JP2003234478A - 半導体装置及びその作製方法 - Google Patents
半導体装置及びその作製方法Info
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Abstract
ない結晶性半導体膜を形成し、高速動作が可能で電流駆
動能力の高く、且つ複数の素子間においてばらつきの小
さい半導体装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 絶縁表面を有する基板上に直線状のスト
ライプパターンで延在する凹凸部が設けられた絶縁膜を
形成し、島状に分割された結晶性半導体膜の配置に合わ
せて、それと交差する絶縁膜の凸部を除去した後、該絶
縁膜上に非晶質半導体膜を形成し、絶縁膜の凹部に溶融
した半導体を流し込むように非晶質半導体膜を溶融して
結晶化させて結晶性半導体膜を形成し、絶縁膜の凸部に
残存する結晶性半導体膜を除去した後、凹部に形成され
た結晶性半導体膜から島状に分割された結晶性半導体膜
を形成し、該結晶性半導体膜の上面部に接するゲート絶
縁膜とゲート電極を形成することを特徴とするものであ
る。
Description
半導体膜を用いて形成される半導体装置及びその作製方
法に係り、特に絶縁表面上に形成された結晶性半導体膜
でチャネル形成領域を形成する電界効果型トランジスタ
を含む半導体装置に関する。
素膜を形成し、それを結晶化させてトランジスタなどの
半導体素子を形成する技術が開発されている。特に、レ
ーザー光を照射して非晶質珪素膜を結晶化させる技術は
薄膜トランジスタ(TFT)の製造技術に応用されてい
る。結晶構造を有する半導体膜(結晶性半導体膜)を用
いて作製されるトランジスタは、液晶表示装置に代表さ
れる平面型表示装置(フラットパネルディスプレイ)に
応用されている。
応用は、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層や
非晶質層を再結晶化する技術、絶縁表面上に形成された
非晶質半導体膜を結晶化させる技術に展開されている。
適用されるレーザー発振装置は、エキシマレーザーに代
表される気体レーザーや、YAGレーザーに代表される
固体レーザーが通常用いられている。
結晶化の一例は、特開昭62−104117号公報で開
示されているように、レーザー光の走査速度をビームス
ポット径×5000/秒以上として高速走査により非晶
質半導体膜を完全な溶融状態に至らしめることなく多結
晶化するもの、米国特許4,330,363号には島状に形成さ
れた半導体膜に、引き延ばされたレーザー光を照射して
実質に単結晶領域を形成する技術が開示されている。或
いは特開平8−195357号公報に開示のレーザー処
理装置のように、光学系にて線状にビームを加工して照
射する方法が知られている。
報に開示されているようにNd:YVO4レーザーなど
固体レーザー発振装置を用いて、その第2高調波である
レーザー光を非晶質半導体膜に照射して、従来に比べ結
晶粒径の大きい結晶性半導体膜を形成し、トランジスタ
を作製する技術が開示されている。
表面上に形成された非晶質半導体膜にレーザー光を照射
して結晶化させると結晶は多結晶となり、結晶粒界など
の欠陥が任意に形成されて配向の揃った結晶を得ること
はできなかった。
ャリアトラップとなって電子又は正孔の移動度が低下す
る要因となっている。また、結晶化に伴って起こる半導
体膜の体積収縮や下地との熱応力や格子不整合などによ
り、歪みや結晶欠陥の存在しない半導体膜を形成するこ
とは出来なかった。従って、張り合わせSOI(Silicon
on Insulator)など特殊な方法を省いては、絶縁表面上
に形成され、結晶化又は再結晶化された結晶性半導体膜
をもって、単結晶基板に形成されるMOSトランジスタ
と同等の品質を得ることはできなかった。
上に半導体膜を形成してトランジスタを作り込むもので
あるが、任意に形成される結晶粒界を避けるようにトラ
ンジスタを配置することは殆ど不可能であった。つま
り、トランジスタのチャネル形成領域の結晶性を厳密に
制御し、意図せずに含まれてしまう結晶粒界や結晶欠陥
を排除することはできなかった。結局、トランジスタの
電気特性が劣るばかりでなく、個々の素子特性がばらつ
く要因となっていた。
あり、少なくともチャネル形成領域において結晶粒界が
存在しない結晶性半導体膜を形成し、高速動作が可能で
電流駆動能力の高く、且つ複数の素子間においてばらつ
きの小さい半導体素子又は半導体素子群により構成され
る半導体装置を提供することを目的とする。
めに本発明は、絶縁表面を有する基板上に直線状のスト
ライプパターンで延在する凹凸部が設けられた絶縁膜を
形成し、トランジスタなど半導体素子の構成部材である
島状に分割された結晶性半導体膜の配置に合わせて、そ
れと交差する絶縁膜の凸部を除去した後、該絶縁膜上に
非晶質半導体膜を形成し、絶縁膜の凹部に溶融した半導
体を流し込むように非晶質半導体膜を溶融して結晶化さ
せて結晶性半導体膜を形成し、絶縁膜の凸部に残存する
結晶性半導体膜を除去した後、不要な領域をエッチング
除去して凹部に形成された結晶性半導体膜から島状に分
割された結晶性半導体膜を形成し、該結晶性半導体膜の
上面部に接するゲート絶縁膜とゲート電極を形成するこ
とを特徴とするものである。
理して形成しても良いし、酸化珪素、窒化珪素、又は酸
窒化珪素膜などを用い、それをエッチング処理して凹部
を形成しても良い。凹部は半導体素子、特にトランジス
タのチャネル形成領域を含む島状の半導体膜の配置に合
わせて形成し、少なくともチャネル形成領域に合致する
ように形成されていることが望ましい。また、凹部はチ
ャネル長方向に延在して設けられている。凹部の幅(チ
ャネル形成領域とする場合におけるチャネル幅方向)が
0.01μm以上2μm以下、好ましくは0.1〜1μm
で形成し、その深さは、0.01μm以上1μm以下、好
ましくは0.05μm以上0.2μm以下で形成する。
けて形成する半導体膜はプラズマCVD法、スパッタリ
ング法、減圧CVD法で形成される非晶質半導体膜又は
多結晶半導体膜、或いは、固相成長により形成された多
結晶半導体膜などが適用される。尚、本発明でいう非晶
質半導体膜とは、狭義の意味で完全な非晶質構造を有す
るものだけではなく、微細な結晶粒子が含まれた状態、
又はいわゆる微結晶半導体膜、局所的に結晶構造を含む
半導体膜を含む。代表的には非晶質シリコン膜が適用さ
れ、その他に非晶質シリコンゲルマニウム膜、非晶質シ
