JP2000036464A - 薄膜半導体装置の製造方法 - Google Patents
薄膜半導体装置の製造方法Info
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- JP2000036464A JP2000036464A JP10202405A JP20240598A JP2000036464A JP 2000036464 A JP2000036464 A JP 2000036464A JP 10202405 A JP10202405 A JP 10202405A JP 20240598 A JP20240598 A JP 20240598A JP 2000036464 A JP2000036464 A JP 2000036464A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 薄膜半導体装置に集積形成される薄膜トラン
ジスタの活性層となる半導体薄膜の効率的な結晶化を行
なう。 【解決手段】 薄膜半導体装置を製造するため、まず成
膜工程を行いガラス等からなる絶縁基板０の表面に例え
ば非晶質シリコンからなる半導体薄膜４を形成する。次
にアニール工程を行い、光を照射して非晶質シリコンの
半導体薄膜４を一旦加熱溶融し冷却過程で多結晶シリコ
ンに転換する。このあと加工工程を行い、多結晶シリコ
ンに転換された半導体薄膜４を活性層として薄膜トラン
ジスタを集積形成する。アニール工程では、レーザ光５
０を照射して半導体薄膜４を加熱溶融し非晶質から多結
晶に転換すると共に、それに先立って少なくともレーザ
光５０が照射されるべき領域に対してＵＶ光５５を照射
して予備的に加熱しておく。
ジスタの活性層となる半導体薄膜の効率的な結晶化を行
なう。 【解決手段】 薄膜半導体装置を製造するため、まず成
膜工程を行いガラス等からなる絶縁基板０の表面に例え
ば非晶質シリコンからなる半導体薄膜４を形成する。次
にアニール工程を行い、光を照射して非晶質シリコンの
半導体薄膜４を一旦加熱溶融し冷却過程で多結晶シリコ
ンに転換する。このあと加工工程を行い、多結晶シリコ
ンに転換された半導体薄膜４を活性層として薄膜トラン
ジスタを集積形成する。アニール工程では、レーザ光５
０を照射して半導体薄膜４を加熱溶融し非晶質から多結
晶に転換すると共に、それに先立って少なくともレーザ
光５０が照射されるべき領域に対してＵＶ光５５を照射
して予備的に加熱しておく。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は絶縁基板上に成膜さ
れた半導体薄膜を活性層とする薄膜トランジスタが集積
的に形成された薄膜半導体装置の製造方法に関する。よ
り詳しくは、絶縁基板上に半導体薄膜を成膜したあとそ
の結晶化を目的として行われるレーザ照射技術（結晶化
アニール）に関する。
れた半導体薄膜を活性層とする薄膜トランジスタが集積
的に形成された薄膜半導体装置の製造方法に関する。よ
り詳しくは、絶縁基板上に半導体薄膜を成膜したあとそ
の結晶化を目的として行われるレーザ照射技術（結晶化
アニール）に関する。
【０００２】
【従来の技術】薄膜半導体装置の製造工程を低温プロセ
ス化する方法の一環として、レーザ光を用いた結晶化ア
ニールが開発されている。これは、絶縁基板上に成膜さ
れた非晶質シリコンや多結晶シリコン等非単結晶性の半
導体薄膜にレーザビームを照射して局部的に加熱した
後、その冷却過程で半導体薄膜を結晶化するものであ
る。この結晶化した半導体薄膜を活性層（チャネル領
域）として薄膜トランジスタを集積形成する。照射工程
では、図６に示すように、一般に走査方向（Ｘ方向）に
沿って線状のレーザビーム５０を部分的に重複させなが
ら間欠的にパルス走査している。レーザビームをオーバ
ラップさせる事により半導体薄膜の結晶化が比較的均一
に行なわれる。
ス化する方法の一環として、レーザ光を用いた結晶化ア
ニールが開発されている。これは、絶縁基板上に成膜さ
れた非晶質シリコンや多結晶シリコン等非単結晶性の半
導体薄膜にレーザビームを照射して局部的に加熱した
後、その冷却過程で半導体薄膜を結晶化するものであ
る。この結晶化した半導体薄膜を活性層（チャネル領
域）として薄膜トランジスタを集積形成する。照射工程
では、図６に示すように、一般に走査方向（Ｘ方向）に
沿って線状のレーザビーム５０を部分的に重複させなが
ら間欠的にパルス走査している。レーザビームをオーバ
ラップさせる事により半導体薄膜の結晶化が比較的均一
に行なわれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】薄膜半導体装置は、ア
クティブマトリクス型表示装置の駆動基板等に好適であ
り、近年盛んに開発が進められている。表示装置に応用
する場合、透明絶縁基板の大型化及び低コスト化が強く
要求されている。これを満たすため上述したレーザビー
ムを利用する結晶化アニールが注目を集めている。レー
ザ照射により比較的低温で半導体薄膜を結晶化できるた
め、低融点ガラス等比較的低コストの透明絶縁基板を採
用できる。また、線状のレーザビームを走査し、オーバ
ラップ照射することで比較的大面積の半導体薄膜を非晶
