アモルファスシリコンの結晶化方法
【課題】 基板とシリコン層との間に電極形成用金属膜が設けられてなるボトムゲート型のシリコン複合体を、短時間で、クラックや反りの発生を小さく抑制しながら、アモルファスシリコンを結晶化させてシリコン層を結晶シリコンよりなるものに変質させることができるアモルファスシリコンの結晶化方法の提供。
【解決手段】 アモルファスシリコンの結晶化方法は、基板上にアモルファスシリコンによるシリコン層が形成され、当該基板とシリコン層との間に電極形成用金属膜が形成されてなるシリコン複合体を雰囲気加熱してシリコン層を結晶化度が３０〜７５％である結晶シリコンからなるものに変質させる予備加熱工程と、予備加熱工程を経たシリコン複合体のシリコン層に対してフラッシュランプからの光を照射して当該シリコン層を結晶化度が８０％以上である結晶シリコンからなるものに変質させる光照射加熱工程とを有する。
【解決手段】 アモルファスシリコンの結晶化方法は、基板上にアモルファスシリコンによるシリコン層が形成され、当該基板とシリコン層との間に電極形成用金属膜が形成されてなるシリコン複合体を雰囲気加熱してシリコン層を結晶化度が３０〜７５％である結晶シリコンからなるものに変質させる予備加熱工程と、予備加熱工程を経たシリコン複合体のシリコン層に対してフラッシュランプからの光を照射して当該シリコン層を結晶化度が８０％以上である結晶シリコンからなるものに変質させる光照射加熱工程とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン層を形成するアモルファスシリコンを結晶化させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの用途において、アモルファスシリコン薄膜に電子易動度を高くするためにフラッシュランプ光を照射することによりアモルファスシリコンを結晶化させて結晶シリコン薄膜を形成する技術が知られている。
【０００３】
具体的には、例えば、特許文献１においては、図８に示されるように、ガラス基板５１上にＳｉＯ2 薄膜５７を介してアモルファスシリコンよりなるシリコン層５５が形成され、さらにこのシリコン層５５上に電極形成用金属膜５２が形成されてなるトップゲート型のシリコン複合体をワークとして、当該ワークを載置してこれを加熱するヒータを備えたステージと、このワークに対して光を照射する複数本のフラッシュランプよりなる光源とを備える光照射装置を用いて、当該ワークをヒータによって加熱された状態でフラッシュランプによる光を照射することにより、アモルファスシリコンを結晶化させてシリコン層５５を結晶シリコンよりなるものに変質させることが行われている。
このようなフラッシュランプを用いたアモルファスシリコンの結晶化によっては、全体的に短時間で高い結晶化度の結晶シリコンのシリコン層が得られる。
【０００４】
最近、図１に示すような、ガラスなどからなる基板１１上に電極形成用金属膜１２が設けられ、当該電極形成用金属膜１２が基板１１とシリコン層１５とに挟まれて存在する、ボトムゲート型のシリコン複合体についてこれをワークとして、同様にアモルファスシリコンを結晶化させてシリコン層１５を結晶シリコンよりなるものに変質させることが行われている。
【０００５】
然るに、このボトムゲート型のシリコン複合体をワークとして、上述の光照射装置を用いてアモルファスシリコンを結晶化させた場合に、当該ワークにクラックや反りが生じる、という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−０３１６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このワークに反りやクラックが発生する問題の原因について、本発明者が鋭意検討したところ、電極形成用金属膜１２の直上領域においてクラックや反りが生じていることから、次のように推測している。
すなわち、図９に示されるように、ボトムゲート型のシリコン複合体からなるワークに対してフラッシュランプからの光（図９において実線矢印で示す。）が照射されるとき、シリコン層１５は、当該光の一部を吸収することにより加熱されるところ、前記光のうちの吸収されなかった光（図９において点線矢印で示す。）は、シリコン層１５を通過して、電極形成用金属膜１２の直上以外の領域においてはバリア層１７および基板１１を透過するが、電極形成用金属膜１２の直上領域に照射された光は、当該電極形成用金属膜１２の表面で反射され、再度シリコン層１５に向かい、当該シリコン層１５に吸収される。これにより、シリコン層１５は、電極形成用金属膜１２の直上領域において吸収される光の量が、それ以外の領域において吸収される光の量よりも多いことに起因して、電極形成用金属膜１２の直上領域に形成される結晶層の厚みが、それ以外の領域に形成された結晶層の厚みよりも大きくなってしまい、このような結晶層の厚みの差が、熱膨張量の差となってワークのクラックや反りの原因になったものと推測される。
または、ボトムゲート型のシリコン複合体からなるワークに対してフラッシュランプからの光が照射されるとき、当該光のうちシリコン層１５に吸収されなかった光が電極形成用金属膜１２に照射されることによって生じる当該電極形成用金属膜１２の熱膨張に起因して、ワークにクラックや反りが発生するものとも推測される。
【０００８】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、基板とシリコン層との間に電極形成用金属膜が設けられてなるボトムゲート型のシリコン複合体を、短時間で、クラックや反りの発生を小さく抑制しながら、アモルファスシリコンを結晶化させてシリコン層を結晶シリコンよりなるものに変質させることができるアモルファスシリコンの結晶化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法は、基板上にアモルファスシリコンによるシリコン層が形成され、当該基板とシリコン層との間に電極形成用金属膜が形成されてなるシリコン複合体を雰囲気加熱して前記シリコン層を結晶化度が３０〜７５％である結晶シリコンからなるものに変質させる予備加熱工程と、
前記予備加熱工程を経たシリコン複合体のシリコン層に対してフラッシュランプからの光を照射して当該シリコン層を結晶化度が８０％以上である結晶シリコンからなるものに変質させる光照射加熱工程とを有することを特徴とする。
