JPH0760807B2 - Method for manufacturing semiconductor thin film - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は半導体薄膜の製造方法、詳しくは大面積のガ
ラス基板上にポリシリコンの結晶薄膜を形成する方法に
関する。The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor thin film, and more particularly to a method for forming a crystalline thin film of polysilicon on a glass substrate having a large area.
［従来技術とその課題］ 液晶ディスプレイ等の表示素子の駆動方法として種々の
ものがあるが、なかでもマトリクス方式は高画質化、大
表示容量化が可能なことから近年、注目を集めている。[Prior Art and its Problems] There are various methods for driving a display element such as a liquid crystal display. Among them, the matrix method has been attracting attention in recent years because it can achieve high image quality and large display capacity.
この方式は、透明なガラス基板上に半導体薄膜を形成
し、この半導体薄膜中にマトリクス状に薄膜ダイオード
や薄膜トランジスタ等のスイッチング素子を配列してな
る基板を作成し、スイッチング素子によって各画素とな
る液晶セルを直接駆動するものである。In this method, a semiconductor thin film is formed on a transparent glass substrate, and a substrate is formed in which switching elements such as thin film diodes and thin film transistors are arranged in a matrix in the semiconductor thin film. It directly drives the cell.
第９図は、スイッチング素子として薄膜トランジスタ10
を用いたマトリクス駆動型液晶ディスプレイの等価回路
を示したものである。第９図中、符号11…は走査線、符
号12…は信号線、符号13…は液晶セルである。そして各
走査線11と信号線12とによって区画された部分に、スイ
ッチング素子としての薄膜トランジスタ10と、それに接
続された液晶セル13とを、それぞれ配設して液晶ディス
プレイの一画素が構成されている。FIG. 9 shows a thin film transistor 10 as a switching element.
2 shows an equivalent circuit of a matrix drive type liquid crystal display using. In FIG. 9, reference numerals 11 ... Represent scanning lines, 12 ... Signal lines, and 13 ... Liquid crystal cells. A thin film transistor 10 serving as a switching element and a liquid crystal cell 13 connected to the thin film transistor 10 are arranged in a portion partitioned by each scanning line 11 and signal line 12 to form one pixel of a liquid crystal display. .
このような液晶ディスプレイの等価回路は、透明なガラ
ス基板上に形成された半導体薄膜中に形成される。この
半導体薄膜の材料としては、プラズマCVD法による水素
化アモルファスシリコン薄膜が主に用いられる。これは
プラズマCVD法によれば、対角の大きさが数インチ程度
で、走査線11および信号線12が各々数百本、全画素数が
数十万個程度の液晶ディスプレイの基板となる大面積の
アモルファスシリコン薄膜をガラスの軟化点以下の低温
で形成が可能であるためである。The equivalent circuit of such a liquid crystal display is formed in a semiconductor thin film formed on a transparent glass substrate. As a material for the semiconductor thin film, a hydrogenated amorphous silicon thin film formed by a plasma CVD method is mainly used. According to the plasma CVD method, this is a substrate of a liquid crystal display having a diagonal size of about several inches, several hundred scanning lines 11 and several signal lines 12 and several hundreds of thousands of pixels. This is because an amorphous silicon thin film having a large area can be formed at a low temperature below the softening point of glass.
ところで近年、大画面のディスプレイへの要求が高まり
つつあるが、走査線11と信号線12とが各々千本以上で全
画素数が数百万個以上にも達する大画面の液晶ディスプ
レイを製造するには、キャリア移動度が大きな半導体薄
膜中に、スイッチング速度の高い薄膜トランジスタ10を
製造する必要がある。By the way, in recent years, the demand for a large-screen display is increasing, but in order to manufacture a large-screen liquid crystal display in which the scanning lines 11 and the signal lines 12 are each 1000 or more and the total number of pixels is several million or more. It is necessary to manufacture a thin film transistor 10 having a high switching speed in a semiconductor thin film having a high carrier mobility.
ところが上記水素化アモルファスシリコン薄膜は、キャ
リア移動度が高々１cm2/vsと小さいので、スイッチング
速度の向上に限界がある。よってキャリア移動度がより
大きなポリシリコン薄膜を用いることが提案されてい
る。However, since the carrier mobility of the hydrogenated amorphous silicon thin film is as small as 1 cm 2 / vs at most, there is a limit in improving the switching speed. Therefore, it has been proposed to use a polysilicon thin film having a higher carrier mobility.
