JP2002359195A

JP2002359195A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2002359195A
Application number: JP2001166765A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Suga; 勝行菅
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2001-06-01
Publication date: 2002-12-13
Anticipated expiration: 2021-06-01
Also published as: JP4695777B2

Abstract

(57)【要約】【課題】移動度が高く、良好な結晶状態の動作半導体
膜を基板上に備えてなる半導体装置と、前記動作半導体
膜を容易、且つ、確実に製造することが可能になる半導
体装置の製造方法を提供する。【解決手段】基板１上の島状にパターニングしたアモ
ルファスシリコン膜２ａ上方から連続発振レーザである
Ａｒレーザ３を照射して中心部分を結晶化し、この結晶
化した中心部分を切り出して結晶化シリコン膜２ｂを形
成し、結晶化シリコン膜２ｂを覆うように基板１上にア
モルファスシリコン膜４を形成し、上方からパルスレー
ザであるエキシマレーザ５を、Ａｒレーザ３の走査方向
に対して略９０度の方向に走査しながら照射する。これ
により結晶化シリコン膜２ｂを核とした結晶成長が起こ
り、移動度が高く、良好な結晶状態の動作半導体膜６が
形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に動作半導
体膜を備えてなる半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、液晶表示装置等に搭載さ
れる薄膜トランジスタ（Thin FilmTransistor、以下Ｔ
ＦＴと表す）では、図１６に示すような手法を用いてガ
ラス基板上にポリシリコン膜を形成していた。すなわ
ち、ガラス基板上に形成したアモルファスシリコン膜２
９に、エキシマレーザ３０から出力される２００×０．
６ｍｍ程度の大きさの線状の細長いビームを、数十μｍ
程度オーバーラップさせながら一定方向（図中矢印方
向）に走査しながら照射して、ポリシリコン膜３１を形
成していた。この手法は、一般にスキャンアニール法と
呼ばれ、大面積を比較的均一に短時間で結晶化できると
いう利点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
手法で得られるポリシリコン膜３１の結晶粒径は、平均
で０．５μｍ程度、最大でも１μｍである。したがっ
て、このような手法で得られたポリシリコン膜２９を使
用してＴＦＴを製造した場合、移動度は、最大でも２０
０ｃｍ²／Ｖｓ程度にしかならない。このため、より高
性能な駆動回路、演算装置、及びメモリ等を形成するの
に十分な移動度が得られないという問題があった。

【０００４】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
もので、移動度が高く、良好な結晶状態の動作半導体膜
を容易、且つ、確実に製造することが可能になる半導体
装置の製造方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するため、以下に示す諸態様を備える。

【０００６】本発明の第１の態様は、基板上に半導体膜
を形成する第１の工程と、前記半導体膜内の所定領域
を、時間に対して連続的に放射される第１の熱エネルギ
ーにより結晶化する第２の工程と、前記結晶化した所定
領域内の結晶粒径を、時間に対して断続的に放射される
第２の熱エネルギーにより拡大させる第３の工程とを含
むことを特徴とする。

【０００７】この場合、時間に対して連続的に放射され
る第１の熱エネルギーにより結晶化した基板上の半導体
膜内の所定領域を、時間に対して断続的に放射される第
２の熱エネルギーにより成長させ、結晶粒径を拡大させ
る。これにより、基板上の半導体膜は、広範囲にわたっ
て良好な単結晶状態となる。

【０００８】また、第１の態様において、前記第２の工
程は、前記第１の熱エネルギーを放射する第１の熱源
を、前記半導体膜に対して走査して前記所定領域を結晶
化し、前記第３の工程は、前記第２の熱エネルギーを放
射する第２の熱源を、前記結晶化した所定領域を含むよ
うに前記半導体膜に対して走査して前記所定領域内の結
晶粒径を拡大させることが好ましい。

【０００９】また、第１の態様において、第３の工程
は、前記第２の熱エネルギーを同一箇所で複数回放射し
て、前記結晶化した所定領域内の結晶粒径を拡大させる
ことが好ましい。この場合、同一箇所に繰り返し時間に
対して断続的な熱エネルギーが放射されるので、結晶成
長がより促進される。

【００１０】また、第１の態様において、前記第３の工
程は、前記第２の熱エネルギーを真空中で照射して、前
記結晶化した所定領域内の結晶粒径を拡大させることが
好ましい。これにより、雰囲気中の酸素により結晶表面
に酸化膜が形成され、結晶表面の凹凸が増加し、結晶成
長が阻害されてしまうことが防止される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。

【００１２】本実施の形態では、半導体装置として薄膜
トランジスタを例示し、その構成を製造方法と共に説明
する。半導体装置の製造方法を説明するにあたって、先
ず、本発明の特徴である薄膜トランジスタの動作半導体
膜の形成方法について説明する。

