JP2008098464A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method of manufacturing semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008098464A JP2008098464A JP2006279504A JP2006279504A JP2008098464A JP 2008098464 A JP2008098464 A JP 2008098464A JP 2006279504 A JP2006279504 A JP 2006279504A JP 2006279504 A JP2006279504 A JP 2006279504A JP 2008098464 A JP2008098464 A JP 2008098464A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- mask
- manufacturing
- semiconductor device
- polysilicon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
Si膜に代表される半導体膜の結晶性向上にはレーザーアニール法が採用されている。レーザーアニール法としては基板上全面に形成されたSi膜をレーザーアニールする一般的な方法がある。また、特許文献1に示されるようにように半導体膜上に平行に形成される複数のストライプ状の透光性絶縁膜を反射防止層として用い、該透光性絶縁膜に覆われた領域(キャップ領域)を種結晶として該透光性絶縁膜に覆われた領域(ベア領域)を結晶性半導体膜に変換する結晶性半導体膜の製造方法がある。また、特許文献2のように、絶縁基板上に半導体膜を形成し、前記半導体膜の一部の上に絶縁膜からなる反射膜を形成し、前記反射膜をマスクとしてレーザー光を照射することにより半導体膜と平行な方向に温度勾配を形成し、前記半導体膜を制御性高く結晶化する半導体装置の作製方法が公知である。 Laser annealing is employed to improve the crystallinity of a semiconductor film typified by a Si film. As a laser annealing method, there is a general method for laser annealing a Si film formed on the entire surface of a substrate. In addition, as shown in Patent Document 1, a plurality of stripe-shaped translucent insulating films formed in parallel on a semiconductor film are used as an antireflection layer, and a region covered with the translucent insulating film ( There is a method for manufacturing a crystalline semiconductor film in which a region (bare region) covered with the light-transmitting insulating film is converted into a crystalline semiconductor film using a cap region) as a seed crystal. Further, as in Patent Document 2, a semiconductor film is formed on an insulating substrate, a reflective film made of an insulating film is formed on a part of the semiconductor film, and laser light is irradiated using the reflective film as a mask. A method for manufacturing a semiconductor device is known in which a temperature gradient is formed in a direction parallel to the semiconductor film by crystallization so that the semiconductor film is crystallized with high controllability.
しかしながら、上記した特許文献1の製造方法では、結晶性の高い半導体膜を形成することはできるが、半導体膜そのものは半導体膜を平面視で見た場合、等質な性質の膜で構成され、異なる性質を有する半導体膜を制御して形成することが困難であるという課題がある。また、上記した特許文献2の製造方法では、半導体膜が露出している領域の結晶粒を大型化することはできるが、半導体膜のうち反射膜で覆われた領域の特性を変えることは困難であり、やはり異なる性質の半導体膜を制御して形成することが困難であるという課題がある。さらに、上記特許文献1、2とも、横方向に結晶成長させた領域に精確に対応させてトランジスタのチャネル領域を形成することが困難であるという課題がある。 However, in the manufacturing method of Patent Document 1 described above, a semiconductor film with high crystallinity can be formed. However, when the semiconductor film is viewed in a plan view, the semiconductor film is composed of a film having a homogeneous property, There is a problem that it is difficult to control and form semiconductor films having different properties. Further, in the manufacturing method of Patent Document 2 described above, the crystal grains in the region where the semiconductor film is exposed can be enlarged, but it is difficult to change the characteristics of the region of the semiconductor film covered with the reflective film. Also, there is a problem that it is difficult to control and form semiconductor films having different properties. Further, both Patent Documents 1 and 2 have a problem that it is difficult to accurately form a channel region of a transistor in correspondence with a region in which crystal is grown in a lateral direction.
そこで、本発明はこのような課題を解決し、基板上に形成された半導体膜に基板を平面視で見た場合に、均一なエネルギー光として、レーザー光を均一な強度で照射するレーザーアニール法(均一なエネルギー光を照射する方法)を用いて、レーザーアニール処理前の半導体膜と異なる状態を2水準以上含む半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention solves such a problem, and a laser annealing method for irradiating laser light with uniform intensity as uniform energy light when the substrate is viewed in plan on a semiconductor film formed on the substrate. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device including two or more levels different from the semiconductor film before laser annealing using (a method of irradiating uniform energy light).
本明細書において、「上」とは基板能動面側から離れていく方向を指すものと定義する。 In this specification, “upper” is defined to indicate a direction away from the substrate active surface side.
上記した課題を解決するために、本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜の一部上に光透過性を有するマスクを形成する工程と、前記半導体膜のうち前記マスクと重なる第1部分と重ならない第2部分とに、前記基板とは反対の側から光を照射し、前記第1部分を構成する物質の結合状態および前記第2部分を構成する物質の結合状態を変化させる工程と、を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a step of forming a semiconductor film on a substrate, a step of forming a light-transmitting mask on a part of the semiconductor film, The semiconductor film is irradiated with light from a side opposite to the substrate to the first part that does not overlap the first part that overlaps the mask, and the bonding state of the substance constituting the first part and the second part And a step of changing the binding state of the substance constituting the material.
この製造方法によれば、光の照射による第1部分の結合状態及び、第2部分の結合状態の制御を、マスクの光透過率の制御により実現することができる。均一な強度分布を有する光の照射を行う工程を通して結合状態が異なる複数の領域を得ることができる。また、半導体膜をパターニングした後にマスクを形成するため、パターニングされた半導体膜をアライメントを行う際の合わせパターンとして用いることができる。そのため結合状態を変調する領域を精確に規定することが出来る。 According to this manufacturing method, control of the coupling state of the first part and the coupling state of the second part by light irradiation can be realized by controlling the light transmittance of the mask. A plurality of regions having different bonding states can be obtained through a process of irradiating light having a uniform intensity distribution. Further, since the mask is formed after patterning the semiconductor film, the patterned semiconductor film can be used as an alignment pattern for alignment. Therefore, it is possible to accurately define the region for modulating the coupling state.
また、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、基板上に半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜の一部上に光透過性を有するマスクを形成する工程と、前記半導体膜のうち前記マスクと重なる第1部分と重ならない第2部分とに、前記基板とは反対の側から光を照射し、前記第1部分と前記第2部分とで結晶状態を異ならせる工程と、を有することを特徴とする。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a semiconductor film on a substrate, a step of forming a light-transmitting mask on a part of the semiconductor film, and the semiconductor film out of the semiconductor film. Irradiating light from the opposite side of the substrate to the first part that overlaps the mask and the second part that does not overlap, and changing the crystal state between the first part and the second part. It is characterized by.
この製造方法によれば、光の照射により第1部分の結晶状態及び、第2部分の結晶状態の制御を、マスクの光透過率の制御により実現することができる。均一な強度分布を有する光の照射を行うことで結晶状態が異なる複数の領域を、マスク形成と光照射の工程のみで得ることができる。また、半導体膜をパターニングした後にマスクを形成できるため、パターニングされた半導体膜をアライメントを行う際の合わせパターンとして用いることが可能となり、結晶状態を変調する領域を精確に規定することが出来る。 According to this manufacturing method, the crystal state of the first part and the crystal state of the second part can be controlled by controlling the light transmittance of the mask. By irradiating with light having a uniform intensity distribution, a plurality of regions having different crystal states can be obtained only by the mask formation and light irradiation processes. Further, since the mask can be formed after patterning the semiconductor film, the patterned semiconductor film can be used as an alignment pattern for alignment, and a region in which the crystal state is modulated can be accurately defined.
