多結晶シリコン膜５との接触面積が小さくなるので、剥離が容易になる。
なお、非単結晶シリコン膜２とは、アモルファスシリコン膜、品質の劣る多結晶シリコン膜、或いは、微結晶シリコン膜を意味する。
【００１３】
また、シリコンより低融点の部材３による結晶成長核或いは核となる物質は多結晶シリコン膜５の表面近傍にのみ存在するので、多結晶シリコン膜５の表面を軽くエッチング除去することにより結晶成長核となる物質が除去されるので、ＴＦＴ等の素子動作特性に影響を与えることがない。
【００１４】
（２）また、本発明は、透明基板１上に非単結晶シリコン膜２を成膜したのち、非単結晶シリコン膜２の表面にシリコンより低融点の部材３を密着させ、レーザ光４を照射する工程を有する多結晶シリコン膜の成長方法であって、前記シリコンより低融点の部材３として、Ｇｅ基板を用いることを特徴とする。
【００１５】
この様に、シリコンより低融点の部材３としては、半導体製造プロセスに用いる純度有する部材として入手が容易なＧｅ基板１を用いることが望ましく、また、ＧｅはＳｉと同じＩＶ族であるので、不所望なドープが生じても悪影響を与えることがない。
【００１６】
（３）また、本発明は、上記（２）において、シリコンより低融点の部材であるＧｅ基板の表面に凹凸を設けることを特徴とする。
【００１７】
この様に、シリコンより低融点の部材であるＧｅ基板の表面に凹凸を設け、凹凸を設けた側を非単結晶シリコン膜２に接するように密着させることにより、この凹凸が結晶成長核として作用することになるので、多結晶シリコン膜５の結晶性を基板面内で均一にすることができる。
また、多結晶シリコン膜５との接触面積が小さくなるので、剥離が容易になる。
【００１８】
（４）また、本発明は、上記（１）乃至（３）のいずれかにおいて、非単結晶シリコン膜２にレーザ光４を照射したのち、シリコンより低融点の部材３を除去し、次いで、非単結晶シリコン膜２が結晶化した多結晶シリコン膜５の表面を研磨することを特徴とする。
【００１９】
この様に、シリコンより低融点の部材３を除去したのち、多結晶シリコン膜５の表面を研磨することによって、多結晶シリコン膜５の表面近傍に含まれる結晶成長核となる物質を除去することができ、且つ、表面が平坦化されるので、以降のＴＦＴ等の形成工程におけるパターン精度が向上する。
【００２０】
（５）また、本発明は、透明基板１上に非単結晶シリコン膜２を成膜したのち、非単結晶シリコン膜２の表面にシリコンより低融点の部材３を密着させ、レーザ光を照射する工程を有する多結晶シリコン膜の成長方法であって、シリコンより低融点の部材３として、非単結晶シリコン膜２の表面にＧｅ薄膜を成長させたのち、熱処理によりＧｅ薄膜を固相成長処理し、次いで、非単結晶シリコン膜２にレーザ光を照射したのち、シリコンより低融点の部材２を除去し、次いで、非単結晶シリコン膜２が結晶化した多結晶シリコン膜５の表面を研磨することを特徴とする。
【００２１】
この様に、シリコンより低融点の部材３としては、半導体製造プロセスにおいて製造技術が確立されているＧｅの気相成長法を用いることが望ましく、また、ＧｅはＳｉと同じＩＶ族であるので、不所望なドープが生じても悪影響を与えることがない。
なお、表面に凹凸を設ける場合には、成膜したＧｅ薄膜の表面にエッチングにより凹凸を形成すれば良い。
【００２２】
（６）また、本発明は、透明基板１上に非単結晶シリコン膜２を成膜したのち、非単結晶シリコン膜２の表面にシリコンより低融点の部材３を密着させ、レーザ光を照射する工程を有する多結晶シリコン膜の成長方法であって、非単結晶シリコン膜２にレーザ光４を照射したのち、シリコンより低融点の部材３を除去し、次いで、再び非単結晶シリコン膜を成膜し、レーザ光を照射することを特徴とする。
【００２３】
この様に、非単結晶シリコン膜２の堆積工程及びレーザ光４の照射工程を２度繰り返すことによって多結晶シリコン膜５を形成しても良く、この場合には、レーザ光４の単位面積当たりの強度が低くても結晶化可能になり、且つ、シリコンより低融点の部材３からなる結晶成長核となる物質は下層の多結晶シリコン膜５側に含まれるので、素子形成領域となる上層の多結晶シリコン膜に結晶成長核となる物質が含まれないことになり、結晶成長核となる物質の除去は余り問題にする必要がなくなる。
【００２４】
（７）また、本発明は、透明基板１上に非単結晶シリコン膜２を成膜したのち、非単結晶シリコン膜２の表面にシリコンより低融点の部材３を密着させ、レーザ光を照射する工程を有する多結晶シリコン膜の成長方法であって、シリコンより低融点の部材３として非単結晶シリコン膜２の表面に５０原子層以下の厚さのＧｅ極薄膜を設けたのち、熱処理を行って固相成長させ、次いで、固相成長させたＧｅ極薄膜上に非単結晶シリコン膜を成膜したのち、レーザ光を照射することを特徴とする。
【００２５】
この様に、非単結晶シリコン膜２／Ｇｅ極薄膜／非単結晶シリコン膜の多層構造にしたのち、レーザ光４を照射することによって結晶化しても良いものであり、結晶成長核となるのは微量のＧｅ極薄膜であるので、結晶化された多結晶シリコン膜５に含まれるＧｅは微量となり、素子動作特性に影響を与えることがない。
【００２６】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明の第１の実施の形態の製造工程を、図２を参照して説明する。
図２（ａ）参照
まず、ＴＦＴ基板となる透明ガラス基板１１上に、減圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ法）を用いて、厚さ２０〜２００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのα−Ｓｉ膜１２を堆積させたのち、Ｇｅ基板１３をα−Ｓｉ膜１２上に軽く載せて密着したのち、透明ガラス基板１１側からエキシマレーザを用いて２００〜４００ｍＪ／ｃｍ²、例えば、３００ｍＪ／ｃｍ²の強度のレーザ光１４を１回以上、例えば、１回照射する。
【００２７】
照射されたレーザ光１４によって、まず、Ｇｅ基板１３が溶融して結晶成長核となり、この結晶成長核を核としてα−Ｓｉ膜１２の結晶化が進行し、最終的には、結晶性に優れた多結晶Ｓｉ膜が得られる。
【００２８】
図２（ｂ）参照
次いで、Ｇｅ基板１３を機械的に剥離したのち、結晶化した多結晶Ｓｉ膜１５の表面を薄いＨＦ溶液で１０秒程度軽くエッチングして、結晶成長核となるＧｅの含まれた表面部を除去する。
【００２９】
次いで、図示しないものの、必要に応じて多結晶Ｓｉ膜１５の表面を研磨して平坦化したのち、通常の工程にしたがって多結晶Ｓｉ膜１５を所定形状にパターニングし、ゲート絶縁膜、ゲート電極等を形成することによってＴＦＴ基板が完成することになる。
【００３０】
この様に、本発明の第１の実施の形態においては、Ｓｉより低融点で結晶成長核となる部材として、入手が容易で、且つ、半導体プロセスに使用できる程度の純度を有するＧｅ基板を用いているので、簡単な工程によりα−Ｓｉ膜１２を結晶性の良好な多結晶Ｓｉ膜１５に変換することができる。