【００１３】図１は、この動作半導体膜の形成方法を工
程順に示した概略断面図であり、図２は、概略平面図で
ある。

【００１４】先ず、図１（ａ）及び図２（ａ）に示すよ
うに、膜厚２００ｎｍ程度のバッファーＳｉＯ₂を形成
したガラス基板１上に、膜厚１００ｎｍ程度の半導体膜
としてのアモルファスシリコン膜２を例えばプラズマＣ
ＶＤ法により形成する。

【００１５】尚、前記半導体膜は、アモルファスシリコ
ン膜２に限らず、例えば多結晶シリコン膜、タングステ
ンシリサイド膜等であってもよい。また、基板は、ガラ
ス基板でなくてもよく、例えば、シリコン単結晶基板、
セラミックス基板等であってもよい。

【００１６】続いて、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示す
ように、フォトリソグラフィ工程等により、アモルファ
スシリコン膜２を島状（アイランド状）にパターニング
する。これにより、複数のアイランド状のアモルファ
スシリコン膜２ａが形成される。

【００１７】その後、第１の熱源としての連続発振レー
ザ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅＬａｓｅｒ）で
あるＡｒレーザ３から出力される出力が７Ｗ、ビーム径
が２００μｍ程度のレーザビームを、２００ｍｍ／ｓｅ
ｃ程度の走査速度で、例えば図２（ｂ）の矢印方向に走
査させながらアイランド状のアモルファスシリコン膜２
ａに照射する。

【００１８】尚、上述したＡｒレーザ３の出力、ビーム
径及び走査速度は、代表例であり、製造条件によって種
々の値とすることができる。

【００１９】前記Ａｒレーザ３から出力されるレーザビ
ームの照射によって溶融したシリコンは、照射領域の周
辺部から中心部に向かって凝固していくため、アモルフ
ァスシリコン膜２ａの中心部分は、Ａｒレーザ３の走査
方向に結晶化するが、周辺部分には中心部に向かう欠陥
が形成される。

【００２０】そこで、図１（ｃ）及び図２（ｃ）に示す
ように、前記各アイランド２ａの中心部分をパターニン
グによって切り出して周辺部分の欠陥を除去し、良質な
シリコン結晶からなるアイランド状の結晶化シリコン膜
２ｂを形成する。

【００２１】続いて、図１（ｄ）及び図２（ｄ）に示す
ように、結晶化シリコン膜２ｂが覆われるよう基板１上
面に、膜厚１００ｎｍ程度の被覆半導体膜としてのアモ
ルファスシリコン膜４を形成する。

【００２２】尚、前記被覆半導体膜は、前記半導体膜と
同様、アモルファスシリコン膜に限らず、例えば多結晶
シリコン膜、タングステンシリサイド膜等であってもよ
い。

【００２３】続いて、図１（ｅ）及び図２（ｅ）に示す
ように、第２の熱源としてのパルスレーザであるエキシ
マレーザ５から時間に対して断続的に出力される照射エ
ネルギー３８０ｍＪ／ｃｍ²の線状のレーザビームを、
走査ステップ１μｍ以下で、前記Ａｒレーザ３の走査方
向に対して略９０度の方向（図２（ｅ）の矢印方向）に
走査させながらアモルファスシリコン膜４に照射する。
これにより、アイランド状の結晶化シリコン膜２ｂが核
となってエキシマレーザ５の走査方向に結晶成長する。

【００２４】尚、本実施形態では、エキシマレーザ５の
照射で結晶成長させられる領域が広くなるように、エキ
シマレーザ５の走査方向を、Ａｒレーザ３の走査方向に
対して略９０度の方向となるようにしたが、エキシマレ
ーザ５の走査方向は、どのような方向でもよく限定され
ない。

【００２５】このようにして結晶成長したシリコン膜
は、略単結晶状態であり、移動度が４００ｃｍ²／Ｖｓ
程度の優れた動作半導体膜６になる。尚、この動作半導
体膜６は、後に示すように、回路パターンに従って適宜
パターニングして用いられる。

【００２６】ここで、結晶化シリコン膜２ｂをエキシマ
レーザ５の走査方向に対して２つ設けたのは、結晶化シ
リコン膜２ｂから遠い領域であればあるほど結晶成長過
程で欠陥等が形成される確率が高くなるためである。

【００２７】すなわち、本実施形態のように、エキシマ
レーザ５の走査方向に対して結晶化シリコン膜２ｂを２
つ配置すれば、結晶成長過程で欠陥等が生成される前に
次の結晶化シリコン膜２ｂ（結晶核）による結晶成長を
起こすことが可能になり、広範囲にわたって略単結晶状
態を有する動作半導体膜６を確実に形成することが可能
になる。