また、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体装置の製造方法において、前記光を照射したあと、前記マスクを除去する工程と、前記マスクを除去したあと、前記半導体膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に、前記第2部分に重なるようゲート電極を形成する工程と、をさらに含むことが好ましい。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device comprising: a step of removing the mask after irradiating the light; and a gate insulating film on the semiconductor film after removing the mask. And a step of forming a gate electrode overlying the second portion on the gate insulating film.
この製造方法によれば、ゲート電極を含むトランジスタのチャネル部分には光透過性を有するマスクの下にあった第2部分が含まれる。マスク下に位置している第2部分はチャネル下に収められ、マスク下に位置していた領域の結合(結晶)状態の変化を反映する半導体装置の製造方法を提供することが出来る。 According to this manufacturing method, the channel portion of the transistor including the gate electrode includes the second portion that was under the light-transmitting mask. The second portion located under the mask is housed under the channel, and a method for manufacturing a semiconductor device reflecting the change in the bonding (crystal) state of the region located under the mask can be provided.
また、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体装置の製造方法において、前記第2部分のうち前記ゲート電極と重ならない部分を有するよう前記ゲート電極が形成されることが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, it is preferable that the gate electrode is formed so as to have a portion that does not overlap the gate electrode in the second portion.
この製造方法によれば、第2部分のうちゲート電極と重ならない部分を有しており、第2部分の一部はゲート電極からはみ出すよう形成される。従って、第2部分の電気的特性により支配されるトランジスタを得る製造方法を提供することができる。 According to this manufacturing method, the second portion has a portion that does not overlap the gate electrode, and a portion of the second portion is formed so as to protrude from the gate electrode. Therefore, it is possible to provide a manufacturing method for obtaining a transistor governed by the electrical characteristics of the second portion.
また、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体装置の製造方法において、前記第1部分のうち前記ゲート電極と重なる部分を有するよう前記ゲート電極が形成されることが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the gate electrode is preferably formed so as to have a portion overlapping the gate electrode in the first portion.
この製造方法によれば、第1部分はゲート電極と重なる部分を有しており、第1部分は電界が集中するゲート電極端を避けて配置されている。従って、第2部分のゲート電極下に位置する第1部分の電気的特性を反映した状態で動作するゲート電極を有するトランジスタを得る製造方法を提供することができる。 According to this manufacturing method, the first portion has a portion overlapping with the gate electrode, and the first portion is arranged avoiding the gate electrode end where the electric field is concentrated. Therefore, it is possible to provide a manufacturing method for obtaining a transistor having a gate electrode that operates in a state reflecting the electrical characteristics of the first portion located under the gate electrode of the second portion.
また、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体装置の製造方法において、前記光を照射したあと、前記マスクを除去する工程と、前記マスクを除去したあと、前記半導体膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に、前記第1部分に重なる第1ゲート電極と、前記第2部分に重なる第2ゲート電極とを形成する工程と、をさらに含み、前記第1ゲート電極が第1トランジスタを構成し、前記第2ゲート電極が第2トランジスタを構成し、前記第1トランジスタと前記第2トランジスタの特性が異なることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device comprising: a step of removing the mask after irradiating the light; and a gate insulating film on the semiconductor film after removing the mask. And forming a first gate electrode overlying the first portion and a second gate electrode overlying the second portion on the gate insulating film, and the first gate. The electrode constitutes a first transistor, the second gate electrode constitutes a second transistor, and the characteristics of the first transistor and the second transistor are different.
この製造方法によれば、同一面内で、均一な光照射を行う工程を用いて特性の異なる第1トランジスタと第2トランジスタとを形成することができる。 According to this manufacturing method, the first transistor and the second transistor having different characteristics can be formed by using a step of performing uniform light irradiation in the same plane.
また、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体装置の製造方法において、前記半導体膜を形成する工程において形成される半導体膜が第1ポリシリコンであり、前記光を照射したあとの前記第1部分が前記第1ポリシリコンよりも粒径の大きい第2ポリシリコンであり、前記第2部分がマイクロクリスタルシリコンであることが好ましい。 The semiconductor device manufacturing method according to the present invention is the semiconductor device manufacturing method, wherein the semiconductor film formed in the step of forming the semiconductor film is first polysilicon, and the first after the light irradiation. Preferably, one portion is a second polysilicon having a particle size larger than that of the first polysilicon, and the second portion is a microcrystal silicon.
この製造方法によれば、マイクロクリスタル状態から粒径の大きい多結晶状態までの広い範囲で半導体膜の結晶性を制御することができるため、より多様な性能を有する半導体膜を提供することができる。 According to this manufacturing method, since the crystallinity of the semiconductor film can be controlled in a wide range from the microcrystal state to the polycrystalline state having a large grain size, it is possible to provide semiconductor films having more various performances. .
また、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体装置の製造方法において、前記半導体膜を形成する工程において形成される半導体膜がアモルファスシリコンであり、前記光を照射したあとの前記第1部分が第1ポリシリコンであり、前記第2部分が前記第1ポリシリコンよりも粒径の大きい第2ポリシリコンであることが好ましい。 The semiconductor device manufacturing method according to the present invention is the semiconductor device manufacturing method, wherein the semiconductor film formed in the step of forming the semiconductor film is amorphous silicon, and the first portion after the light irradiation is performed. Is a first polysilicon, and the second portion is preferably a second polysilicon having a particle size larger than that of the first polysilicon.
この製造方法によれば、アモルファスシリコン膜に一回の光照射を行うことで粒径の異なる第1ポリシリコンと第2ポリシリコン半導体膜の結晶性を制御することができる。そのため、より多様な性能を有する半導体膜を提供することができる。 According to this manufacturing method, the crystallinity of the first polysilicon and the second polysilicon semiconductor film having different particle diameters can be controlled by performing light irradiation once on the amorphous silicon film. Therefore, semiconductor films having more various performances can be provided.
また、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体装置の製造方法において、前記マスクが酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜及びこれらの複層膜のいずれかからなることが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the mask is preferably formed of any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, and a multilayer film thereof.
この製造方法によれば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜は高温でも安定した物質であるため、半導体膜の特性に寄生的な影響を与えることなくエネルギー光を印加することができる。 According to this manufacturing method, since the silicon oxide film, the silicon nitride film, and the silicon oxynitride film are stable materials even at high temperatures, energy light can be applied without parasitically affecting the characteristics of the semiconductor film. .
また、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体装置の製造方法において、前記半導体膜は前記マスク形成工程よりも前にパターニングされていることが好ましい。 In the semiconductor device manufacturing method according to the present invention, it is preferable that the semiconductor film is patterned before the mask forming step.
この製造方法によれば、パターニングされた半導体膜をアライメントマークとして用いてフォトリソグラフ工程を行うことができるため、マスクの配置をより精確に制御することができる。 According to this manufacturing method, since the photolithography process can be performed using the patterned semiconductor film as an alignment mark, the arrangement of the mask can be controlled more accurately.
(第1の実施形態)
以下、第1の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態は2つの領域に区切られ、一方はマスクを介してレーザーアニール工程を受け、他方は直接レーザーアニール工程を受ける場合について説明するものである。ここで図1(a)〜図8(a)は第1の実施形態を説明するための模式平面図、図1(b)〜図8(b)は模式平面図のA−A線での模式断面図である。
まず工程1として、図1に示すようにガラス基板11にバッファ膜として酸化シリコン膜12を形成する。酸化シリコン膜12は例えばプラズマ化学気相成長法(プラズマCVD法)を用いて100〜500nmの厚さに成膜される。酸化シリコン膜12をプラズマ化学気相成長法で形成するための原料ガスとしては例えば、モノシランと笑気または酸素との混合ガスや、TEOS(テトラエトキシシラン、Si(OC2H5)4)と酸素との混合ガスを用いることができる。
(First embodiment)
The first embodiment will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, a case where a laser annealing process is performed through a mask and one is subjected to a laser annealing process directly through a mask will be described. Here, FIG. 1A to FIG. 8A are schematic plan views for explaining the first embodiment, and FIG. 1B to FIG. 8B are AA lines in the schematic plan views. It is a schematic cross section.