【００３１】
また、ＧｅはＳｉと同じＩＶ族半導体であるので、多結晶Ｓｉ膜１５中にＧｅが含まれても導電型決定不純物等として素子特性に影響を与えることがなく、且つ、Ｓｉとの間にＳｉ_1-xＧｅ_x混晶が形成されても、Ｇｅ組成比ｘが極めて小さいので、素子特性に影響を与えることがない。
【００３２】
また、Ｇｅ基板１３をα−Ｓｉ膜１２に密着させる際には、軽く載置するだけで充分であり、特別の加圧工程或いは加熱工程は必要ではないが、場合によっては加圧或いは加熱を行っても良く、また、密着性を高めるために、密着の際の雰囲気を１０^-4Ｔｏｒｒ以下の真空雰囲気としても良い。
【００３３】
次に、図３を参照して、本発明の第２の実施の形態の製造工程を説明する。
図３（ａ）参照
まず、ＴＦＴ基板となる石英基板２１上に、ＬＰＣＶＤ法を用いて、厚さ２０〜２００ｎｍ、例えば、４０ｎｍのα−Ｓｉ膜１２を堆積させたのち、表面に格子状の凹凸パターンの形成された凹凸Ｇｅ基板２２を、凹凸が形成された面が密着するようにα−Ｓｉ膜１２上に載せて密着したのち、石英基板２１側からエキシマレーザを用いて２００〜４００ｍＪ／ｃｍ²、例えば、３００ｍＪ／ｃｍ²の強度のレーザ光１４を１回以上、例えば、１回照射する。
【００３４】
なお、この凹凸Ｇｅ基板２２を形成するためには、Ｇｅ基板上に、ＰＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）法を用いて厚さ１００〜３００ｎｍ、例えば、１５０ｎｍのＳｉＯ₂膜（図示せず）を堆積させたのち、凸部の幅が２〜５０μｍ、例えば、１０μｍとなり、凹部の幅が１０〜５００μｍ、例えば、５０μｍとなるように格子状にパターニングし、次いで、ＨＮＯ₃を用いてＧｅ基板の表面をエッチングすることによって凹凸Ｇｅ基板２２を形成すれば良い。
【００３５】
照射されたレーザ光１４によって、まず、凹凸Ｇｅ基板２２が溶融して結晶成長核となるとともに、凹凸の存在により結晶成長核が導入される領域を人為的に平均化することができるので、この結晶成長核を核としてα−Ｓｉ膜１２の結晶化が基板内で均一に進行し、最終的には、結晶性に優れた多結晶Ｓｉ膜が得られる。
【００３６】
図３（ｂ）参照
次いで、凹凸Ｇｅ基板２２を機械的に剥離したのち、結晶化した多結晶Ｓｉ膜１５の表面を研磨して平坦化したのち、通常の工程にしたがって多結晶Ｓｉ膜１５を所定形状にパターニングし、ゲート絶縁膜、ゲート電極等を形成することによってＴＦＴ基板が完成することになる。
【００３７】
この様に、本発明の第２の実施の形態においては、Ｓｉより低融点で結晶成長核となる部材として用いるＧｅ基板の表面に規則的な凹凸を設けているので、結晶化が基板面内で均一に進行し、全体に均一性に優れた多結晶Ｓｉ膜１５に変換することができる。
【００３８】
また、凹凸Ｇｅ基板２２を用いることによって、凹凸Ｇｅ基板２２と多結晶Ｓｉ膜１５との接触面積が小さくなるので凹凸Ｇｅ基板２２の剥離が容易になる。なお、凹凸Ｇｅ基板をα−Ｓｉ膜１２に密着させる際には、α−Ｓｉ膜１２との接触面積が小さくなるので、密着性を高めるために、積極的に密着の際の雰囲気を１０^-4Ｔｏｒｒ以下の真空雰囲気としても良く、場合によっては加圧或いは加熱を行っても良い。
【００３９】
次に、図４を参照して、本発明の第３の実施の形態の製造工程を説明する。
図４（ａ）参照
まず、ＴＦＴ基板となる透明ガラス基板１１上に、ＬＰＣＶＤ法を用いて、厚さ２０〜２００ｎｍ、例えば、３０ｎｍのα−Ｓｉ膜１２を堆積させたのち、Ｇｅ基板１３をα−Ｓｉ膜１２上に軽く載せて密着したのち、透明ガラス基板１１側からエキシマレーザを用いて２００〜４００ｍＪ／ｃｍ²、例えば、２５０ｍＪ／ｃｍ²の強度のレーザ光１４を１回照射する。
【００４０】
照射されたレーザ光１４によって、まず、Ｇｅ基板１３が溶融して結晶成長核となり、この結晶成長核を核としてα−Ｓｉ膜１２の結晶化が進行するが、照射されたレーザ光１４の強度が充分でないので、全面的には多結晶化せずに多結晶Ｓｉ領域２３が混在した多結晶Ｓｉ混在膜２４となる。
【００４１】
図４（ｂ）参照
次いで、Ｇｅ基板１３を機械的に剥離したのち、多結晶Ｓｉ膜１５の表面を薄いＨＦ溶液で軽くエッチングして、清浄な表面を得る。
なお、この工程でＧｅが過剰に含まれる表面部分が除去される。
【００４２】
図４（ｃ）参照
次いで、再びＬＰＣＶＤ法によって、厚さが、例えば、３０ｎｍのα−Ｓｉ膜２５を成膜したのち、今度は、α−Ｓｉ膜２５側からエキシマレーザを用いて２００〜４００ｍＪ／ｃｍ²、例えば、３００ｍＪ／ｃｍ²の強度のレーザ光２６を１回照射することによって、多結晶Ｓｉ領域２３を核としてα−Ｓｉ膜２５及び多結晶Ｓｉ混在膜２４の結晶化が進行し、最終的には、結晶性に優れた多結晶Ｓｉ膜が得られる。
【００４３】
図４（ｄ）参照
次いで、必要に応じて結晶化した多結晶Ｓｉ膜２７の表面を研磨して平坦化したのち、図示しないものの、通常の工程にしたがって多結晶Ｓｉ膜２７を所定形状にパターニングし、ゲート絶縁膜、ゲート電極等を形成することによってＴＦＴ基板が完成することになる。
【００４４】
この様に、本発明の第３の実施の形態においては、α−Ｓｉ膜の堆積工程とレーザ光の照射工程を２度繰り返しているので、レーザ光の単位面積当たりの強度が低くても結晶化可能になり、且つ、Ｇｅは２度目のα−Ｓｉ膜２５の成膜工程の前に除去しているので、多結晶Ｓｉ膜２７にＧｅがほとんど含まれることなく、仮に含まれたとしても、多結晶Ｓｉ膜２７の素子形成領域となる表面部には含まれないので、ＴＦＴの素子動作特性に影響を与えることがない。
【００４５】
次に、図５を参照して、本発明の第４の実施の形態の製造工程を説明する。
図５（ａ）参照
まず、ＴＦＴ基板となる石英基板２１上に、ＬＰＣＶＤ法を用いて、厚さ２０〜２００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのα−Ｓｉ膜１２を堆積させたのち、ＰＣＶＤ法を用いて厚さ１０〜５０ｎｍ、例えば、２０ｎｍのＧｅ薄膜２８を成膜し、次いで、熱処理を行うことによってＧｅ薄膜２８を固相成長処理（ＳＰＣ処理：ＳｏｌｉｄＰｈａｓｅＣｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）したのち、固相成長させたＧｅ薄膜２８側からＡｒレーザを用いて０．５〜１０Ｗ／ｃｍ²、例えば、５Ｗ／ｃｍ²の強度のレーザ光１４を１回以上、例えば、１回照射する。
【００４６】
照射されたレーザ光１４によって、まず、Ｇｅ薄膜２８が溶融して結晶成長核となり、この結晶成長核を核としてα−Ｓｉ膜１２の結晶化が進行し、最終的に良好な結晶性の多結晶Ｓｉ膜１５が得られる。
【００４７】
図５（ｂ）参照
次いで、ＨＮＯ₃を用いたウェット・エッチングを施すことによってＧｅ薄膜２８を除去したのち、必要に応じて薄いＨＦ溶液を用いて結晶化した多結晶Ｓｉ膜１５の表面を軽くエッチングしたり、或いは、多結晶Ｓｉ膜１５の表面を研磨して平坦化したのち、通常の工程にしたがって多結晶Ｓｉ膜１５を所定形状にパターニングし、ゲート絶縁膜、ゲート電極等を形成することによってＴＦＴ基板が完成することになる。
