JP2701711B2 - 多結晶シリコン薄膜の製造方法 - Google Patents
多結晶シリコン薄膜の製造方法Info
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関し、特に薄膜トランジスタ用高移動度の多結晶シリコ
ン薄膜の製造方法に関する。
ランジスタは、水素化非晶質シリコン(以下、a−S
i:Hと記す)膜を能動層として形成することが一般的
である。液晶ディスプレイの高精細化、明るさ向上のた
めの画素の高開口率化等にともない、能動層としてa−
Si:H膜に比べてキャリア移動度のより高い材料が求
められるようになっている。これは移動度の高い材料を
用いることによってトランジスタが占める面積を小さく
することができるからである。
半導体薄膜を形成する場合に、通常の半導体製造工程で
用いられるような六百数十度を超える高温プロセスを用
いることができず、レーザ等を用いシリコン薄膜のみを
限定してアニールする方法が主流となっている。特に、
ガラス基板上に成膜したアモルファスシリコン(以下a
−Siと記す)薄膜をエキシマレーザで熔融・再結晶化
した多結晶シリコン薄膜を能動層として使用すると移動
度100cm2 /Vsec以上の良好な特性を示す多結
晶シリコン薄膜トランジスタを実現できる可能性があ
る。紫外短波長、超短パルスであるエキシマレーザはガ
ラス基板上に堆積されたa−Si膜の表面のみで吸収さ
れるため、ガラス基板への熱的ダメージを与えることな
く良好な多結晶シリコン薄膜を得ることができるという
利点がある。
を用いた薄膜トランジスタにおいては、そのゲート電圧
−ドレイン電流特性においてしきい値のマイナス方向へ
のシフトやしきい値特性の不均一性が生じるという問題
があった。このように不均一性を生む原因の一つとして
シリコン膜中への酸素拡散が挙げられる。即ちレーザ照
射工程においては、レーザの照射時にガラス基板全体が
加熱されることは無いものの、シリコン薄膜との界面が
加熱されるため、ガラス基板の構成原子がシリコン膜中
に拡散するという現象が生じる。一般に用いられる低ア
ルカリガラス基板は二酸化シリコンに代表される酸化物
を主成分として構成され、異種元素である酸素原子の拡
散が生じ易い。酸素拡散は形成される多結晶シリコン薄
膜のダングリングボンドを終端し電気伝導特性を向上さ
せるか、過度の酸素拡散は欠陥を生成し特性をを劣化さ
せる。特に、膜厚方向に対し基板側の方がシリコン膜表
面に比べ酸素濃度が高く、酸素の存在に起因する欠陥密
度の膜厚方向への違いが生じるため、シリコンの膜厚方
向に電荷分布の不均一が生じるという問題がある。
シマレーザを照射した結果、シリコン膜表面近傍におい
て酸素の離脱が生じ、より大きな酸素濃度分布の不均
一、即ち電荷分布の不均一が生じるという問題も明らか
にされている。このようにして形成された膜厚方向への
電荷分布の不均一性は、電界効果型トランジスタである
薄膜トランジスタの特性に大きく影響を及ぼす。その結
果、上記多結晶シリコン薄膜を用いた薄膜トランジスタ
においては、上記電荷分布の高低差によりしきい値特性
が同一基板面内においても±15%以上と大きく変動す
るという問題があった。
来温度制御や表面平坦化を目的として行われてきた酸化
シリコン膜(以下SiO2 膜と記す)をキャップ層とす
るレーザアニール方法がある。このSiO2 膜を透過す
る波長のレーザを用いることによって、SiO2 膜を透
過しa−Si膜をレーザビームで照射することが可能と
なり、a−Si膜表面がSiO2 膜で覆われるため、a
−Si膜とガラス基板との界面と同様にアニール時にS
iO2 膜からの酸素拡散が生じ、かつ表面近傍の酸素離
脱を防ぐ利点がある。
の製造方法は、屈折率の異なる材料の2層構造であるた
め、SiO2 膜厚の変化に応じて反射率、即ち実効的な
照射エネルギー強度が変化する。特に、液晶ディスプレ
イ等の大面積基板上においては、SiO2 膜の厚さを均
一化することが困難であるため、照射エネルギーが不均
一となって多結晶シリコン膜中の酸素濃度の均一性が低
下するという問題点があった。
