JP2000133612A - 多結晶半導体膜の製造装置 - Google Patents
多結晶半導体膜の製造装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 非晶質シリコン膜をレ−ザアニ−ルし、多結
晶シリコン膜に改質するプロセスにより、結晶粒径が均
一であり結晶性の優れた多結晶シリコン膜を提供する。 【構成】 基板加熱機構付サンプルホルダ12を備えた非
酸化性雰囲気のチャンバ−13内に非晶質シリコン膜11を
形成したガラス基板10をセットする。基板上の非晶質シ
リコン膜にXeClエキシマレ−ザを照射してレ−ザアニ−
ルする時に、基板を加熱し、前記非晶質シリコン膜の基
板側を加熱する。これにより、非晶質シリコン膜の膜厚
方向に温度分布ができ、表面層から結晶化が始まり、結
晶粒径が均一で、結晶性の優れた多結晶シリコンが得ら
れる。該チャンバ−13内の雰囲気を冷却機構22で冷却し
た不活性ガスとして、非晶質シリコン膜の表面層を冷却
し、これによって表面層から結晶化させてもよい。
晶シリコン膜に改質するプロセスにより、結晶粒径が均
一であり結晶性の優れた多結晶シリコン膜を提供する。 【構成】 基板加熱機構付サンプルホルダ12を備えた非
酸化性雰囲気のチャンバ−13内に非晶質シリコン膜11を
形成したガラス基板10をセットする。基板上の非晶質シ
リコン膜にXeClエキシマレ−ザを照射してレ−ザアニ−
ルする時に、基板を加熱し、前記非晶質シリコン膜の基
板側を加熱する。これにより、非晶質シリコン膜の膜厚
方向に温度分布ができ、表面層から結晶化が始まり、結
晶粒径が均一で、結晶性の優れた多結晶シリコンが得ら
れる。該チャンバ−13内の雰囲気を冷却機構22で冷却し
た不活性ガスとして、非晶質シリコン膜の表面層を冷却
し、これによって表面層から結晶化させてもよい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は多結晶半導体薄膜の製造
方法におけるレ−ザアニ−ルによる結晶性の制御方法及
びそれを用いて製造された薄膜半導体装置並びにその製
造装置に関する。
方法におけるレ−ザアニ−ルによる結晶性の制御方法及
びそれを用いて製造された薄膜半導体装置並びにその製
造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、基板上に形成した非晶質半導体薄
膜をレ−ザアニ−ルし、多結晶半導体薄膜に改質するプ
ロセスとしては、特開昭63-25913号公報やIEEE TRANSAC
TIONSON ELECTRON DEVICES,VOL.36,NO.12,DECEMBER 198
9 p2868-2872に記載された例がある。これらの従来例で
は、アニ−ルの雰囲気は真空中もしくは不活性ガス中で
あり、基板温度は室温としている。真空中或いは不活性
ガス中でレ−ザアニ−ルすることにより空気中の酸素や
水分及びその他の有害不純物原子を減少させ、また表面
に酸化膜等が形成されることを防止している。
膜をレ−ザアニ−ルし、多結晶半導体薄膜に改質するプ
ロセスとしては、特開昭63-25913号公報やIEEE TRANSAC
TIONSON ELECTRON DEVICES,VOL.36,NO.12,DECEMBER 198
9 p2868-2872に記載された例がある。これらの従来例で
は、アニ−ルの雰囲気は真空中もしくは不活性ガス中で
あり、基板温度は室温としている。真空中或いは不活性
ガス中でレ−ザアニ−ルすることにより空気中の酸素や
水分及びその他の有害不純物原子を減少させ、また表面
に酸化膜等が形成されることを防止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、レ−
ザアニ−ル時に薄膜中に酸素原子、炭素その他の異物が
混入するコンタミ現象や自然酸化膜の形成防止に関して
は考慮されているが、得られた多結晶半導体薄膜の結晶
粒径の均一性の保持や結晶粒の膜厚方向の分布に関して
配慮がされていない。そのため、これを用いて多数の薄