【００２８】ただし、本実施形態では、エキシマレーザ
５の走査方向に対する結晶化シリコン膜２ｂの配置数が
２つの場合を例示したが、結晶化シリコン膜２ｂの配置
数は２つに限らず、形成する動作半導体膜６の大きさ等
によって適宜決めればよい。

【００２９】尚、このエキシマレーザ５の照射は、真空
中で行うのが好ましい。これは、エキシマレーザ５の照
射を大気中等、酸素が存在する雰囲気中で行うと、結晶
表面に酸化膜が形成されて表面領域の凹凸が増加し、結
晶成長が阻害されるからである。

【００３０】また、エキシマレーザ５を同一箇所に複数
回照射しながら走査するのが好ましい。これは、同一箇
所に照射する回数が多いほど結晶成長が促進されるから
である。

【００３１】ここで、図３を参照しながら、上述のエキ
シマレーザ５の適正な照射条件（照射エネルギーと走査
ステップの関係）について説明する。図３は、エキシマ
レーザ５をアモルファスシリコン膜４に照射した時に形
成される結晶粒径と照射エネルギーの関係を示した図で
ある。

【００３２】図３に示すように、結晶粒径は、照射エネ
ルギーの増加と共に増大し、照射エネルギーが３８０ｍ
Ｊ／ｃｍ²の時に最大値（約１μｍ）を示した後、急激
に減少する。このことから、３８０ｍＪ／ｃｍ²の照射
エネルギーでアモルファスシリコン膜４が完全に溶融す
ることが分かる（以下、このエネルギーをしきい値エネ
ルギーと表す）。

【００３３】また、アモルファスシリコン膜４と結晶化
シリコン膜２ｂとでは、結晶化シリコン膜２ｂの方が溶
融温度が高く、しきい値エネルギーを照射した場合、ア
モルファスシリコン膜４は完全に溶融するが、結晶化シ
リコン膜２ｂは完全に溶融しないことが確認できてい
る。

【００３４】したがって、結晶成長を確実に起こすよう
にするためには、しきい値エネルギー（３８０ｍＪ／ｃ
ｍ²）近くの照射エネルギーが必要になる。

【００３５】また、図３に示すように、エキマレーザ５
の照射によって形成される結晶粒径の最大値は１μｍ程
度であるので、エキマレーザ５の照射によって結晶化シ
リコン膜２ｂから成長する結晶の大きさも１μｍ程度に
なる。

【００３６】したがって、結晶化シリコン膜２ｂを連続
的に成長させるためには、エキシマレーザ５の走査ステ
ップを１μｍ以下にする必要がある。

【００３７】以上のことから、照射エネルギーが３８０
ｍＪ／ｃｍ²、走査ステップが１μｍ以下の条件でエキ
シマレーザ５を照射することが最適であることが分か
る。ただし、前記照射エネルギーは、厳密に３８０ｍＪ
／ｃｍ²でなくてもよく、３８０ｍＪ／ｃｍ²に近い値で
あればよい。この場合、走査ステップの最大値は図３の
曲線に従って小さくなることは言うまでもない。

【００３８】尚、上述したしきい値エネルギーは、膜厚
１００ｎｍ程度のアモルファスシリコン膜４にＸｅＣｌ
（波長３０８ｎｍ）のエキシマレーザ５を使用した場合
の値であるが、このしきい値エネルギーは、使用するレ
ーザの種類や波長、半導体膜の膜厚等によって変化する
ため、その組み合わせに応じて最適なエネルギーを選択
するようにする。

【００３９】以上のように、本実施形態によれば、アモ
ルファスシリコン膜２をパターニングして形成したアイ
ランド状のアモルファスシリコン膜２ａに、連続発振レ
ーザであるＡｒレーザ３を照射して結晶化シリコン膜２
ｂを形成した後、パルスレーザであるエキシマレーザに
よって結晶化シリコン膜２ｂを核とした結晶成長を起こ
させるようにしたので、動作半導体膜６は、連続発振レ
ーザであるＡｒレーザ３から出力されるレーザビームだ
けを使用した場合よりも、広範囲にわたって略単結晶状
態になり、且つ、高速駆動の薄膜トランジスタを形成す
るのに十分な移動度を有するようになる。

【００４０】したがって、例えば、薄膜トランジスタの
形成領域が制限されたり、集積度が減少したり、回路設
計の自由度が減少したりすることがなくなる。

【００４１】尚、本実施形態では、レーザ３、５を用い
て動作半導体膜６を形成する場合について説明したが、
アモルファスシリコン膜２、４に熱エネルギーを与えら
れれば、レーザビームでなくてもよく、例えば、紫外光
等であってもよい。

