(57)【要約】【課題】従来のエキシマーレーザーでの焼戻しシステムの一番大きい欠点は結晶化率が不安定であるということである。【解決手段】本発明には高エネルギー放射線源による多結晶珪素を形成する方法が開示されている。この方法にはエキシマーレーザーのシステムが使われ、当該エキシマーレーザーのシステムには少なくとも二つの波長の違うレーザー光源１１，１２と、ダイクロイックミラー１４と、ミラー１３と、基板１５とを含んで、ダイクロイックミラー１４とミラー１３とはレーザー光源１２，１１に向かって、レーザー光源１２，１１からのレーザー光を垂直に基板１５に照射させるように、当該レーザー光との間に所定の角度を形成し、ミラー１３はダイクロイックミラー１４の上方にあり、基板１５に半導体薄膜材料を載置している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高エネルギー放射線による多結晶珪素を形成する方法であって、
前記高エネルギー放射線はレーザー光で、エキシマーレーザーシステムにより前記多結晶珪素を形成し、
当該エキシマーレーザーのシステムには少なくとも二つの波長の違うレーザー光源と、ダイクロイックミラーと、ミラーと、基板とを含み、
前記ダイクロイックミラーと前記ミラーとはそれぞれ前記レーザー光源に向かって、前記レーザー光源からのレーザー光を垂直に前記基板に照射するように、レーザー光と予め定められた角度を形成し、前記ミラーは前記ダイクロイックミラーの上方にあり、前記基板に半導体薄膜材料を載置していることを特徴とする高エネルギー放射線による多結晶珪素を形成する方法。
【請求項２】
前記基板の材質はガラスあるいはプラスチックであることを特徴とする請求項１に記載の高エネルギー放射線による多結晶珪素を形成する方法。
【請求項３】
前記半導体薄膜材料が多層膜により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の高エネルギー放射線による多結晶珪素を形成する方法。
【請求項４】
前記半導体薄膜材料が無機材料により作られていることを特徴とする請求項３に記載の高エネルギー放射線による多結晶珪素を形成する方法。
【請求項５】
前記無機材料は窒化ケイ素と、酸化ケイ素と、アモルファスシリコンとを含むことを特徴とする請求項４に記載の高エネルギー放射線による多結晶珪素を形成する方法。
【請求項６】
前記基板に前記窒化ケイ素の薄膜を堆積させ、前記窒化ケイ素薄膜の表面に酸化ケイ素薄膜を堆積させ、前記酸化ケイ素薄膜の表面に前記アモルファスシリコン薄膜を堆積させることを特徴とする請求項５に記載の高エネルギー放射線による多結晶珪素を形成する方法。
【請求項７】
前記薄膜を堆積させる方法はＰＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＬＰＣＶＤあるいはＩＬＤ技術を利用することを特徴とする請求項６に記載の高エネルギー放射線による多結晶珪素を形成する方法。
【請求項８】
前記二つのレーザー光源の一方は紫外線レーザー光源であり、他方は可視光レーザー光源であることを特徴とする請求項１に記載の高エネルギー放射線による多結晶珪素を形成する方法。
【請求項９】
前記紫外線レーザー光源の波長は１５７〜３５５ｎｍであることを特徴とする請求項８に記載の高エネルギー放射線による多結晶珪素を形成する方法。
【請求項１０】
前記紫外線光源から前記基板に照射する紫外線ビームの断面の形状は長方形であることを特徴とする請求項９に記載の高エネルギー放射線による多結晶珪素を形成する方法。
【請求項１１】
前記紫外線光源はパルス光源であることを特徴とする請求項１０に記載の高エネルギー放射線による多結晶珪素を形成する方法。
【請求項１２】
前記紫外線光源の周波数は１００〜４０００Ｈｚであることを特徴とする請求項１１に記載の高エネルギー放射線による多結晶珪素を形成する方法。
【請求項１３】
前記紫外線光源のレーザー光のパルス幅は１０〜１００ｎｓであることを特徴とする請求項１２に記載の高エネルギー放射線による多結晶珪素を形成する方法。
【請求項１４】
前記可視光の波長は５１５ｎｍあるいは５３２ｎｍであることを特徴とする請求項８に記載の高エネルギー放射線による多結晶珪素を形成する方法。
【請求項１５】
前記可視光光源から前記基板に照射する可視光ビームの断面の形状は長方形であることを特徴とする請求項１４に記載の高エネルギー放射線による多結晶珪素を形成する方法。
【請求項１６】
前記可視光ビームの断面の面積は前記紫外線ビームの断面の面積の１．５〜５倍になることを特徴とする請求項１０または請求項１５に記載の高エネルギー放射線による多結晶珪素を形成する方法。
