【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜トランジスタ
（ＴＥＴ）等の半導体装置の製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば透過型液晶ディスプレイにおいて
は、各絵素をオン、オフするためのスイッチング素子と
して薄膜トランジスタが用いられている。この場合、薄
膜トランジスタは、透明ガラス基板上に多数配列して形
成される。図６は、従来のガラス基板上に薄膜トランジ
スタを形成する製法例である。これは先ず図６Ａに示す
ようにガラス基板１上にアルミニウム又は酸化インジウ
ム錫（以下ＩＴＯと略す）等によるゲート電極２を形成
して後、ＳｉＯ2 膜３、水素化アモルファスシリコン
（以下ａ−Ｓｉ：Ｈと略す）膜４及びオーミックコンタ
クト用のｎ形ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ+ −ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜５
を連続してプラズマＣＶＤ法で全面に堆積する。次でａ
−Ｓｉ：Ｈ膜４及びｎ+ −ａ−Ｓｉ：Ｈ膜５をパターニ
ングして薄膜トランジスタを作るために必要な部分を島
領域化する。次に、図６Ｂに示すように、ソース及びド
レイン部上にＡｌ／Ｍｏ２層膜構造、モリブデン、チタ
ン又はニクロム等によるソース電極６及びドレイン電極
７を形成する。次に、図６Ｃに示すように、ソース電極
６及びドレイン電極７間に臨むｎ+ −ａ−Ｓｉ：Ｈ膜５
をプラズマエッチング法等により除去し、ソース及びド
レイン間のリーク電流をなくす。然る後、図６Ｄに示す
ようにパッシベーション用及び液晶配向用のＳｉＯ2 層
８を全面に形成し、さらにチャネル部に対応する部分を
覆うように遮光層９を形成して薄膜トランジスタを形成
する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この製法では、フォト
リソグラフィーに使用するマスクとして、ゲート電極２
のパターン形成用、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜４の島領域形成用、
ソース及びドレイン電極６及び７のパターン形成用、更
に遮光層９のパターン形成用の４枚のマスクが最低必要
となる。又、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜４の膜厚は約０．５μｍ程
度ないとｎ+ −ａ−Ｓｉ：Ｈ膜５をエッチング除去する
場合に充分な厚みを残せないこと、ｎ+ −ａ−Ｓｉ：Ｈ
膜５のエッチング工程でのむらやａ−Ｓｉ：Ｈ膜４の堆
積のむらが加わり広い面積に亘って一様な特性の多数の
薄膜トランジスタが得にくい等の欠点があった。ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ膜４が厚いとソース、ドレイン電極６，７の厚み
が１μｍ程度ないと段切れが生じ易い。
【０００４】そしてこの様な厚いａ−Ｓｉ：Ｈ膜４では
ａ−Ｓｉ：Ｈの光伝導度が大きいために、光を遮蔽する
ための遮光層９が必要となり製造工程を一層複雑にして
いる。ａ−Ｓｉ：Ｈ膜４は水素化されているため、膜内
に欠陥が少なく、通常オン／オフ比１０6 が得られ、閾
値電圧Ｖｔｈ＝５Ｖ程度のものが得られる。しかし非晶
質であるために有効移動度は０．１〜０．５ｃｍ2 ／Ｖ
・Ｓと小さく、早いスイッチング特性が得られない。
【０００５】本発明は、上述の点に鑑み、製造を容易に
し、且つ性能の向上をはかり、更に低耐熱性基板上に薄
膜トランジスタ等の半導体装置の形成を可能にした半導
体装置の製法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
の製法は、非晶質基板上に膜厚１００Å〜１０００Åの
非晶質シリコン薄膜を形成した後、この非晶質シリコン
薄膜表面において吸収される波長１００ｎｍ〜４００ｎ
ｍ、フルーエンス５０ｍＪ／ｃｍ2 〜５００ｍＪ／ｃｍ
2 の短波長パルスレーザを照射して非晶質シリコン薄膜
のうち少なくともチャネルが形成される領域の多結晶化
の熱処理を行う。
【０００７】本発明の製法によれば、非晶質基板上に、
膜厚１００Å〜１０００Åの非晶質シリコン薄膜を形成
し、この非晶質シリコン薄膜のうち、少なくともチャネ
ルが形成される領域に波長１００ｎｍ〜４００ｎｍ、フ
ルーエンス５０ｍＪ／ｃｍ2〜５００ｍＪ／ｃｍ2 の短
波長パルスレーザを照射することにより、少なくともチ
ャネルが形成される領域が短時間加熱され、溶融し、そ
の後冷却されてチャネル領域が多結晶化される。これに
よりキャリア移動度が大きくなる。また、結晶化によ
り、光伝導度を低減でき、光が当たってもリーク電流が
生じにくくなる。従って、薄膜トランジスタ等の半導体
装置の性能の向上が図れる。
【０００８】また、波長１００ｎｍ〜４００ｎｍ、フル
ーエンス５０ｍＪ／ｃｍ2 〜５００ｍＪ／ｃｍ2 の短波
長レーザを用いるので、基板全体を高温にすることなく
低温にて非晶質シリコン薄膜の多結晶化が可能となり、
且つ良好な結晶化が得られ、低耐熱性の非晶質基板上に
高性能の半導体装置を形成することができる。
【０００９】更に、従来のチャネル部上を覆う遮光層及
びそのためのマスク工程も省略でき、製造が容易とな
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明では、結晶化しようとする
非晶質シリコン薄膜に短波長パルスレーザを照射したと
き、そのレーザ光が非晶質シリコン薄膜の極表面のみで
吸収され、その後熱伝導によって薄膜の内部が溶けて再
結晶化し、或はアニールされて結晶粒が大きくなること
を利用して例えば薄膜トランジスタ等の半導体装置を製
