JP2000260709A5 - - Google Patents
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Description
【0016】
【課題を解決するための手段】
図1は本発明の原理的構成の説明図であり、この図1を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図1参照
(1)本発明は、半導体薄膜の結晶化方法において、絶縁性基板1上にシリコンを主成分とする非単結晶半導体薄膜2を成膜したのち、非単結晶半導体薄膜2を島状パターンに加工し、次いで、非単結晶半導体薄膜2上に絶縁膜パターン3を選択的に形成し、次いで、レーザ光4を照射して、非単結晶半導体薄膜2を絶縁膜パターン3の端部から中央部に向かって結晶化する工程を有することを特徴とする。
0016.
[Means for solving problems]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a principle configuration of the present invention, and a means for solving a problem in the present invention will be described with reference to FIG. 1.
See Figure 1
(1) In the method for crystallizing a semiconductor thin film, the present invention forms a non-single crystal semiconductor
この様に、非単結晶半導体薄膜2上に絶縁膜パターン3を選択的に形成したのちレーザ光4を照射して、非単結晶半導体薄膜2を図において矢印で示す様に絶縁膜パターン3の端部から中央部に向かって結晶化することによって、レーザ照射のみによって結晶粒径の大きな結晶化領域6を任意の位置に形成することができ、それによって、素子特性のバラツキを小さくすることができる。
またデバイスを形成するための島状パターンを絶縁膜パターン3を設ける前に形成することによって、熱の逃げが少なくなるのでより低エネルギーでの結晶化が可能になり、また、島状パターン毎の温度差が小さくなってより均一な結晶が得られやすくなり、さらに、レーザ光4のビームプロファイルの影響を受けにくくなる。
なお、絶縁膜パターン3を設けない領域においても結晶化が進み多結晶領域5が形成されるが、その結晶粒径は結晶化領域6より小さくなる。
また、「シリコンを主成分とする」とは、シリコン自体、或いは、シリコンにゲルマニウム等の元素を添加した半導体を意味し、また、「非単結晶」とはアモルファス、微結晶、及び、多結晶を意味する。
また、この場合のレーザ光の波長は、非単結晶半導体薄膜の禁制帯幅に応じて吸収波長となる波長とするものであり、通常は紫外線を用いる。
In this way, after the insulating film pattern 3 is selectively formed on the non-single crystal semiconductor
Further, by forming the island-shaped pattern for forming the device before the insulating film pattern 3 is provided, heat escape is reduced, so that crystallization with lower energy becomes possible, and each island-shaped pattern can be crystallized. The temperature difference becomes smaller, more uniform crystals can be easily obtained, and the beam profile of the
Even in the region where the insulating film pattern 3 is not provided, crystallization proceeds and the polycrystalline region 5 is formed, but the crystal grain size thereof is smaller than that of the crystallized
Further, "mainly composed of silicon" means silicon itself or a semiconductor obtained by adding an element such as germanium to silicon, and "non-single crystal" means amorphous, microcrystal, and polycrystal. Means.
Further, the wavelength of the laser beam in this case is a wavelength that becomes an absorption wavelength according to the forbidden bandwidth of the non-single crystal semiconductor thin film, and ultraviolet rays are usually used.
(3)また、本発明は、上記(1)において、絶縁膜パターン3の線幅が、薄膜トランジスタのチャネル長より最大4μm拡げた大きさであることを特徴とする。 ( 3 ) Further, the present invention is characterized in that, in the above (1), the line width of the insulating film pattern 3 is larger than the channel length of the thin film transistor by a maximum of 4 μm.
(4)また、本発明は、上記(1)または(2)に記載の結晶化方法による結晶化半導体薄膜を用いた半導体装置において、絶縁膜パターン3の直下の結晶化領域6を能動領域として用いたことを特徴とする。
( 4 ) Further, in the present invention, in the semiconductor device using the crystallized semiconductor thin film by the crystallization method according to the above (1) or (2) , the
(5)また、本発明は、上記(4)において、絶縁膜パターン3の直下の結晶化領域6の少なくとも一部を、薄膜トランジスタのチャネル領域として用いたことを特徴とする。
( 5 ) Further, the present invention is characterized in that, in the above ( 4 ), at least a part of the
(6)また、本発明は、上記(5)において、チャネル領域のチャネル長方向には、結晶粒が2個以下しか存在しないことを特徴とする。 ( 6 ) Further, the present invention is characterized in that, in the above ( 5 ), only two or less crystal grains are present in the channel length direction of the channel region.