本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法においては、前記予備加熱工程の加熱温度が、５００〜７００℃であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法においては、前記光照射加熱工程において、フラッシュランプからの光を、シリコン複合体のシリコン層側からのみ照射する構成とすることができ、また、フラッシュランプからの光を、シリコン複合体のシリコン層側および基板側の両方から照射する構成とすることもできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法によれば、予備加熱工程を経てシリコン層が結晶化度が特定の範囲にある結晶シリコンからなるものに変質されることによって当該シリコン層の光吸収特性が変化してシリコン層のフラッシュランプからの光の吸収率が高くなる、すなわち、当該フラッシュランプからの光の透過率が低くなって電極形成用金属膜に対する光の照射が抑制された状態で、光照射加熱工程が行われることとなる結果、短時間で、クラックや反りの発生を小さく抑制しながら、アモルファスシリコンを結晶化させてシリコン層を所望の結晶化度の結晶シリコンよりなるものに変質させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るシリコン複合体の構成の一例を示す説明用断面図である。
【図２】本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法に用いられるシリコン結晶化装置の一例を示す説明用断面図である。
【図３】本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法における光照射加熱工程に用いられるフラッシュランプの構成の一例を示す説明用断面図である。
【図４】本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法において、時間に対するシリコン層の温度変化を示したグラフである。
【図６】本発明に係る実験例において、加熱温度と加熱時間に対するシリコン層の透過率を示したグラフである。
【図７】本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法に用いられるシリコン結晶化装置の別の一例を示す説明用断面図である。
【図８】トップゲート型のシリコン複合体の構成の一例を示す説明用断面図である。
【図９】ボトムゲート型のシリコン複合体に光が照射された場合を示す説明用断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明について具体的に説明する。
【００１４】
本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法は、図１に示されるように、基板１１上にアモルファスシリコンによるシリコン層１５が形成され、当該基板１１とシリコン層１５との間に電極形成用金属膜１２が形成されてなるシリコン複合体Ｗを雰囲気加熱してシリコン層１５を結晶化度が３０〜７５％である結晶シリコンからなるものに変質させる予備加熱工程と、この予備加熱工程を経たシリコン層１５に対してフラッシュランプ３０（図３参照。）からの光を照射して当該シリコン層１５を結晶化度が８０％以上である結晶シリコンからなるものに変質させる光照射加熱工程とを有することを特徴とする方法である。
【００１５】
本発明において、結晶化度は、シリコン層１５について測定されるラマンスペクトルにおける結晶シリコンに係るピーク面積ｃｒｙ（５１５〜５２５ｃｍ-1）、μ結晶シリコンに係るピーク面積μｃｒｙ（５００ｃｍ-1）、アモルファスシリコンに係るピーク面積ａｍｏ（４８０ｃｍ-1）から、下記式（１）によって算出されるものである。
式（１）：結晶化度（％）＝｛（ｃｒｙ＋μｃｒｙ）／（ｃｒｙ＋μｃｒｙ＋ａｍｏ）｝×１００
【００１６】
このシリコン複合体Ｗは、具体的には、基板１１上の電極形成用領域に電極形成用金属膜１２が設けられ、この基板１１および電極形成用金属膜１２の積層体上にバリア層１７が設けられ、さらにこのバリア層１７上にアモルファスシリコンによるシリコン層１５が設けられてなるものである。
【００１７】
基板１１は、例えば無アルカリガラスなどからなるものであって、その厚みは、例えば５００〜１０００μｍとされる。
【００１８】
電極形成用金属膜１２は、例えばモリブデン、タングステン、チタン、タンタルなどの高融点金属もしくは合金からなり、蒸着法によって形成することができる。
この電極形成用金属膜１２は、その線幅が例えば０．１〜１００μｍのものとされる。
【００１９】
バリア層１７は、例えばＳｉＯ2 やＳｉＮx よりなるものであり、例えばＣＶＤ法によって形成することができる。
このバリア層１７の厚みは、例えば５０〜５００ｎｍとされる。
【００２０】
アモルファスシリコンによるシリコン層１５は、例えばプラズマＣＶＤ法によって形成することができる。
このシリコン層１５の厚みは、例えば１０〜１００ｎｍとされる。
【００２１】
このようなシリコン複合体Ｗをワークとして予備加熱工程および光照射加熱工程を行うシリコン結晶化装置としては、図２に示されるように、例えば、予備加熱工程と光照射加熱工程とを連続的に行う、予備加熱筐体２８Ａ中のワークが位置される処理位置２６Ａの上部空間および下部空間にそれぞれヒータ２３が設けられ、予備加熱工程が行われる予備加熱部２０Ａと、光照射チャンバ２８Ｂ中のワークが位置される処理位置２６Ｂの上部空間に複数のフラッシュランプ３０が配設され、光照射加熱工程が行われる光照射加熱部２０Ｂとが隣接して備えられたものを用いることができる。
【００２２】
〔予備加熱部〕
シリコン結晶化装置における予備加熱部２０Ａのヒータ２３は、処理位置２６Ａにワークが載置された状態において接触状態または非接触状態のいずれの状態とされて設けられてもよい。
シリコン結晶化装置における予備加熱部２０Ａのヒータ２３としては、加熱温度を下記に詳述するような適宜の温度にすることができるものであれば特に限定されず、ハロゲンヒータ、ハロゲンランプ、ホットプレート、炉などを用いることができる。
【００２３】
この予備加熱工程における加熱温度は、シリコン複合体Ｗのシリコン層１５に係る結晶化度を３０〜７５％にすることができる温度であって、例えば５００〜７００℃とされることが好ましく、より好ましくは５００〜６５０℃である。
本発明においては、予備加熱工程における加熱温度とは、雰囲気加熱中のシリコン複合体Ｗのシリコン層１５の表面温度の最高温度をいう。
このシリコン複合体Ｗのシリコン層１５の表面温度は、接触温度計、放射温度計を用いて測定することができる。
予備加熱部２０Ａにおける加熱温度が５００〜７００℃であることにより、アモルファス複合体Ｗのシリコン層１５を確実に結晶化度が３０〜７５％である結晶シリコンからなるものに変質させることができる。
予備加熱部２０Ａにおける加熱温度が５００℃未満である場合は、アモルファス複合体Ｗのシリコン層１５を結晶化度が３０％以上の結晶シリコンからなるものに変質させることができないおそれがあり、また、加熱温度が７００℃を超える場合であって、基板１１が無アルカリガラスからなるものである場合は、当該基板１１が軟化するおそれがある。
【００２４】
また、予備加熱部２０Ａにおける加熱温度が７００℃を超える場合は、基板１１が熱によって反りかえるおそれがあることから、加熱温度が６５０℃以下とされることが好ましい。
【００２５】
また、この予備加熱工程における加熱時間は、加熱温度によっても異なるが、シリコン複合体Ｗのシリコン層１５に係る結晶化度を３０〜７５％にすることができるだけの時間であって、例えば５分間以上とされることが好ましく、より好ましくは５〜２０分間である。
