JP2007324425A - 薄膜半導体装置及びその製造方法と表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザアニールは、光反射・吸収層103のパターンより外側に位置する半導体薄膜105の外部領域108においてはその温度が半導体薄膜105の融点以下であり、光反射・吸収層103のパターンより内側に位置する半導体薄膜105の内部領域109においては該半導体薄膜105が融解するようにレーザ光でパルス加熱する加熱過程と、内部領域109が融解した後、外部領域108と内部領域109の境界から内側に向かって外部領域108の多結晶粒を核としてラテラル成長が進行し、内部領域109の少なくとも一部に一層拡大した多結晶粒Lが生成する冷却過程とを含む。
【選択図】図1
Description
(1)ガラス基板にMoでゲートパターンを形成。
(2)プラズマCVDでSiNx、SiO2、a−Siの3層をこの順で連続成膜。
(3)通常のエキシマレーザアニール(ELA)でSi層を多結晶化(1段階目のレーザアニール工程)
・オーバーラップ条件は90〜98%程度。
・ガラス上で平均粒径が0.1〜5μm程度になるような最適エネルギー密度で照射する。
・この場合、Moゲートパターン上は照射エネルギー密度(mJ/cm2)が不足し、平均粒径は0.1〜5μmよりも小さくなる。
(4)グリーンの全固体レーザをオーバーラップ0〜90%程度で照射し、Moゲートパターン上のみにラテラル成長させる。(2段階目のレーザアニール工程)
・ガラス上では全固体レーザの照射エネルギー密度が不十分なため、ELAで生成された多結晶がほぼそのまま残る。
[1ステップ目の条件]
・照射エネルギー密度:500〜600mJ/cm2程度
・オーバーラップ75〜95%程度(すなわち同一箇所に、4〜20回照射)
・この照射で平均粒径0.1〜0.5μmの多結晶シリコンになる。
[2ステップ目の条件]
・照射エネルギー密度:750〜900mJ/cm2程度
・オーバーラップ0〜75%程度(すなわち同一箇所に、1〜4回照射)
Claims (19)
- 基板の上に光を反射及び吸収する光反射・吸収層を形成する光反射・吸収層形成工程と、
該光反射・吸収層を所定の形状にパターニングするパターニング工程と、
パターニングされた該光反射・吸収層を絶縁膜で覆う絶縁膜形成工程と、
該絶縁膜上に多結晶粒を含む半導体薄膜を形成する半導体薄膜形成工程と、
パルス発振されたレーザ光を照射し該半導体薄膜を結晶化するレーザアニール工程とを行う薄膜半導体装置の製造方法において、
前記レーザアニール工程が、該光反射・吸収層のパターンより外側に位置する該半導体薄膜の外部領域においてはその温度が該半導体薄膜の融点以下であり、該光反射・吸収層のパターンより内側に位置する該半導体薄膜の内部領域においては該半導体薄膜が融解するようにレーザ光でパルス加熱する加熱過程と、該内部領域が融解した後、該外部領域と内部領域の境界から内側に向かって該外部領域の多結晶粒を核としてラテラル成長が進行し、該内部領域の少なくとも一部に一層拡大した多結晶粒が生成する冷却過程とを含むことを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。 - 前記レーザアニール工程の前工程である該半導体薄膜形成工程で形成された該半導体薄膜が、シリコンまたはシリコンを主成分とする多結晶粒を含む多結晶薄膜であることを特徴とする請求項1に記載の薄膜半導体装置の製造方法。
- 前記半導体薄膜形成工程は、シリコンまたはシリコンを主成分とする半導体薄膜を気相成長法で基板上に成膜した後、紫外線領域の波長のレーザ光を照射して多結晶薄膜に転換することを特徴とする請求項2に記載の薄膜半導体装置の製造方法。
- 前記半導体薄膜形成工程は、シリコンまたはシリコンを主成分とする半導体薄膜を気相成長法で基板上に成膜した後、可視光線領域の波長のレーザ光を照射して多結晶薄膜に転換することを特徴とする請求項2に記載の薄膜半導体装置の製造方法。
- 前記半導体薄膜形成工程は、シリコンまたはシリコンを主成分とする多結晶薄膜を化学気相成長で直接基板上に形成することを特徴とする請求項2に記載の薄膜半導体装置の製造方法。
- 前記レーザアニール工程は、波長範囲が520nm〜540nmにあるレーザ光を基板に照射することを特徴とする請求項1に記載の薄膜半導体装置の製造方法。
- 前記レーザアニール工程は、パルス発振されたレーザ光を照射領域が重なる範囲で走査しながら基板に照射することを特徴とする請求項1に記載の薄膜半導体装置の製造方法。