First, as step 1, a
ここで、バッファ膜の材質として酸化シリコンに代えて窒化シリコンを用いても良く、この場合の原料ガスとしては例えばシランとアンモニアの混合ガスを用いることができる。また、バッファ膜の材質として酸窒化シリコンを用いても良い。さらに、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンを組み合わせた多層膜構造を用いても良い。また、バッファ膜の製造方法はプラズマ化学気相成長法に限定されるものではなく、例えば熱化学気相成長法や蒸着法やスパッタ法を用いても良い。また、ガラス基板11に溶融石英等、ガラス基板11上に形成される半導体素子に影響を与える不純物の量が少ない物を用いた場合には、バッファ膜の成膜工程を省略することができる。
Here, instead of silicon oxide, silicon nitride may be used as the material of the buffer film. In this case, for example, a mixed gas of silane and ammonia can be used as the source gas. Further, silicon oxynitride may be used as the material of the buffer film. Further, a multilayer structure in which silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride is combined may be used. Further, the manufacturing method of the buffer film is not limited to the plasma chemical vapor deposition method, and for example, a thermal chemical vapor deposition method, a vapor deposition method, or a sputtering method may be used. Further, when the
次に工程2として、図2に示すように半導体膜としてポリシリコン膜13を形成する。本実施形態では半導体膜としてポリシリコン膜を用いているが、これはアモルファスシリコン膜を用いても良い。アモルファスシリコン膜を用いた場合には、アモルファス状態から多結晶状態までの広い範囲でシリコン膜の結晶性を制御することができるため、より多様な性能を有する半導体膜を提供することができる。
Next, as step 2, a
ポリシリコン膜13の形成方法としては、ガラス基板11の温度を580℃程度に加熱して気相成長法を用いて直接酸化シリコン膜12上にポリシリコン膜13を形成する方法を用いている。また、耐熱性の低いガラス基板11を用いるためには、ガラス基板11の温度を300℃程度に抑えて一旦酸化シリコン膜12上にプラズマ化学気相成長法を用いてアモルファスシリコン膜を形成した後、レーザーアニール法や熱処理法によりポリシリコン膜13に変換する方法を用いることができる。特に、レーザーアニール法を用いる場合、ガラス基板11に加えられる温度を300℃程度に抑えることができるため、軟化点の低い低価格なガラス基板11を使用することができ、コスト面で好適な成膜方法となる。
As a method for forming the
直接酸化シリコン膜12上にポリシリコン膜13を形成するための温度として、ガラス基板11の温度を580℃程度に抑えた場合、粒径の小さなポリシリコン膜13となる。従って後工程でさらにレーザーアニール法で処理することでさらに粒径を拡大し得る余地が残されており、多様な薄膜トランジスタを形成しうる状態に保持されている。
When the temperature of the
また、ポリシリコン膜13、アモルファスシリコン膜を形成するための原料ガスとしては、ジシランやモノシランを好適に用いることができる。ここで、レーザーアニール法によりアモルファスシリコンをポリシリコンに改質するためのレーザーアニール法では、例えばXeClエキシマレーザー(発振波長308nm)をエネルギー光源として用い200から400mJ/cm2程度で処理して多結晶化する。
Further, as a source gas for forming the
この条件で多結晶化した場合、初期のアモルファスシリコン膜の膜厚とエキシマレーザー光のエネルギーの組み合わせにより、適当な粒径を有するポリシリコン膜13とすることができる。従って後工程でさらにレーザーアニール法で処理することでさらに粒径を拡大することもでき、また、後述するように部分的に形成するマスクとレーザーアニール法との組み合わせにより、部分的な非溶融部を形成して結晶化の種領域とし、隣接する領域を横方向の結晶成長により、より結晶性のよい領域を形成することもでき、多様な電気的特性を有する薄膜トランジスタを形成しうる結晶状態を作り出すことが出来る。ポリシリコン膜13は、薄膜トランジスタを形成する場合に良好な電気特性が得られる50nmないし100nm程度に形成する。なお、求める電気特性が異なる場合にはこの膜厚に限定することなく変更することが可能である。
When polycrystallized under these conditions, the
また、GaAs、AlAs、InSb、GaP、GaN等に代表されるIII−V族化合物半導体や、ZnSe、CdTe、ZnS等に代表されるII−VI族化合物半導体、SiGe、SiGeCに代表されるIV族化合物半導体を用いても良い。特にSiGe、SiGeCはシリコンデバイス技術を流用してデバイス形成が可能であるため好ましい。また、半導体膜としてSiGeを形成する場合には、Si源としてシラン、モノシラン等を用い、Ge源としてゲルマン(GeH4)を原料ガスとして用い、ガラス基板11の温度を500ないし600℃程度に加熱して気相成長法を用いることができる。この場合の製膜温度はポリシリコン膜13の成膜工程と同様にガラス基板11の温度を580℃程度に加熱することで多結晶SiGe膜を形成することができる。
Further, III-V group compound semiconductors represented by GaAs, AlAs, InSb, GaP, GaN, etc., II-VI group compound semiconductors represented by ZnSe, CdTe, ZnS, etc., IV groups represented by SiGe, SiGeC, etc. A compound semiconductor may be used. In particular, SiGe and SiGeC are preferable because they can be formed by utilizing silicon device technology. When SiGe is formed as the semiconductor film, silane, monosilane, or the like is used as the Si source, germane (GeH 4 ) is used as the source gas, and the temperature of the
また、化合物半導体膜を用いる場合には、有機金属化学気相成長法(MOCVD法)や分子ビームエピタキシャル法(MBE法)等を用いることができる。例えば有機金属化学気相成長法でGaAs膜を形成するためにはトリメチルアルミニウムとアルシン(水素化砒素、AsH3)を用いて成膜することができる。 When a compound semiconductor film is used, a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method), a molecular beam epitaxial method (MBE method), or the like can be used. For example, in order to form a GaAs film by metal organic chemical vapor deposition, it can be formed using trimethylaluminum and arsine (arsenic hydride, AsH 3 ).