このポリシリコン薄膜は、LPCVD法（Low Pressure Chem
ical Vapor Deposition）やレーザアニール法によって
形成できる。This polysilicon thin film is manufactured by LPCVD (Low Pressure Chem
It can be formed by ical vapor deposition or laser annealing.
LPCVD法は、シランガスを原料として加熱されたガラス
基板上に直接ポリシリコン薄膜を形成する方法である。
ところが薄膜形成温度をガラスの軟化点以上にすること
ができないので、このLPCVD法ではポリシリコン薄膜の
結晶粒を十分に成長させることができない。半導体薄膜
のキャリア移動度は、結晶粒径の大きさとその結晶性に
依存しているので、LPCVD法によるポリシリコン薄膜の
キャリア移動度もアモルファス薄膜の10倍程度が限界で
あった。The LPCVD method is a method in which a polysilicon thin film is directly formed on a glass substrate heated using silane gas as a raw material.
However, since the thin film formation temperature cannot be set higher than the softening point of glass, the LPCVD method cannot sufficiently grow the crystal grains of the polysilicon thin film. Since the carrier mobility of the semiconductor thin film depends on the crystal grain size and its crystallinity, the carrier mobility of the polysilicon thin film by the LPCVD method is limited to about 10 times that of the amorphous thin film.
一方、レーザアニール法は、ガラス基板上に予め形成さ
れた半導体薄膜にレーザ光を照射して溶融再結晶化させ
る方法であるため、結晶性の良い結晶粒を十分に成長さ
せることができる。このためキャリア移動度を100cm2/v
s以上にすることができ、画素数が数百万個に達する液
晶ディスプレイの駆動に十分なスイッチング速度の素子
を形成できる。しかしながらこのレーザアニール法は、
各画素に対応してレーザ光を照射するので、たとえ一画
素あたりの処理時間が１秒だとしても数百万個の画素を
有する基板を処理するには膨大な時間を要するので、量
産に適さないという問題があった。On the other hand, the laser annealing method is a method of irradiating a semiconductor thin film previously formed on a glass substrate with a laser beam to melt and recrystallize it, and therefore, crystal grains with good crystallinity can be sufficiently grown. Therefore, carrier mobility is 100 cm 2 / v
s or more, and it is possible to form an element having a switching speed sufficient for driving a liquid crystal display having a number of pixels of several million. However, this laser annealing method
Since laser light is emitted corresponding to each pixel, it takes a huge amount of time to process a substrate having millions of pixels even if the processing time per pixel is 1 second. Therefore, it is suitable for mass production. There was a problem of not having.
この発明は上記課題を解決するためになされたものであ
って、大面積のガラス基板上に結晶粒径が大きく、かつ
結晶性の良好なポリシリコン薄膜をマトリクス状に高ス
ループットで形成する方法を提供することを目的として
いる。The present invention has been made to solve the above problems, and provides a method for forming a polysilicon thin film having a large crystal grain size and good crystallinity on a large-area glass substrate in a matrix with high throughput. It is intended to be provided.
［課題を解決するための手段］ この発明の請求項１記載の半導体薄膜の製造方法は、ガ
ラス基板上にシリコン薄膜層を形成し、粒径が１μｍ以
下のスズ微粒子を上記シリコン薄膜層上に塗布した後、
このガラス基板を232℃以上に加熱した後、徐冷するこ
とを解決手段とし、さらにこの発明の請求項２記載の製
造方法は、粒径が１μｍ以下のスズ微粒子をシリコン薄
膜層上にマトリクス状に塗布することを解決手段とし
た。[Means for Solving the Problems] In the method for producing a semiconductor thin film according to claim 1 of the present invention, a silicon thin film layer is formed on a glass substrate, and tin fine particles having a particle size of 1 μm or less are formed on the silicon thin film layer. After applying
The solution is to heat the glass substrate to 232 ° C. or more and then slowly cool it. Further, in the manufacturing method according to claim 2 of the present invention, tin fine particles having a particle diameter of 1 μm or less are formed in a matrix on the silicon thin film layer. It was applied as a solution.