造するものである。
【００１１】例えば非晶質シリコン薄膜としてａ−Ｓ
ｉ：Ｈ膜を用いこれに波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシ
マーレーザ光を照射した場合、この波長に対する吸収係
数は１０6 ｃｍ-1に達するので、極表面（１００Å程
度）で吸収され熱に変換される。この熱は直ちに熱伝導
によって薄膜内部に伝わる。この様に膜の表面又は内部
が瞬間的に高温になるためにａ−Ｓｉ：Ｈ膜は水素を出
さずに結晶化されその特性は著しく変化する。例えば膜
の移動度が著しく増大し、また光伝導度が低減する。ま
たイオン注入された膜はその不純物が活性化される。
【００１２】この様な短波長の高エネルギーパルスレー
ザ光を照射するときは、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜中の水素は放出
されず、結晶化した後も結晶粒界のダングリングボンド
をなくす働きを行う。
【００１３】本発明が用いる短波長パルスレーザ光とし
ては、そのレーザ波長が１００〜４００ｎｍ、実用範囲
は１５０〜３５０ｎｍ、パルス幅が１００ｎｓｅｃ以下
で好ましくは１０〜５０ｎｓｅｃ就中２０ｎｓｅｃであ
る。またパルスのピーク強度は１０6 Ｗ／ｃｍ2 以上〜
１０8 Ｗ／ｃｍ2 以下とし、フルーエンス（１回のパル
スのエネルギー）は１Ｊ／ｃｍ2 以下、好ましくは５０
ｍＪ／ｃｍ2 以上〜５００ｍＪ／ｃｍ2 以下、より好ま
しくは２００〜５００ｍＪ／ｃｍ2 とする。このような
短波長パルスレーザ光を用いれば局部的な加熱が可能と
なる。フルーエンスが上記の範囲内であれば非晶質シリ
コン膜の全体が溶融し、良好な結晶化が得られる。フル
ーエンスが大きすぎるとアブレーションが起こり、小さ
すぎると結晶化されにくい。
【００１４】次に、図面を参照して本発明の実施例を説
明する。なお、各例は図６と同様の薄膜トランジスタの
製造に適用した場合である。
【００１５】図１は本発明の一実施例である。本例にお
いては先ず図１Ａに示すようにガラス基板１上にアルミ
ニウム又はＩＴＯ等によるゲート電極２を形成した後Ｓ
ｉＯ2 膜３、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜４及びｎ+ −ａ−Ｓｉ：Ｈ
膜５を順次プラズマＣＶＤ法で全面に堆積する。次でａ
−Ｓｉ：Ｈ膜４及びｎ+ −ａ−Ｓｉ：Ｈ膜５をパターニ
ングして薄膜トランジスタを作る部分を島領域化する。
【００１６】次に、図１Ｂに示すように、例えばモリブ
デン、チタン又はニクロム等によるソース電極６及びド
レイン電極７を形成し、両電極６及び７をマスクにチャ
ネル部に対応する部分上のｎ+ −ａ−Ｓｉ：Ｈ膜５をプ
ラズマエッチング法等によって選択除去する（図１Ｃ参
照）。ここまでの工程は図６Ａ〜Ｃの工程と同じであ
る。
【００１７】次に、図１Ｄに示すように、全面にＳｉＯ
2 膜８を被着形成した後、表面側から短波長パルスレー
ザ光即ちＵＶ（紫外線）パルスレーザ光１０を参照して
ａ−Ｓｉ：Ｈ膜４のチャネル部４Ｃを多結晶化し、目的
の薄膜トランジスタを得る。この製法ではチャネル部４
Ｃのａ−Ｓｉ：Ｈ膜を水素を出さずに結晶化できること
により、薄膜トランジスタの移動度を大きくすることが
できる。又、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜の結晶化により光伝導度が
少なくなり、光が当たってもリーク電流の発生が減少す
る。従って従来のチャネル部上を覆う遮光層９及びその
為のマスク工程が省略できる。ＵＶパルスレーザ光１０
はＳｉＯ2 膜８を透過し、電極６，７で反射するため温
度は上がらず、電極６，７を損なうことなくチャネル部
を処理できる。因みにアルゴンレーザ、ＹＡＧレーザの
ように長波長レーザでは、膜が薄い場合、光の吸収が小
さく長時間の照射となるため、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜全体の温
度が上がると共に、基板への熱の影響が大きくなり、基
板が変形したり、ＳｉＯ2 膜８、電極６，７等が損傷を
受けるという不都合が生じやすい。
【００１８】このように電極６，７をマスクとして（所
謂セルファライメントにより）レーザ照射を行い局部的
な結晶化を行うことにより、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜４の堆積、
電極６，７の形成の後でも照射部以外を非常に高い温度
にすることなく低温にての結晶化が可能である。依って
薄膜トランジスタの構造及び製造工程を簡単化できる。
【００１９】また、ＵＶパルスレーザ光１０を用いるこ
とによりａ−Ｓｉ：Ｈ膜４を低温雰囲気で溶融、結晶化
できるので、ガラス基板のような低耐熱性基板上に高性
能の薄膜トランジスタを形成することができる。
【００２０】図２はプレーナー型の薄膜トランジスタ製
法に適用した他の実施例である。
【００２１】これは、図２Ａに示すようにガラス基板１
上にａ−Ｓｉ：Ｈ膜４及びＳｉＯ2膜３を順次被着形成
し、パターニングして島領域化する。次でチャネル部４
Ｃに対応するＳｉＯ2 膜３上に例えばチタン、モリブデ
ン又はニクロム等よりなるゲート電極２を形成し、この
ゲート電極２をマスクにしてａ−Ｓｉ：Ｈ膜４のソース
部４Ｓ及びドレイン部４Ｄにリン又はボロン等の所要の
不純物をイオン注入する。
【００２２】次に、図２Ｂに示すようにソース及びドレ
イン部４Ｓ及び４Ｄに一部接続する如く例えばモリブデ
ン、チタン、ニクロム又はＩＴＯ等によるソース電極６
及びドレイン電極７を被着形成し、さらにＳｉＯ2 膜８
を被着形成する。その後、ガラス基板１側よりＵＶパル
スレーザ光１０を照射する。これによってソース及びド
レイン部４Ｓ及び４Ｄは活性化し、チャネル部４Ｃは結
