JP2831006B2 - Method for manufacturing thin film transistor - Google Patents

Method for manufacturing thin film transistor

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JP2831006B2 JP63276648A JP27664888A JP2831006B2 JP 2831006 B2 JP2831006 B2 JP 2831006B2 JP 63276648 A JP63276648 A JP 63276648A JP 27664888 A JP27664888 A JP 27664888A JP 2831006 B2 JP2831006 B2 JP 2831006B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、薄膜トランジスタの製造方法に関し、特
に、多結晶半導体薄膜を用いた薄膜トランジスタの製造
に適用して有効なものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of manufacturing a thin film transistor, and is particularly effective when applied to the manufacture of a thin film transistor using a polycrystalline semiconductor thin film.

〔発明の概要〕[Summary of the Invention]

本発明は、薄膜トランジスタの製造方法において、結
晶粒を含まない非晶質半導体薄膜を形成し、上記非晶質
半導体薄膜低温で固相成長させることにより多結晶半導
体薄膜を形成し、上記多結晶半導体薄膜を不活性ガス雰
囲気中で熱処理することにより上記多結晶半導体薄膜中
の結晶欠陥を除去し、次いで上記多結晶半導体薄膜を熱
酸化することにより上記多結晶半導体薄膜上にゲート酸
化膜を形成することによって、多結晶半導体薄膜とゲー
ト酸化膜との界面を平坦化することができるようにした
ものである。
The present invention relates to a method of manufacturing a thin film transistor, comprising: forming a polycrystalline semiconductor thin film by forming an amorphous semiconductor thin film containing no crystal grains and performing solid phase growth at a low temperature on the amorphous semiconductor thin film; Crystal defects in the polycrystalline semiconductor thin film are removed by heat-treating the thin film in an inert gas atmosphere, and then a gate oxide film is formed on the polycrystalline semiconductor thin film by thermally oxidizing the polycrystalline semiconductor thin film. Thereby, the interface between the polycrystalline semiconductor thin film and the gate oxide film can be flattened.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

薄膜トランジスタ(TFT)は、例えばアクティブ・マ
トリクス方式の液晶ディスプレイの画素スイッチング素
子として用いられる。このTFTの活性層を多結晶シリコ
ン(Si)薄膜により構成した多結晶Si TFTは、活性層
を非晶質Si(a−Si)薄膜により構成したa−Si TFT
に比べてより高性能であることは良く知られている。特
に、活性層を数百Å程度の超薄膜の多結晶Siにより構成
した多結晶Si TFT(以下、超薄膜多結晶Si TFTとい
う)は極めて高性能である。
A thin film transistor (TFT) is used, for example, as a pixel switching element of an active matrix type liquid crystal display. The polycrystalline Si TFT in which the active layer of this TFT is constituted by a polycrystalline silicon (Si) thin film is an a-Si TFT in which the active layer is constituted by an amorphous Si (a-Si) thin film.
It is well known that they have higher performance than. In particular, a polycrystalline Si TFT in which the active layer is formed of a polycrystalline Si of an ultrathin film of about several hundreds of meters (hereinafter referred to as an ultrathin polycrystalline Si TFT) has extremely high performance.