次に工程3として、図3に示すようにポリシリコン膜13を通常のフォトリソグラフ法を用いてエッチングし、ポリシリコン膜13aとポリシリコン膜13bを形成する。成膜方法としては例えば化学気相成長法を用いて形成する。マスク15に用いる酸化シリコン膜は例えばプラズマ化学気相成長法で形成することができ、原料ガスとしては例えば、モノシランと笑気または酸素との混合ガスや、TEOS(テトラエトキシシラン、Si(OC2H5)4)と酸素との混合ガスを用いることができる。また、成膜方法としては化学気相成長法に限定されることなく、例えば蒸着法やスパッタ法等を用いても良い。
Next, as step 3, as shown in FIG. 3, the
次に工程4として、図4に示すようにマスク15をポリシリコン膜13bを覆うように形成する。ポリシリコン膜13aとポリシリコン膜13bは平面視にて独立した矩形形状を有しているため、これらをフォトリソグラフ工程でのアライメントパターンとして用いることで、マスク15のアライメントを精確に行うことができる。
Next, as step 4, a
ここで、マスク15の材質としては、例えば酸化シリコン膜を用いることができる。マスク15に用いる酸化シリコン膜は例えばプラズマ化学気相成長法で形成することができ、原料ガスとしては例えば、モノシランと笑気または酸素との混合ガスや、TEOS(テトラエトキシシラン、Si(OC2H5)4)と酸素との混合ガスを用いることができる。また、成膜方法としては化学気相成長法に限定されることなく、例えば蒸着法やスパッタ法等を用いても良い。
Here, as a material of the
マスク15に酸化シリコン膜を用いる場合には、厚さとして例えば200nm程度を用いる。酸化シリコン膜の厚さとして200nm程度を選ぶ根拠として、図9にポリシリコン膜が再結晶(溶融)を開始するエネルギー光強度(XeClエキシマレーザー使用)と酸化シリコン膜厚との関係を示す。図9に示すように酸化シリコン膜により形成される酸化シリコン膜の厚さと正の相関を持って再結晶化が起こるエネルギー光量が上昇する。つまり酸化シリコン膜が厚いほど、より光透過率が落とされたマスクが形成される。つまり酸化シリコン膜の有無に対して、より大きな変化を発生させることができる。
When a silicon oxide film is used for the
また、図9は250mJ/cm2から300mJ/cm2程度のエネルギーでシリコン膜にレーザー照射を行った場合、酸化シリコン膜の形成されていない部分に対し酸化シリコン膜が形成されてある部分に比べて強いレーザー光を照射することになるので、より結晶性のよい部分とすることが出来ることを示している。さらにまた、図9は酸化シリコン膜の形成されていない部分では、シリコン膜がマイクロクリスタルシリコンになるような高いエネルギーでレーザー光照射を行うと(例えば350mJ/cm2)、酸化シリコン膜が形成されている部分のポリシリコン膜の結晶粒径を酸化シリコン膜のない部分に比べて大きくすることも出来ることも示している。
一方、酸化シリコン膜の厚さを500nmと厚くしても再結晶化が起こるエネルギー光の強度は厚さを200nmとした場合と大きな差はなく、200nm程度でエネルギー光の透過強度を変える効果は飽和しているものと考えられる。従って、酸化シリコン膜を用いるマスク15の膜厚を200nm程度に選ぶことでエネルギー光の透過強度を十分に変え、且つ成膜時間や成膜に用いられるガスの使用量を抑えてマスクを形成することが可能となる。
Further, FIG. 9 shows that when laser irradiation is performed on the silicon film with energy of about 250 mJ / cm 2 to 300 mJ / cm 2 , the silicon oxide film is not formed on the portion where the silicon oxide film is formed. This indicates that a portion with better crystallinity can be obtained because it is irradiated with a strong laser beam. Furthermore, in FIG. 9, in a portion where the silicon oxide film is not formed, when the laser beam irradiation is performed with such a high energy that the silicon film becomes microcrystal silicon (for example, 350 mJ / cm 2 ), a silicon oxide film is formed. It is also shown that the crystal grain size of the portion of the polysilicon film can be made larger than that of the portion without the silicon oxide film.
On the other hand, the intensity of energy light that causes recrystallization even when the thickness of the silicon oxide film is increased to 500 nm is not significantly different from that when the thickness is 200 nm. The effect of changing the transmission intensity of energy light at about 200 nm is as follows. It is considered saturated. Therefore, by selecting the thickness of the
また、ここではマスク15として酸化シリコン膜を用いているが、マスク15の材料としては酸化シリコンに代えて窒化シリコン、酸窒化シリコン、及びこれらの積層膜を用いても良い。特に、マスク15の材料として窒化シリコンを用いる場合、窒化シリコンが極めて硬い材質であるため、ポリシリコン膜13と窒化シリコンからなるマスクとの間に酸化シリコンや酸素比率が高い酸窒化シリコンを介在させることで窒化シリコンから受けるポリシリコン膜13が受ける応力を緩和することができるため、好適である。
Here, a silicon oxide film is used as the
また、マスク15の形成後、または形成前に化学気相成長法やスパッタ法等を用いて光学的な膜厚が異なる別のマスクを形成しパターニングする工程を繰り返し行うことで光透過率の異なる複数のマスクを形成することができ、ポリシリコン膜13に由来する特性の異なる多水準の膜を得ることができる。
Further, after the
また、特にポリシリコン膜13に代えてGaAs、AlAs、InSb、GaP、GaN等に代表されるIII−V族化合物半導体や、ZnSe、CdTe、ZnS等に代表されるII−VI族化合物半導体を用いる場合、第1ステップとしてドライエッチングによりマスク15のパターンを形成する。続けて、例えば4nm程度の酸化シリコン膜を化学気相成長法等を用いて成膜することで、各化合物半導体を構成する元素の蒸気圧差に起因する元素の揮発を抑えることができ、ストイキオメトリが保たれた状態に維持することができる。
In particular, instead of the
次に、工程5として図5に示すようにエネルギー光としてXeClエキシマレーザーを照射し、ポリシリコン膜13a、13bを改質する。XeClエキシマレーザーのエネルギーは、今回の条件では270mJ/cm2程度を用いる。この場合、ポリシリコン膜13が露出している領域(ポリシリコン膜13a)では粒径が大きくなり、高い移動度を持つよう改質される。また、マスク15に覆われている領域(ポリシリコン膜13b)も再結晶化されるが、ポリシリコン膜13が露出している領域と比べ再結合中心を多く残し、且つ粒径が小さく抑えられており、ポリシリコン膜13が露出している領域と比べポリシリコン膜13の平坦性は高く保たれている。
Next, as shown in FIG. 5, as step 5, XeCl excimer laser is irradiated as energy light to modify the
次に、工程6として図6に示すようにマスク15をエッチング除去し、次にポリシリコン膜13のパターニングを行い、続けて酸化シリコンを材質とするゲート酸化膜16を化学気相成長法で形成する。ゲート酸化膜16は例えばプラズマ化学気相成長法を用いて50〜150nm程度の厚さに成膜される。ゲート酸化膜16をプラズマ化学気相成長法で形成するための原料ガスとしては例えば、モノシランと笑気または酸素との混合ガスや、TEOS(テトラエトキシシラン、Si(OC2H5)4)と酸素との混合ガスを用いることができる。マスク15が残されている領域では、ポリシリコン膜13の粒径は小さく保たれているため、ゲート酸化膜16の平坦性を高く保つことができる。
Next, as shown in FIG. 6, as a step 6, the
次に、工程7として図7に示すようにゲート電極17a、17bを形成する。ゲート電極17a、ゲート電極17bは例えばスパッタ法を用いてガラス基板11の能動面側全体に金属タンタル膜を500nm程度形成し、ゲート電極17a、ゲート電極17b、または配線材として用いられる部分を残して例えばフォトリソグラフ工程を用いて除去することで形成される。ゲート電極17aはマスク15を通して改質用のXeClエキシマレーザーを照射された部分、ゲート電極17bは直接改質用のXeClエキシマレーザーを照射された部分に形成される。
Next, as step 7,
次に、工程8として、図8に示すようにゲート電極17a及びゲート電極17bをセルフアラインマスクとしてイオン注入を行い、薄膜トランジスタ19a及び薄膜トランジスタ19bのソース・ドレイン領域18bを形成する。イオン注入条件としては、イオン種として例えば燐を用い、ドーズ量としては1×1015〜5×1015cm-2程度を用いることができる。
Next, in step 8, as shown in FIG. 8, ion implantation is performed using the
薄膜トランジスタ19bは、工程6で説明したようにゲート酸化膜16の平坦性が薄膜トランジスタ19aと比較して高い。そのため、ゲート電極17aに加えられた電圧に対して発生するゲート酸化膜16中での電界が部分的に集中する現象を防ぐことができゲート酸化膜16の耐圧を高く保つことができる。そのため、昇圧回路等高い電圧が印加される場所に薄膜トランジスタ19bを用いることで高い信頼性を有する回路を形成することができる。また、薄膜トランジスタ19aは、結晶粒径が大きく、高い移動度を有しているため、例えば高速性が要求される論理素子に用いることで高速演算可能な論理素子回路を形成することができる。
As described in Step 6, the
ここで、工程5に用いているXeClエキシマレーザーのエネルギーを、270mJ/cm2から350mJ/cm2に上昇させると、マスク15に覆われている部分のポリシリコンの粒径が大きくなり、高い移動度を有するようになる。一方マスク15に覆われていない部分のポリシリコンは、種結晶を含めて一旦全て溶融するため、過冷却状態に関連して突発的で高密度の結晶核発生により、微細粒径を有するポリシリコン(マイクロクリスタルシリコン)となる。この場合、薄膜トランジスタ19bは高い移動度を有し、高速動作用に適したトランジスタとなる。また、微細粒径を有するポリシリコンを用いて形成される薄膜トランジスタとなり、19aは平坦性の高いゲート酸化膜16を有しているため、昇圧回路等高い電圧が印加される場所に適したトランジスタとなる。つまり薄膜トランジスタ19bと薄膜トランジスタ19aとの長所が互いに入れ替わった状態を実現することができる。
Here, the energy of the XeCl excimer laser is used in Step 5, is raised from 270mJ / cm 2 to 350 mJ / cm 2, the particle size of the polysilicon of the portion covered with the
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態は薄膜トランジスタを形成する領域にのみ半導体膜を配置して、ソース・ドレイン領域はマスクを介してレーザーアニール工程を受け、チャネル領域は直接レーザーアニール工程を受ける場合について説明するものである。ここで図10(a)〜図13(a)は第2の実施形態を説明するための模式平面図、図10(b)〜図13(b)は模式平面図のA−Aでの模式断面図である。
(Second Embodiment)
The second embodiment will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, a semiconductor film is disposed only in a region where a thin film transistor is formed, a source / drain region is subjected to a laser annealing step through a mask, and a channel region is directly subjected to a laser annealing step. Here, FIGS. 10A to 13A are schematic plan views for explaining the second embodiment, and FIGS. 10B to 13B are schematic views taken along line AA of the schematic plan view. It is sectional drawing.