【００４２】次に、本実施形態の動作半導体膜の諸変形
例について説明する。

【００４３】（変形例１）図４は、変形例１における動
作半導体膜の形成方法を工程順に示した概略断面図であ
り、図５は、概略平面図である。尚、上述の実施形態と
同一構成のものについては、図１と同じ符号を付し、詳
細な説明を省略する。以下、本例における動作半導体膜
の形成方法について説明する。

【００４４】先ず、図４（ａ）、図５（ａ）に示すよう
に、上述の実施形態と同様の手法でバッファーＳｉＯ₂
を形成したガラス基板１上に、アモルファスシリコン膜
２を形成する。

【００４５】続いて、図４（ｂ）、図５（ｂ）に示すよ
うに、アモルファスシリコン膜２上に、フォトリソグラ
フィ工程等により窒化シリコン膜７のパターンを形成す
る。

【００４６】その後、Ａｒレーザ３から出力されるレー
ザビームを、図５（ｂ）の矢印方向に走査させながら窒
化シリコン膜７及びアモルファスシリコン層２に照射す
る。

【００４７】このＡｒレーザ３の照射によって溶融した
アモルファスシリコン膜２は、膜２の外縁から上部が窒
化シリコン膜７で覆われている領域と覆われていない領
域の境界に向かって冷却し凝固する。こうして、アモル
ファス状態であった上部が窒化シリコン膜７で覆われて
いる領域の中心部に選択的に良質な結晶８が形成され
る。また、この良質な結晶８の周辺は欠陥の多い結晶９
になる。

【００４８】続いて、図４（ｃ）、図５（ｃ）に示すよ
うに、窒化シリコン膜７をエッチング等により除去す
る。

【００４９】続いて、図４（ｄ）、図５（ｄ）に示すよ
うに、エキシマレーザ５から出力される照射エネルギー
３８０ｍＪ／ｃｍ²の線状のレーザビームを、走査ステ
ップ１μｍ以下で図５（ｄ）の矢印方向に走査させなが
らアモルファスシリコン膜２上に照射する。

【００５０】これにより、窒化シリコン膜７の下部に形
成された良質な結晶化シリコンが核となってエキシマレ
ーザ５の走査方向に結晶が成長し、移動度が高く、略単
結晶状態を有する動作半導体膜１０が形成される。

【００５１】尚、この動作半導体膜１０は、上述の実施
形態と同様、回路パターンに従って適宜パターニングし
て用いられる（図１２参照）。

【００５２】このように、本例では、１回のパターニン
グで結晶核となる結晶化シリコン膜８を形成できるよう
になるので、上述の実施形態の効果に加え、製造工程数
を減らせ、容易に動作半導体膜１０を形成できるという
効果がある。

【００５３】尚、本例では、窒化シリコン膜７がＡｒレ
ーザ３からの熱エネルギーを吸収することにより、上部
が窒化シリコン膜７で覆われている領域と、覆われてい
ない領域に温度差を生じさせ、上部が窒化シリコン膜７
で覆われている領域に結晶核を形成するようにしたが、
熱を吸収させることができれば必ずしも窒化シリコン膜
７を用いなくてもよく、例えばその他の絶縁体であって
もよい。

【００５４】また、アモルファスシリコン膜２の上部が
窒化シリコン膜７で覆われている領域と覆われていない
領域に温度差を生じさせるようにできれば、断熱体、熱
反射体を窒化シリコン膜７の代わりに用いてもよい。

【００５５】さらに、エキシマレーザ５の走査方向に対
する結晶化領域の数（窒化シリコン膜７の数）は、上述
の実施形態における結晶化シリコン層２ｂの場合と同
様、形成する動作半導体膜１０の大きさや用途等によっ
て適宜決められる。

【００５６】（変形例２）図６は、変形例２における動
作半導体膜の形成方法を工程順に示した概略断面図であ
り、図７は、概略平面図である。尚、上述の実施形態又
は変形例１と同一構成のものについては、同じ符号を付
し、詳細な説明を省略する。以下、本例における動作半
導体膜の形成方法について説明する。

【００５７】先ず、図６（ａ）、図７（ａ）に示すよう
に、バッファーＳｉＯ₂を形成したガラス基板１上に、
フォトリソグラフィ工程等により窒化シリコン膜１１の
パターンを形成した後、窒化シリコン膜１１が覆われる
ようにガラス基板１上にアモルファスシリコン膜２を形
成する。