質から多結晶に効率よく転換できる。しかしながら、線
状のレーザビームを用いた結晶化アニールによっても半
導体薄膜の大面積化には限界があり、レーザエネルギー
の出力により制限されていた。
クティブマトリクス型表示装置の駆動基板等に好適であ
り、近年盛んに開発が進められている。表示装置に応用
する場合、透明絶縁基板の大型化及び低コスト化が強く
要求されている。これを満たすため上述したレーザビー
ムを利用する結晶化アニールが注目を集めている。レー
ザ照射により比較的低温で半導体薄膜を結晶化できるた
め、低融点ガラス等比較的低コストの透明絶縁基板を採
用できる。また、線状のレーザビームを走査し、オーバ
ラップ照射することで比較的大面積の半導体薄膜を非晶
質から多結晶に効率よく転換できる。しかしながら、線
状のレーザビームを用いた結晶化アニールによっても半
導体薄膜の大面積化には限界があり、レーザエネルギー
の出力により制限されていた。
【０００４】そこで、ヒータ等を用いて絶縁基板を予備
加熱し、レーザビームを用いた結晶化アニールをアシス
トする技術が提案されている。一般に、非晶質シリコン
を結晶化するためには６００℃以上の温度に昇温する必
要がある。そこで、基板の予備加熱を行なって予め基板
温度を４００℃程度に高めておけば、レーザビームのエ
ネルギー密度をその分節約でき、半導体薄膜の結晶性及
び均一性にも有利に作用する。また、エネルギー密度が
節約できるのでその分レーザビームの断面形状を拡大で
きる。しかしながらヒータを用いた予備加熱方式では絶
縁基板を所定の温度に昇温するまで相当の時間を要し、
スループットに難点があった。特に、急激な温度変化に
よるガラス基板の破損を防ぐため、徐熱、徐冷が必要と
なり、その分スループットが悪くなる。また、ガラス基
板の歪み点が４００℃程度であるため、ヒータを用いた
予備加熱ではこの歪み点を越えてガラス基板を加熱する
ことが困難である。更に、結晶化アニールを行なう際、
ヒータを組み込んだ加熱ステージにガラス基板を搭載す
る必要が生じ、結晶化アニール装置の構造が複雑にな
る。特に、徐熱及び徐冷機構を付加すると装置が大型化
する。
加熱し、レーザビームを用いた結晶化アニールをアシス
トする技術が提案されている。一般に、非晶質シリコン
を結晶化するためには６００℃以上の温度に昇温する必
要がある。そこで、基板の予備加熱を行なって予め基板
温度を４００℃程度に高めておけば、レーザビームのエ
ネルギー密度をその分節約でき、半導体薄膜の結晶性及
び均一性にも有利に作用する。また、エネルギー密度が
節約できるのでその分レーザビームの断面形状を拡大で
きる。しかしながらヒータを用いた予備加熱方式では絶
縁基板を所定の温度に昇温するまで相当の時間を要し、
スループットに難点があった。特に、急激な温度変化に
よるガラス基板の破損を防ぐため、徐熱、徐冷が必要と
なり、その分スループットが悪くなる。また、ガラス基
板の歪み点が４００℃程度であるため、ヒータを用いた
予備加熱ではこの歪み点を越えてガラス基板を加熱する
ことが困難である。更に、結晶化アニールを行なう際、
ヒータを組み込んだ加熱ステージにガラス基板を搭載す
る必要が生じ、結晶化アニール装置の構造が複雑にな
る。特に、徐熱及び徐冷機構を付加すると装置が大型化
する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題を解決するために以下の手段を講じた。即ち、本発明
によれば、薄膜半導体装置を製造するため、まず成膜工
程を行い絶縁基板の表面に非単結晶（非晶質又は比較的
粒径の小さな多結晶）の半導体薄膜を形成する。次に、
アニール工程を行い、光を照射して非単結晶の該半導体
薄膜を一旦加熱溶融し、冷却過程で比較的粒径の大きな
多結晶に転換する。この後加工工程を行ない、多結晶の
該半導体薄膜を活性層として薄膜トランジスタを集積形
成する。特徴事項として、前記アニール工程は、レーザ
光を照射して半導体薄膜を加熱溶融し、非単結晶から多
結晶に転換すると共に、それに先だって少なくともレー
ザ光が照射されるべき領域に対して非レーザ光を照射し
て予備的に加熱しておく。
題を解決するために以下の手段を講じた。即ち、本発明
によれば、薄膜半導体装置を製造するため、まず成膜工
程を行い絶縁基板の表面に非単結晶（非晶質又は比較的
粒径の小さな多結晶）の半導体薄膜を形成する。次に、
アニール工程を行い、光を照射して非単結晶の該半導体
薄膜を一旦加熱溶融し、冷却過程で比較的粒径の大きな
多結晶に転換する。この後加工工程を行ない、多結晶の
該半導体薄膜を活性層として薄膜トランジスタを集積形
成する。特徴事項として、前記アニール工程は、レーザ
光を照射して半導体薄膜を加熱溶融し、非単結晶から多
結晶に転換すると共に、それに先だって少なくともレー
ザ光が照射されるべき領域に対して非レーザ光を照射し
て予備的に加熱しておく。
【０００６】好ましくは、前記アニール工程では、レー
ザ光を半導体薄膜の表面に照射すると共に、非レーザ光
も半導体薄膜の表面に照射する。前記アニール工程で
は、レーザ光を間欠的に照射する一方、非レーザ光を連
続的に照射する。前記アニール工程では、エキシマレー
ザ光源を用いてレーザ光を間欠的に照射する。前記アニ
ール工程では、エキシマレーザ光源を用いてパルス幅が