【００２６】
予備加熱筐体２８Ａ内は、例えば大気雰囲気、真空雰囲気、不活性ガス雰囲気などとすることができる。
【００２７】
〔光照射加熱部〕
シリコン結晶化装置における光照射加熱部２０Ｂは、光照射チャンバ２８Ｂ内のワークが位置される処理位置２６Ｂの上部空間に複数本例えば４本の棒状のフラッシュランプ３０が、処理位置２６Ｂを含む面に平行な方向であって互いに同一の方向に伸びた状態で並んで配置されて収容されている。
この光照射チャンバ２８Ｂの処理位置２６Ｂを含む面と対向する天井面はフラッシュランプ３０からの放射光を反射させて光照射筐体２８Ｂの処理位置２６Ｂを含む面に向かって放射する反射ミラー（図示せず）が設けられている。
【００２８】
この光照射チャンバ２８Ｂ内は、大気雰囲気、真空雰囲気、不活性ガス雰囲気などとすることができる。
この光照射チャンバ２８Ｂ内の雰囲気温度は、熱アシスト効果を得る観点から、２００〜６５０℃とされることが好ましい。
【００２９】
光照射加熱部２０Ｂのフラッシュランプ３０としては、公知の種々のものを用いることができる。
具体的な一例を挙げると、図３に示されるように、円筒状であって両端が封止され、内部に放電空間が区画された直管型の例えば石英ガラスなどの透光性を有する材料よりなる発光管３１を備えてなり、この発光管３１の両端から管軸方向内方に突出して伸びる例えばタングステンよりなる電極棒３４Ａ、３５Ａの各々の先端に形成された陽極３４および陰極３５が、当該発光管３１内において互いに対向する状態とされ、電極棒３４Ａ、３５Ａの各々の外端から例えばタングステンやモリブデンなどよりなる外部リード３２、３３が伸びると共に、当該発光管３１の内部にはＸｅガスなどの希ガスが封入され、さらに、当該発光管３１の外面に管軸方向に伸びるよう配設されたトリガー電極３６がトリガー固定用バンド３７によって支持された状態で設けられてなるものである。
このフラッシュランプ３０の寸法の一例を示すと、例えば、発光管３１の管径がφ１３ｍｍ、電極間距離（発光長）が２５０ｍｍである。
【００３０】
このフラッシュランプ３０においては、高電圧パルスがトリガー電極３６に印加されて放電空間内において絶縁破壊が生じることにより、極めて短時間の閃光が放射されるフラッシュ点灯状態が得られる。
【００３１】
このようなフラッシュランプ３０の点灯条件は、シリコン複合体Ｗの結晶化度が３０〜７５％の結晶シリコンよりなるシリコン層１５における当該結晶シリコンを、結晶化度が８０％以上にすることができる温度にすることができれば特に限定されず、例えば、パルス幅が０．０１〜０．１ｍｓｅｃ、照射エネルギーが２〜１０Ｊ、電流密度が１０ｋＡ／ｃｍ2 とすることができる。
【００３２】
以上説明したようなアモルファスシリコンの結晶化方法は、具体的には、図４に示されるように、以下のように行われる。
すなわち、まず、ワークを作製し、これを、予め始動されていたヒータ２３によって所定の温度の高温雰囲気とされた予備加熱筐体２８Ａ内の処理位置２６Ａ上に載置することにより、雰囲気加熱が開始される（ステップｓ１）。
さらに、図５のａ部に示されるように、ワークの温度（シリコン層１５の表面温度）が雰囲気加熱によって所望の温度まで上昇され、さらに、図５のｂ部に示されるように、上昇された所望の温度のままシリコン層１５が結晶化度が３０〜７５％の結晶シリコンからなるものに変質されるまでの時間にわたって処理位置２６Ａ上に載置された状態を維持する（ステップｓ２）。
この予備加熱工程に必要な時間、すなわち処理位置２６Ａ上に載置する時間は、例えば５分間とされる。
次いで、予備加熱工程に必要な時間が経過したら、ワークを光照射加熱部２０Ｂ内の処理位置２６Ｂ上に搬送して載置する（ステップｓ３）。
そして、フラッシュランプを点灯させて光照射加熱を行い、図５のｃ部に示されるように、短時間で一次的にワークの温度を高温、例えば約１０００℃に上昇させてシリコン層１５が結晶化度が８０％以上の結晶シリコンからなるものに変質させる（ステップｓ４）。
さらに、光照射加熱後、ワークを光照射加熱部２０Ｂ外に搬送する（ステップｓ５）。
最後に、図５のｄ部に示されるように、除冷などによってワークを冷却させる。
【００３３】
以下、本発明の実験例について説明する。
【００３４】
〔実験例１：透過率の変化〕
以下に、加熱によるアモルファスシリコンの光吸収特性の変化を確認するための実験を示す。
まず、サンプルを作製した。すなわち、通常の脱脂洗浄を終えた４００ｎｍ以下の波長域の光を透過しない無アルカリガラス基板（厚み５００μｍ）を、製膜装置のロードロック室に入れ、真空に排気した後に製膜室へ搬送し、ＣＶＤ法によりＳｉＯ2 薄膜を１００ｎｍの厚さに形成し、次いで、当該ＳｉＯ2 薄膜上に、プラズマＣＶＤ法によりアモルファスシリコンによるシリコン層を５０ｎｍの厚さに形成することにより、シリコン複合体からなるサンプルを２５個作製した。それぞれ（４−ａ）〜（４−ｅ）、（５−ａ）〜（５−ｅ）、（６−ａ）〜（６−ｅ）、（６．５−ａ）〜（６．５−ｅ）、（７−ａ）〜（７−ｅ）とする。
各サンプルを、ホットプレート上にガラス基板が接触する状態に載置し、大気雰囲気中において、下記表１に示す加熱温度（サンプルのシリコン層の表面温度）および加熱時間の加熱条件で加熱する加熱実験を行い、加熱実験後の５７０ｎｍの光についての透過率を測定した。
なお、各サンプルの加熱実験前の５７０ｎｍの光についての透過率は、３０％であった。
結果を図６に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
図６の結果から、５００℃以上の加熱により、シリコン層について５７０ｎｍの光の透過率を低下させることができることが確認された。
なお、７００℃で２０分間以上加熱を行ったところ、基板に反りが生じたことから、（７〜ｃ）〜（７−ｅ）の実験は中止した。
【００３７】
〔実験例２：雰囲気加熱および光照射加熱による結晶化度の変化〕
また、雰囲気加熱および光照射加熱によるシリコン層の結晶化度の変化を確認するための実験を行った。
上記の実験例１と同様にしてシリコン複合体からなるサンプルを５１個作製し、雰囲気加熱のみ、または、雰囲気加熱後に光照射加熱をする結晶化実験を行った。雰囲気加熱のみの結晶化実験においては、下記表２に示す加熱温度（サンプルのシリコン層の表面温度）および加熱時間の加熱条件で、大気雰囲気でホットプレート加熱を行った。雰囲気加熱＋光照射加熱の結晶化実験においては、下記表３に示す加熱温度（サンプルのシリコン層の表面温度）および加熱時間の加熱条件で、大気雰囲気でホットプレートで加熱を行った後、光照射加熱を行った。光照射加熱は発光長２５０ｍｍのフラッシュランプ１０本を用いて、雰囲気温度が常温（２５℃）、照射エネルギーが５Ｊ／ｍ2 、パルス幅が１００μｓｅｃの条件で行った。また、サンプルの１つは、雰囲気加熱を行わずに、上記の条件で光照射加熱だけを行った。
そして、各サンプルの結晶化実験後のシリコン層の結晶化度を、ラマンスペクトルを測定して上述の通りに算出した。結果を表２および表３に示す。なお、７００℃で２０分間以上加熱を行ったところ、基板に反りが生じたことから、その結晶化度は未測定である。