［作用］ スズ微粒子をシリコン薄膜上に塗布した後、加熱する
と、スズ微粒子が塗布された部分においてシリコン−ス
ズの二元合金の融液層が形成される。ついでこれを徐冷
すると、ガラス基板よりも熱伝導率の大きな融液層側か
ら冷却されるので、融液層の表面からガラス基板側へ向
ってシリコンの結晶を成長させることができる。[Operation] When tin fine particles are applied onto a silicon thin film and then heated, a melt layer of a binary alloy of silicon-tin is formed in a portion where the tin fine particles are applied. Then, when this is gradually cooled, it is cooled from the melt layer side having a larger thermal conductivity than that of the glass substrate, so that silicon crystals can be grown from the surface of the melt layer toward the glass substrate side.
以下、この発明を詳細に説明する。The present invention will be described in detail below.
この発明の半導体薄膜の製造方法は、ガラス基板上に
シリコン薄膜を形成する基板形成工程と、上記シリコ
ン薄膜上に、スズ微粒子を有機溶媒に分散させてなるペ
ーストを塗布する塗布工程と、ペーストが塗布された
基板を加熱する加熱工程と、加熱された基板を徐冷す
る冷却工程とからなるものである。The method for manufacturing a semiconductor thin film of the present invention comprises a substrate forming step of forming a silicon thin film on a glass substrate, an applying step of applying a paste of tin fine particles dispersed in an organic solvent on the silicon thin film, and a paste It comprises a heating step of heating the coated substrate and a cooling step of gradually cooling the heated substrate.
以下、工程順に説明する。The steps will be described below in order.
第１図ないし第５図は、この発明の製造方法を工程順に
示したものである。1 to 5 show the manufacturing method of the present invention in the order of steps.
基板形成工程 まず第１図に示したように、表面が平滑なガラス基板１
を用意する。このガラス基板１を洗剤および酸の水溶液
で順次洗浄して、表面を洗浄にする。Substrate forming process First, as shown in FIG. 1, a glass substrate 1 having a smooth surface
To prepare. The glass substrate 1 is sequentially washed with a detergent and an acid aqueous solution to wash the surface.
ついでこのガラス基板１上に、第２図に示したように、
シリコン薄膜層２を１〜２μｍの膜厚にて形成する。こ
のシリコン薄膜層２は、アモルファスシリコン薄膜とポ
リシリコン薄膜のいずれであっても良い。このようなシ
リコン薄膜層２はプラズマCVD法やLPCVD法等の公知手段
によって形成することができる。Then, on this glass substrate 1, as shown in FIG.
The silicon thin film layer 2 is formed with a film thickness of 1 to 2 μm. The silicon thin film layer 2 may be either an amorphous silicon thin film or a polysilicon thin film. Such a silicon thin film layer 2 can be formed by a known means such as a plasma CVD method or an LPCVD method.
塗布工程 次に第３図に示したように、シリコン薄膜層２上にスズ
塗布層３をマトリクス状に形成する。Coating Step Next, as shown in FIG. 3, a tin coating layer 3 is formed in a matrix on the silicon thin film layer 2.
このようなスズ塗布層３を形成するには、粒径１μｍ以
下のスズ微粒子をポリビニルアルコール等の有機溶媒中
に分散させてなるペーストを、凸版印刷法、凹版印刷
法、スクリーン印刷法等の各種印刷法等によって塗布す
る方法を好適に用いることができる。印刷法と塗布条件
とは、ペーストの厚さの制御性、各マトリクスに対応す
るパターン形成能力、大面積基板上への塗布領域の位置
制御性等によって適宜選択することができる。またスズ
塗布層３のパターンおよびそのピッチは、スズ塗布層３
が溶融した際に周囲に広がることを考慮して、隣接した
スズ塗布層３、３が互いに接触しないように設定する必
要がある。In order to form such a tin coating layer 3, a paste obtained by dispersing fine tin particles having a particle size of 1 μm or less in an organic solvent such as polyvinyl alcohol is used in various types such as letterpress printing, intaglio printing, screen printing and the like. A method of applying by a printing method or the like can be preferably used. The printing method and the application conditions can be appropriately selected depending on the controllability of the paste thickness, the pattern forming ability corresponding to each matrix, the controllability of the position of the application region on the large-sized substrate, and the like. The pattern and the pitch of the tin coating layer 3 are the same as the tin coating layer 3
It is necessary to set so that the adjacent tin coating layers 3 and 3 do not come into contact with each other in consideration of the fact that when tin melts, it spreads to the surroundings.
