(57)【要約】【課題】  レーザアニール法を大きく変更することなく特性バラツキを解消することが可能なポリシリコン膜の形成方法を提供する。【解決手段】  アモルファスシリコン膜２を堆積したガラス基板１を相対移動させながらパルスレーザビームを照射することによってレーザアニールを行う。アニール工程の後、プラズマ処理によりレジストを除去するレジスト除去工程（アッシング）を行う。レジスト除去工程におけるプロセス時間を、レジスト除去開始からレジスト除去終了までの時間の１．５倍以上とする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質状態のシリコン半導体膜を堆積した基板を相対移動させながらパルスレーザビームを照射することによってレーザアニールを行うアニール工程と、
前記アニール工程の後、プラズマ処理によりレジストを除去するレジスト除去工程を有し、
前記レジスト除去工程におけるプロセス時間を、レジスト除去開始からレジスト除去終了までの時間の１．５倍以上とすることを特徴とするポリシリコン膜の形成方法。
【請求項２】
前記レジスト除去工程はレジストアッシング工程であることを特徴とする請求項１記載のポリシリコン膜の形成方法。
【請求項３】
前記アニール工程の後、レジストをマスクとして前記シリコン半導体膜をパターニングする工程を行い、
その後、前記マスクとして用いたレジストを除去する工程として前記レジスト除去工程を行うことを特徴とする請求項１または２記載のポリシリコン膜の形成方法。
【請求項４】
形成されるポリシリコン膜がＭＯＳ型デバイス用のポリシリコン膜であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のポリシリコン膜の形成方法。
【請求項５】
前記ＭＯＳ型デバイスが有機エレクトロルミネッセンスディスプレイの画素駆動用トランジスタであることを特徴とする請求項４記載のポリシリコン膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリシリコン膜の形成方法に関するものであり、従来プロセスを大きく変えずに特性バラツキを抑制することが可能なポリシリコン膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ（有機ＥＬディスプレイ）の画素駆動用薄膜トランジスタにおいては、液晶ディスプレイと同様、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）やポリシリコン（多結晶シリコン）を活性層に用いるのが一般的である。
【０００３】
ここで、有機ＥＬディスプレイにおける発光部分、すなわち各画素を構成する有機ＥＬ素子においては、光量が電流に比例するため、画素駆動用薄膜トランジスタとしてポリシリコンを活性層とするポリシリコン薄膜トランジスタを用いることが好ましい。例えば、電界効果移動度が小さいａ−Ｓｉに比べ、ポリシリコンでは１００倍程度の電界効果移動度が見込め、したがってポリシリコンを活性層に用いたポリシリコン薄膜トランジスタを画素スイッチに用いる方が、表示性能を向上する上で有利である。
【０００４】
また、ポリシリコン薄膜トランジスタを用いることで素子サイズを小さくすることができ、レイアウト上の観点からも有利である。さらに、ポリシリコンを用いた場合、周辺の駆動回路を同時形成することが可能であり、表示領域周辺へＬＳＩチップ等を貼り付ける必要がなくなり、製造コスト面等においても有利になる。
【０００５】
このような状況から、ポリシリコン薄膜トランジスタを画素駆動用トランジスタとして用いた有機ＥＬディスプレイが種々提案されている（例えば特許文献１や特許文献２等を参照）。
【０００６】
特許文献１記載の発明は、比較的高密度で作成できる低温ポリシリコンＴＦＴ及び有機ＥＬ素子を共通の基板上に形成した有機ＥＬ表示装置を提供するものであり、走査ライン及びデータラインに接続され且つこれらから供給される信号に対応して電源ラインから有機ＥＬ素子へ電力を供給する２以上のスイッチ回路が、電源ラインと有機ＥＬ素子間に並列接続して設けられ、スイッチ回路は低温ポリシリコン薄膜トランジスタとコンデンサとから構成される有機ＥＬ表示装置が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、複数のデータ線及び走査線によってマトリクス状に区画された領域に画素が設けられ、ポリシリコンＴＦＴを使用したアクティブマトリクス有機ＥＬ表示装置が開示されており、画素の陰極電極をポリシリコンＴＦＴを除く領域に走査線方向にストライプ状に設けることが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１２６１２１号公報