リコンカーバイト膜などを適用することもできる。ま
た、多結晶半導体膜はこれら非晶質半導体膜を公知の方
法で結晶化させたものである。
段としては、気体レーザー発振装置、固体レーザー発振
装置を光源とするパルス発振又は連続発振レーザー光を
適用する。照射するレーザー光は光学系にて線状に集光
されたものであり、その強度分布が長手方向において均
一な領域を有し、短手方向に分布を持っていても良く、
光源として用いるレーザー発振装置は、矩形ビーム固体
レーザー発振装置が適用され、特に好ましくは、スラブ
レーザー発振装置が適用される。或いは、Nd、Tm、
Hoをドープしたロッドを用いた固体レーザー発振装置
であり、特にYAG、YVO4、YLF、YAlO3など
の結晶にNd、Tm、Hoをドープした結晶を使った固
体レーザー発振装置にスラブ構造増幅器を組み合わせた
ものでも良い。スラブ材料としては、Nd:YAG、N
d:GGG(ガドリニウム・ガリウム・ガーネット)、
Nd:GsGG(ガドリニウム・スカンジウム・ガリウ
ム・ガーネット)などの結晶が使用される。スラブレー
ザーでは、この板状のレーザー媒質の中を、全反射を繰
り返しながらジグザグ光路で進む。
い。例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、高圧水
銀灯、メタルハライドランプ、エキシマランプから放射
される光を反射鏡やレンズなどにより集光したエネルギ
ー密度の高い光であっても良い。
ザー光又は強光は結晶性半導体膜に照射し、且つレーザ
ー光の照射位置と結晶性半導体膜が形成された基板とを
相対的に動かして、レーザー光が一部又は全面を走査す
ることにより結晶性半導体膜を溶融させ、その状態を経
て結晶化又は再結晶化を行う。レーザー光の走査方向
は、絶縁膜に形成され直線状のストライプパターンで延
在する凹部の長手方向又はトランジスタのチャネル長方
向に沿って行う。これによりレーザー光の走査方向に沿
って結晶が成長し、結晶粒界がチャネル長方向と交差す
ることを防ぐことができる。
は、一対の一導電型不純物領域の間に連接して、絶縁表
面上に形成された直線状のストライプパターンで形成さ
れた凹部と平行な方向に結晶粒界が存在することなく複
数の結晶方位を含む結晶性半導体膜と、結晶性半導体膜
と絶縁層を介して重畳する導電層によりチャネル形成領
域が形成される構成を有し、チャネル形成領域における
結晶性半導体膜はチャネル幅方向が0.01μm以上2
μm以下であり、厚さが0.01μm以上1μm以下であ
ることを特徴としている。
性半導体膜の上面部を被覆するゲート絶縁膜を介して重
畳するゲート電極により、当該結晶性半導体膜の上面部
にチャネル形成領域が形成される構成である。このよう
なチャネル形成領域は、一対の一導電型不純物領域の間
に一つ又は複数個並列に備えられているものである。こ
の場合、チャネル形成領域の両側面は絶縁膜が密接して
設けられる構造となり、ゲート絶縁膜及びゲート電極が
半導体膜の段差を乗り越えて延在することが無くなるた
め、この端部におけるリーク電流を低減することができ
る。
ガラス又は石英基板上に、W、Mo、Ti、Ta、Cr
から選ばれた一種又は複数種を含む金属層上に設けら
れ、金属層と結晶性半導体膜との間には絶縁層が介在し
て設けられていても良い。或いは、ガラス又は石英基板
上にW、Mo、Ti、Ta、Crから選ばれた一種又は
複数種を含む金属層と、当該金属層上に、窒化アルミニ
ウム又は酸窒化アルミニウムから成る絶縁層が設けら
れ、その上に結晶性半導体膜が設けられた構成としても
良い。ここで形成される金属層は、チャネル形成領域に
入射する光を遮る遮光膜として機能させることもできる
し、特定の電位を付与して固定電荷又は空乏層の広がり
を制御することもできる。また、ジュール熱を放散させ
る放熱板としての機能を付与することもできる。
れ以上とすることにより、レーザー光又は強光の照射に
より溶融した半導体が表面張力により凹部に凝集して固
化する。その結果、絶縁膜の凸部にある半導体膜の厚さ
は薄くなり、そこに応力歪みを集中させることができ
る。また凹部の側面は結晶方位をある程度規定する効力
を持つ。凹部の側面の角度は基板表面に対して5〜12
0度、好ましくは80〜100度で形成する。レーザー
光をチャネル長方向と平行な方向に走査することによ
り、その方向に延在する凹部に沿って、<110>方位
又は<100>方位を優先配向として成長させることが
できる。
り絶縁表面上に形成した凹部に凝集させ、凹部の底部と
側面部の概略交点から結晶成長させることにより結晶化
に伴い発生する歪みを凹部以外の領域に集中させること
ができる。即ち、凹部に充填されるように形成した結晶
性半導体膜は歪みから開放させることができる。そし
て、絶縁膜上に残存し、結晶粒界、結晶欠陥を含む結晶
性半導体膜はエッチングにより除去してしまう。
素子、特にトランジスタのチャネル形成領域の場所を指
定して、結晶粒界が存在しない結晶性半導体膜を形成す
ることが可能となる。これにより不用意に介在する結晶
粒界や結晶欠陥により特性がばらつく要因を無くすこと
ができ、特性ばらつきの小さいトランジスタ又はトラン
ジスタ素子群を形成することができる。
部に重畳してゲート絶縁膜及びゲート電極を形成するこ
とにより、チャネル形成領域の面積が拡大し、オン電流
を増加することができる。さらに、三方からゲート電圧
を印加することにより、ゲート絶縁膜に注入されるキャ
リア、特にホットキャリアを少なくすることができ、ト
ランジスタの信頼性を向上させることもできる。
して本発明の実施の態様について説明する。図1におい
て示す斜視図は、基板101上に第1絶縁膜102と、
直線状のストライプパターン形成された第2絶縁膜10
3〜105が形成された形態を示している。図1では第
2絶縁膜による帯状のパターンが3本示されているが、
勿論その数に限定されることはない。
基板、サファイア基板、単結晶又は多結晶半導体基板の
表面を絶縁膜で被覆した基板、金属基板の表面を絶縁膜
で被覆した基板を適用することができる。サブミクロン
のデザインルールで直線状のストライプパターンを形成
するには、基板表面の凹凸、基板のうねり又はねじれを
露光装置(特にステッパ)の焦点深度以下にしておく必
要がある。具体的には、基板のうねり又はねじれが、1
回の露光光照射領域内において1μm以下、好ましくは
0.5μm以下とすることが望ましい。
第2絶縁膜の幅W1は0.1〜10μm(好ましくは
0.5〜1μm)隣接する第2絶縁膜の間隔W2は0.