なお第３図に示した例にあっては、スズ塗布層３を、シ
リコ薄膜層２上にマトリクス状に塗布したが、この発明
の製造方法はこの例に限られるものではなく、シリコン
薄膜層２の全面にスズ塗布層３を形成しても良い。In the example shown in FIG. 3, the tin coating layer 3 was coated on the silicon thin film layer 2 in a matrix, but the manufacturing method of the present invention is not limited to this example, and the silicon thin film layer is not limited thereto. The tin coating layer 3 may be formed on the entire surface of 2.
加熱工程 次にスズ塗布層３が形成されたガラス基板１に加熱処理
を施す。この加熱工程は、シリコン薄膜層２とスズ塗布
層３とを加熱して、シリコン−スズ二元合金の融液層４
を形成するためのものである。この工程は後述する冷
却工程と連続してたとえば窒素等の不活性雰囲気に保た
れた電気炉中にて行うことができる。Heating Step Next, the glass substrate 1 having the tin coating layer 3 formed thereon is heated. In this heating step, the silicon thin film layer 2 and the tin coating layer 3 are heated to form a melt layer 4 of a silicon-tin binary alloy.
Is for forming. This step can be performed continuously with the cooling step described later in an electric furnace kept in an inert atmosphere such as nitrogen.
電気炉を用いた場合の加熱−冷却の温度条件の一例を第
６図に示した。昇温はガラス基板１に熱歪が発生しない
ように＋10℃／分程度の緩やかなものであって、シリコ
ンとスズとの二元合金が融解する温度Ｔ以上に加熱す
る。この温度Ｔは第７図より求めることができる。An example of heating-cooling temperature conditions when using an electric furnace is shown in FIG. The temperature rise is gentle at about + 10 ° C./min so that the glass substrate 1 is not thermally strained, and is heated to a temperature T or higher at which the binary alloy of silicon and tin melts. This temperature T can be obtained from FIG.
第７図は、シリコン（Si）とスズ（Sn）との二元合金の
状態図である。第７図より明らかなように、スズリッチ
の二元合金融液においては、232℃でシリコンの固相す
なわち結晶が析出するので、この加熱工程における昇温
下限は232℃以上、上限はガラスの軟化点未満とする。FIG. 7 is a phase diagram of a binary alloy of silicon (Si) and tin (Sn). As is clear from Fig. 7, in the tin-rich binary financial liquid, the solid phase of silicon, that is, the crystals precipitate at 232 ° C, so the lower limit of temperature rise in this heating step is 232 ° C or higher, and the upper limit is softening of the glass. It is less than the point.
そしてこの温度Ｔ以上の温度でガラス基板１を数分間保
持すると、シリコン薄膜２とその上に形成されたスズ塗
布層３とが溶融して、第４図に示したようにマトリクス
状の融液層４が形成される。When the glass substrate 1 is kept at the temperature T or higher for several minutes, the silicon thin film 2 and the tin coating layer 3 formed thereon are melted, and the melt in the matrix form as shown in FIG. Layer 4 is formed.
なお融液層４は、スズ塗布層３が形成された真下の部分
のシリコン薄膜２のみならずスズ塗布層３の周辺のシリ
コン薄膜２を共に溶融して形成されるものであるので、
その面積はスズ塗布層３のそれよりも大きくなる。The melt layer 4 is formed by melting not only the silicon thin film 2 directly below the tin coating layer 3 but also the silicon thin film 2 around the tin coating layer 3.
The area is larger than that of the tin coating layer 3.
冷却工程 ついで融液層４が形成されたガラス基板１を徐冷する。
降温もまた、昇温時と同様に−10℃／分程度の緩やかな
ものとする。シリコン−スズ合金の熱伝導率はガラスの
それよりも大きいので、融液層４の表面からガラス基板
１に向って温度分布が生じ、まず最初に融液層４の表面
からシリコンの結晶が析出する。そして冷却されるとと
もに、このシリコンの結晶がガラス基板１側へ向って成
長するので、第５図に示したように、シリコン薄膜２中
にマトリクス状にポリシリコン薄膜層５が形成される。Cooling Step Next, the glass substrate 1 on which the melt layer 4 is formed is gradually cooled.