５０ｎｓ以上のレーザ光を間欠的に照射する。前記アニ
ール工程では、エキシマレーザ光源を用いて一辺が１０
ｍｍ以上の矩形領域にレーザ光を照射する。前記アニー
ル工程では、エキシマレーザ光源を用いて波長がほぼ３
０８ｎｍのレーザ光を照射する。前記アニール工程で
は、紫外線ランプ（ＵＶランプ）を用いて波長が４００
ｎｍ以下の非レーザ光を照射する。本発明の一態様で
は、前記成膜工程は予めゲート電極が形成された絶縁基
板の表面に非単結晶の半導体薄膜を形成し、前記加工工
程は多結晶の該半導体薄膜を活性層としてボトムゲート
構造の薄膜トランジスタを低温プロセスにより集積形成
する。
ザ光を半導体薄膜の表面に照射すると共に、非レーザ光
も半導体薄膜の表面に照射する。前記アニール工程で
は、レーザ光を間欠的に照射する一方、非レーザ光を連
続的に照射する。前記アニール工程では、エキシマレー
ザ光源を用いてレーザ光を間欠的に照射する。前記アニ
ール工程では、エキシマレーザ光源を用いてパルス幅が
５０ｎｓ以上のレーザ光を間欠的に照射する。前記アニ
ール工程では、エキシマレーザ光源を用いて一辺が１０
ｍｍ以上の矩形領域にレーザ光を照射する。前記アニー
ル工程では、エキシマレーザ光源を用いて波長がほぼ３
０８ｎｍのレーザ光を照射する。前記アニール工程で
は、紫外線ランプ（ＵＶランプ）を用いて波長が４００
ｎｍ以下の非レーザ光を照射する。本発明の一態様で
は、前記成膜工程は予めゲート電極が形成された絶縁基
板の表面に非単結晶の半導体薄膜を形成し、前記加工工
程は多結晶の該半導体薄膜を活性層としてボトムゲート
構造の薄膜トランジスタを低温プロセスにより集積形成
する。
【０００７】本発明では、レーザ光を照射して半導体薄
膜を加熱溶融し非単結晶から多結晶に転換する際、予め
非レーザ光を照射して予備的に加熱しておく。従来のよ
うにヒータを用いて絶縁基板を予備加熱するのではな
く、光で半導体薄膜を直接予備加熱する方式を採用して
おり、結晶化アニール工程を効率化することが可能であ
る。
膜を加熱溶融し非単結晶から多結晶に転換する際、予め
非レーザ光を照射して予備的に加熱しておく。従来のよ
うにヒータを用いて絶縁基板を予備加熱するのではな
く、光で半導体薄膜を直接予備加熱する方式を採用して
おり、結晶化アニール工程を効率化することが可能であ
る。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る薄膜半
導体装置の製造方法の要部を示す模式図である。薄膜半
導体装置を製造するため、まず成膜工程を行い、ガラス
等からなる絶縁基板０の表面に非単結晶の半導体薄膜を
形成する。例えば半導体薄膜としてシリコンを成膜する
場合、非晶質シリコンや比較的粒径の小さな多結晶シリ
コンが非単結晶の範疇に含まれる。続いてアニール工程
を行い、光を照射して非単結晶の半導体薄膜４を一旦加
熱溶融し冷却過程で多結晶に転換する。この後加工工程
を行い、多結晶に転換された半導体薄膜４を活性層とし
て薄膜トランジスタを集積形成する。特徴事項として、
アニール工程は、レーザ光５０を照射して半導体薄膜４
を加熱溶融し、非単結晶から比較的粒径の大きな多結晶
に転換すると共に、それに先立って少なくともレーザ光
５０が照射されるべき領域に対して非レーザ光（例えば
ＵＶ光）５５を照射して予備的に加熱しておく。図示の
例では、レーザ光５０を半導体薄膜４の表面に照射する
と共に、非レーザ光であるＵＶ光５５も半導体薄膜４の
表面に照射する。場合によっては、絶縁基板０が石英な
どの時には、紫外線に対して透過性があるので、ＵＶ光
５５を絶縁基板の裏面側から照射することも可能であ
る。但し、６００℃以下の低温プロセスでは絶縁基板０
としてガラス板を採用することが一般的であり、この場
合にはＵＶ光５５を基板０の表面側から照射する必要が
ある。本例では、レーザ光５０を間欠的に照射する一
方、非レーザ光であるＵＶ光５５を連続的に照射してい
る。予備加熱に連続光を用いることでプロセスの制御が
容易になる。本例では、エキシマレーザ光源５１を用い
てレーザ光５０を間欠的に照射している。特に、エキシ
マレーザ光源５１を用いてパルス幅が５０ｎｓ以上のレ
ーザ光５０を間欠的に照射することで、従来よりも大粒
径の多結晶シリコンを得るようにしている。従来のエキ
シマレーザ光源５１は比較的低出力でありパルス幅は５
０ｎｓ未満であった。このためレーザ光を線状に整形せ
ざるを得ず、多結晶シリコンの大粒径化及び粒径均一化
に難点があった。この点に鑑み、本発明では比較的大出
力のエキシマレーザ光源５１を用い、パルス幅が５０ｎ
ｓ以上のレーザ光を間欠的に照射するようにしている。
この際、エキシマレーザ光源５１から放射したレーザ光
をビーム形成器５２で一辺が１０ｍｍ以上の矩形断面に
整形している。尚、このエキシマレーザ光源５１は波長
がほぼ３０８ｎｍの紫外レーザ光を照射する。一方、Ｕ
Ｖ光５５はＵＶランプ（紫外線ランプ）５４を用いて半
導体薄膜４に照射している。ＵＶランプ５４は波長が４
００ｎｍ以下の非レーザ光を照射することができる。本
例では、ミラー５３を用いてレーザ光５０とＵＶ光５５
を切り換え、Ｘ−Ｙステージ５６に搭載された絶縁基板
０の半導体薄膜４に照射する。