01〜2μm(好ましくは0.1〜1μm)であり、第2
絶縁膜の厚さdは0.01〜1μm(好ましくは0.0
5〜0.2μm)である。また、段差形状は規則的な周
期パターンである必要はなく、島状の半導体膜の幅に合
わせて所定の間隔で配置させても良い。その長さLも限
定はなく、例えばトランジスタのチャネル形成領域を形
成することができる程度の長さがあれば良く、基板の一
部又は全面に形成すれば良い。
素含有量よりも大きな酸窒化珪素、窒化アルミニウム、
又は酸窒化アルミニウムから選ばれた材料で、30〜3
00nmの厚さで形成する。酸化珪素又は酸窒化珪素で1
0〜3000nm、好ましくは100〜2000nmの厚さ
で所定の形状で凹部が形成された第2絶縁膜を形成す
る。酸化珪素はオルトケイ酸テトラエチル(Tetraethyl
Ortho Silicate:TEOS)とO2とを混合しプラズマ
CVD法で形成することができる。窒酸化珪素膜はSi
H4、NH3、N2O又は、SiH4、N2Oを原料として
用いプラズマCVD法で形成することができる。
ターンを二層の絶縁膜で形成する場合には、エッチング
加工において第1絶縁膜と第2絶縁膜との間に選択比を
もたせる必要がある。実際には、第1絶縁膜よりも第2
絶縁膜のエッチング速度が相対的に早くなるように材料
及び成膜条件を適宜調整することが望ましい。エッチン
グの方法としては、緩衝フッ酸を用いたエッチング、又
はCHF3を用いたドライエッチングにより行う。そし
て、第2絶縁膜で形成される凹部の側面部の角度は5〜
120度、好ましくは80〜100度の範囲で適宜設定
すれば良い。
と第2絶縁膜103〜105から成る表面上および凹部
を覆う非晶質半導体膜106を0.01〜1μm(好ま
しくは0.05〜0.2μm)の厚さに形成する。即ち
第2絶縁膜で形成される凹部の深さと同程度かそれ以上
の厚さで形成することが望ましい。非晶質半導体膜は珪
素、珪素とゲルマニウムの化合物又は合金、珪素と炭素
の化合物又は合金を適用することができる。
第1絶縁膜と第2絶縁膜とで形成される凹凸構造を覆う
ように形成する。また、第1絶縁膜及び第2絶縁膜の表
面に付着した硼素などの化学汚染の影響を排除し、その
絶縁表面と非晶質半導体膜が直接に接しないように、非
晶質半導体膜の下層側に第3絶縁膜として酸窒化珪素膜
を同一の成膜装置内で大気に触れさせることなく連続的
に成膜すると良い。
的に溶融させ結晶化させる。この結晶化はレーザー光又
はランプ光源からの放射光を光学系にて半導体膜が溶融
する程度のエネルギー密度に集光して照射する。この工
程においては、特に連続発振レーザー発振装置を光源と
するレーザー光を適用することが好ましい。適用される
レーザー光は光学系にて線状に集光及び長手方向に拡張
されたものであり、その強度分布が長手方向において均
一な領域を有し、短手方向に分布を持たせておくことが
望ましい。
ザー発振装置が適用され、特に好ましくは、スラブレー
ザー発振装置が適用される。スラブ材料としては、N
d:YAG、Nd:GGG(ガドリニウム・ガリウム・
ガーネット)、Nd:GsGG(ガドリニウム・スカン
ジウム・ガリウム・ガーネット)などの結晶が使用され
る。スラブレーザーでは、この板状のレーザー媒質の中
を、全反射を繰り返しながらジグザグ光路で進む。或い
は、Nd、Tm、Hoをドープしたロッドを用いた固体
レーザー発振装置であり、特にYAG、YVO4、YL
F、YAlO3などの結晶にNd、Tm、Hoをドープ
した結晶を使った固体レーザー発振装置にスラブ構造増
幅器を組み合わせたものでも良い。そして、図中に矢印
で示すように、線状の長手方向に対し交差する方向に走
査する。尚、ここでいう線状とは、短手方向の長さに対
し、長手方向の長さの比が1対10以上のものをもって
言う。
質半導体膜の光吸収係数を考慮して400〜700nmで
あることが望ましい。このような波長帯の光は、波長変
換素子を用いて基本波の第2高調波、第3高調波を取り
出すことで得られる。波長変換素子としてはADP(リ
ン酸二水素化アンモニウム)、Ba2NaNb5O15(ニ
オブ酸バリウムナトリウム)、CdSe(セレンカドミ
ウム)、KDP(リン酸二水素カリウム)、LiNbO
3(ニオブ酸リチウム)、Se、Te、LBO、BB
O、KB5などが適用される。特にLBOを用いること
が望ましい。代表的な一例は、Nd:YVO4レーザー発
振装置(基本波1064nm)の第2高調波(532nm)
を用いる。また、レーザーの発振モードはTEM00モー
ドであるシングルモードを適用する。
合、吸収係数が103〜104cm-1である領域はほぼ可視
光域にある。ガラスなど可視光透過率の高い基板と、珪
素により30〜200nmの厚さをもって形成される非晶
質半導体膜を結晶化する場合、波長400〜700nmの
可視光域の光を照射することで、当該半導体膜を選択的
に加熱して、下地絶縁膜にダメージを与えずに結晶化を
行うことができる。具体的には、非晶質珪素膜に対し、
波長532nmの光の侵入長は概略100nm〜1000nm
であり、膜厚30nm〜200nmで形成される非晶質半導
体膜106の内部まで十分達することができる。即ち、
半導体膜の内側から加熱することが可能であり、レーザ
ー光の照射領域における半導体膜のほぼ全体を均一に加
熱することができる。
が延在する方向と平行な方向に走査し、溶融した半導体
は表面張力が働いて凹部に流れ込み凝固する。凝固した
状態では図3で示すように表面がほぼ平坦になる。さら
に結晶の成長端や結晶粒界は第2絶縁膜上(凸部上)に
形成される(図中ハッチングで示す領域110)。こう
して結晶性半導体膜107が形成される。
熱処理を行い、結晶性半導体膜に蓄積された歪みを除去
すると良い。この歪みは、結晶化によって起こる半導体
の体積収縮、下地との熱応力や格子不整合などにより発
生するものである。この加熱処理は通常の熱処理装置を
用いて行えば良いが、例えばガス加熱方式の瞬間熱アニ
ール(RTA)法を用いて1〜10分の処理を行うこと
もできる。尚、この工程は本発明において必須な要件で
はなく、適宜選択して行えば良いものである。
107の表面をエッチングして凹部に埋め込まれている
結晶性半導体膜108、109を選択的に抽出する。こ
の時、成長端や結晶粒界が集中する領域110をエッチ
ング除去することにより良質な半導体領域のみ残すこと
ができる。
は、複数の結晶方位を有し結晶粒界が形成されていない
という特徴を有している。そして、この島状の半導体領
域108、109の、特に凹部にある結晶性半導体を使
ってチャネル形成領域が位置せしめるようにゲート絶縁
膜及びゲート電極を形成する。このような各段階を経て
トランジスタを完成させることができる。
た結晶化の知見を概念図として示すものである。図5
(A)〜(E)は第1絶縁膜及び第2絶縁膜により形成
される凹部の深さ及び間隔と結晶成長の関係を模式的に
説明している。
t01:第2絶縁膜上(凸部)の非晶質半導体膜の厚さ、
t02:凹部の非晶質半導体膜の厚さ、t11:第2絶縁膜
上(凸部)の結晶性半導体膜の厚さ、t12:凹部の結晶
性半導体膜の厚さ、d:第2絶縁膜の厚さ(凹部の深
さ)、W1:第2絶縁膜の幅、W2:凹部の幅である。
と同程度かそれより小さい場合であり、凹部の溝の深さ
が非晶質半導体膜204よりも小さい場合には、溶融結
晶化の過程を経ても凹部が浅いので結晶性半導体膜20
5の表面が十分平坦化されることはない。即ち、結晶性
半導体膜205の表面状態は下地の凹凸形状が反映され
た状態となる。
と同程度かそれより小さい場合であり、凹部の溝の深さ
が非晶質半導体膜203とほぼ等しいかそれより大きい
場合には、表面張力が働いて凹部に集まる。それにより
固化した状態では、図5(B)で示すように表面がほぼ
平坦になる。この場合、t11<t12となり、第2絶縁膜
202上の膜厚が薄い部分220に応力が集中しここに
歪みが蓄積され、結晶粒界が形成されることになる。
真はその一例を示し、170nmの段差を設け、0.5μ
mの凸部の幅と間隔を設けた下地絶縁膜上に150nmの
非晶質珪素膜を形成して結晶化した結果を示している。
結晶性半導体膜の表面は結晶粒界を顕在化させるために
セコ液(HF:H2O=2:1に添加剤としてK2Cr 2
O7を用いて調合した薬液)でエッチングしてある。こ
の写真から明らかなように、結晶粒界は、段差形状の凸
