(57)【要約】【課題】触媒化学気相蒸着装置を利用して別途の後熱処理工程及び脱水素工程なしにも多結晶質Ｓｉ薄膜の成長が可能になるようにした多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法を提供する。【解決手段】工程チャンバ内に真空を排気させる準備段階と、真空が排気された工程チャンバ内に真空チャンバ及び触媒を清浄化させる清浄化段階と、清浄化がなされた工程チャンバ内に基板が引入される基板引入段階と、基板が引入された前記工程チャンバ内に工程ガスが噴射される工程ガス噴射段階と、及び工程ガスが噴射された工程チャンバ内に工程ガスを触媒の反応を利用して基板上に多結晶質薄膜で成長させる工程段階と、を含んでなる。【選択図】図７ｂ
2006319306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工程チャンバ内に真空を排気させる準備段階と、
前記真空が排気された工程チャンバ内に真空チャンバ及び触媒を清浄化させる清浄化段階と、
前記清浄化がなされた工程チャンバ内に基板が引入される基板引入段階と、
前記基板が引入された前記工程チャンバ内に工程ガスが噴射される工程ガス噴射段階と、
前記工程ガスが噴射された前記工程チャンバ内に前記工程ガスを前記触媒の反応を利用して前記基板上に多結晶質薄膜で成長させる工程段階と、
を含むことを特徴とする多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項２】
前記基板上に蒸着される多結晶質薄膜は、多結晶質Ｓｉ薄膜であることを特徴とする請求項１に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項３】
前記清浄化段階は、
前記真空が排気された工程チャンバ内に清浄化ガスが引入される段階と、
前記清浄化ガスが引入された工程チャンバ内で前記触媒を加熱させる段階と、
からなることを特徴とする請求項１または２に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項４】
前記真空が排気された工程チャンバ内に引入される清浄化ガスはＨ２、Ａｒ、Ｎ２、およびＨｅのうちいずれかひとつであることを特徴とする請求項３に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項５】
前記清浄化段階で前記触媒はタングステン触媒の多結晶質薄膜であることを特徴とする請求項３に記載のインサイチュー成長方法。
【請求項６】
前記タングステン触媒を加熱させる段階は、前記触媒を２０００℃以上に加熱することを特徴とする請求項５に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項７】
前記タングステン触媒を加熱する温度は、２３００℃であることを特徴とする請求項６に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項８】
前記工程ガス噴射段階で前記工程チャンバ内に噴射される工程ガスは、Ｓｉ基を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項９】
前記Ｓｉを含む工程ガスは、ＳｉＨ４ガスである多結晶質薄膜であることを特徴とする請求項８に記載のインサイチュー成長方法。
【請求項１０】
前記工程ガスは、ＳｉＨ４ガスにＨ２ガスがさらに含まれた混合ガスであることを特徴とする請求項９に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項１１】
前記ＳｉＨ４とＨ２からなる混合ガスは、Ｈ２がＳｉＨ４より多量に含まれることを特徴とする請求項１０に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項１２】
前記混合ガスの比であるＨ２／ＳｉＨ４は、５以上であることを特徴とする請求項１１に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項１３】
前記混合ガスの比であるＨ２／ＳｉＨ４は、１０であることを特徴とする請求項１２に記載の多結晶質薄膜インサイチュー成長方法。