The temperature is also lowered slowly at about −10 ° C./minute as in the case of raising the temperature. Since the thermal conductivity of the silicon-tin alloy is higher than that of glass, a temperature distribution is generated from the surface of the melt layer 4 toward the glass substrate 1, and silicon crystals are first deposited from the surface of the melt layer 4. To do. Then, as it is cooled, this silicon crystal grows toward the glass substrate 1 side, so that the polysilicon thin film layer 5 is formed in a matrix in the silicon thin film 2 as shown in FIG.
このようにして形成されたポリシリコン薄膜層５は、融
液層４の表面に析出した結晶を核として成長させたもの
であるので、結晶粒径が10μｍ程度と大きく、かつ結晶
性の良いものとなる。よって各マトリクスにおける結晶
粒界の数が数本程度となり、レーザアニール法によって
形成されたポリシリコン薄膜と同程度もしくはそれ以上
のキャリア移動度を有するポリシリコン薄膜とすること
ができる。Since the polysilicon thin film layer 5 thus formed is grown by using the crystals deposited on the surface of the melt layer 4 as nuclei, it has a large crystal grain size of about 10 μm and good crystallinity. Becomes Therefore, the number of crystal grain boundaries in each matrix is about several, and a polysilicon thin film having carrier mobility equal to or higher than that of the polysilicon thin film formed by the laser annealing method can be obtained.
この発明の製造方法では、シリコン−スズ合金の融液層
４からシリコンの結晶を析出させてポリシリコン薄膜層
５とするが、このシリコンの結晶粒は融液層４の表面側
から成長するので、ポリシリコン薄膜層５の表面におけ
るスズの混入は数ppm以下でシリコン濃度はほぼ100％で
ある。またスズはシリコンと同様にIVb族元素であるの
で、シリコン中に混入しても電気的に不活性であり、ポ
リシリコン薄膜層５のガラス基板１側の部分にスズが混
入していても、その半導体特性に全く影響を及ぼさな
い。In the manufacturing method of the present invention, silicon crystals are deposited from the melt layer 4 of the silicon-tin alloy to form the polysilicon thin film layer 5. Since the crystal grains of this silicon grow from the surface side of the melt layer 4, The mixing of tin on the surface of the polysilicon thin film layer 5 is several ppm or less, and the silicon concentration is almost 100%. Further, tin is a group IVb element like silicon, and thus is electrically inactive even when mixed in silicon, and even if tin is mixed in the portion of the polysilicon thin film layer 5 on the glass substrate 1 side, It has no effect on the semiconductor properties.
そしてポリシリコン薄膜層５とガラス基板１との界面で
は、スズ濃度が急激に増大し、逆にシリコン濃度は数％
以下となる。よって、このポリシリコン薄膜層５を用い
てたとえばコプラナー型薄膜トランジタを構成すれば、
ポリシリコン薄膜層５の表面がキャリアの走行するチャ
ンネル層となるので、理想的な構造の薄膜トランジスタ
とすることができる。At the interface between the polysilicon thin film layer 5 and the glass substrate 1, the tin concentration sharply increases, and conversely, the silicon concentration is several%.
It becomes the following. Therefore, if a coplanar type thin film transistor is constructed using this polysilicon thin film layer 5,
Since the surface of the polysilicon thin film layer 5 serves as a channel layer through which carriers travel, a thin film transistor having an ideal structure can be obtained.
またこの発明の製造方法にあっては、印刷法によってシ
リコン薄膜層２上にスズ塗布層３を一括して形成するも
のであるので、ガラス基板１が大面積のものであって
も、ガラス基板一枚あたりの印刷に要する時間は数分と
短くすることができ、スループットを向上させることが
できる。さらに加熱工程と冷却工程とは、多数枚のガラ
ス基板１を同時に処理することが可能であるので、スル
ープットすなわち量産性をより一層向上させることがで
きる。Further, in the manufacturing method of the present invention, since the tin coating layer 3 is collectively formed on the silicon thin film layer 2 by the printing method, even if the glass substrate 1 has a large area, the glass substrate 1 The time required for printing one sheet can be shortened to several minutes, and the throughput can be improved. Further, in the heating step and the cooling step, since a large number of glass substrates 1 can be processed at the same time, the throughput, that is, the mass productivity can be further improved.