部に集中していることが分かる。
の配向性を反射電子回折パターン(EBSP:Electron
Backscatter diffraction Pattern)により求めた結果
を示している。EBSPは走査型電子顕微鏡(SEM:
Scanning Electron Microscopy)に専用の検出器を設
け、電子ビームを結晶面に照射してその菊池線からの結
晶方位同定をコンピューターで画像認識させることによ
って、そのミクロな結晶性を表面配向のみならず、結晶
の全方向に関して測定するものである(以下、この手法
を便宜上EBSP法と呼ぶ)。
集光されたレーザー光の走査方向と平行な方向に結晶が
成長していることを示している。成長の面方位は<11
0>方位が優勢であるが、<100>方位の成長も存在
している。
μmと同程度かそれより小さい場合であり、この場合は
結晶性半導体膜204が凹部を充填するように形成さ
れ、第2絶縁膜203上には殆ど残存しないようにする
ことも可能である。
同程度か若干大きい場合であり、凹部の幅が広がると結
晶性半導体膜205が凹部を充填し、平坦化の効果はあ
るが、凹部の中央付近には結晶粒界や結晶亜粒界が発生
する。また、第2絶縁膜上にも同様に応力が集中しここ
に歪みが蓄積され、結晶粒界が形成される。これは、間
隔が広がることで応力緩和の効果が低減するためである
と推定している。
よりも大きい場合であり、図5(D)の状態がさらに顕
在化してくる。
真はその一例を示し、170nmの段差を設け、1.8μ
mの凸部の幅と間隔を設けた下地絶縁膜上に150nmの
非晶質珪素膜を形成して結晶化した結果を示している。
結晶性半導体膜の表面は結晶粒界を顕在化させるために
セコ液でエッチングしてある。図28との比較において
明らかなように、結晶粒界は、段差形状の凸部のもでな
く、凹部にも広がっていることが分かる。従ってこのよ
うな構造では、結晶粒界のない結晶性半導体膜を選択的
に取り出すことはできない。
体素子を形成する場合、特にトランジスタにおけるチャ
ネル形成領域をこのような半導体膜で形成する場合に
は、図5(B)の形態が最も適していると考えられる。
また、ここでは結晶性半導体膜を形成する下地の凹凸形
状は、第1絶縁膜と第2絶縁膜で形成する一例を示した
が、ここで示す形態に限定されず同様な形状を有するも
のであれば代替することができる。例えば、石英基板の
表面をエッチング処理して直接凹部を形成し、凹凸形状
を設けても良い。
るレーザー処理装置の構成の一例を示す。図6はレーザ
ー発振装置401a、401b、シャッター402、高
変換ミラー403〜406、シリンドリカルレンズ40
8、409、スリット407、載置台411、載置台4
11をX方向及びY方向に変位させる駆動手段412、
413、当該駆動手段をコントロールする制御手段41
4、予め記憶されたプログラムに基づいてレーザー発振
装置401や制御手段414に信号を送る情報処理手段
415などから成っているレーザー処理装置の構成を正
面図と側面図により示すものである。
ー発振装置が適用され、特に好ましくは、スラブレーザ
ー発振装置が適用される。或いは、YAG、YVO4、
YLF、YAlO3などの結晶にNd、Tm、Hoをド
ープした結晶を使った固体レーザー発振装置にスラブ構
造増幅器を組み合わせたものでも良い。スラブ材料とし
ては、Nd:YAG、Nd:GGG(ガドリニウム・ガ
リウム・ガーネット)、Nd:GsGG(ガドリニウム
・スカンジウム・ガリウム・ガーネット)などの結晶が
使用される。その他にも、連続発振可能な気体レーザー
発振装置、固体レーザー発振装置を適用することもでき
る。連続発振固体レーザー発振装置としてはYAG、Y
VO4、YLF、YAlO3などの結晶にCr、Nd、E
r、Ho、Ce、Co、Ti又はTmをドープした結晶
を使ったレーザー発振装置を適用する。発振波長の基本
波はドープする材料によっても異なるが、1μmから2
μmの波長で発振する。5W以上のより高い出力を得る為
には、ダイオード励起の固体レーザー発振装置をカスケ
ード接続しても良い。
る円形状又は矩形状のレーザー光は、シリンドリカルレ
ンズ408、409により照射面の断面形状において線
状に集光される。また、照射面での干渉を防ぐため、高
変換ミラーを適宜調節して10〜80度の角度を持って
斜め方向から入射する構成となっている。シリンドリカ
ルレンズ408、409は合成石英製とすれば高い透過
率が得られ、レンズの表面に施されるコーティングは、
レーザー光の波長に対する透過率が99%以上を実現す
るために適用される。勿論、照射面の断面形状は線状に
限定されず、矩形状、楕円形又は長円形など任意な形状
としても構わない。いずれにしても短軸と長軸の比が、
1対10〜1対100の範囲に含まれるものを指してい
る。また、波長変換素子410は基本波に対する高調波
を得るために備えられている。
13により二軸方向に動かすことにより基板420のレ
ーザー処理を可能としている。一方の方向への移動は基
板420の一辺の長さよりも長い距離を1〜200cm/s
ec、好ましくは5〜50cm/secの等速度で連続的に移動
させることが可能であり、他方へは線状ビームの長手方
向と同程度の距離を不連続にステップ移動させることが
可能となっている。レーザー発振装置401a、401
bの発振と、載置台411は情報処理手段415により
同期して作動するようになっている。
動をすることにより、固定された光学系から照射される
レーザー光で基板全面の処理を可能としている。位置検
出手段416は基板420がレーザー光の照射位置にあ
ることを検出して、その信号を情報処理手段415に伝
送し、情報処理手段415によりレーザー発振装置40
1a、401bの発振動作とのタイミングを同期させて
いる。つまり、基板420がレーザー光の照射位置にな
い時は、レーザーの発振を止めその寿命を延長させてい
る。
基板420に照射されるレーザー光は、図中に示すX方
向又はY方向に相対移動させることにより半導体膜の所
望の領域または全面を処理することができる。
する直線状のストライプパターンを形成し、その上に非
晶質半導体膜を堆積し、レーザー光の照射により溶融状
態を経て結晶化させることにより凹部に半導体を流し込
み凝固させ、凹部以外の領域に結晶化に伴う歪み又は応
力を集中させることができ、結晶粒界など結晶性の悪い
領域を選択的に形成することが可能となる。
界が形成されることなく、直線状のストライプパターン
が延在する方向と平行な方向に延在する複数の結晶粒が
集合した結晶性半導体膜を残存させることができる。こ
のような結晶性半導体膜でチャネル形成領域が配設され
るようにトランジスタを形成することにより、高速で電
流駆動能力を向上させることが可能となり、素子の信頼
性を向上させることも可能となる。
形成において、実施の形態1で示すように非晶質半導体
膜にレーザー光を照射して結晶化させる方法の他に、固
相成長により結晶化した後さらにレーザー光を照射して
溶融再結晶化しても良い。
6を形成した後、当該非晶質半導体膜(例えば非晶質珪
素膜)の結晶化温度を低温化させ配向性を向上させるな
ど、結晶化を促進する触媒作用のある金属元素としてN
iを添加する。Niの添加法に限定はなく、スピン塗布
法、蒸着法、スパッタ法などを適用するこができる。ス
ピン塗布法による場合には酢酸ニッケル塩が5ppmの水
溶液を塗布して金属元素含有層を形成する。勿論、触媒
元素はNiに限定されるものではなく、他の公知の材料
を用いても良い。
より非晶質半導体膜106を結晶化させる。この結晶化
した半導体膜に対し、レーザー光又はそれと同等な強光
を照射して溶融させ再結晶化する。こうして、図3と同
様に表面がほぼ平坦化された結晶性半導体膜107を得
ることができる。この結晶性半導体膜107も同様に成
長端や結晶粒界110が形成された領域が形成される。
導体膜を用いる利点はその半導体膜の光吸収係数の変動
率にあり、結晶化した半導体膜にレーザー光を照射して
溶融させたとしても光吸収係数は殆ど変動しない。よっ
て、レーザー照射条件のマージンを広くとることができ
る。
属元素が残存するが、ゲッタリング処理により取り除く
ことができる。この技術の詳細については、特願200
1−019367号出願(又は特願2002−0208
01号出願)を参照されたい。また、このゲッタリング