【００４８】
この様に、本発明の第４の実施の形態においては、Ｇｅ基板を用いることなく、気相成長させたＧｅ薄膜２８を用いているので、密着工程が不要になり、また、ＧｅＨ₄等の通常の原料を用いるだけで結晶成長核となる部材の形成が可能になり、且つ、使用後廃棄されるＧｅ基板に比べてＧｅの使用量を大幅に低減することができる。
【００４９】
また、この場合にも上記の第２の実施の形態と同様な考えの基に、Ｇｅ薄膜２８の表面にエッチングによって規則的な格子状の凹凸を設けても良いものであり、この場合も、均一な結晶化の進行が期待できる。
【００５０】
次に、図６を参照して、本発明の第５の実施の形態の製造工程を説明する。
図６（ａ）参照
まず、ＴＦＴ基板となる透明ガラス基板１１上に、ＬＰＣＶＤ法を用いて、厚さ１０〜１００ｎｍ、例えば、２０ｎｍのα−Ｓｉ膜１２を堆積させたのち、ＰＣＶＤ法或いはＡＬＥ（原子層エピタキシャル成長法）を用いて５〜５０原子層、例えば、３０原子層のＧｅ極薄膜２９を成膜し、次いで、熱処理によるＧｅ極薄膜２９の固相成長処理（ＳＰＣ処理）を行ったのち、再びＬＰＣＶＤ法を用いて、厚さ１０〜１００ｎｍ、例えば、２０ｎｍのα−Ｓｉ膜３０を堆積させたのち、α−Ｓｉ膜３０側からＡｒレーザを用いて０．５〜１０Ｗ／ｃｍ²、例えば、３Ｗ／ｃｍ²の強度のレーザ光１４を１回以上、例えば、１回照射する。
【００５１】
照射されたレーザ光１４によって、α−Ｓｉ膜１２／Ｇｅ極薄膜２９／α−Ｓｉ膜３０の全体を溶融し、溶融したＧｅを結晶成長核を核としてα−Ｓｉ膜１２及びα−Ｓｉ膜３０の結晶化が進行し、最終的に良好な結晶性の多結晶Ｓｉ膜３１が得られる。
【００５２】
図６（ｂ）参照
次いで、必要に応じて薄いＨＦ溶液を用いて結晶化した多結晶Ｓｉ膜３１の表面を軽くエッチングしたり、或いは、多結晶Ｓｉ膜３１の表面を研磨して平坦化したのち、通常の工程にしたがって多結晶Ｓｉ膜３１を所定形状にパターニングし、ゲート絶縁膜、ゲート電極等を形成することによってＴＦＴ基板が完成することになる。
【００５３】
この様に、本発明の第５の実施の形態においては、中間に設けたＧｅ極薄膜２９に由来するＧｅを結晶成長核としているので、比較的粒径の大きな多結晶を得ることができ、また、この場合には、Ｇｅの除去工程が不要になるので工程が簡素化される。
【００５４】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能であり、例えば、α−Ｓｉ膜の代わりに、ＬＰＣＶＤ法で形成した結晶性の劣った多結晶Ｓｉ膜を用いて大粒径化しても良いものであり、或いは、微結晶（マイクロクリスタル）のＳｉ膜を用いても良いものである。
【００５５】
また、上記の各実施の形態の説明においては、基板として透明ガラス基板或いは石英基板を用いているが、各実施の形態における透明ガラス基板を石英基板に置き換え、或いは、石英基板を透明ガラス基板に置き換えても良いものであり、さらには、ある程度の耐熱性のある他の透明絶縁性基板を用いても良いものである。
【００５６】
また、上記の各実施の形態の説明においては、レーザとしてエキシマレーザ或いはＡｒレーザを用いているが、各実施の形態におけるエキシマレーザをＡｒレーザに置き換え、或いは、Ａｒレーザをエキシマレーザに置き換えても良いものであり、特定のレーザに限定されるものではない。
【００５７】
また、レーザ光の照射回数も１回に限られるものでなく、レーザ光の単位面積当たりの強度及び成膜した非単結晶Ｓｉ膜の厚さに応じて、非単結晶Ｓｉ膜が充分結晶化するように回数を設定すれば良い。
【００５８】
また、レーザ光の照射方向は一般には任意であり、各実施の形態において、透明ガラス基板側或いは石英基板側から照射している場合には、逆に透明ガラス基板側或いは石英基板側と反対側から照射しても良いものであり、また、Ｇｅ基板或いは成膜側から照射している場合には、逆に透明ガラス基板側或いは石英基板側から照射しても良いものである。
【００５９】
また、上記の各実施の形態の説明においては、結晶成長核となる物質としてＧｅを用いているが、Ｇｅに限られるものではなく、Ｓｉ（融点：１４１４℃）より融点が低く、且つ、結晶成長核となる物質であれば良く、例えば、Ａｌ（融点：６６０．４℃）或いはＳｎ（融点：２３２．０℃）を用いても良いが、ＡｌはＳｉに対してｐ型不純物となるので注意が必要となる。
【００６０】
また、上記の各実施の形態の説明においては、基板上に直接α−Ｓｉ膜を設けているが、基板上に下地ＳｉＯ₂膜を設け、この下地ＳｉＯ₂膜上にα−Ｓｉ膜を設けても良いものである。
【００６１】
また、上記の各実施の形態においては、アクティブマトリクス型液晶表示装置用ＴＦＴを形成するための高品質の多結晶シリコン膜の成長方法として説明しているが、本発明は、アクティブマトリクス型液晶表示装置用多結晶シリコン膜に限られるものではなく、ラインセンサ用の薄膜半導体装置等の他の用途の薄膜半導体装置に用いられる多結晶シリコン膜も対象とするものである。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、シリコンより低融点の部材、例えば、Ｇｅを密着させた状態でレーザ照射を行って、Ｇｅを結晶成長核としてα−Ｓｉ等の結晶性の低い非単結晶シリコン膜を高品質の多結晶シリコン膜に変換しているので、高性能のＴＦＴ等の薄膜半導体装置を生産性良く製造することができ、それによってアクティブマトリクス型液晶表示装置等の高性能化・低価格化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の製造工程の説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の製造工程の説明図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の製造工程の説明図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態の製造工程の説明図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態の製造工程の説明図である。
【符号の説明】
１透明基板
２非単結晶シリコン基板
３シリコンより低融点の部材
４レーザ光
５多結晶シリコン膜
１１透明ガラス基板
１２ α−Ｓｉ膜
１３Ｇｅ基板
１４レーザ光
１５多結晶Ｓｉ膜
２１石英基板
２２凹凸Ｇｅ基板
２３多結晶Ｓｉ領域
２４多結晶Ｓｉ混在膜
２５ α−Ｓｉ膜
２６レーザ光
２７多結晶Ｓｉ膜
２８Ｇｅ薄膜（ＳＰＣ処理）
２９Ｇｅ極薄膜（ＳＰＣ処理）
３０ α−Ｓｉ膜
