JPH11274078A - 結晶シリコン膜の製造方法 - Google Patents
結晶シリコン膜の製造方法Info
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Abstract
径の電子顕微鏡で観察する検査は、人為的な労力と測定
するまでに時間がかかるため、製造現場では不向きであ
る上、破壊検査で行っており、表面加工や処理を施し観
察するため実際の膜質が正確に測定されているとは限ら
ない。 【解決手段】本発明は、JISZ8741鏡面光沢度測
定方法を利用し、結晶粒径が最大で且つ顆粒が未発生状
態である時、電気伝導度が高くなり、エキシマレーザア
ニールされた薄膜表面の光沢度は最も低くなることか
ら、ポリシリコンの形成工程において、ポリシリコンの
光沢度を測定することにより、非破壊で結晶粒径を評価
して、結晶化の最適な条件を設定し、不良品の早期排除
やエネルギー密度の最適条件を設定する多結晶シリコン
の製造方法である。
Description
(ポリシリコン膜)の製造方法に係り、特にその結晶化
率を容易に判別を可能とするものである。
ャネルでは電子、pチャネルでは正孔)の動きやすさを
示す指数として「移動度」が知られている。この移動度
は、数値が大きいほどトランジスタの駆動能力が大きく
なり、高速に動作することを意味している。この数値
は、半導体の結晶の乱れや不純物により、キャリアの走
行が妨害されると移動度が低下する。シリコン中の電子
の場合、単結晶では約1000の移動度があるが、ポリ
シリコンを用いた薄膜トランジスタでは、結晶の乱れに
より10〜100程度、アモルファスシリコンの薄膜ト
ランジスタではさらに、0.3〜1といわれている。
異なり、ガラス基板等の上にも形成できるため、特に液
晶表示装置(LCD)の駆動回路部を構成する素子への
適用が試みられている。
3に示すような多数の結晶粒で形成され、平均結晶粒径
が大きくなる程、移動度が増大する。ここでいう平均結
晶粒径は、少なくとも2つ以上の結晶粒の平均値であ
る。LCDにおいて、駆動素子となる薄膜トランジスタ
(TFT)の活性層となるポリシリコン膜の移動度の向
上は、その高微細化を達成する上で重要であり、またそ
の移動度のばらつきは、画質に大きな影響を与えている
ため、ポリシリコン膜の結晶粒径を均質に管理する必要
がある。
晶粒径そのものを測定するのが最も確実の手法である。
即ち、検査用のサンプルを最初や途中の製造ロットの中
に混ぜたり、製品を無作為に抜き取り、製造工程におい
て形成したポリシリコン膜の結晶粒径を電子顕微鏡によ
り直接観察して測定していた。
術のようにポリシリコンの結晶粒径の電子顕微鏡で観察
する検査は、人為的な労力と測定結果がでるまでに時間
がかかるため、製造現場では不向きである。
顕微鏡の試料台に載置できないため、割って小さくしな
ければならず、破壊検査となっている。また結晶粒径を
観察するためにポリシリコン膜の表面をエッチングした
り、特殊な処理を施すため、それらの影響をポリシリコ
ン膜が受けていることも想定され、電子顕微鏡により、
直接測定したとしても実際の膜質が正確に測定されてい
るとは限らない。
れたものであり、簡単な手法で多結晶シリコンの結晶化
率の評価を可能とし、これにより製造ばらつきのない、
または、製造歩留まりの高い多結晶シリコン膜の製造方
法を提供することを目的とする。
するために、基板上に配置されたシリコン膜にエネルギ
ーを印加し、多結晶シリコン膜を形成する工程と、前記
多結晶シリコン膜の鏡面光沢を測定する工程と、前記鏡
面光沢に基づいて前記多結晶シリコン膜を選別する工程
とを備える多結晶シリコン膜の製造方法を提供する。
で形成され、エキシマレーザーのエネルギー照射によ
り、多結晶シリコン膜に形成され、その鏡面光沢をJI
SZ8741の鏡面光沢度測定方法に基づき測定する。
前記JISZ8741の鏡面光沢度測定方法に用いる光
源及び受光器は、前記多結晶シリコン膜を形成する基板
の法線に対して、互いに対向した15°〜30°の範囲
内に設定される。
は、多結晶シリコンの製造工程で、非結晶シリコンへエ
キシマレーザを照射にして薄膜形成された多結晶シリコ
ン膜の光沢度をJISZ8741で規定される光沢度の
測定方法に基づき測定する。この測定で、結晶粒径が大
きくなりかつ顆粒が発生していない状態であるとき、電
気伝導度は高くなっていき、且つエキシマレーザアニー
ルされた薄膜表面の光沢度が低くなり、つまり反射率が
低下してくる。
伝導度が良くなることを利用して、鏡面光沢が減少する
範囲内でエネルギーの照射の最適条件を設定し、製造ば
らつきの低減や製造歩留まりを高める。
施形態について詳細に説明する。本発明による多結晶シ
リコン(ポリシリコン)の製造方法は、形成されたポリ