【００３８】
【表２】
【００３９】
【表３】
【００４０】
雰囲気加熱を行わずに、光照射加熱だけを行ったサンプルについては、その結晶化度は３４％であった。この光照射加熱だけを行った結果と表２および表３の結果から、雰囲気加熱および光照射加熱を組み合わせて行うことにより、アモルファスシリコンを高い結晶化度の結晶シリコンに変質させることができることが確認された。
【００４１】
〔実験例３：光照射加熱時の雰囲気温度による結晶化度の変化〕
また、光照射加熱を行うときの、その雰囲気温度によるシリコン層の結晶化度の変化を確認するための実験を行った。
この実験では、上記の実験例１と同様にしてシリコン複合体からなるサンプルを２６個作製し、光照射加熱時の雰囲気温度を４５０℃にしたことの他は実験例１と同様の条件において雰囲気加熱＋光照射加熱の結晶化実験を行った。また、サンプルの１つは、雰囲気加熱を行わずに、光照射加熱時の雰囲気温度を４５０℃にした上で、実験例１の条件で光照射加熱だけを行った。結果を表４に示す。
【００４２】
【表４】
【００４３】
表３および表４の結果から、光照射加熱時の雰囲気温度を常温より温度の高い４５０℃とすることにより、アモルファスシリコンを高い結晶化度の結晶シリコンに変質させることができることが確認された。
なお、雰囲気加熱を行わずに、４５０℃の雰囲気温度で光照射加熱だけを行った場合、その結晶化度は６８％となった。従って、光照射加熱の前に雰囲気加熱を行わなければ、８０％以上の結晶化度が得られないことも確認された。
【００４４】
以上のようなアモルファスシリコンの結晶化方法によれば、予備加熱工程を経ることによってシリコン層１５を構成するアモルファスシリコンの結晶化度が特定の範囲となることによって当該アモルファスシリコンの光吸収特性が変化してシリコン層１５のフラッシュランプからの光の吸収率が高くなる、すなわち、当該フラッシュランプからの光の透過率が低くなって電極形成用金属膜１２に対する光の照射が抑制された状態で、フラッシュランプからの光を照射することとなる結果、短時間で、クラックや反りの発生を小さく抑制しながら、アモルファスシリコンを結晶化させてシリコン層１５を結晶シリコンよりなるものに変質させることができる。
【００４５】
以上、本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法について説明したが、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
【００４６】
例えば、シリコン複合体Ｗをワークとして予備加熱工程および光照射加熱工程を行うシリコン結晶化装置として、予備加熱工程および光照射加熱工程をバッチ処理する構成のものを用いることができる。具体的には、図７に示されるように、予備加熱部２０Ａと光照射加熱部２０Ｂとが離間して設けられていることの他は同様の構成を有するものとされる。
なお、図７において、その他の符号は図２に係る符号と同じものを示す。
このようなシリコン結晶化装置においては、例えば、予備加熱部２０Ａと光照射加熱部２０Ｂとの間に、ワークを一旦冷却させる冷却部（図示せず）が備えられていてもよい。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４８】
＜実施例１＞
通常の脱脂洗浄を終えた４００ｎｍ以下の波長域の光を透過しない無アルカリガラス基板（厚み５００μｍ）上にモリブデンからなる線幅５μｍの電極形成用金属膜を形成し、これを製膜装置のロードロック室に入れ、真空に排気した後に製膜室へ搬送し、ＣＶＤ法によりＳｉＯ2 薄膜を１００ｎｍの厚さに形成し、次いで、当該ＳｉＯ2 薄膜上に、プラズマＣＶＤ法によりアモルファスシリコンによるシリコン層を５０ｎｍの厚さに形成することにより、ボトムゲート型のシリコン複合体からなるサンプルを６個作製した。
各サンプルを、５００℃で３０分間、上述の実験例２と同様にして雰囲気加熱による予備加熱を行った後、発光長２５０ｍｍのフラッシュランプ１０本を用いて、雰囲気温度が常温（２５℃）、照射エネルギーが表５に示される大きさ、パルス幅が１００μｓｅｃの条件で光照射加熱を行った後、シリコン層の結晶化度を、ラマンスペクトルを測定して上述の通りに算出した。また、光照射加熱後のサンプルについて、反りやクラックなどのダメージの発生を観察した。
結果を表５に示す。
【００４９】
＜実施例２＞
実施例１と同様にして得たボトムゲート型のシリコン複合体からなるサンプルを６個作製し、光照射加熱時の雰囲気温度を５００℃にしたことの他は実施例１と同様にして予備加熱後に光照射加熱を行った後、シリコン層の結晶化度を、ラマンスペクトルを測定して上述の通りに算出した。また、光照射加熱後のサンプルについて、反りやクラックなどのダメージ発生を観察した。
結果を表５に示す。
【００５０】
＜比較例１＞
実施例１と同様にして得たボトムゲート型のシリコン複合体からなるサンプルを６個作製し、これについて雰囲気加熱による予備加熱を行わなかったことの他は実施例１と同様にして光照射加熱を行った後、シリコン層の結晶化度を、ラマンスペクトルを測定して上述の通りに算出した。また、光照射加熱後のサンプルについて、反りやクラックなどのダメージの発生を観察した。
結果を表５に示す。
【００５１】
【表５】
【００５２】
表５の結果から明らかなように、実施例１に係る本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法によれば、比較例１に係る方法で得たシリコン層に比べて高い結晶化度のシリコン層が、反りやクラックなどのダメージが生じない状態で得られることが示された。また、実施例２に係る本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法によれば、実施例１に係る方法で得たシリコン層に比べて、照射エネルギーが４．５Ｊ／ｃｍ2 や５．０Ｊ／ｃｍ2 である場合においてもシリコン層に８０％以上の結晶化度が得られることが示された。
【符号の説明】
【００５３】
１１ 基板
１２ 電極形成用金属膜
１５ シリコン層
１７ バリア層
２０Ａ 予備加熱部
２０Ｂ 光照射加熱部
２３ ヒータ
２６Ａ，２６Ｂ 処理位置
２８Ａ 予備加熱筐体
２８Ｂ 光照射チャンバ
３０ フラッシュランプ
３１ 発光管
３２、３３ 外部リード
３４ 陽極
３５ 陰極
３４Ａ、３５Ａ 電極棒
３６ トリガー電極
３７ トリガー固定用バンド
５１ ガラス基板
５２ 電極形成用金属膜
５５ シリコン層
５７ ＳｉＯ2 薄膜
Ｗ シリコン複合体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン層を形成するアモルファスシリコンを結晶化させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの用途において、アモルファスシリコン薄膜に電子易動度を高くするためにフラッシュランプ光を照射することによりアモルファスシリコンを結晶化させて結晶シリコン薄膜を形成する技術が知られている。
【０００３】