３１多結晶Ｓｉ膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for growing a polycrystalline silicon film. In particular, the present invention relates to a high-quality polycrystalline silicon film constituting a thin film transistor (TFT) used as a pixel switching element or a data driver and a gate driver of a liquid crystal display device. It relates to the growth method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, liquid crystal display devices are small, light, and have low power consumption, so they are used in OA terminals and projectors, or are used in small liquid crystal televisions and the like because of their portability. For the liquid crystal display device, an active matrix liquid crystal display device in which an active element for switching is provided for each pixel is used.
[0003]
In such an active matrix type liquid crystal display device, the individual pixels in the display unit are operated by active elements such as TFTs, thereby completely eliminating non-selection crosstalk as in the case of a simple matrix type liquid crystal display device. And excellent display characteristics can be exhibited.
[0004]
Among them, active matrix liquid crystal display devices using TFTs as active elements have high drive capability of control elements, and are therefore applied to driver built-in liquid crystal display devices and high resolution / high definition liquid crystal display devices, especially polycrystalline silicon. Is higher in mobility than amorphous silicon (α-Si), and is suitable for high-speed operation, and it is possible to simultaneously form peripheral circuits.
[0005]
However, as a polycrystalline silicon film used for such a polycrystalline silicon TFT, a higher quality polycrystalline silicon film is required. However, in a conventional polycrystalline silicon film manufacturing process, an insulating substrate such as glass is used. An α-Si film is deposited on the film, and the α-Si film is crystallized by annealing at a low temperature for a long time using a resistance heating furnace, or by annealing at a high temperature for a short time using a laser beam or the like. A polycrystalline silicon film with improved crystallinity is obtained.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the low temperature annealing method using the conventional resistance heating furnace, there is a problem that it takes a very long time, and the crystallinity of the obtained polycrystalline silicon film is low for a long time. There is.
[0007]
In addition, the annealing method by laser irradiation also has a problem that it is difficult to obtain a polycrystalline silicon film having uniform and good crystallinity due to the intensity distribution of the laser beam when the laser beam is irradiated without a growth nucleus. There is.
[0008]
In addition, when the α-Si film is completely melted by high-temperature annealing and then recrystallized, a polycrystalline silicon film with good crystallinity can be obtained. In this case, high-temperature treatment is required. However, there is a problem that the number of transparent substrates that can be used is limited and the cost becomes high.