薄膜の製造方法は、絶縁基板上にアモルファスシリコン
薄膜を形成し、紫外線レーザビームを前記アモルファス
シリコン薄膜に照射しこれに吸収させてアニールするこ
とにより薄膜トランジスタの能動層となる多結晶シリコ
ン薄膜を製造する方法において、前記紫外線レーザビー
ムを照射する前に、前記アモルファスシリコン薄膜中の
表面側の酸素濃度を高くする工程を設けて前記絶縁基板
から拡散される酸素原子に基づく前記多結晶シリコン薄
膜の膜厚方向の酸素濃度の不均一を補正するというもの
である。
る。
例を説明するための工程順に示した断面図である。
リガラス基板1の上にLPCVD(減圧化学気相成長)
法により温度450〜600℃でa−Si薄膜2を10
0nmの厚さに堆積した後、LPCVD法によりa−S
i薄膜2の表面にSiO2 膜3を100nmの厚さに堆
積する。
SiO2 膜3中の酸素がa−Si薄膜2へ拡散してa−
Si薄膜2の低アルカリガラス基板1およびSiO2 膜
3と接しているそれぞれの表面側の酸素濃度が上昇す
る。
膜3を弗酸により除去した後、波長λ=308nmのエ
キシマレーザ(Xecl)4によりa−Si薄膜2を照
射してアニールし、多結晶シリコン薄膜5を形成する。
このときのエキシマレーザ4の照射強度は、400mJ
/cm2 で1箇所当りの照射パルス回数は5ショットで
ある。その結果、膜厚方向の酸素濃度の高低差が減少
し、欠陥密度の膜厚方向の差を縮小させることができ
る。
薄膜を用いてプレーナ型nチャネル薄膜トランジスタを
形成したところ、移動度120cm2 /Vsec、しき
い値電圧3.5Vで且つ同一基板内のしきい値特性の変
動が±6%以内に収まるという良好な薄膜トランジスタ
が得られた。
例を説明するための工程順に示した断面図である。
施例と同様の工程で低アルカリガラス基板1の上に温度
450〜600℃のLPCVD法でa−Si薄膜2を1
00nmの厚さに堆積した後、酸素イオン6を加速電圧
18keV、ドーズ量5×1014cm-2でイオン注入
し、a−Si薄膜2の表面近傍の酸素濃度を高める。
レーザ4でa−Si薄膜2を照射し、多結晶シリコン薄
膜5を形成する。このときの照射強度は400mJ/c
m21箇所当りの照射パルス回数は3ショットである。
薄膜を用い第1の実施例と同様に形成したプレーナ型n
チャネル薄膜トランジスタでは、移動度110cm2 /
Vsec、しきい値電圧3.5Vで且つ同一基板内のし
きい値変動を±7%以内に収めることができた。
離を厳密に行う必要はなく、従って、酸素ガスプラズマ
によるイオンドーピング技術を用いて酸素原子の導入を
行うことも可能である。
めの断面図である。
工程で低アルカリガラス基板1の上にLPCVD法によ
りa−Si薄膜2を100nmの厚さに堆積した後、塩
酸:過酸化水素:水=1:1:6(mol比)の混合液
体又は硝酸水溶液を110℃に加熱した酸性溶液中で処
理しa−Si薄膜2の表面に厚さ0.1〜数nmのSi
O2 膜7を形成する。次に、エキシマレーザ4でSiO
2 膜7およびa−Si薄膜2を照射強度400mJ/c
m2 、1箇所当りの照射パルス回数3ショットで照射
し、多結晶シリコン薄膜を形成する。
ため、a−Si薄膜2へのレーザの照射エネルギー強度
のばらつきを生ずることなく面内の均一なレーザアニー
ルができる。
膜を用いてプレーナ型nチャネル薄膜トランジスタを形
成した場合に移動度120cm2 /Vsec、しきい値
電圧3.4Vで且つ同一基板内のしきい値特性の変動が
±5%以内に収まるという良好な薄膜トランジスタが得
られた。
溶液で処理した場合には、低アルカリガラス基板1が硝
酸によるダメージを受けるため、a/Si薄膜を低アル
カリガラス基板1の表裏に堆積してダメージを防いでい
る。
ァスシリコン薄膜の表面に酸素を供給した後、レーザビ
ームアニールで多結晶シリコン薄膜を形成することによ
り、従来例のレーザアニールと同時に酸素を供給するた
めのアモルファスシリコン薄膜上のSiO2 膜を必要と
せず、従ってレーザビームの照射エネルギーの同一基板
面内のばらつきを抑えることができ、多結晶シリコン膜
中の酸素濃度の不均一性を低減できるという効果を有す
る。
