JPH02297923A - 多結晶シリコン再結晶化法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、平面表示装置の駆動用トランジスタを構成す
る基本要素である薄膜の多結晶シリコンの再結晶化方法
に関する。

【従来の技術〕

近年、ＥＬＤＳＬＣＤ等の表示装置が大容量化するにつ
れて、各セルを、ＴＦＴで駆動するアクティブマトリッ
クス駆動方式が検討されるように、なってきた。この方
式では、各セル毎に設けられたＴＰＴの他に、Ｘ１Ｙの
電極線を駆動するためのドライバが必要であるが、これ
らはＴＰＴと共にガラス基板の上にＩＣ化されるのがコ
スト低減のために望ましい。このドライバを構成するト
ランジスタとしては、高速に動作するほど、表示装置の
性能が向上し、大容量化が可能になる。

通常よく用いられる低圧ＣＶＤ法で成膜された多結晶シ
リコンの移動度は非常に低く数ｃ＋ｆ／Ｖｓｅｃ程度で
あり、単結晶シリコンと比べて２桁も小さい。低圧ＣＶ
Ｄ法で成膜された多結晶シリコンの移動度が単結晶シリ
コンに比べて２桁も低い原因としては、ダングリングボ
ンドが多く、結晶の粒界カ多くのトラップ順位を持つた
めに、この電気的に活性なトラップにキャリアが捕えら
れ、周辺領域を空乏化し、電位障壁が形成されるからと
考えられている。このような問題を解決するために、水
素イオンでダングリングボンドをターミネイトすること
により電位障壁をなくす水素プラズマ処理法も検討され
ているが、高々１０ｃｄ／ＶｓθＣ程度の移動度しか得
らていない。これに対し、多結晶シリコン薄膜に電子ビ
ームやレーザービームを照射することにより溶融再結晶
化して、結晶粒度の大きい、若しくは粒界のほとんどな
い単結晶膜を得る方法も検討されている。

次に、第２図を用いて、従来の多結晶シリコンの再結晶
化法の例を説明する。

ガラス基板２０１上に島状に設けた多結晶シリコン層２
０５を二酸化珪素や窒化珪素等の絶縁膜からなるキャッ
プ層２０６で覆い、その上からＣｗＡｒレーザーやパル
スモードのＹＡＧレーザーでスポット上のビームを走査
照射する。この場合、キャップ層２０６は溶融したシリ
コンが蒸発するのを防止するために設けられているもの
である。

高エネルギーのビームで照射すると、多結晶シ１ｙコン
が溶融するために、ガラス基板２０１との界面付近の温
度はシリコンの溶融点（〜１４００℃）近くになる。こ
のためガラス基板２０１としては石英ガラスのごとき高
融点ガラスに制限される。また石英ガラスは熱伝導率が
低いので、多結晶シリコン層２０５の結晶粒子の成長に
不適当な（エツジ部より中央部の温度が高い）熱分布が
でき、結晶性のよい膜が形成されにくい。

第３図は、従来の多結晶シリコン再結晶化法の第２例を
説明するための図である。

この第２例は、第１の例よりも簡便な手法であり、石英
基板３０１上の多結晶シリコン層３０５に直接ビーム状
のレーザー光３０７を照射して溶融再結晶化する方法を
用いている。この場合も、ガラス基板３０１の界面付近
の温度は第１の例と同じように高温に達するので、ガラ
ス基板３０１としては石英ガラスに制限される。

第４図は、従来の多結晶シリコン再結晶化法の第３の例
を説明するための図である。

この第３例の公開特許公報（Ａ）昭６２−．１８１４１
９のものであり、減圧ＣＶＤで形成された多結晶シリコ
ン層の結晶粒径を大きくすることを特徴としている。こ
の第３例の多結晶シリコンの再結晶化法は、ガラス基板
上に４０２の絶縁膜と４０３の高熱伝導層膜を積層し、
さらに該高熱伝導層上に絶縁膜４０４と多結晶シリコン
層４０５と該多結晶シリコン層を覆う絶縁層４０６から
なるキャップ層とを島状に連続して積み重ね、前記キャ
ップ層上から高エネルギービームとしてレーザー光４０
７を照射している。