晶化する。
【００２３】この場合、ガラス基板１に石英ガラス、パ
イレックスガラスを用いれば例えば波長３０８ｎｍのレ
ーザ光は透過するのでａ−Ｓｉ：Ｈ膜４とガラス基板１
の界面で光は熱に代わり、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜４は熱処理さ
れる。斯くして目的の薄膜トランジスタを得る。
【００２４】また、ＵＶパルスレーザ光を用いているの
で、ａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜のみが、短時間加熱後、急冷され
るので、ソース、ドレイン部の不純物原子は活性化され
るが、長波長パルス（又は連続）レーザ光を用いた時の
ように横方向への不純物拡散はない。
【００２５】この実施例ではソース、ドレイン部４Ｓ，
４Ｄのａ−Ｓｉ：Ｈ膜も水素を出さずに結晶化されるの
でオーミックコンタクトを完全にし、かつ不純物の活性
化も充分行われ、チャネル部との界面特性を向上させる
ことができる。又、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜４を充分薄くでき、
膜厚１００Å〜１０００Åの範囲が可能であるため、ａ
−Ｓｉ：Ｈ膜の結晶化に加えて膜厚が薄いことにより、
更に光伝導度を少なくすることができリーク電流の発生
を減少することができる。更にａ−Ｓｉ：Ｈ膜４が薄く
できるので、ソース、ドレイン電極の段切れが生じな
い。
【００２６】図３はスタガード型の薄膜トランジスタの
製法に適用した他の実施例である。これは、図３Ａに示
すようにガラス基板１上に例えばモリブデン、チタン、
ニクロム又はＩＴＯによるソース電極６及びドレイン電
極７を形成した後、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜４、ＳｉＯ2 膜３を
形成する。さらに例えばアルミニウム又はＩＴＯによる
ゲート電極２を形成し、島領域化した表面全体にＳｉＯ
2 膜８を被着形成する。そしてソース及びドレイン部４
Ｓ及び４Ｄに対応するａ−Ｓｉ：Ｈ膜にリン又はボロン
等の所要の不純物をイオン注入する。
【００２７】次に、図３Ｂに示すように表面とガラス基
板１側の２方向からＵＶパルスレーザ光１０を照射し、
チャネル部４Ｃを結晶化させ、またソース及びドレイン
部４Ｓ及び４Ｄを結晶化と共に不純物の活性化を行う。
この場合、ソース及びドレイン部４Ｓ及び４Ｄとチャネ
ル部４Ｃのレーザ光の照射条件を変えて、それぞれの適
正条件を選ぶ。
【００２８】この実施例ではチャネル部４Ｃとソース、
ドレイン部４Ｓ，４Ｄに対するレーザ光の照射条件を夫
々最適条件に選び得るのでより特性の向上が図れる。
又、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜４の膜厚も充分薄くできる。
【００２９】図４及び図５はイオン注入工程を省略した
更に他の実施例である。
【００３０】共に不純物ドープのないａ−Ｓｉ：Ｈ膜４
に対してオーミック特性のよい金属例えばニクロムをソ
ース電極６及びドレイン電極７に用い、表裏２方向より
ＵＶパルスレーザ光１０を照射してチャネル部分４Ｃ及
びソース部４Ｓ、ドレイン部４Ｄの結晶化を行う。
【００３１】この場合、ＵＶパルスレーザ光１０をソー
ス、ドレイン部４Ｓ，４Ｄに照射するとき電極界面が充
分オーミックになるようにＵＶ照射条件（強さ、時間）
を選ぶ。また場合によっては、例えばｎ+ 形に対してリ
ン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）等の５価
元素を、Ｐ+ 形に対してボロン（Ｂ）、アルミニウム
（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）等の３価元素を含むソー
ス、ドレイン電極６，７を用いるのもよい。ソース、ド
レイン電極６，７としてはニクロムの他ＩＴＯ、モリブ
デン又はチタン等を用いることができる。
【００３２】この製法では特に不純物のイオン注入工程
が省略されるので、製造工程がより簡単化される。
【００３３】図４の構成は、図１の実施例においてｎ+
−ａ−Ｓｉ：Ｈ膜５を省略したものであり、従って図１
に比してａ−Ｓｉ：Ｈ膜４を充分薄くでき、例えば２０
０Å程度とすることができ、その分光伝導度が減り特性
がより向上する。
【００３４】尚、図１〜図５の実施例を液晶ディスプレ
イ等に応用する場合には全体をＳｉＯ2 等の配向用絶縁
層を被着する必要がある。この層を３００℃程度の高温
で作る場合はソース、ドレイン電極はＡｌを用いること
ができないが、蒸着等の低温プロセスを用いればプラズ
マによるＳｉＯ2 、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜の堆積以外はすべて
低温（室温）プロセスで高性能の薄膜トランジスタアレ
イを作ることが可能である。
【００３５】上述の実施例によれば、基体全体を高温に
することなく、低温でチャネル部のａ−Ｓｉ：Ｈ膜を水
素を出さずに結晶化できることにより、薄膜トランジス
タの移動度を大きくすることができ、早いスイッチング
特性が得られる。そして、基板への熱の影響が及びにく
いので、基板変形が起こりにくい。
【００３６】又、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜を結晶化することによ
り、又充分薄くできることにより、光伝導度を小さく光
が照射されてもリーク電流が流れにくくなる。このため
遮光層が省略される。又、高エネルギー、短時間の短波
長パルスレーザ光を用いることにより、低温でａ−Ｓ
ｉ：Ｈ膜の結晶化ができ、従って電極形成、パッシベー
ション膜の形成後に結晶化工程を行うことが可能とな
る。従って、薄膜トランジスタの構成及び製造工程が簡