特にこの発明の請求項２記載の製造方法にあっては、ス
ズ塗布層３をマトリクス状の微細領域に形成するもので
あるので、融液層４からのシリコンの結晶の成長に際
し、結晶粒径をマトリクス状の微細領域とほぼ同じ程度
の大きさにまで成長させることが可能となり、スイッチ
ング速度の大幅な向上を図ることができる。In particular, in the manufacturing method according to claim 2 of the present invention, since the tin coating layer 3 is formed in a matrix-shaped fine region, when the crystal of silicon is grown from the melt layer 4, the crystal grain size is increased. Can be grown to a size almost the same as the matrix-shaped fine region, and the switching speed can be greatly improved.
［実施例］ 600mm×1000mmの矩形のガラス基板を用意し、洗剤およ
び酸の水溶液で順次洗浄して、その表面を清浄にした。
このガラス基板の片面上にプラズマCVD法によって第２
図に示したように、アモルファスシリコン薄膜を膜厚１
〜２μｍで形成した。なおこの際に原料としてはシラン
ガスを用い、ガラス基板を250℃に加熱した。ついで上
記アモルファスシリコン薄膜上に、凹版印刷法によっ
て、粒径が１μｍ以下のスズ微粒子をポリビニルアルコ
ール中に分散させてなるペーストを塗布して、スズ塗布
層を２〜３μｍの膜厚で第３図に示したように、マトリ
クス状に形成した。スズ塗布層のパターンは、10μｍ×
10μｍの角形とし、ピッチは水平方向に150μｍ、垂直
方向に450μｍとし、その数は水平方向に6000個、垂直
方向に1000個数、総数６百万個とした。この印刷には３
分間を要した。[Example] A rectangular glass substrate of 600 mm x 1000 mm was prepared, and the surface thereof was cleaned by sequentially washing with a detergent and an aqueous acid solution.
The second surface of the glass substrate is formed by plasma CVD on one side.
As shown in the figure, the amorphous silicon thin film has a thickness of 1
˜2 μm. At this time, silane gas was used as a raw material, and the glass substrate was heated to 250 ° C. Then, a paste obtained by dispersing fine tin particles having a particle size of 1 μm or less in polyvinyl alcohol is applied onto the amorphous silicon thin film by an intaglio printing method to form a tin applied layer having a film thickness of 2 to 3 μm. As shown in FIG. The tin coating layer pattern is 10 μm ×
The shape was 10 μm, the pitch was 150 μm in the horizontal direction and 450 μm in the vertical direction, and the number was 6000 in the horizontal direction, 1000 in the vertical direction, and a total of 6 million. 3 for this print
It took a minute.
次にスズ塗布層が形成されたガラス基板を窒素雰囲気に
保たれた電気炉中で加熱した。30分かけて300℃にまで
昇温し、300℃で数分間保持した後、さらに30分かけて
室温にまで冷却した。この加熱の際に、アモルファスシ
リコンとスズとが溶融し、マトリクス状に形成されたス
ズ塗布層の面積が増大し、そのパターンが20μｍ×20μ
ｍと塗布時の約４倍に増大した。なおこの加熱処理は、
多数枚のバッチ処理が可能であるので、50枚のガラス基
板を一緒に処理してスループットの向上を図った。Next, the glass substrate on which the tin coating layer was formed was heated in an electric furnace kept in a nitrogen atmosphere. The temperature was raised to 300 ° C. over 30 minutes, the temperature was kept at 300 ° C. for several minutes, and then the temperature was further cooled down to room temperature over 30 minutes. During this heating, amorphous silicon and tin are melted, the area of the tin coating layer formed in a matrix is increased, and the pattern is 20 μm × 20 μ.
m and about 4 times as much as when applied. This heat treatment is
Since it is possible to process many batches, 50 glass substrates were processed together to improve the throughput.