〔発明が解決しようとする課題〕

第３例の方法では低圧ＣＶＤで形成された多結晶層より
も結晶粒度の大きい多結晶層膜を得るものの、ヒートシ
ンク材４０３が多結晶シリコン層４０５より広い範囲に
わたって形成されていることにより、高エネルギービー
ムを照射したときに発生する島状多結晶シリコン層４０
５の周辺部と中央部の熱は、はぼ一様に高熱伝導絶縁膜
４０４を通じてヒートシンク材４０３に伝導する。この
ため多結晶シリコン層の中心部が低くなるエツジヒート
シンク効果が効率よく行なわれないので、高精細高階調
の平面表示装置の駆動ＴＦＴ用の粒界のほとんどない単
結晶用シリコンは容易に得られ難かった。

本発明はかかる欠点を除きシリコン層から熱が高熱伝導
層を伝導しシリコン層から効率よく熱が放散することが
できるヒートシンク層を設けて、基板への熱的影響の少
ない多結晶シリコンの再結晶化及する方法を、提供する
ものである。

ところで、石英ガラス基板上に形成されたドライバをＥ
ＬＤやＬＣＤ等の表示装置と一体化すると、表示装置の
価格は高くなる。更に表示価格が大きくなるほど、基板
の価格が大きな役割を占めるようになる。従来の方法で
は、高温処理にともなう熱歪により安価な（例えばコー
ニング社製７０５９）ガラスを使うことが不可能だった
ので表示装置が高くならざるを得なかった。また島状に
設けた多結晶シリコンを再結晶する際の温度分布が結晶
粒子の成長には不適当になるため（中央部が高温）、結
晶性のよい膜を容易に形成し難かった。

更に従来技術である公開特許公報昭６２−１８１４１９
の方法で低圧ＣＶＤの多結晶シリコンよりは結晶粒度の
大きな多結晶シリコンが得られるものの高速駆動ＴＰＴ
に必要な粒界のほとんどない単結晶シリコンは得られ難
かった。

本発明の目的はかかる従来の欠点を取り除き、低熱伝導
度の絶縁膜と高熱伝導度のパターニングされたヒートシ
ンク層を設けて、基板への熱的影響のない粒界のほとん
どない単結晶シリコンを効率よく再結晶化する方法を提
供することにある。

【課題を解決するための手段〕

本発明の多結晶シリコン再結晶化法は、ガラス基盤上に
第１の絶縁膜を形成し、さらに第１の絶縁層上に高熱伝
導層を形成し該高熱伝導層をパターニングし、さらに該
高熱伝導層上に第２の絶縁膜と該多結晶シリコン層を覆
う第３の絶縁膜からなるキャップ層とを連続して積み重
ね、前記キャップ層上から高エネルギービームを照ＩＳ
、Ｉして前記多結晶シリコン層を単結晶化することを特
徴とする。

〔作　用〕

ガラス基板上に適当な膜厚の二酸化珪素のごとき絶縁膜
とタングステンの様な高融点金属からなる高熱伝導層と
を形成し、更に該高熱伝導層を、効率よく熱伝導し熱放
散できるよう所望の形状にパターニングし、更にＡＩＮ
のような高熱伝導絶縁膜を該高熱伝導層上に形成する。

さらに多結晶シリコン層を島状に形成する。さらに窒化
珪素のような絶縁膜からなるキャップ層でこれら高熱伝
導絶縁膜と多結晶シリコン層を覆う。この上から、ｃｗ
ＡｒレーザーやパルスモードのＹＡＧレーザーを用いて
ビームを照射すると、多結晶シリコンは溶融再結晶化さ
れ高熱転勤絶縁膜上の多結晶は単結晶化される。

この場合、多結晶シリコン層の下に、熱伝導度の高い絶
縁膜及び高融点金属を設けであるので、熱はこの高熱伝
導絶縁膜を通して金属膜へと伝導し、熱伝導率の著しく
小さい二酸化珪素膜で阻止され、島状の多結晶シリコン
層の領域外に延びて設けられている高融点金属膜からほ
とんどの熱が外部へ放散されることになる。従って、多
結晶シリコン層に高エネルギービームを照射している時
の多結晶シリコン層の温度は融点近傍になるが、二酸化
珪素膜下のガラス基板の温度は二酸化珪素膜 なり、熱歪点が約６００℃の（例えばコーニング社製７
０５９）ガラスを基板として用いることができるように
なる。さらに、高熱伝導膜を基板全面にではなく島状の
多結晶層よりも範囲の狭い中央部に設けたことにより、
レーザービームを照射したときに多結晶シリコン膜の中
心部の温度が周辺部より低くなり、単結晶シリコンが成
長する。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。

