JP2006219689A - Thin-film production apparatus and method for forming semiconductor thin film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フレキシブル液晶ディスプレイやフレキシブル有機ELディスプレイ等に用いる薄膜トランジスタ用半導体膜を形成する方法、及び半導体膜を形成するための薄膜製造装置に関する。 The present invention relates to a method for forming a semiconductor film for a thin film transistor used in a flexible liquid crystal display, a flexible organic EL display, and the like, and a thin film manufacturing apparatus for forming the semiconductor film.
従来の薄膜製造装置では、加熱した触媒体に原料ガスを供給し、テープを送ることにより薄膜を形成する機構が提案されている。(例えば、特許文献1を参照)。
従来の薄膜製造装置では、高スループットで高品質の半導体膜を得ることが出来なかった。すなわち、特許文献1のような薄膜製造装置はパルスレーザー照射機構を備えていないため、一旦ロール状のテープに半導体膜を成膜してロール状に巻き取った後、レーザー照射装置に移動して改めてロール状のテープにパルスレーザーを照射する必要があり、真空排気や不活性ガスによる置換など極めてタクトタイムが長くなるばかりか、移動中に下地堆積膜への不純物混入の課題があった。また、成膜中に触媒体とロール状テープの距離が大きく変わるため、保護膜の成膜では特に問題にならないが、機能性薄膜すなわち半導体膜に関しては深さ方向の膜の不均一性が生じる課題があった。特に原料ガスにSiH4とH2を用いて非晶質シリコン膜を形成する場合には、深さ方向で膜中の水素含有量が変化するという課題があった。すなわち、非晶質シリコンの付き始めでは、触媒体からの距離が長く、触媒体からの輻射熱が少ないために水素含有量が多い非晶質シリコン膜が堆積してしまい、水素の突沸によるポリシリコン膜の膜面荒れが生じることがあった。本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、量産時のタクトタイムを縮小すると共に均一な半導体膜を得ることを目的とする。
A conventional thin film manufacturing apparatus cannot obtain a high-quality semiconductor film with a high throughput. That is, since a thin film manufacturing apparatus like
そこで、本発明の薄膜製造装置は、ロールフィルムを供給する機構と、CVD法により触媒体をロールフィルム上に半導体膜として堆積させる機構と、パルスレーザーを前記半導体膜に照射する機構と、ロールフィルムを巻き取る機構を備えている。また、半導体膜を堆積する機構とパルスレーザーを照射する機構との間で大気暴露することがないよう構成されている。そして、半導体膜を形成する機構とロールフィルムとの間に、触媒体とロールフィルムの距離が略一定間隔となる部分に開口を持つ遮蔽機構が設けられている。あるいは、触媒体はロールフィルムとの距離が均一になるように配置されている。 Therefore, the thin film manufacturing apparatus of the present invention includes a mechanism for supplying a roll film, a mechanism for depositing a catalyst body as a semiconductor film on the roll film by a CVD method, a mechanism for irradiating the semiconductor film with a pulse laser, and a roll film. It has a mechanism to wind up. Moreover, it is comprised so that it may not expose to air | atmosphere between the mechanism in which a semiconductor film is deposited, and the mechanism in which a pulse laser is irradiated. A shielding mechanism having an opening at a portion where the distance between the catalyst body and the roll film is substantially constant is provided between the mechanism for forming the semiconductor film and the roll film. Or the catalyst body is arrange | positioned so that the distance with a roll film may become uniform.
本発明は触媒CVD法によりロールフィルム上に半導体膜を形成した後、パルスレーザーを半導体膜に照射し半導体膜を結晶化できるので、高スループットでロールフィルム上に半導体膜を形成できる効果がある。また、大気暴露時に空気中の不純物を吸着して、最終的に薄膜トランジスタの移動度を低下させるなどの課題も解決できた。さらに、半導体膜が深さ方向に略均一な原子成分となるように遮蔽機構を設けた。また、触媒体とロールフィルムの距離を均一にすることとした。このような構成により、より均一な半導体膜を形成することができる。 In the present invention, since a semiconductor film can be crystallized by irradiating the semiconductor film with a pulse laser after forming the semiconductor film on the roll film by catalytic CVD, the semiconductor film can be formed on the roll film with high throughput. In addition, problems such as adsorption of impurities in the air when exposed to the atmosphere and finally lowering the mobility of the thin film transistor could be solved. Further, a shielding mechanism is provided so that the semiconductor film has a substantially uniform atomic component in the depth direction. Further, the distance between the catalyst body and the roll film was made uniform. With such a configuration, a more uniform semiconductor film can be formed.