このようにして形成されたポリシリコン薄膜の結晶構造
を調べるために、ポリシリコン薄膜層の表面を希沸酸系
水溶液でエッチングした後、微分干渉顕微鏡で観察し
た。通常LPCVD法によって形成されたポリシリコン薄膜
の結晶粒は１μｍ以下と小さいが、この発明の製造方法
で得られたポリシリコン薄膜の結晶粒は大きく、10μｍ
以上となった。すなわち20μｍ×20μｍのマトリクス状
のパターン中において結晶粒界の数は数本以下となって
いた。またこのポリシリコン薄膜の組成を厚さ方向に沿
ってイオンマイクロアナライザ（IMS）で調べた。この
結果、薄膜表面ではほぼ100％シリコンであり、スズの
混入は数ppm以下であった。またガラス基板上の各マト
リクス間での結晶粒界数のバラツキを調べたところ、約
1000mm離れたマトリクス間においても２倍以下となり、
大面積基板であっても均一な薄膜となっていることが確
認できた。In order to investigate the crystal structure of the polysilicon thin film thus formed, the surface of the polysilicon thin film layer was etched with a dilute hydrofluoric acid aqueous solution and then observed with a differential interference microscope. Normally, the crystal grain of the polysilicon thin film formed by the LPCVD method is as small as 1 μm or less, but the crystal grain of the polysilicon thin film obtained by the manufacturing method of the present invention is large, 10 μm.
That's it. That is, the number of crystal grain boundaries was several or less in a 20 μm × 20 μm matrix pattern. Moreover, the composition of this polysilicon thin film was investigated along the thickness direction by an ion microanalyzer (IMS). As a result, the surface of the thin film was almost 100% silicon, and the content of tin was several ppm or less. Moreover, when the variation in the number of crystal grain boundaries between each matrix on the glass substrate was investigated,
It is less than double even between 1000mm away matrix,
It was confirmed that even a large-area substrate had a uniform thin film.
次に、このようにしてマトリクス状に形成された各ポリ
シリコン薄膜上に、第８図に示したようなコプラナー型
の電界効果型薄膜トランジタを作成した。この作成には
通常の薄膜トランジタの製造プロセスを用いた。なお第
８図中、符号６はソース電極、符号７はドレイン電極、
符号８はゲート電極、符号９はゲート絶縁膜をそれぞれ
示す。この薄膜トランジタのチャネル長およびチャネル
幅は、それぞれ５μｍおよび10μｍとした。薄膜トラン
ジタのサイズをポリシリコン薄膜層のマトリクスのパタ
ーンサイズよりもかなり小さくすることにより、ガラス
基板全面にわたって薄膜トランジスタをそれぞれのポリ
シリコン薄膜層上に形成することができた。Next, a coplanar type field effect type thin film transistor as shown in FIG. 8 was formed on each polysilicon thin film thus formed in a matrix. A conventional thin film transistor manufacturing process was used for this preparation. In FIG. 8, reference numeral 6 is a source electrode, reference numeral 7 is a drain electrode,
Reference numeral 8 indicates a gate electrode, and reference numeral 9 indicates a gate insulating film. The channel length and channel width of this thin film transistor were 5 μm and 10 μm, respectively. By making the size of the thin film transistor much smaller than the pattern size of the matrix of the polysilicon thin film layer, thin film transistors could be formed on each polysilicon thin film layer over the entire surface of the glass substrate.
このようにして製造された薄膜トランジスタの電流電圧
特性からポリシリコン薄膜層のキャリア移動度を求めた
ところ、約120cm2/vsと高い値が得られた。この値はレ
ーザアニール法による薄膜と同等以上の高いものであ
る。この結果、第９図に示したような等価回路において
薄膜トランジスタ総数６百万個という大表示容量の高画
質液晶ディスプレイを実現することができた。When the carrier mobility of the polysilicon thin film layer was calculated from the current-voltage characteristics of the thin film transistor thus manufactured, a high value of about 120 cm 2 / vs was obtained. This value is as high as or higher than that of the thin film formed by the laser annealing method. As a result, it was possible to realize a high-quality liquid crystal display having a large display capacity of 6 million thin film transistors in the equivalent circuit as shown in FIG.