の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る薄膜半
導体装置の製造方法の要部を示す模式図である。薄膜半
導体装置を製造するため、まず成膜工程を行い、ガラス
等からなる絶縁基板０の表面に非単結晶の半導体薄膜を
形成する。例えば半導体薄膜としてシリコンを成膜する
場合、非晶質シリコンや比較的粒径の小さな多結晶シリ
コンが非単結晶の範疇に含まれる。続いてアニール工程
を行い、光を照射して非単結晶の半導体薄膜４を一旦加
熱溶融し冷却過程で多結晶に転換する。この後加工工程
を行い、多結晶に転換された半導体薄膜４を活性層とし
て薄膜トランジスタを集積形成する。特徴事項として、
アニール工程は、レーザ光５０を照射して半導体薄膜４
を加熱溶融し、非単結晶から比較的粒径の大きな多結晶
に転換すると共に、それに先立って少なくともレーザ光
５０が照射されるべき領域に対して非レーザ光（例えば
ＵＶ光）５５を照射して予備的に加熱しておく。図示の
例では、レーザ光５０を半導体薄膜４の表面に照射する
と共に、非レーザ光であるＵＶ光５５も半導体薄膜４の
表面に照射する。場合によっては、絶縁基板０が石英な
どの時には、紫外線に対して透過性があるので、ＵＶ光
５５を絶縁基板の裏面側から照射することも可能であ
る。但し、６００℃以下の低温プロセスでは絶縁基板０
としてガラス板を採用することが一般的であり、この場
合にはＵＶ光５５を基板０の表面側から照射する必要が
ある。本例では、レーザ光５０を間欠的に照射する一
方、非レーザ光であるＵＶ光５５を連続的に照射してい
る。予備加熱に連続光を用いることでプロセスの制御が
容易になる。本例では、エキシマレーザ光源５１を用い
てレーザ光５０を間欠的に照射している。特に、エキシ
マレーザ光源５１を用いてパルス幅が５０ｎｓ以上のレ
ーザ光５０を間欠的に照射することで、従来よりも大粒
径の多結晶シリコンを得るようにしている。従来のエキ
シマレーザ光源５１は比較的低出力でありパルス幅は５
０ｎｓ未満であった。このためレーザ光を線状に整形せ
ざるを得ず、多結晶シリコンの大粒径化及び粒径均一化
に難点があった。この点に鑑み、本発明では比較的大出
力のエキシマレーザ光源５１を用い、パルス幅が５０ｎ
ｓ以上のレーザ光を間欠的に照射するようにしている。
この際、エキシマレーザ光源５１から放射したレーザ光
をビーム形成器５２で一辺が１０ｍｍ以上の矩形断面に
整形している。尚、このエキシマレーザ光源５１は波長
がほぼ３０８ｎｍの紫外レーザ光を照射する。一方、Ｕ
Ｖ光５５はＵＶランプ（紫外線ランプ）５４を用いて半
導体薄膜４に照射している。ＵＶランプ５４は波長が４
００ｎｍ以下の非レーザ光を照射することができる。本
例では、ミラー５３を用いてレーザ光５０とＵＶ光５５
を切り換え、Ｘ−Ｙステージ５６に搭載された絶縁基板
０の半導体薄膜４に照射する。
【０００９】図２は、絶縁基板０に対するレーザ光及び
ＵＶ光の照射方法を模式的に表わした平面図である。前
述したように、ガラス等からなる絶縁基板０の上には非
晶質シリコン等の半導体薄膜が予め成膜され、この状態
で図１に示したＸ−Ｙステージ５６の上に搭載される。
例えばレーザ光５０を矩形に整形して、３０ｍｍ×７０
ｍｍのサイズのレーザ光照射領域が得られるようにす
る。このレーザ光照射領域を数ｍｍオーバラップさせな
がらレーザ光５０をステップ照射していく。この時、レ
ーザ光照射領域と同等かそれ以上の大きさのＵＶ光照射
領域に、ＵＶランプ５４を用いてＵＶ光５５を予めレー
ザ光５０の照射前に照射しておく。尚、レーザ光５０の
照射方法はミラー５３（図１）を介して絶縁基板０の上
から照射している。ミラー５３を用いることなく、レー
ザ光５０やＵＶ光５５を斜め方向から各照射領域が重な
るように照射することもできる。
ＵＶ光の照射方法を模式的に表わした平面図である。前
述したように、ガラス等からなる絶縁基板０の上には非
晶質シリコン等の半導体薄膜が予め成膜され、この状態
で図１に示したＸ−Ｙステージ５６の上に搭載される。
例えばレーザ光５０を矩形に整形して、３０ｍｍ×７０
ｍｍのサイズのレーザ光照射領域が得られるようにす
る。このレーザ光照射領域を数ｍｍオーバラップさせな
がらレーザ光５０をステップ照射していく。この時、レ
ーザ光照射領域と同等かそれ以上の大きさのＵＶ光照射
領域に、ＵＶランプ５４を用いてＵＶ光５５を予めレー
ザ光５０の照射前に照射しておく。尚、レーザ光５０の
照射方法はミラー５３（図１）を介して絶縁基板０の上
から照射している。ミラー５３を用いることなく、レー
ザ光５０やＵＶ光５５を斜め方向から各照射領域が重な
るように照射することもできる。
【００１０】図３はシリコン（Ｓｉ）の光吸収特性（一
点鎖線）とキセノンアークランプ及びＵＶランプの波長
分布（実線）を示すグラフである。横軸に波長（μｍ）
をとり、縦軸に光強度および吸収係数を別々のスケール
でとってある。一般に、予備加熱用のランプの種類はＳ
ｉの波長に対する吸収特性を考え、１．０μｍ以下がよ
く、短波長である程望ましい。従って、キセノンアーク
ランプやＵＶランプを予備加熱用のランプとして用いる
ことができる。特に、４００ｎｍ以下にピーク波長をも
つＵＶランプは極めて好適である。ＵＶランプを用いる