シリコン膜の鏡面光沢度を測定するものであり、例えば
JISZ8741に規定される鏡面光沢度測定方法を利
用するものである。
リシリコンの結晶粒径が最も大きく且つ、顆粒が発生し
ていない状態であるとき、電気伝導度は高くなり、且つ
エキシマレーザアニール(ELA)された薄膜表面の光
沢度は最も低くなることが判明した。
る状態つまり、反射率が低くなる状態が最も電気伝導度
が良くなることを利用して、エキシマレーザアニールの
最適条件を求める。また測定結果に基づいて、不良品が
判別し、次の製造工程への流れ込みを阻止し、若しくは
ELAのエネルギー密度にフィードバックし、常に、最
適条件により、結晶化されたポリシリコンを製造するこ
とで製造歩留まりを向上させるものである。
ポリシリコン結晶化率の評価方法及び、それを利用した
ポリシリコンの製造方法を実現するための構成例を示す
図である。
ラス基板1上にプラズマCVD法により、少なくとも一
層以上に積層された薄膜の最上層にあるアモルファスシ
リコン膜にエキシマレーザを照射して結晶化し、平均結
晶粒径の異なるポリシリコン膜2の試料を用意する。
化膜及び酸化膜がそれぞれ150nm厚で積層された基板
を用いて、測定角度θを20°と設定し、光沢度計3に
よる測定では、図2に示すような電子顕微鏡で測定した
平均結晶粒径と、ELAエネルギー密度( mJ/cm2 )即
ち光沢度との相関が得られた。
最大のとき、光沢度は、極値をとる傾向があり、例え
ば、膜厚40nm〜60nmの範囲のポリシリコン膜で光沢
度約200〜1600が得られる。
度は高くなることから、本実施形態においては、ポリシ
リコンの膜厚40nmで、ELAエネルギー密度が370
( mJ/cm2 )の時に、光沢度が極値となり、光沢度12
00となる。また、ポリシリコンの膜厚60nmで、EL
Aエネルギー密度が370( mJ/cm2 )の時に、光沢度
が極値となり、光沢度200となる。そしてELAエネ
ルギー密度が更に、25( mJ/cm2 )上昇すると、顆粒
が発生する傾向がある。
ザアニールの最適条件を確定し、ポリシリコンの結晶化
率を評価することにより、電気伝導度の最もよいポリシ
リコン膜を製造することができる。
ポリシリコン結晶化率の評価方法による液晶ディスプレ
イの製造方法が非破壊及び非接触による検査で実施でき
ることから、従来のように製造ロットの中にサンプルを
入れる必要もなく、適宜、製品を抜き取って或いは全数
の評価を行うことができ、特に、レーザアニール装置に
光沢度計を備え付けることにより、装置外に取り出さず
に評価することができる。
際の光沢度と比較し、最適な光沢度を100以上上回っ
ている基板は、不良品と見なし、次の製造工程への流れ
込みを阻止する。また、この測定結果に基づいて、最適
な光沢度となるようにレーザアニールのエネルギー密度
を即座に調整し、製造歩留まりを向上させる。
を1つとして1箇所の測定で説明しているが、実施する
場合には、ガラス基板の面内の均一性を見る必要がある
ため、ガラス基板を移動させて複数の箇所で測定を行う
か、複数の光沢度計を配置して、複数の箇所を測定する
ことが望ましい。
光沢度が極値を取ったが、極値を取らなくても光沢度を
絶対値あるいは相対値により結晶粒径を判定することが
できればよい。また本実施形態では、光沢測定角度20
°で測定したが、ポリシリコンの膜厚または下地膜の種
類や膜厚により、相関関係がとれる角度であればよく、
必ずしも20°に限定されるものではない。しかしなが
ら、本発明等の実験によれば、15°〜30°の範囲が
適しており、特に20°における相関が顕著であること
が確認されている。
ば、光沢度からエキシマレーザアニールの最適照射条件
が非接触で確定することができた。また、上記結晶粒径
を評価して、不良品の早期排除または、エキシマレーザ
アニールの最適照射条件の設定により高い製造歩留まり
を確保することができる。
成されるポリシリコンの平均結晶粒径の大きさにより、
表面の光沢が異なることを利用し、光沢度計を用いて、
大型基板の実製品を非接触及び非破壊で評価し、製造ば
らつきの少なく、不良品の早期排除により製造歩留まり
の高い多結晶シリコン膜の製造方法を提供することがで
きる。
について説明するための構成を示す図である。
果の一例を示す図である。
る。
Claims (13)
- 【請求項1】 基板上に配置されたシリコン膜にエネル
ギーを印加し、多結晶シリコン膜を形成する工程と、 前記多結晶シリコン膜の鏡面光沢を測定する工程と、 前記鏡面光沢に基づいて前記多結晶シリコン膜を選別す
る工程と、 を具備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2】 請求項1記載の多結晶シリコン膜の製造
方法において、 前記シリコン膜は、非結晶シリコン膜であり、前記エネ