単になり、また生産の歩留りも向上するものである。
又、薄膜トランジスタアレイの製造に適用した場合に
は、各トランジスタ共に均一な特性が得られる。
【００３７】また、短波長パルスレーザ光を用いること
により、低耐熱性のガラス基板１上に高性能の薄膜トラ
ンジスタの形成が可能となる。
【００３８】特に、膜厚１００Å〜１０００Åの非晶質
シリコン薄膜に対し波長１００ｎｍ〜４００ｎｍ、フル
ーエンス５０ｍＪ／ｃｍ2 〜５００ｍＪ／ｃｍ2 の短波
長パルスレーザ光を照射するときは、レーザ光は薄膜内
部でほぼ１００％吸収され、基板側にもれないので、基
板としてガラス基板のような低耐熱性基板を用いること
ができ、この低耐熱性基板上に形成した非晶質シリコン
薄膜の溶融結晶化が可能となる。
【００３９】そして、多結晶化と共に、膜厚が１００Å
〜１０００Åと薄い場合、より光伝導度が低減し、リー
ク電流の発生を減少することができる等、特性のよい薄
膜トランジスタが得られる。
【００４０】尚、上例ではａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜を用いた場
合について説明したが、水素を含まない非晶質シリコン
薄膜の場合においても、ａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜の場合と同様
に波長１００ｎｍ〜４００ｎｍの光に対してこの光が極
表面で吸収され、同様に実施することができる。その
際、基板変形を起こすことなく結晶化できること、電極
形成、パッシベーション膜の形成後の結晶化、不純物の
活性化に関しては水素を含む非晶質シリコン薄膜の場合
と同様の作用効果を奏するものである。
【００４１】
【発明の効果】本発明によれば、波長１００ｎｍ〜４０
０ｎｍ、フルーエンス５０ｍＪ／ｃｍ2 〜５００ｍＪ／
ｃｍ2 の短波長パルスレーザ光を用いることにより、膜
の極表面のみが瞬時に熱せられるため、基板への熱の影
響が及びにくくなり、基板の変形を起こすことなく、非
晶質シリコン薄膜を局部的に、且つ良好な結晶化がで
き、又不純物の活性化もでき、例えば移動度の大きい薄
膜に変えることができる。しかも、この結晶化、活性化
は基体全体を高温にすることなく、低温で行えるので、
電極形成、パッシベーション膜の形成後に結晶化、活性
化工程を行うことができる。従って、例えば薄膜トラン
ジスタに適用した場合、その性能を向上し、かつ製造を
容易にするものである。
【００４２】更に上記の短波長パルスレーザ光を用いる
ことにより基板全体を高温にすることなく、従って、低
温雰囲気で結晶化できるので、基板としてガラス基板の
ような低耐熱性基板を用いることができ、低耐熱性基板
上に例えば上記高性能の薄膜トランジスタを形成するこ
とが可能になる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device such as a thin film transistor (TET). 2. Description of the Related Art In a transmission type liquid crystal display, for example, a thin film transistor is used as a switching element for turning on / off each picture element. In this case, a large number of thin film transistors are arranged on a transparent glass substrate. FIG. 6 shows an example of a conventional method for forming a thin film transistor on a glass substrate. First, as shown in FIG. 6A, a gate electrode 2 made of aluminum or indium tin oxide (hereinafter abbreviated as ITO) is formed on a glass substrate 1 and then an SiO 2 film 3 and hydrogenated amorphous silicon (hereinafter a-Si) are formed. : H) film 4 and n-type a-Si: H (n + -a-Si: H) film 5 for ohmic contact
Is continuously deposited on the entire surface by a plasma CVD method. Then a
The -Si: H film 4 and the n + -a-Si: H film 5 are patterned to form a region necessary for forming a thin film transistor into an island region. Next, as shown in FIG. 6B, a source electrode 6 and a drain electrode 7 of an Al / Mo two-layer film structure, molybdenum, titanium, nichrome or the like are formed on the source and drain portions. Next, as shown in FIG. 6C, the n + -a-Si: H film 5 facing between the source electrode 6 and the drain electrode 7.