[0009]
A polycrystalline silicon film having relatively good crystallinity is also obtained by previously adding a crystal growth nucleus or a substance such as a nucleus to the α-Si film and heat-treating the Ni-added α-Si film. However, there is a problem that the added Ni may affect the etching characteristics in the etching process, or may affect the electrical characteristics of the completed TFT.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to obtain a high-quality polycrystalline silicon film by introducing a substance serving as a crystal growth nucleus so as not to affect the subsequent process and irradiating with a laser beam for a short time.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle configuration of the present invention. Means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG.
See FIG. 1 (a) and (b) (1) The present invention, after forming the non-single-crystal silicon film 2 on the transparency substrate 1, a non-single-crystal silicon film 2 of the low melting point of the member from the silicon surface 3 is a method for growing a polycrystalline silicon film having a step of irradiating a laser beam 4 with a surface of the member 3 having a melting point lower than that of silicon .
[0012]
In this way, the member 3 having a lower melting point than that of silicon (melting point: 1414 ° C.) such as Ge (melting point: 958.5 ° C.), Sn (melting point: 232.0 ° C.) is adhered to the surface of the non-single crystal silicon film 2. By irradiating the laser beam 4, the member 3 having a melting point lower than that of the silicon is first melted and becomes a crystal growth nucleus when the non-single crystal silicon film 2 is crystallized. The membrane 5 can be obtained.
In particular, by providing irregularities on the surface of the member 3 having a melting point lower than that of silicon, the irregularities act as crystal growth nuclei, so that the crystallinity of the polycrystalline silicon film 5 can be made uniform in the substrate plane. it can.
Further, since the contact area with the polycrystalline silicon film 5 becomes small, peeling becomes easy.
Note that the non-single-crystal silicon film 2 means an amorphous silicon film, a poor-quality polycrystalline silicon film, or a microcrystalline silicon film.
[0013]
Further, since the crystal growth nuclei or the substance serving as the nucleus due to the member 3 having a lower melting point than silicon exists only in the vicinity of the surface of the polycrystalline silicon film 5, the crystal growth nuclei can be obtained by lightly etching away the surface of the polycrystalline silicon film 5. As a result, the operating characteristics of elements such as TFTs are not affected.
[0014]
(2) Further, in the present invention, after the non-single crystal silicon film 2 is formed on the transparent substrate 1, a member 3 having a melting point lower than that of silicon is brought into close contact with the surface of the non-single crystal silicon film 2. A method for growing a polycrystalline silicon film having an irradiation step, wherein a Ge substrate is used as the member 3 having a melting point lower than that of silicon .
[0015]
Thus, as the member 3 having a melting point lower than that of silicon, it is desirable to use a Ge substrate 1 that is easily available as a member having a purity used in the semiconductor manufacturing process. Even if a desired dope is generated, no adverse effect is caused.
[0016]
(3) Further, in the above (2) , the present invention is characterized in that irregularities are provided on the surface of a Ge substrate which is a member having a melting point lower than that of silicon .
[0017]
In this way, the surface of the Ge substrate, which is a member having a melting point lower than that of silicon, is provided with unevenness, and the unevenness is brought into close contact with the non-single crystal silicon film 2 so that the unevenness acts as a crystal growth nucleus. As a result, the crystallinity of the polycrystalline silicon film 5 can be made uniform in the substrate plane.
Further, since the contact area with the polycrystalline silicon film 5 becomes small, peeling becomes easy.
[0018]
(4) Further, in the present invention, in any one of the above (1) to (3), after irradiating the non-single crystal silicon film 2 with the laser beam 4 , the member 3 having a lower melting point than silicon is removed, The surface of the polycrystalline silicon film 5 obtained by crystallizing the non-single crystal silicon film 2 is polished .
[0019]
In this way, after removing the member 3 having a lower melting point than silicon, the surface of the polycrystalline silicon film 5 is polished to remove the substance that becomes the crystal growth nucleus contained in the vicinity of the surface of the polycrystalline silicon film 5. In addition, since the surface is flattened, the pattern accuracy in the subsequent formation process of TFT and the like is improved.
[0020]
(5) Further, in the present invention, after the non-single crystal silicon film 2 is formed on the transparent substrate 1, the member 3 having a melting point lower than that of silicon is adhered to the surface of the non-single crystal silicon film 2 and the laser beam is irradiated. a method of growing the polycrystalline silicon film having a step of, as member 3 of the silicon low melting point, after growing the Ge film on the non-single-crystal silicon film 2 surface, solid-phase growth process the Ge thin film by heat treatment Then, after irradiating the non-single crystal silicon film 2 with laser light, the member 2 having a lower melting point than silicon is removed, and then the surface of the polycrystalline silicon film 5 on which the non-single crystal silicon film 2 is crystallized is polished. It is characterized by doing.
[0021]
Thus, as the member 3 having a melting point lower than that of silicon, it is desirable to use a vapor phase epitaxy method of Ge whose manufacturing technology is established in the semiconductor manufacturing process, and since Ge is the same IV group as Si, Even if an undesired dope is generated, no adverse effect is caused.
In the case of providing unevenness on the surface, the unevenness may be formed on the surface of the formed Ge thin film by etching.
[0022]
(6) Further, in the present invention, after the non-single crystal silicon film 2 is formed on the transparent substrate 1, the member 3 having a lower melting point than silicon is adhered to the surface of the non-single crystal silicon film 2, and the laser beam is irradiated. A method of growing a polycrystalline silicon film, comprising: irradiating the non-single crystalline silicon film 2 with the laser beam 4, removing the member 3 having a lower melting point than silicon, and then forming the non-single crystalline silicon film again A film is formed and irradiated with laser light.
[0023]
In this way, the polycrystalline silicon film 5 may be formed by repeating the deposition process of the non-single crystal silicon film 2 and the irradiation process of the laser beam 4 twice. In this case, per unit area of the laser beam 4 Since the material that becomes a crystal growth nucleus made of the member 3 having a melting point lower than that of silicon is contained in the lower polycrystalline silicon film 5 side, the upper layer serving as an element formation region is formed. Since the polycrystalline silicon film does not include a substance that becomes a crystal growth nucleus, the removal of the substance that becomes a crystal growth nucleus does not need to be a problem.