【００５８】続いて、図６（ｂ）、図７（ｂ）に示すよ
うに、Ａｒレーザ３から出力されるレーザビームを、図
７（ｂ）の矢印方向に走査させながらアモルファスシリ
コン膜２に照射する。

【００５９】このＡｒレーザ３の照射によって溶融した
アモルファスシリコン膜２は、膜２の外縁から、下部に
窒化シリコン膜１１のある領域とない領域との境界に向
かって冷却し凝固する。こうして、下部に窒化シリコン
膜１１のある領域の中心部に選択的に良質な結晶１２が
形成される。また、この良質な結晶１２の周辺は欠陥の
多い結晶１３になる。

【００６０】続いて、図６（ｃ）、図７（ｃ）に示すよ
うに、エキシマレーザ５から出力される照射エネルギー
３８０ｍＪ／ｃｍ²の線状のレーザビームを、走査ステ
ップ１μｍ以下で図７（ｃ）の矢印方向に走査させなが
らアモルファスシリコン膜２上に照射する。

【００６１】これにより、窒化シリコン膜１１の上部に
形成された良質な結晶化シリコンが核となってエキシマ
レーザ５の走査方向に結晶が成長し、移動度が高く、略
単結晶状態を有する動作半導体膜１４が形成される。
尚、この動作半導体膜１４は、上述の実施形態と同様、
回路パターンに従って適宜パターニングして用いられ
る。

【００６２】このように、本例のような手法でも、１回
のパターニングで結晶核を生成でき、製造工程数を減ら
すことが可能になる。

【００６３】尚、エキシマレーザ５の走査方向に対する
結晶化領域の数（窒化シリコン膜１１の数）は、上述の
実施形態における結晶化シリコン層２ｂの場合と同様、
形成する動作半導体膜１４の大きさや用途等によって適
宜決められる。

【００６４】さらに、上述の変形例１と同様、窒化シリ
コン膜１１とは別の熱吸収体、または断熱体、熱反射体
を用いて結晶核を形成してもよい。

【００６５】（変形例３）図８は、変形例３における動
作半導体膜の形成方法を工程順に示した概略断面図であ
り、図９は、概略平面図である。尚、上述の実施形態又
は変形例１、２と同一構成のものについては、同じ符号
を付し、詳細な説明を省略する。以下、本例における動
作半導体膜の形成方法について説明する。

【００６６】先ず、図８（ａ）、図９（ａ）に示すよう
に、凹み部を有するバッファーＳｉＯ₂を形成したガラ
ス基板１上に、半導体膜としてのアモルファスシリコン
膜１５を、例えばプラズマＣＶＤ法により形成する。こ
のようにして形成されるアモルファスシリコン膜１５
は、バッファーＳｉＯ₂の形状に対応した凹み部を有す
る。

【００６７】続いて、図８（ｂ）、図９（ｂ）に示すよ
うに、Ａｒレーザ３から出力されるレーザビームを、図
９（ｂ）の矢印方向に走査させながらアモルファスシリ
コン膜１５に照射する。

【００６８】このＡｒレーザ３の照射によって溶融した
アモルファスシリコン膜１５は、膜１５の外縁から、凹
み部の開口端に向かって冷却し凝固する。こうして、ア
モルファス状態であった凹み部の中心部に選択的に良質
な結晶１６が形成される。また、この良質な結晶１６の
周辺は欠陥の多い結晶１７になる。

【００６９】続いて、図８（ｃ）、図９（ｃ）に示すよ
うに、エキシマレーザ５から出力される照射エネルギー
３８０ｍＪ／ｃｍ²の線状のレーザビームを、走査ステ
ップ１μｍ以下で図９（ｃ）の矢印方向に走査させなが
らアモルファスシリコン膜１５上に照射する。

【００７０】これにより、アモルファスシリコン膜１５
の単結晶化した領域１６（図８（ｃ）の凹み部）が核と
なってエキシマレーザ５の走査方向に結晶が成長し、移
動度が高く、略単結晶状態を有する動作半導体膜１８が
形成される。尚、この動作半導体膜１８は、上述の実施
形態と同様、回路パターンに従って適宜パターニングし
て用いられる。

【００７１】このように、本例のような手法でも、１回
のパターニングで結晶核を生成でき、製造工程数を減ら
すことが可能になる。

【００７２】尚、エキシマレーザ５の走査方向に対する
結晶化領域の数（アモルファスシリコン膜１５の凹み部
の数）は、上述の実施形態における結晶化シリコン層２
ｂの場合と同様、形成する動作半導体膜１８の大きさや
用途等によって適宜決められる。

