(57)【要約】【課題】  従来の薄膜製造装置はパルスレーザー照射機構を備えていないため、一旦ロール状のテープに半導体膜を成膜してロール状に巻き取った後、レーザー照射装置に移動して改めてロール状のテープにパルスレーザーを照射する必要があり、真空排気や不活性ガスによる置換など極めてタクトタイムが長くなる課題があった。【解決手段】  ロールフィルムを供給する機構と、触媒ＣＶＤ法によりロールフィルム上に半導体膜を形成する機構と、パルスレーザーを半導体膜に照射する機構と、ロールフィルムを巻き取る機構を備えた薄膜製造装置を構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロールフィルムを供給する機構と、ＣＶＤ法により触媒体をロールフィルム上に半導体膜として堆積させる機構と、パルスレーザーを前記半導体膜に照射する機構と、前記ロールフィルムを巻き取る機構を備えることを特徴とする薄膜製造装置。
【請求項２】
前記半導体膜を堆積する機構と前記パルスレーザーを照射する機構との間で大気暴露することがないよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造装置。
【請求項３】
前記半導体膜を形成する機構と前記ロールフィルムとの間に、前記触媒体と前記ロールフィルムの距離が略一定間隔となる部分に開口を持つ遮蔽機構が設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜製造装置。
【請求項４】
前記触媒体は前記ロールフィルムとの距離が均一になるように配置されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜製造装置。
【請求項５】
ロールに巻かれた状態のロールフィルムに半導体膜を形成する工程と、前記ロールフィルムを前記ロールの回転により移動させ、前記半導体膜にパルスレーザーを照射して、前記半導体膜を多結晶化する工程と、を備えることを特徴とする半導体薄膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブル液晶ディスプレイやフレキシブル有機ＥＬディスプレイ等に用いる薄膜トランジスタ用半導体膜を形成する方法、及び半導体膜を形成するための薄膜製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の薄膜製造装置では、加熱した触媒体に原料ガスを供給し、テープを送ることにより薄膜を形成する機構が提案されている。（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００２−６９６４４号公報（８頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の薄膜製造装置では、高スループットで高品質の半導体膜を得ることが出来なかった。すなわち、特許文献１のような薄膜製造装置はパルスレーザー照射機構を備えていないため、一旦ロール状のテープに半導体膜を成膜してロール状に巻き取った後、レーザー照射装置に移動して改めてロール状のテープにパルスレーザーを照射する必要があり、真空排気や不活性ガスによる置換など極めてタクトタイムが長くなるばかりか、移動中に下地堆積膜への不純物混入の課題があった。また、成膜中に触媒体とロール状テープの距離が大きく変わるため、保護膜の成膜では特に問題にならないが、機能性薄膜すなわち半導体膜に関しては深さ方向の膜の不均一性が生じる課題があった。特に原料ガスにＳｉＨ４とＨ２を用いて非晶質シリコン膜を形成する場合には、深さ方向で膜中の水素含有量が変化するという課題があった。すなわち、非晶質シリコンの付き始めでは、触媒体からの距離が長く、触媒体からの輻射熱が少ないために水素含有量が多い非晶質シリコン膜が堆積してしまい、水素の突沸によるポリシリコン膜の膜面荒れが生じることがあった。本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、量産時のタクトタイムを縮小すると共に均一な半導体膜を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そこで、本発明の薄膜製造装置は、ロールフィルムを供給する機構と、ＣＶＤ法により触媒体をロールフィルム上に半導体膜として堆積させる機構と、パルスレーザーを前記半導体膜に照射する機構と、ロールフィルムを巻き取る機構を備えている。また、半導体膜を堆積する機構とパルスレーザーを照射する機構との間で大気暴露することがないよう構成されている。そして、半導体膜を形成する機構とロールフィルムとの間に、触媒体とロールフィルムの距離が略一定間隔となる部分に開口を持つ遮蔽機構が設けられている。あるいは、触媒体はロールフィルムとの距離が均一になるように配置されている。
【発明の効果】
【０００５】