【特許文献２】特開２００４−６３０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、液晶ディスプレイにおいては、各画素の液晶を駆動するための薄膜トランジスタの他、周辺駆動回路用の薄膜トランジスタ等をパネル基板上に形成することが行われており、これに対応して、ポリシリコン膜をチャンネル層に使用したポリシリコン薄膜トランジスタをガラス基板上に形成する技術が開発されている。近年では、プロセス技術の進歩により、比較的低いプロセス温度でガラス基板上に高性能なポリシリコン薄膜トランジスタを形成することが可能になっている。例えば、エキシマレーザを用いたレーザアニール法は、ガラス基板上の非晶質シリコン膜にエキシマレーザを照射してポリシリコン膜とする方法であり、ポリシリコン膜を低いプロセス温度で形成する低温プロセスの代表例である。
【０００９】
したがって、有機ＥＬディスプレイにおいても、液晶ディスプレイの場合と同様、レーザアニール法によりポリシリコン膜を形成し、ポリシリコン薄膜トランジスタを駆動トランジスタとして形成すればよいものと考えられる。ただし、ポリシリコン膜の特性バラツキがポリシリコン薄膜トランジスタ、さらには有機ＥＬディスプレイの性能に大きな影響を与えることから、液晶ディスプレイの場合以上にポリシリコン膜の特性バラツキを抑える必要がある。
【００１０】
例えば、液晶ディスプレイの駆動においては、ある時間内に液晶容量と補助容量に所定の電荷を注入できればよいため、最低限の電流駆動能力があればよい。この時間は、薄膜トランジスタの動作速度と比較すると十分長いため、ほぼ全ての時間で所定の電圧が液晶に印加されることになり、スイッチ用トランジスタの特性のバラツキがあっても、実際に表示する画素間のバラツキは小さい。また、周辺回路を一体形成した場合でも、それぞれの容量が画素一列分となるだけで事情は変わらないため、ライン毎の表示バラツキは小さい。
【００１１】
これに対して、有機ＥＬディスプレイにおいては、有機ＥＬ素子が電流で発光するため、電流量のバラツキがそのまま輝度のバラツキとなって現れる。また、駆動回路のオン電流のバラツキは、そのままライン状の輝度ムラとなって現れる。
【００１２】
このような状況から、ポリシリコン薄膜トランジスタを有機ＥＬディスプレイの駆動に用いる場合、液晶ディスプレイの駆動に用いる場合に比べて、電気特性のバラツキを小さくする必要がある。特に、各種表示においては、隣接画素、隣接ライン間のバラツキが目立つため、隣接するポリシリコン薄膜トランジスタ間の特性バラツキを小さくする必要がある。
【００１３】
ポリシリコン薄膜トランジスタの特性バラツキは、チャネルであるポリシリコン膜の特性バラツキが大きな原因である。例えば、レーザアニール法によるポリシリコン膜の形成においては、エキシマレーザを多数回照射することにより下地ポリシリコン膜の均一化を図っているが、長さ数十ｃｍ程度に成形された長尺状のレーザビームを用いているため、必ずしも十分に均一化することができない。長尺状のレーザビームでは、長手方向における小さな強度バラツキは避けられず、これがアニール後のポリシリコン膜のバラツキの原因となるからである。
【００１４】
ここで、前記ポリシリコン膜の特性バラツキを解消するために、レーザアニール法自体を改良すればよいものと考えられるが、レーザアニール法を大きく変更することは、代替え技術がないため難しい。
【００１５】
また、前述の通り、有機ＥＬ素子は電流量に依存する発光素子であり、所望の電流を流すことが必要となるが、ＭＯＳ型トランジスタではチャネル抵抗を制御することでしか電流制御が難しいという問題があり、電流制御を可能にする回路構成の報告も各方面で数多くなされている。しかしながら、回路構成の変更による対応では、回路構成が複雑なものとなって製造コストの上昇等を招くおそれがある。
【００１６】
本発明は、前述の従来の実情に鑑みて提案されたものであり、レーザアニール法を大きく変更することなく特性バラツキを解消することが可能なポリシリコン膜の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前述の目的を達成するために、本発明に係るポリシリコン膜の形成方法は、非晶質状態のシリコン半導体膜を堆積した基板を相対移動させながらパルスレーザビームを照射することによってレーザアニールを行うアニール工程と、前記アニール工程の後、プラズマ処理によりレジストを除去するレジスト除去工程を有し、前記レジスト除去工程におけるプロセス時間を、レジスト除去開始からレジスト除去終了までの時間の１．５倍以上とすることを特徴とする。
【００１８】
本発明者は、従来のプロセスを大きく変えずに、特に隣接するポリシリコン薄膜トランジスタの特性バラツキを小さくする方法を検討し、レーザアニール後の後処理に着目するに至った。具体的には、酸素を用いたアッシングプロセス等、プラズマ処理によるレジスト除去工程のプロセス時間を延長することが特性のバラツキの解消に効果的であることを見出した。