Is removed by a plasma etching method or the like to eliminate a leak current between the source and the drain. Thereafter, as shown in FIG. 6D, a SiO 2 layer 8 for passivation and liquid crystal alignment is formed on the entire surface, and a light shielding layer 9 is formed so as to cover a portion corresponding to the channel portion, thereby forming a thin film transistor. [0003] In this manufacturing method, a gate electrode 2 is used as a mask for photolithography.
For forming an island region of the a-Si: H film 4,
At least four masks are required for forming the patterns of the source and drain electrodes 6 and 7 and for forming the pattern of the light shielding layer 9. Further, if the thickness of the a-Si: H film 4 is not about 0.5 μm, a sufficient thickness cannot be left when the n + -a-Si: H film 5 is removed by etching, and n + -a-Si : H
There are drawbacks such as unevenness in the etching process of the film 5 and unevenness in the deposition of the a-Si: H film 4, which makes it difficult to obtain a large number of thin film transistors having uniform characteristics over a wide area. a-S
i: If the H film 4 is thick, the disconnection is likely to occur unless the thickness of the source and drain electrodes 6 and 7 is about 1 μm. In such a thick a-Si: H film 4, since the photoconductivity of a-Si: H is large, a light-shielding layer 9 for shielding light is required, which further complicates the manufacturing process. . Since the a-Si: H film 4 is hydrogenated, there are few defects in the film, a normal on / off ratio of 10 6 is obtained, and a threshold voltage Vth = about 5 V is obtained. However, since it is amorphous, the effective mobility is 0.1 to 0.5 cm 2 / V.
-S is small and fast switching characteristics cannot be obtained. In view of the above, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device which facilitates manufacturing, improves performance, and enables formation of a semiconductor device such as a thin film transistor on a low heat resistant substrate. Things. According to a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, an amorphous silicon thin film having a thickness of 100 to 1000 mm is formed on an amorphous substrate. Wavelength of 100 nm to 400 n absorbed at the surface
m, fluence 50mJ / cm 2 ~500mJ / cm
By irradiating the second short wavelength pulse laser performs at least the channel of polycrystalline region which is formed the heat treatment of the amorphous silicon thin film. According to the manufacturing method of the present invention, an amorphous substrate is
Forming an amorphous silicon thin film having a thickness of 100 Å to 1000 Å, of the amorphous silicon thin film, the wavelength 100nm~400nm in a region where at least the channel is formed, short wavelength fluence 50mJ / cm 2 ~500mJ / cm 2 By irradiation with the pulsed laser, at least a region where a channel is formed is heated for a short time, melted, and then cooled to polycrystallize the channel region. This increases the carrier mobility. In addition, crystallization can reduce photoconductivity, and leakage current hardly occurs even when light is applied. Therefore, the performance of a semiconductor device such as a thin film transistor can be improved. Further, wavelength 100 nm to 400 nm, since use of the short wavelength laser fluence 50mJ / cm 2 ~500mJ / cm 2 , can be multi-crystallization of the amorphous silicon thin film at a low temperature without the entire substrate to a high temperature Becomes
In addition, good crystallization can be obtained, and a high-performance semiconductor device can be formed over an amorphous substrate having low heat resistance. Further, the conventional light-shielding layer covering the channel portion and a masking process therefor can be omitted, and the manufacturing becomes easy. In the present invention, when an amorphous silicon thin film to be crystallized is irradiated with a short-wavelength pulse laser, the laser light is absorbed only at the very surface of the amorphous silicon thin film. Then, a semiconductor device such as a thin film transistor is manufactured by utilizing the fact that the inside of the thin film is melted and recrystallized by heat conduction or crystal grains are enlarged by annealing. For example, as an amorphous silicon thin film, a-S
When an i: H film is irradiated with XeCl excimer laser light having a wavelength of 308 nm using the i: H film, the absorption coefficient for this wavelength reaches 10 6 cm -1 , so that it is absorbed at the extreme surface (about 100 °) and converted into heat. This heat is immediately transmitted to the inside of the thin film by heat conduction. As described above, since the surface or the inside of the film is instantaneously heated to a high temperature, the a-Si: H film is crystallized without emitting hydrogen, and its characteristics are remarkably changed. For example, the mobility of the film increases significantly and the photoconductivity decreases. In addition, the impurity in the ion-implanted film is activated. When such high-energy pulsed laser light having a short wavelength is irradiated, hydrogen in the a-Si: H film is not released, and the function of eliminating dangling bonds at crystal grain boundaries after crystallization is obtained. Do. The short-wavelength pulse laser beam used in the present invention has a laser wavelength of 100 to 400 nm, a practical range of 150 to 350 nm, a pulse width of 100 nsec or less, and preferably 10 to 50 nsec, preferably 20 nsec. The peak intensity of the pulse is 10 6 W / cm 2 or more.
