JPH04180624A - Formation of pattern - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はパターンの形成方法に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to a pattern forming method.
液晶デイスプレィ等の画素を駆動するのに薄膜トランジ
スタが用いられる。従来はこれを、プラズマＣＶＤ、ス
パッタ等による一括成膜後、フォトリソグラフィによる
パターニング、エツチング等の工程を経てパターンを形
成していた。この方法は多工程である上、レジストの塗
布、除去工程を通じて、素子自体に損傷を与える可能性
が高いため、デイスプレィが大面積化するのに伴って、
歩留が著しく低下する一可能性が懸念されている。Thin film transistors are used to drive pixels in liquid crystal displays and the like. Conventionally, a pattern has been formed by forming a film at once by plasma CVD, sputtering, etc., and then performing steps such as patterning and etching by photolithography. This method involves multiple steps, and there is a high possibility of damaging the element itself through the resist coating and removal process.As displays become larger in area,
There is concern that the yield may drop significantly.
工程数短縮を実現する方法の一つとして、レジスト工程
を経ることなく、薄膜のパターン形成を可能とするレー
ザＣＶＤをＴＦＴ形成に適用しようとする試みが第４９
回応用物理学関係連合講演会講演番号５Ｐ−Ｌ−１１に
樋浦らにより報告されている。しかし、この方法では、
−回の成膜で形成し得るＴＰＴのパターン個数は、レー
ザ光のビーム面積で決まるため、工程数は削減されるも
のの、現状のレーザの出力では、１枚のパネルを作成す
るのに、多数回のレーザ照射が必要となり、スループッ
トは先に述べたレーザを用いない方法以下になってしま
う。As one of the methods to reduce the number of process steps, the 49th attempt was made to apply laser CVD to TFT formation, which enables thin film pattern formation without going through a resist process.
This was reported by Hiura et al. in the Regenerative Physics Association Lecture No. 5P-L-11. However, with this method,
- The number of TPT patterns that can be formed in one film deposition is determined by the beam area of the laser beam, so the number of steps can be reduced, but with the current laser output, it takes many This method requires multiple laser irradiations, and the throughput is lower than the method described above that does not use a laser.
このように従来のフォトリソグラフィを用いたパターン
の形成方法では、高歩留でデイスプレィパネルを製作す
ることが困難であり、また従来のレーザを用いた直接成
膜でのパターンの形成方法では、スループットの確保が
困難である。本発明の目的はこのような従来方法の問題
点を解決したパターンの形成方法を提供することにある
。As described above, it is difficult to manufacture display panels with a high yield using conventional pattern forming methods using photolithography, and with conventional pattern forming methods using direct film deposition using lasers, It is difficult to secure throughput. An object of the present invention is to provide a pattern forming method that solves the problems of the conventional methods.
第１の発明のパターンの形成方法は、基板上に形成され
た薄膜上にレーザ光を照射し、所望するパターン部分を
局所的に加熱して再結晶化した後、前記薄膜に対するエ
ツチング速度が再結晶化した前記パターン部分よりも大
きいエッチャントを用いて前記薄膜をエツチングするも
のである。In the pattern forming method of the first invention, a laser beam is irradiated onto a thin film formed on a substrate, a desired pattern portion is locally heated and recrystallized, and then the etching rate of the thin film is increased again. The thin film is etched using an etchant larger than the crystallized pattern portion.
第２の発明のパターンの形成方法は、薄膜が形成された
基板を、レーザ光照射により分解されて前記薄膜表面を
改質するガスの雰囲気中に置き、所望パターン部分にレ
ーザ光を走引して薄膜を改質した後、前記薄膜に対する
エツチング速度が改質した前記パターン部分よりも大き
いエッチャントを用いて前記薄膜をエツチングするもの
である。A method for forming a pattern according to the second aspect of the invention is to place a substrate on which a thin film is formed in an atmosphere of a gas that is decomposed by laser beam irradiation and to modify the surface of the thin film, and to scan a laser beam onto a desired pattern portion. After the thin film is modified by etching, the thin film is etched using an etchant whose etching rate for the thin film is higher than that for the modified pattern portion.