ことにより非晶質シリコン薄膜のみを加熱し、ガラスか
らなる絶縁基板の温度上昇を抑えることが可能である。
点鎖線）とキセノンアークランプ及びＵＶランプの波長
分布（実線）を示すグラフである。横軸に波長（μｍ）
をとり、縦軸に光強度および吸収係数を別々のスケール
でとってある。一般に、予備加熱用のランプの種類はＳ
ｉの波長に対する吸収特性を考え、１．０μｍ以下がよ
く、短波長である程望ましい。従って、キセノンアーク
ランプやＵＶランプを予備加熱用のランプとして用いる
ことができる。特に、４００ｎｍ以下にピーク波長をも
つＵＶランプは極めて好適である。ＵＶランプを用いる
ことにより非晶質シリコン薄膜のみを加熱し、ガラスか
らなる絶縁基板の温度上昇を抑えることが可能である。
【００１１】図４は、本発明に係る薄膜半導体装置の製
造方法の実施例を示す工程図である。ここではボトムゲ
ート構造の薄膜トランジスタを絶縁基板上に集積形成し
ている。まず（ａ）に示すように、ガラス等からなる絶
縁基板０の上にＭｏ，Ｃｒなどの金属またはＭｏとＴａ
の合金を２００乃至２５０ｎｍの厚みで形成し、パタニ
ングしてゲート電極１に加工する。
造方法の実施例を示す工程図である。ここではボトムゲ
ート構造の薄膜トランジスタを絶縁基板上に集積形成し
ている。まず（ａ）に示すように、ガラス等からなる絶
縁基板０の上にＭｏ，Ｃｒなどの金属またはＭｏとＴａ
の合金を２００乃至２５０ｎｍの厚みで形成し、パタニ
ングしてゲート電極１に加工する。
【００１２】次いで（ｂ）に示すように、ゲート電極１
の上にゲート絶縁膜を形成する。本例では、ゲート絶縁
膜はゲート窒化膜２（ＳｉＮx ）／ゲート酸化膜３（Ｓ
ｉＯ 2 ）の二層構造を用いた。ゲート窒化膜２はＳｉＨ
4 ガスとＮＨ3 ガスの混合物を原料気体として用い、プ
ラズマＣＶＤ法（ＰＣＶＤ法）で成膜した。本例では、
ゲート窒化膜２を例えば５０ｎｍの厚みで堆積した。ゲ
ート窒化膜２の成膜に連続してゲート酸化膜３を約２０
０ｎｍの厚みで成膜した。さらにゲート酸化膜３の上に
連続的に非晶質シリコンからなる半導体薄膜４を約３０
乃至８０ｎｍの厚みで成膜した。二層構造のゲート絶縁
膜と非晶質半導体薄膜４は成膜チャンバーの真空系を破
らず連続成膜した。以上の成膜でプラズマＣＶＤ法を用
いた場合には、４００℃の温度で窒素雰囲気中２時間程
度加熱処理を行い、非晶質半導体薄膜４に含有されてい
た水素を放出する。いわゆる脱水素アニールを行なう。
の上にゲート絶縁膜を形成する。本例では、ゲート絶縁
膜はゲート窒化膜２（ＳｉＮx ）／ゲート酸化膜３（Ｓ
ｉＯ 2 ）の二層構造を用いた。ゲート窒化膜２はＳｉＨ
4 ガスとＮＨ3 ガスの混合物を原料気体として用い、プ
ラズマＣＶＤ法（ＰＣＶＤ法）で成膜した。本例では、
ゲート窒化膜２を例えば５０ｎｍの厚みで堆積した。ゲ
ート窒化膜２の成膜に連続してゲート酸化膜３を約２０
０ｎｍの厚みで成膜した。さらにゲート酸化膜３の上に
連続的に非晶質シリコンからなる半導体薄膜４を約３０
乃至８０ｎｍの厚みで成膜した。二層構造のゲート絶縁
膜と非晶質半導体薄膜４は成膜チャンバーの真空系を破
らず連続成膜した。以上の成膜でプラズマＣＶＤ法を用
いた場合には、４００℃の温度で窒素雰囲気中２時間程
度加熱処理を行い、非晶質半導体薄膜４に含有されてい
た水素を放出する。いわゆる脱水素アニールを行なう。
【００１３】次いで、非晶質半導体薄膜４を多結晶化す
るレーザアニール工程を行なう。前述したように絶縁基
板０をＸ−Ｙステージ上に搭載し、エキシマレーザ光源
から放射したレーザ光を３０ｍｍ×７０ｍｍの矩形断面
に整形し、数ｍｍオーバラップさせながらステップ照射
していく。このとき、レーザ光の照射領域と同等かそれ
以上の大きさの照射領域を持つＵＶランプを用いて、エ
キシマレーザ光の照射前に当該領域に予めＵＶ光を照射
して予備加熱しておく。この後、半導体薄膜を各薄膜ト
ランジスタの素子領域に合わせてパタニングする。
るレーザアニール工程を行なう。前述したように絶縁基
板０をＸ−Ｙステージ上に搭載し、エキシマレーザ光源
から放射したレーザ光を３０ｍｍ×７０ｍｍの矩形断面
に整形し、数ｍｍオーバラップさせながらステップ照射
していく。このとき、レーザ光の照射領域と同等かそれ
以上の大きさの照射領域を持つＵＶランプを用いて、エ
キシマレーザ光の照射前に当該領域に予めＵＶ光を照射
して予備加熱しておく。この後、半導体薄膜を各薄膜ト
ランジスタの素子領域に合わせてパタニングする。
【００１４】（ｃ）に示すように、アニール工程で結晶
化された多結晶半導体薄膜５の上に例えばプラズマＣＶ
Ｄ法でＳｉＯ2 を約１００ｎｍ乃至３００ｎｍの厚みで
形成する。このＳｉＯ2 を所定の形状にパタニングして
エッチングストッパー膜６に加工する。この場合、裏面
露光技術を用いてゲート電極１と整合するようにエッチ
ングストッパー膜６をパタニングしている。エッチング
ストッパー膜６の直下に位置する多結晶半導体薄膜５の
部分はチャネル領域Ｃｈとして保護される。続いて、エ
ッチングストッパー膜６をマスクとしてイオンドーピン
グにより不純物（たとえばＰ＋イオン）を半導体薄膜５
に注入し、ＬＤＤ領域を形成する。この時のドーズ量
は、例えば６×１０12乃至５×１０13／ｃｍ2 である。