【請求項１４】
前記工程段階で前記触媒は、タングステン触媒であることを特徴とする請求項１または２に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項１５】
前記タングステン触媒でなされる反応は、前記タングステン触媒を加熱することによって前記工程ガスが分解されてなされることを特徴とする請求項１４に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項１６】
前記タングステン触媒を加熱する温度は、１８００℃以上であることを特徴とする請求項１５に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項１７】
前記タングステン触媒を加熱する温度は、１８００℃であることを特徴とする請求項１６に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項１８】
前記タングステン触媒と前記基板との間隔は、５ｃｍ以内であることを特徴とする請求項１７に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項１９】
前記蒸着がなされた多結晶質薄膜の結晶化度を向上させる結晶化段階がさらに含まれることを特徴とする請求項１または２に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項２０】
前記結晶化段階は、前記多結晶質薄膜にエネルギーを印加することによってなされることを特徴とする請求項１９に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項２１】
前記多結晶質薄膜へのエネルギー印加は、前記加熱された触媒を熱源にして前記加熱された触媒を前記基板に近接させるか、または前記基板を前記加熱された触媒に近接させることによってなされることを特徴とする請求項２０に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項２２】
前記加熱された触媒は、２０００℃以上で加熱されることを特徴とする請求項２１に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項２３】
前記加熱された触媒は、２４００℃で加熱されることを特徴とする請求項２２に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項２４】
前記２４００℃で加熱された触媒は、前記基板上に１０ｃｍ以下に近接されることを特徴とする請求項２３に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項２５】
前記多結晶質薄膜でのエネルギー印加は、前記基板を支持する基板支持部の加熱によってなされることを特徴とする請求項２０に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項２６】
前記多結晶質薄膜でのエネルギー印加は、真空雰囲気、水素雰囲気、および不活性ガス雰囲気のうちいずれか一つからなされることを特徴とする請求項２０に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項２７】
前記多結晶質薄膜が蒸着される前に前記基板上にバッファー層が蒸着される段階がさらに含まれることを特徴とする請求項１または２に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項２８】
前記バッファー層は、Ｓｉを含むことを特徴とする請求項２７に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【請求項２９】