And 10 8 W / cm 2 or less, fluence (one pulse energy) of 1 J / cm 2 or less, preferably 50
mJ / cm 2 or more to 500 mJ / cm 2 or less, more preferably 200~500mJ / cm 2. If such a short-wavelength pulsed laser beam is used, local heating becomes possible. When the fluence is within the above range, the entire amorphous silicon film is melted, and good crystallization is obtained. If the fluence is too large, ablation occurs, and if it is too small, crystallization is difficult. Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Each example is a case where the present invention is applied to the manufacture of a thin film transistor similar to that of FIG. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In this example, first, as shown in FIG. 1A, a gate electrode 2 of aluminum or ITO is formed on a glass substrate 1 and then a gate electrode 2 is formed.
iO 2 film 3, a-Si: H film 4 and n + -a-Si: H
The film 5 is sequentially deposited on the entire surface by a plasma CVD method. Then a
By patterning the -Si: H film 4 and the n + -a-Si: H film 5, a portion where a thin film transistor is to be formed is made an island region. Next, as shown in FIG. 1B, a source electrode 6 and a drain electrode 7 are formed of, for example, molybdenum, titanium or nichrome, and n + on a portion corresponding to a channel portion is formed using both electrodes 6 and 7 as a mask. -A-Si: The H film 5 is selectively removed by a plasma etching method or the like (see FIG. 1C). The steps so far are the same as the steps in FIGS. Next, as shown in FIG.
After the second film 8 is formed, the channel portion 4C of the a-Si: H film 4 is polycrystallized with reference to the short-wavelength pulse laser beam, that is, the UV (ultraviolet) pulse laser beam 10 from the surface side, and the intended thin film transistor is formed. Get. In this method, the channel 4
Since the a-Si: H film of C can be crystallized without releasing hydrogen, the mobility of the thin film transistor can be increased. Further, the crystallization of the a-Si: H film reduces the photoconductivity, and reduces the occurrence of leakage current even when light is applied. Therefore, the conventional light-shielding layer 9 for covering the channel portion and a masking process therefor can be omitted. UV pulse laser beam 10
Since the light passes through the SiO 2 film 8 and is reflected by the electrodes 6 and 7, the temperature does not rise and the channel portion can be processed without damaging the electrodes 6 and 7. In the case of a long-wavelength laser such as an argon laser or a YAG laser, when the film is thin, light absorption is small and irradiation is performed for a long time. Therefore, the temperature of the entire a-Si: H film increases, and heat transfer to the substrate increases. The influence is increased, and disadvantages such as deformation of the substrate and damage to the SiO 2 film 8, the electrodes 6, 7 and the like are likely to occur. As described above, laser irradiation (by so-called self-alignment) using the electrodes 6 and 7 as a mask and local crystallization are performed, whereby the deposition of the a-Si: H film 4 is achieved.
Even after the formation of the electrodes 6 and 7, crystallization can be performed at a low temperature without increasing the temperature of portions other than the irradiated portion to a very high temperature. Therefore, the structure and manufacturing process of the thin film transistor can be simplified. Further, since the a-Si: H film 4 can be melted and crystallized in a low-temperature atmosphere by using the UV pulse laser beam 10, a high-performance thin film transistor is formed on a low heat-resistant substrate such as a glass substrate. be able to. FIG. 2 shows another embodiment applied to a planar thin film transistor manufacturing method. As shown in FIG. 2A, the glass substrate 1
An a-Si: H film 4 and a SiO 2 film 3 are sequentially formed thereon and patterned to form island regions. Next is channel part 4
A gate electrode 2 made of, for example, titanium, molybdenum, nichrome or the like is formed on the SiO 2 film 3 corresponding to C, and the gate electrode 2 is used as a mask to form a source 4S and a drain 4D of the a-Si: H film 4. A required impurity such as phosphorus or boron is ion-implanted. Next, as shown in FIG. 2B, a source electrode 6 made of, for example, molybdenum, titanium, nichrome, ITO or the like is partially connected to the source and drain portions 4S and 4D.