【００７３】（変形例４）図１０は、変形例３における
動作半導体膜の形成方法を工程順に示した概略断面図で
あり、図１１は、概略平面図である。尚、上述の実施形
態又は変形例１〜３と同一構成のものについては、同じ
符号を付し、詳細な説明を省略する。以下、本例におけ
る動作半導体膜の形成方法について説明する。

【００７４】先ず、図１０（ａ）、図１１（ａ）に示す
ように、上述の変形例１と同様の手法でバッファーＳｉ
Ｏ₂を形成したガラス基板１上に、アモルファスシリコ
ン膜２を形成する。

【００７５】続いて、図１０（ｂ）、図１１（ｂ）に示
すように、金属マスク１９をアモルファスシリコン膜２
上に翳し、Ａｒレーザ３から出力されるレーザビーム
を、図１１（ｂ）の矢印方向に走査させながらアモルフ
ァスシリコン膜２に照射する。これにより、金属マスク
１９を介してレーザビームが照射された領域（図１１
（ｂ）の斜線部）の中心部に良質な結晶２０が形成され
る。また、この良質な結晶２０の周辺は欠陥の多い結晶
２１になる。

【００７６】続いて、図１０（ｃ）、図１１（ｃ）に示
すように、エキシマレーザ５から出力される照射エネル
ギー３８０ｍＪ／ｃｍ²の線状のレーザビームを、走査
ステップ１μｍ以下で図１１（ｃ）の矢印方向に走査さ
せながらアモルファスシリコン膜２上に照射する。

【００７７】これにより、アモルファスシリコン膜２の
単結晶化した領域２０が核となってエキシマレーザ５の
走査方向に結晶が成長し、移動度が高く、略単結晶状態
を有する動作半導体膜２２が形成される。尚、この動作
半導体膜２２は、上述の実施形態と同様、回路パターン
に従って適宜パターニングして用いられる。

【００７８】このように、本例では、金属マスク１９の
パターニングだけで結晶核を生成でき、製造工程数を減
らすことが可能になる。

【００７９】尚、エキシマレーザ５の走査方向に対する
結晶化領域の数（金属マスク１９のマスクの数）は、上
述の実施形態における結晶化シリコン層２ｂの場合と同
様、形成する動作半導体膜２２の大きさや用途等によっ
て適宜決められる。

【００８０】以下、上述の如く形成された動作半導体膜
を用いたｎチャネル薄膜トランジスタの製造例について
説明する。図１２〜図１５、この薄膜トランジスタの製
造方法を工程順に示す概略断面図である。

【００８１】先ず、図１２（ａ）に示すように、ガラス
基板１上に酸化シリコン膜２３を介して前述の各手法に
より形成された動作半導体膜を用意する。ここでは、変
形例１により形成された動作半導体膜１０を使用した場
合を例示する。

【００８２】続いて、図１２（ｂ）に示すように、動作
半導体膜１０上に膜厚１２０ｎｍ程度のゲート酸化膜と
なるシリコン酸化膜２４を例えばＰＥＣＶＤ法により形
成する。尚、シリコン酸化膜２２の形成方法は、ＰＥＣ
ＶＤ法に限らず、他の手法、例えばＬＰＣＶＤ法又はス
パッタリング法等を利用してもよい。

【００８３】続いて、図１２（ｃ）に示すように、膜厚
３００ｎｍ程度のアルミニウム膜（又はアルミニウム合
金膜）２５を例えばスパッタリング法により成膜形成す
る。

【００８４】続いて、図１３（ａ）に示すように、アル
ミニウム膜２５をフォトリソグラフィ及びそれに続くド
ライエッチングにより電極形状にパターニングし、ゲー
ト電極２５を形成する。

【００８５】続いて、図１３（ｂ）に示すように、パタ
ーニングされたゲート電極２５をマスクとしてシリコン
酸化膜２４をパターニングし、ゲート電極形状に倣った
ゲート酸化膜２４を形成する。

【００８６】続いて、図１３（ｃ）に示すように、ゲー
ト電極２５をマスクとして動作半導体膜１０のゲート電
極２５の両側部位にイオンドープする。具体的には、ｎ
型不純物、例えばリン（Ｐ）を加速エネルギー１０ｋｅ
Ｖ、ドープ量５×１０¹⁵／ｃｍ²の条件でドープし、ソ
ース／ドレイン領域を形成する。

【００８７】続いて、図１４（ａ）に示すように、ソー
ス／ドレイン領域のリンを活性化するためにエキシマレ
ーザでレーザビームを照射した後、図１４（ｂ）に示す
ように、全面を覆うように膜厚３００ｎｍ程度に窒化シ
リコンを堆積し、層間絶縁膜２６を形成する。

