JPH11102861A - 多結晶シリコン薄膜の製造方法 - Google Patents
多結晶シリコン薄膜の製造方法Info
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- JPH11102861A JPH11102861A JP9260303A JP26030397A JPH11102861A JP H11102861 A JPH11102861 A JP H11102861A JP 9260303 A JP9260303 A JP 9260303A JP 26030397 A JP26030397 A JP 26030397A JP H11102861 A JPH11102861 A JP H11102861A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 多結晶シリコン薄膜の製造プロセスにおい
て、プラズマCVDにより堆積された非晶質シリコン薄
膜の脱水素処理を効果的に行う方法を提供する。 【解決手段】 プラズマCVD装置の反応室内に基板1
を収容し、反応ガス及びキャリアガスを供給しながら、
プラズマ放電により基板上に非晶質シリコン薄膜3を堆
積する。非晶質シリコン薄膜3の堆積終了後、反応室内
に前記基板を放置して、非晶質シリコン薄膜3の脱水素
処理を行う。なお、放置の際、反応室内へのキャリアガ
スの供給を続けながら、反応室内の圧力を堆積時の圧力
よりも高めに調整する。脱水素処理の終了後、前記基板
を反応室内から取り出し、非晶質シリコン薄膜3にXe
Clエキシマレーザを照射して、多晶質シリコン薄膜4
に変える。
て、プラズマCVDにより堆積された非晶質シリコン薄
膜の脱水素処理を効果的に行う方法を提供する。 【解決手段】 プラズマCVD装置の反応室内に基板1
を収容し、反応ガス及びキャリアガスを供給しながら、
プラズマ放電により基板上に非晶質シリコン薄膜3を堆
積する。非晶質シリコン薄膜3の堆積終了後、反応室内
に前記基板を放置して、非晶質シリコン薄膜3の脱水素
処理を行う。なお、放置の際、反応室内へのキャリアガ
スの供給を続けながら、反応室内の圧力を堆積時の圧力
よりも高めに調整する。脱水素処理の終了後、前記基板
を反応室内から取り出し、非晶質シリコン薄膜3にXe
Clエキシマレーザを照射して、多晶質シリコン薄膜4
に変える。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、多結晶シリコン薄
膜の製造方法に係り、特に、プラズマCVDによって堆
積された非結晶シリコン薄膜の脱水素処理の方法に関す
る。
膜の製造方法に係り、特に、プラズマCVDによって堆
積された非結晶シリコン薄膜の脱水素処理の方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】アクティブマトリックス型液晶表示装置
では、従来、画素のスイッチング素子として、半導体活
性層に非晶質シリコン薄膜を用いた非晶質シリコン薄膜
トランジスタが使用されてきた。これは、表示領域の大
面積化に適したガラス基板(耐熱性が低い)の上に、プ
ラズマCVDによって、比較的低温で且つ均一性良く非
晶質シリコン薄膜を形成できることによる。
では、従来、画素のスイッチング素子として、半導体活
性層に非晶質シリコン薄膜を用いた非晶質シリコン薄膜
トランジスタが使用されてきた。これは、表示領域の大
面積化に適したガラス基板(耐熱性が低い)の上に、プ
ラズマCVDによって、比較的低温で且つ均一性良く非
晶質シリコン薄膜を形成できることによる。
【0003】一方、近年、駆動回路一体型の液晶表示装
置が開発されている。駆動回路一体型の液晶表示装置で
は、同一の基板上で表示領域(画素領域)の周辺に駆動
回路が配置され、画素のスイッチング素子に加えて、周
辺駆動回路にも薄膜トランジスタが使用される。この様
な、周辺駆動回路に使用される薄膜トランジスタには、
特に高速性が要求される。このため、駆動回路一体型の
液晶表示装置では、移動度が非晶質シリコンと比べて格
段に大きい多結晶シリコン薄膜を半導体活性層に用いた
多結晶シリコン薄膜トランジスタが使用される。
置が開発されている。駆動回路一体型の液晶表示装置で
は、同一の基板上で表示領域(画素領域)の周辺に駆動
回路が配置され、画素のスイッチング素子に加えて、周
辺駆動回路にも薄膜トランジスタが使用される。この様
な、周辺駆動回路に使用される薄膜トランジスタには、
特に高速性が要求される。このため、駆動回路一体型の
液晶表示装置では、移動度が非晶質シリコンと比べて格
段に大きい多結晶シリコン薄膜を半導体活性層に用いた
多結晶シリコン薄膜トランジスタが使用される。
