(57)【要約】【課題】高エネルギーのレーザ照射によってポリシリコン膜を形成するときに凝集が発生することを防止する。【解決手段】ガラス基板１０上に、バッファ膜１２、アモルファスシリコン膜１４を形成する。次に、希フッ酸による洗浄を行い自然酸化膜を除去した後オゾン水によって洗浄を行い表面に酸化膜１６を形成する。そして、その状態で、レーザを照射してアモルファスシリコン膜１４を多結晶化して、ポリシリコン膜１８を形成する。【選択図】図２
2007005411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にアモルファスシリコン膜を形成する工程と、
このアモルファスシリコン膜の表面の自然酸化膜を除去する工程と、
自然酸化膜を除去したアモルファスシリコン膜の表面を酸化処理し、所定厚さの酸化膜を形成する工程と、
この酸化膜が形成されたアモルファスシリコン膜にレーザを照射して、ポリシリコン膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とするポリシリコン膜の形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載のポリシリコン膜の形成方法において、
前記酸化膜を形成する工程における酸化処理は、アモルファスシリコン膜の表面をオゾン水により酸化する処理であることを特徴とするポリシリコン膜の形成方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のポリシリコン膜の形成方法において、
前記酸化膜の所定厚さは、２ｎｍ〜１０ｎｍであることを特徴とするポリシリコン膜の形成方法。
【請求項４】
請求項３に記載のポリシリコン膜の形成方法において、
前記酸化膜の所定厚さは、ほぼ３ｎｍ〜５ｎｍであることを特徴とするポリシリコン膜の形成方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のポリシリコン膜の形成方法において、
レーザを照射してポリシリコン膜を形成する工程において、レーザはシリコンを実質的に完全溶融させるエネルギーを有することを特徴とする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、薄膜トランジスタに利用するポリシリコン膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、フラットパネルの代表的なものとして液晶表示装置があり、画素に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を配置して表示を画素毎に制御するアクティブタイプが主流となっている。このアクティブタイプでは、画素毎にＴＦＴを形成する必要があり、ガラスなどの基板上に半導体膜を形成し、これをＴＦＴの能動層として利用する。なお、有機ＥＬ表示装置なども同様のアクティブタイプのものが利用されている。
【０００３】
ここで、基板上に形成された半導体膜はアモルファスシリコンであり、電子移動度が小さい。そこで、アモルファスシリコンにレーザを照射することで、ポリシリコンを形成して、高速動作を可能とする低温ポリシリコンを利用するものも増えてきている。
【０００４】
ここで、レーザ照射によるポリシリコン化の方法には、ＳＬＳ（Sequential Lateral Solidification）法や固体レーザを使用する方法など高エネルギーのレーザを用いる高エネルギー結晶化法がある。このような高エネルギー結晶化法は、アモルファスシリコン膜にレーザ照射した際に生じる固液界面において、既に結晶化された固体部分を結晶核として横方向（ラテラル）成長させることを繰り返して、大粒径ポリシリコンを得る結晶化方式であり、レーザ照射はアモルファスシリコンが完全溶融するのに十分なエネルギーで行われる（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２９９２３３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、上述のような高エネルギー結晶化法により、ポリシリコン膜を形成した場合、局部的な凝集（Agglomeration）が起こる場合があり、この部分はポリシリコン膜の欠陥になる。この凝集は、シリコンの溶融時に体積移動が局所的に大きくなるような現象であり、１〜２μｍ程度のピンホールが生じる。