まず、第1の実施形態の工程1と同様な工程1aを実行する。 First, the process 1a similar to the process 1 of 1st Embodiment is performed.
次に、工程2aとして、図10に示すように島状の形状を有する半導体島としてポリシリコン島21を形成する。ポリシリコン島21は、例えば第1の実施形態にかかる工程2を実行した後、フォトリソグラフ法によりポリシリコン島21を残すようにエッチング除去することで製造することができる。
Next, as step 2a, a
また、シクロペンタシランに代表される液体シリコン材料を含む溶液を用いてインクジェット法によりバッファ膜としての酸化シリコン膜12上に液体状態として配置し、乾燥・アニール(レーザーアニールを用いても良い)を行い直接島状にシリコン膜を形成することもできる。この際、バンク構造の導入や、撥液性自己組織化単分子膜及び/または親液性自己組織化単分子膜を用いて液体シリコン材料の広がりを制御することでより高精度な形状再現性を持ったポリシリコン島21を形成することもできる。
Further, a solution containing a liquid silicon material typified by cyclopentasilane is placed in a liquid state on the
また、インクジェット法に代えてコンタクトプリント法、凸版印刷法、凹版印刷法、スクリーン印刷法、平板印刷法に代表される接触式印刷法を用い、後に同様のアニール等の処理を行いポリシリコン島21を形成することができる。
Further, a contact printing method represented by a contact printing method, a relief printing method, an intaglio printing method, a screen printing method, and a flat plate printing method is used instead of the ink jet method, and a similar process such as annealing is performed later to perform
また、ここでは半導体材料としてポリシリコンを用いたポリシリコン島21を用いたが、これは第1の実施形態にかかる工程2で例示した半導体材料を用いることができる。
Further, here, the
次に、第1の実施形態の工程3と同様な工程3aを実行する。 Next, the same process 3a as the process 3 of 1st Embodiment is performed.
次に、第1の実施形態の工程4と同様な工程4aを実行する。ここでは図11に示すようにポリシリコン島21の両端を覆うよう形成されている。ポリシリコン島21上に設けられたマスク22の空隙の寸法は、工程8a(図13参照)で形成される薄膜トランジスタ23のゲート長と、マスク22のパターンとゲート電極27を形成する場合に発生するアライメントエラー分と、を加えてなる寸法が用いられる。例えば合わせずれが正負共に0.25μmである場合には0.5μm分を考慮してマスク22の寸法を設計する。そのため、薄膜トランジスタ23のゲート電極27はマスク22が無い領域と重なるよう配置される。なお、アライメントエラーが十分小さい場合には、薄膜トランジスタ23のゲート長をマスク22の空隙の寸法としても良い。
Next, the same process 4a as the process 4 of 1st Embodiment is performed. Here, as shown in FIG. 11, it is formed so as to cover both ends of the
次に、第1の実施形態の工程5と同様な工程5aを実行する。図12に示すようにエネルギー光としてXeClエキシマレーザーを照射し、ポリシリコン島21を改質する。XeClエキシマレーザーのエネルギーは、今回の条件では270mJ/cm2程度を用いる。この照射によりポリシリコン島21が露出しているポリシリコン島21aの領域では粒径が大きくなり、高い移動度を持つよう改質される。また、マスク22に覆われている部分もポリシリコン島21bも粒径が大きくなるが、ポリシリコン島21が露出している領域と比べ再結合中心を多く残し、且つ粒径が小さく抑えられており、且つポリシリコン島21が露出している領域と比べポリシリコン島21の平坦性は高く保たれている。
Next, the same process 5a as the process 5 of 1st Embodiment is performed. As shown in FIG. 12, XeCl excimer laser is irradiated as energy light to modify the
次に、第1の実施形態の工程6、7、8と同様な工程6a、7a、8aを実行し、図13に示す薄膜トランジスタ23を形成する。薄膜トランジスタ23のチャネル領域24及びチャネル隣接ソース・ドレイン領域28では強強度のXeClエキシマレーザーアニールを受け粒径が大型化し、高い移動度を持つよう改質される。そのため、論理回路等に用いると高いスイッチング速度が得られ好適である。一方、ソース・ドレイン領域28の大部分の領域は粒径が小さく、平坦性がよい状態となっているため、後の工程(図示せず)でソース・ドレイン領域にコンタクトホールを開口するとき、ソース・ドレイン領域の損傷を少なくすることが出来るためソース・ドレイン領域と電極との電気的接続を良好に形成する効果を奏することになる。
Next, steps 6a, 7a, and 8a similar to steps 6, 7, and 8 of the first embodiment are performed to form the
また、工程5aに用いているXeClエキシマレーザーのエネルギーを、270mJ/cm2から350mJ/cm2に上昇させると、マスク22に覆われていないチャネル領域24及びチャネル隣接ソース・ドレイン領域28に用いられているポリシリコンは、種結晶を含めて一旦全て溶融する。その後、過冷却状態を経て固化するとき、隣接するマスクで覆われたソース・ドレイン部が結晶核として働くため、横方向の結晶成長が起こり、大粒径のシリコン膜となる。即ち、チャネル領域は通常のレーザー照射で得られる結晶粒より大きな結晶粒を有することになり、高移動度で且つソース・ドレイン間のリーク電流の少ない薄膜トランジスタを得ることが出来る。
Further, when the energy of the XeCl excimer laser used in step 5a is increased from 270 mJ / cm 2 to 350 mJ / cm 2 , the energy is used for the
レーザーアニール後はマスクが除去され、ゲート絶縁膜の形成、ゲート電極の形成と工程が進行することになるが、前記マスクパターンはシリコンパターンを基準に形成されているので、同じシリコンパターンを基準にパターン形成されるゲート電極とは、高精度でパターンを整合させて形成することが出来る。即ち、大粒径となるシリコン領域に整合してゲート電極を形成できるので、高性能の薄膜トランジスタを形成することができる。 After laser annealing, the mask is removed and the process of forming the gate insulating film and forming the gate electrode proceeds.However, since the mask pattern is formed based on the silicon pattern, the same silicon pattern is used as a reference. The gate electrode to be patterned can be formed by aligning the pattern with high accuracy. That is, since the gate electrode can be formed in alignment with the silicon region having a large grain size, a high-performance thin film transistor can be formed.