さらにストッパー膜６及びその両側のＬＤＤ領域を被覆
するようにフォトレジストをパタニング形成したあと、
これをマスクとして不純物（たとえばＰ＋イオン）を高
濃度で注入し、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄを形成
する。不純物注入には、例えばイオンドーピングを用い
ることができる。これは質量分離をかけることなく電界
加速で不純物を注入するものであり、本実施例では１×
１０15／ｃｍ2 程度のドーズ量で不純物を注入し、ソー
ス領域Ｓ及びドレイン領域Ｄを形成した。尚、図示しな
いが、Ｐチャネルの薄膜トランジスタを形成する場合に
は、Ｎチャネル型薄膜トランジスタの領域をフォトレジ
ストで被覆したあと、不純物をＰ＋イオンからＢ＋イオ
ンに切換えドーズ量１×１０15／ｃｍ2 程度でイオンド
ーピングすればよい。このあと、多結晶半導体薄膜５に
注入された不純物を活性化する。この場合エキシマレー
ザ光源を用いたレーザ活性化アニールにより半導体薄膜
５に注入された不純物を活性化することができる。
化された多結晶半導体薄膜５の上に例えばプラズマＣＶ
Ｄ法でＳｉＯ2 を約１００ｎｍ乃至３００ｎｍの厚みで
形成する。このＳｉＯ2 を所定の形状にパタニングして
エッチングストッパー膜６に加工する。この場合、裏面
露光技術を用いてゲート電極１と整合するようにエッチ
ングストッパー膜６をパタニングしている。エッチング
ストッパー膜６の直下に位置する多結晶半導体薄膜５の
部分はチャネル領域Ｃｈとして保護される。続いて、エ
ッチングストッパー膜６をマスクとしてイオンドーピン
グにより不純物（たとえばＰ＋イオン）を半導体薄膜５
に注入し、ＬＤＤ領域を形成する。この時のドーズ量
は、例えば６×１０12乃至５×１０13／ｃｍ2 である。
さらにストッパー膜６及びその両側のＬＤＤ領域を被覆
するようにフォトレジストをパタニング形成したあと、
これをマスクとして不純物（たとえばＰ＋イオン）を高
濃度で注入し、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄを形成
する。不純物注入には、例えばイオンドーピングを用い
ることができる。これは質量分離をかけることなく電界
加速で不純物を注入するものであり、本実施例では１×
１０15／ｃｍ2 程度のドーズ量で不純物を注入し、ソー
ス領域Ｓ及びドレイン領域Ｄを形成した。尚、図示しな
いが、Ｐチャネルの薄膜トランジスタを形成する場合に
は、Ｎチャネル型薄膜トランジスタの領域をフォトレジ
ストで被覆したあと、不純物をＰ＋イオンからＢ＋イオ
ンに切換えドーズ量１×１０15／ｃｍ2 程度でイオンド
ーピングすればよい。このあと、多結晶半導体薄膜５に
注入された不純物を活性化する。この場合エキシマレー
ザ光源を用いたレーザ活性化アニールにより半導体薄膜
５に注入された不純物を活性化することができる。
【００１５】最後に（ｄ）に示すように、ＳｉＯ2 を約
２００ｎｍの厚みで成膜し、層間絶縁膜７とする。層間
絶縁膜７の形成後、ＳｉＮx をプラズマＣＶＤ法で約２
００乃至４００ｎｍ成膜し、パシベーション膜（キャッ
プ膜）８とする。この段階で窒素ガス又はフォーミング
ガス中又は真空中雰囲気下で３５０℃程度の加熱処理を
１時間行い、層間絶縁膜７に含まれる水素原子を半導体
薄膜５中に拡散させる。この後、コンタクトホールを開
口し、Ｍｏ，Ａｌなどを２００乃至４００ｎｍの厚みで
スパッタした後、所定の形状にパタニングして配線電極
９に加工する。さらに、アクリル樹脂からなる平坦化層
１０を１μｍ程度の厚みで塗布したあと、コンタクトホ
ールを開口する。平坦化層１０の上にＩＴＯやＩＸＯ等
からなる透明導電膜をスパッタした後、所定の形状にパ
タニングして画素電極１１に加工する。
２００ｎｍの厚みで成膜し、層間絶縁膜７とする。層間
絶縁膜７の形成後、ＳｉＮx をプラズマＣＶＤ法で約２
００乃至４００ｎｍ成膜し、パシベーション膜（キャッ
プ膜）８とする。この段階で窒素ガス又はフォーミング
ガス中又は真空中雰囲気下で３５０℃程度の加熱処理を
１時間行い、層間絶縁膜７に含まれる水素原子を半導体
薄膜５中に拡散させる。この後、コンタクトホールを開
口し、Ｍｏ，Ａｌなどを２００乃至４００ｎｍの厚みで
スパッタした後、所定の形状にパタニングして配線電極
９に加工する。さらに、アクリル樹脂からなる平坦化層
１０を１μｍ程度の厚みで塗布したあと、コンタクトホ
ールを開口する。平坦化層１０の上にＩＴＯやＩＸＯ等
からなる透明導電膜をスパッタした後、所定の形状にパ
タニングして画素電極１１に加工する。
【００１６】最後に、図５を参照して本発明に従って製
造した薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス
型表示装置の一例を説明する。図示するように、本表示
装置は一対の絶縁基板１０１，１０２と両者の間に保持
された電気光学物質１０３とを備えたパネル構造を有す
る。電気光学物質１０３としては、例えば液晶材料を用
いる。下側の絶縁基板１０１には画素アレイ部１０４と
駆動回路部とが集積形成されている。駆動回路部は垂直
駆動回路１０５と水平駆動回路１０６とに分かれてい
る。また、絶縁基板１０１の周辺部上端には外部接続用
