JP2007110147A - 薄膜トランジスタの作製方法及びレーザーアニール方法 - Google Patents
薄膜トランジスタの作製方法及びレーザーアニール方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】 本発明に係る結晶性半導体膜を用いた薄膜トランジスタの作製方法は、意図的に非単結晶半導体膜の表面を水素にて終端させ、少なくとも酸素を含有する雰囲気において、前記非単結晶半導体膜に対してレーザービームを照射することにより、前記結晶性半導体膜を形成することを特徴とする。これにより、結晶性、均質性が大幅に向上した結晶性半導体膜を用いて、薄膜トランジスタを作製することができる。
【選択図】 図1
Description
ザーエネルギーが変動するに留まり、均質性を向上させるものではなかった。
ところが、上記雰囲気に酸素を混入または単独で使用すると状況は一変した。結晶化の為の最適エネルギーが著しく減少し、かつ、レーザー照射後の膜の均質性も向上した。
例えば、レーザー結晶化を施す前に、HF水溶液や、HF、H2 O2 とを含有する水溶液にて非単結晶珪素膜上面を洗浄してやると、シリコン膜表面の水素による終端率が著しく増加する。上記仮説が正しければ、シリコン表面の水素の増加により、レーザー照射の際の水分子の生成量が増加し、保温効果が上がるはずである。もちろん、この場合、酸素を含む雰囲気中でレーザー照射する。本方法の効果は図7で、実証済である。
第二、第三の方法に於いては、添加する水分の量あるいは酸素と水素の量が多すぎると逆効果をもたらした。
本発明の第一は、非単結晶半導体膜に対してレーザービームを照射してレーザーアニールを行うに際し、レーザー光の照射面側に気体又は液体の熱の保温層を造りつつ、レーザービームを照射することを特徴とする。
を照射することを特徴とする。
を照射することを特徴とする。
を照射することを特徴とする。
(作用)
本発明は、非単結晶半導体膜にレーザーアニールを施して、結晶化また結晶性を向上させるに際し、水分子の層を該非単結晶半導体膜とレーザービームとの間に形成するものである。前記水分子層が保温層として該非単結晶半導体膜に作用し、結晶性の膜面内での均質性を著しく向上させる。
熱アニールが施され、非晶質珪素膜が結晶化し、非単結晶珪素膜である結晶性珪素膜B が形成される。
面活性剤を添加するとより好ましい。
ロボットアーム305によって、レーザー照射室101に移送される。このときステージ111は台106内のヒーターにより、所望の温度、例えば室温から300℃程度の範囲で保たれている。ステージに配置された基板は温度が安定するまで放置される。このとき、石英窓104は曇り止めのため121内のヒーターにより適当な温度に昇温されている。また、気体供給管109、110からは窒素ガス及び湿度調整された窒素ガスが出て、レーザー照射室内の雰囲気、主に湿度を制御している。
102 レーザー発振装置
103 ミラー
104 窓
105 被処理基板
106 台
107 移動機構
108 真空排気ポンプ
109 110 気体供給管
111 ステージ
112 光学系
113 石英窓104の工程用治具
114 O リング
115 ヒーター
116 線状ビームを集光するためのシリンドリカルレンズ
301 ゲイトバルブ
302 基板搬送室
303 アライメント室
304 カセット
305 ロボットアーム
306 ロード/アンロード室
307 ゲイトバルブ
501 延長管
502 供給
503 延長管501内の供給ガス
801 レーザー光分割のためのシリンドリカルレンズ群
802 レーザー光収束のためのシリンドリカルレンズ
803 レーザー光分割のためのシリンドリカルレンズ群
804 レーザー光収束のためのシリンドリカルレンズ
1101 ダストカウンター
1102 吸引口
1103 フィルター
1104 ダスト
Claims (30)
- 結晶性半導体膜を用いた薄膜トランジスタの作製方法であって、
意図的に非単結晶半導体膜の表面を水素にて終端させ、少なくとも酸素を含有する雰囲気において、前記非単結晶半導体膜に対してレーザービームを照射することにより、前記結晶性半導体膜を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 結晶性半導体膜を用いた薄膜トランジスタの作製方法であって、
意図的に非単結晶半導体膜の表面を水素にて終端させ、少なくとも酸素と水素を含有する雰囲気において、前記非単結晶半導体膜に対してレーザービームを照射することにより、前記結晶性半導体膜を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 結晶性半導体膜を用いた薄膜トランジスタの作製方法であって、
非単結晶半導体膜上に又は前記非単結晶半導体膜中に触媒元素を導入し、前記非単結晶半導体膜に対して熱アニールを行い、意図的に前記非単結晶半導体膜の表面を水素にて終端させ、少なくとも酸素を含有する雰囲気において、前記非単結晶半導体膜に対してレーザービームを照射することにより、前記結晶性半導体膜を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項1乃至3のいずれか一において、
前記レーザービームの照射は、前記非単結晶半導体膜が形成される基板温度が−10℃〜100℃の範囲に保たれている状態で行われることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項1乃至4のいずれか一において、
前記レーザービームの照射は、雰囲気制御可能なレーザー照射室内で行われることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項1乃至5のいずれか一において、