膜半導体装置を製造した場合、その電気特性のばらつき
が生ずる。
ザアニ−ル時に薄膜中に酸素原子、炭素その他の異物が
混入するコンタミ現象や自然酸化膜の形成防止に関して
は考慮されているが、得られた多結晶半導体薄膜の結晶
粒径の均一性の保持や結晶粒の膜厚方向の分布に関して
配慮がされていない。そのため、これを用いて多数の薄
膜半導体装置を製造した場合、その電気特性のばらつき
が生ずる。
【０００４】本発明の課題は、多結晶半導体薄膜の電気
特性のばらつきを減少させるにある。
特性のばらつきを減少させるにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はレ−ザ照射時に基板側を高温に、半導体薄
膜表面が低温になるような温度勾配を設けることを特徴
としたものである。前記温度勾配を設ける手段として
は、レ−ザアニ−ル時に基板を加熱する方法、熱伝導に
優れた非酸化性ガスを照射雰囲気に使用する方法、前記
非酸化性ガスを予め冷却して注入する方法、及びこれら
の方法の組合せがある。さらに前記温度勾配を設ける手
段として、レ−ザアニ−ル装置に、基板加熱機構及びま
たはチャンバ−内に導入されるガスの冷却機構を備えて
もよい。
に、本発明はレ−ザ照射時に基板側を高温に、半導体薄
膜表面が低温になるような温度勾配を設けることを特徴
としたものである。前記温度勾配を設ける手段として
は、レ−ザアニ−ル時に基板を加熱する方法、熱伝導に
優れた非酸化性ガスを照射雰囲気に使用する方法、前記
非酸化性ガスを予め冷却して注入する方法、及びこれら
の方法の組合せがある。さらに前記温度勾配を設ける手
段として、レ−ザアニ−ル装置に、基板加熱機構及びま
たはチャンバ−内に導入されるガスの冷却機構を備えて
もよい。
【０００６】
【作用】非晶質シリコン膜の表面層にレ−ザ照射し溶融
固化させる場合、一般には、冷却固化は、膜の内部のレ
−ザ照射により溶融しなかった部分と溶融した部分の境
界部から始まり、最終的に最表面層が固化する。シリコ
ン膜表面層を低温にし、基板側を高温にしておくことで
冷却固化がシリコン膜表面から起こる。これにより不均
一な下地膜との界面の影響を受けずに自由表面から結晶
化が起こり、シリコン膜上層部の粒径は均一となり、か
つ粒径が大きくなる。なおかつ、基板を加熱しておくこ
とでシリコン膜の下層部(基板側部分)の冷却速度が遅く
なり、シリコン膜下層部でも粒径を大きくすることがで
きる。このように基板を高温に、シリコン膜表面を低温
にしておくことで、膜全体が均一かつ大きな粒径の結晶
からなる多結晶シリコン膜が形成される。膜全体が均一
かつ大きな粒径の結晶から形成されるので、半導体装置
の電気特性のばらつきも少なくなる。
固化させる場合、一般には、冷却固化は、膜の内部のレ
−ザ照射により溶融しなかった部分と溶融した部分の境
界部から始まり、最終的に最表面層が固化する。シリコ
ン膜表面層を低温にし、基板側を高温にしておくことで
冷却固化がシリコン膜表面から起こる。これにより不均
一な下地膜との界面の影響を受けずに自由表面から結晶
化が起こり、シリコン膜上層部の粒径は均一となり、か
つ粒径が大きくなる。なおかつ、基板を加熱しておくこ
とでシリコン膜の下層部(基板側部分)の冷却速度が遅く
なり、シリコン膜下層部でも粒径を大きくすることがで
きる。このように基板を高温に、シリコン膜表面を低温
にしておくことで、膜全体が均一かつ大きな粒径の結晶
からなる多結晶シリコン膜が形成される。膜全体が均一
かつ大きな粒径の結晶から形成されるので、半導体装置
の電気特性のばらつきも少なくなる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。
説明する。
【０００８】実施例１ 図1は、本発明の実施例のレーザアニール装置の要部構
成を示すブロック図である。本装置は、石英製の窓を有
するチャンバ−13と、その真空排気系16と、前記チャン
バ−13に雰囲気ガスを供給する雰囲気ガス供給系15と、
該雰囲気ガス供給系15とチャンバ−13の間に介装されて