[0024]
(7) Further, in the present invention, after the non-single crystal silicon film 2 is formed on the transparent substrate 1, the member 3 having a lower melting point than silicon is adhered to the surface of the non-single crystal silicon film 2, and the laser beam is irradiated. A method for growing a polycrystalline silicon film comprising: forming a Ge ultrathin film having a thickness of 50 atomic layers or less on the surface of a non-single crystalline silicon film 2 as a member 3 having a melting point lower than that of silicon; It is characterized by performing solid phase growth and then forming a non-single crystal silicon film on the Ge ultrathin film which has been solid phase grown and then irradiating with laser light.
[0025]
Thus, after forming a multilayer structure of non-single-crystal silicon film 2 / Ge ultrathin film / non-single-crystal silicon film, it may be crystallized by irradiating with laser light 4 and becomes a crystal growth nucleus. Is a very small amount of Ge thin film, the amount of Ge contained in the crystallized polycrystalline silicon film 5 is very small and does not affect the device operating characteristics.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Here, the manufacturing process of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
2A. First, an α-Si film 12 having a thickness of 20 to 200 nm, for example, 50 nm is deposited on a transparent glass substrate 11 serving as a TFT substrate by using a low pressure chemical vapor deposition method (LPCVD method). After then, after close contact lightly the Ge substrate 13 on alpha-Si film 12, 200 to 400 mJ / cm ² using an excimer laser from the transparent glass substrate 11, for example, a laser intensity of 300 mJ / cm ² The light 14 is irradiated once or more, for example, once.
[0027]
The irradiated laser beam 14 first melts the Ge substrate 13 to become crystal growth nuclei, and the crystallization of the α-Si film 12 proceeds using the crystal growth nuclei as nuclei. Finally, the crystallinity is excellent. A polycrystalline Si film can be obtained.
[0028]
Next, after the Ge substrate 13 is mechanically peeled off, the surface of the crystallized polycrystalline Si film 15 is lightly etched with a thin HF solution for about 10 seconds to include Ge as a crystal growth nucleus. Remove the surface part.
[0029]
Next, although not shown, after the surface of the polycrystalline Si film 15 is polished and planarized as necessary, the polycrystalline Si film 15 is patterned into a predetermined shape according to a normal process, and a gate insulating film, a gate electrode, etc. As a result, the TFT substrate is completed.
[0030]
As described above, in the first embodiment of the present invention, a Ge substrate having a purity that is easily available and can be used in a semiconductor process is used as a member having a lower melting point than Si and serving as a crystal growth nucleus. Therefore, the α-Si film 12 can be converted into the polycrystalline Si film 15 with good crystallinity by a simple process.
[0031]
In addition, since Ge is a group IV semiconductor similar to Si, even if Ge is contained in the polycrystalline Si film 15, it does not affect the element characteristics as a conductivity determining impurity, etc. Even if a Si _1-x Ge _x mixed crystal is formed, the Ge composition ratio x is extremely small, and the device characteristics are not affected.
[0032]
Further, when the Ge substrate 13 is brought into close contact with the α-Si film 12, it is sufficient to place it lightly, and a special pressurizing step or heating step is not necessary. In order to improve the adhesion, the atmosphere at the time of adhesion may be a vacuum atmosphere of 10 ⁻⁴ Torr or less.
[0033]
Next, with reference to FIG. 3, the manufacturing process of the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated.
Refer to FIG. 3A. First, an α-Si film 12 having a thickness of 20 to 200 nm, for example, 40 nm is deposited on a quartz substrate 21 serving as a TFT substrate by LPCVD, and then a lattice-like surface is formed on the surface. After the concave / convex Ge substrate 22 having the concave / convex pattern formed thereon is placed on the α-Si film 12 so that the surface having the concave / convex portions is in close contact, the excimer laser is used from the quartz substrate 21 side to form 200 to 400 mJ / min. The laser beam 14 having an intensity of cm ² , for example, 300 mJ / cm ² is irradiated once or more, for example, once.
[0034]
In order to form the concavo-convex Ge substrate 22, a SiO ₂ film (not shown) having a thickness of 100 to 300 nm, for example, 150 nm was deposited on the Ge substrate by using a PCVD (plasma CVD) method. After that, patterning is performed in a lattice pattern so that the width of the convex portion is 2 to 50 μm, for example, 10 μm, and the width of the concave portion is 10 to 500 μm, for example, 50 μm, and then the surface of the Ge substrate is etched using HNO _3. Thus, the concavo-convex Ge substrate 22 may be formed.
[0035]
The irradiated laser beam 14 first melts the concavo-convex Ge substrate 22 to become crystal growth nuclei, and can artificially average the region where the crystal growth nuclei are introduced due to the presence of the concavo-convex. Crystallization of the α-Si film 12 proceeds uniformly in the substrate with the crystal growth nucleus as a nucleus, and finally, a polycrystalline Si film having excellent crystallinity is obtained.
[0036]
Next, after the uneven Ge substrate 22 is mechanically peeled off and the surface of the crystallized polycrystalline Si film 15 is polished and flattened, the polycrystalline Si film 15 is formed according to a normal process. A TFT substrate is completed by patterning into a predetermined shape and forming a gate insulating film, a gate electrode, and the like.
[0037]
As described above, in the second embodiment of the present invention, regular irregularities are provided on the surface of the Ge substrate used as a member having a lower melting point than Si and serving as a crystal growth nucleus. It can be converted into a polycrystalline Si film 15 that progresses uniformly and has excellent uniformity throughout.
[0038]
Further, by using the concavo-convex Ge substrate 22, the contact area between the concavo-convex Ge substrate 22 and the polycrystalline Si film 15 becomes small, so that the concavo-convex Ge substrate 22 can be easily peeled. At the time of adhering the uneven Ge substrate to alpha-Si film 12, since the contact area between the alpha-Si film 12 is reduced, in order to improve the adhesion, the atmosphere in the actively contact 10 ^- A vacuum atmosphere of ⁴ Torr or less may be used, and in some cases, pressurization or heating may be performed.
[0039]
Next, with reference to FIG. 4, the manufacturing process of the 3rd Embodiment of this invention is demonstrated.
4A. First, an α-Si film 12 having a thickness of 20 to 200 nm, for example, 30 nm is deposited on a transparent glass substrate 11 serving as a TFT substrate by LPCVD, and then a Ge substrate 13 is formed. After lightly placing on the α-Si film 12 and closely contacting it, the laser beam 14 having an intensity of 200 to 400 mJ / cm ² , for example, 250 mJ / cm ² , is irradiated once from the transparent glass substrate 11 side using an excimer laser.