本発明は触媒ＣＶＤ法によりロールフィルム上に半導体膜を形成した後、パルスレーザーを半導体膜に照射し半導体膜を結晶化できるので、高スループットでロールフィルム上に半導体膜を形成できる効果がある。また、大気暴露時に空気中の不純物を吸着して、最終的に薄膜トランジスタの移動度を低下させるなどの課題も解決できた。さらに、半導体膜が深さ方向に略均一な原子成分となるように遮蔽機構を設けた。また、触媒体とロールフィルムの距離を均一にすることとした。このような構成により、より均一な半導体膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の薄膜製造装置は、ロールフィルムを供給する機構と、触媒ＣＶＤ法を用いてロールフィルム上に半導体膜を形成する機構と、パルスレーザーを半導体膜に照射する機構と、ロールフィルムを巻き取る機構を備えている。このような構成により、高スループットでロールフィルム上に半導体膜を形成できる。また、半導体膜を形成する機構とロールフィルムとの間に、触媒体とロールフィルムの距離が略一定間隔となる部分に開口を持つ遮蔽機構が設けることとした。このような構成により、半導体膜が深さ方向に略均一な原子成分となる。あるいは、触媒体とロールフィルムの距離が均一になるように構成した。これにより、より均一な半導体膜を形成できる。
【０００７】
さらに、本発明の半導体薄膜の形成方法は、ロールに巻かれた状態のロールフィルムに半導体膜を形成する工程と、ロールを回転させてロールフィルムを移動させ、半導体膜にパルスレーザーを照射して、半導体膜を多結晶化する工程と、を備えることとした。
【０００８】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【０００９】
本実施例の薄膜製造装置を図１、図２、図３の模式図を用いて説明する。まず、図１は本実施例の模式図を示している。真空チャンバー５内は真空ポンプによる排気１４によって高真空に保たれ、真空度は真空計１２によって計測される。また、原料ガス９はマスフローコントローラを介して精密に流量コントロールされた原料ガス９がシャワーヘッド１０から真空チャンバー５内に供給され、また真空チャンバー５内のガス圧力を真空計１２でモニターしながら、排気速度を制御してチャンバー５内の圧力を一定に保つ自動圧力制御機構１３が排気系に設けられている。また、原料ガス９を熱分解するための触媒体８がシャワーヘッド１０の噴出し部近傍に設けられ、触媒体８には電源部１１から触媒体８を加熱するための電力供給が設置されている。さらにロールフィルム送り方向と直角方向に長辺を有するパルスレーザー照射機構６を有する光学系が設けられ、ロールフィルム１を搬送するための補助ロール２と主ロール４からなるロールフィルム送り機構１６とロールフィルム巻取り機構３が設けられている。また、補助ロール２とロールフィルム巻取り機構３に半導体膜が堆積しないように仕切り板１５が設置されている。また、ロールフィルム送り機構１６にはロールフィルム１を室温から３００℃の温度まで任意の温度に制御できる静電チャック等の機構が設けられている。ここで、図３に本実施例で用いた触媒体８の形状の模式図を示す。本実施例では触媒体８として直径０．５ｍｍの高純度タングステン（例えば純度９９．９９９％）をロールフィルムの堆積領域２２に概ね平行かつ均一に加工したタングステンワイヤー２１を用いた。尚、タングステンワイヤー２１の形状を保つためのテンション機構は記載を省略した。また、本実施例では単位面積（１ｃｍ２  ）当り０．０９ｃｍ２  の表面積になるように（以下０．０９ｃｍ２  ／ｃｍ２  と記載する）タングステンワイヤー２１を所望の形状に加工している。ここでタングステンワイヤーの形状は図３に示したようなコの字状の繰り返しに限られるわけではなく、かつまた一筆書きの必要もない。すなわち、基板上へ堆積した膜の膜厚が概ね均一になるようにタングステンワイヤーを加工すれば良い。
【００１０】
次に、図１に示した薄膜製造装置を用いて多結晶シリコン膜を形成する方法について説明する。まず、原料ガス９にＳｉＨ４  とＨ２  を用いてロールフィルム１上に非晶質シリコン膜を５００Å堆積する。次に、この非晶質シリコン膜にパルスレーザー６を照射して多結晶シリコン膜を得た。本実施例では、幅３００ｃｍ長さ５０ｍのポリエーテルスルフォンフィルムに酸化窒化珪素膜を防湿層としてコーティングを施したロールフィルムを用いた。ここで、非晶質シリコン膜の堆積条件は以下のとおりである。真空チャンバー５の到達真空度は１．０×１０−６torr未満、触媒体８の単位面積当りの表面積は約０．０９ｃｍ２  ／ｃｍ２  、触媒体８の表面温度は１８００℃、主ロール４の温度は２００℃、原料ガス９にはＳｉＨ４  ：５０ｓｃｃｍ、及びＨ２  ：１０ｓｃｃｍ、チャンバー内の圧力は１Ｐａ、触媒体８と主ロール４の表面との距離は４０ｍｍ、ロールフィルムの送り速度は５ｃｍ／ｓｅｃとした。このとき、チャンバー内の圧力は自動圧力制御機構１３により１Ｐａに保持されている。このようにして、５００Åの非晶質シリコン膜を形成できた。さらに、パルスレーザースキャン６を用いて非晶質シリコン膜を結晶化させて多結晶シリコン膜を得た。ここでパルスレーザースキャン６には、長さ３５０ｃｍ×幅２００μｍでエネルギー密度が２８０ｍＪ／ｃｍ２  のエキシマレーザーを用い、９５％のオーバーラップ率でパルス状にスキャンして照射した。ここで、多結晶シリコン膜の評価方法にはラマン分光法を用いた。ラマン分光法による結晶性の評価は一般的であり、ラマンシフトの半値幅計測することにより結晶性を評価できる。本実施例により形成された多結晶シリコン膜を評価したところ、半値幅は４．７ｃｍ−１であり、結晶性の高い膜が得られたことがわかった。また、本実施例で形成した多結晶シリコン膜をｖａｎ−ｄｅｒ−ｐａｕｗ法によりホール係数と電気伝導度を測定し、ホール移動度を計算したところ約３０ｃｍ２  ／Ｖｓの値が得られ、電気特性的にも結晶性の良好な多結晶シリコン膜であることがわかった。