具体的には、例えば、特許文献１においては、図８に示されるように、ガラス基板５１上にＳｉＯ2 薄膜５７を介してアモルファスシリコンよりなるシリコン層５５が形成され、さらにこのシリコン層５５上に電極形成用金属膜５２が形成されてなるトップゲート型のシリコン複合体をワークとして、当該ワークを載置してこれを加熱するヒータを備えたステージと、このワークに対して光を照射する複数本のフラッシュランプよりなる光源とを備える光照射装置を用いて、当該ワークをヒータによって加熱された状態でフラッシュランプによる光を照射することにより、アモルファスシリコンを結晶化させてシリコン層５５を結晶シリコンよりなるものに変質させることが行われている。
このようなフラッシュランプを用いたアモルファスシリコンの結晶化によっては、全体的に短時間で高い結晶化度の結晶シリコンのシリコン層が得られる。
【０００４】
最近、図１に示すような、ガラスなどからなる基板１１上に電極形成用金属膜１２が設けられ、当該電極形成用金属膜１２が基板１１とシリコン層１５とに挟まれて存在する、ボトムゲート型のシリコン複合体についてこれをワークとして、同様にアモルファスシリコンを結晶化させてシリコン層１５を結晶シリコンよりなるものに変質させることが行われている。
【０００５】
然るに、このボトムゲート型のシリコン複合体をワークとして、上述の光照射装置を用いてアモルファスシリコンを結晶化させた場合に、当該ワークにクラックや反りが生じる、という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−０３１６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このワークに反りやクラックが発生する問題の原因について、本発明者が鋭意検討したところ、電極形成用金属膜１２の直上領域においてクラックや反りが生じていることから、次のように推測している。
すなわち、図９に示されるように、ボトムゲート型のシリコン複合体からなるワークに対してフラッシュランプからの光（図９において実線矢印で示す。）が照射されるとき、シリコン層１５は、当該光の一部を吸収することにより加熱されるところ、前記光のうちの吸収されなかった光（図９において点線矢印で示す。）は、シリコン層１５を通過して、電極形成用金属膜１２の直上以外の領域においてはバリア層１７および基板１１を透過するが、電極形成用金属膜１２の直上領域に照射された光は、当該電極形成用金属膜１２の表面で反射され、再度シリコン層１５に向かい、当該シリコン層１５に吸収される。これにより、シリコン層１５は、電極形成用金属膜１２の直上領域において吸収される光の量が、それ以外の領域において吸収される光の量よりも多いことに起因して、電極形成用金属膜１２の直上領域に形成される結晶層の厚みが、それ以外の領域に形成された結晶層の厚みよりも大きくなってしまい、このような結晶層の厚みの差が、熱膨張量の差となってワークのクラックや反りの原因になったものと推測される。
または、ボトムゲート型のシリコン複合体からなるワークに対してフラッシュランプからの光が照射されるとき、当該光のうちシリコン層１５に吸収されなかった光が電極形成用金属膜１２に照射されることによって生じる当該電極形成用金属膜１２の熱膨張に起因して、ワークにクラックや反りが発生するものとも推測される。
【０００８】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、基板とシリコン層との間に電極形成用金属膜が設けられてなるボトムゲート型のシリコン複合体を、短時間で、クラックや反りの発生を小さく抑制しながら、アモルファスシリコンを結晶化させてシリコン層を結晶シリコンよりなるものに変質させることができるアモルファスシリコンの結晶化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法は、基板上にアモルファスシリコンによるシリコン層が形成され、当該基板とシリコン層との間に電極形成用金属膜が形成されてなるシリコン複合体を雰囲気加熱して前記シリコン層を結晶化度が３０〜７５％である結晶シリコンからなるものに変質させる予備加熱工程と、
前記予備加熱工程を経たシリコン複合体のシリコン層に対してフラッシュランプからの光を照射して当該シリコン層を結晶化度が８０％以上である結晶シリコンからなるものに変質させる光照射加熱工程とを有することを特徴とする。
本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法においては、前記予備加熱工程の加熱温度が、５００〜７００℃であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法においては、前記光照射加熱工程において、フラッシュランプからの光を、シリコン複合体のシリコン層側からのみ照射する構成とすることができ、また、フラッシュランプからの光を、シリコン複合体のシリコン層側および基板側の両方から照射する構成とすることもできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法によれば、予備加熱工程を経てシリコン層が結晶化度が特定の範囲にある結晶シリコンからなるものに変質されることによって当該シリコン層の光吸収特性が変化してシリコン層のフラッシュランプからの光の吸収率が高くなる、すなわち、当該フラッシュランプからの光の透過率が低くなって電極形成用金属膜に対する光の照射が抑制された状態で、光照射加熱工程が行われることとなる結果、短時間で、クラックや反りの発生を小さく抑制しながら、アモルファスシリコンを結晶化させてシリコン層を所望の結晶化度の結晶シリコンよりなるものに変質させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るシリコン複合体の構成の一例を示す説明用断面図である。
【図２】本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法に用いられるシリコン結晶化装置の一例を示す説明用断面図である。
【図３】本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法における光照射加熱工程に用いられるフラッシュランプの構成の一例を示す説明用断面図である。
【図４】本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法において、時間に対するシリコン層の温度変化を示したグラフである。
【図６】本発明に係る実験例において、加熱温度と加熱時間に対するシリコン層の透過率を示したグラフである。
【図７】本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法に用いられるシリコン結晶化装置の別の一例を示す説明用断面図である。
【図８】トップゲート型のシリコン複合体の構成の一例を示す説明用断面図である。
【図９】ボトムゲート型のシリコン複合体に光が照射された場合を示す説明用断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明について具体的に説明する。
