(57)【要約】     【課題】脱水素処理時間が短いアモルファスシリコン薄膜形成方法を提供する。    【解決手段】真空雰囲気中で基板４表面にＣＶＤ法によってアモルファスシリコン薄膜を形成した後、その基板４を真空雰囲気中に置いたまま、アモルファスシリコン薄膜を形成したときの温度以上に昇温させ、脱水素処理を行う。基板温度が低下しないうちに真空雰囲気で脱水素処理がされるので、処理時間が短くて済む。その場合、基板４を移動させながら赤外線２２を照射して脱水素処理を行うようにすると、アモルファスシリコン形成装置１を小型化できる。【選択図】        図１
2008144277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空雰囲気中で基板表面にＣＶＤ法によってアモルファスシリコン薄膜を形成した後、前記基板を真空雰囲気中に置いたまま、前記アモルファスシリコン薄膜を形成したときの温度以上に昇温させ、脱水素処理を行うことを特徴とするアモルファスシリコン薄膜製造方法。
【請求項２】
前記脱水素処理は、前記アモルファスシリコン薄膜を４２０℃以上５５０℃以下の温度に加熱することを特徴とする請求項１記載のアモルファスシリコン薄膜製造方法。
【請求項３】
前記脱水素処理の際の前記基板を、アモルファスシリコンがポリシリコン化する温度未満の温度に昇温させることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のアモルファスシリコン薄膜製造方法。
【請求項４】
赤外線の照射が可能な加熱装置を用い、該加熱装置と前記基板とを相対移動させながら前記アモルファスシリコン薄膜に赤外線を照射し、前記脱水素処理を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のアモルファスシリコン薄膜製造方法。
【請求項５】
前記脱水素処理は、前記アモルファスシリコン薄膜が形成された反応室とは異なる反応室内で行われることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のアモルファスシリコン薄膜製造方法。
【請求項６】
真空雰囲気中で基板表面にＣＶＤ法によってアモルファスシリコン薄膜を形成した後、前記基板を大気に曝さずに前記アモルファスシリコン薄膜を形成したときの温度以上に昇温させ、脱水素処理を行うアモルファスシリコン薄膜製造方法であって、
前記アモルファスシリコン薄膜は、３５０℃以上の基板温度で形成し、
前記脱水素処理は、前記アモルファスシリコン薄膜を、前記アモルファスシリコン薄膜の形成温度以上であって、前記アモルファスシリコン薄膜がポリシリコン化する温度未満の温度である４２０℃以上５５０℃以下の温度に加熱するアモルファスシリコン薄膜製造方法。
【請求項７】
前記脱水素処理における前記アモルファスシリコン薄膜は、５分以上２０分以下の時間加熱する請求項６記載のアモルファスシリコン薄膜製造方法。
【請求項８】
前記脱水素処理は、前記アモルファスシリコン薄膜が形成された反応室とは異なる反応室内で行う請求項６又は請求項７のいずれか１項記載のアモルファスシリコン薄膜製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアモルファスシリコン薄膜を形成する技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示パネルの技術分野では、表示速度と表示品質を向上させるために、近年は単純マトリクス駆動方式に代え、薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス駆動方式が主流となっている。
【０００３】
薄膜トランジスタは、ａ-Ｓｉ(アモルファスシリコン)薄膜、poly-Ｓｉ(ポリシリコン)薄膜、又は単結晶Ｓｉ薄膜のいずれにも形成できるが、コストや生産性の観点から、基板上に先ずａ-Ｓｉ薄膜を形成し、後工程において脱水素処理を行った後、レーザアニールによってａ-Ｓｉ薄膜をpoly-Ｓｉ薄膜に変化させる技術が採用されている。
【０００４】
図７の符号１０１は、従来技術のａ-Ｓｉ薄膜形成装置であり、搬送室１１０を中心にして、その周囲に、仕込取出室１１１と予備加熱室１１２が１台ずつと、反応室１１５1〜１１５4が４台配置されている。
【０００５】
このａ-Ｓｉ薄膜形成装置１０１では、搬送室１１０、予備加熱室１１２、反応室１１５1〜１１５4内を予め真空排気しておき、仕込取出室１１１内に所定枚数の基板を装着した後、真空排気し、搬送室１１０内に配置された基板搬送ロボット１１９によって予備加熱室１１２内に基板を搬入し、所定温度に昇温させた後、所望の反応室１１５1〜１１５4内に搬入し、プラズマＣＶＤ法によってａ-Ｓｉ薄膜を形成した後、仕込取出室１１１内に戻している。
【０００６】
そして、仕込取出室１１１内に装着した基板の全てにａ-Ｓｉ薄膜が形成され、仕込取出室１１１内に戻された後、仕込取出室１１１内から基板を大気中に取り出し、図示しない加熱処理装置内で脱水素処理を行った後、ａ-Ｓｉ薄膜をレーザアニールし、poly-Ｓｉ薄膜を形成していた。