【実施例２】
【００１１】
本実施例の薄膜製造装置を模式的に図２に示す。尚、実施例１で説明した内容と重複する説明は省略する。図２で示すように、触媒体８とロールフィルム１との距離が概ね一定間隔となる部分に開口を持つ遮蔽板７を設けた。このような開口を持つ遮蔽板７により、触媒体８とロールフィルム１との距離が概ね一定間隔の部分でのみ半導体膜が堆積されるようなるため、ロール４の曲率の影響を受けることがない。本実施例の装置を用いて実施例１とほぼ同条件（ロールフィルムの送り速度のみ４．５ｃｍ／ｓｅｃ）で非晶質シリコン膜を堆積し、ＳＩＭＳにより深さ方向の原子成分を分析したところロールフィルム１から非晶質シリコン膜の表面まで均一な原子成分の膜が得られていることが確認できた。
【００１２】
また、上述の非晶質シリコン膜にパルスレーザースキャン６を用いて非晶質シリコン膜を結晶化させて多結晶シリコン膜を得た。ここで、パルスレーザースキャン６には、長さ３５０ｃｍ×幅２００μｍでエネルギー密度が３１０ｍＪ／ｃｍ２  のエキシマレーザーを用い、９５％のオーバーラップ率により、パルス状にスキャンして照射した。本実施例で得られた多結晶シリコン膜を評価したところ、半値幅は４．３ｃｍ−１であり、結晶性の高い膜で有ることがわかった。非晶質シリコン膜が深さ方向に均一な原子成分で構成されているため実施例１より高いエネルギー密度でパルスレーザースキャンが行えたため、より結晶性が向上した多結晶シリコン膜が得られたと考えられる。この多結晶シリコン膜のホール移動度を測定したところ４５ｃｍ２  ／Ｖｓであり良好な電気特性が得られた。
【実施例３】
【００１３】
本実施例の薄膜製造装置を図４に模式的に示す。尚、上述の実施例で説明した内容と重複する詳細説明は省略する。図示するように、本実施例の薄膜製造装置は、触媒体８がロールフィルム１との距離が概ね一定間隔となるように設置されている。また、原料ガス９を供給するためのシャワーヘッド１０もシャワーヘッド１０と触媒体８の距離が概ね一定となるように設けられている。本実施例の装置を用いて実施例１とほぼ同条件（ロールフィルムの送り速度のみ９ｃｍ／ｓｅｃ）で非晶質シリコン膜を堆積した。この非晶質シリコン膜をＳＩＭＳにより深さ方向の原子成分を分析したところロールフィルム１から非晶質シリコン膜の表面まで均一な原子成分の膜が得られていることが確認できた。
【００１４】
また、上述の非晶質シリコン膜にパルスレーザースキャン６を用いて非晶質シリコン膜を結晶化させて多結晶シリコン膜を得た。ここで、パルスレーザースキャン６には、長さ３５０ｃｍ×幅２００μｍでエネルギー密度が３１０ｍＪ／ｃｍ２  のエキシマレーザーを用い、９５％のオーバーラップ率により、パルス状にスキャンして照射した。このように形成された多結晶シリコン膜を評価したところ、半値幅は４．２ｃｍ−１であり、結晶性の高い膜で有ることがわかった。また、多結晶シリコン膜のホール移動度を測定したところ５０ｃｍ２  ／Ｖｓであり良好な電気特性が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明により、フレキシブル液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等に用いる薄膜トランジスタ用の結晶性の高い半導体膜が高スループットで製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の薄膜製造装置の概要を示す説明図である。
【図２】本発明の薄膜製造装置の概要を示す説明図である。
【図３】本発明で用いる触媒体を説明する模式図である。
【図４】本発明の薄膜製造装置の概要を示す説明図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  ロールフィルム
２  補助ロール
３  ロールフィルム膜取り機構
４  主ロール
５  真空チャンバー
６  パルスレーザースキャン
７  遮蔽板
８  触媒体
９  原料ガス
１０  シャワーヘッド
１１  電源供給部
１２  真空計
１３  自動圧力制御機構
１４  真空排気
１５  仕切り板
１６  ロールフィルム送り機構
２１  触媒体
２２  堆積領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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