【0004】多結晶シリコン薄膜は、通常、次の様に形
成される。先ず、ガラス基板上にプラズマCVDによっ
て非晶質シリコン薄膜を堆積する。次に、以下の様に、
非晶質シリコン薄膜の脱水素処理を行う。即ち、非晶質
シリコン薄膜が堆積されたガラス基板を加熱炉の中に収
容し、減圧雰囲気下、ガラス基板の耐用温度以下の温度
で(例えば、400℃〜500℃)、非晶質シリコン薄
膜にアニールを施し、非晶質シリコン薄膜から水素を放
出させる。最後に、非晶質シリコン薄膜にエキシマレー
ザを照射して、非晶質シリコン薄膜を融解及び再凝固さ
せて、多結晶シリコン薄膜に変える。
成される。先ず、ガラス基板上にプラズマCVDによっ
て非晶質シリコン薄膜を堆積する。次に、以下の様に、
非晶質シリコン薄膜の脱水素処理を行う。即ち、非晶質
シリコン薄膜が堆積されたガラス基板を加熱炉の中に収
容し、減圧雰囲気下、ガラス基板の耐用温度以下の温度
で(例えば、400℃〜500℃)、非晶質シリコン薄
膜にアニールを施し、非晶質シリコン薄膜から水素を放
出させる。最後に、非晶質シリコン薄膜にエキシマレー
ザを照射して、非晶質シリコン薄膜を融解及び再凝固さ
せて、多結晶シリコン薄膜に変える。
【0005】この様に非晶質シリコン薄膜の脱水素処理
を行うのは、次に理由による。即ち、プラズマCVDに
よって堆積された非晶質シリコン薄膜の中には、多量の
水素が含有されている。このため、その状態のままでレ
ーザビーム照射を行うと、非晶質シリコン薄膜から水素
が急激に放出されることによって、アブレーション(ab
lation)と呼ばれる現象が起こり、多結晶シリコン薄膜
に欠陥が生ずる。
を行うのは、次に理由による。即ち、プラズマCVDに
よって堆積された非晶質シリコン薄膜の中には、多量の
水素が含有されている。このため、その状態のままでレ
ーザビーム照射を行うと、非晶質シリコン薄膜から水素
が急激に放出されることによって、アブレーション(ab
lation)と呼ばれる現象が起こり、多結晶シリコン薄膜
に欠陥が生ずる。
【0006】従来、脱水素処理は、上記の様に、プラズ
マCVD装置と別に設けられた専用の加熱炉を使用して
行われていた。この様な加熱炉内での脱水素処理は、ガ
ラス基板の加熱及び冷却時間を含めると数時間程度の長
い時間が必要になる。更に、プラズマCVDの終了後、
一旦、上記基板を大気中に曝すので、場合によっては、
脱水素処理の前に上記基板を洗浄しなければならないこ
ともある。
マCVD装置と別に設けられた専用の加熱炉を使用して
行われていた。この様な加熱炉内での脱水素処理は、ガ
ラス基板の加熱及び冷却時間を含めると数時間程度の長
い時間が必要になる。更に、プラズマCVDの終了後、
一旦、上記基板を大気中に曝すので、場合によっては、
脱水素処理の前に上記基板を洗浄しなければならないこ
ともある。
【0007】以上の様な背景から、非晶質シリコン薄膜
の脱水素処理の工程は、多結晶シリコン型薄膜トランジ
スタの製造プロセスにおいて、生産性を妨げる要因の一
つとなっていた。
の脱水素処理の工程は、多結晶シリコン型薄膜トランジ
スタの製造プロセスにおいて、生産性を妨げる要因の一
つとなっていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の様な
問題に鑑み成されたもので、本発明の目的は、多結晶シ
リコン薄膜の製造プロセスにおいて、プラズマCVDに
よって堆積された非晶質シリコン薄膜に対して、効率良
く脱水素処理を行う方法を提供することにある。
問題に鑑み成されたもので、本発明の目的は、多結晶シ
リコン薄膜の製造プロセスにおいて、プラズマCVDに
よって堆積された非晶質シリコン薄膜に対して、効率良
く脱水素処理を行う方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の多結晶シリコン
薄膜の製造方法は、プラズマCVD装置の反応室内に基
板を収容し、反応室内に反応ガス及びキャリアガスを供
給しながら、プラズマ放電により基板上に非晶質シリコ
ン薄膜を堆積し、堆積終了後、減圧雰囲気下で前記反応
室内に前記基板を放置することにより、非晶質シリコン
薄膜に脱水素処理を施し、脱水素処理終了後、前記基板
を前記反応室内から取り出し、非晶質シリコン薄膜にレ
ーザビームを照射することにより、非晶質シリコン薄膜
を多結晶化することを特徴とする。
薄膜の製造方法は、プラズマCVD装置の反応室内に基
板を収容し、反応室内に反応ガス及びキャリアガスを供
給しながら、プラズマ放電により基板上に非晶質シリコ
ン薄膜を堆積し、堆積終了後、減圧雰囲気下で前記反応
室内に前記基板を放置することにより、非晶質シリコン
薄膜に脱水素処理を施し、脱水素処理終了後、前記基板
を前記反応室内から取り出し、非晶質シリコン薄膜にレ