【０００７】
上記のようにａ-Ｓｉ薄膜をレーザアニールしてpoly-Ｓｉ薄膜を製造する場合には、ａ-Ｓｉ薄膜中に水素が多量に含まれていると、ａ-Ｓｉがpoly-Ｓｉ化する際に、水素が吹き出してpoly-Ｓｉ薄膜表面がクレーター状になるという不都合がある。そのため、一般的には、ａ-Ｓｉ薄膜中の水素濃度を１．０原子％程度(Ｓｉ：５×１０22個／ｃｍ3に対し、Ｈ：５×１０20個／ｃｍ3程度)まで低下させる必要があると言われている。
【０００８】
ａ-Ｓｉ薄膜を脱水素処理する場合、ａ-Ｓｉ薄膜を高温に加熱するほど残留水素濃度は低くできるが、高温にしすぎると脱水素処理中にａ-Ｓｉ薄膜が部分的にpoly-Ｓｉ化し、その後でレーザアニール処理を行っても、良質なpoly-Ｓｉ薄膜が得られなくなるという問題がある。従って、脱水素処理の温度を低温にせざるを得ないが、そのための脱水素処理には長時間を要するという問題がある。
【特許文献１】特開平０６−３４２７５７号公報
【特許文献２】特開平０７−２２１０３５号公報
【特許文献３】特開平０９−０８２６６２号公報
【特許文献４】特開平０８−０８３７６５号公報
【特許文献５】特開平１０−１０６９５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、脱水素処理時間が短いａ-Ｓｉ薄膜形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一般に、ａ-Ｓｉ薄膜を形成する場合、基板を真空雰囲気中に置き、ＳｉＨ4ガス、Ａｒガス、Ｈ2ガス等の原料ガスや希釈ガスを導入し、プラズマを発生させて基板表面にシリコン層を成長させて形成している。
【００１１】
このようなプラズマＣＶＤ法を用いて形成したａ-Ｓｉ薄膜中には、水素が多量に含まれる。例えば３００℃で形成したａ-Ｓｉ薄膜中には１０〜２０原子％含まれる。その場合、ａ-Ｓｉ薄膜を形成した基板を加熱すればａ-Ｓｉ薄膜中の水素は減少するが、ａ-Ｓｉ薄膜を形成した基板を大気中に取り出し、一旦温度が低下した基板を再度昇温させて水素を放出させる場合、長時間加熱する必要がある。
【００１２】
本発明の発明者等は、ａ-Ｓｉ薄膜を形成した基板を大気に曝さずに直ちに加熱すると、短時間で脱水素処理を行えることを見出した。
【００１３】
本発明は上記知見に基いて創作されたものであり、請求項１記載の発明は、アモルファスシリコン薄膜製造方法であって、真空雰囲気中で基板表面にＣＶＤ法によってアモルファスシリコン薄膜を形成した後、前記基板を真空雰囲気中に置いたまま、前記アモルファスシリコン薄膜を形成したときの温度以上に昇温させ、脱水素処理を行うことを特徴とする
請求項２記載の発明は、請求項１記載のアモルファスシリコン薄膜製造方法であって、前記脱水素処理は、前記アモルファスシリコン薄膜を４２０℃以上５５０℃以下の温度に加熱することを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のアモルファスシリコン薄膜製造方法であって、前記脱水素処理の際の前記基板を、アモルファスシリコンがポリシリコン化する温度未満の温度に昇温させることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のアモルファスシリコン薄膜製造方法であって、赤外線の照射が可能な加熱装置を用い、該加熱装置と前記基板とを相対移動させながら前記アモルファスシリコン薄膜に赤外線を照射し、前記脱水素処理を行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のアモルファスシリコン薄膜製造方法であって、前記脱水素処理は、前記アモルファスシリコン薄膜が形成された反応室とは異なる反応室内で行われることを特徴とする。
請求項６記載の発明は、真空雰囲気中で基板表面にＣＶＤ法によってアモルファスシリコン薄膜を形成した後、前記基板を大気に曝さずに前記アモルファスシリコン薄膜を形成したときの温度以上に昇温させ、脱水素処理を行うアモルファスシリコン薄膜製造方法であって、前記アモルファスシリコン薄膜は、３５０℃以上の基板温度で形成し、前記脱水素処理は、前記アモルファスシリコン薄膜を、前記アモルファスシリコン薄膜の形成温度以上であって、前記アモルファスシリコン薄膜がポリシリコン化する温度未満の温度である４２０℃以上５５０℃以下の温度に加熱するアモルファスシリコン薄膜製造方法である。
請求項７記載の発明は、請求項６記載のアモルファスシリコン薄膜製造方法であって、前記脱水素処理における前記アモルファスシリコン薄膜は、５分以上２０分以下の時間加熱するアモルファスシリコン薄膜製造方法である。
請求項８記載の発明は、請求項６又は請求項７のいずれか１項記載のアモルファスシリコン薄膜製造方法であって、前記脱水素処理は、前記アモルファスシリコン薄膜が形成された反応室とは異なる反応室内で行うアモルファスシリコン薄膜製造方法である。