エツチング速度の異なる材料で構成された薄膜表面をエ
ツチングすると、エツチング速度の低い材料が十分な厚
みを有している場合にはエツチング速度が高い材料が完
全に除去された時点でもエツチング速度の低い材料は残
存している。また、水素化アモルファスシリコンは、加
熱により再結晶化し、ドライエツチングでのエツチング
速度が非晶質シリコンに比べて低いポリシリコンに改質
される。これらのことを利用して、水素化アモルファス
シリコン膜を基板全面に形成した後、レーザアニールに
よりこれを部分的にポリシリコンに改質し、その後ドラ
イエツチングすることによって、水素化アモルファスシ
リコンは除去されてポリシリコンのパターンを形成する
ことができる。When etching the surface of a thin film composed of materials with different etching rates, if the material with a lower etching rate is sufficiently thick, the material with a lower etching rate will be etched even after the material with a higher etching rate is completely removed. remains. Further, hydrogenated amorphous silicon is recrystallized by heating and modified into polysilicon, which has a lower etching rate in dry etching than amorphous silicon. Utilizing these facts, after forming a hydrogenated amorphous silicon film on the entire surface of the substrate, it is partially modified to polysilicon by laser annealing, and then dry etching is performed to remove the hydrogenated amorphous silicon. A polysilicon pattern can be formed using this method.
また同様に水素化アモルファスシリコンを一括成膜した
後、同様のレーザ照射を酸素ガス雰囲気で行った場合に
は、表面を酸化シリコンに、窒素ガス雰囲気で行った場
合には窒化シリコンにそれぞれ改質することができる。Similarly, after bulk-forming hydrogenated amorphous silicon, if similar laser irradiation is performed in an oxygen gas atmosphere, the surface will be modified to silicon oxide, and if performed in a nitrogen gas atmosphere, the surface will be modified to silicon nitride. can do.
酸化シリコン及び窒化シリコンのドライエツチングでの
エツチング速度は、エッチャントを適正に選べば、非晶
質シリコンよりはるかに低くすることが可能なので、表
面に酸化シリコン、もしくは窒化シリコンを有するポリ
シリコンのパターン−を形成することが可能である０本
発明では、パターン形成にレジストを用いないので、半
導体素子に対する損傷が少ない。また、レーザによる再
結晶化、及びレーザによる酸化、窒化等の改質に要する
時間は、レーザによる成膜に要する時間に比べて、はる
かに短いので、レーザＣＶＤでパターンを形成する場合
のようにスルーブツトの低下を招くこともない。The etching rate of silicon oxide and silicon nitride in dry etching can be much lower than that of amorphous silicon if the etchant is selected appropriately. In the present invention, since no resist is used for pattern formation, there is less damage to the semiconductor element. In addition, the time required for recrystallization by laser and modification such as oxidation and nitridation by laser is much shorter than the time required for film formation by laser. It does not cause a decrease in throughput.
以下石英基板上にポリシリコン薄膜によるＴＰＴマトリ
ックスのパターンを形成する場合に本発明による方法を
適用した実施例を図面を参照して詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment in which the method of the present invention is applied to forming a TPT matrix pattern of a polysilicon thin film on a quartz substrate will be described in detail below with reference to the drawings.
まず第１図に示すように、プラズマＣＶＤ装置のチャン
バ１の中のヒータ３上に、ドレイン及びソース電極とし
て、ｎ“Ｓｉ層を表面に有するＣｒ膜のパターン５が設
けられた石英基板２を固定する。次で原料ガスとしてＳ
ｉＨ４を用い、プラズマＣＶＤ法により、石英基板２の
全面に水素化非晶質シリコン（ａ−３ｉ：Ｈ）６膜を約
２００ ＯＡの厚さに形成する。First, as shown in FIG. 1, a quartz substrate 2 on which a pattern 5 of a Cr film having an n"Si layer on the surface is provided as a drain and source electrode is placed on a heater 3 in a chamber 1 of a plasma CVD apparatus. Fix it.Next, use S as the raw material gas.
A hydrogenated amorphous silicon (a-3i:H) 6 film is formed to a thickness of about 200 OA on the entire surface of the quartz substrate 2 by plasma CVD using iH4.