【請求項１７】
前記可視光ビームの断面の面積は前記紫外線ビームの断面の面積の２〜２．５倍になることを特徴とする請求項１６に記載の高エネルギー放射線による多結晶珪素を形成する方法。
【請求項１８】
前記可視光ビームの断面の短辺の長さは前記紫外線ビームの断面の短辺の長さの２．５倍になることを特徴とする請求項１０または請求項１５に記載の高エネルギー放射線による多結晶珪素を形成する方法。
【請求項１９】
前記可視光光源は連続波光源であることを特徴とする請求項１５に記載の高エネルギー放射線による多結晶珪素を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶珪素を形成する技術、特に高エネルギー放射線による多結晶珪素を形成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のエキシマーレーザーでの焼戻しシステムの一番大きい欠点は結晶化率が不安定であるということである。
ある従来技術（特許文献１）には波長３０８ｎｍ、パルス幅１４０ｎｍのエキシマーレーザーをアモルファスシリコンに照射し、アモルファスシリコンを焼戻して多結晶珪素にする方法が公開されたが、レーザーのエネルギーによりすぐ珪素を融解の温度まで加熱することができず、多結晶にするためにレーザーパルスを複数回照射しなければならない。
【０００３】
他の従来技術（特許文献２）には、多結晶パターンを形成する方法が公開され、当該方法には、ボトムにアモルファスシリコン層を形成するステップと、ベース層に当該アモルファスシリコン層を被覆するように保護層を形成するステップと、エキシマーレーザーでアニーリングするステップと、最後に当該保護層を除去するステップとを含む。当該特許文献２には、エキシマーレーザーでアニーリングするプロセスが記載されているが、ダイクロイックミラー（dichroic mirror）と波長５３２ｎｍの連続的なハイパワー固体レーザーとにより予め定められた予熱効果を実現して、多結晶珪素の結晶化率を上げて、コストを削減する技術効果を実現することは具体的に公開されなかった。
【０００４】
また、他の従来技術（特許文献３）には、多結晶珪素薄膜の作り方と上記作り方により多結晶珪素ＴＦＴスクリーンを製造する方法とが公開されているが、当該多結晶珪素膜の作り方にはアニーリングするプロセスを含まないため、この特許文献３に記載された方法で作る多結晶珪素薄膜の結晶化率は不安定になる虞がある。
【０００５】
さらに、他の従来技術（特許文献４）として、薄膜トランジスタの製造方法が公開されている。当該方法では、基板を提供し、当該基板の一つの表面に、アモルファスシリコン薄膜と、絶縁層と、フォトレジスト層とをこの順に形成し、リソグラフィエッチングにより、当該絶縁層にパターンを形成し、エキシマーレーザーにより当該アモルファスシリコン薄膜をアニーリングして、絶縁層に被覆されていない当該アモルファスシリコン薄膜が結晶化されて、多結晶珪素薄膜になって、絶縁層に被覆されているアモルファスシリコン薄膜を除去し、当該多結晶珪素薄膜に薄膜トランジスタを形成する。当該中国特許公開公報（特許文献４）にはエキシマーレーザーでアニーリングする具体的なステップが公開されなかった。そのため、上記方法により作られた多結晶珪素薄膜は結晶化率が不安定になる虞があるため、コストが高くなる虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５５２９９５１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８／０２６５４７号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００６／００８９５７号明細書
【特許文献４】中国特許出願公開第１９７９７７８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のエキシマーレーザーでの焼戻しシステムの一番大きい欠点は結晶化率が不安定であるということである。本発明は、既存技術のこのような欠陥に鑑みてなされたものであり、高エネルギー放射線による多結晶珪素を形成する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の高エネルギー放射線源による多結晶珪素を形成する方法には、エキシマーレーザーのシステムが使われ、当該エキシマーレーザーのシステムには、少なくとも二つの波長の違うレーザー光源と、ダイクロイックミラーと、ミラーと、基板とを含み、前記ダイクロイックミラーとミラーとは前記レーザー光源に向かって、レーザー光源からのレーザー光を垂直に前記基板に照射させるように、当該レーザー光との間に、ある程度の角度を形成し、前記ミラーは前記ダイクロイックミラーの上方にあり、前記基板に半導体薄膜材料を載置している。
