JPS6046019A - 単結晶シリコン薄膜をそなえた非晶質基板およびその製造方法 - Google Patents

単結晶シリコン薄膜をそなえた非晶質基板およびその製造方法

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JPS6046019A
JPS6046019A JP58155184A JP15518483A JPS6046019A JP S6046019 A JPS6046019 A JP S6046019A JP 58155184 A JP58155184 A JP 58155184A JP 15518483 A JP15518483 A JP 15518483A JP S6046019 A JPS6046019 A JP S6046019A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、液晶、ＥＬ、螢光などのディスプレイパネル
における絵素コントロール用のスイッチング素子や三次
元回路素子に用いることのできる単結晶シリコン薄膜を
そなえた非晶質基板およびその製造方法に関するもので
ある０ 従来例の構成とその問題点 近年、ディスプレイ装置は、情報化社会においてますま
す重要な位置をしめるようになっており、通信、情報処
理、家庭電化製品などの分野で広く使用されている。そ
の中で液晶ディスプレイとくに液晶テレビは、低電圧駆
動が可能なこと、小型テレビあるいは壁掛はテレビの実
現の可能性があることなどから大きな期待が寄せられて
いるが、コントラストと応答速度を上げることが大きな
技術的課題となっている。これに対する対策として、各
絵素にスイッチング素子と蓄積キャパシタを組み込んだ
能動マトリックス表示器が開発され、デユーティ比の改
善がはかられている。まだ、液晶テレビの大型化に対し
ては、多数の高性能の絵素コントロール用素子をそなえ
た基板の開発が重要な技術的課題である。絵素コントロ
ール用スイッチング素子の種類として、単結晶シリコン
・ウェーハを用いるＭＯＳ型、ガラス基板を用いるＴＦ
Ｔ型、および表示器の基板としてサファイア単結晶を用
いて、その上にシリコン単結晶を付けたＳＯＳ型がある
。
しかしながら、それぞれ問題点を有し、その改善に努力
がなされている。例えば、シリコン・ウェーハを用いる
ＭＯＳ型では各絵素のスイッチング素子の特性はすぐれ
ているが、シリコン・ウェーハを基板に用いるため、反
射型に限られ透過型が出来ないこと、およびシリコン・
ウェーハの大きさに限界があることから大画面化がはか
れないという欠点がある。ＳＯＳ型では、基板にサファ
イア単結晶を用へ、その上に単結晶シリコンをエピタキ
シー成長させ、それを用いてスイッチング素子をつくる
ため、透過型が可能であり、かつ、スイッチング素子の
特性も良いが、サファイア単結晶が著しく高価なこと、
およびシリコン・ウェーハと同様に大面積のものができ
ないという問題点がある。また、ガラス基板を用いる方
式では、大画面化、透過型が可能でありコストが安くな
るという特徴があるため、現在さかんに検討がなされて
いる。しかしながら、ガラス基板上に高性能のスイッチ
ング素子をいかにしてつくるかということが重要な技術
的課題となっている。そのため、半導体として、ＣｄＳ
ｅ、Ｔｅ、非晶質シリコンおよび多結晶シリコンなどが
検討され、現在では、非晶質シリコン方式と多結晶シリ
コン方式が主流となりつつある。しかしながら、多結晶
シリコンでは、結晶粒界が多数存在するため電子の移動
度が小さく、結晶粒子を大きくして粒界の数を減らして
移動度を上げると、各スイッチング素子間の特性のバラ
ツキが生じるという問題点がある。また、非晶質シリコ
ンでは、素子特性は多結晶シリコンに比べて均一である
が、電子の移動度が著しく小さく、スイッチング速度が
小さいという問題点がある。従って、透明なガラス板上
