JP2002093738A - 多結晶半導体膜の製造装置 - Google Patents
多結晶半導体膜の製造装置Info
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Abstract
成する際、不純物の多結晶半導体膜への混入を防ぎ、か
つ多結晶シリコンの粒界部の突起を低減して、特性変動
がなく信頼性の高いトランジスタが得られる多結晶半導
体膜を作製するレーザアニール装置を提供することを目
的とする。 【解決手段】 絶縁基板上に形成された非晶質の半導体
膜をビームアニール法によって結晶化する多結晶半導体
膜の製造装置において、レーザービームを非晶質半導体
膜に照射するときに、ビーム照射される基板の表面の雰
囲気を制御できる局所シールドをレーザビーム周囲に備
えていることを特徴とする多結晶半導体膜の製造装置。
Description
された非晶質半導体膜をレーザー照射することにより多
結晶半導体膜を製造する多結晶半導体膜の製造装置に関
する。
も同一基板上に形成した駆動回路一体型の、薄膜トラン
ジスタ(TFT)を有する液晶ディスプレイ(LCD)
を製造する目的で、ガラス、石英等の絶縁基板上に多結
晶シリコン膜を形成する様々な技術が研究されている。
路ならびに薄膜トランジスタ(TFT)が形成される。
なかでも、ガラス絶縁基板上に形成された非晶質シリコ
ン半導体膜に対して均一な強度を持つレーザビームを非
晶質シリコン半導体膜の表側から照射しシリコンの溶融
再結晶化を図るレーザアニール法が知られている。この
レーザアニール法は、短軸方向を走査方向とする細い長
いビームパルスを用いるためシリコンの瞬時加熱・冷却
が行われガラス基板に与える熱的影響が少なく、安価な
ガラスを用いることができるとともに、移動度の高い薄
膜トランジスタが形成できる等の利点があり、盛んに研
究がなされている。
にライン状のレーザビーム12を形成し、ガラス基板上
に形成された非晶質シリコン薄膜13に対してレーザビ
ーム12をその短軸方向に沿って矢印方向に走査させな
がら照射することで、大面積の非晶質シリコン薄膜13
を短時間に結晶化して多結晶シリコンを形成することが
できるという利点も兼ね備えている。
で形成される多結晶シリコンは、非晶質シリコン半導体
膜の表面汚染に非常に敏感である。また大気中でレーザ
アニールを行うと、雰囲気中の酸素がシリコン中に溶け
込んで多結晶シリコンの粒界部に偏析し、シリコンが酸
化されることで体積膨張を起こすことにより、多結晶シ
リコンの表面の突起高さ(表面粗さ)が増大される。突
起高さが増大すると、ゲート絶縁膜の被覆性が悪くなる
とともに突起先端に電界が集中するためにゲート絶縁膜
の信頼性低下を招く。これを防ぐために真空中でレーザ
アニールを行う多結晶半導体膜の製造装置が考案され使
用されているが、この従来の製造装置はチャンバを設け
る必要があるために装置のコストが非常に高くなるとい
う問題点がある。
のであって、可及的に安価でかつ良好な多結晶半導体膜
を製造することのできる多結晶半導体膜の製造装置を提
供することを目的とする。
体膜の製造装置は、絶縁基板上に形成された非晶質半導
体膜をビームアニール法によって結晶化する多結晶半導
体膜の製造装置において、レーザビームを非晶質半導体
膜に照射するときに、レーザビームが照射される基板の
表面の雰囲気を制御できる局所シールド部を備えている
ことを特徴とする。
ビームを透過する材料から構成されていて上面に前記レ
ーザビームを受け、不活性ガスを導入できる導入口が設
けられているとともに、底面に前記不活性ガスを排気す
るための排気口が設けられているように構成しても良
い。
れた、基板表面の前記不活性ガスを強制的に排出する強
制排気口部と、この強制排気口部の外側に設けられ前記
レーザビームが照射される基板領域を大気から前記不活
性ガスで遮蔽するエアカーテン部とを備えるように構成
しても良い。
は、幅が前記レーザの光線束の幅よりも広く、長さが前
記レーザの光線束の長さよりも長いことが好ましい。
体膜の製造装置によれば、安価な装置で基板表面の雰囲
気を制御できるために、レーザアニール中の不純物汚染