本発明の薄膜製造装置は、ロールフィルムを供給する機構と、触媒CVD法を用いてロールフィルム上に半導体膜を形成する機構と、パルスレーザーを半導体膜に照射する機構と、ロールフィルムを巻き取る機構を備えている。このような構成により、高スループットでロールフィルム上に半導体膜を形成できる。また、半導体膜を形成する機構とロールフィルムとの間に、触媒体とロールフィルムの距離が略一定間隔となる部分に開口を持つ遮蔽機構が設けることとした。このような構成により、半導体膜が深さ方向に略均一な原子成分となる。あるいは、触媒体とロールフィルムの距離が均一になるように構成した。これにより、より均一な半導体膜を形成できる。 The thin film manufacturing apparatus of the present invention includes a mechanism for supplying a roll film, a mechanism for forming a semiconductor film on the roll film using a catalytic CVD method, a mechanism for irradiating the semiconductor film with a pulse laser, and a roll film. It has a mechanism. With such a configuration, the semiconductor film can be formed on the roll film with high throughput. Further, a shielding mechanism having an opening at a portion where the distance between the catalyst body and the roll film is substantially constant is provided between the mechanism for forming the semiconductor film and the roll film. With such a configuration, the semiconductor film has substantially uniform atomic components in the depth direction. Or it comprised so that the distance of a catalyst body and a roll film might become uniform. Thereby, a more uniform semiconductor film can be formed.
さらに、本発明の半導体薄膜の形成方法は、ロールに巻かれた状態のロールフィルムに半導体膜を形成する工程と、ロールを回転させてロールフィルムを移動させ、半導体膜にパルスレーザーを照射して、半導体膜を多結晶化する工程と、を備えることとした。 Furthermore, the method for forming a semiconductor thin film according to the present invention includes a step of forming a semiconductor film on a roll film wound around a roll, a roll film is moved by rotating the roll, and the semiconductor film is irradiated with a pulse laser. And a step of polycrystallizing the semiconductor film.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本実施例の薄膜製造装置を図1、図2、図3の模式図を用いて説明する。まず、図1は本実施例の模式図を示している。真空チャンバー5内は真空ポンプによる排気14によって高真空に保たれ、真空度は真空計12によって計測される。また、原料ガス9はマスフローコントローラを介して精密に流量コントロールされた原料ガス9がシャワーヘッド10から真空チャンバー5内に供給され、また真空チャンバー5内のガス圧力を真空計12でモニターしながら、排気速度を制御してチャンバー5内の圧力を一定に保つ自動圧力制御機構13が排気系に設けられている。また、原料ガス9を熱分解するための触媒体8がシャワーヘッド10の噴出し部近傍に設けられ、触媒体8には電源部11から触媒体8を加熱するための電力供給が設置されている。さらにロールフィルム送り方向と直角方向に長辺を有するパルスレーザー照射機構6を有する光学系が設けられ、ロールフィルム1を搬送するための補助ロール2と主ロール4からなるロールフィルム送り機構16とロールフィルム巻取り機構3が設けられている。また、補助ロール2とロールフィルム巻取り機構3に半導体膜が堆積しないように仕切り板15が設置されている。また、ロールフィルム送り機構16にはロールフィルム1を室温から300℃の温度まで任意の温度に制御できる静電チャック等の機構が設けられている。ここで、図3に本実施例で用いた触媒体8の形状の模式図を示す。本実施例では触媒体8として直径0.5mmの高純度タングステン(例えば純度99.999%)をロールフィルムの堆積領域22に概ね平行かつ均一に加工したタングステンワイヤー21を用いた。尚、タングステンワイヤー21の形状を保つためのテンション機構は記載を省略した。また、本実施例では単位面積(1cm2 )当り0.09cm2 の表面積になるように(以下0.09cm2 /cm2 と記載する)タングステンワイヤー21を所望の形状に加工している。ここでタングステンワイヤーの形状は図3に示したようなコの字状の繰り返しに限られるわけではなく、かつまた一筆書きの必要もない。すなわち、基板上へ堆積した膜の膜厚が概ね均一になるようにタングステンワイヤーを加工すれば良い。