に単結晶シリコン薄膜が形成できれば最も望ましいわけ
である。
従来から、ガラス基板上に、スイッチング素子の形成可
能な面積をもったシリコン単結晶を形成する試みが、レ
ーザ・アニール、電子ビーム・アニールなどの方法を用
いてなされてきたが、一般に、よこ数μｍ、たて２０μ
ｍ程度の細長い大きなシリコンの結晶粒子からなる多結
晶薄膜となり、スイッチング素子の形成可能な面積をも
った単結晶シリコン薄膜は得られていなかった。最近で
は、酸化シリコンや窒化シリコンなどの非晶質絶縁膜中
に十数μｍで長くのびたくぼみを形成し、そこに形成し
た多結晶シリコンまだは非晶質シリコン膜を長さ方向に
レーザ・アニールする方法で、巾十数μｍ、長さ数百μ
ｍ程度の単結晶シリコンが得られるようになっている。
しかしながら、巾の広い単結晶膜は得られていない。ま
た、三次元回路素子の実現をめざして、単結晶シリコン
・ウェーッの上に酸化シリコンや窒化シリコンなどの非
晶質絶縁膜をつけ、その上に単結晶シリコンを形成する
試みがなされてきた。
その方法として、非晶質絶縁膜に形成した多結晶シリコ
ンや非晶晶シリコン薄膜をレーザ・アニールや電子ビー
ム・アニールなどの方法で単結晶化する方法が試みられ
ている。現在のところ、非晶質絶縁膜に穴をあけて、多
結晶シリコンもしくは非晶質シリコンの一部を基板の単
結晶シリコンに接触させ、基板単結晶シリコンをシード
（Ｓｅｅｄ）として単結晶を成長させる方法、非晶質絶
縁膜上に十数μｍで長くのびたくぼみを形成し、そこに
形成した多結晶シリコンや非晶質シリコンをレーザ・ア
ニールや電子ビーム・アニールにより単結晶化する方法
などが試みられている。これにより、巾十数μｍ１長さ
数百μｍ程度の細長い帯状の単結晶が得られるにいたっ
ているが、デバイス作製に有効なｌ］をもった単結晶薄
膜は作製されていない０ 発明の目的 本発明は、液晶、ＥＬ、螢光などのディスプレイに関連
して、絵素コントロール用スイッチング素子の高性能化
、周辺電子回素の基板へのっくυつけ、ディスプレイの
透過型と大画面化また三次元回路素子などに適用できる
、単結晶シリコン薄膜をそなえた非晶質基板およびその
製造方法を提供しようとするものである。
発明の構成 本発明は、この非晶質基板は、中２０μｍ以上の単結晶
シリコン薄膜を有する。さらに、本発明はガラス板もし
くはその他の固体上に形成した酸化シリコン、窒化シリ
コンなどの非晶質膜上もしくはガラスなどの非晶質固体
上に、微小面積の多結晶シリコンもしくは非晶質７リコ
ン薄膜をレーザ・アニールなどのアニール法により単結
晶化して微小な単結晶シリコン粒子（核結晶粒子）を形
成し、ついで、その結晶粒子の周辺により微細なシリコ
ン粒子からなる多結晶シリコンもしくは非晶質シリコン
薄膜を形成し、これを熱的に固相状態でアニールするこ
とにより周辺の微細なシリコン粒子を吸収して核結晶粒
子の結晶成長を行わしめ大面積の単結晶とすることを特
徴とする。
実施例の説明 （実施例１） 第１図（−）に示すように、石英ガラス基板１の上に酸
化シリコン膜２をスパッタリング法により形成し、さら
にその上に厚さ約１μｍの多結晶シリコン薄膜３をスパ
ッタリング法を用いて形成した。
ついで、第１図（ｂ）に示すように、この膜からホト　
１リソグラフイー法により、８μｍＸ１００μｍの短形
状の多結晶シリコン薄膜３′を島状に形成した後、スパ
ッタリング法により島状の多結晶シリコン薄膜の周辺を
酸化シリコン薄膜２で充填した。この状態で、ＣＷアル
ゴン・レーザを島の長さ方向に走査して、溶融アニール
を行ったところ、第１図（Ｃ）のように、微小な島状多
結晶シリコン薄膜の先端のレーザ・アニール開始点付近
と他端近辺をのぞいて全体が粒界をもたない単結晶粒子
４となっ　：た。ついで、第１図（Φに示すように、ホ
トリソグラフィ法によシ、単結晶シリコンの周辺部およ
び酸化シリコン膜を除去し、５μｔｈｘｓｏμｍの短形
状の単結晶シリコン島を形成した。ついで、この周辺を