【００１７】
本発明のアモルファスシリコン薄膜製造方法は上記のように構成されており、真空雰囲気中で基板表面にＣＶＤ法によってアモルファスシリコン薄膜を形成した後、前記基板を真空雰囲気中に置いたまま、前記アモルファスシリコン薄膜を形成したときの温度以上に昇温させ、脱水素処理を行っている。従って、基板は大気に曝されず、温度も低下しないので、短時間で脱水素処理を行うことができる。
【００１８】
その場合の脱水素処理は、ａ-Ｓｉ薄膜を、その形成温度以上に加熱する必要があるが、ａ-Ｓｉ薄膜の脱水素処理の温度が高いほどａ-Ｓｉ薄膜中の水素濃度を低くすることができる。
【００１９】
一方、プラズマＣＶＤ装置は一般にＮＦ3ガスを用いてクリーニングを行うため、高温での使用に対しては、反応室を耐フッ素正の耐食性材料で構成する必要がある。しかし、実際には４５０℃での成膜プロセスやクリーニングプロセスに完全に耐えられる材料は存在しない。
【００２０】
よって、ＰＥＣＶＤ成膜はできるだけ低温で行い、脱水素処理はできるだけ高温で行う方が望ましいが、膜質との関係から、ＣＶＤ法の作製温度は３５０℃が下限であり、脱水素処理の温度は４２０℃が下限である。
【００２１】
また、ａ-Ｓｉ薄膜を５５０℃以上加熱すると部分的なpoly-Ｓｉ化が起こってしまうため、脱水素処理の温度は、その温度が上限となる。従って、脱水素処理の温度は、４２０℃以上５５０℃未満(実際には５３０℃以下)となる。
【００２２】
脱水素処理を行う際には、赤外線の照射が可能な加熱装置を用い、加熱装置と基板とを相対移動させながら真空雰囲気中でａ-Ｓｉ薄膜に赤外線を照射することができる。この場合には、ａ-Ｓｉ薄膜形成装置全体を小型化することができ、また、全体の処理速度を向上させることができる。
【００２３】
他方、脱水素処理は、アモルファスシリコン薄膜を形成する反応室とは異なる反応室内で行うことも可能であり、この場合は、基板を静止させて脱水素処理を行うことができる。
【００２４】
なお、本発明に於いて基板を脱水素処理する真空雰囲気は低圧力であればよく、真空雰囲気中にアルゴンガスや窒素ガス等のａ-Ｓｉ薄膜に影響を与えない不活性ガスを導入する場合も含まれる。ホットプレート上に基板を載置して加熱する場合、不活性ガスを導入すると基板の温度制御性が向上して好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ガラス基板の処理時間を大幅に短縮することができる。
ガラス基板を移動させながら脱水素処理を行うことができるので、装置全体が小型化する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１を参照し、符号１は、本発明を適用可能なａ-Ｓｉ薄膜形成装置を示している。
【００２７】
このａ-Ｓｉ薄膜形成装置１は、搬送室１０を有しており、その周囲には、搬送室１０を中心にして、１台の仕込取出室１１及び予備加熱室１２と、４台の反応室１５1〜１５4が配置されている。
【００２８】
仕込取出室１１と搬送室１０と各反応室１５1〜１５4は独立して真空排気できるように構成されており、上記構成のａ-Ｓｉ薄膜形成装置１を使用し、ａ-Ｓｉ薄膜を形成する場合、予め各室１０〜１２、１５1〜１５4を真空排気しておく。次に、仕込取出室１１内だけを大気に曝し、板厚０．５〜３ｍｍ程度の大口径のガラス基板を所定枚数配置し、大気との間の扉を閉じる。
【００２９】
仕込取出室１１内を所定圧力まで真空排気した後、搬送室１０との間の仕切を開ける。搬送室１０内には基板搬送ロボット１９が配置されており、仕込取出室１１内のガラス基板を１枚取り出し、予備加熱室１２内に搬入する。
【００３０】
予備加熱室１２内でガラス基板を加熱し、ａ-Ｓｉ薄膜の形成温度まで昇温させた後、所望の反応室(ここでは符号１５1で示す反応室とする)に搬入し、反応室１５1と搬送室１０との間の仕切を閉じる。
【００３１】
各反応室１５1〜１５4にはガス導入系(図示せず)が接続され、所望種類のガスを導入できるように構成されている。また、搬入されたガラス基板を載置する載置部にはヒータが設けられており、ガラス基板を所望の温度に維持できるように構成されている。
【００３２】
ガラス基板の搬入後、載置部上に載置し、４２０℃に昇温させた状態で、ガス導入系からシランガスとアルゴンガスを流量比５：９５の割合で導入する。次いで、反応室１５1内の電極に電圧を印加し、導入ガスのプラズマを発生させ、プラズマＣＶＤ法によってガラス基板表面にａ-Ｓｉ薄膜を成長させる。
【００３３】
ａ-Ｓｉ薄膜を所定膜厚(２００〜１０００  )まで成長させた後、基板搬送ロボット１９によって、そのガラス基板を反応室１５1搬送室１０内に搬出する。
図２の符号４は、そのガラス基板を示しており、搬送ロボット１９のアーム２５の先端に乗せられた状態になっている。
【００３４】
搬送室１０天井の、各反応室１５1〜１５4の搬出入口付近の位置には、赤外線加熱装置１６1〜１６4がそれぞれ配置されており、各反応室１５1〜１５4から搬出される基板は、赤外線加熱装置１６1〜１６4の直下位置をそれぞれ通過するように構成されている。