処理に伴う加熱処理は、結晶性半導体膜の歪みを緩和す
るという効果も合わせ持っている。
性半導体膜を抽出する。抽出された結晶性半導体膜は、
複数の結晶方位を有し結晶粒界が形成されていないとい
う特徴を有している。そして、この島状の半導体領域
の、特に凹部にある結晶性半導体を使ってチャネル形成
領域が位置せしめるようにゲート絶縁膜及びゲート電極
を形成する。このような各段階を経てトランジスタを完
成させることができる。
て凹部を有する下地絶縁膜上に結晶性珪素膜を形成し、
その凹部に充填された充填領域にチャネル形成領域が配
設されるトランジスタを作製する一形態を図面を用いて
説明する。尚、本実施の形態の係る各図面において、
(A)は上面図、(B)以降はそれに対応する各部位の
縦断面図を示す。
〜300nmの窒化珪素、窒素含有量が酸素含有量よりも
大きな酸窒化珪素、窒化アルミニウム、又は酸窒化アル
ミニウムでなる第1絶縁膜302を形成する。その上に
凹凸形状を有する直線状のストライプパターンを、酸化
珪素又は酸窒化珪素から成る第2絶縁膜303により形
成する。酸化珪素膜はプラズマCVD法でTEOSとO
2とを混合し、反応圧力40Pa、基板温度400℃と
し、高周波(13.56MHz)電力密度0.6W/cm2で放
電させ10〜3000nm、好ましくは100〜2000
nmの厚さに堆積し、その後エッチングにより凹部304
を形成する。凹部の幅は、特にチャネル形成領域が配置
される場所において、0.01〜1μm、好ましくは
0.05〜0.2μmで形成する。
構成する島状の半導体膜の配置(図8(A)で示す点線
で囲まれた領域)に合わせて、それと交差する部分にあ
る第2絶縁膜303をエッチングにより除去して凹部3
04を整形する。また、この第2絶縁膜のパターンは図
7で説明した段階で作り込んでも良い。
2及び第2絶縁膜303上に酸化膜又は酸窒化珪素膜か
ら成る第3絶縁膜305と非晶質珪素膜306を同一の
プラズマCVD装置を用い大気に触れさせることなく連
続的に成膜する。非晶質珪素膜305は珪素を主成分に
含む半導体膜で形成し、プラズマCVD法でSiH4を
原料気体として用い形成する。この段階では、図示する
ように凹部304の底面及び側面を被覆して平坦でない
表面形状が形成される。
う。図10はその結晶化後の状態を示している。結晶化
の条件は連続発振モードのYVO4レーザー発振器を用
い、その第2高調波(波長532nm)の出力5〜10W
を、光学系にて短手方向に対する長手方向の比が10以
上である線状レーザー光に集光し、且つ長手方向に均一
なエネルギー密度分布を有するように集光し、5〜20
0cm/secの速度で走査して結晶化させる。均一なエネル
ギー密度分布とは、完全に一定であるもの以外を排除す
ることではなく、エネルギー密度分布において許容され
る範囲は±10%である。このようなレーザー光の照射
は図6で示す構成のレーザー処理装置を適用することが
できる。
方向と凹部の配置との関係は図16に示されている。線
状に集光されたレーザー光360の強度分布はその強度
分布が長手方向において均一な領域を有していることが
望ましい。これは加熱される半導体の温度が照射領域の
温度を一定にすることが目的である。線状に集光された
レーザー光の長手方向(走査方向と交差する方向)に温
度分布が生じると、結晶の成長方向をレーザー光の走査
方向に限定することができなくなるためである。直線状
のストライプパターンは図示のように線状に集光された
レーザー光360の走査方向と合わせて配列させておく
ことで、結晶の成長方向と、全てのトランジスタのチャ
ネル長方向とを合わせることができる。これによりトラ
ンジスタの素子間の特性ばらつきを小さくすることがで
きる。また、直線状のストライプパターンで一部又は全
部を共通化しているため、レーザー照射条件のマージン
を広げることができる。従って、珪素膜がアブレーショ
ンにより飛散してしまうのを防止できる。
結晶化は、1回の走査(即ち、一方向)のみで完了させ
ても良いし、より結晶性を高めるためには往復走査して
も良い。さらに、レーザー光による結晶化した後、フッ
酸などによる酸化物除去、或いは、アンモニア過酸化水
素水処理などアルカリ溶液により珪素膜の表面を処理
し、エッチング速度の速い品質の悪い部分を選択的に除
去して、再度同様の結晶化処理を行っても良い。このよ
うにして、結晶性を高めることができる。
り、非晶質半導体膜は瞬間的に溶融し結晶化させる。実
質的には溶融帯が移動しながら結晶化が進行する。溶融
した珪素は表面張力が働いて凹部に凝集し固化する。こ
れにより、図10に示すように凹部304を充填する形
態で表面が平坦な結晶性半導体膜307が形成される。
部304に結晶性半導体膜307が残存するようにエッ
チング処理を行いう。このエッチング処理により、第3
絶縁膜305上にある結晶性半導体膜は除去され、凹部
の形状に合わせて結晶性半導体膜から成る結晶性半導体
膜307が得られる。結晶性半導体膜はフッ素系のガス
と酸素とをエッチングガスとして用いることにより下地
の酸化膜と選択性をもってエッチングすることができ
る。例えば、エッチングガスとして、CF4とO2の混合
ガスが適用される。
7から、図12に示す島状の半導体膜308〜310を
形成する。この島状の半導体膜308は、実施の形態1
で示したように、複数の結晶方位を有し結晶粒界が形成
されていないという特徴を有している。尚、図12は、
この島状の半導体膜308〜310の形状を限定的に示
すものではなく、実施の形態1で述べた如く、所定のデ
ザインルールに従う範囲内において、特に限定されるも
のではない。例えば、図12の島状の半導体膜の形状
は、複数個の短冊状の結晶性半導体膜は一対の矩形の結
晶性半導体膜と連接した形態を有しており、後述するよ
うに、複数個の短冊状の結晶性半導体膜にトランジスタ
のチャネル形成領域が配置される形態となっている。
び側面を覆いゲート絶縁膜として用いる第4絶縁膜31
2、ゲート電極として用いる導電膜313、314を形
成する。第4絶縁膜312は、30〜200nmの酸化珪
素膜又は酸窒化珪素膜を形成する。導電膜313〜31
4はタングステン又はタングステンを含有する合金や、
アルミニウム又はアルミニウム合金などで形成する。
0に一導電型の不純物領域315〜317を形成する段
階を示している。ここでは、便宜的にn型不純物領域3
15、317、p型不純物領域316を設けるものとす
る。これらの不純物領域はゲート電極として用いる導電
膜313、314をマスクとして自己整合的に形成して
も良いし、フォトレジストなどでマスキングして形成し
ても良い。不純物領域313〜317はソース及びドレ
イン領域を形成し、必要に応じて低濃度ドレイン領域を
適宜設けることもできる。
オンを電界で加速して、半導体膜に注入するイオン注入
法又はイオンドーピング法などが適用される。この場合
において、注入するイオン種の質量分離の有無は本発明
を適用する上で本質的な問題とはならない。
nm程度の水素を含有する窒化珪素膜又は酸窒化珪素膜に
よる第5絶縁膜320を形成する。この状態で400〜
450℃に熱処理をすることにより窒化珪素膜又は酸窒
化珪素膜が含有する水素が放出され島状の半導体膜に対
する水素化を行うことができる。酸化珪素膜などで形成
する第6絶縁膜321を形成し、ソース及びドレイン領
域を形成する不純物領域313と接触する配線322〜
326を形成する。
チャネル型トランジスタを形成することができる。図1
5は複数のチャネル形成領域が並列に配設され、一対の
不純物領域と連接して設けられたマルチチャネル型のト
ランジスタを示している。また、nチャネル型マルチチ
ャネルトランジスタ327と、pチャネル型マルチチャ
ネルトランジスタ328とでCMOS構造の基本回路で
あるインバータ回路を構成する一例を示している。この
構成において並列に配設するチャネル形成領域の数に限
定はなく、必要に応じて複数個配設すれば良い。例え
ば、nチャネル型トランジスタ329のようにシングル
チャネルとしても良い。
ランジスタはシングルドレイン構造で示されているが、
低濃度ドレイン(LDD)を設けても良い。図17はL
DD構造を持ったnチャネル型マルチチャネルトランジ
スタの一例を示している。
ゲート電極を窒化チタン又は窒化タンタルなど窒化物金
属330aとタングステン又はタングステン合金など高