ーザビームを照射することにより、非晶質シリコン薄膜
を多結晶化することを特徴とする。
【0010】本発明の多結晶シリコン薄膜の製造方法に
よれば、プラズマCVDにより非晶質シリコン薄膜を堆
積した後、基板をプラズマCVD装置の反応室内に収容
した状態のままで、連続的に非晶質シリコン薄膜の脱水
素処理を行う。非晶質シリコン薄膜の堆積の際、既に基
板の温度が高くなっているので、脱水素処理の前に改め
て基板を加熱する必要はない。同時に、基板の冷却は、
脱水素処理の終了後の一回のみで済む。従って、従来の
様に専用の加熱炉を用いて脱水素処理を行う場合と比較
して、再加熱及び再冷却の時間を省くことができる。ま
た、プラズマCVDの終了後、基板を大気に曝すことが
ないので、脱水素処理の前に基板を洗浄する必要もな
い。この結果、多結晶シリコン薄膜の製造プロセスに要
する時間を、大幅に短縮することができる。
よれば、プラズマCVDにより非晶質シリコン薄膜を堆
積した後、基板をプラズマCVD装置の反応室内に収容
した状態のままで、連続的に非晶質シリコン薄膜の脱水
素処理を行う。非晶質シリコン薄膜の堆積の際、既に基
板の温度が高くなっているので、脱水素処理の前に改め
て基板を加熱する必要はない。同時に、基板の冷却は、
脱水素処理の終了後の一回のみで済む。従って、従来の
様に専用の加熱炉を用いて脱水素処理を行う場合と比較
して、再加熱及び再冷却の時間を省くことができる。ま
た、プラズマCVDの終了後、基板を大気に曝すことが
ないので、脱水素処理の前に基板を洗浄する必要もな
い。この結果、多結晶シリコン薄膜の製造プロセスに要
する時間を、大幅に短縮することができる。
【0011】好ましくは、非晶質シリコン薄膜の堆積終
了後、キャリアガスを供給しながら前記反応室内に前記
基板を放置する。更に、好ましくは、非晶質シリコン薄
膜の堆積終了後、非晶質シリコン薄膜の堆積時よりも高
い圧力で前記反応室内に前記基板を放置する。一般に、
脱水素処理は温度が高いほど効率良く行われる。放置の
際、同じガス流量のままであれば、反応室内の圧力を堆
積時よりも高く設定することにより、短時間で基板の温
度を上昇させることができるので、短時間で水素の放出
を行わせることができる。
了後、キャリアガスを供給しながら前記反応室内に前記
基板を放置する。更に、好ましくは、非晶質シリコン薄
膜の堆積終了後、非晶質シリコン薄膜の堆積時よりも高
い圧力で前記反応室内に前記基板を放置する。一般に、
脱水素処理は温度が高いほど効率良く行われる。放置の
際、同じガス流量のままであれば、反応室内の圧力を堆
積時よりも高く設定することにより、短時間で基板の温
度を上昇させることができるので、短時間で水素の放出
を行わせることができる。
【0012】また、好ましくは、非晶質シリコン薄膜の
堆積終了後、基板加熱用のヒータの出力を非晶質シリコ
ン薄膜の堆積時の値のまま維持した状態で、前記反応室
内に前記基板を放置する。この様に、プラズマCVDの
工程から脱水素処理の工程に移行する際、ガス流量は変
えずに圧力を高くし、基板加熱用のヒータの出力を一定
の値で維持することにより、次のプラズマCVDの工程
を開始する際における反応室内の温度調整のための時間
を短縮することができる。
堆積終了後、基板加熱用のヒータの出力を非晶質シリコ
ン薄膜の堆積時の値のまま維持した状態で、前記反応室
内に前記基板を放置する。この様に、プラズマCVDの
工程から脱水素処理の工程に移行する際、ガス流量は変
えずに圧力を高くし、基板加熱用のヒータの出力を一定
の値で維持することにより、次のプラズマCVDの工程
を開始する際における反応室内の温度調整のための時間
を短縮することができる。
【0013】また、好ましくは、前記反応室内で基板上
に非晶質シリコン薄膜を堆積する際、前記基板の温度を
400℃以上とする。なお、好ましくは、前記反応室内
に前記基板を放置する時間t(秒)は、前記非晶質シリ
コン薄膜の膜厚をd(オングストローム)、放置の際の
前記基板の温度をθ(℃)とするとき、下記の条件を満
足する様に設定する。
に非晶質シリコン薄膜を堆積する際、前記基板の温度を
400℃以上とする。なお、好ましくは、前記反応室内
に前記基板を放置する時間t(秒)は、前記非晶質シリ
コン薄膜の膜厚をd(オングストローム)、放置の際の
前記基板の温度をθ(℃)とするとき、下記の条件を満
足する様に設定する。
【0014】 t>d2 /(A× expB) ・・・(1) 但し、 A= 6.0 ×1014 B=−2.56×10-19 /(k×(273 +θ)) k= 1.38 ×10-23 (1)式は、下記の様に導かれる。
【0015】非晶質シリコン薄膜からの水素の脱離速度
は、非晶質シリコン薄膜中の水素の拡散によって律速さ