【０００９】
本発明の目的は以下の技術案により達成される。
本発明は高エネルギー放射線による多結晶珪素を形成する方法であって、前記高エネルギー放射線はレーザー光で、エキシマーレーザーシステムにより多結晶珪素を形成し、当該エキシマーレーザーのシステムには少なくとも二つの波長の違うレーザー光源と、ダイクロイックミラーと、ミラーと、基板とを含んで、前記ダイクロイックミラーと前記ミラーとは前記レーザー光源に向かって、前記レーザー光源からのレーザー光を垂直に前記基板に照射するように、前記レーザー光と予め定められた角度を形成し、前記ミラーは前記ダイクロイックミラーの上方にあり、前記基板に半導体薄膜材料を載置していることを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、基板の材質はガラスあるいはプラスチックである。
好ましくは、多層膜により前記半導体薄膜材料が構成される。
好ましくは、無機材料により半導体薄膜材料が作られる。
好ましくは、前記無機材料は窒化ケイ素と、酸化ケイ素と、アモルファスシリコンとを含む。
好ましくは、前記基板に窒化ケイ素の薄膜を堆積させ、前記窒化ケイ素薄膜の表面に酸化ケイ素薄膜を堆積（Deposition）させ、前記酸化ケイ素薄膜の表面に前記アモルファスシリコン薄膜を堆積させる。
好ましくは、前記薄膜を堆積させる方法はＰＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＬＰＣＶＤあるいはＩＬＤ技術を利用する。
【００１１】
好ましくは、前記二つのレーザー光源の一方は紫外線レーザー光源であり、他方は可視光レーザー光源である。
好ましくは、前記紫外線レーザー光源の波長は１５７〜３５５ｎｍである。
好ましくは、前記紫外線光源から前記基板に照射する紫外線ビームの断面の形状は長方形である。
好ましくは、前記紫外線光源はパルス光源である。
好ましくは、前記紫外線光源の周波数は１００〜４０００Ｈｚである。
好ましくは、前記紫外線光源のレーザー光のパルス幅は１０〜１００ｎｓである。
【００１２】
好ましくは、前記可視光の波長は５１５ｎｍあるいは５３２ｎｍである。
好ましくは、前記可視光光源から前記基板に照射する可視光ビームの断面の形状は長方形である。
好ましくは、前記可視光ビームの断面の面積は前記紫外線ビームの断面の面積の１．５〜５倍になる。
好ましくは、前記可視光ビームの断面の面積は前記紫外線ビームの断面の面積の２〜２．５倍になる。
好ましくは、前記可視光ビームの断面の短辺の長さは前記紫外線ビームの断面の短辺の長さの２．５倍になる。
好ましくは、前記可視光は連続波（continuous wave）である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、有効的に多結晶珪素の結晶化率を上げる効果と、エキシマーレーザーを使う頻度を少なくする効果と、コストを下げる効果と、焼戻し効率を上げる効果とを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態の多結晶珪素を形成する装置の構成の模式図である。
【図２】本発明の実施形態の多結晶珪素薄膜を形成するための半導体薄膜材料の構成の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、さらに本発明を図面と具体的な実施形態とに基づいて説明するが、本発明は以下の実施形態により限定されるものではない。
図１に示したのは本発明の実施形態に係る多結晶珪素を形成する装置の構成である。当該構成であるエキシマーレーザーシステムには、少なくとも二つの高エネルギー放射線源であるレーザー光源と、ダイクロイックミラー１４と、ミラー１３と、基板１５とを含み、本発明の実施形態では、前記レーザー光源はそれぞれエキシマーレーザー１１とランプポンプダイオードレーザー１２である。
【００１６】
エキシマーレーザー１１は、紫外域の波長のレーザー光を放射する公知のレーザー光源である。ランプポンプダイオードレーザー１２は、励起（ポンプ）方式がランプ方式である公知の固体レーザー光源であり、可視光波長のレーザ光を放射する。
【００１７】
ミラー１３はエキシマーレーザー１１に向かい合うように配設されている。ダイクロイックミラー１４はランプポンプダイオードレーザー１２に向かい合うように配設されている。ミラー１３はダイクロイックミラー１４の上方にある。ダイクロイックミラー１４とミラー１３は二つのレーザー光源からのレーザー光が垂直に基板１５に照射するように、二つのレーザー光源に対して所定の角度を形成するように配設されている。本発明の実施形態では、前記所定の角度は４５度である。