に示した断面図。
に示した断面図。
図。
Claims (4)
- 【請求項1】 絶縁基板上にアモルファスシリコン薄膜
を形成し、紫外線レーザビームを前記アモルファスシリ
コン薄膜に照射しこれに吸収させてアニールすることに
より薄膜トランジスタの能動層となる多結晶シリコン薄
膜を製造する方法において、前記紫外線レーザビームを
照射する前に、前記アモルファスシリコン薄膜中の表面
側の酸素濃度を高くする工程を設けて前記絶縁基板から
拡散される酸素原子に基づく前記多結晶シリコン薄膜の
膜厚方向の酸素濃度の不均一を補正することを特徴とす
る多結晶シリコン薄膜の製造方法。 - 【請求項2】 酸素濃度を高くする工程が、アモルファ
スシリコン薄膜上に減圧化学気相成長法により酸化シリ
コン膜を堆積する工程であり、前記酸化シリコン膜を剥
離してから紫外線レーザビームを照射する請求項1記載
の多結晶シリコン薄膜の製造方法。 - 【請求項3】 酸素濃度を高くする工程が、アモルファ
スシリコン薄膜の表面部に酸素イオンを注入する工程で
ある請求項1記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。 - 【請求項4】 酸素濃度を高くする工程が、アモルファ
スシリコン薄膜の表面に酸性溶液により酸化シリコン膜
を形成する工程である請求項1記載の多結晶シリコン薄
膜の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5297169A JP2701711B2 (ja) | 1993-11-29 | 1993-11-29 | 多結晶シリコン薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5297169A JP2701711B2 (ja) | 1993-11-29 | 1993-11-29 | 多結晶シリコン薄膜の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07153684A JPH07153684A (ja) | 1995-06-16 |
JP2701711B2 true JP2701711B2 (ja) | 1998-01-21 |
Family
ID=17843083
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5297169A Expired - Lifetime JP2701711B2 (ja) | 1993-11-29 | 1993-11-29 | 多結晶シリコン薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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Families Citing this family (3)
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JP4987198B2 (ja) * | 2001-04-23 | 2012-07-25 | 株式会社ジャパンディスプレイセントラル | 多結晶シリコン薄膜トランジスタの製造方法 |
CN106876249B (zh) * | 2017-02-23 | 2019-04-26 | 河南仕佳光子科技股份有限公司 | 一种二氧化硅厚膜的制备方法 |
Family Cites Families (2)
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JPS5885520A (ja) * | 1981-11-17 | 1983-05-21 | Sharp Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
1993
- 1993-11-29 JP JP5297169A patent/JP2701711B2/ja not_active Expired - Lifetime
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