れる。具体的には、水素の平均移動距離λが非晶質シリ
コン薄膜の膜厚dと比べて大きい時に、脱水素処理の効
果が生ずる。非晶質シリコン薄膜中の水素の拡散係数を
D[cm2 /sec]、放置時間をt[sec]とする
と、放置時間内の水素の平均移動距離λ[cm]は、次
式で表される: λ=(2×D×t)+1/2 従って、上記の条件は次式で表される: d<(2×D×t)+1/2×108 この式から、効率的な脱水素処理を行うために必要な放
置時間は次式で表される: t>d2 /(1016×2×D)・・・(2) ここで、 D =DO× exp(−Ed/kT) DO=3×10-2 [cm2 /sec] Ed=1.6×1.60×10-19 [J] なお、Edは水素の拡散エネルギー(1.6eV)、T
は非晶質シリコン薄膜の温度[K]、kはボルツマン定
数[ 1.38 ×10-23 J/k]である。
は、非晶質シリコン薄膜中の水素の拡散によって律速さ
れる。具体的には、水素の平均移動距離λが非晶質シリ
コン薄膜の膜厚dと比べて大きい時に、脱水素処理の効
果が生ずる。非晶質シリコン薄膜中の水素の拡散係数を
D[cm2 /sec]、放置時間をt[sec]とする
と、放置時間内の水素の平均移動距離λ[cm]は、次
式で表される: λ=(2×D×t)+1/2 従って、上記の条件は次式で表される: d<(2×D×t)+1/2×108 この式から、効率的な脱水素処理を行うために必要な放
置時間は次式で表される: t>d2 /(1016×2×D)・・・(2) ここで、 D =DO× exp(−Ed/kT) DO=3×10-2 [cm2 /sec] Ed=1.6×1.60×10-19 [J] なお、Edは水素の拡散エネルギー(1.6eV)、T
は非晶質シリコン薄膜の温度[K]、kはボルツマン定
数[ 1.38 ×10-23 J/k]である。
【0016】これらの値を、(2)式に代入することに
より(1)式が導かれる。なお、本発明の多結晶シリコ
ン薄膜の製造方法は、装置熱容量の小さい枚葉式プラズ
マCVD装置において特に効果的である。
より(1)式が導かれる。なお、本発明の多結晶シリコ
ン薄膜の製造方法は、装置熱容量の小さい枚葉式プラズ
マCVD装置において特に効果的である。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
1を用いて説明する。先ず、図1(a)に示すように、
ガラス基板1上に、プラズマCVDで酸化シリコン薄膜
2を厚さ1000オングストロームで堆積した。酸化シ
リコン薄膜2の上に、枚葉式の平行平板型プラズマCV
D装置を用いて、非晶質シリコン薄膜3を堆積した。そ
の際の条件は、SiH4 /Ar流量比=1/20、反応
室内の圧力=1Torr、RF出力=100W、電極間
距離=25mm、基板温度=420℃、堆積速度=70
0オングストローム/min、であった。
1を用いて説明する。先ず、図1(a)に示すように、
ガラス基板1上に、プラズマCVDで酸化シリコン薄膜
2を厚さ1000オングストロームで堆積した。酸化シ
リコン薄膜2の上に、枚葉式の平行平板型プラズマCV
D装置を用いて、非晶質シリコン薄膜3を堆積した。そ
の際の条件は、SiH4 /Ar流量比=1/20、反応
室内の圧力=1Torr、RF出力=100W、電極間
距離=25mm、基板温度=420℃、堆積速度=70
0オングストローム/min、であった。
【0018】非晶質シリコン薄膜3の厚さが所定の値の
到達した後、RF出力を切るとともにSiH4 の供給を
停止した。プラズマCVD工程の終了後、引き続き加熱
用ヒータの出力を一定に維持した状態で、圧力調整バル
ブの開閉度を絞って反応室内の圧力を4Torrまで上
昇させ、この状態で基板を反応室内に放置して、非晶質
シリコン薄膜3の脱水素処理を行った。所定の時間(後
述)が経過した後、反応室内から基板を取り出した。
到達した後、RF出力を切るとともにSiH4 の供給を
停止した。プラズマCVD工程の終了後、引き続き加熱
用ヒータの出力を一定に維持した状態で、圧力調整バル
ブの開閉度を絞って反応室内の圧力を4Torrまで上
昇させ、この状態で基板を反応室内に放置して、非晶質
シリコン薄膜3の脱水素処理を行った。所定の時間(後
述)が経過した後、反応室内から基板を取り出した。
【0019】次に、図1(b)に示す様に、ガラス基板
1上に形成された非晶質シリコン薄膜3に、XeClエ
キシマレーザ(波長308nm;パルス発振)を照射
し、非晶質シリコン薄膜3の溶融及び再凝固を行い、多
結晶シリコン薄膜4を形成した。
1上に形成された非晶質シリコン薄膜3に、XeClエ
キシマレーザ(波長308nm;パルス発振)を照射
し、非晶質シリコン薄膜3の溶融及び再凝固を行い、多