【００３５】
各赤外線加熱装置１６1〜１６4は、直線状の赤外線ランプ２７と、反射鏡２９とを有しており、該反射鏡２９は、赤外線ランプ２７の後方に配置され、赤外線ランプ２７が放射した赤外線を反射しながら集光するように構成されている。
【００３６】
搬送室１０天井の赤外線ランプ２７の直下位置には、石英窓２１が気密に設けられており、赤外線ランプ２７から放射された赤外線２２は、直接又は反射鏡２８で反射された後、石英窓２１を透過して搬送室１０内に照射され、直線状に焦点を結ぶように構成されている。
【００３７】
ａ-Ｓｉ薄膜が形成されたガラス基板４を反応室１５1内から搬出する際に、その反応室１５1の搬出入口上の赤外線加熱装置１６1に通電しておくと、カラス基板４は赤外線２２の焦点位置を通過し、焦点部分のａ-Ｓｉ薄膜が集中して加熱される。
【００３８】
各赤外線照射装置１６1〜１６2は、その赤外線ランプ２７の長手方向がガラス基板４の搬出方向とは垂直方向に配置されており、直線状の焦点は、ガラス基板４の搬出方向とは略垂直に伸びている。その結果、ガラス基板４を一定速度で搬出すると、ガラス基板４の先頭から最後尾まで均一に赤外線２２が照射され、ガラス基板４全体が均一に加熱されるようになっている。
【００３９】
この場合、赤外線ランプ２７への投入電力を調節したり、ガラス基板４の搬出速度(移動速度)を調節することで、ガラス基板４を所望温度に昇温させることができる。
【００４０】
赤外線加熱装置１６1により、ガラス基板４がａ-Ｓｉ薄膜が形成されたときの基板温度以上(且つａ-Ｓｉの結晶化温度である５５０℃未満)に加熱されると、ａ-Ｓｉ薄膜から水素が放出される。その水素は、真空排気によってａ-Ｓｉ薄膜形成装置１外に排気される。
【００４１】
このように、１枚のガラス基板４上のａ-Ｓｉ薄膜の脱水素処理を行い、そのガラス基板４を搬出入室１１に戻す。そして、予備加熱室１２内で予備加熱が終了したガラス基板を空の反応室１５1内に搬入し、ａ-Ｓｉ薄膜の成長を開始する。
【００４２】
このとき、他の反応室１５2〜１５4内でもａ-Ｓｉ薄膜の成長プロセスは並行して行われており、ａ-Ｓｉ薄膜形成が終了すると赤外線加熱装置１６2〜１６4に通電し、ガラス基板に赤外線を照射しながら所定速度で搬出し、脱水素処理を行い、搬出入室１１内に戻す。
【００４３】
以上のように、脱水素処理が終了したガラス基板は搬出入室１１内に戻す。搬出入室１１に装着したガラス基板が全て戻ったところで、搬出入室１１と搬送室１０との間の仕切を閉じ、搬出入室１１を大気に開放してガラス基板を取り出す。
【００４４】
以上説明したように、本発明によれば、ａ-Ｓｉ薄膜を形成したガラス基板を大気中に取り出す前に脱水素処理を行うことができるので、脱水素処理を行う際に、ａ-Ｓｉ薄膜が形成された直後の昇温した状態のガラス基板を少し加熱するだけで済む。従って、ガラス基板の加熱時間が非常に短くて済み、また真空雰囲気中で処理されることから水素が放出されやすくなっており、処理時間が短縮する。
【００４５】
図４は、赤外線加熱装置１６1〜１６4の電力が１５０Ｗ及び４５０Ｗのときのガラス基板の移動速度と、脱水素処理後のａ-Ｓｉ薄膜中の残留水素濃度の関係を示すグラフである。電力が大きい方が残留水素濃度は小さくなるが、いずれの場合でも、移動速度が速くなるとガラス基板温度が低下する結果、脱水素処理が不十分になり、残留水素濃度が大きくなることが分かる。このときの測定条件は、ガラス基板周囲の雰囲気圧力５Ｐａ、焦点幅５ｍｍ、焦点長４００ｍｍであった。
【００４６】
なお、上記のａ-Ｓｉ薄膜形成装置１では、赤外線加熱装置１６1〜１６4を各反応室１５1〜１５4の入口上に配置したが、強力な赤外線を放出できる赤外線加熱装置を用いると脱水素処理の際のガラス基板の移動速度を速くできるので、反応室１５1〜１５4の入口上ではなく、搬出入室１１の入口の上部にだけ赤外線照射装置を設けることができる。
【００４７】
以上は、ガラス基板を移動させながら脱水素処理を行った場合について説明したが、本発明はそれに限定されるものではない。例えば上記反応室１５1〜１５4のいずれか１室を、図３に示すような専用の脱水素処理室１８に替え、搬送室１０に接続してもよい。
【００４８】
この図３に示した脱水素処理室１８では、そのチャンバー３０内にランプヒータ３１が配置されており、搬入されたガラス基板４'を静止させた状態で加熱するようになっている。また、ランプヒータ３１ではなく、チャンバー３０内にホットプレート３２を配置しておき、搬入されたガラス基板４'をホットプレート３０上に載置して加熱してもよい。
【００４９】
ランプヒータ３１を用いて脱水素処理を行った場合と、ホットプレート３０を用いて脱水素処理を行った場合のａ-Ｓｉ薄膜内の残留水素濃度をそれぞれ図５、図６のグラフに示す。
【００５０】
ランプヒータ３１を用いた図５のグラフの測定条件は、雰囲気圧力５Ｐａであり、ランプへの投入電力は２００Ｗと５００Ｗの場合である。２００Ｗでは、処理時間を長くしても十分な脱水素処理を行えないことが分かる。