の端子部１０７が形成されている。端子部１０７は配線
１０８を介して垂直駆動回路１０５及び水平駆動回路１
０６に接続している。画素アレイ部１０４には行状のゲ
ート配線１０９と列状の信号配線１１０が形成されてい
る。両配線の交差部には画素電極１１１とこれを駆動す
る薄膜トランジスタ１１２が形成されている。薄膜トラ
ンジスタ１１２のゲート電極は対応するゲート配線１０
９に接続され、ドレイン領域は対応する画素電極１１１
に接続され、ソース領域は対応する信号配線１１０に接
続している。ゲート配線１０９は垂直駆動回路１０５に
接続する一方、信号配線１１０は水平駆動回路１０６に
接続している。画素電極１１１をスイッチング駆動する
薄膜トランジスタ１１２及び垂直駆動回路１０５と水平
駆動回路１０６に含まれる薄膜トランジスタは、本発明
に従って作製されたものである。
造した薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス
型表示装置の一例を説明する。図示するように、本表示
装置は一対の絶縁基板１０１，１０２と両者の間に保持
された電気光学物質１０３とを備えたパネル構造を有す
る。電気光学物質１０３としては、例えば液晶材料を用
いる。下側の絶縁基板１０１には画素アレイ部１０４と
駆動回路部とが集積形成されている。駆動回路部は垂直
駆動回路１０５と水平駆動回路１０６とに分かれてい
る。また、絶縁基板１０１の周辺部上端には外部接続用
の端子部１０７が形成されている。端子部１０７は配線
１０８を介して垂直駆動回路１０５及び水平駆動回路１
０６に接続している。画素アレイ部１０４には行状のゲ
ート配線１０９と列状の信号配線１１０が形成されてい
る。両配線の交差部には画素電極１１１とこれを駆動す
る薄膜トランジスタ１１２が形成されている。薄膜トラ
ンジスタ１１２のゲート電極は対応するゲート配線１０
９に接続され、ドレイン領域は対応する画素電極１１１
に接続され、ソース領域は対応する信号配線１１０に接
続している。ゲート配線１０９は垂直駆動回路１０５に
接続する一方、信号配線１１０は水平駆動回路１０６に
接続している。画素電極１１１をスイッチング駆動する
薄膜トランジスタ１１２及び垂直駆動回路１０５と水平
駆動回路１０６に含まれる薄膜トランジスタは、本発明
に従って作製されたものである。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レーザ光を照射して半導体薄膜を加熱溶融し、非単結晶
から多結晶に転換するとともに、それに先立って少なく
ともレーザ光が照射されるべき領域に対してＵＶ光など
の非レーザ光を照射して予備的に加熱しておく。これに
よりレーザ光のエネルギーを下げることが可能となり、
その分レーザ光の照射領域を拡大することができる。ま
たＵＶランプで加熱することにより結晶化アニール工程
におけるプロセスマージンが広がり、プロセスの安定化
につながる。加えて薄膜トランジスタの電気特性の面内
均一性が改善できる。
レーザ光を照射して半導体薄膜を加熱溶融し、非単結晶
から多結晶に転換するとともに、それに先立って少なく
ともレーザ光が照射されるべき領域に対してＵＶ光など
の非レーザ光を照射して予備的に加熱しておく。これに
よりレーザ光のエネルギーを下げることが可能となり、
その分レーザ光の照射領域を拡大することができる。ま
たＵＶランプで加熱することにより結晶化アニール工程
におけるプロセスマージンが広がり、プロセスの安定化
につながる。加えて薄膜トランジスタの電気特性の面内
均一性が改善できる。
【図１】本発明に係る薄膜半導体装置の製造方法の要部
を示す模式図である。
を示す模式図である。
【図２】同じく本発明に係る薄膜半導体装置の製造方法
の要部を示す平面図である。
の要部を示す平面図である。
【図３】シリコンの吸収特性及びキセノンアークランプ
とＵＶランプの波長分布を示すグラフである。
とＵＶランプの波長分布を示すグラフである。
【図４】本発明に係る薄膜半導体装置の製造方法の実施
例を示す工程図である。
例を示す工程図である。
【図５】本発明に従って製造された薄膜半導体装置を駆
動基板として組み立てたアクティブマトリクス型表示装
置の一例を示す斜視図である。
動基板として組み立てたアクティブマトリクス型表示装
置の一例を示す斜視図である。
【図６】従来のレーザ光を用いた結晶化アニール方法を
示す模式図である。
示す模式図である。
０ 絶縁基板 ４ 半導体薄膜 ５０ レーザ光 ５１ エキシマレーザ光源 ５２ ビーム形成器 ５３ ミラー ５４ ＵＶランプ ５５ ＵＶ光 ５６ Ｘ−Ｙステージ
Claims (10)
- 【請求項１】 絶縁基板の表面に非単結晶の半導体薄膜
を形成する成膜工程と、光を照射して非単結晶の該半導
体薄膜を一旦加熱溶融し冷却過程で多結晶に転換するア
ニール工程と、多結晶の該半導体薄膜を活性層として薄
膜トランジスタを集積形成する加工工程とを行なう薄膜
半導体装置の製造方法であって、 前記アニール工程は、レーザ光を照射して半導体薄膜を
加熱溶融し非単結晶から多結晶に転換すると共に、それ
に先立って少なくともレーザ光が照射されるべき領域に
対して非レーザ光を照射して予備的に加熱しておく事を