結晶シリコン薄膜4を形成した。
【0020】図2に、上記の様にプラズマCVDの工程
を終了させて脱水素処理の工程に移行した際の基板の温
度変化の測定結果を示す。図2に示す様に、反応室内の
圧力が1Torr(SiH4 /Ar供給)から4Tor
r(Ar供給)に上昇するのに伴い、基板温度が約42
0℃から約440℃まで上昇している。
を終了させて脱水素処理の工程に移行した際の基板の温
度変化の測定結果を示す。図2に示す様に、反応室内の
圧力が1Torr(SiH4 /Ar供給)から4Tor
r(Ar供給)に上昇するのに伴い、基板温度が約42
0℃から約440℃まで上昇している。
【0021】ところで、プラズマCVD工程の終了後の
放置時間をなるべく短くするためには、プラズマCVD
の際の基板温度を高くして、元々の薄膜中の水素含有量
を減少させるとともに、放置時の基板温度も高くするこ
とが効果的である。上記の様に、プラズマCVDによる
非晶質シリコン薄膜の堆積後、反応室内の圧力を堆積時
よりも高くして反応室内に基板を放置することによっ
て、基板の温度が堆積時よりも上昇し、短い時間で水素
を放出させることができる。
放置時間をなるべく短くするためには、プラズマCVD
の際の基板温度を高くして、元々の薄膜中の水素含有量
を減少させるとともに、放置時の基板温度も高くするこ
とが効果的である。上記の様に、プラズマCVDによる
非晶質シリコン薄膜の堆積後、反応室内の圧力を堆積時
よりも高くして反応室内に基板を放置することによっ
て、基板の温度が堆積時よりも上昇し、短い時間で水素
を放出させることができる。
【0022】なお、上記の方法は、特に、枚葉式のプラ
ズマCVD装置において効果的である。これは、枚葉式
のプラズマCVD装置では、一枚ずつ基板が処理される
ので、系の熱容量が小さく、このため、非晶質シリコン
薄膜の堆積後、基板を放置する際に、ガス流量をほぼ一
定にした場合、反応室内の圧力を高くすることによって
生ずる温度上昇が大きくなるからである。
ズマCVD装置において効果的である。これは、枚葉式
のプラズマCVD装置では、一枚ずつ基板が処理される
ので、系の熱容量が小さく、このため、非晶質シリコン
薄膜の堆積後、基板を放置する際に、ガス流量をほぼ一
定にした場合、反応室内の圧力を高くすることによって
生ずる温度上昇が大きくなるからである。
【0023】図3に、非晶質シリコン薄膜の堆積後、上
記の条件でプラズマCVD装置内に基板を放置して非晶
質シリコン薄膜の脱水素処理を行った場合の、放置時間
と、アブレーションが発生するエキシマレーザのエネル
ギー密度との関係を示す。なお、パラメータとして非晶
質シリコン薄膜の膜厚(400〜700オングストロー
ム)を用いている。
記の条件でプラズマCVD装置内に基板を放置して非晶
質シリコン薄膜の脱水素処理を行った場合の、放置時間
と、アブレーションが発生するエキシマレーザのエネル
ギー密度との関係を示す。なお、パラメータとして非晶
質シリコン薄膜の膜厚(400〜700オングストロー
ム)を用いている。
【0024】図3から分かる様に、プラズマCVD工程
の終了後、数分間、反応室内に基板を放置することによ
って、400〜700オングストロームの各膜厚におい
て、アブレーションが発生するエキシマレーザのエネル
ギー密度の値が上昇している。即ち、アブレーションに
対する耐性が向上している。
の終了後、数分間、反応室内に基板を放置することによ
って、400〜700オングストロームの各膜厚におい
て、アブレーションが発生するエキシマレーザのエネル
ギー密度の値が上昇している。即ち、アブレーションに
対する耐性が向上している。
【0025】なお、非晶質シリコン薄膜をレーザ照射に
よって多結晶化する際、通常、レーザのエネルギー密度
が大きくなるに従って、結晶粒径も大きくなるが、エネ
ルギー密度が大き過ぎると再アモルファス化が起こり、
結晶粒径が逆に小さくなってしまう。従って、再アモル
ファス化が起こる値以下のエネルギー密度で、アブレー
ションが発生しなければ、非晶質シリコン薄膜のレーザ
照射に対する耐性は十分と判定される。図3には、各膜
厚における、再アモルファス化が起きるエネルギー密度
も併せて示されている。
よって多結晶化する際、通常、レーザのエネルギー密度
が大きくなるに従って、結晶粒径も大きくなるが、エネ
ルギー密度が大き過ぎると再アモルファス化が起こり、
結晶粒径が逆に小さくなってしまう。従って、再アモル
ファス化が起こる値以下のエネルギー密度で、アブレー
ションが発生しなければ、非晶質シリコン薄膜のレーザ
照射に対する耐性は十分と判定される。図3には、各膜
厚における、再アモルファス化が起きるエネルギー密度
も併せて示されている。
【0026】図4は、図3に示されたデータに基づき、
