JP5217124B2 - 多結晶シリコン膜の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Description
最初に、本発明に係る多結晶シリコン膜の製造方法及び製造装置により形成される多結晶シリコン膜を有した薄膜トランジスタ基板について説明する。図1は、本発明の薄膜トランジスタ基板の一例を示す模式断面図である。図1の薄膜トランジスタ基板1は、多結晶シリコン膜を有するトップゲート・トップコンタクト構造からなる薄膜トランジスタ基板の一例であるが、本発明の薄膜トランジスタ基板は、図1の例に限定されず、本発明に係る多結晶シリコン膜の製造方法及び製造装置により形成されるものであれば、ボトムゲート・トップコンタクト構造、ボトムゲート・ボトムコンタクト構造、トップゲート・ボトムコンタクト構造からなるものであってもよい。
図2及び図3は、図1に示す薄膜トランジスタ基板1の製造工程の一部である、多結晶シリコン膜の製造工程の一例を示す説明図である。本発明の多結晶シリコン膜の製造方法は、図2及び図3に示すように、絶縁性基板10上に非晶質シリコン膜21aを非酸化性雰囲気下で形成する非晶質シリコン膜形成工程(図2(C)参照)と、非晶質シリコン膜21aを非酸化性雰囲気下で多結晶化させる多結晶シリコン膜形成工程(図2(D)参照)と、非晶質シリコン膜形成工程から多結晶シリコン膜形成工程に被処理基板2を移行するときの工程であって、非晶質シリコン膜21aを形成した後に非晶質シリコン膜形成工程の非酸化性雰囲気を大気雰囲気又は所定の酸素分圧を有する雰囲気に変化させ、その後、被処理基板2を多結晶シリコン膜形成工程に移行して、多結晶シリコン膜形成工程内の雰囲気を非酸化性雰囲気に変化させる雰囲気制御工程とを有する方法である。
非晶質シリコン膜形成工程は、絶縁性基板10上に非晶質シリコン膜21aを非酸化性雰囲気下で形成する工程である。絶縁性基板10としては、石英、単成分ガラス、多成分ガラス、樹脂(プラスチック)等からなる絶縁性の基板を用いることができる。どのような材質の絶縁性基板を用いるかは、未終端非晶質シリコン膜21aの形成方法や製造コスト、又は、製造しようとする多結晶シリコン膜13やその多結晶シリコン膜13を有する薄膜トランジスタ基板1の用途等を考慮して適宜選択される。多結晶シリコン膜13の製造コストや、その多結晶シリコン膜13を有する薄膜トランジスタ基板1の製造コストを抑えるという観点からは、耐熱温度が300℃程度の多成分ガラス又は樹脂によって形成された絶縁性基板を用いることが好ましい。
多結晶シリコン膜形成工程は、図2(D)に示すように、非晶質シリコン膜21aを非酸化性雰囲気下で多結晶化させて多結晶シリコン膜13を形成する工程である。未終端非晶質シリコン膜21aの多結晶化は、絶縁性基板10の耐熱温度を考慮し、熱アニール、レーザーアニール(レーザー照射)、又は電子線アニール等によって行うことができる。
雰囲気制御工程は、例えば図2(C)に示す非晶質シリコン膜形成工程から図2(D)に示す多結晶シリコン膜形成工程に被処理基板2を移行するときの工程である。具体的には、雰囲気制御工程は、非晶質シリコン膜21aを形成した後に非晶質シリコン膜形成工程の非酸化性雰囲気を、大気雰囲気に解放するか、又は所定の酸素分圧を有する雰囲気に変化させ、その後、被処理基板2を多結晶シリコン膜形成工程に移行して、多結晶シリコン膜形成工程内の雰囲気を非酸化性雰囲気に変化させる工程である。
以下に、本発明の主要な構成である多結晶シリコン膜形成工程後について説明する。多結晶シリコン膜形成工程後においては、図2(E)に示すように、多結晶シリコン膜21p上にレジスト膜23を形成し、その後レジスト膜23をパターニングし、その後、イオン注入24を行い、多結晶シリコン膜21pにソース側拡散膜13s及びドレイン側拡散膜13dを形成し、さらに両膜13s,13dの間に、チャネル膜13cを形成する。ここで、レジスト膜23は、多結晶シリコン膜21pの所定領域に添加される不純物イオンを遮蔽するためのレジスト膜であり、例えば上市されている各種のポジ型フォトレジスト等が好ましく用いられる。また、イオン注入24は、例えば、リン(P)を所定の注入電圧下で所定のドープレベルとなるように注入する。