ルギーがエキシマレーザーの照射によることを特徴とす
る多結晶シリコン膜の製造方法。 - 【請求項3】 請求項1記載の多結晶シリコン膜の製造
方法において、 前記多結晶シリコン膜の鏡面光沢を測定する工程が、J
ISZ8741の鏡面光沢度測定方法に基づくことを特
徴とする多結晶シリコン膜の製造方法。 - 【請求項4】 請求項3記載の多結晶シリコン膜の製造
方法において、 前記JISZ8741の鏡面光沢度測定方法に用いる光
源及び受光器が、前記多結晶シリコン膜を形成する基板
の法線に対して、互いに対向した15°〜30°の範囲
内に設定され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5】 請求項1記載の多結晶シリコン膜の製造
方法において、 前記基板上に形成された多結晶シリコン膜の膜厚が40
mm〜60mmの範囲で有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6】 請求項5記載の多結晶シリコン膜の製造
方法において、 前記多結晶シリコン膜の光沢度が、0〜1400の範囲
で形成され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7】 基板上に配置されたシリコン膜にエネル
ギーを印加し、多結晶シリコン膜を形成する工程と、 前記多結晶シリコン膜の鏡面光沢を測定する工程と、 前記鏡面光沢に基づいて前記エネルギーを調整する工程
と、 を具備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8】 請求項5記載の多結晶シリコン膜の製造
方法において、 前記鏡面光沢が減少する範囲内で前記エネルギーを高め
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9】 請求項7載の多結晶シリコン膜の製造方
法において、 前記シリコン膜非結晶シリコン膜であり、前記エネルギ
ーがエキシマレーザーの照射によ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10】 請求項7記載の多結晶シリコン膜の製
造方法において、 前記多結晶シリコン膜の鏡面光沢を測定する工程が、J
ISZ8741の鏡面光沢度測定方法に基づくことを特
徴とする多結晶シリコン膜の製造方法。 - 【請求項11】 請求項10記載の多結晶シリコン膜の
製造方法において、 前記JISZ8741の鏡面光沢度測定方法に用いる光
源及び受光器が、前記多結晶シリコン膜を形成する基板
の法線に対して、互いに対向した15°〜30°の範囲
内に設定され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12】 請求項7記載の多結晶シリコン膜の製
造方法において、 前記基板上に形成された多結晶シリコン膜の膜厚が40
mm〜60mmの範囲で有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13】 請求項12記載の多結晶シリコン膜の
製造方法において、 前記多結晶シリコン膜の光沢度が0〜1400の範囲で
形成されることを特徴とする多結晶シリコン膜の製造方
法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP07925698A JP4116141B2 (ja) | 1998-03-26 | 1998-03-26 | 結晶シリコン膜の製造方法 |
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JPH11274078A true JPH11274078A (ja) | 1999-10-08 |
JP4116141B2 JP4116141B2 (ja) | 2008-07-09 |
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---|---|---|---|---|
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US7981701B2 (en) | 2004-03-24 | 2011-07-19 | Hitachi Displays, Ltd. | Semiconductor thin film manufacturing method |
-
1998
- 1998-03-26 JP JP07925698A patent/JP4116141B2/ja not_active Expired - Fee Related
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