非晶質シリコン薄膜の膜厚d[オングストローム]と、
再アモルファス化が起こる値以下のエネルギー密度では
アブレーションが発生しない状態まで脱水素処理を行う
ために要する放置時間t[秒]との関係を表したもので
ある。
非晶質シリコン薄膜の膜厚d[オングストローム]と、
再アモルファス化が起こる値以下のエネルギー密度では
アブレーションが発生しない状態まで脱水素処理を行う
ために要する放置時間t[秒]との関係を表したもので
ある。
【0027】非晶質シリコン薄膜中の水素の拡散係数を
D[cm2 /sec]、放置時間をt[秒]とすると、
放置時間内の水素の平均移動距離λ[cm]は次式で表
される: λ=(2×D×t)1/2 ここで、 D =DO× exp(−Ed/kT) DO=3×10-2 [cm2 /sec] Ed=1.6×1.60×10-19 [J] k =1.38×10-23 [J/k] なお、Edは水素の拡散エネルギー(1.6eV)、T
は非晶質シリコン薄膜の温度[K]、kはボルツマン定
数である。
D[cm2 /sec]、放置時間をt[秒]とすると、
放置時間内の水素の平均移動距離λ[cm]は次式で表
される: λ=(2×D×t)1/2 ここで、 D =DO× exp(−Ed/kT) DO=3×10-2 [cm2 /sec] Ed=1.6×1.60×10-19 [J] k =1.38×10-23 [J/k] なお、Edは水素の拡散エネルギー(1.6eV)、T
は非晶質シリコン薄膜の温度[K]、kはボルツマン定
数である。
【0028】従って、水素の平均移動距離L[オングス
トローム]は次式で表される: L=(A×t×exp B)1/2 但し、 A= 6.0 ×1014 B=−2.56×10-19 /(k×(273 +θ)) 先の、図4の中には、各放置時間t(X軸)に対する、
非晶質シリコン薄膜中の水素の平均移動距離L(右軸)
も併せて示されている。
トローム]は次式で表される: L=(A×t×exp B)1/2 但し、 A= 6.0 ×1014 B=−2.56×10-19 /(k×(273 +θ)) 先の、図4の中には、各放置時間t(X軸)に対する、
非晶質シリコン薄膜中の水素の平均移動距離L(右軸)
も併せて示されている。
【0029】図4より、放置時間内での水素の平均移動
距離Lを非晶質シリコン薄膜の膜厚dよりも大きくする
ことによって、再アモルファス化が起こる値以下のエネ
ルギー密度ではアブレーションが発生せず、従って、レ
ーザ照射に対する十分な耐性が得られることが分かる。
距離Lを非晶質シリコン薄膜の膜厚dよりも大きくする
ことによって、再アモルファス化が起こる値以下のエネ
ルギー密度ではアブレーションが発生せず、従って、レ
ーザ照射に対する十分な耐性が得られることが分かる。
【0030】特に、プラズマCVDの際の基板温度が4
00℃以上と高く、元々の水素含有量が少ない場合に
は、次式に従い、放置時間内での非晶質シリコン薄膜内
での水素の平均移動距離を非晶質シリコン薄膜の膜厚よ
りも大きくすることによって、多結晶化する際のレーザ
照射に対する耐性を確保することができる。
00℃以上と高く、元々の水素含有量が少ない場合に
は、次式に従い、放置時間内での非晶質シリコン薄膜内
での水素の平均移動距離を非晶質シリコン薄膜の膜厚よ
りも大きくすることによって、多結晶化する際のレーザ
照射に対する耐性を確保することができる。
【0031】(A×t×exp B)1/2 >d 従って、必要な放置時間は次式で与えられる。 t>d2 /(A× expB) ・・・(1) 最後に、本発明の方法に基づいて形成された多結晶シリ
コン薄膜を半導体活性層として用いて、多結晶シリコン
薄膜トランジスタを製造するプロセスの一例について説
明する。
コン薄膜を半導体活性層として用いて、多結晶シリコン
薄膜トランジスタを製造するプロセスの一例について説
明する。
【0032】図5(a)に示す様に、ガラス基板1の上
に、酸化シリコン薄膜2を介して多結晶シリコン薄膜4
を形成した後、この多結晶シリコン薄膜4をフォトリソ
グラフィによりパターニングして、図5(b)に示す様
に、多結晶シリコン薄膜の島5を形成する。
に、酸化シリコン薄膜2を介して多結晶シリコン薄膜4
を形成した後、この多結晶シリコン薄膜4をフォトリソ
グラフィによりパターニングして、図5(b)に示す様
に、多結晶シリコン薄膜の島5を形成する。
【0033】次に、図5(c)に示す様に、プラズマC
VDにより酸化シリコン薄膜6を厚さ1000オングス
トロームで堆積することによって、ゲート絶縁膜を形成
する。
VDにより酸化シリコン薄膜6を厚さ1000オングス
トロームで堆積することによって、ゲート絶縁膜を形成
する。
【0034】次に、図5(d)に示す様に、スパッタリ