融点金属330bで形成する一例であり、ゲート電極3
50bの側面にスペーサ331を設けている。スペーサ
331は酸化珪素などの絶縁体で形成しても良いし、導
電性を持たせるためにn型の多結晶珪素で形成しても良
く、異方性ドライエッチングにより形成する。LDD領
域332はこのスペーサを形成する前に形成することに
より、ゲート電極330bに対し自己整合的に形成する
ことができる。スペーサを導電性材料で形成した場合に
は、LDD領域が実質的にゲート電極と重畳するゲート
・オーバーラップLDD(Gate-Overlapped LDD)構造と
することができる。
を設けない構造であり、この場合はLDD構造となる。
隣接してLDD領域を形成するn型不純物領域334が
形成されている。ゲート電極333は二層構造であり、
n型不純物領域322及びLDD領域を形成するn型不
純物領域334は自己整合的に形成することができる。
このようなゲート電極と不純物領域、及びその作製方法
の詳細については、特願2000−128526号出願
又は特願2001−011085号出願を参照された
い。
より自己整合的にLDD領域を形成する構造は、特にデ
ザインルールを微細化する場合において有効である。こ
こでは単極性のトランジスタ構造を示したが、実施の形
態4と同様にCMOS構造を形成することもできる。
LDD領域の構成以外は、実施の形態3と同じであり詳
細な説明は省略する。
に適用できるものであり、実施の形態1乃至4に基づい
て作製される表示パネルの形態を説明する。
ート信号側駆動回路901a、901b、データ信号側
駆動回路901c、入出力端子部908、配線又は配線
群917が備えられている。シールパターン940はゲ
ート信号側駆動回路901a、901b、データ信号側
駆動回路901c及び当該駆動回路部と入力端子とを接
続する配線又は配線群917と一部が重なっていても良
い。このようにすると、表示パネルの額縁領域(画素部
の周辺領域)の面積を縮小させることができる。外部入
力端子部には、FPC936が固着されている。
種論理回路、高周波回路、メモリ、マイクロプロセッ
サ、メディアプロセッサ/DSP(Digital Signal Proc
essor)、グラフィクス用LSI、暗号LSI、アンプな
どが形成されたチップ950が実装されていても良い。
これらの機能回路は、画素部902、ゲート信号側駆動
回路901a、901b、データ信号側駆動回路901
cとは異なるデザインルールで形成されるものであり、
具体的には1μm以下のデザインルールが適用される。
トランジスタのゲート構造としては、図17(A)
(B)などが適している。また、実装の方法に限定はな
くCOG方式などが適用されている。
ジスタは画素部902のスイッチング素子として、さら
にゲート信号側駆動回路901a、901b、データ信
号側駆動回路901cを構成する能動素子として適用す
ることができる。
示す一例であり、トランジスタ501〜803が備えら
れている。これらは、画素に備える発光素子や液晶素子
を制御するそれぞれスイッチング用、リセット用、駆動
用のトランジスタである。これらのトランジスタの作製
工程は図19乃至図24により示されている。尚、工程
の詳細は実施の形態3と同様であり詳細な説明は省略す
る。
ライプパターンを形成する第2絶縁膜503を形成した
状態を示している。この第2絶縁膜により凹部504が
形成されている。図中点線で囲む領域は、チャネル形成
領域を含む島状の半導体膜が形成される領域を示してい
る。
5を堆積し、それに線状に集光されたレーザー光506
を照射して結晶性半導体膜507を形成する段階を示し
ている。
半導体膜をエッチングにより選択的に除去し、凹部を充
填する形で結晶性半導体膜508が形成された状態を示
している。さらに、図22はこの結晶性半導体膜508
をエッチングして、島状の半導体膜509、510が形
成された状態を示している。
(図示せず)及びゲート電極(又はゲート配線)514
〜516を形成する。凹部511〜513は島状の半導
体膜509、510がゲート電極(又はゲート配線)5
14〜516と交差する位置に合わせて形成されるもの
である。これにより、実施の形態3と同様なゲート構造
を得ることができる。また、ゲート構造の詳細に関して
は、実施の形態4で示す構造を採用しても良い。
し、絶縁膜を介して各種配線518〜520及び画素電
極517を形成することにより、図24で示す画素構造
を得ることができる。
に対応する縦断面図を示している。さらに図25(B)
に示すように画素電極517を用いて液晶表示装置や有
機発光装置を完成させることができる。
光が基板側とは反対側に放射する形態(上方放射型)を
示している。配線520と接続する有機発光素子33の
一方の電極である陰極を画素電極517で形成する。有
機化合物層27は陰極側から電子注入輸送層、発光層、
正孔注入輸送層の順で形成する。その上層側に形成され
る陽極29との間には薄い透光性の金属層28が設けら
れている。陽極29は酸化インジウムスズ(ITO)、
酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)な
ど透光性導電膜を抵抗加熱蒸着法で形成する。この金属
層28は陽極29を形成するに当たり、有機化合物層2
7にダメージが及び素子特性が悪化するのを防いでい
る。その後形成する保護膜24、パッシベーション膜2
5を形成する。
成する場合には、銅フタロシアニン(CuPc)と芳香
族アミン系材料であるMTDATA及びα−NPDで形
成される正孔注入輸送層、トリス−8−キノリノラトア
ルミニウム錯体(Alq3)で形成される電子注入層兼
発光層を積層させて形成することができる。Alq3は
一重項励起状態からの発光(蛍光)を可能としている。
光(燐光)を利用することが好ましい。この場合には、
有機化合物層21としてフタロシアニン系材料であるC
uPcと芳香族アミン系材料であるα−NPDで形成さ
れる正孔注入輸送層上に、カルバゾール系のCBP+I
r(ppy)3を用いて発光層を形成し、さらにバソキ
ュプロイン(BCP)を用いて正孔ブロック層、Alq3
による電子注入輸送層を積層させた構造とすることもで
きる。
いた例であるが、高分子系有機化合物と低分子系有機化
合物を組み合わせた有機発光素子を実現することもでき
る。例えば、有機化合物層21として陽極側から、高分
子系有機化合物のポリチオフェン誘導体(PEDOT)に
より正孔注入輸送層、α−NPDによる正孔注入輸送
層、CBP+Ir(ppy)3による発光層、BCPに
よる正孔ブロック層、Alq3による電子注入輸送層を
積層させても良い。正孔注入層をPEDOTに変えるこ
とにより、正孔注入特性が改善され、発光効率を向上さ
せることができる。
発光(燐光)は、一重項励起状態からの発光(蛍光)よ
りも発光効率が高く、同じ発光輝度を得るにも動作電圧
(有機発光素子を発光させるに要する電圧)を低くする
ことが可能である。
用いた表示パネルを作製することができる。また、陽極
と陰極の配置を反転させれば、発光が基板側に放射する
形態(下方放射型)とすることもできる。さらに、ここ
では例示しなかったが、液晶の電気光学特性を利用した
表示パネルを作製することもできる。
いて、下層側に導電層を設けることにより、所謂基板バ
イアスを印加することが可能となる。トランジスタの作
製方法は実施の形態3に従うものであるが、その差異に
ついて図26を用いて説明する。
縁膜802として窒化珪素膜を形成し、その上にタング
ステン膜803をスパッタリング法にて形成する。特に
窒化珪素膜は高周波スパッタリング法で形成すると緻密
な膜を形成することが可能である。第2絶縁膜803は
酸化珪素膜で形成する。酸化珪素膜はエッチングにより
図示するように凹部を形成するが、下地のタングステン
膜との選択比は30程度あるので容易に加工できる。
珪素膜と非晶質珪素膜805を連続して形成し、溶融結
晶化し、さらに表層部をエッチングすることで図26
(B)で示すように結晶性珪素膜807を形成する。そ
の後、図26(C)に示すようにゲート絶縁膜808、
ゲート電極809を形成する。タングステン膜803上
にはゲート絶縁膜808が形成されるので、ゲート電極
809と短絡することはない。
803を接地電位に固定すると、トランジスタのしきい
値電圧のばらつきを小さくすることができる。また、ゲ
