多晶硅膜的制造方法及评价装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种多晶硅膜的制造方法，包括步骤：通过光照设置在衬底上的硅膜形成多晶硅膜，和选择衬底样品，所述衬底样品具有５００ｎｍ或更大的面内平均粒径。根据本发明专利技术，能够稳定制造高性能的多晶硅ＴＦＴ液晶显示器。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于液晶和半导体器件的多晶硅(有时简称多硅，poly-Si)膜的制造方法以及检验多晶硅膜的方法。
技术介绍
作为用作液晶显示器中的驱动元件的薄膜晶体管(TFT)的有源层，多晶硅膜优于非晶硅(a-Si)膜的原因如下在多晶硅膜的情况下，由于载流子(n沟道中的电子或p沟道中的空穴)迁移率高，可以减小晶胞尺寸，以便可以加强液晶显示器的精度和细度。另外，形成传统的多晶硅TFT需要在1000℃或更高温度下的高温处理。另一方面，当采用低温多晶硅形成技术，其中只用激光对硅层退火不会使衬底的温度高时，可以采用便宜的玻璃衬底，在低温处理中形成具有高迁移率的TFT。在此激光退火中，如图13所示，在用可吸收的光照射的同时，扫描形成在玻璃衬底上的a-Si膜，以使整个a-Si膜形成为多晶体，从而得到多晶硅膜。如图14所示，多晶硅粒径随着激光照射能量表面密度(注量)变化，使得激光的稳定性反应在多晶硅的粒径分布上。多晶硅膜的载流子迁移率随着粒径的增加而增加。为了得到高TFT特性和共面均匀性。需要使粒径分布均匀，并且保持大的粒径。为了得到大的粒径，在图14所示的D区中要采用充分的注量。然而，如果由于激光的不稳定，注量向上移动等，注量进入图14所示的E区，即多晶硅膜包含粒径为200nm或更小的微晶粒的区。在这种情况下，载流子迁移率降低，生成缺陷器件。粒径不仅随着激光注量变化，而且随着激光退火之前Si膜的厚度的非均匀性变化。因此，为了形成多晶硅膜使其粒径总是位于确定的范围内，必须使激光的不稳定性和衬底的厚度变化轻微。为此，需要控制粒径。据此，通过检查多晶硅粒径并将此检查结果反馈到激光退火条件控制多晶硅粒径以保持其恒定变得很重要。作为控制的方法，测量多晶硅的粒径本身是最可靠的。已经利用电子显微镜或扫描隧道显微镜，通过将用于检查的样品引入初始或中间产品批或通过随机抽样并直接观察在制造工艺中形成的多晶硅膜的粒径来测量粒径。另一个先有技术是下述方法。日本专利KOkaiNo.10-214869公开了一种方法，其中基于其透射率计算多晶硅膜。根据此方法，尽管基于通过利用a-Si和多晶硅之间的吸收系数比得到的Si和多晶硅之间的比，可以监视由于不充分的激光束注量而导致的不充分结晶，但不能估算粒径。日本专利KOkaiNo.11-274078公开了一种方法，其中基于其表面光泽(反射率)计算多晶硅膜。在此方法中，利用随着多晶硅粒径的变化而导致的光泽的变化，并且认为光泽在最佳多晶硅粒径处最小。此最佳多晶硅粒径对应于反射率变得最小的粒径，即，表面粗糙度变得最大。
技术实现思路
如果膜的表面粗糙度高，器件的栅绝缘膜的抗压性变得不足。这样，将通过利用使表面粗糙度变得最大的条件检测的粒径用于一种方法，在此方法中，检测由于显著的表面粗糙度而使抗压性不充分的危险最大的区域。如果采用此区域，需要减小表面粗糙度的工序，导致了复杂的制造工艺。这样，依赖于上述先有技术的衬底检查方法的器件制造工艺需要减小表面粗糙度的特殊的工艺，它的使用限制到图14所示的B区中的粒径(大约300nm)。然而，为了制造耗电省且具有更高精度和细度的液晶，必须形成具有更高载流子迁移率的多晶硅膜。为了形成这种多晶硅膜，采用图14所示的D区(即其中粒径变得最大的区)就足够了。为此，需要不依赖于表面粗糙度来估算粒径。作为确定D区的方法，上述先有技术不适合，并且为了得到测量结果，利用电子显微镜观察的检查不适合于确定批量生产线的场合，因为需要人力和长时间。据此，难以制造稳定的、具有低表面粗糙度和大于300nm的粒径的多晶硅衬底。鉴于上述问题，作出了本专利技术，使其能够通过简单的方法，确定表面粗糙度低并且多晶硅的粒径最大的区。这样，本专利技术的目的是提供一种制造多晶硅膜的方法，此多晶硅膜具有低的表面粗糙度和高的载流子迁移率，不存在产品不均匀性或具有高的生产率。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种制造多晶硅膜的方法，包括步骤通过光照射，给设在衬底上的硅膜退火形成多晶硅膜，测量多晶硅膜的光衍射图形，和基于光衍射图形选择多晶硅膜。上述硅膜由a-Si膜构成，并且通过激光束照射退火转化为多晶硅膜。通过测量散射光强度的角度分布估算多晶硅膜的粒径，通过辨别其粒径是否在平均粒径的上限和下限范围内来判定多晶硅膜的质量，所述范围是通过场效应迁移率和粒径之间的关系而确定的。