ングによりモリブデン・タンタル合金を厚さ3000オ
ングストロームで堆積し、これをフォトリソグラフィに
よりパターニングして、ゲート電極7を形成する。
ングによりモリブデン・タンタル合金を厚さ3000オ
ングストロームで堆積し、これをフォトリソグラフィに
よりパターニングして、ゲート電極7を形成する。
【0035】次に、図5(e)に示す様に、質量分離型
のイオン注入装置を用いて、ゲート電極7をマスクにし
て酸化シリコン薄膜6の上から多結晶シリコン薄膜4に
不純物(例えば、リン)を注入して、オーミックコンタ
クト領域8、9を形成する。なお、不純物を注入する場
合には、質量分離型のイオン注入装置に限らず、非質量
分離型のものを使用しても良い。
のイオン注入装置を用いて、ゲート電極7をマスクにし
て酸化シリコン薄膜6の上から多結晶シリコン薄膜4に
不純物(例えば、リン)を注入して、オーミックコンタ
クト領域8、9を形成する。なお、不純物を注入する場
合には、質量分離型のイオン注入装置に限らず、非質量
分離型のものを使用しても良い。
【0036】次に、図5(f)に示す様に、プラズマC
VDにより酸化シリコン薄膜を厚さ4000オングスト
ロームで堆積することによって、層間絶縁膜10を形成
する。この層間絶縁膜10の上からエキシマレーザを照
射し、先に注入した不純物を活性化させる。次いで、層
間絶縁膜10をフォトリソグラフィによりパターニング
してコンタクトホールを形成する。
VDにより酸化シリコン薄膜を厚さ4000オングスト
ロームで堆積することによって、層間絶縁膜10を形成
する。この層間絶縁膜10の上からエキシマレーザを照
射し、先に注入した不純物を活性化させる。次いで、層
間絶縁膜10をフォトリソグラフィによりパターニング
してコンタクトホールを形成する。
【0037】次に、図5(g)に示す様に、スパッタリ
ングによりモリブデン・タンタル合金を厚さ4000オ
ングストロームで堆積し、これをフォトリソグラフィに
よりパターニングして、ソース電極11及びドレイン電
極12を形成する。以上の結果、多結晶シリコン薄膜を
半導体活性層に用いた薄膜トランジスタが完成する。
ングによりモリブデン・タンタル合金を厚さ4000オ
ングストロームで堆積し、これをフォトリソグラフィに
よりパターニングして、ソース電極11及びドレイン電
極12を形成する。以上の結果、多結晶シリコン薄膜を
半導体活性層に用いた薄膜トランジスタが完成する。
【0038】
【発明の効果】本発明の多結晶シリコン薄膜の製造方法
によれば、プラズマCVD装置を用いて基板上に非晶質
シリコン薄膜を堆積した後、プラズマCVD装置の反応
室内に、短時間、基板を放置することによって、効率良
く非晶質シリコン薄膜の脱水素処理を行うことができ
る。この結果、後続する多結晶化の際のレーザビーム照
射に対して十分な耐性が得られ、生産性の向上に大きな
効果がある。
によれば、プラズマCVD装置を用いて基板上に非晶質
シリコン薄膜を堆積した後、プラズマCVD装置の反応
室内に、短時間、基板を放置することによって、効率良
く非晶質シリコン薄膜の脱水素処理を行うことができ
る。この結果、後続する多結晶化の際のレーザビーム照
射に対して十分な耐性が得られ、生産性の向上に大きな
効果がある。
【0039】特に、プラズマCVDによる非晶質シリコ
ン薄膜の堆積の際の基板温度を400℃以上に設定し、
更に、放置時の反応室内の圧力を堆積時の圧力よりも高
く設定することによって、脱水素処理に要する時間を短
縮することができる。
ン薄膜の堆積の際の基板温度を400℃以上に設定し、
更に、放置時の反応室内の圧力を堆積時の圧力よりも高
く設定することによって、脱水素処理に要する時間を短
縮することができる。
【0040】本発明の多結晶シリコン薄膜の製造方法に
おいて、反応室内に放置して脱水素処理を行う時間を、
先に示した(1)式に従って、放置時間内での非晶質シ
リコン薄膜内の水素の平均移動距離が非晶質シリコン薄
膜の膜厚に比べて大きくなる様に設定すれば、多結晶化
の際のレーザビーム照射に対する十分な耐性を確保する
ことができる。
おいて、反応室内に放置して脱水素処理を行う時間を、
先に示した(1)式に従って、放置時間内での非晶質シ
リコン薄膜内の水素の平均移動距離が非晶質シリコン薄
膜の膜厚に比べて大きくなる様に設定すれば、多結晶化
の際のレーザビーム照射に対する十分な耐性を確保する
ことができる。
【図1】本発明に基づく多結晶シリコン薄膜の製造方法
を説明する図、(a)及び(b)は各工程における基板
の断面図を表す。
を説明する図、(a)及び(b)は各工程における基板
の断面図を表す。
【図2】CVD処理工程から脱水素処理工程に移行する
際の基板温度の変化を示す図、なお、CVD処理の際の
