JP4978684B2 - シリコン薄膜の処理方法およびフラッシュランプ照射装置 - Google Patents
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Description
而して、最近においては、素子の高集積化、ディスプレイの大型化に伴い、厚みが小さく、均一に結晶化されたポリシリコン薄膜を形成することが要求されており、このような要求を実現するため、フラッシュランプからの光を、赤外線カットフィルタを介して、アモルファスシリコン薄膜に照射することにより、ポリシリコン薄膜を形成するシリコン薄膜の処理方法が提案されている(特許文献1参照。)。
このようなフラッシュランプ照射装置においては、ガラス基板などの基板上にアモルファスシリコン薄膜が形成されてなる被処理物Wが、サセプタ96上に載置され、当該サセプタ96によって予備加熱された後、当該被処理物Wに、フラッシュランプ93から放射される光Lが赤外線カットフィルタ95を介して照射されることによって、被処理物Wにおけるアモルファスシリコン薄膜が急速に加熱されて多結晶化され、以て、ポリシリコン薄膜が形成される。
ガラス基板などの基板上には、通常、モリブデンやタングステン等よりなる配線を形成する金属層が部分的に配置されており、この金属層を介してアモルファスシリコン薄膜が形成される。そして、このアモルファスシリコン薄膜の厚みが小さい、例えば厚みが100nm以下のものである場合には、フラッシュランプ93から赤外線カットフィルタ95を介してアモルファスシリコン薄膜に照射される光のうち長波長側の光がアモルファスシリコン薄膜を透過し、この透過した光が金属層に照射されることによって金属層が加熱されると共に、当該金属層によって反射された光が再度アモルファスシリコン薄膜に照射される。
このため、アモルファスシリコン薄膜においては、金属層の直上に位置する部分とそれ以外の部分との間に、加えられるエネルギー量に差が生じるので、結晶粒径が均一なポリシリコン薄膜を得ることが困難である、という問題がある。
また、得られるポリシリコン薄膜においては、金属層の直上に位置する部分とそれ以外の部分との間で結晶化状態が異なるため、金属層の直上に位置する部分の周縁箇所においてクラックが発生する、という問題がある。
フラッシュランプとアモルファスシリコン薄膜との間に配置された長波長側の光をカットする波長カットフィルタを介して、当該フラッシュランプからの光を当該アモルファスシリコン薄膜に照射する工程を有し、
前記波長カットフィルタによってカットされる光の波長領域の短波長側端の波長をλ(nm)とし、前記アモルファスシリコン薄膜の厚みをt(nm)としたとき、下記式(1)が満足され、
前記アモルファスシリコン薄膜に照射される光の照射エネルギーが2.00〜3.10J/cm2 であることを特徴とする。
式(1) λ≦110×ln(t)+145
上記のシリコン薄膜の処理方法に用いられることを特徴とする。
図1は、本発明のシリコン薄膜の処理方法を実施するためのフラッシュランプ照射装置の一例における構成を示す説明用断面図である。
このフラッシュランプ照射装置においては、直流電源およびコンデンサを有するランプ点灯機構12に電気的に接続された、複数の棒状のフラッシュランプ10が水平方向に並ぶよう配置され、これらのフラッシュランプ10の上方には、フラッシュランプ10の各々からの光を下方に反射するリフレクタ11が配置されている。
複数のフラッシュランプ10の下方には、被処理物Wが収容される処理室Rを形成する箱型のチャンバー20が設けられている。このチャンバー20の上面には、フラッシュランプ10からの光を処理室R内に導入するための開口21が形成され、チャンバー20の一側面(図において右面)には、処理室R内に雰囲気ガスを導入するガス導入口22が形成され、チャンバー20の他側面(図において左面)には、処理室R内に被処理物Wを搬入・搬出するための被処理物入出口23が形成されている。
チャンバー20内には、被処理物Wが載置される、予備加熱手段(図示省略)が設けられた載置台25が設けられ、この載置台25の上面における周縁部には、被処理物Wを支持する支持部材26が設けられている。また、載置台25には、当該載置台25の温度を調整する温度調整機27が接続されている。
そして、複数のフラッシュランプ10とチャンバー20との間には、長波長側の光をカットする波長カットフィルタ30が、当該チャンバー20の上面の開口21を塞ぐよう設けられている。
この被処理物Wにおいて、基板5の厚みは例えば600μm、窒化珪素膜4の厚みは例えば280nm、金属層3の厚みは例えば70nm、絶縁膜2の厚みは例えば250nmである。
そして、本発明においては、厚みが30〜100nmのアモルファスシリコン薄膜1が形成されてなるものが処理対象である。
そして、誘電体多層膜32によって多層膜フィルタ要素が構成され、水充填用空間S内に水が導入されて充填されることによって水フィルタ要素が構成されている。
また、第1のフィルタ基体31の厚みは、例えば1〜5mmである。
また、第2のフィルタ基体33の厚みは、例えば1〜5mmである。
また、水充填用空間Sの厚みは、例えば5〜30mmである。