前記レーザービームの照射は、被照射面における断面形状がスポット状又は線状のレーザービームを走査して行われることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項1乃至6のいずれか一において、
前記非単結晶半導体膜の一点に対して、10〜50ショットのレーザービームを照射することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項1乃至7のいずれか一において、
前記レーザービームのエネルギー密度は、100〜500mJ/cm2であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項1乃至8のいずれか一において、
前記レーザービームの照射は、パルスレーザーを光源とするものであることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項1乃至9のいずれか一において、
前記レーザービームの照射は、エキシマレーザーを光源とするものであることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項1乃至10のいずれか一において、
前記非単結晶半導体膜は、非晶質半導体膜又は結晶性半導体膜であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項1乃至11のいずれか一において、
前記非単結晶半導体膜は、非単結晶珪素膜であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項1乃至12のいずれか一において、
前記結晶性半導体膜の結晶のグレインサイズの分布が、σ(標準偏差)で±20%以内に収まっていることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項1乃至13のいずれか一において、
前記結晶性半導体膜の表面の、AFMにより測定される平均粗さの面内バラツキが±40%以内に収まっていることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項1乃至14に記載の薄膜トランジスタの作製方法を用いて作製された薄膜トランジスタを有するモノリシック型の液晶電気光学装置。
- 請求項1乃至14に記載の薄膜トランジスタの作製方法を用いて作製された薄膜トランジスタを有する液晶ディスプレイ。
- 非単結晶半導体膜に対してレーザービームを照射してレーザーアニールを行うに際し、
意図的に前記非単結晶半導体膜の表面を水素にて終端させ、
少なくとも酸素を含有する雰囲気において、前記非単結晶半導体膜に対してレーザービームを照射することを特徴とするレーザーアニール方法。 - 非単結晶半導体膜に対してレーザービームを照射してレーザーアニールを行うに際し、
意図的に前記非単結晶半導体膜の表面を水素にて終端させ、
少なくとも酸素と水素を含有する雰囲気において、前記非単結晶半導体膜に対してレーザービームを照射することを特徴とするレーザーアニール方法。 - 基板上に非単結晶半導体膜を形成し、
前記非単結晶半導体膜上に又は前記非単結晶半導体膜中に触媒元素を導入し、前記非単結晶半導体膜に対して熱アニールを行い、
意図的に前記非単結晶半導体膜の表面を水素にて終端させ、
少なくとも酸素を含有する雰囲気において、前記非単結晶半導体膜に対してレーザービームを照射することを特徴とするレーザーアニール方法。 - 請求項17乃至19のいずれか一において、
前記レーザービームの照射は、前記非単結晶半導体膜が形成される基板温度が−10℃〜100℃の範囲に保たれている状態で行われることを特徴とするレーザーアニール方法。 - 請求項17乃至20のいずれか一において、
前記レーザービームの照射は、雰囲気制御可能なレーザー照射室内で行われることを特徴とするレーザーアニール方法。 - 請求項17乃至21のいずれか一において、
前記レーザービームの照射は、被照射面における断面形状がスポット状又は線状のレーザービームを走査して行われることを特徴とするレーザーアニール方法。 - 請求項17乃至22のいずれか一において、
前記非単結晶半導体膜の一点に対して、10〜50ショットのレーザービームを照射することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項17乃至23のいずれか一において、
前記レーザービームのエネルギー密度は、100〜500mJ/cm2であることを特徴とするレーザーアニール方法。 - 請求項17乃至24のいずれか一において、
前記レーザービームの照射は、パルスレーザーを光源とするものであることを特徴とするレーザーアニール方法。 - 請求項17乃至25のいずれか一において、
前記レーザービームの照射は、エキシマレーザーを光源とするものであることを特徴とするレーザーアニール方法。 - 請求項17乃至26のいずれか一において、
前記非単結晶半導体膜は、非晶質半導体膜又は結晶性半導体膜であることを特徴とするレーザーアニール方法。 - 請求項17乃至27のいずれか一において、
前記非単結晶半導体膜は、非単結晶珪素膜であることを特徴とするレーザーアニール方法。 - 結晶のグレインサイズの分布が、σ(標準偏差)で±20%以内に収まっている多結晶半導体膜を作製することを特徴とする請求項17乃至28のいずれか一に記載のレーザーアニール方法。
- 多結晶で構成される半導体膜表面の、AFMにより測定される平均粗さの面内バラツキが±40%以内に収まっている多結晶半導体膜を作製することを特徴とする 請求項17乃至29のいずれか一に記載のレーザーアニール方法。
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