【００５１】
ホットプレート３０を用いた図６のグラフの測定条件は、雰囲気圧力１３３Ｐａ(窒素ガス雰囲気)であり、ガラス基板温度４２０℃(ホットプレート温度４５０℃)と４５０℃(ホットプレート温度４８０℃)の場合である。
【００５２】
ホットプレートで加熱する場合、熱伝導率を大きくするために窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスを導入することが好ましいが、上記の赤外線加熱装置１６1〜１６4やランプヒータ３１を用いる場合は、必ずしも不活性ガス雰囲気にする必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明を適用できるａ-Ｓｉ薄膜製造装置の一例
【図２】その赤外線加熱装置部分の拡大図
【図３】専用の脱水素処理室の一例
【図４】基板の移動速度と残留水素濃度の関係を示すグラフ
【図５】ランプ加熱の場合の処理時間と残留水素濃度の関係を示すグラフ
【図６】ホットプレート加熱の場合の基板温度と残留水素濃度の関係を示すグラフ
【図７】従来技術のａ-Ｓｉ薄膜製造装置の一例
【符号の説明】
【００５４】
１……ａ-Ｓｉ薄膜製造装置    ４……基板        １６1〜１６4……加熱装置
【図１】
2008144277.tif 000003
【図２】
2008144277.tif 000004
【図３】
2008144277.tif 000005
【図４】
2008144277.tif 000006
【図５】
2008144277.tif 000007
【図６】
2008144277.tif 000008
【図７】
2008144277.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成19年12月27日(2007.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空雰囲気中で基板表面にＣＶＤ法によってアモルファスシリコン薄膜を形成した後、前記基板を大気に曝さずに前記アモルファスシリコン薄膜を形成したときの温度以上に昇温させ、脱水素処理を行うアモルファスシリコン薄膜製造方法であって、
前記アモルファスシリコン薄膜は、３５０℃以上の基板温度で形成し、
前記脱水素処理は、前記アモルファスシリコン薄膜を、前記アモルファスシリコン薄膜の形成温度以上であって、前記アモルファスシリコン薄膜がポリシリコン化する温度未満の温度である４２０℃以上５５０℃以下の温度に加熱するアモルファスシリコン薄膜製造方法。
【請求項２】
前記脱水素処理における前記アモルファスシリコン薄膜は、５分以上２０分以下の時間加熱する請求項１記載のアモルファスシリコン薄膜製造方法。
【請求項３】
前記脱水素処理は、前記アモルファスシリコン薄膜が形成された反応室とは異なる反応室内で行う請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のアモルファスシリコン薄膜製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアモルファスシリコン薄膜を形成する技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示パネルの技術分野では、表示速度と表示品質を向上させるために、近年は単純マトリクス駆動方式に代え、薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス駆動方式が主流となっている。
【０００３】
薄膜トランジスタは、ａ-Ｓｉ(アモルファスシリコン)薄膜、poly-Ｓｉ(ポリシリコン)薄膜、又は単結晶Ｓｉ薄膜のいずれにも形成できるが、コストや生産性の観点から、基板上に先ずａ-Ｓｉ薄膜を形成し、後工程において脱水素処理を行った後、レーザアニールによってａ-Ｓｉ薄膜をpoly-Ｓｉ薄膜に変化させる技術が採用されている。
【０００４】
図７の符号１０１は、従来技術のａ-Ｓｉ薄膜形成装置であり、搬送室１１０を中心にして、その周囲に、仕込取出室１１１と予備加熱室１１２が１台ずつと、反応室１１５1〜１１５4が４台配置されている。
【０００５】
このａ-Ｓｉ薄膜形成装置１０１では、搬送室１１０、予備加熱室１１２、反応室１１５1〜１１５4内を予め真空排気しておき、仕込取出室１１１内に所定枚数の基板を装着した後、真空排気し、搬送室１１０内に配置された基板搬送ロボット１１９によって予備加熱室１１２内に基板を搬入し、所定温度に昇温させた後、所望の反応室１１５1〜１１５4内に搬入し、プラズマＣＶＤ法によってａ-Ｓｉ薄膜を形成した後、仕込取出室１１１内に戻している。
【０００６】
そして、仕込取出室１１１内に装着した基板の全てにａ-Ｓｉ薄膜が形成され、仕込取出室１１１内に戻された後、仕込取出室１１１内から基板を大気中に取り出し、図示しない加熱処理装置内で脱水素処理を行った後、ａ-Ｓｉ薄膜をレーザアニールし、poly-Ｓｉ薄膜を形成していた。
