(57)【要約】【課題】多孔質層の熱伝導率が低いので、より大きな粒度を有するポリシリコン層が形成される。【解決手段】ポリシリコン層製造方法は、（ａ）基板を設けるステップと、（ｂ）基板上にバリア層を形成するステップと、（ｃ）バリア層上に多孔質層を形成するステップと、（ｄ）多孔質層上にアモルファスシリコン層を形成するステップと、（ｅ）レーザアニールプロセスを行うステップと、を備えている。更に、バリア層と多孔質層との間に応力バッファ層を形成しても良い。【選択図】　図２Ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を設けるステップと、
基板上にバリア層を形成するステップと、
バリア層上に多孔質材料層を形成するステップであって、バリア層と多孔質材料層とがバッファ層を形成するようになっているステップと、
多孔質材料層上にアモルファスシリコン層を形成するステップと、
レーザアニールプロセスを行ってポリシリコン層を形成するステップと、
を備えているポリシリコン層製造方法。
【請求項２】
バリア層が化学蒸着法（ＣＶＤ）によって形成されている請求項１に記載の方法。
【請求項３】
バリア層が窒化シリコンを備えている請求項１に記載の方法。
【請求項４】
多孔質材料が電子ビーム（ｅ．ｂｅａｍ）蒸発法によって形成されている請求項１に記載の方法。
【請求項５】
多孔質材料層が酸化シリコンを備えている請求項１に記載の方法。
【請求項６】
多孔質材料層が酸化シリコンと酸化アルミニウムとの合金を備えている請求項１に記載の方法。
【請求項７】
酸化シリコン／酸化アルミニウム合金における酸化シリコン対酸化アルミニウムの比が約９５：５である請求項６に記載の方法。
【請求項８】
多孔質材料層の熱伝導率が０．０１４Ｗ／ｃｍ・Ｋ（２０℃）より低い、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
レーザアニールプロセスがエキシマレーザアニールプロセスを含んでいる請求項１に記載の製造方法。
【請求項１０】
基板を設けるステップと、
基板上にバリア層を形成するステップと、
バリア層上に応力バッファ層を形成するステップと、
応力バッファ層上に多孔質材料層を形成するステップであって、多孔質材料層の熱伝導率は応力バッファ層のものより低いものであり、バリア層と、応力バッファ層と、多孔質材料層とがバッファ層を形成するようになっているステップと、
多孔質材料層上にアモルファスシリコン層を形成するステップと、
レーザアニールを行ってポリシリコン層を形成するステップと、
を備えているポリシリコン層製造方法。
【請求項１１】
バリア層が化学蒸着法（ＣＶＤ）によって形成されている請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
バリア層が窒化シリコンを備えている請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
応力バッファ層が化学蒸着法（ＣＶＤ）によって形成されている請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
応力バッファ層が酸化シリコンを備えている請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
多孔質材料が電子ビーム（ｅ．ｂｅａｍ）蒸発法によって形成されている請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
多孔質材料層が酸化シリコンを備えている請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
多孔質材料層が酸化シリコンと酸化アルミニウムとの合金を備えている請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
酸化シリコン／酸化アルミニウム合金における酸化シリコン対酸化アルミニウムの比が約９５：５である請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
多孔質材料層の熱伝導率が０．０１４Ｗ／ｃｍ・Ｋ（２０℃）より低い、請求項１０に記載の方法。
【請求項２０】