前記Ｓｉを含むバッファー層は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、およびＳｉＮ／ＳｉＯ２のうちいずれかひとつであることを特徴とする請求項２８に記載の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法に関し、より詳細には、触媒化学気相蒸着装置を利用して、別途の後熱処理工程及び脱水素工程なしでも多結晶質Ｓｉ薄膜の成長が可能になるようにした多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、Ｓｉ（Ｓｉｌｉｃｏｎ：ケイ素：シリコン）のような薄膜の場合において、薄膜の電気的物性向上などを理由として、多結晶質薄膜への成長が要求される。このようなＳｉ薄膜を硝子基板に蒸着する場合、結晶性によって多結晶質（Ｐｏｌｙ：Ｐ−Ｓｉ）と非晶質（Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ：Ａ−Ｓｉ）の二つの形態に形成される。
【０００３】
添付された図１ａは結晶質Ｓｉ、図１ｂは非晶質Ｓｉの平面原子配列構造が示された図である。図１ａは多結晶質Ｓｉを表し、図１ｂは非晶質Ｓｉを表す。
【０００４】
一般にＳｉは、基板温度６００℃以上では結晶質、６００℃以下では非晶質構造をあらわすことが知られている。
【０００５】
図２は、このような多結晶質Ｓｉ薄膜が使われる代表的な一例として、能動駆動有機発光素子の薄膜トランジスターの構造が概略的に示された図である。
【０００６】
チャンネルの形態によってＰＭＯＳとＮＭＯＳとに分られ、これらを同時に利用するＣＭＯＳ素子を介して能動駆動有機発光素子の駆動がなされる。この時、チャンネルはＳｉに形成されるようになるが、Ｓｉの結晶度が高くなるほど電子および正孔の移動度が高くなり、ＣＭＯＳ素子を高集積化するためには結晶質のＳｉが必要になる。特に、高品位結晶質Ｓｉの必要性は、有機発光素子の大型化への趨勢によってさらに要求されている。
【０００７】
図３は、多結晶質Ｓｉ薄膜を製作するための様々な工程を図式的に表した図である。
【０００８】
上述で図２を参照して説明した有機発光素子に使われる高品位薄膜の製作のためには、移動度が高い薄膜トランジスターの製作が必要である。したがって、非晶質Ｓｉに比べて電気的特性が優れている多結晶質Ｓｉの製作が必須である。
【０００９】
このような方式で具現されるＳｉ薄膜の一例として、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：プラズマ化学気相蒸着法）を利用して硝子基板上に蒸着される従来の多結晶質Ｓｉ薄膜の工程を段階的に図４に示した。
【００１０】
まず、硝子基板が真空チャンバ内に用意される（Ｓ２）。前記硝子基板上にはＳｉＮとＳｉＯ２で構成されたバッファー層が蒸着され（Ｓ４）、以後前記バッファー層上にＳｉが蒸着される（Ｓ６）。前記蒸着されたＳｉは非晶質で蒸着され、この非晶質のＳｉは結晶化工程（Ｓ８）を介して多結晶質Ｓｉになる。
【００１１】
上述された結晶化工程（Ｓ８）の例が図４に示されており、これは大きくＨＴＰＳ（Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｓｉｌｉｃｏｎ：高温多結晶質Ｓｉ）及びＬＴＰＳ（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｓｉｌｉｃｏｎ：低温多結晶質Ｓｉ）に分けられる。
【００１２】
ＨＴＰＳ工程では、石英（ｑｕａｒｔｚ）基板を使って６００℃以上の温度で炉内熱処理によってＳｉを結晶化させることができるが、石英基板の価格が高いため、商用化に問題がある。また、大型石英基板の製作は困難であり、大型化への趨勢におかれている発光素子への応用には適していない。
【００１３】
ＬＴＰＳ工程では、さまざまなエネルギー源を利用して熱処理を遂行するようになるが、ＳＰＣ（固相結晶化）の場合、既存のＨＴＰＳ工程のように炉内工程やＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）によって非晶質Ｓｉを結晶化させ、または基板が変形されるという問題と、長期間の工程が要求されるという短所を持っている。
【００１４】
非晶質Ｓｉ上に金属をパターニングしてＲＴＡや炉内工程を利用して、後熱処理するＭＩＣ（金属誘起結晶化）、またはＭＩＬＣ（金属誘起側面結晶化）法も結晶化は可能であるが、金属とＳｉが反応してシリサイド（ｓｉｌｉｃｉｄｅ）を形成し、薄膜トランジスターの漏洩電流を発生させるという問題点がある。