The thin film manufacturing apparatus of the present embodiment will be described with reference to the schematic diagrams of FIGS. First, FIG. 1 shows a schematic diagram of this embodiment. The inside of the
次に、図1に示した薄膜製造装置を用いて多結晶シリコン膜を形成する方法について説明する。まず、原料ガス9にSiH4 とH2 を用いてロールフィルム1上に非晶質シリコン膜を500Å堆積する。次に、この非晶質シリコン膜にパルスレーザー6を照射して多結晶シリコン膜を得た。本実施例では、幅300cm長さ50mのポリエーテルスルフォンフィルムに酸化窒化珪素膜を防湿層としてコーティングを施したロールフィルムを用いた。ここで、非晶質シリコン膜の堆積条件は以下のとおりである。真空チャンバー5の到達真空度は1.0×10−6torr未満、触媒体8の単位面積当りの表面積は約0.09cm2 /cm2 、触媒体8の表面温度は1800℃、主ロール4の温度は200℃、原料ガス9にはSiH4 :50sccm、及びH2 :10sccm、チャンバー内の圧力は1Pa、触媒体8と主ロール4の表面との距離は40mm、ロールフィルムの送り速度は5cm/secとした。このとき、チャンバー内の圧力は自動圧力制御機構13により1Paに保持されている。このようにして、500Åの非晶質シリコン膜を形成できた。さらに、パルスレーザースキャン6を用いて非晶質シリコン膜を結晶化させて多結晶シリコン膜を得た。ここでパルスレーザースキャン6には、長さ350cm×幅200μmでエネルギー密度が280mJ/cm2 のエキシマレーザーを用い、95%のオーバーラップ率でパルス状にスキャンして照射した。ここで、多結晶シリコン膜の評価方法にはラマン分光法を用いた。ラマン分光法による結晶性の評価は一般的であり、ラマンシフトの半値幅計測することにより結晶性を評価できる。本実施例により形成された多結晶シリコン膜を評価したところ、半値幅は4.7cm−1であり、結晶性の高い膜が得られたことがわかった。また、本実施例で形成した多結晶シリコン膜をvan−der−pauw法によりホール係数と電気伝導度を測定し、ホール移動度を計算したところ約30cm2 /Vsの値が得られ、電気特性的にも結晶性の良好な多結晶シリコン膜であることがわかった。
Next, a method for forming a polycrystalline silicon film using the thin film manufacturing apparatus shown in FIG. 1 will be described. First, 500 nm of an amorphous silicon film is deposited on the
本実施例の薄膜製造装置を模式的に図2に示す。尚、実施例1で説明した内容と重複する説明は省略する。図2で示すように、触媒体8とロールフィルム1との距離が概ね一定間隔となる部分に開口を持つ遮蔽板7を設けた。このような開口を持つ遮蔽板7により、触媒体8とロールフィルム1との距離が概ね一定間隔の部分でのみ半導体膜が堆積されるようなるため、ロール4の曲率の影響を受けることがない。本実施例の装置を用いて実施例1とほぼ同条件(ロールフィルムの送り速度のみ4.5cm/sec)で非晶質シリコン膜を堆積し、SIMSにより深さ方向の原子成分を分析したところロールフィルム1から非晶質シリコン膜の表面まで均一な原子成分の膜が得られていることが確認できた。
The thin film manufacturing apparatus of this example is schematically shown in FIG. In addition, the description which overlaps with the content demonstrated in Example 1 is abbreviate | omitted. As shown in FIG. 2, a
また、上述の非晶質シリコン膜にパルスレーザースキャン6を用いて非晶質シリコン膜を結晶化させて多結晶シリコン膜を得た。ここで、パルスレーザースキャン6には、長さ350cm×幅200μmでエネルギー密度が310mJ/cm2 のエキシマレーザーを用い、95%のオーバーラップ率により、パルス状にスキャンして照射した。本実施例で得られた多結晶シリコン膜を評価したところ、半値幅は4.3cm−1であり、結晶性の高い膜で有ることがわかった。非晶質シリコン膜が深さ方向に均一な原子成分で構成されているため実施例1より高いエネルギー密度でパルスレーザースキャンが行えたため、より結晶性が向上した多結晶シリコン膜が得られたと考えられる。この多結晶シリコン膜のホール移動度を測定したところ45cm2 /Vsであり良好な電気特性が得られた。