ここで、カット波長領域は、波長カットフィルタによって、50%以上カットされる光の波長領域である。
カット波長領域の短波長側端の波長が上記の値を超える波長カットフィルタを用いる場合には、アモルファスシリコン薄膜1に照射される光のうち長波長側の光が当該アモルファスシリコン薄膜1を透過するため、結晶粒径が均一なポリシリコン薄膜が得られず、また、得られるポリシリコン薄膜にクラックが発生しやすくなる。
また、カット波長領域の短波長側端の波長は、アモルファスシリコンの光吸収特性の点で、450nm以上であることが好ましい。
式(1) λ≦110×ln(t)+145
先ず、被処理物Wが、チャンバー20の被処理物入出口23から処理室R内に搬入されて載置台25上に載置される。その後、チャンバー20の処理室R内にガス導入口22から雰囲気ガスが導入されると共に、載置台25に設けられた予備加熱手段によって被処理物Wが予備加熱される。
以上において、処理室R内に導入される雰囲気ガスとしては、大気ガス、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどを用いることができる。
また、被処理物Wの予備加熱温度は、例えば室温〜500℃の範囲で適宜選択することができるが、生産性の観点から、室温が好ましい。
以上において、フラッシュランプ10における点灯時のパルス幅は、50〜200μsecであり、被処理物Wにおけるアモルファスシリコン薄膜の厚みが30〜70nmである場合には、点灯時のパルス幅は、50〜100μsecであることが好ましい。
このパルス幅が上記の値未満である場合には、加熱時間が短いため、良質な結晶を得ることが困難となる。一方、このパルス幅が上記の値を超える場合には、加熱時間が長いため、金属層が溶融する、或いは、アモルファスシリコン薄膜の結晶化が困難となる、という問題が生じる。
この照射エネルギーが過小である場合には、アモルファスシリコン薄膜の結晶化が困難となる。一方、この照射エネルギーが過大である場合には、アモルファスシリコン薄膜が溶融した後、再結晶化するため、得られるポリシリコン薄膜の結晶粒が大きくなりすぎる、という問題が生じる。
下記の仕様のキセノンフラッシュランプを10本用い、図1に示す構成に従って、フラッシュランプ照射装置を作製した。また、下記表1に、キセノンフラッシュランプにおける点灯時のパルス幅(表1において「パルス幅」で記す。)、波長カットフィルタにおけるカット波長領域の短波長側端(表1において「波長λ」で記す。)を示す。
キセノンフラッシュランプの仕様:
このキセノンランプは、発光長が250mmで、内径が10mmの石英ガラス製の発光管を有し、この発光管内には、60kPaの封入圧でキセノンガスが封入されている。
以上において、被処理物における基板の厚みは600μm、窒化珪素膜の厚みは280nm、金属層の厚みは70nm、絶縁膜の厚みは250nmである。
また、被処理物におけるアモルファスシリコン薄膜は、下記の条件の高周波プラズマCVD法によって形成した。
基板温度:250℃
雰囲気圧力:5kPa
RF周波数:40MHz
RF出力:120W
ガス流量:モノシランガス(SiH4 );80sccm
水素ガス(H2 );80sccm
2 絶縁膜
3 金属層
4 窒化珪素膜
5 基板
10 フラッシュランプ
11 リフレクタ
12 ランプ点灯機構
20 チャンバー
21 開口
22 ガス導入口
23 被処理物入出口
25 載置台
26 支持部材
27 温度調整機
30 波長カットフィルタ
31 第1のフィルタ基体
32 誘電体多層膜
33 第2のフィルタ基体
34 無反射コート層
35 保持部材
36 O−リング
37 水導入口
38 水排出口
90 外側筐体
91 内側筐体
92 開口
93 フラッシュランプ
94 反射部材
95 赤外線カットフィルタ
96 サセプタ
97 ヒータ
98 水冷パイプ
L 光
R 処理室
S 水充填用空間
W 被処理物
Claims (2)
- 点灯時のパルス幅が50〜200μsecであるフラッシュランプから放射される光を、基板上に部分的に配置された金属層を介して形成された厚みが30〜100nmのアモルファスシリコン薄膜に照射することによって、ポリシリコン薄膜を形成するシリコン薄膜の処理方法において、
フラッシュランプとアモルファスシリコン薄膜との間に配置された長波長側の光をカットする波長カットフィルタを介して、当該フラッシュランプからの光を当該アモルファスシリコン薄膜に照射する工程を有し、
前記波長カットフィルタによってカットされる光の波長領域の短波長側端の波長をλ(nm)とし、前記アモルファスシリコン薄膜の厚みをt(nm)としたとき、下記式(1)が満足され、
前記アモルファスシリコン薄膜に照射される光の照射エネルギーが2.00〜3.10J/cm2 であることを特徴とするシリコン薄膜の処理方法。
式(1) λ≦110×ln(t)+145 - フラッシュランプと、水フィルタ要素および多層膜フィルタ要素を有する、長波長側の光をカットする波長カットフィルタとを備えてなるフラッシュランプ照射装置であって、 請求項1に記載のシリコン薄膜の処理方法に用いられることを特徴とするフラッシュランプ照射装置。
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