【０００７】
上記のようにａ-Ｓｉ薄膜をレーザアニールしてpoly-Ｓｉ薄膜を製造する場合には、ａ-Ｓｉ薄膜中に水素が多量に含まれていると、ａ-Ｓｉがpoly-Ｓｉ化する際に、水素が吹き出してpoly-Ｓｉ薄膜表面がクレーター状になるという不都合がある。そのため、一般的には、ａ-Ｓｉ薄膜中の水素濃度を１．０原子％程度(Ｓｉ：５×１０22個／ｃｍ3に対し、Ｈ：５×１０20個／ｃｍ3程度)まで低下させる必要があると言われている。
【０００８】
ａ-Ｓｉ薄膜を脱水素処理する場合、ａ-Ｓｉ薄膜を高温に加熱するほど残留水素濃度は低くできるが、高温にしすぎると脱水素処理中にａ-Ｓｉ薄膜が部分的にpoly-Ｓｉ化し、その後でレーザアニール処理を行っても、良質なpoly-Ｓｉ薄膜が得られなくなるという問題がある。従って、脱水素処理の温度を低温にせざるを得ないが、そのための脱水素処理には長時間を要するという問題がある。
【特許文献１】特開平０６−３４２７５７号公報
【特許文献２】特開平０７−２２１０３５号公報
【特許文献３】特開平０９−０８２６６２号公報
【特許文献４】特開平０８−０８３７６５号公報
【特許文献５】特開平１０−１０６９５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、脱水素処理時間が短いａ-Ｓｉ薄膜形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一般に、ａ-Ｓｉ薄膜を形成する場合、基板を真空雰囲気中に置き、ＳｉＨ4ガス、Ａｒガス、Ｈ2ガス等の原料ガスや希釈ガスを導入し、プラズマを発生させて基板表面にシリコン層を成長させて形成している。
【００１１】
このようなプラズマＣＶＤ法を用いて形成したａ-Ｓｉ薄膜中には、水素が多量に含まれる。例えば３００℃で形成したａ-Ｓｉ薄膜中には１０〜２０原子％含まれる。その場合、ａ-Ｓｉ薄膜を形成した基板を加熱すればａ-Ｓｉ薄膜中の水素は減少するが、ａ-Ｓｉ薄膜を形成した基板を大気中に取り出し、一旦温度が低下した基板を再度昇温させて水素を放出させる場合、長時間加熱する必要がある。
【００１２】
本発明の発明者等は、ａ-Ｓｉ薄膜を形成した基板を大気に曝さずに直ちに加熱すると、短時間で脱水素処理を行えることを見出した。
【００１３】
本発明は上記知見に基いて創作されたものであり、請求項１記載の発明は、真空雰囲気中で基板表面にＣＶＤ法によってアモルファスシリコン薄膜を形成した後、前記基板を大気に曝さずに前記アモルファスシリコン薄膜を形成したときの温度以上に昇温させ、脱水素処理を行うアモルファスシリコン薄膜製造方法であって、前記アモルファスシリコン薄膜は、３５０℃以上の基板温度で形成し、前記脱水素処理は、前記アモルファスシリコン薄膜を、前記アモルファスシリコン薄膜の形成温度以上であって、前記アモルファスシリコン薄膜がポリシリコン化する温度未満の温度である４２０℃以上５５０℃以下の温度に加熱するアモルファスシリコン薄膜製造方法である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のアモルファスシリコン薄膜製造方法であって、前記脱水素処理における前記アモルファスシリコン薄膜は、５分以上２０分以下の時間加熱するアモルファスシリコン薄膜製造方法である。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のアモルファスシリコン薄膜製造方法であって、前記脱水素処理は、前記アモルファスシリコン薄膜が形成された反応室とは異なる反応室内で行うアモルファスシリコン薄膜製造方法である。
【００１４】
本発明のアモルファスシリコン薄膜製造方法は上記のように構成されており、真空雰囲気中で基板表面にＣＶＤ法によってアモルファスシリコン薄膜を形成した後、前記基板を真空雰囲気中に置いたまま、前記アモルファスシリコン薄膜を形成したときの温度以上に昇温させ、脱水素処理を行っている。従って、基板は大気に曝されず、温度も低下しないので、短時間で脱水素処理を行うことができる。
【００１５】
その場合の脱水素処理は、ａ-Ｓｉ薄膜を、その形成温度以上に加熱する必要があるが、ａ-Ｓｉ薄膜の脱水素処理の温度が高いほどａ-Ｓｉ薄膜中の水素濃度を低くすることができる。
【００１６】
一方、プラズマＣＶＤ装置は一般にＮＦ3ガスを用いてクリーニングを行うため、高温での使用に対しては、反応室を耐フッ素性の耐食性材料で構成する必要がある。しかし、実際には４５０℃での成膜プロセスやクリーニングプロセスに完全に耐えられる材料は存在しない。
【００１７】
よって、ＰＥＣＶＤ成膜はできるだけ低温で行い、脱水素処理はできるだけ高温で行う方が望ましいが、膜質との関係から、ＣＶＤ法の作製温度は３５０℃が下限であり、脱水素処理の温度は４２０℃が下限である。
【００１８】
また、ａ-Ｓｉ薄膜を５５０℃以上加熱すると部分的なpoly-Ｓｉ化が起こってしまうため、脱水素処理の温度は、その温度が上限となる。従って、脱水素処理の温度は、４２０℃以上５５０℃未満(実際には５３０℃以下)となる。