次に第２図に示すように、石英基板２をレーザ照射装置
のチャンバＩＡのＸＹステージ７の上に固定し、窒素雰
囲気中でＸＹステージ７を走引してＴＰＴ形成部分にレ
ンズ１０１石英窓８を通して、ＸｅＣル−ザ９の出射光
を照射し、非晶質シリコン膜を再結晶化してポリシリコ
ン膜６Ａに改質する。Next, as shown in FIG. 2, the quartz substrate 2 is fixed on the XY stage 7 of the chamber IA of the laser irradiation device, and the XY stage 7 is moved in a nitrogen atmosphere to place the lens 101 and the quartz window on the TPT forming part. 8 is irradiated with the light emitted from the XeC laser 9 to recrystallize the amorphous silicon film and modify it into a polysilicon film 6A.
次に第３図に示すように、石英基板２をドライエツチン
グ装置のチャンバＩＢ内に入れ、エッチャントガスとし
てフレオンガスを流し、プラズマ電極４Ａによるプラズ
マ放電でこれを励起することによって表面を数１０秒間
エツチングする。ポリシリコン膜６Ａのエツチング速度
は非晶質シリコンより小さいので、ＸｅＣｌレーザで再
結晶化されたポリシリコンパターンの部分だけが残り、
ポリシリコンアイランドのマトリックスが形成される。Next, as shown in FIG. 3, the quartz substrate 2 is placed in the chamber IB of a dry etching device, Freon gas is supplied as an etchant gas, and the surface is etched for several tens of seconds by exciting it with plasma discharge from the plasma electrode 4A. do. Since the etching speed of the polysilicon film 6A is lower than that of amorphous silicon, only the polysilicon pattern portion recrystallized by the XeCl laser remains.
A matrix of polysilicon islands is formed.
レーザ光照射を酸素雰囲気中で行えば、ポリシリコン膜
６Ａの表面は酸化シリコン膜に改質される。酸化シリコ
ン膜の場合は、四塩化炭素をエッチャントとするドライ
エツチングによるエツチング速度が非晶質シリコンのエ
ツチング速度より著しく小さいので、表面に酸化シリコ
ン膜を有するポリシリコンパターンのアイランドを形成
でき、表面の酸化膜をゲート絶縁膜として利用すること
ができる。この場合、レーザ照射は必ずしも酸素雰囲気
中でなくとも構わない。亜酸北壁素中でＡｒＦレーザを
照射することによって亜酸化を素を光化学分解し、非晶
質シリコン膜表面と反応させることによっても表面を酸
化シリコンに改質することができる。When laser beam irradiation is performed in an oxygen atmosphere, the surface of the polysilicon film 6A is modified into a silicon oxide film. In the case of a silicon oxide film, the etching rate of dry etching using carbon tetrachloride as an etchant is significantly lower than the etching rate of amorphous silicon, so it is possible to form islands of polysilicon patterns with a silicon oxide film on the surface. An oxide film can be used as a gate insulating film. In this case, laser irradiation does not necessarily have to be carried out in an oxygen atmosphere. The surface can also be modified to silicon oxide by photochemically decomposing suboxide by irradiating it with an ArF laser in a suboxide north wall element and reacting with the surface of the amorphous silicon film.
レーザ光照射を望素雰囲気で行えば、ポリシリコン膜の
表面は窒化シリコン膜に改質される。窒化シリコン膜の
場合も、酸化シリコン膜の場合と同様のドライエツチン
グにより、表面に窒化シリコン膜を有するポリシリコン
パターンのアイランドを形成でき、表面の窒化シリコン
膜をゲート絶縁膜として利用することができる。When laser beam irradiation is performed in a desirable atmosphere, the surface of the polysilicon film is modified into a silicon nitride film. In the case of a silicon nitride film, a polysilicon pattern island having a silicon nitride film on the surface can be formed by dry etching similar to that for a silicon oxide film, and the silicon nitride film on the surface can be used as a gate insulating film. .
このように本実施例においてはレジストを一切用いない
ので、工程数が少なくてすむ上、素子に損傷が加わるこ
ともないので、高歩留でＴＰＴマトリックスを形成する
ことができる。またレーザによるアニールに要する時間
は、一つの素子当り０．１秒足らずと十分に短いので、
レーザＣＶＤを使う方法のように著しくスループットを
下げることもない。As described above, since no resist is used in this embodiment, the number of steps is small, and the elements are not damaged, so that the TPT matrix can be formed with a high yield. In addition, the time required for laser annealing is sufficiently short, less than 0.1 seconds per element.