雰囲気ガスを冷却する冷却機構２２と、該チャンバ−13
にレーザ光を投射するレ−ザ系１８とを含んで成る。チ
ャンバ−13内にはx-y-zステ−ジ及びそれに設置した加
熱機構付サンプルホルダ−12が内蔵されている。レ−ザ
系１８は、XeClエキシマレ-ザビームを発生するレーザ
発振器１８Ａと、ミラー１８Ｂと、ビーム均一化機構１
８Ｃとを含んで構成されている。
成を示すブロック図である。本装置は、石英製の窓を有
するチャンバ−13と、その真空排気系16と、前記チャン
バ−13に雰囲気ガスを供給する雰囲気ガス供給系15と、
該雰囲気ガス供給系15とチャンバ−13の間に介装されて
雰囲気ガスを冷却する冷却機構２２と、該チャンバ−13
にレーザ光を投射するレ−ザ系１８とを含んで成る。チ
ャンバ−13内にはx-y-zステ−ジ及びそれに設置した加
熱機構付サンプルホルダ−12が内蔵されている。レ−ザ
系１８は、XeClエキシマレ-ザビームを発生するレーザ
発振器１８Ａと、ミラー１８Ｂと、ビーム均一化機構１
８Ｃとを含んで構成されている。
【０００９】まずサンプルをチャンバ-13内のサンプル
ホルダ−１２にセットし、基板加熱機構により基板を30
0℃に加熱した。サンプルとしては、ガラス基板10上にL
P-CVD法により非晶質シリコン膜11を厚さ100nm形成した
ものを用いた。次に、真空排気系16によりチャンバ-13
内を圧力が1mPaになるまで排気し、その後、雰囲気ガス
供給系15によりアルゴン，ネオンに比べて熱伝導性の優
れたヘリウム(Ｈe)をチャンバ-13内が1気圧(ほぼ１０１
３２５Pa)になるまで注入した。その後、サンプル表面
にXeClエキシマレ-ザを照射してレ−ザアニ−ルした。
レ-ザは発振波長308nm、パルス幅28nsのものを使用し、
照射エネルギ-は250mJ/cm２の条件でアニ-ルした。この
アニールの際、雰囲気中のＨeガスの存在と基板の加熱
により、非晶質シリコン膜には、基板側が高く表面側が
低くなる温度勾配が形成された。上記アニ−ルプロセス
により得られた多結晶シリコン膜の断面TEM写真を見る
と、シリコン膜全体が均一な100nm程度の結晶粒径とな
っていた。結晶性に関しては、air中で基板加熱なしで
レ-ザアニ-ルしたものと、本実施例の方法によりレーザ
アニールしたもののＸ線回折強度を比較すると、前者は
回折強度が約0.8kcpsなのに対し、後者は約1.5kcpsと2
倍程度の差が生じ、これは後者の結晶成分が緻密である
ことを示している。以上のように、本実施例によれば、
結晶粒径が均一で、かつ結晶粒子の分布が緻密な結晶性
に優れた多結晶シリコン膜が形成できた。
ホルダ−１２にセットし、基板加熱機構により基板を30
0℃に加熱した。サンプルとしては、ガラス基板10上にL
P-CVD法により非晶質シリコン膜11を厚さ100nm形成した
ものを用いた。次に、真空排気系16によりチャンバ-13
内を圧力が1mPaになるまで排気し、その後、雰囲気ガス
供給系15によりアルゴン，ネオンに比べて熱伝導性の優
れたヘリウム(Ｈe)をチャンバ-13内が1気圧(ほぼ１０１
３２５Pa)になるまで注入した。その後、サンプル表面
にXeClエキシマレ-ザを照射してレ−ザアニ−ルした。
レ-ザは発振波長308nm、パルス幅28nsのものを使用し、
照射エネルギ-は250mJ/cm２の条件でアニ-ルした。この
アニールの際、雰囲気中のＨeガスの存在と基板の加熱
により、非晶質シリコン膜には、基板側が高く表面側が
低くなる温度勾配が形成された。上記アニ−ルプロセス
により得られた多結晶シリコン膜の断面TEM写真を見る
と、シリコン膜全体が均一な100nm程度の結晶粒径とな
っていた。結晶性に関しては、air中で基板加熱なしで
レ-ザアニ-ルしたものと、本実施例の方法によりレーザ
アニールしたもののＸ線回折強度を比較すると、前者は
回折強度が約0.8kcpsなのに対し、後者は約1.5kcpsと2
倍程度の差が生じ、これは後者の結晶成分が緻密である
ことを示している。以上のように、本実施例によれば、
結晶粒径が均一で、かつ結晶粒子の分布が緻密な結晶性