【００１９】
例えば、酸素を用いたアッシングプロセスは、ポリシリコン膜を加工する際に、レジスト除去に用いられるプロセスである。本発明では、このアッシングプロセス等のレジスト除去工程のプロセス時間を、レジスト除去に必要な時間よりも延長している。これにより、ポリシリコン膜の特性バラツキが抑えられ、例えば有機ＥＬディスプレイの製造工程に適用することで、表示性能への影響を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のポリシリコン膜の形成方法によれば、レジスト除去工程におけるプラズマを利用することにより、均一な膜処理が可能であり、ポリシリコン膜の特性バラツキを解消することが可能である。したがって、本発明を適用することで、電界効果移動度のバラツキが小さなポリシリコン薄膜トランジスタを製造することが可能である。また、レーザアニール方法を何ら変更する必要はなく、従来からあるプロセスの変更のみで済むことから、大きな工程増加にならず、生産性を大きく損なうこともない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を適用したポリシリコン膜の形成方法の実施形態について、詳細に説明する。
【００２２】
ポリシリコン膜を形成するには、先ず、アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）を非晶質状態のシリコン半導体膜として成膜し、これをレーザアニールして多結晶化（ポリシリコン化）する。図１は、前記レーザアニールを行うためのレーザアニール装置の概略構成を示すものである。レーザアニール装置は、例えばエキシマレーザ等のパルスレーザ光を用いてガラス基板１上のアモルファスシリコン膜２をポリシリコン膜とするものである。アモルファスシリコン膜２が形成されたガラス基板１は、搬送テーブル３上に載置され、これを一方向に動かしながら前記パルスレーザ光を照射することで、アモルファスシリコン膜２全体が多結晶化される。
【００２３】
レーザアニール装置は、所定の波長及び強度のパルスレーザビームを出力するレーザ発振器１１を備え、このレーザ発振器１１から出力されるパルスレーザビームが、当該パルスレーザビームを整形し均一化するための光学系を介して前記ガラス基板１上のアモルファスシリコン膜２に照射されてレーザアニールが行われる。
【００２４】
パルスレーザビームを整形し均一化するための光学系は、パルスレーザビームの長軸方向の強度分布を均一化するための第１のホモジナイザ１２、パルスレーザビームの短軸方向の強度分布を均一化するための第２のホモジナイザ１３、フィールドレンズ１４，スリット１５、パルスレーザビームをほぼ直角に反射する全反射ミラー１６、投影レンズ１７とから構成されており、レーザ発振器１１から出力されたパルスレーザビームは、これら光学系により整形、均一化されてガラス基板１上のアモルファスシリコン膜２に照射される。
【００２５】
レーザ発振器１１から出力されるパルスレーザビームは、ほぼ中心が強く周辺が弱くなるような光強度分布を持っている。ほぼ等しい強度の光がアモルファスシリコン膜２に照射されることでほぼ揃った結晶が形成されるため、アモルファスシリコン膜２に照射されるパルスレーザビームは照射面内で光強度分布がほぼ一定である必要がある。前記第１のホモジナイザ１２及び第２のホモジナイザ１３を設置することで、照射面内の光強度がほぼ一定になるように調整される。
【００２６】
また、前記フィールドレンズ１４やスリット１５、投影レンズ１７によってパルスレーザビームのビームスポット形状が整形される。ここで、レーザアニール装置における量産性を考慮すると、ガラス基板１を搬送テーブル３によって一方向に動かし、少しずつずらしながらレーザ照射を行うことが好ましい。そこで、前記光学系によってパルスレーザビームを長細い形状に成形する。ガラス基板１上（アモルファスシリコン膜２上）でのパルスレーザビームのサイズは、例えば３０ｃｍ×０．５ｍｍである。
【００２７】
以上のようなレーザアニールにより、アモルファスシリコン膜がポリシリコン膜に変換されるが、例えば照射するパルスレーザビームに強度のバラツキがあると、その部分が筋状のムラになる。ポリシリコン膜に前記筋状のムラが残存すると、特性バラツキの原因となり、ポリシリコン薄膜トランジスタを作製した際に、その特性バラツキに繋がる。
【００２８】
そこで、本発明においては、前記レーザアニールの後に行われるポリシリコン膜の加工工程を利用してポリシリコン膜の特性バラツキを抑制する。
【００２９】