And a drain electrode 7 deposited form, further SiO 2 film 8
Is formed. After that, the glass substrate 1 is irradiated with UV pulse laser light 10. As a result, the source and drain portions 4S and 4D are activated, and the channel portion 4C is crystallized. In this case, if quartz glass or Pyrex glass is used for the glass substrate 1, for example, a laser beam having a wavelength of 308 nm is transmitted, so that the a-Si: H film 4 and the glass substrate 1
At the interface, light is replaced by heat, and the a-Si: H film 4 is heat-treated. Thus, a desired thin film transistor is obtained. Further, since the UV pulse laser beam is used, only the a-Si: H thin film is rapidly cooled after being heated for a short time, so that the impurity atoms in the source and drain portions are activated, but the long-wavelength is used. There is no lateral impurity diffusion as when pulsed (or continuous) laser light is used. In this embodiment, the source and drain portions 4S,
Since the 4D a-Si: H film is also crystallized without emitting hydrogen, the ohmic contact is completed and the impurities are sufficiently activated, so that the interface characteristics with the channel portion can be improved. Also, the a-Si: H film 4 can be made sufficiently thin,
Since the thickness can be in the range of 100 ° to 1000 °, a
-Si: The film thickness is small in addition to the crystallization of the H film,
Further, the photoconductivity can be reduced, and the occurrence of leak current can be reduced. Further, since the a-Si: H film 4 can be made thinner, disconnection of the source and drain electrodes does not occur. FIG. 3 shows another embodiment applied to a method of manufacturing a staggered thin film transistor. As shown in FIG. 3A, for example, molybdenum, titanium,
After forming the source electrode 6 and the drain electrode 7 of nichrome or ITO, the a-Si: H film 4 and the SiO 2 film 3 are formed. Further, a gate electrode 2 made of, for example, aluminum or ITO is formed, and SiO 2 is formed on the entire surface of the island region.
Two films 8 are deposited. And the source and drain portions 4
A required impurity such as phosphorus or boron is ion-implanted into the a-Si: H film corresponding to S and 4D. Next, as shown in FIG. 3B, a UV pulse laser beam 10 is irradiated from two directions, the front surface and the glass substrate 1 side.
The channel portion 4C is crystallized, and the source and drain portions 4S and 4D are crystallized and the impurities are activated.
In this case, appropriate conditions are selected by changing the irradiation conditions of the laser light for the source and drain portions 4S and 4D and the channel portion 4C. In this embodiment, the channel section 4C and the source,
Since the irradiation conditions of the laser beam to the drain portions 4S and 4D can be respectively selected as optimum conditions, the characteristics can be further improved.
Further, the thickness of the a-Si: H film 4 can be made sufficiently thin. FIGS. 4 and 5 show still another embodiment in which the ion implantation step is omitted. A-Si: H film 4 without impurity doping
For example, a metal having good ohmic characteristics, for example, nichrome is used for the source electrode 6 and the drain electrode 7 and the channel portion 4C, the source portion 4S, and the drain portion 4D are crystallized by irradiating a UV pulsed laser beam 10 from two directions. . In this case, when the UV pulse laser beam 10 is applied to the source and drain portions 4S and 4D, the UV irradiation conditions (intensity and time) are set so that the electrode interface becomes sufficiently ohmic.
Choose In some cases, for example, a pentavalent element such as phosphorus (P), arsenic (As), or antimony (Sb) may be added to the n + type , and boron (B), aluminum (Al), or gallium may be added to the P + type. Source and drain electrodes 6 and 7 containing a trivalent element such as (Ga) may be used. As the source and drain electrodes 6 and 7, ITO, molybdenum, titanium, or the like can be used in addition to nichrome. In this manufacturing method, particularly, the step of implanting impurities is omitted, so that the manufacturing process is further simplified. The arrangement of Figure 4, in the embodiment of FIG. 1 n +
-A-Si: H film 5 is omitted, and therefore FIG.
The a-Si: H film 4 can be made sufficiently thin as compared with
The angle can be set to about 0 °, the spectral conductivity is reduced, and the characteristics are further improved. When the embodiment shown in FIGS. 1 to 5 is applied to a liquid crystal display or the like, it is necessary to cover the whole with an orientation insulating layer such as SiO 2 . When this layer is formed at a high temperature of about 300 ° C., the source and drain electrodes cannot use Al. However, if a low-temperature process such as vapor deposition is used, the temperature is low except for the deposition of the SiO 2 and a-Si: H films by plasma. It is possible to produce a high performance thin film transistor array by (room temperature) process. According to the above-described embodiment, the mobility of the thin film transistor can be increased because the a-Si: H film in the channel portion can be crystallized at a low temperature without emitting hydrogen without increasing the temperature of the entire substrate. And fast switching characteristics can be obtained. Since the influence of heat on the substrate is hard to reach, the substrate is hardly deformed. Further, since the a-Si: H film is crystallized and can be made sufficiently thin, the photoconductivity is so small that the leak current hardly flows even when irradiated with light. Therefore, the light shielding layer is omitted. Also, by using high-energy, short-time short-wavelength pulse laser light, a-S
The i: H film can be crystallized, so that the crystallization step can be performed after the formation of the electrode and the formation of the passivation film. Therefore, the configuration and the manufacturing process of the thin film transistor are simplified, and the production yield is improved.