に優れた多結晶シリコン膜が形成できた。
【００１０】実施例２ 図1に示したレ−ザアニ−ル装置を用いて、プラズマCVD
法で形成した膜厚10、20、40、60、80、100nmの非晶質シリコ
ン膜を結晶化した。プラズマCVD法による成膜はガラス
基板上に、原料ガスとして水素Ｈ2とモノシランSiＨ4を
用い、圧力８０Ｐa、基板温度300℃、RFパワ−60Wの条件
で形成した。まず、プラズマCVD法で非晶質シリコン膜
を成膜した場合は、膜中に水素が多量に含有されるため
に、前記シリコン膜に高エネルギ−のレ−ザ照射すると
膜の剥離が発生する。そのため、レ−ザアニ−ルする前
処理として、水素を減らす工程を加えた。この工程とし
ては、約400℃の熱アニ−ルを行う方法や連続発振のレ
−ザを照射する方法などがあるが、本実施例では400℃
で15分間窒素雰囲気中で熱アニ−ルし、膜中に含まれる
水素濃度を9％以下に減らした。その後、図1に示した装
置にサンプルをセットし、上述実施例と同様なプロセス
でレ−ザアニ−ルした。得られた多結晶シリコン膜の結
晶性について、図2に示す。縦軸は、X線回折評価の結果
得られた(111)面、(220)面、(311)面からの回折強度の
和を膜厚で割ったものであり、横軸は非晶質シリコン膜
の膜厚である。図２から、基板加熱しない従来の方法で
レ−ザアニ−ルした場合の特性Ａと比べると、本実施例
(特性Ｂ)のものは、膜厚に依らず均一に、かつ非晶質シ
リコン膜全体を結晶化できることが判った。又、Ｘ線回
折ピ−クの半値幅より算出できる結晶子サイズと膜厚の
関係を、結晶子サイズ(nm)を縦軸に膜厚(ｎｍ)を横軸に
とって図3に示す。この結果から、本実施例のもの(特性
Ｂ)は結晶子サイズも膜厚に依らずにほぼ一定な12ｎｍ
程度の値が得られ、従来法(特性Ａ)に比べて均一性が優
れていることがわかる。なお、結晶子は、顕微鏡的物体
で結晶の初期的形成物をいう。本実施例によっても、前
記第１の実施例と同様の効果が得られた。
法で形成した膜厚10、20、40、60、80、100nmの非晶質シリコ
ン膜を結晶化した。プラズマCVD法による成膜はガラス
基板上に、原料ガスとして水素Ｈ2とモノシランSiＨ4を
用い、圧力８０Ｐa、基板温度300℃、RFパワ−60Wの条件
で形成した。まず、プラズマCVD法で非晶質シリコン膜
を成膜した場合は、膜中に水素が多量に含有されるため
に、前記シリコン膜に高エネルギ−のレ−ザ照射すると
膜の剥離が発生する。そのため、レ−ザアニ−ルする前
処理として、水素を減らす工程を加えた。この工程とし
ては、約400℃の熱アニ−ルを行う方法や連続発振のレ
−ザを照射する方法などがあるが、本実施例では400℃
で15分間窒素雰囲気中で熱アニ−ルし、膜中に含まれる
水素濃度を9％以下に減らした。その後、図1に示した装
置にサンプルをセットし、上述実施例と同様なプロセス
でレ−ザアニ−ルした。得られた多結晶シリコン膜の結
晶性について、図2に示す。縦軸は、X線回折評価の結果
得られた(111)面、(220)面、(311)面からの回折強度の
和を膜厚で割ったものであり、横軸は非晶質シリコン膜
の膜厚である。図２から、基板加熱しない従来の方法で
レ−ザアニ−ルした場合の特性Ａと比べると、本実施例
(特性Ｂ)のものは、膜厚に依らず均一に、かつ非晶質シ
リコン膜全体を結晶化できることが判った。又、Ｘ線回
折ピ−クの半値幅より算出できる結晶子サイズと膜厚の
関係を、結晶子サイズ(nm)を縦軸に膜厚(ｎｍ)を横軸に
とって図3に示す。この結果から、本実施例のもの(特性
Ｂ)は結晶子サイズも膜厚に依らずにほぼ一定な12ｎｍ
程度の値が得られ、従来法(特性Ａ)に比べて均一性が優
れていることがわかる。なお、結晶子は、顕微鏡的物体
で結晶の初期的形成物をいう。本実施例によっても、前
記第１の実施例と同様の効果が得られた。
【００１１】実施例３ 本発明を薄膜トランジスタ（TFT）形成プロセスに適用
した場合について述べる。ガラス基板上にゲ−ト電極と
なるCr膜２をスパッタ法により厚さ120nm堆積し、ホト