第１図は本発明の１実施例となる多結晶シリコンの多結
晶化を説明するための図である。

まずガラス基板１０１上に二酸化珪素のような低熱伝導
度を持つ第１の絶縁膜１０２とＷやＭ。

の様な高融点金属からなる高熱伝導層１０３を形成する
。高熱伝導層として１０３としては、必ずしも高融点金
属にのみこだわるわけでなく、ほかの高熱伝導度を有す
る不純物を導入した多結晶シリコンのような膜であって
もよい。

この高熱転勤層１０３を図２のように帯状にパターニン
グする。更に該帯状の高熱伝導層１０３と該絶縁膜１０
１上に、窒化アルミ等の高熱伝導度を有する絶縁１１！
ＩＩ　０４を形成する。さらに該絶縁膜１０４上に多結
晶シリコン１０５を島状に形成する。なお絶縁膜１０４
は、多結晶シリコン１０５を加熱したときに高熱伝導層
１０３と多結晶シリコン層中に不純物が混入して膜質が
部分的に劣化するのを防止するために設けている。絶縁
膜１０４としては熱をよく伝導する薄い膜厚からなる二
酸化珪素膜であってもよい。

次に島状の多結晶シリコン層１０５を二酸化珪素膜や窒
化珪素膜あるいは、二酸化珪素と窒化珪素の多層膜から
なるキャップ層１０６で覆い、その上からｃｗＡｒレー
ザーやパルスモードのＹＡＧレーザ−ビームによりレー
ザ光１０７を照射する。するＦ１多結晶シリコン層１０
５は溶融され、加えられた熱エネルギーは、まず絶縁膜
１０４を通り次に高熱伝導層１０３を通る。高熱伝導層
１０３は島状のシリコン層の中心部にあるため、周辺部
よりも中心のシリコンの熱がまず放散するため多結晶シ
リコン層の周辺部よりも中心部の温度が低い、いわゆる
エツジヒーティング効果が効率よく起こることにより高
品質の単結晶化膜が得られる。

一方、ヒートシンク材としての高熱伝動層１０３の下に
設けである絶縁膜１０２の熱伝導度は、例えば二酸化珪
素の場合は珪素に比べても３桁以上も小さいので、下の
ガラス基板１０１への熱伝導は大部分阻止される。従っ
て、熱伝導を阻止する絶縁膜の１０２の膜厚を適切に選
べば、ガラス基板１０１としては高砺な石英基板でなく
、安価な（例えばコーニング社製７０５９）ガラスを使
うこともできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、多結晶シリコン層
の下にヒートシンク用の高熱伝導層を、熱が効果的に多
結晶シリコン層の中心部から周辺部へ伝導し外部へ放散
するようにパターニングしているので、エツジヒーティ
ング効果が従来の技・術よりもよりよく作用するため、
はとんど粒界のない単結晶シリコン膜が得られる。

また基板に対する発熱効果を小さくすることができるの
で、石英よりも低い歪点を持つ（例えばコーニング社製
７０５９）ガラス基板上にも単結晶シリコン膜を形成す
ることができるので、平面表示装置の駆動用のＴＰＴを
石英等の高価なガラス上に形成する必要がないので、駆
動用トランジスタを同一基板内に形成した平面表示装置
の価格が安価になる。

さらにほとんど粒界のない単結晶シリコンによって高速
動作の駆動用ＴＰＴが形成されるため、高精細、高階調
表示の平面表示装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は第１図（ｂ）は、それぞれ本発明の第１
の実施例を説明するための断面図と平面図、第２図及び
第３図、第４図は従来の多結晶シリコンの再結晶化法を
説明するための図である。 １０１．２０１．３０１．４０１ 働・舎ガラス基板 １０２．４０２伽・・絶縁膜 １０３．４０３・・・高温伝導層 １’０４．４０４・・Φ絶縁膜 １０５．２０５．３０５．４０５ ・・・多結晶シリコン層 １０６．２０６．４０６ ・・・キャップ層 以上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人　弁理士　鈴　木　喜三部（他１名）ｒｏ７レー
イ噴−ド 第１図（ａ） 第２図 ノ０７　レーイー札− 第３図 ｏ７　レーザーも 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガラス基板上に第１の絶縁膜を形成し、次に第１
   の絶縁膜上に高熱伝導層を形成し該高熱伝導層をパター
   ニングし、さらに該高熱伝導層上に第２の絶縁膜と多結
   晶シリコン層を覆う第３の絶縁膜からなるキャップ層と
   を連続して積み重ね、前記キャップ層上から高エネルギ
   ービームを照射して前記多結晶シリコン層を単結晶化す
   ることを特徴とする多結晶シリコン再結晶化法。