例えば、ポリシリコン薄膜トランジスタを作製する場合、ポリシリコン膜を所定の形状に加工することがある。具体的には、いわゆるフォトリソ技術を利用してポリシリコン膜を所定の形状に加工する。この場合、レジストをマスクとしてエッチングを行い、エッチング後にレジストを除去する。レジストの除去は、いわゆるアッシングにより行い、例えば酸素雰囲気中でプラズマ処理を行い、有機物（レジスト）を分解（灰化）除去する。
【００３０】
本発明者は、前記レジストをアッシングする際のプラズマ処理が前記ポリシリコン膜の特性バラツキの解消に有効であることを見出した。そこで、本発明においては、プラズマ処理時間をレジストが完全に除去された後にまで延長することで、前記ポリシリコン膜の特性バラツキを解消することとする。前記レジストのアッシングは、酸素ガスを主材料とし、プラズマを用いてレジストを除去するプロセスであるが、レジスト除去に必要な時間よりもプロセス時間を延長することにより、ポリシリコン膜に潜在的に存在する小さな領域のバラツキにプラズマダメージを与えることができ、これににより前記バラツキを消滅させることができる。
【００３１】
通常、レジストのアッシングにおいては、レジストが完全に除去された時点でプラズマ処理を終了する。これに対して、本発明では、レジストが完全に除去された後もプラズマ処理を継続し、前記ポリシリコン膜の均一化を促進する。レジスト除去後にプラズマ処理を継続することで、ポリシリコン膜にダメージを与える可能性があるが、本発明者が実験を重ね検討したところ、プラズマ処理によるダメージは僅かであり、ポリシリコン膜の均一化の効果が大きいことがわかった。
【００３２】
ここで、前記アッシング（プラズマ処理）を延長する時間としては、レジストが完全に除去されるまでの時間の５０％以上とすることが好ましい。すなわち、前記アッシングの際のプラズマ処理時間を通常のアッシング時間（アッシング開始からレジスト除去完了までの時間）の１．５倍以上とすることが好ましい。延長時間が短すぎると、ポリシリコン膜の特性バラツキを十分に解消することができない。また、延長時間を長くすれば前記特性バラツキを解消することができるが、プラズマ処理の時間があまり長くなりすぎると、プラズマダメージによる特性劣化が問題になるおそれがあり、プロセス時間の長時間化による生産性の低下も問題になるので、前記延長時間はレジストが完全に除去されるまでの時間の１５０％以下（プラズマ処理時間は、通常のアッシング時間の２．５倍以下）とすることが好ましい。
【００３３】
前記アッシング時間（延長時間）を設定するに際して、レジスト除去完了の時点は、ポリシリコン膜が形成されたガラス基板の透過率や反射率等を目視、あるいは測定機器により計測することで判定すればよい。この場合、どの時点をレジスト完了時とするかは任意であり、例えばガラス基板上からレジストが完全に消失した時点を前記レジスト除去完了時と判断してもよいし、レジストが消失され始めた時点をレジスト除去完了時と判断してもよい。レジスト完了時の判断の違いによる時間差は、前記プラズマ処理の延長時間に比べると僅かなものであり、ほとんど影響を与えることはない。
【００３４】
以上のように、レーザアニール後のアッシング工程におけるプロセス時間を延長することにより、ポリシリコン膜の膜処理を行うことが可能であり、プラズマを利用した膜処理により特性バラツキを抑えることが可能である。また、従来からあるプロセス（アッシング）の変更のみで済むため、大きな工程増加にはならない。
【００３５】
なお、先の実施形態では、プラズマ処理としてポリシリコン膜の形状加工後のアッシングを例にして説明したが、これに限らず、レーザアニール後のプラズマ処理であれば如何なるプロセスであってもポリシリコン膜の特性バラツキの解消に利用することが可能である。例えば、ポリシリコン膜にレジストをマスクとしてｎ＋注入を行う場合、前記レジストを除去するためのアッシング工程を延長することによっても、同様の効果を得ることができる。
【００３６】
前述のプラズマ処理の時間延長によるポリシリコン膜の特性バラツキの解消により、電界効果移動度の小さなポリシリコン薄膜トランジスタを得ることができる。したがって、本発明のポリシリコン膜の形成方法は、前記ポリシリコン薄膜トランジスタを用いた液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイの作製に適用することが可能であるが、特に、有機ＥＬディスプレイの作製に適用することが好適である。先にも述べた通り、有機ＥＬ素子は電流量に依存する発光素子であり、ポリシリコン膜の特性バラツキが輝度ムラに直結するからである。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明の具体的な実施例について、実験結果に基づいて説明する。
【００３８】
ポリシリコン膜の形成