如图1所示，用于上述多晶硅尺寸测量并具有依赖于散射光强度的角度的光源2是具有540nm和更低的输出波长的激光，光源2垂直于其上形成有上述多晶硅膜的衬底1发射激光束。为了从照射区测量散射光强度的角度分布，多个光监测器单元7以大约5-45的范围位于各个角度。如图7所示，多晶硅粒径和光衍射图形中的散射光强度的角度分布的宽度之间的关系可以通常的傅里叶变换的形式来说明，来自粒子的散射光强度的角度分布的宽度随着粒径的增加而降低。图7显示了不与另一个发生干涉的单个粒子和密集聚集互相干涉的粒子两种情况。在后一种情况中，分布使得散射光强度在接近于零的散射角度衰减。在任一种情况下，当比较具有更大角度分布宽度的分布A和具有更小的角度分布宽度的分布B的粒径时，可以判定分布B的粒径比分布A的粒径大。根据此原理，在不破坏的情况下测量粒径。在上述制造多晶硅膜的方法中，在多晶硅的制造流程中，测量多晶硅的光衍射图形中的散射光强度的角度分布的宽度，所述多晶硅是通过用准分子激光束照射a-Si形成的薄膜。由上述测量结果，估算多晶硅的粒径。基于估算结果，设定退火激光束的注量。当退火激光束的注量太低时，粒径不会变得足够大。因此，固定注量的下限。另一方面，在由于太高的注量形成了如图17所示的微晶时，降低平均粒径，并且在图18所示的光衍射图形中出现线性图形。通过检测线性图形检测微晶条纹线。固定退火激光束的注量的上限，使得不出现微晶条纹线。将激光注量的下限和上限固定在下述平均粒径的控制范围内。利用图15所示的平均粒径和场效应迁移率之间的关系，从希望的场效应迁移率和场效应迁移率的共面分布的变化范围来确定平均粒径的控制范围(平均粒径的上限和下限)。在制造之前为了确定激光退火条件，在逐步改变衬底中的激光注量的条件下进行退火，此后，由得到的多晶硅膜的光衍射图形中的角度分布的宽度估算平均粒径，确定激光退火条件，使得平均粒径在控制的范围内。在实际工艺中，按如下方式减少产品的非均匀性，提高生产率估算激光退火后的多晶硅膜的粒径的共面分布，根据上述标准，判定由激光退火得到的衬底样品的质量，只有当样品被判定为合格时才将样品送到后续步骤。在这种情况下，不需要总是进行全部检验，可以根据一个并且相同批中每个衬底样品的平均粒径的变化范围选择抽样检验或全部检验。即，当在一个且相同批中每个衬底样品的平均粒径的变化范围在±20％范围内时，在一个且相同批中检验至少一个衬底样品足够了。在传统的抽样检验中，检验三个样品，即每批中的第一个样品、中间样品和最后一个样品。对于所有三个样品来说，当平均粒径的共面变化范围在±20％范围内时，认为整批是合格批。然而，如果三个衬底样品中甚至仅一个的平均粒径的变化范围在±20％的范围之外，将此批的抽样检验转为全部检验。这样，通过全部检验或抽样检验筛选衬底样品。根据图15所示的数据，通过控制粒径使得平均粒径为500n本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多晶硅膜的制造方法，包括步骤： 通过光照设置在衬底上的硅膜形成多晶硅膜，和 选择衬底样品，所述衬底样品具有５００ｎｍ或更大的面内平均粒径。

【技术特征摘要】
JP 2001-10-2 305927/20011.一种多晶硅膜的制造方法，包括步骤通过光照设置在衬底上的硅膜形成多晶硅膜，和选择衬底样品，所述衬底样品具有500nm或更大的面内平均粒径。2.根据权利要求1的多晶硅膜的制造方法，其特征在于，所述硅膜是非晶硅膜，所述光照是用激光束照射。3.根据权利要求1的多晶硅膜的制造方法，其特征在于，通过测量多晶硅膜的光衍射图形而测得的多晶硅粒径进行选择衬底样品的步骤，所述衬底样品具有500nm或更大的所述多晶硅膜的平均粒径。4.根据权利要求1的多晶硅膜的制造方法，其特征在于，用一个且相同的设备进行形成所述多晶硅膜的步骤和测量所述多晶硅膜的粒径的步骤。5.根据权利要求1的多晶硅膜的制造方法，其特征在于，所述多晶硅膜的平均粒径的共面变化范围为±20％。6.根据权利要求1的多晶硅膜的制造方法，其特征在于，使选择的衬底样品的多晶硅膜的晶体熔融，表示膜的粗糙程度的最大高度差(PV)为60nm或更小，膜的均方根粗糙度(RMS)为8nm或更小。7.一种多晶硅膜的制造方法，包括步骤通过光照形成在衬底上的硅膜形成多晶硅膜；测量所述多晶硅膜的粒径；和基于所述粒径调整所述光照的能量。8.根据权利要求7的多晶硅膜的制造方法，其特征在于，调整所述光照的能量在这样范围内，即使得所述多晶硅膜具有在熔融晶粒区中的粒径并且不包含微晶。9.根据权利要求7的多晶硅膜的制造方法，其特征在于，还包括步骤在变化的光照能量下，对不满足选择条件且在所述多晶硅膜的选择步骤中判定为不合格的衬底样品进行再光照。10...

【专利技术属性】
技术研发人员：武田一男，斋藤雅和，高嵜幸男，阿部广伸，大仓理，木村嘉伸，芝健夫，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]