エッチング工程によりゲ−ト電極パタ−ンにパタ−ニン
グする(図４)。その後、プラズマCVD法により、ゲ−ト
絶縁膜としてのSiＮ膜３及び半導体能動層としての非晶
質シリコン膜４を連続して堆積させる(図５)。SiＮ膜３
の形成条件は、基板温度350℃、ガス流量はSiＨ4 10scc
m、ＮＨ3 60sccm、Ｎ2 200sccmとし、膜厚350nm堆積し
た。非晶質シリコン膜４の形成条件は基板温度300℃、
ガス流量はＨ2 200sccm、SiＨ4 70sccmとし、膜厚100nm
堆積した。その後、熱処理して水素含有量を減少させて
から図１に示した装置を用いて、本発明の方法により結
晶化を行った。冷却機構22で室温以下に冷却したＡrガ
スをサンプル表面に吹き付け、基板加熱温度を300℃、X
eClエキシマレ−ザの照射エネルギ−を260mJ/cm２とし
て、非晶質シリコン膜４に基板側が高く表面側が低くな
る温度勾配を形成した。非晶質シリコン膜４が結晶化さ
れて多結晶シリコン膜５となった後の構造断面図を図６
に示す。その後、n型シリコン膜６をプラズマCVD法によ
り230℃で40nm堆積し、所定のパタ−ンにホトエッチン
グによりパタ−ニングした。そして、ソ−ス・ドレイン
電極としてスパッタ法により100℃でＣr膜７を60nm、Ａl
膜８を370nm形成した。上記プロセスの後、ホトエッチ
ング工程により、まずＡl膜８及びＣr膜７をソ−ス・ド
レイン電極パタ−ンとなるように選択除去し、次にn型
シリコン膜６をドライエッチングにより除去し、チャネ
ル領域を形成した。この時の構造断面図を図7に示す。
した場合について述べる。ガラス基板上にゲ−ト電極と
なるCr膜２をスパッタ法により厚さ120nm堆積し、ホト
エッチング工程によりゲ−ト電極パタ−ンにパタ−ニン
グする(図４)。その後、プラズマCVD法により、ゲ−ト
絶縁膜としてのSiＮ膜３及び半導体能動層としての非晶
質シリコン膜４を連続して堆積させる(図５)。SiＮ膜３
の形成条件は、基板温度350℃、ガス流量はSiＨ4 10scc
m、ＮＨ3 60sccm、Ｎ2 200sccmとし、膜厚350nm堆積し
た。非晶質シリコン膜４の形成条件は基板温度300℃、
ガス流量はＨ2 200sccm、SiＨ4 70sccmとし、膜厚100nm
堆積した。その後、熱処理して水素含有量を減少させて
から図１に示した装置を用いて、本発明の方法により結
晶化を行った。冷却機構22で室温以下に冷却したＡrガ
スをサンプル表面に吹き付け、基板加熱温度を300℃、X
eClエキシマレ−ザの照射エネルギ−を260mJ/cm２とし
て、非晶質シリコン膜４に基板側が高く表面側が低くな
る温度勾配を形成した。非晶質シリコン膜４が結晶化さ
れて多結晶シリコン膜５となった後の構造断面図を図６
に示す。その後、n型シリコン膜６をプラズマCVD法によ
り230℃で40nm堆積し、所定のパタ−ンにホトエッチン
グによりパタ−ニングした。そして、ソ−ス・ドレイン
電極としてスパッタ法により100℃でＣr膜７を60nm、Ａl
膜８を370nm形成した。上記プロセスの後、ホトエッチ
ング工程により、まずＡl膜８及びＣr膜７をソ−ス・ド
レイン電極パタ−ンとなるように選択除去し、次にn型
シリコン膜６をドライエッチングにより除去し、チャネ
ル領域を形成した。この時の構造断面図を図7に示す。
【００１２】TFT形成後、ＳiＮ膜中の固定電荷を除去す
るためにＮ2中で200℃で1時間熱処理し、ゲ−ト電圧と
ドレイン電流の関係を測定した。その結果、200mm×260
mmの大きさのガラス基板に形成したTFTの特性は、電界
効果移動度45±10cm２／V・s、しきい値電圧2.4±0.4Vの
良好な特性が得られた。一方、本発明の方法を用いず
に、基板加熱なしの真空中でレ−ザアニ−ルした場合の
TFTの特性は、電界効果移動度は平均15cm２／V・s、最大
52cm２／V・s、最小8cm２／V・sと小さく、かつばらつき
が大きい。以上のように、本実施例によれば、電気的特
性の優れたTFTが形成できた。
るためにＮ2中で200℃で1時間熱処理し、ゲ−ト電圧と