(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態は第2の実施形態同様薄膜トランジスタを形成する領域にのみ半導体膜を配置して、チャネル領域の中央部は直接レーザーアニール工程を受け、ソース・ドレイン領域及びチャネル領域のソース・ドレイン寄りの領域にはマスクを介してレーザーアニール工程を受ける製造方法について説明するものである。ここで図14(a)、図15(a)は第3の実施形態を説明するための模式平面図、図14(b)、図15(b)は模式平面図のA−Aでの模式断面図である。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a semiconductor film is disposed only in a region where a thin film transistor is formed, as in the second embodiment, and the central portion of the channel region is subjected to a direct laser annealing process, and the source / drain region and the source / drain region of the channel region are closer to the source / drain. A manufacturing method in which the region is subjected to a laser annealing process through a mask will be described. Here, FIGS. 14A and 15A are schematic plan views for explaining the third embodiment, and FIGS. 14B and 15B are schematic views taken along line AA of the schematic plan view. It is sectional drawing.
まず、第2の実施形態の工程1a〜3aと同様な工程1b〜3bを実行する。 First, steps 1b to 3b similar to the steps 1a to 3a of the second embodiment are performed.
次に、第2の実施形態の工程4aと同様な工程4bを実行する。ここでマスク32は図14に示すようにポリシリコン島31の両端を覆うよう形成されている。ポリシリコン島31上に設けられたマスク32の空隙の寸法は、工程8b(図15参照)で形成される薄膜トランジスタ33のゲート長からゲート電極37を形成する場合に発生するアライメントエラー分を引いた寸法を考慮し、尚且つゲート電極寸法より小さい寸法として設定される。そのため、薄膜トランジスタ33のゲート電極37はマスク32がある領域と重なるよう配置される。例えば合わせずれが正負共に0.25μmである場合には0.5μm分を考慮してマスク32の寸法を設計する。例えば、ゲート電極幅(チャネル長)を5μm、合わせずれが正負共に0.25μmである場合には、前記空隙の寸法を例えば3.6μmとする。この場合、最終的にゲート電極とマスクが重なる部分の寸法は、片側で0.1μmから0.6μmの範囲となる。この寸法が本実施例では後述するように重要な意味を持つ。
Next, the same process 4b as the process 4a of 2nd Embodiment is performed. Here, the
次に、第2の実施形態の工程5a〜8aと同様な工程5b〜8bを実行し、図15に示す薄膜トランジスタ33を形成する。薄膜トランジスタ33のチャネル領域34の中央部はXeClエキシマレーザーアニールにより粒径が大型化し、高い移動度を持つよう改質される。また、チャネル領域34のソース・ドレイン領域35に近いチャネル隣接ソース・ドレイン領域38では粒径が小さめに保たれるため、ゲート絶縁膜36もチャネル領域34の平坦性を引き継ぐよう高い平坦性を有する。
Next, steps 5b to 8b similar to the steps 5a to 8a of the second embodiment are performed to form the
つまり、最も高い電圧が掛かるチャネル領域34の端部とゲート電極37との間に電圧が印加された場合にゲート絶縁膜36の信頼性を上げることができる。さらに、チャネル領域34の中央部は大粒径化し高い移動度を有しているため、高いゲート絶縁膜36の信頼性を有し且つ動作速度も高いバランスの良い薄膜トランジスタ33を得ることができる。
That is, the reliability of the
また、工程5bに用いているXeClエキシマレーザーのエネルギーを、270mJ/cm2から350mJ/cm2に上昇させると、マスク32に覆われているチャネル隣接ソース・ドレイン領域38とソース・ドレイン領域35ではポリシリコンの粒径が大きくなり、高い移動度を有するようになる。一方マスク32に覆われていないチャネル領域34の中央部にあるポリシリコンは、種結晶を含めて一旦全て溶融する。その後、過冷却状態を経て固化するとき、隣接するマスクで覆われたソース・ドレイン部が結晶核として働くため、横方向の結晶成長が起こり、大粒径のシリコン膜となる。即ち、チャネル領域は通常のレーザー照射で得られる結晶粒より大きな結晶粒を有することになり、高移動度で且つソース・ドレイン間のリーク電流の少ない薄膜トランジスタを得ることが出来る。また、前述したように、本実施例ではチャネルの中央部の結晶性が良く、それに比べてソース・ドレイン近傍の領域は結晶性が少し劣ることになる。この結晶性が劣る領域が前述したゲート電極とマスクが重畳する領域となる。薄膜トランジスタがドレイン近傍の電界が強くインパクトイオン化が生じるような動作をしたとき、前記重畳領域はインパクトイオン化で生成されたマイノリティキャリアの再結合領域として働くため、キンク効果やバイポーラ動作を抑制する効果を奏する。
Further, the energy of the XeCl excimer laser is used to step 5b, is raised from 270mJ / cm 2 to 350 mJ / cm 2, the adjacent channels are covered with the
(第4の実施形態)
以下、第4の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態は第2の実施形態同様薄膜トランジスタを形成する領域にのみ半導体膜を配置して、チャネル領域及びソース・ドレイン領域のチャネル側の一部の領域はマスクを介してレーザーアニール工程を受け、ソース・ドレイン領域のチャネルから離れた領域には直接レーザーアニール工程を受ける製造方法について説明するものである。ここで図16(a)、図17(a)は第4の実施形態を説明するための模式平面図、図16(b)、図17(b)は模式平面図のA−Aでの模式断面図である。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, the fourth embodiment will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a semiconductor film is disposed only in a region where a thin film transistor is formed as in the second embodiment, and a channel annealing region and a part of the channel side of the source / drain region are subjected to a laser annealing process through a mask. A manufacturing method in which a region of the source / drain region away from the channel is directly subjected to laser annealing will be described. Here, FIGS. 16A and 17A are schematic plan views for explaining the fourth embodiment, and FIGS. 16B and 17B are schematic views taken along line AA of the schematic plan view. It is sectional drawing.
まず、第2の実施形態の工程1a〜3aと同様な工程1c〜3cを実行する。 First, steps 1c to 3c similar to the steps 1a to 3a of the second embodiment are performed.