４００ｍｍ×５００ｍｍのガラス基板上にアモルファスシリコン膜を成膜した後、レーザアニールを行い、ポリシリコン化した。レーザアニールは、図１に示す装置を用いて行い、長尺状のビームを少しずつずらしながら膜全体に対して行った。
【００３９】
次いで、このポリシリコン膜上にレジストを塗布形成し、これをアッシングした。アッシングは、酸素＋ＣＦ４ガスを主材料として用い、プラズマ処理を行った。酸素ガスの流量は１９００ｓｃｃｍ、ＣＦ４ガスの流量は１００ｓｃｃｍである。また、チャンバ内の圧力は２００ｍＴｏｒｒとし、プラズマ処理の投入電力は３ｋＷとした。前記アッシングにおいては、レジスト除去完了までの時間（ジャストアッシング時間）が１００秒であった。
【００４０】
そこで、通常のアッシングよりも５０％長時間処理を行い、ポリシリコン膜の特性バラツキを調べた。すなわち、アッシング時間（プラズマ処理時間）を１５０秒とし、プラズマ処理時間を５０％延長した場合の効果を調べた。
【００４１】
図２（ａ）にアッシング前のポリシリコン膜を、図２（ｂ）にアッシング後のポリシリコン膜を示す。アッシング前に見られる筋状のムラがアッシング後には消失している。そこで、各ポリシリコン膜について、中心線に沿って上下方向各部分におけるライフタイムを測定し、周辺値からのズレを調べた。結果を図３に示す。
【００４２】
図３から明らかなように、アッシング無しの場合、周辺値に対してライフタイムのバラツキが見られる。これに対して、アッシング有り（通常のアッシング＋５０％長時間処理）の場合には、小さなバラツキ（凹凸）がなくなっている。なお、図３において、アッシング有りの場合の計測結果については、アッシング無しの場合に比べて縦軸のスケールを１０倍に拡大して表示してあるので、アッシング無しの場合に比べて、アッシング有りの場合のバラツキは非常に小さい。
【００４３】
次に、アッシング時間（オーバーアッシング量）を変えて同様の測定を行い、バラツキの有無を調べた。アッシング時間は、通常のアッシング（ジャストアッシング）をオーバーアッシング量０％とし、＋１５０％までの長時間アッシングについて前記測定を行った。結果を図４に示す。なお、バラツキの有無は、平均値を交差する回数で評価した。図４から明らかなように、通常のアッシングよりも＋５０％以上の長時間処理でバラツキが解消されている。
【００４４】
有機ＥＬパネルの作製
以下の薄膜トランジスタ製造プロセスにより駆動トランジスタを作製し、有機ＥＬパネルを作製した。
【００４５】
薄膜トランジスタ製造プロセスは、基板投入（４００ｍｍ×５００ｍｍ）、アモルファスシリコン膜成膜、レーザアニール、チャネル加工、レジストのアッシング、ゲート絶縁膜成膜、ゲート金属成膜、ゲート電極加工、Ｐ（リン），Ｂ（ホウ素）注入、層間絶縁膜成膜、活性化アニール、コンタクトホール加工、信号線金属成膜、信号線電極加工、電気特性評価の各工程を経て行った。
【００４６】
前記薄膜トランジスタ製造プロセスにおいて、チャネル加工後のアッシングの際のプロセス時間を変え、有機ＥＬパネルを作製した。作製した対角３インチの有機ＥＬパネルについて、目視にて線状の輝度ムラを評価した。それぞれ１００パネルについて評価を行い、輝度ムラの数を計測した。結果を図５に示す。
【００４７】
図５から明らかなように、チャネル加工後のアッシングにおいて、通常のアッシングよりも＋５０％以上の長時間処理を行うことにより、輝度ムラが解消されている。これは、前記長時間処理によりポリシリコン膜の特性バラツキが解消され、ポリシリコン薄膜トランジスタの特性バラツキが解消されたことによるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】レーザアニール装置の構成例を示す図である。
【図２】ポリシリコン膜の表面状態を示す図であり、（ａ）はアッシング前、（ｂ）は通常のアッシング＋５０％長時間処理後の表面状態を示す。
【図３】長時間処理の有無によるライフタイムの変動の相違を示す特性図である。
【図４】アッシング時間（オーバーアッシング量）による特性バラツキの相違を示す特性図である。
【図５】アッシング時間（オーバーアッシング量）による輝度ムラの相違を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  ガラス基板、２  アモルファスシリコン膜、３  搬送テーブル、１１  レーザ発振器、１２  第１のホモジナイザ、１３  第２のホモジナイザ、１４  フィールドレンズ、１５  スリット、１６  全反射ミラー、１７  投影レンズ
【図１】
2008124251.tif 000003
【図２】
2008124251.tif 000004
【図３】
2008124251.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008124251.tif 000007