レーザアニールプロセスがエキシマレーザアニールプロセスを含んでいる請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリシリコン層製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、低い熱伝導率を有する多孔質層を用いて、より大きな粒度を有するポリシリコン層を製造する方法に関する。
【従来の技術】
【０００２】
低温ポリシリコン液晶ディスプレイ（ＬＴＰＳ　ＬＣＤ：ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ　ｌｉｑｕｉｄ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｄｉｓｐｌａｙ）は従来のアモルファス薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（ａ．Ｓｉ　ＴＦＴ．ＬＣＤ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ　ｔｈｉｎ　ｆｉｌｍ　ｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌ　ｄｉｓｐｌａｙ）とは異なり、その電子移動度は２００ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ以上にも達する。したがって、この薄膜液晶ディスプレイ素子が占有する面積が更に小さくなっても、ディスプレイの輝度を高めると共に電力消費の問題を緩和するために必要な高いアスペクト比を実現できる。更に、電子移動度が高くなることによって、駆動回路の一部と薄膜トランジスタとをガラス基板上に一体で形成することが可能となり、液晶ディスプレイパネルの信頼性が著しく向上すると共にパネルの製造コストが著しく低減される。つまり、低温ポリシリコン液晶ディスプレイは薄型、軽量、高解像度という特徴を備えており、軽量で電力効率の高いモバイル最終製品に非常に適している。
【０００３】
低温ポリシリコン液晶ディスプレイのチャンネル層は、通常、エキシマレーザアニールによって形成される。このチャンネル層の性質はポリシリコンの粒度と均一性とによって決まる。このポリシリコンの粒度と均一性はエキシマレーザのエネルギー制御に直接関連している。
【０００４】
図１Ａ〜図１Ｃは、従来技術によるポリシリコン層の製造プロセスを示す模式図である。図１Ａでは基板１００が設けてある。この基板１００は、通常、ガラス基板である。次いで、バッファ層１０２が基板１００上に形成される。バッファ層１０２は、典型的には、バリア層１０２ａおよび応力バッファ層１０２ｂから構成されている。バリア層１０２ａは、たとえば、窒化シリコン層であり、応力バッファ層１０２ｂは、たとえば酸化シリコン層である。
【０００５】
図１Ｂおよび図１Ｃでは、バッファ層１０２の形成に続いて、応力バッファ層１０２ｂ上にアモルファスシリコン層１０４が形成される。次いでエキシマレーザアニールプロセスを行う。アモルファスシリコン層１０４の照射に使用するエネルギーは、アモルファスシリコン層１０４がほぼ完全に溶融するように適切に制御される。結晶化の種のみが応力バッファ層１０２ｂの表面上に保持される。その後、溶融した液体シリコンが結晶化の種から結晶化を始め、ポリシリコン層１０６を形成する。また、ポリシリコン層１０６には結晶粒界が存在する。この結晶粒界の分布に基づいてポリシリコン層の粒度が決定できる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術では、アモルファスシリコン層１０４に接触している応力バッファ層１０２ｂは、通常、化学蒸着法（ＣＶＤ）による酸化シリコン層である。この膜構造体の密度はより高く、熱伝導率は約０．０１４Ｗ／ｃｍ・Ｋ（２０℃）である。従来のエキシマレーザアニールプロセスでは、応力バッファ層の熱伝導率がポリシリコン層の粒度に直接に影響する。応力バッファ層の熱伝導率がより低い場合には、ポリシリコン層がより大きな粒度で形成できる。したがって、エキシマ熱アニールプロセスで、より大きな粒度のポリシリコン層を成長させるためには、アモルファスシリコン層に接触している薄膜層、たとえば応力バッファ層、の熱伝導率がさらに低いことが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