【００１５】
最近、公知されたＳＧＳ（粗大化Ｓｉ）法は、ＳｉＮバッファー層を非晶質Ｓｉ上に成長させた後、その上に金属シード（ｓｅｅｄ）を成長させて熱処理する方式である。ＳＧＳ法は、結晶粒の大きさを調節し、または粗大化させることができるという長所があるが、工程が複雑であり、結晶化工程後にまたＳｉＮバッファー層を湿式エッチングで除去しなければならないため、湿式エッチングによってＳｉの特性が影響を受けることがありうる。
【００１６】
その他、ＬＴＰＳ方式ではＥＬＡ（エキシマレーザアニール）法やＳＬＳ（順次側面結晶化）法があるが、レーザを利用するため工程時間が長くなり、大型発光素子の製作には限界がある。特に、現在常用化されたＥＬＡ法の場合、結晶化工程のためのレーザ設備が高価であるだけでなく、レーザが持つ特性によって大型サイズのビーム形成が困難であり、結晶粒の大きさも制御することができないため、その応用上に限界がある。
【００１７】
一方、従来の多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法に関する技術を記載した文献としては、下記特許文献１ないし８等の文献がある。
【特許文献１】大韓民国特許第０４６００８０号明細書
【特許文献２】大韓民国特許出願公開第２００３−００４０１１９号明細書
【特許文献３】大韓民国特許出願公開第２００２−００１８１６１号明細書
【特許文献４】大韓民国特許出願公開第２００１−００６２３２５号明細書
【特許文献５】特開２００２−２９９２６５号公報
【特許文献６】特開２００２−１８５００５号公報
【特許文献７】特開２０００−１０１０８８号公報
【特許文献８】特開１９９６−２５０４３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
したがって、本発明は、上述した従来の問題点を解決するために案出されたものである。本発明の目的は、触媒化学気相蒸着装置を利用して別途の後熱処理工程及び脱水素工程なしでも高品位多結晶質Ｓｉ薄膜の成長が可能であり、工程省略による工程時間の短縮及び製作単価を節約することができ、大型の後熱処理装備を必要とせずに大型素子の製作が可能になるようにした多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記目的を果たすために、本発明による多結晶質薄膜のインサイチュー成長方法は、工程チャンバ内に真空を排気させる準備段階と、前記真空が排気された工程チャンバ内に真空チャンバ及び触媒を清浄化させる清浄化段階と、前記清浄化がなされた工程チャンバ内に基板が引入される基板引入段階と、前記基板が引入された前記工程チャンバ内に工程ガスが噴射される工程ガス噴射段階及び前記工程ガスが噴射された前記工程チャンバ内に前記工程ガスを前記触媒の反応を利用して前記基板上に多結晶質薄膜で成長させる工程段階とを含む。
【００２０】
ここで、前記基板上に蒸着される多結晶質薄膜は多結晶質Ｓｉ薄膜である。
【００２１】
また、前記清浄化段階は、前記真空が排気された工程チャンバ内に清浄化ガスが引入される段階と、及び前記清浄化ガスが引入された工程チャンバ内で前記触媒を加熱させる段階とからなり、前記真空が排気された工程チャンバ内に引入される清浄化ガスは、Ｈ２、Ａｒ、Ｎ２、およびＨｅのうちいずれかひとつであることを特徴とする。
【００２２】
ここで、前記清浄化段階で前記触媒はタングステン（Ｗ）触媒であり、前記タングステン触媒を加熱させる段階は前記触媒を２０００℃以上、好ましくは２３００℃に加熱する。
【００２３】
また、前記工程ガス噴射段階で前記工程チャンバ内に噴射される工程ガスはＳｉ基を含むＳｉＨ４のようなガスである。
【００２４】
ここで、前記ＳｉＨ４ガスにＨ２ガスがさらに含まれた混合ガスであることができ、Ｈ２がＳｉＨ４より多量に含まれた、すなわち、前記混合ガスの比Ｈ２／ＳｉＨ４が５以上、好ましくは１０である混合ガスである。
【００２５】