【００８８】続いて、図１５（ａ）に示すように、ゲー
ト電極２５上、動作半導体膜１０のソース／ドレイン領
域上をそれぞれ露出させるコンタクトホール２７を層間
絶縁膜２４に開口形成する。

【００８９】続いて、図１５（ｂ）に示すように、各コ
ンタクトホール２７を埋め込むように、アルミニウム等
の金属膜２８を形成した後、図１５（ｃ）に示すよう
に、金属膜２８をパターニングし、それぞれのコンタク
トホール２７を通じてゲート電極２５、動作半導体膜１
０のソース／ドレイン領域と同通する配線を形成する。

【００９０】しかる後、全面を覆う保護膜の形成等を経
て、ｎ型薄膜トランジスタを完成させる。

【００９１】以上説明したように、本実施形態及びその
諸変形例によれば、高い移動度を有する略単結晶状態を
有する動作半導体膜を半導体装置の基板上に形成できる
ようにしたので、集積度が高い高速駆動の薄膜トランジ
スタを実現することが可能になる。これにより、高性能
な液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）表示装置やメモリ、集積
回路等を形成することが可能になり、システムオングラ
スを実現することも可能になる。

【００９２】以下、本発明の諸態様を付記としてまとめ
て記載する。

【００９３】（付記１）基板上に半導体膜を形成する
第１の工程と、前記半導体膜内の所定領域を、時間に対
して連続的に放射される第１の熱エネルギーにより結晶
化する第２の工程と、前記結晶化した所定領域内の結晶
粒径を、時間に対して断続的に放射される第２の熱エネ
ルギーにより拡大させる第３の工程とを含むことを特徴
とする半導体装置の製造方法。

【００９４】（付記２）前記第３の工程により結晶粒
径が拡大した領域の全部または一部を、パターニングに
より残存させて動作半導体膜とする第４の工程を含むこ
とを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。

【００９５】（付記３）前記第２の工程は、前記第１
の熱エネルギーを放射する第１の熱源を、前記半導体膜
に対して走査して前記所定領域を結晶化し、前記第３の
工程は、前記第２の熱エネルギーを放射する第２の熱源
を、前記結晶化した所定領域を含むように前記半導体膜
に対して走査して前記所定領域内の結晶粒径を拡大させ
ることを特徴とする付記１または２に記載の半導体装置
の製造方法。

【００９６】（付記４）前記第１の熱源の走査方向
と、前記第２の熱源の走査方向とが異なることを特徴と
する付記３に記載の半導体装置の製造方法。

【００９７】（付記５）前記所定領域は、前記第２の
熱源の走査方向に対して間隔を有して複数あることを特
徴とする付記３または４に記載の半導体装置の製造方
法。

【００９８】（付記６）前記第２の熱源は、当該熱源
のみを使用して前記第２の熱エネルギーを放射した時に
前記半導体膜内に形成される結晶粒径以下の間隔で走査
することを特徴とする付記３〜５のいずれか１項に記載
の半導体装置の製造方法。

【００９９】（付記７）前記第２の熱エネルギーは、
当該第２の熱エネルギーを放射した時に前記半導体膜内
に形成される結晶粒径が略最大となるエネルギーを有す
ることを特徴とする付記１〜６のいずれか１項に記載の
半導体装置の製造方法。

【０１００】（付記８）第３の工程は、前記第２の熱
エネルギーを同一箇所で複数回放射して、前記結晶化し
た所定領域内の結晶粒径を拡大させることを特徴とする
付記１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方
法。

【０１０１】（付記９）前記第３の工程は、前記第２
の熱エネルギーを真空中で照射して、前記結晶化した所
定領域内の結晶粒径を拡大させることを特徴とする付記
１〜８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【０１０２】（付記１０）前記第２の工程で所定領域
を結晶化した後、少なくとも前記所定領域を覆うように
上面から被覆半導体膜を形成する第５の工程を含み、第
３の工程は、前記被覆半導体膜の上方から前記第２の熱
エネルギーを放射することにより、前記結晶化した所定
領域内の結晶粒径を拡大させることを特徴とする付記１
〜９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【０１０３】（付記１１）前記第２の工程は、前記半
導体膜をパターニングして島状の領域形成し、前記第１
の熱エネルギーを放射することにより、前記島状の領域
を結晶化し、前記島状の領域の多結晶化している周辺領
域を、パターニングにより除去することを特徴とする付
記１０に記載の半導体装置の製造方法。