スパッタリングにより酸化シリコン２で充填　ｊし、再
びホトリソグラフィー法により、単結晶シリコンを含む
５０μｍ　Ｘ　７０μｍの短形状の穴５を第１図（ｅ）
に示すように形成し、ホトレジストのついた状態でこの
穴５の部分に非晶質シリコン７を形　］成した。ホトレ
ジスト６の上の余分の非晶質シリ　１コンはリフトオフ
により除去し、第１図（ｆ）　ｔ　（ｑ）の　１構造の
サンプルを得た。第１図（ｑ）は第１図（ｆ）をＡ方向
から見た平面図である。これを固相状態でし一ザ・アニ
ールしたところ、くぼみ島全体が単結晶となった（第１
図（ｈ））。
（実施例２） 第２図（−）に示すように、石英ガラス基板１の上にス
パッタリング法により厚さ約１μｍの窒化シリコン薄膜
８を形成した。この膜の中に、第２図Ｂｂ）のごとく、
ホトリソグラフィーにより８μｍＸ１００μｍの短形状
の穴をもうけ、ホトレジスト６が同図のごとくついた状
態で、非晶質シリコン膜を第１図（Ｃ）のごとく形成し
た。穴の部分以外の非晶質シリコンはホトレジストとと
もに除去した後窒化シリコン膜８をスパッタリング法に
より形成し、非晶質シリコン島７′が第１図（ｄ）のご
とく埋めこまれた構造の試料を得た。この状態で、ＣＷ
アルゴン・レーザをシリコン島の長さ方向に走査し喀融
アニールを行ったところ、レーザアニールの開始点であ
る島の先端部近辺と他端の近辺をのぞいて全体が単結晶
となった（第１図（ｅ））。
以下、実施例と同一のプロセスで６０μｍ×７０μｍＯ
短形状の単結晶シリコン薄膜が得られた。
（実施例３） 第３図（ａ）に示すように、単結晶シリコン９の上にス
パッタリングにより酸化シリコン膜２を形成し、ついで
ホトリソグラフィーにより第３図（ｂ）のように、８μ
ｍＸ１００μｍの穴をもうけた。ついで、第３図（ｐ）
のごとく、ホトレジスト６のついた状態で非晶質シリコ
ン膜７を形成した。この後、大部分以外の非晶質シリコ
ンをホトレジスト６とともに除去した後、酸化シリコン
膜２をスパッタリング法により形成し、非晶質シリコン
島７′が第３図（ｄ）のごとく埋めこまれた構造の試料
を得た。この状態で、ＣＷアルゴン・レーザを非晶質シ
リコン島の長さ方向に走査して溶融アニールしたところ
、レーザ・アニールの開始点であるシリコン島の先端部
及び他端部近辺をのぞいて全体が単結晶となった。以下
、実施例１，２と同様のプロセスにより、６０μｍ×７
０μｍの短形状の単結晶シリコン薄膜が非晶質シリコン
膜を介して単結晶シリコン。
ウェーハ上に形成された。
上記実施例においては、非晶質である石英ガラスの表面
に非晶質酸化シリコンや窒化シリコン膜をつけているが
、耐熱性のものであれば他の種類のガラスやその他の非
晶質固体でも良い。緻密な非晶質固体の場合には、非晶
質膜を形成しなくても単結晶シリコン膜を形成できる。
また、実施例に示すように、単結晶シリコン・ウェーハ
のように結晶性の固体の場合には表面に非晶質膜をつけ
る必要があり、こうすれば単結晶シリコン以外の結晶性
固体の上にも非晶質膜を介して単結晶シリコン膜を形成
することができる。
実施例において、溶融レーザ・アニールによる島状多結
晶または非晶質シリコンの単結晶化ののち、周辺部をホ
トリソグラフィによって除いているが、これは周辺部の
結晶方位の若干乱れた部分を除去し良質の核結晶粒子を
得るためである。溶融レーザ・アニールで完全な単結晶
が得られればこの必要はない。また、実施例では、核と
なる結晶粒子の粒成長を行う際にレーザ・アニールを用
　ｉいているが、この場合には同相状態でアニールし結
晶成長を行うので、他のアニール法、例えば単なる加熱
などの方法も適用できる。また、本発明の製造方法を用
いれば、同じプロセスを繰り返すことにより、さらに大
きな面積の単結晶シリコン薄膜を作成することもできる
。
実施例では、薄膜形成法としてスパッタリング法を用い
ているが、他の薄膜形成法、例えば、減圧ＣＶＤ、イオ