【００１４】
本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法は、図１に示されるように、基板１１上にアモルファスシリコンによるシリコン層１５が形成され、当該基板１１とシリコン層１５との間に電極形成用金属膜１２が形成されてなるシリコン複合体Ｗを雰囲気加熱してシリコン層１５を結晶化度が３０〜７５％である結晶シリコンからなるものに変質させる予備加熱工程と、この予備加熱工程を経たシリコン層１５に対してフラッシュランプ３０（図３参照。）からの光を照射して当該シリコン層１５を結晶化度が８０％以上である結晶シリコンからなるものに変質させる光照射加熱工程とを有することを特徴とする方法である。
【００１５】
本発明において、結晶化度は、シリコン層１５について測定されるラマンスペクトルにおける結晶シリコンに係るピーク面積ｃｒｙ（５１５〜５２５ｃｍ-1）、μ結晶シリコンに係るピーク面積μｃｒｙ（５００ｃｍ-1）、アモルファスシリコンに係るピーク面積ａｍｏ（４８０ｃｍ-1）から、下記式（１）によって算出されるものである。
式（１）：結晶化度（％）＝｛（ｃｒｙ＋μｃｒｙ）／（ｃｒｙ＋μｃｒｙ＋ａｍｏ）｝×１００
【００１６】
このシリコン複合体Ｗは、具体的には、基板１１上の電極形成用領域に電極形成用金属膜１２が設けられ、この基板１１および電極形成用金属膜１２の積層体上にバリア層１７が設けられ、さらにこのバリア層１７上にアモルファスシリコンによるシリコン層１５が設けられてなるものである。
【００１７】
基板１１は、例えば無アルカリガラスなどからなるものであって、その厚みは、例えば５００〜１０００μｍとされる。
【００１８】
電極形成用金属膜１２は、例えばモリブデン、タングステン、チタン、タンタルなどの高融点金属もしくは合金からなり、蒸着法によって形成することができる。
この電極形成用金属膜１２は、その線幅が例えば０．１〜１００μｍのものとされる。
【００１９】
バリア層１７は、例えばＳｉＯ2 やＳｉＮx よりなるものであり、例えばＣＶＤ法によって形成することができる。
このバリア層１７の厚みは、例えば５０〜５００ｎｍとされる。
【００２０】
アモルファスシリコンによるシリコン層１５は、例えばプラズマＣＶＤ法によって形成することができる。
このシリコン層１５の厚みは、例えば１０〜１００ｎｍとされる。
【００２１】
このようなシリコン複合体Ｗをワークとして予備加熱工程および光照射加熱工程を行うシリコン結晶化装置としては、図２に示されるように、例えば、予備加熱工程と光照射加熱工程とを連続的に行う、予備加熱筐体２８Ａ中のワークが位置される処理位置２６Ａの上部空間および下部空間にそれぞれヒータ２３が設けられ、予備加熱工程が行われる予備加熱部２０Ａと、光照射チャンバ２８Ｂ中のワークが位置される処理位置２６Ｂの上部空間に複数のフラッシュランプ３０が配設され、光照射加熱工程が行われる光照射加熱部２０Ｂとが隣接して備えられたものを用いることができる。
【００２２】
〔予備加熱部〕
シリコン結晶化装置における予備加熱部２０Ａのヒータ２３は、処理位置２６Ａにワークが載置された状態において接触状態または非接触状態のいずれの状態とされて設けられてもよい。
シリコン結晶化装置における予備加熱部２０Ａのヒータ２３としては、加熱温度を下記に詳述するような適宜の温度にすることができるものであれば特に限定されず、ハロゲンヒータ、ハロゲンランプ、ホットプレート、炉などを用いることができる。
【００２３】
この予備加熱工程における加熱温度は、シリコン複合体Ｗのシリコン層１５に係る結晶化度を３０〜７５％にすることができる温度であって、例えば５００〜７００℃とされることが好ましく、より好ましくは５００〜６５０℃である。
本発明においては、予備加熱工程における加熱温度とは、雰囲気加熱中のシリコン複合体Ｗのシリコン層１５の表面温度の最高温度をいう。
このシリコン複合体Ｗのシリコン層１５の表面温度は、接触温度計、放射温度計を用いて測定することができる。
予備加熱部２０Ａにおける加熱温度が５００〜７００℃であることにより、アモルファス複合体Ｗのシリコン層１５を確実に結晶化度が３０〜７５％である結晶シリコンからなるものに変質させることができる。
予備加熱部２０Ａにおける加熱温度が５００℃未満である場合は、アモルファス複合体Ｗのシリコン層１５を結晶化度が３０％以上の結晶シリコンからなるものに変質させることができないおそれがあり、また、加熱温度が７００℃を超える場合であって、基板１１が無アルカリガラスからなるものである場合は、当該基板１１が軟化するおそれがある。
【００２４】
また、予備加熱部２０Ａにおける加熱温度が７００℃を超える場合は、基板１１が熱によって反りかえるおそれがあることから、加熱温度が６５０℃以下とされることが好ましい。
【００２５】
また、この予備加熱工程における加熱時間は、加熱温度によっても異なるが、シリコン複合体Ｗのシリコン層１５に係る結晶化度を３０〜７５％にすることができるだけの時間であって、例えば５分間以上とされることが好ましく、より好ましくは５〜２０分間である。
【００２６】
予備加熱筐体２８Ａ内は、例えば大気雰囲気、真空雰囲気、不活性ガス雰囲気などとすることができる。
【００２７】
〔光照射加熱部〕
シリコン結晶化装置における光照射加熱部２０Ｂは、光照射チャンバ２８Ｂ内のワークが位置される処理位置２６Ｂの上部空間に複数本例えば４本の棒状のフラッシュランプ３０が、処理位置２６Ｂを含む面に平行な方向であって互いに同一の方向に伸びた状態で並んで配置されて収容されている。
この光照射チャンバ２８Ｂの処理位置２６Ｂを含む面と対向する天井面はフラッシュランプ３０からの放射光を反射させて光照射筐体２８Ｂの処理位置２６Ｂを含む面に向かって放射する反射ミラー（図示せず）が設けられている。
【００２８】
この光照射チャンバ２８Ｂ内は、大気雰囲気、真空雰囲気、不活性ガス雰囲気などとすることができる。
この光照射チャンバ２８Ｂ内の雰囲気温度は、熱アシスト効果を得る観点から、２００〜６５０℃とされることが好ましい。
【００２９】
光照射加熱部２０Ｂのフラッシュランプ３０としては、公知の種々のものを用いることができる。
具体的な一例を挙げると、図３に示されるように、円筒状であって両端が封止され、内部に放電空間が区画された直管型の例えば石英ガラスなどの透光性を有する材料よりなる発光管３１を備えてなり、この発光管３１の両端から管軸方向内方に突出して伸びる例えばタングステンよりなる電極棒３４Ａ、３５Ａの各々の先端に形成された陽極３４および陰極３５が、当該発光管３１内において互いに対向する状態とされ、電極棒３４Ａ、３５Ａの各々の外端から例えばタングステンやモリブデンなどよりなる外部リード３２、３３が伸びると共に、当該発光管３１の内部にはＸｅガスなどの希ガスが封入され、さらに、当該発光管３１の外面に管軸方向に伸びるよう配設されたトリガー電極３６がトリガー固定用バンド３７によって支持された状態で設けられてなるものである。
このフラッシュランプ３０の寸法の一例を示すと、例えば、発光管３１の管径がφ１３ｍｍ、電極間距離（発光長）が２５０ｍｍである。