また、前記工程段階で前記触媒は、タングステン（Ｗ）触媒であり、前記タングステン触媒でなされる反応は、前記タングステン触媒を加熱することで前記工程ガスが分解されてなされる。この時、前記タングステン触媒が加熱される温度は１８００℃以上、好ましくは１８００℃で加熱され、前記タングステン触媒と前記基板との間隔は５ｃｍ内である。
【００２６】
また、前記蒸着がなされた多結晶質薄膜の結晶化度を高める結晶化段階がさらに含まれてなされることができる。
【００２７】
ここで、前記結晶化段階は、前記多結晶質薄膜にエネルギーを印加することによってなされ、前記多結晶質薄膜へのエネルギー印加は前記加熱された触媒を熱源として前記加熱された触媒を前記基板に近接させるか、または前記基板を前記加熱された触媒に近接されることでなされる。この時、前記加熱された触媒は２０００℃以上、好ましくは、２４００℃で加熱され、前記２４００℃で加熱された触媒は前記基板上に１０ｃｍ以下に近接される。
【００２８】
ここで、前記多結晶質薄膜へのエネルギー印加は、前記基板を支持する基板支持部の加熱によってなされることもできる。
【００２９】
また、前記多結晶質薄膜へのエネルギー印加は真空雰囲気、水素雰囲気、および不活性ガス雰囲気のうちいずれか一つでなされる。
【００３０】
また、前記多結晶質薄膜が蒸着される前に前記基板上にバッファー層が蒸着される段階がさらに含まれることができ、前記バッファー層はＳｉを含むＳｉＮ、ＳｉＯ２、およびＳｉＮ／ＳｉＯ２のうちいずれかひとつであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
上述したように、本発明によれば、別途の後熱処理工程及び脱水素工程なしでも高品位多結晶質Ｓｉ薄膜の成長が可能であり、工程省略による工程時間の短縮及び製作単価を節約することができ、大型の後熱処理装備を必要とせずに大型素子の製作が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明による多結晶質薄膜のインサイチュー（ｉｎ  ｓｉｔｕ）成長方法の好ましい実施形態を詳しく説明する。
【００３３】
図５は、本発明の好ましい実施形態として使われる触媒化学気相蒸着装置が概略的に示された図である。
【００３４】
図５に示された触媒化学気相蒸着装置は、基板３８に薄膜を形成するためのチャンバ３０と、前記チャンバ３０の上部に具備されて基板３８上に反応ガスを噴射するシャワーヘッド３２と、前記反応ガスを均一に分散するための分散孔３４ａが形成された分散器３４と、前記分散器３４の分散孔３４ａを介して注入された反応ガスを加熱してイオンまたはラジカル状態に分解する触媒熱線部３６と、基板３８が装着されるチャック３９と、前記反応ガスを排出するための排出口３１とを具備し、前記チャンバ３０の内部に側壁を成してパーティクルの発生を抑制する二重壁４２がさらに具備され、前記チャンバ３０内壁と前記二重壁４２との間には清浄化工程等のためのパージガスを供給するための流通路４４が形成される。
【００３５】
前記二重壁４２は、チャンバ３０の内壁にＳｉ薄膜が蒸着されてパーティクルが発生することを防止するためのものである。前記二重壁４２は、高温の加熱部、すなわち、高温の熱線４２ａが具備される。
【００３６】
また、前記触媒熱線部３６は、パージガスが流入可能な流路３６ｂが形成される。前記流路３６ｂは、前記触媒熱線部３６の熱線３６ａ結合部位（図６において「Ａ」で示す部位）にパージガスを供給するように触媒熱線部３６に側方向に形成される。
【００３７】
前記パージガスとしては、Ｈ２、Ａｒ、Ｎ２、およびＨｅなどのガスが適用可能である。
【００３８】
本発明は、上述のような一例の構成を持つ触媒化学気相蒸着装置を使用し、工程チャンバ内に真空を排気させる準備段階と、前記真空が排気された工程チャンバ内に真空チャンバ及び触媒を清浄化させる清浄化段階と、前記清浄化がなされた工程チャンバ内に基板が引入される基板引入段階と、前記基板が引入された前記工程チャンバ内に工程ガスが噴射される工程ガス噴射段階と、前記工程ガスが噴射された前記工程チャンバ内に前記工程ガスを前記触媒の反応を利用して前記基板上に多結晶質薄膜で成長させる工程段階と、を含む。したがって、従来公知である図３のような後熱処理工程及び薄膜内脱ガス工程を省略することができる。
【００３９】