従来、この超薄膜多結晶Si TFTは、例えば次のよう
な方法により製造されている。すなわち、まず石英ガラ
ス基板上に例えば膜厚800Å程度の多結晶Si薄膜を低圧C
VD法により全面に形成する。次に、この多結晶Si薄膜を
例えばSiのイオン注入により非晶質化して非晶質Si薄膜
を形成する。次に、例えば窒素(N2)雰囲気中において
600℃程度の低温で例えば60時間程度熱処理(アニー
ル)を行うことにより、この非晶質Si薄膜を固相成長さ
せる。これによって、結晶粒径の大きい多結晶Si薄膜が
形成される。この後、この多結晶Si薄膜をエッチングに
より所定形状にパターンニングして島状化する。第6図
Aはこの状態を示し、石英ガラス基板101上に島状の多
結晶Si薄膜102が形成されている。次に、この多結晶Si
薄膜102を例えば酸素(O2)雰囲気中において1000℃で4
0分間熱酸化することにより、第6図Bに示すように、
この多結晶Si薄膜102上にSiO2膜から成るゲート酸化膜1
03を形成するとともに、多結晶Si薄膜102を例えば膜厚2
00〜300Å程度に超薄膜化する。この後、ゲート電極、
ソース領域及びドレイン領域、電極等の形成工程を経
て、目的とする超薄膜多結晶Si TFTを完成させる。
Conventionally, this ultra-thin polycrystalline Si TFT has been manufactured, for example, by the following method. That is, first, a polycrystalline Si thin film having a thickness of, for example, about 800
It is formed on the entire surface by the VD method. Next, the polycrystalline Si thin film is made amorphous by, for example, ion implantation of Si to form an amorphous Si thin film. Next, for example, in a nitrogen (N 2 ) atmosphere
By performing a heat treatment (annealing) at a low temperature of about 600 ° C. for about 60 hours, for example, the amorphous Si thin film is grown in a solid phase. As a result, a polycrystalline Si thin film having a large crystal grain size is formed. Thereafter, the polycrystalline Si thin film is patterned into a predetermined shape by etching to form an island. FIG. 6A shows this state, in which an island-shaped polycrystalline Si thin film 102 is formed on a quartz glass substrate 101. Next, this polycrystalline Si
The thin film 102 is placed in an oxygen (O 2 )
By thermal oxidation for 0 minutes, as shown in FIG. 6B,
Gate oxide film 1 consisting of SiO 2 film on polycrystalline Si thin film 102
03, and the polycrystalline Si thin film 102 is
The thickness is reduced to about 00 to 300 °. After this, the gate electrode,
Through a process of forming a source region, a drain region, an electrode and the like, an intended ultra-thin polycrystalline Si TFT is completed.

なお、絶縁基板上の薄膜半導体層に熱処理を施してあ
らがじめ結晶粒径を均一にした後、この薄膜半導体層に
レーザーを照射して溶融し、これを冷却固化してなる薄
膜単結晶を用いてTFTを製造する方法が知られている
(特開昭61−78120号公報)。
The thin film semiconductor layer on the insulating substrate is subjected to a heat treatment to make the crystal grain size uniform beforehand, and then the thin film semiconductor layer is irradiated with a laser, melted, and cooled and solidified to form a thin film single crystal. A method of manufacturing a TFT using the same is known (JP-A-61-78120).

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上述の従来の超薄膜多結晶Si TFTの製造方法におい
ては、ゲート酸化膜103を形成するための熱酸化前にお
ける多結晶Si薄膜102中の結晶粒界や結晶粒102aの内部
に微少な結晶欠陥(転位等)が多く存在するため、熱酸
化の際にこれらの結晶欠陥の所が他の部分に比べて速く
酸化されやすい。この以上酸化のために、第7図に示す
ように、多結晶Si薄膜102とゲート酸化膜103との界面の
平坦性はかなり悪くなってしまう。この結果、ゲート酸
化膜103の耐圧が低い、しきい値電圧が高い、ゲート電
圧スイング(ドレイン電流を10倍変化させるのに必要な
ゲート電圧変化量)が大きい等の欠点があり、超薄膜多
結晶Si TFTの特性の劣化を招いていた。
In the above-described conventional method for manufacturing an ultra-thin polycrystalline Si TFT, fine crystal defects are present in the crystal grain boundaries and inside the crystal grains 102a in the polycrystalline Si thin film 102 before thermal oxidation for forming the gate oxide film 103. Since there are many (dislocations, etc.), these crystal defects are easily oxidized faster than other parts during thermal oxidation. Due to this oxidation, the flatness of the interface between the polycrystalline Si thin film 102 and the gate oxide film 103 is considerably deteriorated as shown in FIG. As a result, there are disadvantages such as a low withstand voltage of the gate oxide film 103, a high threshold voltage, and a large gate voltage swing (a change amount of the gate voltage required to change the drain current by 10 times). The characteristics of the crystalline Si TFT were degraded.

従って本発明の目的は、多結晶半導体薄膜とゲート酸
化膜との界面を平坦にすることができる薄膜トランジス
タの製造方法を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin film transistor that can make the interface between a polycrystalline semiconductor thin film and a gate oxide film flat.