In addition, when applied to the manufacture of a thin film transistor array, uniform characteristics can be obtained for each transistor. Further, by using a short-wavelength pulsed laser beam, it is possible to form a high-performance thin film transistor on the glass substrate 1 having low heat resistance. [0038] In particular, when the illumination wavelength to the amorphous silicon thin film having a thickness of 100 Å to 1000 Å 100 nm to 400 nm, a short wavelength pulse laser light fluence 50mJ / cm 2 ~500mJ / cm 2, the laser beam is thin internal Almost 100% and is not present on the substrate side, so that a low heat-resistant substrate such as a glass substrate can be used as the substrate, and the amorphous silicon thin film formed on this low heat-resistant substrate is melt-crystallized. Becomes possible. Then, together with the polycrystallization, the film thickness becomes 100 °
When the thickness is as thin as ~ 1000 °, a thin film transistor having excellent characteristics such as a further decrease in photoconductivity and a reduction in occurrence of a leak current can be obtained. In the above example, the case where the a-Si: H thin film is used has been described. However, even in the case of the amorphous silicon thin film containing no hydrogen, the wavelength is 100 nm similarly to the case of the a-Si: H thin film. For light of で 400 nm, this light is absorbed at the extreme surfaces and can be implemented similarly. In that case, the same effect as the case of the amorphous silicon thin film containing hydrogen can be obtained with respect to the fact that crystallization can be performed without causing substrate deformation, electrode formation, crystallization after formation of the passivation film, and activation of impurities. is there. According to the present invention, the wavelength is from 100 nm to 40 nm.
0 nm, fluence 50 mJ / cm 2 -500 mJ /
By using a short-wavelength pulsed laser beam of cm 2 , only the outer surface of the film is instantaneously heated, so that the influence of heat on the substrate is less likely to occur, and the amorphous silicon thin film can be formed without causing deformation of the substrate. Local and good crystallization can be performed, and impurities can be activated. For example, a thin film having high mobility can be obtained. Moreover, since this crystallization and activation can be performed at a low temperature without raising the temperature of the entire substrate,
After the formation of the electrodes and the formation of the passivation film, the crystallization and activation steps can be performed. Therefore, for example, when the present invention is applied to a thin film transistor, the performance is improved and the manufacturing is facilitated. Further, by using the above-mentioned short-wavelength pulsed laser light, since the entire substrate can be crystallized in a low-temperature atmosphere without raising the temperature, a low heat-resistant substrate such as a glass substrate can be used as the substrate. Thus, for example, the high-performance thin film transistor can be formed on a low heat-resistant substrate.
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ 本発明による薄膜トランジスタの製法の一
実施例を示す工程図である。
Ｂ 本発明による薄膜トランジスタの製法の一実施例を
示す工程図である。
Ｃ 本発明による薄膜トランジスタの製法の一実施例を
示す工程図である。
Ｄ 本発明による薄膜トランジスタの製法の一実施例を
示す工程図である。
【図２】Ａ 本発明による薄膜トランジスタの製法の他
の実施例を示す工程図である。
Ｂ 本発明による薄膜トランジスタの製法の他の実施例
を示す工程図である。
【図３】Ａ 本発明による薄膜トランジスタの製法の他
の実施例を示す工程図である。
Ｂ 本発明による薄膜トランジスタの製法の他の実施例
を示す工程図である。
【図４】Ａ 本発明による薄膜トランジスタの製法の他
の実施例を示す工程図である。
Ｂ 本発明による薄膜トランジスタの製法の他の実施例
を示す工程図である。
【図５】本発明による薄膜トランジスタの製法の他の実
施例を示す工程図である。
【図６】Ａ 従来の薄膜トランジスタの製法の一例を示
す工程図である。
Ｂ 従来の薄膜トランジスタの製法の一例を示す工程図
である。
Ｃ 従来の薄膜トランジスタの製法の一例を示す工程図
である。
Ｄ 従来の薄膜トランジスタの製法の一例を示す工程図
である。
【符号の説明】
１ ガラス基板、２ ゲート電極、３ ＳｉＯ2 膜、４
ａ−Ｓｉ：Ｈ膜、４Ｃ チャネル部、４Ｓ ソース
部、４Ｄ ドレイン部、５ ｎ+ −ａ−Ｓｉ：Ｈ膜、６
ソース電極、７ ドレイン電極、８ ＳｉＯ2 膜、１
０ 短波長パルスレーザ光BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1A is a process drawing showing one embodiment of a method for producing a thin film transistor according to the present invention. B is a process drawing showing one embodiment of a method for producing a thin film transistor according to the present invention. C is a process drawing showing one embodiment of a method for producing a thin film transistor according to the present invention. D is a process diagram showing one embodiment of a method for producing a thin film transistor according to the present invention. FIG. 2A is a process chart showing another embodiment of the method for producing a thin film transistor according to the present invention. B is a process drawing showing another embodiment of the method for producing a thin film transistor according to the present invention. FIG. 3A is a process drawing showing another embodiment of the method for producing a thin film transistor according to the present invention. B is a process drawing showing another embodiment of the method for producing a thin film transistor according to the present invention. FIG. 4A is a process drawing showing another embodiment of the method for producing a thin film transistor according to the present invention. B is a process drawing showing another embodiment of the method for producing a thin film transistor according to the present invention. FIG. 5 is a process chart showing another embodiment of the method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention. FIG. 6A is a process drawing showing an example of a conventional method for producing a thin film transistor. B is a process drawing showing an example of a conventional method for producing a thin film transistor. C is a process diagram illustrating an example of a conventional method for manufacturing a thin film transistor. D is a process drawing showing an example of a conventional method for producing a thin film transistor. [Description of Signs] 1 glass substrate, 2 gate electrode, 3 SiO 2 film, 4
a-Si: H film, 4C channel portion, 4S source portion, 4D drain portion, 5 n + -a-Si: H film, 6
Source electrode, 7 drain electrode, 8 SiO 2 film, 1
0 Short wavelength pulsed laser light