- 前記光反射・吸収層形成工程は、導電性材料を用いて光反射・吸収層を形成し、前記パターニング工程は該導電性材料をパターニングしてゲート電極を含む配線に加工することを特徴とする請求項1に記載の薄膜半導体装置の製造方法。
- 前記光反射・吸収層形成工程は、該光反射・吸収層を形成する導電性材料として高融点金属或いは高融点金属を成分とする合金またはシリサイドを用いることを特徴とする請求項8に記載の薄膜半導体装置の製造方法。
- 絶縁性の基板に薄膜トランジスタが集積形成された薄膜半導体装置であって、
前記薄膜トランジスタは、下から順に積層したゲート電極、ゲート絶縁膜及び半導体薄膜からなり、
前記半導体薄膜は、該ゲート電極に重なるチャネル領域と、該チャネル領域の両側に位置するソース領域及びドレイン領域とを有し、
前記半導体薄膜は、基板の上からレーザ光を照射するレーザアニールにより結晶化された多結晶層であり、所定のパターンの境界に沿って内部領域と外部領域とに分かれており、前記内部領域は、内部領域と外部領域の境界に位置する多結晶粒を核として該境界から内側に向かってラテラル成長した多結晶粒を含むラテラル成長領域を有し、
前記チャネル領域は、該ラテラル成長領域に形成されていることを特徴とする薄膜半導体装置。 - 前記半導体薄膜は、所定のパターンを有し光を反射及び吸収する光反射・吸収層を下地に形成した後、レーザ光を上から照射するレーザアニールにより結晶化された多結晶層であり、
該光反射・吸収層のパターンより外側に位置する該外部領域を溶融することなく、該光反射・吸収層のパターンより内側に位置する該内部領域を溶融することにより、該内部領域と該外部領域の境界から内側に向かって該外部領域の一部の結晶粒を核としてラテラル成長が進行し、該内部領域に一層拡大した多結晶粒が生成する過程を経て形成されたことを特徴とする請求項10に記載の薄膜半導体装置。 - 該レーザアニールで用いた該光反射・吸収層は導電性材料からなり、前記ゲート電極は該導電性材料をそのまま若しくは加工して形成することを特徴とする請求項11に記載の薄膜半導体装置。
- 前記ゲート電極は、該導電性材料として高融点金属或いは高融点金属を成分とする合金またはシリサイドを用いることを特徴とする請求項12に記載の薄膜半導体装置。
- 絶縁性の基板に画素とこれを駆動する薄膜トランジスタとが集積形成された表示装置であって、
前記薄膜トランジスタは、下から順に積層したゲート電極、ゲート絶縁膜及び半導体薄膜からなり、
前記半導体薄膜は、該ゲート電極に重なるチャネル領域と、該チャネル領域の両側に位置するソース領域及びドレイン領域とを有し、
前記半導体薄膜は、基板の上からレーザ光を照射するレーザアニールにより結晶化された多結晶層であり、所定のパターンの境界に沿って内部領域と外部領域とに分かれており、前記内部領域は、内部領域と外部領域の境界に位置する多結晶粒を核として該境界から内側に向かってラテラル成長した多結晶粒を含むラテラル成長領域を有し、
前記チャネル領域は、該ラテラル成長領域に形成されていることを特徴とする表示装置。 - 前記半導体薄膜は、所定のパターンを有し光を反射及び吸収する光反射・吸収層を下地に形成した後、レーザ光を上から照射するレーザアニールにより結晶化された多結晶層であり、
該光反射・吸収層のパターンより外側に位置する該外部領域を溶融することなく、該光反射・吸収層のパターンより内側に位置する該内部領域を溶融することにより、該内部領域と該外部領域の境界から内側に向かって該外部領域の一部の結晶粒を核としてラテラル成長が進行し、該内部領域に一層拡大した多結晶粒が生成する過程を経て形成されたことを特徴とする請求項14に記載の表示装置。 - 該レーザアニールで用いた該光反射・吸収層は導電性材料からなり、前記ゲート電極は該導電性材料をそのまま若しくは加工して形成することを特徴とする請求項15に記載の表示装置。
- 前記ゲート電極は、該導電性材料として高融点金属或いは高融点金属を成分とする合金またはシリサイドを用いることを特徴とする請求項16に記載の表示装置。
- 前記画素は、有機エレクトロルミネセンス素子からなることを特徴とする請求項14に記載の表示装置。
- 前記画素は、該薄膜トランジスタに接続した画素電極と、これに対面する対向電極と、両者の間に保持された液晶とからなることを特徴とする請求項14に記載の表示装置。
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