〔課題を解決するための手段〕 上記課題を解決するため、本発明は、結晶粒を含まな
い非晶質半導体薄膜(3)を形成し、非晶質半導体薄膜
(3)を低温で固相成長させることにより多結晶半導体
膜(4)を形成し、多結晶半導体薄膜(4)を不活性ガ
ス雰囲気中で熱処理することにより多結晶半導体薄膜中
の結晶欠陥を除去し、次いで多結晶半導体薄膜(4)を
熱酸化することにより多結晶半導体薄膜(4)上にゲー
ト酸化膜(5)を形成するようにしている。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the present invention forms an amorphous semiconductor thin film (3) containing no crystal grains, and forms the amorphous semiconductor thin film (3) in a solid phase at a low temperature. The polycrystalline semiconductor film (4) is formed by growing, and the polycrystalline semiconductor thin film (4) is heat-treated in an inert gas atmosphere to remove crystal defects in the polycrystalline semiconductor thin film. By thermally oxidizing (4), a gate oxide film (5) is formed on the polycrystalline semiconductor thin film (4).

上記不活性ガスとしては、N2を始め、アルゴン(Ar)
等の希ガスを用いることができる。
Examples of the inert gas include N 2 and argon (Ar)
And other rare gases can be used.

上記熱処理の温度は、多結晶半導体薄膜(4)中の結
晶欠陥低減の効果を十分に得るためには800℃以下であ
るのが好ましく、一方、使用する基板の耐熱温度よりも
十分に低くする必要性から1100℃以上であるのが好まし
いので、800〜1100℃の範囲内の温度とするのが好まし
い。また、この熱処理の時間は、結晶欠陥低減の効果を
得るために、20分以上とするのが好ましい。
The temperature of the heat treatment is preferably 800 ° C. or less in order to sufficiently obtain the effect of reducing crystal defects in the polycrystalline semiconductor thin film (4), while being sufficiently lower than the heat resistant temperature of the substrate to be used. It is preferable that the temperature be 1100 ° C. or higher from the necessity, so that the temperature is preferably in the range of 800 to 1100 ° C. The time of this heat treatment is preferably 20 minutes or more in order to obtain the effect of reducing crystal defects.

上記非晶質半導体薄膜(3)の固相成長は、例えば50
0〜700℃の範囲内の温度で行うことができる。
The solid-phase growth of the amorphous semiconductor thin film (3) is performed by, for example, 50
It can be performed at a temperature in the range of 0-700 ° C.

〔作用〕[Action]

上記した手段によれば、多結晶半導体薄膜(4)中の
結晶粒界や結晶粒(4a)の内部に存在する微小な結晶欠
陥が不活性ガス雰囲気中で熱処理により除去されるの
で、この多結晶半導体薄膜(4)の熱酸化時にこれらの
結晶欠陥の所で異常酸化が起きくことがなくなる。この
ため、多結晶半導体薄膜(4)とゲート酸化膜(5)と
の界面を平坦にすることができる。
According to the above-mentioned means, fine crystal defects existing in the crystal grain boundaries and inside the crystal grains (4a) in the polycrystalline semiconductor thin film (4) are removed by heat treatment in an inert gas atmosphere. Abnormal oxidation does not occur at these crystal defects at the time of thermal oxidation of the crystalline semiconductor thin film (4). Therefore, the interface between the polycrystalline semiconductor thin film (4) and the gate oxide film (5) can be made flat.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら
説明する。この実施例は、超薄膜多結晶Si TFTの製造
に本発明を適用した実施例である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment is an embodiment in which the present invention is applied to the production of an ultra-thin polycrystalline Si TFT.

本実施例においては、第1図Aに示すように、まず例
えば石英ガラス基板1の全面に例えば低圧CVD法により
例えば膜厚800Å程度の多結晶Si薄膜2を形成する。
In this embodiment, as shown in FIG. 1A, first, a polycrystalline Si thin film 2 having a thickness of, for example, about 800 ° is formed on the entire surface of a quartz glass substrate 1 by, for example, a low pressure CVD method.

次に、この多結晶Si薄膜2をSi等の不活性原子のイオ
ン注入により非晶質化し、第1図Bに示すように非晶質
Si薄膜3を形成する。
Next, the polycrystalline Si thin film 2 is made amorphous by ion implantation of inert atoms such as Si, and as shown in FIG.
The Si thin film 3 is formed.