ドレイン電流の関係を測定した。その結果、200mm×260
mmの大きさのガラス基板に形成したTFTの特性は、電界
効果移動度45±10cm２／V・s、しきい値電圧2.4±0.4Vの
良好な特性が得られた。一方、本発明の方法を用いず
に、基板加熱なしの真空中でレ−ザアニ−ルした場合の
TFTの特性は、電界効果移動度は平均15cm２／V・s、最大
52cm２／V・s、最小8cm２／V・sと小さく、かつばらつき
が大きい。以上のように、本実施例によれば、電気的特
性の優れたTFTが形成できた。
【００１３】実施例４ 次に、本発明を駆動回路一体型TFTアクティブマトリク
ス方式液晶ディスプレイに適用した実施例について説明
する。前記液晶ディスプレイの概略図を図８に示す。画
素部100と駆動回路部101は、基板１上に同一のプロセス
で形成されるTFTで構成されている。これらのTFTは、プ
ラズマCVD法で形成した非晶質シリコン膜の含有水素量
を減らした後に、図1で示した実施例と同様なプロセス
で結晶化された。この時の基板加熱温度は300℃であ
る。前述のようにして、図８に示した液晶ディスプレイ
を作成した。その際、透明電極、保持容量部の形成に関
しては従来と同一の方法を用いた。以上のようにして、
駆動回路一体型TFTアクティブマトリクス方式液晶ディ
スプレイが形成できた。本実施例によれば、同一基板上
に、一つの工程で同時に画素部100と駆動回路部101が形
成されるので、製造工程が簡単化かつ短縮され、液晶デ
ィスプレイのコンパクト化及びコスト低減の効果が得ら
れた。
ス方式液晶ディスプレイに適用した実施例について説明
する。前記液晶ディスプレイの概略図を図８に示す。画
素部100と駆動回路部101は、基板１上に同一のプロセス
で形成されるTFTで構成されている。これらのTFTは、プ
ラズマCVD法で形成した非晶質シリコン膜の含有水素量
を減らした後に、図1で示した実施例と同様なプロセス
で結晶化された。この時の基板加熱温度は300℃であ
る。前述のようにして、図８に示した液晶ディスプレイ
を作成した。その際、透明電極、保持容量部の形成に関
しては従来と同一の方法を用いた。以上のようにして、
駆動回路一体型TFTアクティブマトリクス方式液晶ディ
スプレイが形成できた。本実施例によれば、同一基板上
に、一つの工程で同時に画素部100と駆動回路部101が形
成されるので、製造工程が簡単化かつ短縮され、液晶デ
ィスプレイのコンパクト化及びコスト低減の効果が得ら
れた。
【００１４】上記各実施例では、レーザアニール時の基
板加熱温度は、いずれも３００℃であるが、加熱温度
は、レーザアニール時に結晶化しようとしている膜から
の上下方向(基板と垂直の方向)への放熱量がほぼ均一に
なるように設定すればよい。また、雰囲気ガス供給系１
５から不活性ガス等の非酸化性ガスを供給する際に、冷
却機構２２でそのガスを冷却し、結晶化しようとしてい
る膜の表面側からの放熱を促進することによって基板の
加熱と合わせて膜からの放熱量を制御することができ
る。ただし、基板の加熱温度は、基板としてガラスが用
いられている場合は歪点以下(例えばコーニング７０５
９ガラスで約６００℃以下)、シリコン基板の場合はそ
の融点以下に押さえる必要がある。
板加熱温度は、いずれも３００℃であるが、加熱温度
は、レーザアニール時に結晶化しようとしている膜から
の上下方向(基板と垂直の方向)への放熱量がほぼ均一に
なるように設定すればよい。また、雰囲気ガス供給系１
５から不活性ガス等の非酸化性ガスを供給する際に、冷
却機構２２でそのガスを冷却し、結晶化しようとしてい
る膜の表面側からの放熱を促進することによって基板の
加熱と合わせて膜からの放熱量を制御することができ
る。ただし、基板の加熱温度は、基板としてガラスが用
いられている場合は歪点以下(例えばコーニング７０５
９ガラスで約６００℃以下)、シリコン基板の場合はそ
の融点以下に押さえる必要がある。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、非晶質半導体膜レーザ