【００１９】
脱水素処理を行う際には、赤外線の照射が可能な加熱装置を用い、加熱装置と基板とを相対移動させながら真空雰囲気中でａ-Ｓｉ薄膜に赤外線を照射することができる。この場合には、ａ-Ｓｉ薄膜形成装置全体を小型化することができ、また、全体の処理速度を向上させることができる。
【００２０】
他方、脱水素処理は、アモルファスシリコン薄膜を形成する反応室とは異なる反応室内で行うことも可能であり、この場合は、基板を静止させて脱水素処理を行うことができる。
【００２１】
なお、本発明に於いて基板を脱水素処理する真空雰囲気は低圧力であればよく、真空雰囲気中にアルゴンガスや窒素ガス等のａ-Ｓｉ薄膜に影響を与えない不活性ガスを導入する場合も含まれる。ホットプレート上に基板を載置して加熱する場合、不活性ガスを導入すると基板の温度制御性が向上して好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ガラス基板の処理時間を大幅に短縮することができる。
ガラス基板を移動させながら脱水素処理を行うことができるので、装置全体が小型化する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１を参照し、符号１は、本発明を適用可能なａ-Ｓｉ薄膜形成装置を示している。
【００２４】
このａ-Ｓｉ薄膜形成装置１は、搬送室１０を有しており、その周囲には、搬送室１０を中心にして、１台の仕込取出室１１及び予備加熱室１２と、４台の反応室１５1〜１５4が配置されている。
【００２５】
仕込取出室１１と搬送室１０と各反応室１５1〜１５4は独立して真空排気できるように構成されており、上記構成のａ-Ｓｉ薄膜形成装置１を使用し、ａ-Ｓｉ薄膜を形成する場合、予め各室１０〜１２、１５1〜１５4を真空排気しておく。次に、仕込取出室１１内だけを大気に曝し、板厚０．５〜３ｍｍ程度の大口径のガラス基板を所定枚数配置し、大気との間の扉を閉じる。
【００２６】
仕込取出室１１内を所定圧力まで真空排気した後、搬送室１０との間の仕切を開ける。搬送室１０内には基板搬送ロボット１９が配置されており、仕込取出室１１内のガラス基板を１枚取り出し、予備加熱室１２内に搬入する。
【００２７】
予備加熱室１２内でガラス基板を加熱し、ａ-Ｓｉ薄膜の形成温度まで昇温させた後、所望の反応室(ここでは符号１５1で示す反応室とする)に搬入し、反応室１５1と搬送室１０との間の仕切を閉じる。
【００２８】
各反応室１５1〜１５4にはガス導入系(図示せず)が接続され、所望種類のガスを導入できるように構成されている。また、搬入されたガラス基板を載置する載置部にはヒータが設けられており、ガラス基板を所望の温度に維持できるように構成されている。
【００２９】
ガラス基板の搬入後、載置部上に載置し、４２０℃に昇温させた状態で、ガス導入系からシランガスとアルゴンガスを流量比５：９５の割合で導入する。次いで、反応室１５1内の電極に電圧を印加し、導入ガスのプラズマを発生させ、プラズマＣＶＤ法によってガラス基板表面にａ-Ｓｉ薄膜を成長させる。
【００３０】
ａ-Ｓｉ薄膜を所定膜厚(３００〜１０００Å)まで成長させた後、基板搬送ロボット１９によって、そのガラス基板を反応室１５1から搬送室１０内に搬出する。
図２の符号４は、そのガラス基板を示しており、搬送ロボット１９のアーム２５の先端に乗せられた状態になっている。
【００３１】
搬送室１０天井の、各反応室１５1〜１５4の搬出入口付近の位置には、赤外線加熱装置１６1〜１６4がそれぞれ配置されており、各反応室１５1〜１５4から搬出される基板は、赤外線加熱装置１６1〜１６4の直下位置をそれぞれ通過するように構成されている。
【００３２】
各赤外線加熱装置１６1〜１６4は、直線状の赤外線ランプ２７と、反射鏡２９とを有しており、該反射鏡２９は、赤外線ランプ２７の後方に配置され、赤外線ランプ２７が放射した赤外線を反射しながら集光するように構成されている。
【００３３】
搬送室１０天井の赤外線ランプ２７の直下位置には、石英窓２１が気密に設けられており、赤外線ランプ２７から放射された赤外線２２は、直接又は反射鏡２８で反射された後、石英窓２１を透過して搬送室１０内に照射され、直線状に焦点を結ぶように構成されている。
【００３４】
ａ-Ｓｉ薄膜が形成されたガラス基板４を反応室１５1内から搬出する際に、その反応室１５1の搬出入口上の赤外線加熱装置１６1に通電しておくと、カラス基板４は赤外線２２の焦点位置を通過し、焦点部分のａ-Ｓｉ薄膜が集中して加熱される。
【００３５】
各赤外線照射装置１６1〜１６2は、その赤外線ランプ２７の長手方向がガラス基板４の搬出方向とは垂直方向に配置されており、直線状の焦点は、ガラス基板４の搬出方向とは略垂直に伸びている。その結果、ガラス基板４を一定速度で搬出すると、ガラス基板４の先頭から最後尾まで均一に赤外線２２が照射され、ガラス基板４全体が均一に加熱されるようになっている。
【００３６】