[0040]
The irradiated laser beam 14 first melts the Ge substrate 13 to become crystal growth nuclei, and crystallization of the α-Si film 12 proceeds using the crystal growth nuclei as nuclei. The intensity of the irradiated laser beam 14 is increased. Is not sufficient, so that the polycrystalline Si mixed film 24 in which the polycrystalline Si region 23 is mixed without being polycrystallized over the entire surface is obtained.
[0041]
Next, after the Ge substrate 13 is mechanically peeled off, the surface of the polycrystalline Si film 15 is lightly etched with a thin HF solution to obtain a clean surface.
In this step, the surface portion containing excessive Ge is removed.
[0042]
Next, referring to FIG. 4C, after the α-Si film 25 having a thickness of, for example, 30 nm is formed again by the LPCVD method, this time, 200 to 400 mJ is used from the α-Si film 25 side by using an excimer laser. / Cm ² , for example, 300 mJ / cm ² intensity of laser light 26 is irradiated once, and the crystallization of the α-Si film 25 and the polycrystalline Si mixed film 24 proceeds with the polycrystalline Si region 23 as a nucleus. Finally, a polycrystalline Si film having excellent crystallinity can be obtained.
[0043]
4D. Next, the surface of the polycrystalline Si film 27 crystallized as necessary is polished and planarized, and then the polycrystalline Si film 27 is patterned into a predetermined shape according to a normal process, although not shown. Then, the TFT substrate is completed by forming the gate insulating film, the gate electrode, and the like.
[0044]
As described above, in the third embodiment of the present invention, the α-Si film deposition step and the laser beam irradiation step are repeated twice, so that even if the intensity per unit area of the laser beam is low, the crystal Since the Ge is removed before the second α-Si film 25 is formed, the polycrystalline Si film 27 contains almost no Ge, even if it is temporarily contained. Since the polycrystalline silicon film 27 is not included in the surface portion to be an element forming region, the element operating characteristics of the TFT are not affected.
[0045]
Next, with reference to FIG. 5, the manufacturing process of the 4th Embodiment of this invention is demonstrated.
Referring to FIG. 5A, first, an α-Si film 12 having a thickness of 20 to 200 nm, for example, 50 nm is deposited on a quartz substrate 21 serving as a TFT substrate using the LPCVD method, and then the PCVD method is used. A Ge thin film 28 having a thickness of 10 to 50 nm, for example, 20 nm is formed and then subjected to a heat treatment to perform a solid phase growth treatment (SPC treatment: Solid Phase Crystallization), followed by solid phase growth of Ge. 0.5~10W / cm ² from the thin film 28 side using an Ar laser, for example, 5W / cm ² of intensity laser beam 14 one or more times, for example, is irradiated once.
[0046]
The irradiated laser beam 14 first melts the Ge thin film 28 to become crystal growth nuclei, and the α-Si film 12 is crystallized by using the crystal growth nuclei as nuclei. A crystalline Si film 15 is obtained.
[0047]
Next, after removing the Ge thin film 28 by performing wet etching using HNO ₃ , the surface of the polycrystalline Si film 15 crystallized using a thin HF solution is lightened if necessary. Etching or polishing and planarizing the surface of the polycrystalline Si film 15 and then patterning the polycrystalline Si film 15 into a predetermined shape according to a normal process to form a gate insulating film, a gate electrode, and the like Thus, the TFT substrate is completed.
[0048]
As described above, in the fourth embodiment of the present invention, since the vapor-deposited Ge thin film 28 is used without using a Ge substrate, an adhesion process is not required, and a GeH ₄ or the like can be used. A member that becomes a crystal growth nucleus can be formed only by using a normal raw material, and the amount of Ge used can be significantly reduced compared to a Ge substrate that is discarded after use.
[0049]
Also in this case, regular lattice-like irregularities may be provided on the surface of the Ge thin film 28 by etching on the basis of the same idea as in the second embodiment, and in this case, Uniform crystallization can be expected.
[0050]
Next, with reference to FIG. 6, the manufacturing process of the 5th Embodiment of this invention is demonstrated.
6A. First, an α-Si film 12 having a thickness of 10 to 100 nm, for example, 20 nm is deposited on a transparent glass substrate 11 serving as a TFT substrate by LPCVD, and then PCVD or ALE is used. (Atom layer epitaxial growth method) was used to form a Ge ultrathin film 29 of 5 to 50 atomic layers, for example, 30 atomic layers, and then a solid phase growth process (SPC process) of the Ge ultrathin film 29 by heat treatment was performed. After that, an LP-CVD method is used again to deposit an α-Si film 30 having a thickness of 10 to 100 nm, for example, 20 nm, and then 0.5 to 10 W / cm ² using an Ar laser from the α-Si film 30 side. For example, the laser beam 14 having an intensity of 3 W / cm ² is irradiated once or more, for example, once.
[0051]
The whole of the α-Si film 12 / Ge ultrathin film 29 / α-Si film 30 is melted by the irradiated laser beam 14, and the α-Si film 12 and the α-Si film are melted using the melted Ge as a crystal growth nucleus. The crystallization of 30 proceeds, and finally a polycrystalline Si film 31 with good crystallinity is obtained.
[0052]
Next, referring to FIG. 6B, the surface of the polycrystalline Si film 31 crystallized using a thin HF solution is lightly etched as necessary, or the surface of the polycrystalline Si film 31 is polished and flattened. After that, the TFT substrate is completed by patterning the polycrystalline Si film 31 into a predetermined shape in accordance with a normal process and forming a gate insulating film, a gate electrode, and the like.
[0053]
Thus, in the fifth embodiment of the present invention, since the Ge derived from the Ge ultrathin film 29 provided in the middle is used as a crystal growth nucleus, a polycrystal having a relatively large grain size can be obtained. In this case, the Ge removal process is not necessary, and therefore the process is simplified.
[0054]
As mentioned above, although each embodiment of the present invention has been described, the present invention is not limited to the configuration described in each embodiment, and various modifications are possible. For example, instead of the α-Si film Alternatively, a polycrystalline Si film having poor crystallinity formed by the LPCVD method may be used to increase the grain size, or a microcrystalline Si film may be used.