反応室内の圧力は1Torr、脱水素処理の際の反応室
内の圧力は4Torrとしている。
際の基板温度の変化を示す図、なお、CVD処理の際の
反応室内の圧力は1Torr、脱水素処理の際の反応室
内の圧力は4Torrとしている。
【図3】プラズマCVDによる非晶質シリコン薄膜堆積
後の反応室内での放置時間と、アブレーションが発生す
るエキシマレーザ照射のエネルギー密度との関係を示す
図。
後の反応室内での放置時間と、アブレーションが発生す
るエキシマレーザ照射のエネルギー密度との関係を示す
図。
【図4】再アモルファス化が起こる値以下のエネルギー
密度ではアブレーションが発生しない状態まで脱水素処
理を行うために要する放置時間t(横軸)と、非晶質シ
リコン薄膜の膜厚d(左軸)との関係を示す図、なお、
右軸は、各放置時間に対する非晶質シリコン薄膜中での
水素の平均移動距離Lを表す。
密度ではアブレーションが発生しない状態まで脱水素処
理を行うために要する放置時間t(横軸)と、非晶質シ
リコン薄膜の膜厚d(左軸)との関係を示す図、なお、
右軸は、各放置時間に対する非晶質シリコン薄膜中での
水素の平均移動距離Lを表す。
【図5】本発明の方法に基づいて形成された多結晶シリ
コン薄膜を用いて、薄膜トランジスタを製造するプロセ
スの一例を示す図、(a)〜(g)は各工程における基
板の断面図を表す。
コン薄膜を用いて、薄膜トランジスタを製造するプロセ
スの一例を示す図、(a)〜(g)は各工程における基
板の断面図を表す。
1・・・ガラス基板、2・・・酸化シリコン薄膜、3・
・・非晶質シリコン薄膜、4・・・多結晶シリコン薄
膜、5・・・多結晶シリコン薄膜の島、6・・・酸化シ
リコン薄膜(ゲート絶縁膜)、7・・・ゲート電極、
8、9・・・オーミックコンタクト領域、10・・・層
間絶縁膜、11・・・ソース電極、12・・・ドレイン
電極。
・・非晶質シリコン薄膜、4・・・多結晶シリコン薄
膜、5・・・多結晶シリコン薄膜の島、6・・・酸化シ
リコン薄膜(ゲート絶縁膜)、7・・・ゲート電極、
8、9・・・オーミックコンタクト領域、10・・・層
間絶縁膜、11・・・ソース電極、12・・・ドレイン
電極。
Claims (7)
- 【請求項1】 プラズマCVD装置の反応室内に基板を
収容し、反応ガス及びキャリアガスを供給しながら、プ
ラズマ放電により基板上に非晶質シリコン薄膜を堆積
し、 堆積終了後、減圧雰囲気下で前記反応室内に前記基板を
放置することにより、非晶質シリコン薄膜に脱水素処理
を施し、 脱水素処理終了後、前記基板を前記反応室内から取り出
し、非晶質シリコン薄膜にレーザビームを照射すること
により、非晶質シリコン薄膜を多結晶化することを特徴
とする多結晶シリコン薄膜の製造方法。 - 【請求項2】 非晶質シリコン薄膜の堆積終了後、キャ
リアガスを供給しながら前記反応室内に前記基板を放置
することを特徴とする請求項1に記載の多結晶シリコン
薄膜の製造方法。 - 【請求項3】 非晶質シリコン薄膜の堆積終了後、非晶
質シリコン薄膜の堆積時よりも高い圧力で前記反応室内
に前記基板を放置することを特徴とする請求項2に記載
の多結晶シリコン薄膜の製造方法。 - 【請求項4】 非晶質シリコン薄膜の堆積終了後、基板
加熱用のヒータの出力を非晶質シリコン薄膜の堆積時の
値のまま維持した状態で、前記反応室内に前記基板を放
置することを特徴とする請求項3に記載の多結晶シリコ
ン薄膜の製造方法。 - 【請求項5】 前記反応室内で前記基板上に非晶質シリ
コン薄膜を堆積する際、前記基板の温度を400℃以上
とすることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれ
かに記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。 - 【請求項6】 前記反応室内に前記基板を放置する時間
t(秒)は、前記非晶質シリコン薄膜の膜厚をd(オン
グストローム)、放置の際の前記反応室内の温度をθ
(℃)とするとき、下記の条件を満足することを特徴と
する請求項1から請求項4のいずれかに記載の多結晶シ
リコン薄膜の製造方法。 t>d2 /(A× expB) 但し、 A= 6.0 ×1014 B=−2.56×10-19 /(k×(273 +θ)) k= 1.38 ×10-23 - 【請求項7】 前記プラズマCVD装置は枚葉式プラズ
マCVD装置であることを特徴とする請求項1から請求
項4のいずれかに記載の多結晶シリコン薄膜の製造方
法。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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