Further, the amorphous silicon film was crystallized from the above amorphous silicon film using the
本実施例の薄膜製造装置を図4に模式的に示す。尚、上述の実施例で説明した内容と重複する詳細説明は省略する。図示するように、本実施例の薄膜製造装置は、触媒体8がロールフィルム1との距離が概ね一定間隔となるように設置されている。また、原料ガス9を供給するためのシャワーヘッド10もシャワーヘッド10と触媒体8の距離が概ね一定となるように設けられている。本実施例の装置を用いて実施例1とほぼ同条件(ロールフィルムの送り速度のみ9cm/sec)で非晶質シリコン膜を堆積した。この非晶質シリコン膜をSIMSにより深さ方向の原子成分を分析したところロールフィルム1から非晶質シリコン膜の表面まで均一な原子成分の膜が得られていることが確認できた。
FIG. 4 schematically shows the thin film manufacturing apparatus of this example. Note that a detailed description overlapping the contents described in the above-described embodiments is omitted. As shown in the figure, the thin film manufacturing apparatus of this example is installed so that the distance between the
また、上述の非晶質シリコン膜にパルスレーザースキャン6を用いて非晶質シリコン膜を結晶化させて多結晶シリコン膜を得た。ここで、パルスレーザースキャン6には、長さ350cm×幅200μmでエネルギー密度が310mJ/cm2 のエキシマレーザーを用い、95%のオーバーラップ率により、パルス状にスキャンして照射した。このように形成された多結晶シリコン膜を評価したところ、半値幅は4.2cm−1であり、結晶性の高い膜で有ることがわかった。また、多結晶シリコン膜のホール移動度を測定したところ50cm2 /Vsであり良好な電気特性が得られた。
Further, the amorphous silicon film was crystallized from the above amorphous silicon film using the
本発明により、フレキシブル液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ等に用いる薄膜トランジスタ用の結晶性の高い半導体膜が高スループットで製造できる。 According to the present invention, a highly crystalline semiconductor film for a thin film transistor used for a flexible liquid crystal display, an organic EL display, or the like can be manufactured with high throughput.
1 ロールフィルム
2 補助ロール
3 ロールフィルム膜取り機構
4 主ロール
5 真空チャンバー
6 パルスレーザースキャン
7 遮蔽板
8 触媒体
9 原料ガス
10 シャワーヘッド
11 電源供給部
12 真空計
13 自動圧力制御機構
14 真空排気
15 仕切り板
16 ロールフィルム送り機構
21 触媒体
22 堆積領域
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JP2005031304A JP2006219689A (en) | 2005-02-08 | 2005-02-08 | Thin-film production apparatus and method for forming semiconductor thin film |
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Cited By (2)
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US8334017B2 (en) | 2009-09-18 | 2012-12-18 | Applied Materials, Inc. | Apparatus and methods for forming energy storage and photovoltaic devices in a linear system |
TWI567796B (en) * | 2013-08-08 | 2017-01-21 | 斯克林集團公司 | Apparatus for and method of irradiating light |
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2005
- 2005-02-08 JP JP2005031304A patent/JP2006219689A/en active Pending
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