［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の半導体薄膜の製造方法
によれば、シリコン−スズ合金の融液からシリコン結晶
を成長させるものであるので、結晶粒径が大きく、結晶
性の良好なポリシリコン薄膜を形成することができる。
よって、大面積液晶ディスプレイを駆動するに十分なキ
ャリア移動度を有する半導体薄膜が得られる。[Effects of the Invention] As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor thin film of the present invention, a silicon crystal is grown from a melt of a silicon-tin alloy. A good polysilicon thin film can be formed.
Therefore, a semiconductor thin film having a carrier mobility sufficient to drive a large area liquid crystal display can be obtained.
また特に、粒径が１μｍ以下のスズ微粒子をシリコン薄
膜層上に塗布するので、シリコン−スズ合金の融液から
結晶粒径が約10μｍ程度の大きなシリコンの結晶に成長
させることができる。このため、結晶性の良好なシリコ
ンの結晶を成長させることができる。Further, in particular, since tin fine particles having a particle size of 1 μm or less are applied on the silicon thin film layer, it is possible to grow a large crystal of silicon having a crystal particle size of about 10 μm from the melt of the silicon-tin alloy. Therefore, it is possible to grow a silicon crystal having good crystallinity.
またこの発明の製造方法によれば、印刷法により一括し
て形成するものであるので、短時間にて大面積の基板を
処理することができる。さらに加熱処理は多数枚のガラ
ス基板を同時に処理することができるので、スループッ
トの向上を図ることができ、量産性を高めることもでき
る。Further, according to the manufacturing method of the present invention, since it is formed collectively by the printing method, a large-area substrate can be processed in a short time. Further, since the heat treatment can treat a large number of glass substrates at the same time, throughput can be improved and mass productivity can be improved.
また特に、スズ微粒子をシリコン薄膜層上にマトリクス
状に塗布するので、シリコン−スズ合金の融液からのシ
リコンの結晶の成長に際し、結晶粒径をマトリクス状の
微細領域とほぼ同じ程度の大きさに成長させることがで
きるものであります。このため、薄膜トランジスタのサ
イズをマトリクスのパターンサイズより小さくすること
により、薄膜トランジスタのスイッチング速度を大幅に
向上させることができる。Further, in particular, since the tin fine particles are applied in a matrix on the silicon thin film layer, the crystal grain size is almost the same as that of the matrix-shaped fine region during the growth of silicon crystals from the melt of the silicon-tin alloy. Is something that can be grown to. Therefore, the switching speed of the thin film transistor can be significantly improved by making the size of the thin film transistor smaller than the pattern size of the matrix.
第１図ないし第５図は、いずれもこの発明の製造方法の
各工程におけるガラス基板を示した概略断面図、第６図
はこの発明の製造方法の加熱および冷却工程の温度条件
を示すグラフ、第７図はシリコン−スズの二元合金状態
図、第８図はこの発明の実施例における電界効果型薄膜
トランジタの概略断面図、第９図は液晶ディスプレイの
等価回路図である。 １……ガラス基板、２……シリコン薄膜、３……スズ塗
布層、４……融液層、５……ポリシリコン薄膜層。1 to 5 are schematic cross-sectional views each showing a glass substrate in each step of the manufacturing method of the present invention, and FIG. 6 is a graph showing temperature conditions of heating and cooling steps of the manufacturing method of the present invention, FIG. 7 is a phase diagram of a binary alloy of silicon-tin, FIG. 8 is a schematic sectional view of a field effect thin film transistor in an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of a liquid crystal display. 1 ... glass substrate, 2 ... silicon thin film, 3 ... tin coating layer, 4 ... melt layer, 5 ... polysilicon thin film layer.
Claims (2)
粒径が１μｍ以下のスズ微粒子を上記シリコン薄膜層上
に塗布した後、このガラス基板を232℃以上に加熱した
後、徐冷することを特徴とする半導体薄膜の製造方法。1. A silicon thin film layer is formed on a glass substrate,
A method for producing a semiconductor thin film, comprising applying tin fine particles having a particle diameter of 1 μm or less onto the silicon thin film layer, heating the glass substrate to 232 ° C. or higher, and then gradually cooling.
マトリクス状に塗布することを特徴とする請求項１記載
の半導体薄膜の製造方法。2. The method for producing a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the tin fine particles are applied in a matrix on the silicon thin film layer.
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