次に、第2の実施形態の工程4aと同様な工程4cを実行する。ここでマスク42は図16に示すようにポリシリコン島41の中央部を覆うよう形成されている。ポリシリコン島41上に設けられたマスク42の寸法は、工程8c(図17参照)で形成される薄膜トランジスタ43のゲート長からゲート電極47を形成する場合に発生するアライメントエラー分を足した寸法が用いられる。例えば合わせずれが正負共に0.25μmである場合には0.5μm分を考慮してマスク42の寸法を設計する。そのため、薄膜トランジスタ43(図17参照)のゲート電極47(図17参照)はマスク42がある領域と重なるよう配置される。なお、アライメントエラーが十分小さい場合には、薄膜トランジスタ43(図17参照)のゲート長をマスク42の寸法としても良い。
Next, the same process 4c as the process 4a of 2nd Embodiment is performed. Here, the
次に、第2の実施形態の工程5a〜8aと同様な工程5c〜8cを実行し、図17に示す薄膜トランジスタ43を形成する。
Next, steps 5c to 8c similar to the steps 5a to 8a of the second embodiment are performed to form the
チャネル領域44及びチャネル隣接ソース・ドレイン領域48はマスク42を介してレーザーアニール工程を受けるため結晶の粒径が小さく抑えられる。そのため多量の再結合中心が残る。従って、光照射を受けた場合に生じる光キャリアは再結合中心を介して速やかに再結合し、フォトカレントの発生が抑えられるため、例えば液晶装置等、光が照射される場所に用いる場合に好適となる薄膜トランジスタ43を得ることができる。
Since the
また、同様の理由により寄生バイポーラ動作が起こり難いことから、電気的特性のキンクや、スナップバックによる耐圧の異常低下が抑制される。さらに、ソース・ドレイン領域45ではポリシリコンの粒径が大きくなるため抵抗値を下げることが出来るので、オーム性コンタクトを容易にとることができる。また、チャネル領域44及びチャネル隣接ソース・ドレイン領域48は小さい粒径を持つためポリシリコン島41の上部での平坦性を向上することができる。チャネル領域44及びチャネル隣接ソース・ドレイン領域48上に形成されるゲート絶縁膜46もチャネル領域44及びチャネル隣接ソース・ドレイン領域48の平坦性を引き継ぐよう高い平坦性を有する。そのため電界集中が抑えられ、最も高い電圧が掛かるチャネル隣接ソース・ドレイン領域48とゲート電極47との間に電圧が印加された場合にゲート絶縁膜46の信頼性を上げることができる。
Further, since parasitic bipolar operation is unlikely to occur for the same reason, kinks in electrical characteristics and abnormal drop in breakdown voltage due to snapback are suppressed. Furthermore, since the resistance value can be lowered because the grain size of polysilicon is increased in the source /
また、工程5cに用いているXeClエキシマレーザーのエネルギーを、270mJ/cm2から350mJ/cm2に上昇させると、マスク42に覆われているチャネル領域44とチャネル隣接ソース・ドレイン領域48ではポリシリコンの粒径が大きくなり、高い移動度を有するようになる。そのため、論理回路等に用いると高いスイッチング速度が得られ好適である。
Further, the energy of the XeCl excimer laser is used to step 5c, 270mJ / when the cm 2 increased to 350 mJ / cm 2, and has a
(第5の実施形態)
以下、第5の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態では第2の実施形態同様、薄膜トランジスタを形成する領域にのみ半導体膜を配置している。そしてチャネル領域の中央部はマスクを介してレーザーアニール工程を受け、ソース・ドレイン領域及びチャネル領域のソース・ドレイン寄りの領域は直接レーザーアニール工程を受けるようマスクが配置されている。ここで図18(a)、図19(a)は第5の実施形態を説明するための模式平面図、図18(b)、図19(b)は模式平面図のA−Aでの模式断面図である。
(Fifth embodiment)
Hereinafter, a fifth embodiment will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, as in the second embodiment, the semiconductor film is disposed only in the region where the thin film transistor is formed. A mask is arranged so that the central portion of the channel region is subjected to a laser annealing process through a mask, and the source / drain regions and the regions near the source / drain of the channel region are directly subjected to a laser annealing process. Here, FIGS. 18A and 19A are schematic plan views for explaining the fifth embodiment, and FIGS. 18B and 19B are schematic views taken along line AA of the schematic plan view. It is sectional drawing.
まず、第2の実施形態の工程1a〜3aと同様な工程1d〜3dを実行する。 First, steps 1d to 3d similar to the steps 1a to 3a of the second embodiment are performed.
次に、第2の実施形態の工程4aと同様な工程4dを実行する。ここでマスク52は図18に示すようにポリシリコン島51のチャネル領域54(図19参照)の一部を覆うよう形成されている。ポリシリコン島51上に設けられたマスク52の寸法は、工程8d(図19参照)で形成される薄膜トランジスタ53のゲート長から、ゲート電極57を形成する場合に発生するアライメントエラー分を引いた寸法が用いられる。そのため、薄膜トランジスタ53のゲート電極57はマスク52がある領域を覆うよう配置される。例えば合わせずれが正負共に0.25μmである場合には0.5μm分を考慮してマスク52の寸法を設計する。なお、アライメントエラーが十分小さい場合には、薄膜トランジスタ53のゲート長をマスク52の寸法としても良い。
Next, the same process 4d as the process 4a of the second embodiment is performed. Here, the
次に、第2の実施形態の工程5a〜8aと同様な工程5d〜8dを実行し、図19に示す薄膜トランジスタ53を形成する。薄膜トランジスタ53のチャネル領域54及びチャネル隣接ソース・ドレイン領域58ではXeClエキシマレーザーアニールにより粒径が大型化し、高い移動度を持つよう改質される。また、チャネル領域54の中央部では粒径が小さめに保たれ、再結合中心が残る。そのため、チャネル領域54中に発生、または流入してきた少数キャリアは速やかに再結合し消滅することから少数キャリアの存在下で発生する寄生バイポーラ動作が抑えられ、電気的特性のキンクや、スナップバックによる耐圧の異常低下が抑制される。さらに、ソース・ドレイン領域55ではポリシリコンの粒径が大きくなるため、オーム性コンタクトを容易にとることができる。
Next, steps 5d to 8d similar to the steps 5a to 8a of the second embodiment are performed to form the
また、工程5dに用いているXeClエキシマレーザーのエネルギーを、270mJ/cm2から350mJ/cm2に上昇させると、チャネル領域54の中央部に位置するマスク52で覆われている領域ではポリシリコンの粒径が大きくなり、高い移動度を有するようになる。一方マスク52に覆われていないチャネル隣接ソース・ドレイン領域58、ソース・ドレイン領域55では、種結晶を含めて一旦全て溶融される。その後、過冷却状態を経て固化するとき、隣接するマスクで覆われたチャネル領域54が結晶核として働くため、横方向の結晶成長が起こり、大粒径のシリコン膜となる。即ち、ソース・ドレイン領域55は通常のレーザー照射で得られる結晶粒より大きな結晶粒を有することになる。
この場合、さらに、ソース・ドレイン領域55ではポリシリコンの粒径が大きくなるため抵抗値を下げることが出来るので、さらに容易にオーム性コンタクトを容易にとることができる。
Further, when the energy of the XeCl excimer laser used in the step 5d is increased from 270 mJ / cm 2 to 350 mJ / cm 2 , the polysilicon covered region is covered with the
In this case, the resistance value can be lowered because the grain size of the polysilicon is increased in the source /
11…ガラス基板、12…酸化シリコン膜、13…ポリシリコン膜、13a…ポリシリコン膜、13b…ポリシリコン膜、15…マスク、16…ゲート酸化膜、17a…ゲート電極、17b…ゲート電極、19a…薄膜トランジスタ、19b…薄膜トランジスタ、21…ポリシリコン島、21a…ポリシリコン島、21b…ポリシリコン島、22…マスク、23…薄膜トランジスタ、24…チャネル領域、25…ソース・ドレイン領域、26…ゲート絶縁膜、27…ゲート電極、28…チャネル隣接ソース・ドレイン領域、32…マスク、33…薄膜トランジスタ、34…チャネル領域、35…ソース・ドレイン領域、36…ゲート絶縁膜、37…ゲート電極、38…チャネル隣接ソース・ドレイン領域、41…ポリシリコン島、42…マスク、43…薄膜トランジスタ、44…チャネル領域、45…ソース・ドレイン領域、46…ゲート絶縁膜、47…ゲート電極、48…チャネル隣接ソース・ドレイン領域、51…ポリシリコン島、52…マスク、53…薄膜トランジスタ、54…チャネル領域、55…ソース・ドレイン領域、57…ゲート電極、58…チャネル隣接ソース・ドレイン領域。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記半導体膜の一部上に光透過性を有するマスクを形成する工程と、
前記半導体膜のうち前記マスクと重なる第1部分と重ならない第2部分とに、前記基板とは反対の側から光を照射し、前記第1部分を構成する物質の結合状態および前記第2部分を構成する物質の結合状態を変化させる工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a semiconductor film on the substrate;
Forming a light-transmitting mask on a portion of the semiconductor film;
The semiconductor film is irradiated with light from a side opposite to the substrate to the first part that does not overlap the first part that overlaps the mask, and the bonding state of the substance constituting the first part and the second part And a step of changing a bonding state of substances constituting the semiconductor device.