アニール時に該非晶質半導体膜が基板側から加熱される
ので、該膜の結晶化が膜の表面側からも進行し、非晶質
半導体膜を、結晶粒径が半導体膜の深さ方向にも均一な
多結晶半導体膜に改質することが可能となり、電気特性
及びその均一性にも優れている薄膜半導体装置が製造さ
れる効果がある。
アニール時に該非晶質半導体膜が基板側から加熱される
ので、該膜の結晶化が膜の表面側からも進行し、非晶質
半導体膜を、結晶粒径が半導体膜の深さ方向にも均一な
多結晶半導体膜に改質することが可能となり、電気特性
及びその均一性にも優れている薄膜半導体装置が製造さ
れる効果がある。
【図１】本発明の第１の実施例である半導体製造装置の
要部構成を示すブロック図である。
要部構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施例の膜厚とＸ線回折による
結晶性の評価結果の関係を示すグラフである。
結晶性の評価結果の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施例の膜厚と結晶子サイズの
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第３の実施例の製造工程(ゲ−ト電極
形成時）におけるTFTの断面模式図である。
形成時）におけるTFTの断面模式図である。
【図５】本発明の第３の実施例の製造工程(シリコン膜
形成時）におけるTFTの断面模式図である。
形成時）におけるTFTの断面模式図である。
【図６】本発明の第３の実施例の製造工程(シリコン膜
結晶化後）におけるTFTの断面模式図である。
結晶化後）におけるTFTの断面模式図である。
【図７】本発明の第３の実施例であるTFTの断面模式図
である。
である。
【図８】本発明の第４の実施例である、駆動回路と表示
部とが同時に形成された一体型液晶ディスプレイの要部
配置を示す平面図である。
部とが同時に形成された一体型液晶ディスプレイの要部
配置を示す平面図である。
１ ガラス基板 ２ Ｃｒ膜 ３ ＳｉＮ膜 ４ 非晶質シリコン膜 ５ 多結晶シリコン膜 ６ ｎ型シリコン膜 ７ Ｃｒ膜 ８ Ａｌ膜 １０ ガラス基板 １１ 非晶質シリコン膜 １２ 基板加熱機構付サンプルホルダー １３ チャンバ− １４ 石英窓 １５ 雰囲気ガス供給系 １６ 真空排気系 １８Ａ エキシマレ−ザ発振器 １８Ｂ ミラー １８Ｃ ビ−ム均一化機構 １００ 画素部 １０１ 駆動回路部
Claims (4)
- 【請求項１】 少なくとも一方向に移動可能なステージ
及び前記ステージに設置した加熱機構付サンプルホルダ
ーを内装したチャンバーと、前記加熱機構付サンプルホ
ルダーに保持されたサンプルに、ミラー及びビーム均一
化機構を介してレーザ光を照射するレーザ発振器と、前
記チャンバーを排気する真空排気系と、前記チャンバー
に非酸化性ガスを供給する雰囲気ガス供給系と、を含ん
でなる多結晶半導体膜の製造装置。 - 【請求項２】 前記チャンバーと前記非酸化性ガスを供
給する雰囲気ガス供給系の間に介装されて非酸化性ガス
を冷却する冷却機構を有することを特徴とする請求項１
記載の多結晶半導体膜の製造装置。 - 【請求項３】 前記移動可能なステージは、少なくとも
水平方向に移動可能であることを特徴とする請求項１又
は２に記載の多結晶半導体膜の製造装置。 - 【請求項４】 前記移動可能なステージは、水平方向及
び垂直方向に移動可能であることを特徴とする請求項１
又は２に記載の多結晶半導体膜の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34280899A JP3390830B2 (ja) | 1999-12-02 | 1999-12-02 | 多結晶半導体膜の製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34280899A JP3390830B2 (ja) | 1999-12-02 | 1999-12-02 | 多結晶半導体膜の製造装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05127091A Division JP3458216B2 (ja) | 1990-11-30 | 1991-03-15 | 多結晶半導体膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000133612A true JP2000133612A (ja) | 2000-05-12 |