図６は、図５の触媒化学気相蒸着装置を利用した工程時の触媒反応、及び薄膜蒸着過程が概略的に示された模式図である。
【００４０】
前記分散器３４の分散孔３４ａからチャンバ３０内に、反応ガスとしてＳｉＨ４が注入される。注入された後、ＳｉＨ４は触媒熱線部３６の触媒反応によって、Ｓｉ原子とＨ原子に分解される。分解されたＳｉは、硝子基板３８上に着地して、薄膜に成長する。Ｓｉと共に分解されたＨ原子は、基板または蒸着されるＳｉ薄膜の表面上でＨ２分子に再結合する。この時の再結合は発熱反応であり、この反応から発生される熱エネルギーによってＳｉの結晶化に必要なエネルギーが供給されるようになる。
【００４１】
このような触媒による工程を介して前記硝子基板３８上にＳｉ薄膜が蒸着される前になされる前記清浄化段階は、前記真空が排気された工程チャンバ内に清浄化ガスが引入される段階と、前記清浄化ガスが引入された工程チャンバ内で前記触媒を加熱させる段階とからなる。
【００４２】
前記清浄化ガスとしては、水素分子Ｈ２ガスが引入される。工程の特性及び条件などによっては、Ａｒ、Ｎ２、およびＨｅなどのガスが引入されることもできる。この時の前記触媒は、タングステン（Ｗ）触媒である。このタングステン触媒は、好ましくは２０００℃以上で加熱が可能な温度以下、例えば、融点以下のような温度以下で加熱され、さらに好ましくは、２３００℃で加熱される。このような清浄化段階を実施すれば、水素のエッチング效果によって前記触媒及び前記真空チャンバの内部が清浄化される。
【００４３】
多結晶質Ｓｉ薄膜を蒸着するにあたり、前記工程チャンバ内に噴射される工程ガスはＳｉＨ４のようなＳｉ基を含むガスである。
【００４４】
本発明の一実施形態では、工程ガスとしてＳｉＨ４ガスの他にＨ２ガスがさらに含まれた混合ガスを使用する。このような場合、上述したように、水素原子の結合で水素分子生成の際に発生される熱がＳｉ薄膜成長の時の熱エネルギーとして作用されるという効果がある。
【００４５】
また、既に公知のように、水素過量時に水素雰囲気の表面にＳｉ原子が着地するとき、Ｓｉ原子の表面移動度が増加される効果もある。Ｓｉ原子の表面移動度が増加されれば、結晶質への成長に対してさらに有利な条件を持つようになる。
【００４６】
したがって、上述のような理由によって、ＳｉＨ４とＨ２とからなる混合ガスは、Ｈ２がＳｉＨ４より多量に包含されることが好ましい。しかし、Ｈ２の過量時には、相対的に少ない量のＳｉが蒸着されるので、生産歩留まりの条件などを勘案すれば、混合ガスの比であるＨ２／ＳｉＨ４は５以上が好ましく、さらに好ましくは、混合ガスの比であるＨ２／ＳｉＨ４は１０がよい。しかし、必要に応じてこの混合ガスの比であるＨ２／ＳｉＨ４は１０以上にもなる。
【００４７】
上述したように、ＳｉＨ４ガスを利用して前記基板上にＳｉを蒸着させる場合、前記触媒はタングステン（Ｗ）触媒であることが好ましい。しかし、タングステン触媒以外でも、解離反応が可能な他の材質の触媒も使用可能である。
【００４８】
前記タングステン触媒使用の際、前記タングステン触媒でなされる反応は、ＳｉＨ４がＳｉ及び４Ｈに解離される分解反応であり、これは前記タングステン触媒を加熱することでなされる。好ましい工程のためには、前記タングステン触媒を加熱する温度は１８００℃以上で加熱が可能な温度以下、例えば、融点以下のような温度以下で加熱され、さらに好ましくは、１８００℃がよい。この時、前記タングステン触媒と前記基板との間隔は５ｃｍ以内である。
【００４９】
本発明は、上述したようにＳｉＨ４ガスと前記タングステン触媒との反応によるＳｉ薄膜の蒸着がなされた後、前記蒸着がなされた多結晶質薄膜の結晶化度を高める結晶化段階をさらに含めることができる。
【００５０】
この結晶化段階は、前記多結晶質薄膜にエネルギーを印加することで、前記多結晶質薄膜の結晶化をさらに高める段階である。このような方法は、従来公知の多様な方法で多結晶質薄膜の結晶化を高めることができるが、本発明の目的とするところによれば、前記加熱された触媒を熱源として前記加熱された触媒を前記基板へ近接、または前記基板を前記加熱された触媒へ近接させることによってなされることが好ましい。
【００５１】