次に、例えばN2雰囲気中において例えば600℃程度の
低温で例えば60時間アニールを行うことによりこの非晶
質Si薄膜3を固相成長させ、これによって第1図Cに示
すように多結晶Si薄膜4を形成する。この多結晶Si薄膜
4中の結晶粒の粒径は例えば1.5〜2μm程度と極めて
大きくすることができる。
Next, the amorphous Si thin film 3 is subjected to solid phase growth by annealing in a N 2 atmosphere at a low temperature of, for example, about 600 ° C., for example, for 60 hours, thereby forming a polycrystalline Si thin film as shown in FIG. 1C. A thin film 4 is formed. The grain size of the crystal grains in the polycrystalline Si thin film 4 can be extremely large, for example, about 1.5 to 2 μm.

次に、例えばN2雰囲気中において例えば1000℃程度の
温度で例えば2時間程度アニールを行う。このアニール
によって、多結晶Si薄膜4中の結晶粒界や結晶粒の内部
に存在する微小な結晶欠陥が除去される。
Next, annealing is performed at a temperature of, for example, about 1000 ° C. for, for example, about 2 hours in an N 2 atmosphere. By this annealing, fine crystal defects existing inside the crystal grain boundaries and crystal grains in the polycrystalline Si thin film 4 are removed.

次に、この多結晶Si薄膜4をエッチングにより所定形
状にパターンニングして、第1図Dに示すように島状化
する。
Next, the polycrystalline Si thin film 4 is patterned into a predetermined shape by etching to form an island shape as shown in FIG. 1D.

次に、例えばO2雰囲気中において例えば1000℃で40分
間熱酸化を行うことにより、第1図Eに示すように、多
結晶Si薄膜4上にSiO2膜から成るゲート酸化膜5を形成
するとともに、多結晶Si薄膜4を膜厚200〜300Å程度に
超薄膜化する。
Next, as shown in FIG. 1E, a gate oxide film 5 made of an SiO 2 film is formed on the polycrystalline Si thin film 4 by performing thermal oxidation in an O 2 atmosphere at, for example, 1000 ° C. for 40 minutes. At the same time, the polycrystalline Si thin film 4 is made ultrathin to a thickness of about 200 to 300 °.

次に第1図Fに示すように、例えば低圧CVD法により
全面に例えば多結晶Si薄膜のようなゲート電極形成用の
膜6を形成する。
Next, as shown in FIG. 1F, a film 6 for forming a gate electrode such as a polycrystalline Si thin film is formed on the entire surface by, for example, a low pressure CVD method.

次に、これらのゲート電極形成用の膜6及びゲート絶
縁膜5をエッチングにより所定形状にパターンニングす
る。これによって、第1図Gに示すようにゲート電極7
を形成する。
Next, the gate electrode forming film 6 and the gate insulating film 5 are patterned into a predetermined shape by etching. As a result, as shown in FIG.
To form

次に、これらのゲート電極7及びゲート絶縁膜5をマ
スクとして上記多結晶Si薄膜4に例えばPやヒ素(As)
のようなn型不純物を高濃度にイオン注入する。これに
よって、第1図Hに示すように、ゲート電極7に対して
自己整合的に例えばn+型のソース領域8及びドレイン領
域9を形成する。この後、注入不純物の電気的活性化の
ためのアニールを行う。
Next, P or arsenic (As) is applied to the polycrystalline Si thin film 4 using the gate electrode 7 and the gate insulating film 5 as a mask.
Is ion-implanted at a high concentration. As a result, as shown in FIG. 1H, for example, an n + -type source region 8 and a drain region 9 are formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 7. Thereafter, annealing for electrically activating the implanted impurities is performed.