ート電極809と同電位を印加して駆動すると、オン電
流を増加させることができる。
で示すようにタングステン膜803の上層に、窒化アル
ミニウム又は酸窒化アルミニウムを形成すると良い。エ
ッチング加工の選択比を確保することにある。即ち、C
HF3などフッ素系のエッチングガスで第2絶縁膜であ
る酸化珪素を除去して、且つ下地の金属膜を露出させな
いためには、窒化珪素は適しておらず、窒化アルミニウ
ム又は酸窒化アルミニウムが適している。
形態3〜5と組み合わせて適用することができる。
を完成させることができる。その一例は、携帯情報端末
(電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話など)、ビ
デオカメラ、デジタルカメラ、パーソナルコンピュー
タ、テレビ受像器、携帯電話などが挙げられる。それら
の一例を図31に示す。
器を完成させる一例であり、筐体3001、支持台30
02、表示部3003などにより構成されている。本発
明により作製されるトランジスタは表示部3003の他
に、各種論理回路、高周波回路、メモリ、マイクロプロ
セッサ、メディアプロセッサ、グラフィクス用LSIな
ど様々な集積回路がガラス上に形成し組み込むことがで
き、本発明によりテレビ受像器を完成させることができ
る。
ラを完成させた一例であり、本体3011、表示部30
12、音声入力部3013、操作スイッチ3014、バ
ッテリー3015、受像部3016などにより構成され
ている。本発明により作製されるトランジスタは表示部
3012の他に、各種論理回路、高周波回路、メモリ、
マイクロプロセッサ、メディアプロセッサ、グラフィク
ス用LSIなど様々な集積回路がガラス上に形成し組み
込むことができ、本発明によりビデオカメラを完成させ
ることができる。
パーソナルコンピュータを完成させた一例であり、本体
3021、筐体3022、表示部3023、キーボード
3024などにより構成されている。本発明により作製
されるトランジスタは表示部3023の他、各種論理回
路、高周波回路、メモリ、マイクロプロセッサ、メディ
アプロセッサ、グラフィクス用LSI、暗号LSIなど
様々な集積回路がガラス上に形成し組み込むことがで
き、本発明によりパーソナルコンピュータを完成させる
ことができる。
sonal Digital Assistant)を完成させた一例であり、本
体3031、スタイラス3032、表示部3033、操
作ボタン3034、外部インターフェース3035など
により構成されている。本発明により作製されるトラン
ジスタは表示部3033の他、各種論理回路、高周波回
路、メモリ、マイクロプロセッサ、メディアプロセッ
サ、グラフィクス用LSI、暗号LSIなど様々な集積
回路がガラス上に形成し組み込むことができ、本発明に
よりPDAを完成させることができる。
置を完成させた一例であり、具体的には車載用のオーデ
ィオ装置であり、本体3041、表示部3042、操作
スイッチ3043、3044などにより構成されてい
る。本発明により作製されるトランジスタは表示部30
42の他、各種論理回路、高周波回路、メモリ、マイク
ロプロセッサ、メディアプロセッサ、グラフィクス用L
SI、増幅回路など様々な集積回路がガラス上に形成し
組み込むことができ、本発明によりオーディオ装置を完
成させることができる。
メラを完成させた一例であり、本体3051、表示部
(A)3052、接眼部3053、操作スイッチ305
4、表示部(B)3055、バッテリー3056などによ
り構成されている。本発明により作製されるトランジス
タは表示部(A)3052および表示部(B)3055の
他、各種論理回路、高周波回路、メモリ、マイクロプロ
セッサ、メディアプロセッサ、グラフィクス用LSI、
暗号LSIなど様々な集積回路がガラス上に形成し組み
込むことができ、本発明によりデジタルカメラを完成さ
せることができる。
完成させた一例であり、本体3061、音声出力部30
62、音声入力部3063、表示部3064、操作スイ
ッチ3065、アンテナ3066などにより構成されて
いる。本発明により作製されるトランジスタは表示部3
064の他、各種論理回路、高周波回路、メモリ、マイ
クロプロセッサ、メディアプロセッサ、グラフィクス用
LSI、暗号LSI、携帯電話用LSIなど様々な集積
回路がガラス上に形成し組み込むことができ、本発明に
より携帯電話を完成させることができる。
れらの用途に限定するものではない。
形状を有する直線状のストライプパターンを形成し、そ
の上に非晶質半導体膜を堆積し、レーザー光の照射によ
り溶融状態を経て結晶化させることにより凹部に半導体
を流し込み凝固させ、凹部以外の領域に結晶化に伴う歪
み又は応力を集中させることができ、結晶粒界など結晶
性の悪い領域を選択的に形成することが可能となる。
特にそのチャネル形成領域の場所を指定して、結晶粒界
が存在しない結晶性半導体膜を形成することができる。
これにより不用意に介在する結晶粒界や結晶欠陥により
特性がばらつく要因を無くすことができ、特性ばらつき
の小さいトランジスタ又はトランジスタ素子群を形成す
ることができる。
面部に重畳してゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する
ことにより、チャネル形成領域の面積が拡大し、オン電
流を増加することができる。さらに、三方からゲート電
圧を印加することにより、ゲート絶縁膜に注入されるキ
ャリア、特にホットキャリアを少なくすることができ、
トランジスタの信頼性を向上させることもできる。
り、絶縁膜で凹部を形成する段階を示す。
り、凹部を形成した絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成す
る段階を示す。
り、凹部を形成した絶縁膜上に結晶性半導体膜を形成し
た段階を示す。
り、凹部に結晶性半導体膜を残存せしめた段階を示す。
膜の形態との関係の詳細を説明する縦断面図。
を示す配置図。
工程を説明する上面図及び縦断面図。
工程を説明する上面図及び縦断面図。
工程を説明する上面図及び縦断面図。
製工程を説明する上面図及び縦断面図。
製工程を説明する上面図及び縦断面図。
製工程を説明する上面図及び縦断面図。
製工程を説明する上面図及び縦断面図。
製工程を説明する上面図及び縦断面図。
製工程を説明する上面図及び縦断面図。
光とその走査方向を説明する図。
いて適用することができるゲート構造の一例を示す縦断
面図。
観図の一例。
程を説明する上面図。
程を説明する上面図。
程を説明する上面図。
程を説明する上面図。
程を説明する上面図。
説明する上面図。
縦断面図。
れるトランジスタのチャネル形成領域の詳細を説明する
縦断面図。
れるトランジスタのチャネル形成領域の詳細を説明する
縦断面図。
の幅と間隔を設けた下地絶縁膜上に150nmの非晶質珪
素膜を形成して結晶化したときの表面状態を表す走査電
子顕微鏡(SEM)写真(セコエッチ後)。
の幅と間隔を設けた下地絶縁膜上に150nmの非晶質珪
素膜を形成して結晶化したときの表面状態を表す走査電
子顕微鏡(SEM)写真(セコエッチ後)。
Pマッピングデータ。
Claims (12)
- 【請求項1】一対の一導電型不純物領域の間に連接し
て、絶縁表面上に直線状のストライプパターンで形成さ
れた凹部と平行な方向に結晶粒界が存在することなく複
数の結晶方位を含む結晶性半導体膜と、前記結晶性半導
体膜と絶縁層を介して重畳する導電層により、前記結晶
性半導体膜にチャネル形成領域が形成される構成を有
し、チャネル形成領域における前記結晶性半導体膜はチ
ャネル幅方向が0.01μm以上2μm以下、好ましくは
0.1μm以上1μm以下であり、厚さが0.01μm以
上1μm以下であることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】一対の一導電型不純物領域の間に連接し
て、絶縁表面上に直線状のストライプパターンで形成さ
れた凹部と平行な方向に結晶粒界が存在することなく複
数の結晶方位を含む結晶性半導体膜と、前記結晶性半導
体膜の上面部を被覆するゲート絶縁膜を介して重畳する
ゲート電極により、前記結晶性半導体膜の上面部にチャ
ネル形成領域が形成される構成を有し、チャネル形成領
域における前記結晶性半導体膜はチャネル幅方向が0.