[0055]
In the description of each of the above embodiments, a transparent glass substrate or a quartz substrate is used as the substrate. However, the transparent glass substrate in each embodiment is replaced with a quartz substrate, or the quartz substrate is replaced with a transparent glass substrate. It may be replaced, and further, another transparent insulating substrate having a certain degree of heat resistance may be used.
[0056]
In the description of each of the above embodiments, an excimer laser or an Ar laser is used as the laser. However, the excimer laser in each embodiment may be replaced with an Ar laser, or the Ar laser may be replaced with an excimer laser. It is good and is not limited to a specific laser.
[0057]
In addition, the number of times of laser light irradiation is not limited to one, and the non-single-crystal Si film is sufficiently crystallized according to the intensity per unit area of the laser light and the thickness of the formed non-single-crystal Si film. The number of times may be set so as to.
[0058]
The irradiation direction of the laser beam is generally arbitrary. In each embodiment, when irradiating from the transparent glass substrate side or the quartz substrate side, on the contrary, the transparent glass substrate side or the opposite side to the quartz substrate side. If the irradiation is from the Ge substrate or the film formation side, the irradiation may be from the transparent glass substrate side or the quartz substrate side.
[0059]
In the description of each of the above embodiments, Ge is used as a substance serving as a crystal growth nucleus. However, the material is not limited to Ge, and has a melting point lower than that of Si (melting point: 1414 ° C.). Any material can be used as a growth nucleus. For example, Al (melting point: 660.4 ° C.) or Sn (melting point: 232.0 ° C.) may be used, but Al is a p-type impurity with respect to Si. Attention is required.
[0060]
In the description of each of the above embodiments, the α-Si film is directly provided on the substrate. However, the base SiO ₂ film is provided on the substrate, and the α-Si film is provided on the base SiO ₂ film. It is good.
[0061]
In each of the above embodiments, the method for growing a high-quality polycrystalline silicon film for forming a TFT for an active matrix liquid crystal display device has been described. However, the present invention provides an active matrix liquid crystal display. The present invention is not limited to a polycrystalline silicon film for a device, but also covers a polycrystalline silicon film used for a thin film semiconductor device for other uses such as a thin film semiconductor device for a line sensor.
[0062]
【The invention's effect】
According to the present invention, a member having a lower melting point than silicon, for example, laser irradiation is performed in a state where Ge is adhered, and a non-single-crystal silicon film having low crystallinity such as α-Si is formed using Ge as a crystal growth nucleus. Since it is converted to a high-quality polycrystalline silicon film, thin-film semiconductor devices such as high-performance TFTs can be manufactured with high productivity, thereby improving the performance and cost of active matrix liquid crystal display devices. The place to contribute is great.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a manufacturing process according to the first embodiment of this invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a manufacturing process according to the second embodiment of this invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a manufacturing process according to the third embodiment of this invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of the manufacturing process of the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of the manufacturing process of the fifth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transparent substrate 2 Non-single crystal silicon substrate 3 Member with lower melting point than silicon 4 Laser light 5 Polycrystalline silicon film 11 Transparent glass substrate 12 α-Si film 13 Ge substrate 14 Laser light 15 Polycrystalline Si film 21 Quartz substrate 22 Concavity and convexity Ge Substrate 23 Polycrystalline Si region 24 Polycrystalline Si mixed film 25 α-Si film 26 Laser beam 27 Polycrystalline Si film 28 Ge thin film (SPC treatment)
29 Ge ultrathin film (SPC treatment)
30 α-Si film 31 Polycrystalline Si film

Claims

A method for growing a polycrystalline silicon film comprising a step of forming a non-single crystal silicon film on a transparent substrate, and then attaching a member having a lower melting point than silicon to the surface of the non-single crystal silicon film and irradiating a laser beam. A method for growing a polycrystalline silicon film , wherein irregularities are provided on the surface of a member having a melting point lower than that of silicon.

A method for growing a polycrystalline silicon film comprising a step of forming a non-single crystal silicon film on a transparent substrate, and then attaching a member having a lower melting point than silicon to the surface of the non-single crystal silicon film and irradiating a laser beam. A method for growing a polycrystalline silicon film, comprising using a Ge substrate as a member having a melting point lower than that of silicon.

3. The method for growing a polycrystalline silicon film according to claim 2, wherein unevenness is provided on the surface of the Ge substrate which is a member having a melting point lower than that of silicon.

After irradiating the non-single crystal silicon film with a laser beam, a member having a melting point lower than that of the silicon is removed, and then the surface of the polycrystalline silicon film crystallized from the non-single crystal silicon film is polished. The method for growing a polycrystalline silicon film according to any one of claims 1 to 3.

A method for growing a polycrystalline silicon film comprising a step of forming a non-single crystal silicon film on a transparent substrate, and then attaching a member having a lower melting point than silicon to the surface of the non-single crystal silicon film and irradiating a laser beam. Then, as a member having a melting point lower than that of silicon, after a Ge thin film is grown on the surface of the non-single crystal silicon film, the Ge thin film is subjected to solid phase growth treatment by heat treatment, and then the non-single crystal silicon film is formed. After the irradiation with the laser beam, the member having a lower melting point than the silicon is removed, and then the surface of the polycrystalline silicon film crystallized from the non-single crystalline silicon film is polished. Method.

A method for growing a polycrystalline silicon film comprising a step of forming a non-single crystal silicon film on a transparent substrate, and then attaching a member having a lower melting point than silicon to the surface of the non-single crystal silicon film and irradiating a laser beam. there, after irradiating the non-single crystal silicon film a laser beam, wherein the low melting point of the member is removed from the silicon, then the feature that once again a non-single crystal silicon film is formed, irradiated with laser light A method for growing a polycrystalline silicon film.

A method for growing a polycrystalline silicon film comprising a step of forming a non-single crystal silicon film on a transparent substrate, and then attaching a member having a lower melting point than silicon to the surface of the non-single crystal silicon film and irradiating a laser beam. there are, said after having a Ge ultrathin thickness less than 50 atomic layers on the surface of the non-single crystal silicon film, a solid phase growth by heat treatment than the silicon as the low melting point member, then the solid phase A method for growing a polycrystalline silicon film, comprising: forming a non-single-crystal silicon film on a grown Ge ultrathin film; and then irradiating a laser beam.