この場合、赤外線ランプ２７への投入電力を調節したり、ガラス基板４の搬出速度(移動速度)を調節することで、ガラス基板４を所望温度に昇温させることができる。
【００３７】
赤外線加熱装置１６1により、ガラス基板４がａ-Ｓｉ薄膜が形成されたときの基板温度以上(且つａ-Ｓｉの結晶化温度である５５０℃未満)に加熱されると、ａ-Ｓｉ薄膜から水素が放出される。その水素は、真空排気によってａ-Ｓｉ薄膜形成装置１外に排気される。
【００３８】
このように、１枚のガラス基板４上のａ-Ｓｉ薄膜の脱水素処理を行い、そのガラス基板４を搬出入室１１に戻す。そして、予備加熱室１２内で予備加熱が終了したガラス基板を空の反応室１５1内に搬入し、ａ-Ｓｉ薄膜の成長を開始する。
【００３９】
このとき、他の反応室１５2〜１５4内でもａ-Ｓｉ薄膜の成長プロセスは並行して行われており、ａ-Ｓｉ薄膜形成が終了すると赤外線加熱装置１６2〜１６4に通電し、ガラス基板に赤外線を照射しながら所定速度で搬出し、脱水素処理を行い、搬出入室１１内に戻す。
【００４０】
以上のように、脱水素処理が終了したガラス基板は搬出入室１１内に戻す。搬出入室１１に装着したガラス基板が全て戻ったところで、搬出入室１１と搬送室１０との間の仕切を閉じ、搬出入室１１を大気に開放してガラス基板を取り出す。
【００４１】
以上説明したように、本発明によれば、ａ-Ｓｉ薄膜を形成したガラス基板を大気中に取り出す前に脱水素処理を行うことができるので、脱水素処理を行う際に、ａ-Ｓｉ薄膜が形成された直後の昇温した状態のガラス基板を少し加熱するだけで済む。従って、ガラス基板の加熱時間が非常に短くて済み、また真空雰囲気中で処理されることから水素が放出されやすくなっており、処理時間が短縮する。
【００４２】
図４は、赤外線加熱装置１６1〜１６4の電力が１５０Ｗ及び４５０Ｗのときのガラス基板の移動速度と、脱水素処理後のａ-Ｓｉ薄膜中の残留水素濃度の関係を示すグラフである。電力が大きい方が残留水素濃度は小さくなるが、いずれの場合でも、移動速度が速くなるとガラス基板温度が低下する結果、脱水素処理が不十分になり、残留水素濃度が大きくなることが分かる。このときの測定条件は、ガラス基板周囲の雰囲気圧力５Ｐａ、焦点幅５ｍｍ、焦点長４００ｍｍであった。
【００４３】
なお、上記のａ-Ｓｉ薄膜形成装置１では、赤外線加熱装置１６1〜１６4を各反応室１５1〜１５4の入口上に配置したが、強力な赤外線を放出できる赤外線加熱装置を用いると脱水素処理の際のガラス基板の移動速度を速くできるので、反応室１５1〜１５4の入口上ではなく、搬出入室１１の入口の上部にだけ赤外線照射装置を設けることができる。
【００４４】
以上は、ガラス基板を移動させながら脱水素処理を行った場合について説明したが、本発明はそれに限定されるものではない。例えば上記反応室１５1〜１５4のいずれか１室を、図３に示すような専用の脱水素処理室１８に替え、搬送室１０に接続してもよい。
【００４５】
この図３に示した脱水素処理室１８では、そのチャンバー３０内にランプヒータ３１が配置されており、搬入されたガラス基板４'を静止させた状態で加熱するようになっている。また、ランプヒータ３１ではなく、チャンバー３０内にホットプレート３２を配置しておき、搬入されたガラス基板４'をホットプレート３０上に載置して加熱してもよい。
【００４６】
ランプヒータ３１を用いて脱水素処理を行った場合と、ホットプレート３０を用いて脱水素処理を行った場合のａ-Ｓｉ薄膜内の残留水素濃度をそれぞれ図５、図６のグラフに示す。
【００４７】
ランプヒータ３１を用いた図５のグラフの測定条件は、雰囲気圧力５Ｐａであり、ランプへの投入電力は２００Ｗと５００Ｗの場合である。２００Ｗでは、処理時間を長くしても十分な脱水素処理を行えないことが分かる。
【００４８】
ホットプレート３０を用いた図６のグラフの測定条件は、雰囲気圧力１３３Ｐａ(窒素ガス雰囲気)であり、ガラス基板温度４２０℃(ホットプレート温度４５０℃)と４５０℃(ホットプレート温度４８０℃)の場合である。
【００４９】
ホットプレートで加熱する場合、熱伝導率を大きくするために窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスを導入することが好ましいが、上記の赤外線加熱装置１６1〜１６4やランプヒータ３１を用いる場合は、必ずしも不活性ガス雰囲気にする必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明を適用できるａ-Ｓｉ薄膜製造装置の一例
【図２】その赤外線加熱装置部分の拡大図
【図３】専用の脱水素処理室の一例
【図４】基板の移動速度と残留水素濃度の関係を示すグラフ
【図５】ランプ加熱の場合の処理時間と残留水素濃度の関係を示すグラフ
【図６】ホットプレート加熱の場合の基板温度と残留水素濃度の関係を示すグラフ
【図７】従来技術のａ-Ｓｉ薄膜製造装置の一例
【符号の説明】
【００５１】
１……ａ-Ｓｉ薄膜製造装置    ４……基板        １６1〜１６4……加熱装置