を防止でき、かつ酸素分圧を所定値(例えば0.1Pa
以下)に制御することで、粒界部の酸素偏析を防止し
て、多結晶半導体膜の表面突起高さを低減でき、良好な
多結晶半導体膜を得ることができる。
造装置の実施形態を図を参照して以下に説明する。
体膜の製造装置の第1の実施形態を図1に示す。この実
施形態の製造装置は、エキシマレーザ光源6と、光学レ
ンズ7と、局所シールド部9と、ミラー15とを備えて
いる。エキシマレーザ光源6から発生されたエキシマレ
ーザ光8はミラー15によって反射された後、レーザ光
学レンズ7を介して局所シールド部9に送られる。な
お、局所シールド部9に入射するレーザ光は断面が細長
い長方形状の光線束である。局所シールド部9は、図2
に示すようにレーザ光を透過する材料からなる中が空洞
の箱であって、窒素ガスまたは窒素ガスを主成分とする
所定の濃度の酸素を含む処理ガスを導入するための導入
口10が側面に設けられているとともに、底面に上記処
理ガスを排出するための排気口9aが設けられている。
この排気口9aは、細長い長方形の形状をしており、こ
の長方形の長さが局所シールド9に入射するレーザの光
線束の長さよりも長く、かつ幅が局所シールド9に入射
するレーザの光線束の幅よりも広くなるように構成され
ている。また、上記導入口10を介して局所シールド部
9に導入される処理ガスは図示しない流量調整手段によ
って流量が調整可能である。
多結晶シリコン膜を製造する場合を例に取って説明す
る。図3は非晶質シリコン膜が形成された半導体基板の
断面図である。まず図3において、例えば無アルカリガ
ラスからなる絶縁基板1上に、プラズマCVD法により
アンダーコート層としてSiN膜2とSiOx膜3を順
次形成し、さらに活性層として非晶質シリコン膜4を成
膜する。その後、この非晶質シリコン膜4が形成された
基板全体を500℃のN2雰囲気中で1時間のアニール
を行い、非晶質シリコン膜4内部の水素濃度を所定濃度
まで低減させる。
造装置にセットする。局所シールド部9の内部に窒素ガ
スを導入口10より導入し、基板1の表面の雰囲気を制
御する。多結晶シリコンの表面突起低減を目的とする場
合は、酸素分圧0.1Pa以下に制御できるように窒素
ガスの流量を調整することが必要であることが実験結果
からわっかている。エキシマレーザ光源6から発射され
たエキシマレーザ光8がミラー15およびレーザ光学レ
ンズ7を介して局所シールド部9の上面に入射される。
そして局所シールド部9の上面に入射したレーザ光8
は、局所シールド部9を直進し、底面に設けられた排出
口を通って非晶質シリコン膜4に照射される。
幅25nsecのエキシマレーザを用いて細長いレーザビー
ム8を形成し、このレーザビーム8で1ヶ所あたり20
パルス照射されるように基板1を走査しながら非晶質シ
リコン膜4をレーザアニールして多結晶シリコン膜を形
成した。レーザアニールは照射エネルギー密度を280
mJ/cm2に設定した。また絶縁基板であるガラス基
板1を加熱しながらレーザ光を照射してもよい。なお、
走査方向は従来技術の場合と同様にレーザビーム8の短
軸方向である。
局所シールド9を備えているために、レーザ光が照射さ
れる非晶質シリコン膜4の表面の雰囲気を所望の雰囲気
に制御すること可能となり、レーザアニール中の不純物
汚染を防止できる。また窒素ガス中に含まれる酸素の分
圧を0.1Pa以下に制御することで、多結晶シリコン
膜4中への酸素溶け込みを防止することが可能となり、
粒界部の酸素偏析を防止して、多結晶シリコンの表面突
起高さを低減できるために、信頼性の高いトランジスタ
が得られる。
あるから、製造コストは高くなく、可及的に安価な多結
晶半導体膜の製造装置を得ることができる。
置は、可及的に安価で、かつ不純物による局所的な特性
変動がなく特性の良好な多結晶半導体膜を得ることがで
きる。
に導入口10より処理ガスとして窒素ガスまたは窒素ガ
スを主成分とするガスを導入したが、窒素ガスの他の不
活性ガスを用いても良い。また、本実施形態において
は、導入口10は局所シールド部9の側面に設けられて
いたが上面に設けても良い。