図4は、本発明の多結晶シリコン膜の製造装置の一例を示す模式図である。本発明の多結晶シリコン膜の製造装置40は、図4に示すように、(1)絶縁性基板10上に非晶質シリコン膜21aを非酸化性雰囲気下で形成する非晶質シリコン膜形成手段(図示しない)と、非晶質シリコン膜21aを形成した後に、非酸化性雰囲気を大気雰囲気又は所定の酸素分圧を有する雰囲気に変化させる第1雰囲気制御手段411とを有する非晶質シリコン膜形成装置41;(2)非晶質シリコン膜21aを非酸化性雰囲気下で多結晶化させる多結晶化手段(図示しない)と、多結晶化させる前に非酸化性雰囲気に変化させる第2雰囲気制御手段421とを有する多結晶シリコン膜形成装置42;及び、(3)非晶質シリコン膜形成装置41から多結晶シリコン膜形成装置42に被処理基板2を移行する搬送装置43;を有している。
まず、絶縁性基板10として厚さ1.1mmの青板ガラス(ソーダライムガラス板)を用意し、この青板ガラスの片面に熱緩衝膜12として膜厚500nmの酸化シリコン膜をRFマグネトロンスパッタ法により成膜した。酸化シリコン膜の成膜にあたっては、酸化シリコンをターゲットとして用い、成膜雰囲気はアルゴン(Ar)ガスと酸素(O2 )ガスとの混合雰囲気(酸素ガスの割合は25体積%)とした。また、成膜圧力は0.5Paとし、投入電力は2.0kWとし、基板温度は室温とした。
実施例1において、非晶質シリコン膜21aを形成した非晶質シリコン膜形成装置41を大気解放してから、被処理基板2を多結晶シリコン膜形成装置42内に設置し、その装置内を真空引きするまでの所要時間を60分とした以外は、実施例1と同様にして多結晶シリコン膜を形成した。このようにして得られた多結晶シリコン膜13は、表面に白濁が認められない良好な膜であり、反射率から求めたその結晶化率は79%であった。また、得られた多結晶シリコン膜の酸素含有量は、実施例と同様の装置で測定した結果、1.0×1019個/cm3であった。
実施例1において、非晶質シリコン膜21aを形成した非晶質シリコン膜形成装置41を酸素分圧0.02×105Paにした後、その酸素分圧と同じ雰囲気に保持された環境下に設置された搬送装置43を用いて、被処理基板2を多結晶シリコン膜形成装置42(この装置内も前記と同じ酸素分圧)に設置し、その装置内を真空引きするまでの所要時間を300分とした以外は、実施例1と同様にして多結晶シリコン膜を形成した。このようにして得られた多結晶シリコン膜13は、表面に白濁が認められない良好な膜であり、反射率から求めたその結晶化率は80%であった。また、得られた多結晶シリコン膜の酸素含有量は、実施例と同様の装置で測定した結果、8.8×1018個/cm3であった。
実施例1と同じ条件の下に絶縁性基板10上に熱緩衝膜12及び未終端非晶質シリコン膜21aを順次成膜し、この未終端非晶質シリコン膜21aまで成膜した被処理基板2を非晶質シリコン膜形成装置41(スパッタ装置)から取り出した後、直ちに、窒素ガスで置換された容器(図示しない)に収容した。2時間経過後に被処理基板2を容器から取り出し、この被処理基板2を大気中設置された搬送装置43で搬送して多結晶シリコン膜形成装置42(レーザーアニール装置)に装着してから、多結晶シリコン膜形成装置42内を真空引きした。非晶質シリコン膜形成装置41から被処理基板2を取り出して上記の容器に収容するまでの所要時間と、上記の容器から被処理基板2を取り出して多結晶シリコン膜形成装置42を真空引きするまでの所要時間との合計は、10分であった。
実施例1と同じ条件の下に絶縁性基板10上に緩衝膜12及び未終端非晶質シリコン膜21aを順次成膜し、この未終端非晶質シリコン膜21aまで成膜した被処理基板2を非晶質シリコン膜形成装置41から取り出した後、大気中に2時間放置した。その後、この被処理基板2を多結晶シリコン膜形成装置42に装着して真空引きを行ってから、実施例1と同じ条件の下に未終端非晶質シリコン膜21aに脱ガス処理及び多結晶化処理を施して、多結晶シリコン膜13を得た。このようにして得られた多結晶シリコン膜13は、表面の粗面化に起因する白濁が認められるものであり、良好な膜とは言い難い膜であった。