前記半導体膜の一部上に光透過性を有するマスクを形成する工程と、
前記半導体膜のうち前記マスクと重なる第1部分と重ならない第2部分とに、前記基板とは反対の側から光を照射し、前記第1部分と前記第2部分とで結晶状態を異ならせる工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a semiconductor film on the substrate;
Forming a light-transmitting mask on a portion of the semiconductor film;
The semiconductor film is irradiated with light from the opposite side of the substrate to the second part that does not overlap the first part that overlaps the mask, and the crystalline state differs between the first part and the second part. And a method of manufacturing a semiconductor device.
前記光を照射したあと、前記マスクを除去する工程と、
前記マスクを除去したあと、前記半導体膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、前記第2部分に重なるようゲート電極を形成する工程と、をさらに含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1 or 2,
Removing the mask after irradiating the light;
Forming a gate insulating film on the semiconductor film after removing the mask;
Forming a gate electrode on the gate insulating film so as to overlap the second portion. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第2部分のうち前記ゲート電極と重ならない部分を有するよう前記ゲート電極が形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the gate electrode is formed so as to have a portion of the second portion that does not overlap the gate electrode.
前記第1部分のうち前記ゲート電極と重なる部分を有するよう前記ゲート電極が形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the gate electrode is formed so as to have a portion overlapping the gate electrode in the first portion.
前記光を照射したあと、前記マスクを除去する工程と、
前記マスクを除去したあと、前記半導体膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、前記第1部分に重なる第1ゲート電極と、前記第2部分に重なる第2ゲート電極とを形成する工程と、をさらに含み、前記第1ゲート電極が第1トランジスタを構成し、前記第2ゲート電極が第2トランジスタを構成し、前記第1トランジスタと前記第2トランジスタの特性が異なることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1 or 2,
Removing the mask after irradiating the light;
Forming a gate insulating film on the semiconductor film after removing the mask;
Forming a first gate electrode overlapping the first portion and a second gate electrode overlapping the second portion on the gate insulating film, wherein the first gate electrode includes the first transistor; A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second gate electrode constitutes a second transistor, and the characteristics of the first transistor and the second transistor are different.
前記半導体膜を形成する工程において形成される半導体膜が第1ポリシリコンであり、前記光を照射したあとの前記第1部分が前記第1ポリシリコンよりも粒径の大きい第2ポリシリコンであり、前記第2部分がマイクロクリスタルシリコンであることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor film formed in the step of forming the semiconductor film is first polysilicon, and the first portion after the light irradiation is second polysilicon having a particle size larger than that of the first polysilicon. The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second portion is microcrystalline silicon.
前記半導体膜を形成する工程において形成される半導体膜がアモルファスシリコンであり、前記光を照射したあとの前記第1部分が第1ポリシリコンであり、前記第2部分が前記第1ポリシリコンよりも粒径の大きい第2ポリシリコンであることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor film formed in the step of forming the semiconductor film is amorphous silicon, the first portion after the light irradiation is the first polysilicon, and the second portion is more than the first polysilicon. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second polysilicon has a large particle size.
前記マスクが酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜及びこれらの複層膜のいずれかからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the mask is made of any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, and a multilayer film thereof.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006279504A JP2008098464A (en) | 2006-10-13 | 2006-10-13 | Method of manufacturing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006279504A JP2008098464A (en) | 2006-10-13 | 2006-10-13 | Method of manufacturing semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008098464A true JP2008098464A (en) | 2008-04-24 |
Family
ID=39380980
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006279504A Withdrawn JP2008098464A (en) | 2006-10-13 | 2006-10-13 | Method of manufacturing semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008098464A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2013061553A1 (en) * | 2011-10-25 | 2015-04-02 | パナソニック株式会社 | Thin film semiconductor device and manufacturing method thereof |
WO2017149767A1 (en) * | 2016-03-04 | 2017-09-08 | 堺ディスプレイプロダクト株式会社 | Laser annealing device, mask, thin film transistor, and laser annealing method |
US20220254955A1 (en) * | 2021-02-09 | 2022-08-11 | Lextar Electronics Corporation | Light emitting diode structure |
-
2006
- 2006-10-13 JP JP2006279504A patent/JP2008098464A/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2013061553A1 (en) * | 2011-10-25 | 2015-04-02 | パナソニック株式会社 | Thin film semiconductor device and manufacturing method thereof |
WO2017149767A1 (en) * | 2016-03-04 | 2017-09-08 | 堺ディスプレイプロダクト株式会社 | Laser annealing device, mask, thin film transistor, and laser annealing method |
US11024503B2 (en) | 2016-03-04 | 2021-06-01 | Sakai Display Products Corporation | Laser annealing device, mask, thin film transistor, and laser annealing method |
US20220254955A1 (en) * | 2021-02-09 | 2022-08-11 | Lextar Electronics Corporation | Light emitting diode structure |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100785020B1 (en) | Bottom gate thin film transistor and method of manufacturing thereof | |
EP3113217B1 (en) | Low-temperature polycrystalline silicon thin-film transistor, array substrate and manufacturing method therefor | |
US7428026B2 (en) | Polycrystalline liquid crystal display device comprising a data line disposed between two separated portions of the gate line | |
JP5021005B2 (en) | Thin film transistor | |
US8530901B2 (en) | Film transistor and method for fabricating the same | |
TWI446408B (en) | Optic mask and manufacturing method of thin film transistor array panel using the same | |
JP2005303299A (en) | Electronic device and method of manufacturing the same | |
JP2006060185A (en) | Manufacturing method of thin film transistor | |
US20080233718A1 (en) | Method of Semiconductor Thin Film Crystallization and Semiconductor Device Fabrication | |
JP2008098464A (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
KR100785019B1 (en) | A bottom gate thin film transistor and method of manufacturing thereof | |
US7682950B2 (en) | Method of manufacturing laterally crystallized semiconductor layer and method of manufacturing thin film transistor using the same method | |
US8052790B2 (en) | Mask for silicon crystallization, method of forming poly-silicon thin film, and manufacturing method of thin film transistor | |
JP2009302171A (en) | Method of manufacturing semiconductor device, method of manufacturing transistor, and method of manufacturing electrooptic device | |
JP2009289874A (en) | Thin-film transistor and display unit | |
JP2010182716A (en) | Thin-film transistor, method of manufacturing the same, and display device | |
US7517740B2 (en) | Method of crystallizing/activating polysilicon layer and method of fabricating thin film transistor having the same polysilicon layer | |
JP5580624B2 (en) | THIN FILM TRANSISTOR, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND DISPLAY DEVICE | |
WO2019171590A1 (en) | Thin film transistor and production method therefor | |
KR100409233B1 (en) | Method of Manufacturing Polycrystalline Silicon Thin Film Transistor using Excimer Laser annealing | |
JP2006165510A (en) | Thin film transistor, method of manufacturing tft and display device | |
KR100751315B1 (en) | Thin film transistor, method of the TFT, and flat panel display device with the TFT | |
JP4181743B2 (en) | Method for manufacturing thin film semiconductor device | |
KR100788993B1 (en) | Method of fabricating polycrystalline silicon thin-film transistor | |
KR20070093681A (en) | Thin film transistor and method for manufacturing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20100105 |