【００１８】
ダイクロイックミラー１４は、所定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過するものである。ここでは、ダイクロイックミラー１４は、前記のように配置されているので、エキシマーレーザー１１が放射するレーザー光を透過し、ランプポンプダイオードレーザー１２が放射するレーザ光を反射する。
【００１９】
基板１５はガラス、プラスチック、あるいはその上に多結晶珪素を形成しやすい材料からなるものである。本発明の実施形態では、基板１５はガラスでできている。
基板１５の上には半導体薄膜材料が形成されて、レーザー光源からのレーザー光が、基板１５の上に形成された半導体薄膜材料に垂直に照射される。
【００２０】
当該半導体薄膜材料は多層の無機材料膜からなって、当該無機材料は窒化ケイ素、酸化ケイ素、及びアモルファスシリコン等のいずれでもよい。本発明の実施形態において、図２に示すように、具体的に言えば、当該多層膜はガラス基板（基板１５）上に窒化ケイ素薄膜２１を堆積させ、次に窒化ケイ素薄膜２１の表面に酸化ケイ素薄膜２２を堆積させ、さらに、酸化ケイ素薄膜２２の表面にアモルファスシリコン薄膜２３を堆積させ、最終的に、三つの層の半導体薄膜になる。
【００２１】
当該無機薄膜の堆積技術としては、通常は、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition；物理気相堆積）、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition；プラズマ強化化学気相堆積）、ＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition；低圧化学気相堆積）、ＩＬＤ（Injection Laser Diode；注入型レーザーダイオード）等の技術が使われる。
【００２２】
ポリシリコン（多結晶珪素）を形成する装置において、二つのレーザー光源は波長が異なる二つの光源であり、少なくとも二つの波長の異なるレーザービームを放射することができる。本発明の実施形態において、前記二つのレーザー光源の一方は可視光を放射し、他方は紫外光を放射する。可視光の波長は５１５ｎｍまたは５３２ｎｍである。紫外光の波長は１５７〜３５５ｎｍの範囲内にあり、より具体的に言えば、１５７ｎｍ、１９３ｎｍ、２５３ｎｍ、３０８ｎｍ、３５１ｎｍ、３５５ｎｍである。
ダイクロイックミラー１４により、前記紫外光と可視光とを組み合わせて、基板１５上の半導体薄膜に照射できる。
【００２３】
したがって、エキシマーレーザー１１が放射する紫外域のレーザ光で半導体薄膜をアニーリングする際に、ランプポンプダイオードレーザー１２が放射する可視光波長のレーザ光によって紫外域の波長のレーザ光をアシストすることができる。ランプポンプダイオードレーザー１２は、例えば波長５３２ｎｍの連続的な高強度の固体レーザーであることが好ましい。
【００２４】
例えば図１に二点鎖線で示す部分において、前記紫外光ビームと可視光ビームの断面の形状は長方形である。本発明の実施形態では、前記可視光ビームの断面の面積は前記紫外線ビームの断面の面積の１．５〜５倍になる。具体的に言えば、可視光ビームの断面の面積は前記紫外線ビームの断面の面積の２〜２．５倍になる。
【００２５】
前記紫外光光源はパルス光源であり、当該紫外光光源の周波数は１００〜４０００Ｈｚであり、パルス幅は１０〜１００ｎｓである。前記可視光光源は連続波光源である。紫外光と可視光とを組み合わせて、基板１５上の半導体薄膜に照射させて、半導体薄膜はレーザー光のエネルギーを吸収してポリシリコン（多結晶珪素）になる。
【００２６】
以上の記載は、本発明の好ましい実施形態を例示しただけであり、本発明の実施方式と保護範囲を限定するものではない。当業者にとっては、本発明の明細書及び図面に示す内容を運用して同等な取り替えと明らかな変更とをして得られた提案は、すべて本発明の保護範囲内に含まれると意識すべきである。
【符号の説明】
【００２７】
１１    エキシマーレーザー
１２    ランプポンプダイオードレーザー
１３    ミラー
１４    ダイクロイックミラー
１５    基板
２１    窒化ケイ素薄膜
２２    酸化ケイ素薄膜
２３    アモルファスシリコン薄膜
【図１】
2014175651.tif 000003
【図２】
2014175651.tif 000004