【０００７】
図３は、ガラス基板１０上にバッファ膜１２を形成し、その上にポリシリコン膜１８を形成した場合において凝集が生じ、直径１〜２μｍ程度のピンポールが形成された状態を模式的に示している。
【０００８】
このようなピンホールは、ポリシリコン膜の形成において大きな問題となる。すなわち、ポリシリコン膜の欠陥によりこれを利用して作成したトランジスタが不良となり、例えば液晶パネルの場合、パネル自体が使えなくなる可能性も高い。
【０００９】
本発明は、凝集の発生を効果的に抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るポリシリコン膜の形成方法は、基板上にアモルファスシリコン膜を形成する工程と、このアモルファスシリコン膜の表面の自然酸化膜を除去する工程と、自然酸化膜を除去したアモルファスシリコン膜の表面を酸化処理し、所定厚さの酸化膜を形成する工程と、この酸化膜が形成されたアモルファスシリコン膜にレーザを照射して、ポリシリコン膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、前記酸化膜を形成する工程における酸化処理は、アモルファスシリコン膜の表面をオゾン水により酸化する処理であることが好適である。
【００１２】
また、前記酸化膜の所定厚さは、２ｎｍ〜１０ｎｍであることが好適である。
【００１３】
また、前記酸化膜の所定厚さは、ほぼ３ｎｍ〜５ｎｍであることが好適である。
【００１４】
また、レーザを照射してポリシリコン膜を形成する工程において、レーザはシリコンを実質的に完全溶融させるエネルギーを有することが好適である。
【発明の効果】
【００１５】
このように、本発明によれば、アモルファスシリコン膜の表面上に所定厚みの酸化膜を形成してからレーザを照射する。従って、酸化膜のキャップ効果によって、シリコンの多結晶化の際に凝集が生じてしまうのを効果的に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、実施形態に係るポリシリコン膜の形成方法を示すフローチャートであり、図２はその一部工程における状態を示す図である。まず、ガラス基板１０を用意する（Ｓ１１）。次に、図２（ａ）に示すように、ガラス基板１０上の全面にバッファ膜１２が形成される（Ｓ１２）。このバッファ膜１２は、例えばＳｉＮとＳｉＯ2の積層膜であり、ガラス基板１０からの不純物の拡散を防止する。
【００１８】
次に、図２（ｂ）に示すように、バッファ膜１２上にシリコンを堆積してアモルファスシリコン膜１４を形成する（Ｓ１３）。このアモルファスシリコン膜１４は、ＣＶＤ（化学気相成長）等により形成する。このアモルファスシリコン膜１４の厚みは、例えば４０ｎｍ〜５０ｎｍであるが、目的に応じて適宜厚さとすることができる。
【００１９】
その後、４５０°Ｃ以上の温度でアニールし、アモルファスシリコン膜１４中の水素を放出させる脱水素処理を行う（Ｓ１４）。
【００２０】
そして、この脱水素処理後のアモルファスシリコン膜１４の表面を希フッ酸（ＤＨＦ）でエッチング処理し、表面の自然酸化膜を除去する（Ｓ１５）。すなわち、アモルファスシリコン膜１４の表面には、その形成プロセスの都合で、自然酸化膜が若干（１ｎｍ〜３ｎｍ程度）形成される。
【００２１】
ここで、この自然酸化膜の厚みは、必ずしも制御することができない。そこで、数ｎｍの自然酸化膜を除去できるように、希フッ酸による洗浄処理を行えば、自然酸化膜を確実に除去することができる。
【００２２】
次に、オゾン水（Ｏ3を数ｐｐｍ〜数１０ｐｐｍ溶解した純水）によって、表面を酸化処理し、表面に酸化膜１６を形成する（Ｓ１６）。オゾン濃度、接触時間を適切に設定することで、所望の厚みの酸化膜（ＳｉＯ2膜）１６を形成することができる。例えば、Ｏ3濃度が３０ｐｐｍのオゾン水を用いて１５〜６０ｓｅｃのオゾン水接触時間によって、３〜５ｎｍの酸化膜を形成することができる。なお、本実施形態では、酸化膜１６が３ｎｍ〜５ｎｍ程度形成されるように調整する。
【００２３】