【０１０４】（付記１２）前記第１の熱エネルギー
は、連続発振レーザから出力されるレーザビームが有す
る熱エネルギーであることを特徴とする付記１〜１１の
いずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【０１０５】（付記１３）前記第２の熱エネルギー
は、パルスレーザから出力されるレーザビームが有する
熱エネルギーであることを特徴とする付記１〜１２のい
ずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【０１０６】（付記１４）基板上に動作半導体膜を備
えてなる半導体装置であって、前記動作半導体膜は、全
領域で略単結晶状態であることを特徴とする半導体装
置。

【０１０７】

【発明の効果】本発明によれば、移動度が高く、良好な
結晶状態を有する動作半導体膜を形成できるようにな
る。これにより、例えば、集積度が高い高速駆動の薄膜
トランジスタを実現でき、さらには、高性能な液晶ディ
スプレイ（ＬＣＤ）表示装置やメモリ、集積回路等を形
成することが可能になり、システムオングラスを実現す
ることも可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態において、動作半導体膜の形成方法
を工程順に示した概略断面図である。

【図２】本実施形態において、動作半導体膜の形成方法
を工程順に示した概略平面図である。

【図３】エキシマレーザをアモルファスシリコン膜に照
射した時に形成される結晶粒径と照射エネルギーの関係
を示した図である。

【図４】本実施形態の変形例１において、動作半導体膜
の形成方法を工程順に示した概略断面図である。

【図５】本実施形態の変形例１において、動作半導体膜
の形成方法を工程順に示した概略平面図である。

【図６】本実施形態の変形例２において、動作半導体膜
の形成方法を工程順に示した概略断面図である。

【図７】本実施形態の変形例２において、動作半導体膜
の形成方法を工程順に示した概略平面図である。

【図８】本実施形態の変形例３において、動作半導体膜
の形成方法を工程順に示した概略断面図である。

【図９】本実施形態の変形例３において、動作半導体膜
の形成方法を工程順に示した概略平面図である。

【図１０】本実施形態の変形例４において、動作半導体
膜の形成方法を工程順に示した概略断面図である。

【図１１】本実施形態の変形例４において、動作半導体
膜の形成方法を工程順に示した概略平面図である。

【図１２】本実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方
法を工程順に示す概略断面図である。

【図１３】図１２に引き続き、本実施形態に係る薄膜ト
ランジスタの製造方法を工程順に示す概略断面図であ
る。

【図１４】図１３に引き続き、本実施形態に係る薄膜ト
ランジスタの製造方法を工程順に示す概略断面図であ
る。

【図１５】図１４に引き続き、本実施形態に係る薄膜ト
ランジスタの製造方法を工程順に示す概略断面図であ
る。

【図１６】従来のアモルファスシリコン膜を結晶化する
様子を示す概略平面図である。

【符号の説明】

１ガラス基板２、４、９、１４アモルファスシリコン膜２ｂ、８、１２、１５、１９結晶化シリコン膜３Ａｒレーザ５エキシマレーザ６、１０、１３、１６、２０動作半導体膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H092 JA24 JA34 JA37 JA41 JA46 KA04 KA05 MA13 MA30 NA22 NA27 5F052 AA02 BA07 BA18 BB01 BB07 CA04 DA02 DB03 EA02 EA06 FA19 GA01 GA02 GB03 JA01 5F110 AA01 BB01 BB05 CC02 DD01 DD02 DD05 DD13 DD14 DD17 DD21 EE03 EE44 FF02 FF28 FF30 FF32 GG01 GG02 GG13 GG16 GG19 GG25 GG45 HJ01 HJ04 HJ12 HJ23 HL03 NN04 NN24 PP03 PP04 PP05 PP06 PP13 PP29 PP31 PP36 QQ11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に半導体膜を形成する第１の工程
と、前記半導体膜内の所定領域を、時間に対して連続的に放
射される第１の熱エネルギーにより結晶化する第２の工
程と、前記結晶化した所定領域内の結晶粒径を、時間に対して
断続的に放射される第２の熱エネルギーにより拡大させ
る第３の工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製
造方法。
【請求項２】前記第２の工程は、前記第１の熱エネル
ギーを放射する第１の熱源を、前記半導体膜に対して走
査して前記所定領域を結晶化し、前記第３の工程は、前記第２の熱エネルギーを放射する
第２の熱源を、前記結晶化した所定領域を含むように前
記半導体膜に対して走査して前記所定領域内の結晶粒径
を拡大させることを特徴とする請求項１に記載の半導体
装置の製造方法。
【請求項３】第３の工程は、前記第２の熱エネルギー
を同一箇所で複数回放射して、前記結晶化した所定領域
内の結晶粒径を拡大させることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記第３の工程は、前記第２の熱エネル
ギーを真空中で照射して、前記結晶化した所定領域内の
結晶粒径を拡大させることを特徴とする請求項１〜３の
いずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。