【００３０】
このフラッシュランプ３０においては、高電圧パルスがトリガー電極３６に印加されて放電空間内において絶縁破壊が生じることにより、極めて短時間の閃光が放射されるフラッシュ点灯状態が得られる。
【００３１】
このようなフラッシュランプ３０の点灯条件は、シリコン複合体Ｗの結晶化度が３０〜７５％の結晶シリコンよりなるシリコン層１５における当該結晶シリコンを、結晶化度が８０％以上にすることができる温度にすることができれば特に限定されず、例えば、パルス幅が０．０１〜０．１ｍｓｅｃ、照射エネルギーが２〜１０Ｊ、電流密度が１０ｋＡ／ｃｍ2 とすることができる。
【００３２】
以上説明したようなアモルファスシリコンの結晶化方法は、具体的には、図４に示されるように、以下のように行われる。
すなわち、まず、ワークを作製し、これを、予め始動されていたヒータ２３によって所定の温度の高温雰囲気とされた予備加熱筐体２８Ａ内の処理位置２６Ａ上に載置することにより、雰囲気加熱が開始される（ステップｓ１）。
さらに、図５のａ部に示されるように、ワークの温度（シリコン層１５の表面温度）が雰囲気加熱によって所望の温度まで上昇され、さらに、図５のｂ部に示されるように、上昇された所望の温度のままシリコン層１５が結晶化度が３０〜７５％の結晶シリコンからなるものに変質されるまでの時間にわたって処理位置２６Ａ上に載置された状態を維持する（ステップｓ２）。
この予備加熱工程に必要な時間、すなわち処理位置２６Ａ上に載置する時間は、例えば５分間とされる。
次いで、予備加熱工程に必要な時間が経過したら、ワークを光照射加熱部２０Ｂ内の処理位置２６Ｂ上に搬送して載置する（ステップｓ３）。
そして、フラッシュランプを点灯させて光照射加熱を行い、図５のｃ部に示されるように、短時間で一次的にワークの温度を高温、例えば約１０００℃に上昇させてシリコン層１５が結晶化度が８０％以上の結晶シリコンからなるものに変質させる（ステップｓ４）。
さらに、光照射加熱後、ワークを光照射加熱部２０Ｂ外に搬送する（ステップｓ５）。
最後に、図５のｄ部に示されるように、除冷などによってワークを冷却させる。
【００３３】
以下、本発明の実験例について説明する。
【００３４】
〔実験例１：透過率の変化〕
以下に、加熱によるアモルファスシリコンの光吸収特性の変化を確認するための実験を示す。
まず、サンプルを作製した。すなわち、通常の脱脂洗浄を終えた４００ｎｍ以下の波長域の光を透過しない無アルカリガラス基板（厚み５００μｍ）を、製膜装置のロードロック室に入れ、真空に排気した後に製膜室へ搬送し、ＣＶＤ法によりＳｉＯ2 薄膜を１００ｎｍの厚さに形成し、次いで、当該ＳｉＯ2 薄膜上に、プラズマＣＶＤ法によりアモルファスシリコンによるシリコン層を５０ｎｍの厚さに形成することにより、シリコン複合体からなるサンプルを２５個作製した。それぞれ（４−ａ）〜（４−ｅ）、（５−ａ）〜（５−ｅ）、（６−ａ）〜（６−ｅ）、（６．５−ａ）〜（６．５−ｅ）、（７−ａ）〜（７−ｅ）とする。
各サンプルを、ホットプレート上にガラス基板が接触する状態に載置し、大気雰囲気中において、下記表１に示す加熱温度（サンプルのシリコン層の表面温度）および加熱時間の加熱条件で加熱する加熱実験を行い、加熱実験後の５７０ｎｍの光についての透過率を測定した。
なお、各サンプルの加熱実験前の５７０ｎｍの光についての透過率は、３０％であった。
結果を図６に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
図６の結果から、５００℃以上の加熱により、シリコン層について５７０ｎｍの光の透過率を低下させることができることが確認された。
なお、７００℃で２０分間以上加熱を行ったところ、基板に反りが生じたことから、（７〜ｃ）〜（７−ｅ）の実験は中止した。
【００３７】
〔実験例２：雰囲気加熱および光照射加熱による結晶化度の変化〕
また、雰囲気加熱および光照射加熱によるシリコン層の結晶化度の変化を確認するための実験を行った。
上記の実験例１と同様にしてシリコン複合体からなるサンプルを５１個作製し、雰囲気加熱のみ、または、雰囲気加熱後に光照射加熱をする結晶化実験を行った。雰囲気加熱のみの結晶化実験においては、下記表２に示す加熱温度（サンプルのシリコン層の表面温度）および加熱時間の加熱条件で、大気雰囲気でホットプレート加熱を行った。雰囲気加熱＋光照射加熱の結晶化実験においては、下記表３に示す加熱温度（サンプルのシリコン層の表面温度）および加熱時間の加熱条件で、大気雰囲気でホットプレートで加熱を行った後、光照射加熱を行った。光照射加熱は発光長２５０ｍｍのフラッシュランプ１０本を用いて、雰囲気温度が常温（２５℃）、照射エネルギーが５Ｊ／ｍ2 、パルス幅が１００μｓｅｃの条件で行った。また、サンプルの１つは、雰囲気加熱を行わずに、上記の条件で光照射加熱だけを行った。
そして、各サンプルの結晶化実験後のシリコン層の結晶化度を、ラマンスペクトルを測定して上述の通りに算出した。結果を表２および表３に示す。なお、７００℃で２０分間以上加熱を行ったところ、基板に反りが生じたことから、その結晶化度は未測定である。
【００３８】
【表２】
【００３９】
【表３】
【００４０】
雰囲気加熱を行わずに、光照射加熱だけを行ったサンプルについては、その結晶化度は３４％であった。この光照射加熱だけを行った結果と表２および表３の結果から、雰囲気加熱および光照射加熱を組み合わせて行うことにより、アモルファスシリコンを高い結晶化度の結晶シリコンに変質させることができることが確認された。
【００４１】
〔実験例３：光照射加熱時の雰囲気温度による結晶化度の変化〕
また、光照射加熱を行うときの、その雰囲気温度によるシリコン層の結晶化度の変化を確認するための実験を行った。
この実験では、上記の実験例１と同様にしてシリコン複合体からなるサンプルを２６個作製し、光照射加熱時の雰囲気温度を４５０℃にしたことの他は実験例１と同様の条件において雰囲気加熱＋光照射加熱の結晶化実験を行った。また、サンプルの１つは、雰囲気加熱を行わずに、光照射加熱時の雰囲気温度を４５０℃にした上で、実験例１の条件で光照射加熱だけを行った。結果を表４に示す。
【００４２】
【表４】
【００４３】
表３および表４の結果から、光照射加熱時の雰囲気温度を常温より温度の高い４５０℃とすることにより、アモルファスシリコンを高い結晶化度の結晶シリコンに変質させることができることが確認された。
なお、雰囲気加熱を行わずに、４５０℃の雰囲気温度で光照射加熱だけを行った場合、その結晶化度は６８％となった。従って、光照射加熱の前に雰囲気加熱を行わなければ、８０％以上の結晶化度が得られないことも確認された。
【００４４】
以上のようなアモルファスシリコンの結晶化方法によれば、予備加熱工程を経ることによってシリコン層１５を構成するアモルファスシリコンの結晶化度が特定の範囲となることによって当該アモルファスシリコンの光吸収特性が変化してシリコン層１５のフラッシュランプからの光の吸収率が高くなる、すなわち、当該フラッシュランプからの光の透過率が低くなって電極形成用金属膜１２に対する光の照射が抑制された状態で、フラッシュランプからの光を照射することとなる結果、短時間で、クラックや反りの発生を小さく抑制しながら、アモルファスシリコンを結晶化させてシリコン層１５を結晶シリコンよりなるものに変質させることができる。