この時、前記加熱された触媒は２０００℃以上で加熱が可能な温度以下、例えば、融点以下のような温度以下、さらに好ましくは、２４００℃で加熱されて、前記基板上に１０ｃｍ以下に近接され、このような工程は真空雰囲気、水素雰囲気、および不活性ガス雰囲気など、要求される薄膜の物性及び工程の特性によって可能な方法で施行することができる。すなわち、多結晶質薄膜でのエネルギー印加は、真空雰囲気、水素雰囲気、および不活性ガス雰囲気のうちいずれか一つからなる。
【００５２】
また、前記多結晶質薄膜へのエネルギー印加は、前記基板を支持する基板支持部の加熱によって行うこともできる。
【００５３】
従来公知の工程と同様に、本発明の実施形態による多結晶質Ｓｉ薄膜の蒸着においても前記基板上にバッファー層が蒸着される段階をさらに含めることができる。この時、前記バッファー層は従来公知のように、Ｓｉを含むＳｉＮ、ＳｉＯ２、およびＳｉＮ／ＳｉＯ２のうちいずれか一つであることができる。
【００５４】
以下、本発明の主な実施形態である多結晶質Ｓｉ薄膜のインサイチュー成長方法の一例を添付された図を参照して詳しく説明する。
【００５５】
図７ａは、本発明の実施形態による多結晶質Ｓｉ薄膜蒸着過程を時間による触媒温度及び蒸着された薄膜の厚さを図示したグラフであり、図７ｂは図７ａの薄膜蒸着過程が段階的に示された図である。
【００５６】
前述されたように、真空が排気された工程チャンバにはタングステン触媒を２３００℃で加熱した状態で水素ガスを引入して清浄化工程が実施される（Ｓ１０）。
【００５７】
硝子基板が引入された後（Ｓ２０）、バッファー層ＳｉＮ／ＳｉＯ２が蒸着される（Ｓ４０）。なお、このバッファー層は本工程のチャンバ内で蒸着されることができ、引入される以前の他の工程で蒸着されることもできる。
【００５８】
以後、ＳｉＨ４及びＨ２ガスが流入され、触媒は１８００℃に維持された状態でＳｉ薄膜の蒸着が進行される（Ｓ８０）。この時のＨ２／ＳｉＨ４であらわされる混合ガスの比は１０以上であり、前記触媒と基板の間の距離は５ｃｍ以内に維持される。このような工程の原理及びこれによる多結晶質Ｓｉ薄膜の成長過程は上述したとおりである。
【００５９】
以下、本発明の主な実施形態である多結晶質Ｓｉ薄膜のインサイチュー成長方法の他の一例を添付された図を参照して詳しく説明する。
【００６０】
図８ａは、本発明の他の実施形態による多結晶質Ｓｉ薄膜蒸着過程を時間による触媒温度及び蒸着された薄膜の厚さを図示したグラフであり、図８ｂは、図８ａの薄膜蒸着過程が段階的に示された図である。
【００６１】
まず、既に上述されたように、真空が排気された工程チャンバにはタングステン触媒を２３００℃で加熱した状態で水素ガスを引入して清浄化工程が実施される（Ｓ１０）。
【００６２】
硝子基板が引入された後（Ｓ２０）、バッファー層ＳｉＮ／ＳｉＯ２が蒸着される（Ｓ４０）。なお、このバッファー層は本工程のチャンバ内で蒸着されることができ、引入される以前の他の工程で蒸着されることもできる。
【００６３】
以後、ＳｉＨ４及びＨ２ガスが流入され、触媒は１８００℃に維持された状態でＳｉ薄膜の蒸着が進行される（Ｓ８０）。この時のＨ２／ＳｉＨ４であらわされる混合ガスの比は１０以上であり、前記触媒と基板の間の距離は５ｃｍ以内に維持される。このような工程の原理及びこれによる多結晶質Ｓｉ薄膜の成長器具は上述したとおりである。
【００６４】
以後、前記触媒を２４００℃まで加熱させた後、触媒と基板を相互近接させる（Ｓ９０）。この時、工程雰囲気はどんなガスも引入されない真空雰囲気で施行する。このような工程を介しても８ｂに示されたように、Ｓｉ薄膜の蒸着（Ｓ８０）より結晶粒をさらに粗大化させることができる。
【００６５】
以下、上述したような方法により、蒸着された多結晶質Ｓｉ薄膜の分析結果を添付された図を参照して説明する。
【００６６】
図９は、図７に示された方法によって蒸着された多結晶質Ｓｉ薄膜のラマン（Ｒａｍａｎ）分析結果が示されたグラフである。図１０は、図７に示された方法によって蒸着された多結晶質Ｓｉ薄膜の二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）結果が示されたグラフである。
【００６７】