| JP3390830B2 JP3390830B2 (ja) | 2003-03-31 |
Family
ID=18356661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34280899A Expired - Fee Related JP3390830B2 (ja) | 1999-12-02 | 1999-12-02 | 多結晶半導体膜の製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3390830B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7247812B2 (en) * | 2002-11-22 | 2007-07-24 | Au Optronics Corporation | Laser annealing apparatus |
| US7534977B2 (en) | 2000-12-28 | 2009-05-19 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Heat treatment apparatus and method of manufacturing a semiconductor device |
| CN112271153A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-01-26 | 成都中建材光电材料有限公司 | 一种均匀冷却大面积碲化镉薄膜芯片的装置 |
| CN113097107A (zh) * | 2021-03-26 | 2021-07-09 | 常州时创能源股份有限公司 | 非晶硅靶材承载装置 |
-
1999
- 1999-12-02 JP JP34280899A patent/JP3390830B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7534977B2 (en) | 2000-12-28 | 2009-05-19 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Heat treatment apparatus and method of manufacturing a semiconductor device |
| US7247812B2 (en) * | 2002-11-22 | 2007-07-24 | Au Optronics Corporation | Laser annealing apparatus |
| CN112271153A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-01-26 | 成都中建材光电材料有限公司 | 一种均匀冷却大面积碲化镉薄膜芯片的装置 |
| CN113097107A (zh) * | 2021-03-26 | 2021-07-09 | 常州时创能源股份有限公司 | 非晶硅靶材承载装置 |
| CN113097107B (zh) * | 2021-03-26 | 2023-12-15 | 常州时创能源股份有限公司 | 非晶硅靶材承载装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3390830B2 (ja) | 2003-03-31 |
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