10 プラスチック基材
11 下地膜
12 緩衝膜
13 多結晶シリコン膜
13s ソース側拡散膜
13c チャネル膜
13d ドレイン側拡散膜
14 ゲート絶縁膜
15s ソース電極
15g ゲート電極
15d ドレイン電極
16 絶縁膜
18 保護膜
21a 非晶質シリコン膜21a
21p 多結晶シリコン膜
22 レーザーアニール
23 レジスト膜
24 イオン注入
25 エネルギービーム
26 コンタクトホール
28 水素プラズマ
40 多結晶シリコン膜の製造装置
41 非晶質シリコン膜形成装置
411 第1雰囲気制御手段
42 多結晶シリコン膜形成装置
421 第2雰囲気制御装置
43 搬送装置
431 第3雰囲気制御装置
Claims (7)
- 絶縁性基板上に非晶質シリコン膜を非酸化性雰囲気下で形成する非晶質シリコン膜形成工程と、
前記非晶質シリコン膜を非酸化性雰囲気下で多結晶化させる多結晶シリコン膜形成工程と、
前記非晶質シリコン膜形成工程から前記多結晶シリコン膜形成工程に被処理基板を移行するときの工程であって、前記非晶質シリコン膜を形成した後に前記非晶質シリコン膜形成工程の非酸化性雰囲気を大気雰囲気又は0.02×10 5 Pa以上の酸素分圧を有する雰囲気に変化させ、その後、前記被処理基板を前記多結晶シリコン膜形成工程に移行して、当該多結晶シリコン膜形成工程内の雰囲気を非酸化性雰囲気に変化させる雰囲気制御工程と、を有し、
前記雰囲気制御工程は、前記非酸化性雰囲気以外の雰囲気が有する酸素分圧と当該雰囲気の保持時間との積を12.76×105Pa・分以下に制御する制御手段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。 - 前記非結晶シリコン膜形成工程における非晶質シリコン膜の形成が、スパッタリング法により行われることを特徴とする請求項1に記載の多結晶シリコン膜の製造方法。
- 前記多結晶シリコン膜形成工程における非晶質シリコン膜の多結晶化が、エキシマレーザーの照射により行われることを特徴とする請求項1又は2に記載の多結晶シリコン膜の製造方法。
- 前記非酸化性雰囲気以外の雰囲気が大気雰囲気であり、前記保持時間が60分以内であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の多結晶シリコン膜の製造方法。
- 絶縁性基板上に非晶質シリコン膜を非酸化性雰囲気下で形成する非晶質シリコン膜形成手段と、当該非晶質シリコン膜を形成した後の前記非酸化性雰囲気を大気雰囲気又は0.02×10 5 Pa以上の酸素分圧を有する雰囲気に変化させる第1雰囲気制御手段とを有する非晶質シリコン膜形成装置、
前記非晶質シリコン膜を非酸化性雰囲気下で多結晶化させる多結晶化手段と、当該多結晶化させる前に前記非酸化性雰囲気に変化させる第2雰囲気制御手段とを有する多結晶シリコン膜形成装置、及び、
前記非晶質シリコン膜形成装置から前記多結晶シリコン膜形成装置に被処理基板を移行する搬送装置、を有し、
前記第1及び第2雰囲気制御装置並びに前記搬送装置により被処理基板が搬送される雰囲気を制御する第3雰囲気制御装置は、前記搬送装置を駆動させて前記非晶質シリコン膜形成装置内から前記多結晶シリコン膜形成装置内に被処理基板を移行させるとき、前記被処理基板が曝される非酸化性雰囲気以外の雰囲気の酸素分圧と当該雰囲気の保持時間との積を12.76×105Pa・分以下に制御することを特徴とする多結晶シリコン膜の製造装置。 - 前記非結晶シリコン膜形成装置が有する非晶質シリコン膜形成手段が、スパッタリング装置であることを特徴とする請求項5に記載の多結晶シリコン膜の製造装置。
- 前記多結晶シリコン膜形成装置が有する多結晶化手段が、エキシマレーザー照射装置であることを特徴とする請求項5又は6に記載の多結晶シリコン膜の製造装置。
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