ンビーム蒸着、ＭＢＥなども用いることができる。
発明の効果 本発明によれば、次のような効果が期待できる。
すなわち、液晶、ＥＬ、螢光などを用いたディスプレイ
の絵素コントロール用のスイッチング素子を十分に形成
できる大きさをもったシリコン単結晶薄膜をガラス基板
上に規則正しく配列して形成できる。材料がシリコンで
あることから、既知のシリコン・プロセスを用いること
により、これらの島状部分にスイッチング用のトランジ
スタを容易に形成することができる。また、単結晶シリ
コンであることから、多結晶シリコン薄膜や非晶質シリ
コン薄膜より格段にすぐれた性能が期待でき、ディスプ
レイ駆動用の周辺回路も同一ガラス基板上につくりつけ
ることができる。また、ガラス基板であることから、パ
ネルの大型化と透過型化が可能となシ、大画面液晶テレ
ビの作製に利用できる。さらに、単結晶シリコンの上に
非晶質絶縁膜を介して単結晶シリコン薄膜を形成できる
ことから、三次元回路素子に有望である。また、本発明
の方法は、単結晶シリコン薄膜の形成だけでなく、他の
材料例えば、ゲルマニウム単結晶薄膜の作製にも応用で
きる。。
【図面の簡単な説明】
第１図（ａ）〜（ｈ）、第２図（ａ）〜（ｅ）、第３図
（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例における非晶質基板上
への単結晶シリコン薄膜の製造プロセスを示す　図であ
る。 １・・・・・・１石英ガラス、２・・・・・・非晶質酸
化シリコン、３および３′・・・・・・多結晶シリコン
、４・・・・・・単結晶シリコン、７・・・・・・非結
晶シリコン、７・・・・・・非晶質シリコン、８・・・
・・・非晶質窒化シリコン、９・・・・・・単結晶シリ
コン・ウェーハ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名１３
Ｓ２図 第３図 Ｑ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）　巾２０μｍ以上の単結晶シリコン薄膜を有する
    単結晶シリコン薄膜をそなえた非晶質基板。
  2. （２）　ガラスまたはその他の固・体上に形成した酸化
    シリコン、窒化シリコンなどの非晶質膜上もしくはガラ
    スなどの非晶質固体上に、微小なシリコン核結晶粒子を
    形成し、その粒子の周辺により微細な粒子からなる多結
    晶シリコン薄膜もしくは非晶質シリコン薄膜を形成し、
    これを熱的にアニールすることにより周辺の微細なシリ
    コン粒子を吸収して核結晶粒子の結晶成長を行わしめ大
    面積の単結晶とすることを特徴とする、単結晶シリコン
    薄膜をそなえた非晶質基板の製造方法。
  3. （３）　ガラスまだはその他の固体上に形成した酸化シ
    リコン、窒化シリコンなどの非晶質膜上もしくはガラス
    などの非晶質固体上に、酸化シリコン、窒化シリコンな
    どの非晶質絶縁膜でしきられた微小なくぼみを形成し、
    その中に多結晶シリコンもしくは非晶質シリコン薄膜を
    形成し、これをレーザ・アニールなどの方法によりアニ
    ールすることによシ微小な核結晶粒子を形成し、ついで
    その核結晶粒子の周辺に多結晶シリコン薄膜もしくは非
    晶質シリコン薄膜を形成し、これを熱的にアニールする
    ことにより周辺の微細なシリコン粒子を吸収して核結晶
    粒子の結晶成長を行わしめ大面積の単結晶とすることを
    特徴とする特許請求の範囲第２項記載の単結晶シリコン
    薄膜をそなえた非晶質基板の製造方法。
JP58155184A 1983-08-24 1983-08-24 単結晶シリコン薄膜をそなえた非晶質基板およびその製造方法 Pending JPS6046019A (ja)

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