01μm以上2μm以下、好ましくは0.1μm以上1μm
以下であり、厚さが0.01μm以上1μm以下であるこ
とを特徴とする半導体装置。 - 【請求項3】側面を絶縁膜が接する一対の一導電型不純
物領域の間に連接して、絶縁表面上に直線状のストライ
プパターンで形成された凹部と平行な方向に結晶粒界が
存在することなく複数の結晶方位を含む結晶性半導体膜
と、前記結晶性半導体膜の上面部を被覆するゲート絶縁
膜を介して重畳するゲート電極により、前記結晶性半導
体膜の上面部にチャネル形成領域が形成される構成を有
し、チャネル形成領域における前記結晶性半導体膜はチ
ャネル幅方向が0.01μm以上2μm以下、好ましくは
0.1μm以上1μm以下であり、厚さが0.01μm以
上1μm以下であり、前記一対の一導電型不純物領域の
間に一つ又は複数個備えられていることを特徴とする半
導体装置。 - 【請求項4】ガラス又は石英基板上に、W、Mo、T
i、Ta、Crから選ばれた一種又は複数種を含む金属
層が設けられ、前記金属層上に、側面を絶縁膜が接する
一対の一導電型不純物領域の間に連接して形成され、前
記金属層上に形成された直線状のストライプパターンで
形成された凹部と平行な方向に結晶粒界が存在すること
なく複数の結晶方位を含む結晶性半導体膜と、前記結晶
性半導体膜の上面部を被覆するゲート絶縁膜を介して重
畳するゲート電極により、前記結晶性半導体膜の上面部
にチャネル形成領域が形成される構成を有し、前記金属
層と前記結晶性半導体膜との間には絶縁層が介在して設
けられ、チャネル形成領域における前記結晶性半導体膜
はチャネル幅方向が0.01μm以上2μm以下、好まし
くは0.1μm以上1μm以下であり、厚さが0.01μ
m以上1μm以下であり、前記一対の一導電型不純物領域
の間に一つ又は複数個備えられていることを特徴とする
半導体装置。 - 【請求項5】ガラス又は石英基板上にW、Mo、Ti、
Ta、Crから選ばれた一種又は複数種を含む金属層
と、当該金属層上に、窒化アルミニウム又は酸窒化アル
ミニウムから成る絶縁層が設けられ、前記絶縁層上に、
側面を絶縁膜が接する一対の一導電型不純物領域の間に
連接して、前記絶縁層上に形成された直線状のストライ
プパターンで形成された凹部と平行な方向に結晶粒界が
存在することなく複数の結晶方位を含む結晶性半導体膜
と、前記結晶性半導体膜の上面部を被覆するゲート絶縁
膜を介して重畳するゲート電極により、前記結晶性半導
体膜の上面部にチャネル形成領域が形成される構成を有
し、チャネル形成領域における前記結晶性半導体膜はチ
ャネル幅方向が0.01μm以上2μm以下、好ましくは
0.1μm以上1μm以下であり、厚さが0.01μm以
上1μm以下であり、前記一対の一導電型不純物領域の
間に一つ又は複数個備えられていることを特徴とする半
導体装置。 - 【請求項6】請求項1乃至5のいずれか一項において、
前記結晶性半導体膜は、前記絶縁表面上に形成された直
線状のストライプパターンで形成された凹部と平行な方
向に、<110>方位が優先配向として成長しているこ
とを特徴とする半導体装置。 - 【請求項7】請求項1乃至5のいずれか一項において、
前記チャネル形成領域が、一対の一導電型不純物領域の
間に、複数個、並列に連接して設けられていることを特
徴とする半導体装置。 - 【請求項8】島状に分割された結晶性半導体膜を有する
半導体装置の作製方法であって、絶縁表面を有する基板
上に直線状のストライプパターンで延在する凹凸部が設
けられた絶縁膜を形成し、前記島状に分割された結晶性
半導体膜の配置に合わせて、それと交差する前記絶縁膜
の凸部を除去した後、前記絶縁膜上に非晶質半導体膜を
形成し、前記絶縁膜の凹部に溶融した半導体を流し込む
ように前記非晶質半導体膜を溶融して結晶化させて結晶
性半導体膜を形成し、前記絶縁膜の凸部に残存する結晶
性半導体膜を除去した後凹部に形成された結晶性半導体
膜から、前記島状に分割された結晶性半導体膜を形成
し、該結晶性半導体膜の上面部に接するゲート絶縁膜と
ゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の作
製方法。 - 【請求項9】島状に分割された結晶性半導体膜を有する
半導体装置の作製方法であって、絶縁表面を有する基板
上に直線状のストライプパターンで延在する凹凸部が設
けられた絶縁膜を形成し、前記島状に分割された結晶性
半導体膜の配置に合わせて、それと交差する前記絶縁膜
の凸部を除去した後、前記絶縁膜上に非晶質半導体膜を
形成し、レーザー光の照射により、前記絶縁膜の凹部に
溶融した半導体を流し込むように前記非晶質半導体膜を
溶融して結晶化させて結晶性半導体膜を形成し、前記絶
縁膜の凸部に残存する結晶性半導体膜を除去した後凹部
に形成された結晶性半導体膜から、前記島状に分割され
た結晶性半導体膜を形成し、該結晶性半導体膜の上面部
に接するゲート絶縁膜とゲート電極を形成することを特
徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項10】島状に分割された結晶性半導体膜を有す
る半導体装置の作製方法であって、絶縁表面を有する基
板上に直線状のストライプパターンで延在する凹凸部が
設けられた絶縁膜を形成し、前記島状に分割された結晶
性半導体膜の配置に合わせて、それと交差する前記絶縁
膜の凸部を除去した後、前記絶縁膜上に非晶質半導体膜
を形成し、レーザー光を照射し、且つ前記チャネル長方
向と平行な方向に走査して、前記絶縁膜の凹部に溶融し
た半導体を流し込むように前記非晶質半導体膜を溶融し
て結晶化させて結晶性半導体膜を形成し、前記絶縁膜の
凸部に残存する結晶性半導体膜を除去した後凹部に形成
された結晶性半導体膜から、前記島状に分割された結晶
性半導体膜を形成し、該結晶性半導体膜の上面部に接す
るゲート絶縁膜とゲート電極を形成することを特徴とす
る半導体装置の作製方法。 - 【請求項11】請求項8乃至10のいずれか一項におい
て、前記凹部の幅は0.01μm以上2μm以下であり、
深さが0.01μm以上1μm以下であることを特徴とす
る半導体装置の作製方法。 - 【請求項12】請求項8乃至10のいずれか一項におい
て、前記レーザー光は連続発振型のレーザー発振装置を
光源として照射することを特徴とする半導体装置の作製
方法。
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JP2003234478A5 JP2003234478A5 (ja) | 2005-08-18 |
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- 2002-02-08 JP JP2002033267A patent/JP4137461B2/ja not_active Expired - Fee Related
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