(7)また、本発明は、上記(3)に記載の結晶化方法による結晶化半導体薄膜を用いた半導体装置において、絶縁膜パターン3の直下の結晶化領域6の中央部のチャネル領域に隣接する領域の結晶粒径がチャネル領域の結晶粒径より大きい領域を電界緩和領域とすることを特徴とする。
( 7 ) Further, according to the present invention, in the semiconductor device using the crystallized semiconductor thin film by the crystallization method described in (3 ) above, the present invention is adjacent to the channel region in the central portion of the
【0032】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明の実施の形態を説明する前に本発明の前提となる参考例を、図2乃至図4参照して説明するが、まず、図2及び図3を参照して、参考例の製造工程を説明する。 なお、図2(a)乃至図3(c)において、左側の図は要部上面図であり、また、右側の図はチャネル長方向に沿った要部断面図であり、また、図3(d)は図3(c)における破線で示す円内の拡大図である。
[0032]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Here, the reference example as a premise of the present invention Before describing the embodiments of the present invention will be described with reference FIGS. 2 to 4, first, with reference to FIGS. 2 and 3, reference example The manufacturing process of the above will be described. In FIGS. 2 (a) to 3 (c), the left side view is a top view of the main part, and the right side view is a cross-sectional view of the main part along the channel length direction. d) is an enlarged view in the circle shown by the broken line in FIG. 3 (c).
この様に、本発明の前提となる参考例においては、SiO2 膜パターン15を選択的に設けたのちレーザアニールを行っているので、結晶粒径が0.8〜1.0μm程度の結晶化シリコン領域19をレーザアニールのみによって任意の位置に再現性良く形成することができ、また、SiO2 膜パターン15を設けた状態でレーザ照射を行っているので、表面平坦化の効果の期待でき、それによって、特性の揃ったTFTからなるTFT基板を製造することができる。
As described above, in the reference example which is the premise of the present invention, since the SiO 2 film pattern 15 is selectively provided and then the laser annealing is performed, crystallization having a crystal particle size of about 0.8 to 1.0 μm is performed. The
次に、図5及び図6を参照して、本発明の第1の実施の形態の製造工程を説明するが、図5(a)乃至図6(c)において、左側の図は要部上面図であり、また、右側の図はチャネル長方向に沿った要部断面図であり、また、図6(d)は図6(c)における破線で示す円内をSiO2 膜パターン15を一部透視して示した拡大図である。
図5(a)参照
まず、TFT基板となる透明なガラス基板11上に、プラズマCVD法を用いて、例えば、厚さが150nmの下地SiO2 膜12、及び、厚さが10〜200nm、例えば、50nmのアモルファスシリコン膜を順次堆積させたのち、所定形状のレジストパターン(図示せず)をマスクとして、アモルファスシリコン膜にCl2 +BCl3 をエッチングガスとしたドライ・エッチングを施すことによってアモルファスシリコン島状パターン21を形成する。
Next, the manufacturing process of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6, and in FIGS. 5 (a) to 6 (c), the figure on the left side is the upper surface of the main part. The figure on the right side is a cross-sectional view of a main part along the channel length direction, and FIG. 6 (d) shows the SiO 2 film pattern 15 in the circle shown by the broken line in FIG. 6 (c). It is an enlarged view which showed the part see-through.
See FIG. 5 (a)
First, on a
この様に、本発明の第1の実施の形態においては、上記の参考例と同様の作用効果が得られる以外に、アモルファスシリコン膜をパターニングしてアモルファスシリコン島状パターン21を形成したのち、SiO2 膜パターン15を選択的に設けてレーザアニールを行っているので、熱の逃げが少なくなるのでより低エネルギーでの結晶化が可能になり、また、アモルファスシリコン島状パターン21毎の温度差が小さくなってより均一な結晶が得られやすくなり、さらに、エキシマレーザ光16のビームプロファイルの影響を受けにくくなる。
As described above, in the first embodiment of the present invention, in addition to obtaining the same effects as those in the above reference example , the amorphous silicon film is patterned to form the amorphous silicon island-
次に、図7乃至図9を参照して本発明の第2の実施の形態を説明するが、まず、図7及び図8を参照して、本発明の第2の実施の形態の製造工程を説明する。
なお、図7(a)乃至図8(c)において、左側の図は要部上面図であり、また、右側の図はチャネル長方向に沿った要部断面図であり、また、図8(d)は図8(c)における破線で示す円内をゲート電極及びSiO2 膜パターンを一部透視して示した拡大図である。
図7(a)参照
まず、上記の第1の実施の形態と同様に、TFT基板となる透明なガラス基板11上に、プラズマCVD法を用いて、例えば、厚さが150nmの下地SiO2 膜12、及び、厚さが10〜200nm、例えば、50nmのアモルファスシリコン膜を順次堆積させたのち、所定形状のレジストパターン(図示せず)をマスクとして、アモルファスシリコン膜にCl2 +BCl3 をエッチングガスとしたドライ・エッチングを施すことによってアモルファスシリコン島状パターン21を形成する。
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 9, but first, the manufacturing process of the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8. Will be explained.