したがって、本発明では、アモルファスシリコン層に接触している薄膜の熱伝導率がより低いことによって、より大きな粒度を有するポリシリコン層が形成されるポリシリコン層製造方法を提供する。
【０００８】
本発明によるポリシリコン層製造方法は、（ａ）基板を設けるステップと、（ｂ）基板上にバリア層を形成するステップと、（ｃ）バリア層上に応力バッファ層を形成するステップと、（ｄ）応力バッファ層上に低い熱伝導率を有する多孔質材料層を形成するステップと、（ｅ）多孔質材料層上にアモルファスシリコン層を形成するステップと、（ｆ）エキシマレーザアニールプロセスを行うステップと、を備えている。
【０００９】
本発明によるポリシリコン層製造方法は、更に、（ａ）基板を設けるステップと、（ｂ）基板上にバリア層を形成するステップと、（ｃ）バリア層上に低い熱伝導率を有する多孔質材料層を形成するステップと、（ｄ）多孔質材料層上にアモルファスシリコン層を形成するステップと、（ｅ）レーザアニールプロセスを行うステップと、を備えている。
【００１０】
本発明の１つの観点によれば、バリア層は、たとえば窒化シリコンを備えており、化学蒸着法によって形成されている。応力バッファ層は、たとえば酸化シリコンを備えており、化学蒸着法によって形成されている。
【００１１】
本発明の１つの観点によれば、多孔質材料層は、たとえば電子ビーム（ｅ．ｂｅａｍ）蒸発法によって形成されている。多孔質材料は、たとえば酸化シリコンまたは酸化シリコン／酸化アルミニウム合金で形成されており、酸化シリコン対酸化アルミニウムの比が約９５：５である。更に、上述の多孔質材料層の熱伝導定数は０．０１４Ｗ／ｃｍ・Ｋ（２０℃）より低い。
【００１２】
本発明のこの観点では、多孔質材料層は約５００〜２０００Åの厚さである。これに対応するバリア層は約５００Åの厚さであり、応力バッファ層は約１５００Åの厚さである。
【００１３】
本発明のこの観点では、レーザアニールプロセスは、たとえばエキシマレーザアニールプロセスを含んでいる。
【００１４】
上述の一般的な説明と、後述する詳細な説明は、共に例示的なものであり、請求項に記載した本発明のより詳しい説明を与えることを意図したものであることを了解されたい。
【発明の実施の形態】
【００１５】
レーザアニールプロセス中に応力バッファ層の熱伝導率を更に低くできれば、ポリシリコン層をより大きな粒度で形成できる。本発明の相異なる観点は、アモルファスシリコン層に接触しているバッファ層の膜層に改良を加えることを意図している。バッファ層の熱伝導定数を下げることによって、ポリシリコン層をより大きな粒度で成長させることができる。
【実施例１】
【００１６】
図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の第１の観点によるポリシリコン層製造プロセスを示す模式断面図である。図２Ａでは基板２００が設けてある。この基板２００は、たとえば、ガラス材料、樹脂材料、またはその他の透明材料である。基板２００は、また、シリコン基板などの不透明材料であっても良い。
【００１７】
次いで、バッファ層２０２が基板２００上に形成される。バッファ層２０２は、バリア層２０２ａ、応力バッファ層２０２ｂ、および多孔質材料層２０２ｃから構成されており、バリア層２０２ａは、たとえば化学蒸着法によって形成されている。更に、バリア層２０２ａは、窒化シリコン層などのより高密度の膜である。応力バッファ層２０２ｂは、たとえば化学蒸着法によって形成されている。応力バッファ層２０２ｂは、たとえば酸化シリコン層である。多孔質材料層２０２ｃは、たとえば電子ビーム蒸発法によって形成されている。多孔質材料層２０２ｃは、たとえば酸化シリコンまたは酸化シリコン／酸化アルミニウム合金であり、酸化シリコン対酸化アルミニウムの比が約９５：５である。
【００１８】
本発明の第１の観点で採用する多孔質材料層２０２ｃは、たとえば酸化シリコンまたは酸化シリコン／酸化アルミニウム合金である。この材料の熱伝導率は０．０１４Ｗ／ｃｍ・Ｋ（２０℃）より低い。酸化シリコンの熱伝導率は約０．０１４Ｗ／ｃｍ・Ｋ（２０℃）である。したがって、多孔質材料層２０２ｃが酸化シリコン材料ならば、多孔質材料層２０２ｃには孔が存在していることによって多孔質材料層２０２ｃの熱伝導率は０．０１４Ｗ／ｃｍ・Ｋ（２０℃）より低くなる。同様に、酸化シリコン／酸化アルミニウム合金で形成された多孔質材料層２０２ｃも、０．０１４Ｗ／ｃｍ・Ｋ（２０℃）より低い熱伝導率を有する。