特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記アニール工程は、レーザ光を半導体
薄膜の表面に照射すると共に、非レーザ光も半導体薄膜
の表面に照射する事を特徴とする請求項１記載の薄膜半
導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 前記アニール工程は、レーザ光を間欠的
に照射する一方、非レーザ光を連続的に照射する事を特
徴とする請求項１記載の薄膜半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 前記アニール工程は、エキシマレーザ光
源を用いてレーザ光を間欠的に照射する事を特徴とする
請求項１記載の薄膜半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 前記アニール工程は、エキシマレーザ光
源を用いてパルス幅が５０ｎｓ以上のレーザ光を間欠的
に照射する事を特徴とする請求項４記載の薄膜半導体装
置の製造方法。 - 【請求項６】 前記アニール工程は、エキシマレーザ光
源を用いて一辺が１０ｍｍ以上の矩形領域にレーザ光を
照射する事を特徴とする請求項４記載の薄膜半導体装置
の製造方法。 - 【請求項７】 前記アニール工程は、エキシマレーザ光
源を用いて波長がほぼ３０８ｎｍのレーザ光を照射する
事を特徴とする請求項４記載の薄膜半導体装置の製造方
法。 - 【請求項８】 前記アニール工程は、紫外線ランプを用
いて波長が４００ｎｍ以下の非レーザ光を照射する事を
特徴とする請求項１記載の薄膜半導体装置の製造方法。 - 【請求項９】 前記成膜工程は予めゲート電極が形成さ
れた絶縁基板の表面に非単結晶の半導体薄膜を形成し、
前記加工工程は多結晶の該半導体薄膜を活性層としてボ
トムゲート構造の薄膜トランジスタを集積形成する事を
特徴とする請求項１記載の薄膜半導体装置の製造方法。 - 【請求項１０】 所定の間隙を介して互いに接合した一
対の基板と、該間隙に保持された電気光学物質とを有
し、一方の透明基板には対向電極を形成し、他方の絶縁
基板には画素電極及びこれを駆動する薄膜トランジスタ
を形成した表示装置の製造方法であって、 該絶縁基板の表面に非単結晶の半導体薄膜を形成する成
膜工程と、光を照射して非単結晶の該半導体薄膜を一旦
加熱溶融し冷却過程で多結晶に転換するアニール工程
と、多結晶の該半導体薄膜を活性層として該薄膜トラン
ジスタを集積形成する加工工程とを含み、 前記アニール工程は、レーザ光を照射して半導体薄膜を
加熱溶融し非単結晶から多結晶に転換すると共に、それ
に先立って少なくともレーザ光が照射されるべき領域に
対して非レーザ光を照射して予備的に加熱しておく事を
特徴とする表示装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10202405A JP2000036464A (ja) | 1998-07-17 | 1998-07-17 | 薄膜半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10202405A JP2000036464A (ja) | 1998-07-17 | 1998-07-17 | 薄膜半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000036464A true JP2000036464A (ja) | 2000-02-02 |
Family
ID=16456972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10202405A Pending JP2000036464A (ja) | 1998-07-17 | 1998-07-17 | 薄膜半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000036464A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003282442A (ja) * | 2002-03-11 | 2003-10-03 | Sharp Corp | 半導体層の製造方法および半導体層製造システム |
| JP2007507897A (ja) * | 2003-09-29 | 2007-03-29 | ウルトラテック インク | 低濃度ドープシリコン基板のレーザー熱アニール |
-
1998
- 1998-07-17 JP JP10202405A patent/JP2000036464A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003282442A (ja) * | 2002-03-11 | 2003-10-03 | Sharp Corp | 半導体層の製造方法および半導体層製造システム |
| JP2007507897A (ja) * | 2003-09-29 | 2007-03-29 | ウルトラテック インク | 低濃度ドープシリコン基板のレーザー熱アニール |
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