In FIGS. 7 (a) to 8 (c), the left side view is a top view of the main part, and the right side view is a cross-sectional view of the main part along the channel length direction. d) is an enlarged view showing a part of the gate electrode and the SiO 2 film pattern in the circle shown by the broken line in FIG. 8 (c).
See FIG. 7 (a)
First, as in the first embodiment described above, a
この様に、本発明の第2の実施の形態においては、上記の第1の実施の形態と同様の作用効果が得られる以外に、SiO2 膜パターン22の線幅wを、w≦チャネル長+2×2μmとしているので、チャネル領域の両側を低抵抗のオフセット領域にすることができ、それによって、特性の不安定要因となるLDD領域形成のためのイオン注入工程が不要となるので、製造工程の簡略化とともに、素子特性の安定化が可能になる。
As described above, in the second embodiment of the present invention, the line width w of the SiO 2
また、上記の第1の実施の形態の説明においては、チャネル領域の中央に結晶粒界が存在するが、ゲート電極を1μm以下にし、ゲート電極を設ける領域を選択することによってチャネル領域において、チャネル長方向に結晶粒界が存在しない様にしても良いものであり、それによって、TFTの特性をさらに高めることができる。 Further, in the above description of the first embodiment, the crystal grain boundary exists in the center of the channel region, but by setting the gate electrode to 1 μm or less and selecting the region where the gate electrode is provided, the channel in the channel region The grain boundaries may not be present in the long direction, whereby the characteristics of the TFT can be further enhanced.
また、上記の第2の実施の形態においては、アモルファスシリコン島状パターンを形成してからSiO2 膜パターンを形成しているが、上記の参考例と同様に、SiO2 膜パターンを形成してレーザ照射したのち、島状パターンにパターニングしても良いものである。 Further, in the second embodiment described above, the amorphous silicon island pattern is formed and then the SiO 2 film pattern is formed. However, as in the above reference example , the SiO 2 film pattern is formed. After irradiating with a laser, it may be patterned into an island pattern.
また、上記の第2の実施の形態においては、SiO2 膜パターン22をそのままゲート絶縁膜として用いているが、SiO2 膜パターン22を除去したのち、新たに、SiO2 膜或いはSiN膜を堆積させてゲート絶縁膜としても良いものである。
Further, in the second embodiment described above, the SiO 2 film pattern 22 is used as it is as the gate insulating film, but after removing the SiO 2
また、上記の第2の実施の形態においては、イオン注入を行わずにオフセット部としているが、LDD領域形成のためのイオン注入を行っても良いものであり、被注入部分の結晶性が均一で、高品質であるために、注入後の抵抗値が安定する。 Further, in the second embodiment described above, the offset portion is provided without ion implantation, but ion implantation for forming the LDD region may be performed, and the crystallinity of the implanted portion is uniform. And because of the high quality, the resistance value after implantation is stable.
【図2】
本発明の前提となる参考例の途中までの製造工程の説明図である。
FIG. 2
It is explanatory drawing of the manufacturing process to the middle of the reference example which is the premise of this invention.
【図3】
本発明の前提となる参考例の図2以降の製造工程の説明図である。
FIG. 3
It is explanatory drawing of the manufacturing process after FIG. 2 of the reference example which is the premise of this invention.
【図4】
本発明の前提となる参考例によるシリコン薄膜のラマンシフトの説明図である。
FIG. 4
It is explanatory drawing of the Raman shift of the silicon thin film by the reference example which is the premise of this invention.
【図5】
本発明の第1の実施の形態の途中までの製造工程の説明図である。
FIG. 5
It is explanatory drawing of the manufacturing process to the middle of the 1st Embodiment of this invention.
【図6】
本発明の第1の実施の形態の図5以降の製造工程の説明図である。
FIG. 6
It is explanatory drawing of the manufacturing process after FIG. 5 of the 1st Embodiment of this invention.
【図7】
本発明の第2の実施の形態の途中までの製造工程の説明図である。
FIG. 7
It is explanatory drawing of the manufacturing process to the middle of the 2nd Embodiment of this invention.
【図8】
本発明の第2の実施の形態の図7以降の製造工程の説明図である。
FIG. 8
It is explanatory drawing of the manufacturing process after FIG. 7 of the 2nd Embodiment of this invention.
【図9】
本発明の第2の実施の形態によるシリコン薄膜のラマンシフトの説明図である。
FIG. 9
It is explanatory drawing of Raman shift of the silicon thin film by 2nd Embodiment of this invention.
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