【００１９】
図２Ｂおよび図２Ｃでは、バッファ層２０２の形成の後、バッファ層２０２の多孔質材料層２０２ｃの表面上にアモルファスシリコン層２０４が形成される。アモルファスシリコン層２０４は、たとえば低圧化学蒸着法（ＬＰＣＶＤ：ｌｏｗ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）で形成される。アモルファスシリコン層２０４の形成に続いて、レーザアニールプロセスを行う。このレーザアニールプロセスは、たとえばエキシマレーザ熱アニールである。レーザアニールプロセス中にアモルファスシリコン層２０４の照射に使用するエキシマレーザのエネルギーは、アモルファスシリコン層２０４がほぼ完全に溶融するように適切に制御される。次いで、溶融したアモルファスシリコン層２０４が再結晶して、ポリシリコン層２０６を形成する。レーザアニールプロセスにより形成されたポリシリコン層２０６は結晶粒界２０８を備えているであろう。この結晶粒界２０８から粒度が決定できる。
【００２０】
図２Ａ〜図２Ｃに示した多孔質材料層２０２ｃは約５００〜２０００Åの厚さである。バリア層２０２ａは約５００Åの厚さであり、応力バッファ層２０２ｂは約１５００Åの厚さである。
【００２１】
図３はレーザエネルギーと粒度との関係を示す図である。表１には、図３の各バッファ層について、バリア層厚さ、応力バッファ層厚さ、多孔質材料層厚さ、およびバッファ層厚さ合計を示してある。表１と図３とを同時に参照すれば、表１に示したＡ、Ｂ、Ｃバッファ層の各グループにおいて、バリア層は約５００Åの厚さであり、応力バッファ層は約１５００Åの厚さである。注目すべき１つの点は、バッファ層のグループＡにおける多孔質材料層は約８５５Åの厚さであり、グループＢはこのバッファ層を含んでいないことである。グループＣにおける多孔質材料層は約１２２７Åの厚さである。
【表１】
2004119956.tif 000003
【００２２】
図３に示したように、より高いレーザエネルギーの下では、より大きな粒度で形成される。更に、同じエネルギーレベルでは、グループＣにおいて、より大きな粒度で形成される。この実験結果は、多孔質材料層の存在がより大きな粒度での形成を促進するのであり、多孔質材料の好ましい厚さは約５００〜２０００Åである、という本発明の結論に一致している。
【実施例２】
【００２３】
本発明の第２の観点（実施例２）は第１の観点（実施例１）と同様である。唯一の相違点は、応力バッファ層の製造を省略することによって、素子を更に薄くすると共に製造プロセスを更に簡略化していることである。
【００２４】
図４Ａ〜図４Ｃは、本発明の第２の観点によるポリシリコン層製造プロセスを示す模式断面図である。図４Ａでは基板３００が設けてある。この基板３００は、たとえば、ガラス材料、樹脂材料、またはその他の透明材料である。基板３００は、また、シリコン基板などのその他の不透明材料であっても良い。
【００２５】
次いで、バッファ層３０２が基板３００上に形成される。バッファ層３０２はバリア層３０２ａおよび多孔質材料層３０２ｂから構成されており、バリア層３０２ａは化学蒸着法によって形成されている。また、バリア層３０２ａは、たとえば窒化シリコン層などのより高密度の膜である。多孔質材料層３０２ｂは、たとえば電子ビーム蒸発法によって形成されている。多孔質材料層３０２ｂは、たとえば酸化シリコンを備えている。
【００２６】
本発明の第２の観点で採用する多孔質材料層３０２ｂは、たとえば酸化シリコンである。この材料の熱伝導率は０．０１４Ｗ／ｃｍ・Ｋ（２０℃）より低い。酸化シリコンの熱伝導率は約０．０１４Ｗ／ｃｍ・Ｋ（２０℃）である。したがって、多孔質材料層３０２ｂが酸化シリコン材料ならば、多孔質材料層３０２ｂには孔が存在していることによって多孔質材料層３０２ｂの熱伝導率は０．０１４Ｗ／ｃｍ・Ｋ（２０℃）より低くなる。
【００２７】