図９に示されたように、Ｓｉウェーハ上に蒸着されたＳｉＯ２層上に成長された多結晶質Ｓｉ薄膜は、Ｓｉウェーハのピークと区別される典型的な多結晶質Ｓｉ薄膜のピークが５２０ｃｍ−１で現われる。つまり、触媒化学気相蒸着法によって成長させたＳｉ薄膜が熱処理を経なくても結晶質に成長するという例である。
【００６８】
一般に、プラズマ化学気相蒸着法によって成長させたＳｉ薄膜のラマンピークは広範囲の形態のピークで現われるようになるが、これはプラズマ化学気相蒸着法で成長されたＳｉ薄膜が相対的に非晶質特性にさらに近いからである。
【００６９】
本発明による触媒化学気相蒸着法によって成長されたＳｉ薄膜は、触媒の完全分解効果と水素雰囲気による化学熱処理效果によって後熱処理工程を経なくても多結晶質Ｓｉ薄膜に成長するようになる。
【００７０】
蒸着された薄膜内の水素含量を調べるために図１０を参照すれば、触媒化学気相蒸着法に成長された多結晶質Ｓｉ薄膜は低いＨ、Ｃ、Ｏ、およびＮの含有量を現わし、一般的なプラズマ化学気相蒸着法によって成長させたＳｉ薄膜よりはるかに低い水素濃度をあらわしている。
【００７１】
前記内容は本発明の好ましい実施形態を例示したもので本発明の属する分野の当業者は添付された特許請求の範囲に記載した本発明の思想及び要旨から脱しないで本発明に対する修正及び変更を加えることができるということを認識しなければならない。
【００７２】
特に、本発明の主な実施形態では多結晶質Ｓｉ薄膜の成長について説明したが、本発明の技術的思想をベースにしてＳｉ薄膜以外の他の要求される薄膜または厚膜に対してこれを適用することができる。
【００７３】
また、本発明の主な実施形態での触媒としてタングステン（Ｗ）のみを説明したが、本発明の技術的思想を応用した他の要求される工程及び薄膜などにしたがってその他の触媒種類も使用可能であることは当然のことである。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１ａ】図１ａは結晶質Ｓｉの平面原子配列構造が示された図である
【図１ｂ】図１ｂは非晶質Ｓｉの平面原子配列構造が示された図である。
【図２】図２は、多結晶質Ｓｉ薄膜が使用される一例であり、能動駆動有機発光素子の薄膜トランジスターの構造が概略的に示された図である。
【図３】図３は、従来の多結晶質Ｓｉ薄膜が基板上に製作過程を段階的に図示した図である。
【図４】図４は、多結晶質Ｓｉ薄膜を製作するための様々な工程を図式的に現わした図である。
【図５】図５は、本発明の好ましい実施形態として使用される触媒化学気相蒸着装置が概略的に示された図である。
【図６】図６は、図５の触媒化学気相蒸着装置を利用した工程の際、触媒反応及び薄膜蒸着過程が概略的に示された模式図である。
【図７ａ】図７ａは、本発明の実施形態による多結晶質Ｓｉ薄膜蒸着過程を時間による触媒温度及び蒸着された薄膜厚さに図示したグラフである。
【図７ｂ】図７ｂは、図７ａの薄膜蒸着過程が段階的に示された図である。
【図８ａ】図８ａは、本発明の他の実施形態による多結晶質Ｓｉ薄膜蒸着過程を時間による触媒温度及び蒸着された薄膜厚さに図示したグラフである。
【図８ｂ】図８ｂは、図８ａの薄膜蒸着過程が段階的に示された図である。
【図９】図９は、図７に示された方法によって蒸着された多結晶質Ｓｉ薄膜のラマン（Ｒａｍａｎ）分析結果が示されたグラフである。
【図１０】図１０は、図７に示された方法によって蒸着された多結晶質Ｓｉ薄膜の二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）結果が示されたグラフである。
【符号の説明】
【００７５】
３０    チャンバ、
３１    排出口、
３２    シャワーヘッド、
３４    分散器、
３６    触媒熱線部、
３９    基板。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006319306.tif 000008
【図６】
2006319306.tif 000009
【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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