晶半導体膜の製造装置の構成を図4に示す。この実施形
態の製造装置は、第1の実施形態の製造装置に、強制排
気口部21,22と、エアカーテン部23,24とを設
けた構成となっている。強制排気口部21,22はそれ
ぞれ、局所シールド部9側面に設けられた、直方体形状
の中が空洞の箱であって、底面全体が処理ガス(窒素ガ
スまたは窒素ガスを主成分とするガス)を吸入するため
の吸入口となっており、上面に上記処理ガスを排気する
ための排気口が設けられた構造となっている。
れ、強制排気口部21,22の、局所シールド部9が設
けられた側面と反対側の側面に設けられた、直方体形状
の中が空洞の箱であって、側面または上面に処理ガスを
導入するための導入口(図示せず)が設けられていると
ともに、底面には上記処理ガスを排気するための排気口
が設けられた構造となっている。このため、局所シール
ド部9を介してレーザビームが照射される非晶質シリコ
ン膜の領域の周囲を処理ガスによって大気から遮蔽する
ことができる。
板表面近くの処理ガスを強制的に排気する強制排気口部
21,22と、エアカーテン部23,24とを備えた構
成となっているため、局所シールド部9内部の気流制御
が第1の実施形態よりも容易となるとともに基板表面の
酸素分圧を低くすることが容易になる。本実施形態で
は、窒素ガスを局所シールド内部9に導入し、基板表面
での酸素分圧0.1Pa以下になるように排気量を調整
した。また本実施形態では、窒素ガスを用いたが、その
他の不活性ガスを用いても良い。
置を用いることで、第1の実施形態の場合よりも良好な
多結晶半導体膜を得ることができる。また、第1の実施
形態と同様に可及的に安価な製造装置とすることができ
る。
及的に安価で、かつ良好な多結晶半導体膜を製造するこ
とができる。
の構成を示す図。
を示す斜視図。
の構成を示す図。
際のビーム走査方法を示す図。
Claims (4)
- 【請求項1】絶縁基板上に形成された非晶質半導体膜を
ビームアニール法によって結晶化する多結晶半導体膜の
製造装置において、レーザビームを非晶質半導体膜に照
射するときに、レーザビームが照射される基板の表面の
雰囲気を制御できる局所シールド部を備えていることを
特徴とする多結晶半導体膜の製造装置。 - 【請求項2】前記局所シールド部は、前記レーザビーム
を透過する材料から構成されていて上面に前記レーザビ
ームを受け、不活性ガスを導入できる導入口が設けられ
ているとともに、底面に前記不活性ガスを排気するため
の排気口が設けられていることを特徴とする請求項1記
載の多結晶半導体膜の製造装置。 - 【請求項3】前記局所シールド部の側面に設けられた、
基板表面の前記不活性ガスを強制的に排出する強制排気
口部と、この強制排気口部の外側に設けられ前記レーザ
ビームが照射される基板領域を大気から前記不活性ガス
で遮蔽するエアカーテン部とを備えたことを特徴とする
請求項1または2記載の多結晶半導体膜の製造装置。 - 【請求項4】前記局所シールド部の前記排気口は、幅が
前記レーザの光線束の幅よりも広く、長さが前記レーザ
の光線束の長さよりも長いことを特徴とする請求項1乃
至3のいずれかに記載の多結晶半導体膜の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000281451A JP2002093738A (ja) | 2000-09-18 | 2000-09-18 | 多結晶半導体膜の製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002093738A true JP2002093738A (ja) | 2002-03-29 |
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|---|---|---|---|
| JP2000281451A Pending JP2002093738A (ja) | 2000-09-18 | 2000-09-18 | 多結晶半導体膜の製造装置 |
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