図４Ｂおよび図４Ｃでは、バッファ層３０２の形成の後、バッファ層３０２の多孔質材料層３０２ｂの表面上にアモルファスシリコン層３０４が形成される。アモルファスシリコン層３０４は、たとえば低圧化学蒸着法（ＬＰＣＶＤ）で形成される。アモルファスシリコン層３０４の形成に続いて、レーザアニールプロセスを行う。このレーザアニールプロセスは、たとえばエキシマレーザ熱アニールである。レーザアニールプロセス中にアモルファスシリコン層３０４の照射に使用するエキシマレーザのエネルギーは、アモルファスシリコン層３０４がほぼ完全に溶融するように適切に制御される。次いで、溶融したアモルファスシリコン層３０４が再結晶して、ポリシリコン層３０６を形成する。レーザアニールプロセスにより形成されたポリシリコン層３０６は結晶粒界３０８を備えている。この結晶粒界３０８から粒度が決定できる。
【００２８】
図４Ａ〜図４Ｃに示したように、多孔質材料層３０２ｂは約５００〜２０００Åの厚さであり、これに対応するバリア層３０２ａは約５００Åの厚さである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明のポリシリコン層製造方法によれば、多孔質材料層がアモルファスシリコン層に直接に接触しており、多孔質材料層のより低い熱伝導率によって、ポリシリコン層がより大きな粒度で成長する。
【００３０】
また、本発明のポリシリコン層製造方法では薄膜蒸着のために通常用いられている電子ビーム蒸発法を利用しているので、多孔質材料層の製造による製造コストの増加がない。
【００３１】
本発明の範囲および精神から乖離することなく本発明の構造に対して様々な修正や変更を加え得ることは当業者には明らかである。したがって、本発明は、添付した請求項の範囲およびこれに同等なものの範囲内に含まれる本発明の修正や変更を包含するものとする。
添付図面は、本発明の更なる理解を助けるために添付したものであり、本明細書に包含され、その一部分を構成する。これらの図面は、記載と共に用いて本発明の実施例を例示するものであり、本発明の原理を説明する。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】従来のポリシリコン層製造プロセスを示す模式断面図である。
【図１Ｂ】従来のポリシリコン層製造プロセスを示す模式断面図である。
【図１Ｃ】従来のポリシリコン層製造プロセスを示す模式断面図である。
【図２Ａ】本発明の第１の観点によるポリシリコン層製造プロセスを示す模式断面図である。
【図２Ｂ】本発明の第１の観点によるポリシリコン層製造プロセスを示す模式断面図である。
【図２Ｃ】本発明の第１の観点によるポリシリコン層製造プロセスを示す模式断面図である。
【図３】レーザエネルギーと粒度との関係を示す図である。
【図４Ａ】本発明の第２の観点によるポリシリコン層製造プロセスを示す模式断面図である。
【図４Ｂ】本発明の第２の観点によるポリシリコン層製造プロセスを示す模式断面図である。
【図４Ｃ】本発明の第２の観点によるポリシリコン層製造プロセスを示す模式断面図である。
【符号の説明】
１００　基板
１０２　バッファ層
１０２ａ　バリア層
１０２ｂ　応力バッファ層
１０４　アモルファスシリコン層
１０６　ポリシリコン層
２００　基板
２０２　バッファ層
２０２ａ　バリア層
２０２ｂ　応力バッファ層
２０２ｃ　多孔質材料層
２０４　アモルファスシリコン層
２０６　ポリシリコン層
２０８　結晶粒界
３００　基板
３０２　バッファ層
３０２ａ　バリア層
３０２ｂ　多孔質材料層
３０４　アモルファスシリコン層
３０６　ポリシリコン層
３０８　結晶粒界
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2004119956.tif 000005
【図１Ｃ】
2004119956.tif 000006
【図２Ａ】
2004119956.tif 000007
【図２Ｂ】
2004119956.tif 000008
【図２Ｃ】
2004119956.tif 000009
【図３】
2004119956.tif 000010
【図４Ａ】
2004119956.tif 000011
【図４Ｂ】
2004119956.tif 000012
【図４Ｃ】
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