Unlike the method using laser CVD, there is no significant reduction in throughput.
本発明においては必らずしも一括成膜をプラズマＣＶＤ
で行う必要はなく、スパッタ、熱ＣＶＤ等の方法で行っ
ても構わない。またレーザは必ずしもエキシマレーザに
限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しないも
のであれば、如何なるレーザでも構わない。またエツチ
ングの方法は必ずしもドライエツチング法に限定される
ものではなく、ウェットエツチング法でも構わない。但
しこの場合°、水水素化７ルルフアスシリコン膜選択的
にエツチングするエッチャントとして、水酸化カリウム
等のアルカリ溶液を用いるので、ＴＰＴの電気特性に劣
化が生じさせないためには十分な洗浄が必要となる。In the present invention, batch film formation is not necessarily performed by plasma CVD.
It is not necessary to carry out this process using a method such as sputtering or thermal CVD. Further, the laser is not necessarily limited to an excimer laser, and any laser may be used as long as it does not depart from the spirit of the present invention. Further, the etching method is not necessarily limited to the dry etching method, but may also be a wet etching method. However, in this case, since an alkaline solution such as potassium hydroxide is used as the etchant to selectively etch the hydrogenated silicon film, sufficient cleaning is required to prevent deterioration of the electrical properties of TPT. becomes.
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明の方法によれば、高歩留でス
ルーブツトを下げることなくデイスプレィデバイス等に
用いられるＴＰＴマトリックスのパターンを形成するこ
とができる。[Effects of the Invention] As explained above, according to the method of the present invention, a TPT matrix pattern used for display devices and the like can be formed at a high yield without reducing throughput.
第１図ないし第３図は本発明の実施例に用いられるＣＶ
Ｄ装置、レーザ照射装置及びドライエツチング装置の模
式断面図である。
１〜ＩＢ・・・チャンバ、２・・・石英基板、３・・・
ヒータ、４，４Ａ・・・プラズマ電極、５・・・Ｃｒ膜
パターン、６− ａ−Ｓｉ：Ｈ膜、７−、 Ｘ Ｙス
テージ、８・・・石英窓、９・・・ＸｅＣｌレーザ、１
０・・・レンズ。1 to 3 are CVs used in embodiments of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the D device, the laser irradiation device, and the dry etching device. 1-IB...chamber, 2...quartz substrate, 3...
Heater, 4, 4A... Plasma electrode, 5... Cr film pattern, 6- a-Si:H film, 7-, XY stage, 8... Quartz window, 9... XeCl laser, 1
0...Lens.
Claims (1)
望するパターン部分を局所的に加熱して再結晶化した後
、前記薄膜に対するエッチング速度が再結晶化した前記
パターン部分よりも大きいエッチャントを用いて前記薄
膜をエッチングすることを特徴とするパターンの形成方
法。 ２、薄膜が形成された基板を、レーザ光照射により分解
されて前記薄膜表面を改質するガスの雰囲気中に置き、
所望パターン部分にレーザ光を走引して薄膜を改質した
後、前記薄膜に対するエッチング速度が改質した前記パ
ターン部分よりも大きいエッチャントを用いて前記薄膜
をエッチングすることを特徴とするパターンの形成方法
。[Claims] 1. After irradiating a laser beam onto a thin film formed on a substrate to locally heat and recrystallize a desired pattern portion, the etching rate for the thin film is recrystallized. A method for forming a pattern, comprising etching the thin film using an etchant larger than the pattern portion. 2. Place the substrate on which the thin film is formed in an atmosphere of a gas that is decomposed by laser light irradiation to modify the surface of the thin film;
Formation of a pattern characterized in that the thin film is modified by running a laser beam onto a desired pattern portion, and then the thin film is etched using an etchant whose etching rate for the thin film is higher than that for the modified pattern portion. Method.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP30958890A JPH04180624A (en) | 1990-11-15 | 1990-11-15 | Formation of pattern |
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| JPH04180624A true JPH04180624A (en) | 1992-06-26 |
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| JP (1) | JPH04180624A (en) |
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