【００４５】
以上、本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法について説明したが、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
【００４６】
例えば、シリコン複合体Ｗをワークとして予備加熱工程および光照射加熱工程を行うシリコン結晶化装置として、予備加熱工程および光照射加熱工程をバッチ処理する構成のものを用いることができる。具体的には、図７に示されるように、予備加熱部２０Ａと光照射加熱部２０Ｂとが離間して設けられていることの他は同様の構成を有するものとされる。
なお、図７において、その他の符号は図２に係る符号と同じものを示す。
このようなシリコン結晶化装置においては、例えば、予備加熱部２０Ａと光照射加熱部２０Ｂとの間に、ワークを一旦冷却させる冷却部（図示せず）が備えられていてもよい。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４８】
＜実施例１＞
通常の脱脂洗浄を終えた４００ｎｍ以下の波長域の光を透過しない無アルカリガラス基板（厚み５００μｍ）上にモリブデンからなる線幅５μｍの電極形成用金属膜を形成し、これを製膜装置のロードロック室に入れ、真空に排気した後に製膜室へ搬送し、ＣＶＤ法によりＳｉＯ2 薄膜を１００ｎｍの厚さに形成し、次いで、当該ＳｉＯ2 薄膜上に、プラズマＣＶＤ法によりアモルファスシリコンによるシリコン層を５０ｎｍの厚さに形成することにより、ボトムゲート型のシリコン複合体からなるサンプルを６個作製した。
各サンプルを、５００℃で３０分間、上述の実験例２と同様にして雰囲気加熱による予備加熱を行った後、発光長２５０ｍｍのフラッシュランプ１０本を用いて、雰囲気温度が常温（２５℃）、照射エネルギーが表５に示される大きさ、パルス幅が１００μｓｅｃの条件で光照射加熱を行った後、シリコン層の結晶化度を、ラマンスペクトルを測定して上述の通りに算出した。また、光照射加熱後のサンプルについて、反りやクラックなどのダメージの発生を観察した。
結果を表５に示す。
【００４９】
＜実施例２＞
実施例１と同様にして得たボトムゲート型のシリコン複合体からなるサンプルを６個作製し、光照射加熱時の雰囲気温度を５００℃にしたことの他は実施例１と同様にして予備加熱後に光照射加熱を行った後、シリコン層の結晶化度を、ラマンスペクトルを測定して上述の通りに算出した。また、光照射加熱後のサンプルについて、反りやクラックなどのダメージ発生を観察した。
結果を表５に示す。
【００５０】
＜比較例１＞
実施例１と同様にして得たボトムゲート型のシリコン複合体からなるサンプルを６個作製し、これについて雰囲気加熱による予備加熱を行わなかったことの他は実施例１と同様にして光照射加熱を行った後、シリコン層の結晶化度を、ラマンスペクトルを測定して上述の通りに算出した。また、光照射加熱後のサンプルについて、反りやクラックなどのダメージの発生を観察した。
結果を表５に示す。
【００５１】
【表５】
【００５２】
表５の結果から明らかなように、実施例１に係る本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法によれば、比較例１に係る方法で得たシリコン層に比べて高い結晶化度のシリコン層が、反りやクラックなどのダメージが生じない状態で得られることが示された。また、実施例２に係る本発明のアモルファスシリコンの結晶化方法によれば、実施例１に係る方法で得たシリコン層に比べて、照射エネルギーが４．５Ｊ／ｃｍ2 や５．０Ｊ／ｃｍ2 である場合においてもシリコン層に８０％以上の結晶化度が得られることが示された。
【符号の説明】
【００５３】
１１ 基板
１２ 電極形成用金属膜
１５ シリコン層
１７ バリア層
２０Ａ 予備加熱部
２０Ｂ 光照射加熱部
２３ ヒータ
２６Ａ，２６Ｂ 処理位置
２８Ａ 予備加熱筐体
２８Ｂ 光照射チャンバ
３０ フラッシュランプ
３１ 発光管
３２、３３ 外部リード
３４ 陽極
３５ 陰極
３４Ａ、３５Ａ 電極棒
３６ トリガー電極
３７ トリガー固定用バンド
５１ ガラス基板
５２ 電極形成用金属膜
５５ シリコン層
５７ ＳｉＯ2 薄膜
Ｗ シリコン複合体
【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によるシリコン層が形成され、当該基板とシリコン層との間に電極形成用金属膜が形成されてなるシリコン複合体を雰囲気加熱して前記シリコン層を結晶化度が３０〜７５％である結晶シリコンからなるものに変質させる予備加熱工程と、
前記予備加熱工程を経たシリコン複合体のシリコン層に対してフラッシュランプからの光を照射して当該シリコン層を結晶化度が８０％以上である結晶シリコンからなるものに変質させる光照射加熱工程とを有することを特徴とするアモルファスシリコンの結晶化方法。
【請求項２】
前記予備加熱工程の加熱温度が、５００〜７００℃であることを特徴とする請求項１に記載のアモルファスシリコンの結晶化方法。
【請求項３】
前記光照射加熱工程においては、フラッシュランプからの光を、シリコン複合体のシリコン層側からのみ照射することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアモルファスシリコンの結晶化方法。
【請求項１】
基板上にアモルファスシリコンによるシリコン層が形成され、当該基板とシリコン層との間に電極形成用金属膜が形成されてなるシリコン複合体を雰囲気加熱して前記シリコン層を結晶化度が３０〜７５％である結晶シリコンからなるものに変質させる予備加熱工程と、
前記予備加熱工程を経たシリコン複合体のシリコン層に対してフラッシュランプからの光を照射して当該シリコン層を結晶化度が８０％以上である結晶シリコンからなるものに変質させる光照射加熱工程とを有することを特徴とするアモルファスシリコンの結晶化方法。
【請求項２】
前記予備加熱工程の加熱温度が、５００〜７００℃であることを特徴とする請求項１に記載のアモルファスシリコンの結晶化方法。
【請求項３】
前記光照射加熱工程においては、フラッシュランプからの光を、シリコン複合体のシリコン層側からのみ照射することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアモルファスシリコンの結晶化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２１２８３５（Ｐ２０１２−２１２８３５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７８７７２（Ｐ２０１１−７８７７２）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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