このようにして、アモルファスシリコン膜１４の表面に酸化膜１６を形成した場合には、図２（ｃ）に示すように、レーザ照射を行い、アモルファスシリコン膜１４について、多結晶化して、ポリシリコン膜１８とする（Ｓ１７）。
【００２４】
このように、酸化膜１６を形成した後、レーザ照射によるアモルファスシリコンの多結晶化を行うと、酸化膜１６がレーザ照射による結晶化に影響を及ぼし、凝集の発生を抑制する。従って、レーザ照射によって、凝集の発生を抑制して、適切なポリシリコン膜１８を形成することができる。
【００２５】
ここで、レーザのエネルギー（フルエンス：ｍＪ／ｃｍ2）は、６００〜７００ｍＪ／ｃｍ2以上とする。ここで、１０００ｍＪ／ｃｍ2の高エネルギーは不要であり、この１０００ｍＪ／ｃｍ2程度を上限とすることが好ましく、あまりエネルギーが高いと目標とする多結晶化を行えなくなる。
【００２６】
なお、このレーザ照射には、ＳＬＳや固体レーザを用い、細長の線状のレーザを、照射範囲に重なる部分を持ちながら順次移動して照射することが好適である。
【００２７】
このような高エネルギーのレーザ照射によって、アモルファスシリコン膜１４は、完全に溶解して、水平方向に結晶化が進み、電子移動度の高い比較的大きな結晶粒子からなるポリシリコン膜を形成することができる。そして、このような完全溶融を起こすにも拘わらず、凝集の発生を防止して、高品位のポリシリコン膜を形成することができる。
【００２８】
ここで、ＳＬＳを用い、厚み４３ｎｍ、５５ｎｍのアモルファスシリコン膜１４について、４００〜９００ｍＪ／ｃｍ2のエネルギーでレーザを照射する実験を行った。サンプルとしては、ＤＨＦによるエッチング＋オゾン水洗浄を行ったサンプルＡと、ＤＨＦによるエッチングと＋純水洗浄を行ったサンプルＢとを用いた。この実験の結果、サンプルＡでは、７５０ｍＪ／ｃｍ2以上のエネルギーのレーザ照射により、十分に多結晶化した。一方、サンプルＢでは、７５０ｍＪ／ｃｍ2以上のエネルギーのレーザ照射により凝集が発生した。この結果により、７５０ｍＪ／ｃｍ2以上のエネルギーでシリコンの完全な溶融が行われ、またオゾン処理によって酸化膜を形成しておくことによって、凝集の発生が抑制できることが確認された。
【００２９】
また、酸化膜１６の厚みは、２ｎｍ未満では、十分な凝集抑制効果が得られず、一方１０ｎｍを超えると、いわゆるキャップ効果が大きくなり、上方の膜剥がれが発生しやすくなる。そこで、酸化膜１６の厚みは２〜１０ｎｍ程度、特に好ましくは３ｎｍ〜５ｎｍ程度とすることが好適である。酸化膜１６の厚みを３ｎｍ〜５ｎｍ程度とすることによって、凝集の発生を確実に防止しつつ、上層の膜剥がれの発生などの不具合の発生を防止することができる。
【００３０】
なお、このような酸化膜１６は、酸素プラズマ処理によって形成することも可能である。
【００３１】
このようにして、ポリシリコン膜１８が形成されたときには、このポリシリコン膜１８を利用してＴＦＴを形成する。すなわち、ポリシリコン膜１８および酸化膜１６をパターニングして、不要な部分を除去する。次に、酸化膜１６上にゲート絶縁膜を形成する。このゲート絶縁膜は、ＳｉＯ2およびＳｉＮの積層膜とするのが好適である。酸化膜１６をゲート絶縁膜に利用してもよいが、酸化膜１６を除去して、ゲート絶縁膜を積層形成することも好適である。
【００３２】
そして、ゲート絶縁膜をパターニングし、その後ゲート電極の形成、ポリシリコン膜１８への不純物のドープ、層間絶縁膜の形成、ソース、ドレイン電極の形成等のプロセスによってＴＦＴを形成する。
【００３３】
本実施形態に係るポリシリコン膜１８は、上述のようにして酸化膜１６を形成した状態でレーザ照射を行っており、凝集の発生を防止して高品位のポリシリコン膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施形態の処理手順を示すフローチャートである。
【図２】工程の説明図である。
【図３】ピンホールの生成状態を説明する図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ガラス基板、１２  バッファ膜、１４  アモルファスシリコン膜、１６  酸化膜、１８  ポリシリコン膜。
【図１】
2007005411.tif 000003
【図２】
2007005411.tif 000004
【図３】
2007005411.tif 000005