次に第1図にI示すように、例えばリンシリケートガ
ラス(PSG)膜やSiO2膜のような絶縁膜10を例えば低圧C
VD法により全面に形成した後、この絶縁膜10の所定部分
をエッチング除去して開口10a、10bを形成する。この
後、これらの開口10a、10bを通じてソース領域8及びド
レイン領域9の上にそれぞれ例えばアルミニウム(Al)
から成る電極11、12を形成して、目的とする超薄膜多結
晶Si TFTを完成させる。なお、必要に応じて、多結晶S
i薄膜4を形成した後、この多結晶Si薄膜4中の結晶粒
界に存在するトラップを減少させるために水素化処理が
行われるが、ここでは省略されている。
Next, as shown I in FIG. 1, for example, phosphosilicate glass (PSG) film or an insulating film 10 such as a low C such as SiO 2 film
After forming the entire surface by the VD method, predetermined portions of the insulating film 10 are removed by etching to form openings 10a and 10b. Thereafter, aluminum (Al) is formed on the source region 8 and the drain region 9 through the openings 10a and 10b, respectively.
The electrodes 11 and 12 are formed to complete the intended ultra-thin polycrystalline Si TFT. In addition, if necessary, polycrystalline S
After the i thin film 4 is formed, a hydrogenation treatment is performed to reduce traps existing at crystal grain boundaries in the polycrystalline Si thin film 4, but is omitted here.

このように、本実施例によれば、不活性ガス雰囲気中
でのアニールにより多結晶Si薄膜4中の微小な結晶欠陥
を除去した後に熱酸化を行うことによりゲート酸化膜5
を形成しているので、これらの結晶欠陥の所で異常酸化
が起きることがなくなる。このため、多結晶Si薄膜4と
ゲート酸化膜5との界面を第2図に示すように平坦にす
ることができる。なお、第2図において、符号4aは結晶
粒を示す。これによって、超薄膜多結晶Si TFTの持つ
高速スイッチング性に加えて、ゲート酸化膜5の耐圧向
上、しきい値電圧の低下、ゲート電圧スイングの減少
等、著しい性能向上を図ることができる。
As described above, according to the present embodiment, the gate oxide film 5 is formed by performing thermal oxidation after removing minute crystal defects in the polycrystalline Si thin film 4 by annealing in an inert gas atmosphere.
, Abnormal oxidation does not occur at these crystal defects. Therefore, the interface between the polycrystalline Si thin film 4 and the gate oxide film 5 can be made flat as shown in FIG. In FIG. 2, reference numeral 4a indicates a crystal grain. Thereby, in addition to the high-speed switching property of the ultra-thin polycrystalline Si TFT, remarkable performance improvement such as improvement of the breakdown voltage of the gate oxide film 5, lowering of the threshold voltage, and reduction of the gate voltage swing can be achieved.

また、通常、酸化炉はO2、N2等を導入することができ
るように構成されているので、同一の酸化炉を用いてN2
雰囲気中でまず多結晶Si薄膜4のアニールを行った後、
雰囲気をN2からO2に変えて例えば同一温度で熱酸化を行
うことによりゲート酸化膜5を形成することができる。
このため、熱酸化前にアニールの工程を追加することに
よるTFTの製造工期の増大は極めて少ない。
Also, usually, since the oxidation reactor is configured to be able to introduce O 2, N 2, etc., N 2 using the same oxidation furnace
After annealing the polycrystalline Si thin film 4 in the atmosphere first,
By changing the atmosphere from N 2 to O 2 and performing thermal oxidation at the same temperature, for example, the gate oxide film 5 can be formed.
For this reason, the increase in TFT manufacturing time due to the addition of an annealing step before thermal oxidation is extremely small.

本実施例による超薄膜多結晶Si TFTの製造方法は、
例えば画素スイッチング素子及び周辺走査部素子として
多結晶Si TFTを用いた液晶ディスプレイの製造等への
応用が可能である。
The method of manufacturing an ultra-thin polycrystalline Si TFT according to the present embodiment includes:
For example, it can be applied to the manufacture of a liquid crystal display using a polycrystalline Si TFT as a pixel switching element and a peripheral scanning unit element.

以上、本発明の実施例につき具体的に説明したが、本
発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発
明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible.

例えば、上述の実施例においては、超薄膜多結晶Si
TFTの基板として石英ガラス基板1を用いているが、耐
熱温度がアニール温度及び熱酸化温度以上の材料から成
る他の基板を用いることも可能である。また、上述の実
施例においては、多結晶Si薄膜2を非晶質化することに
より非晶質Si薄膜3を形成しているが、低圧CVD法等に
よって直接形成された非晶質Si薄膜を用いることも可能
である。さらにまた、上述の実施例の超薄膜多結晶Si
TFTはnチャネル型であるが、本発明は、pチャネル型
の超薄膜多結晶Si TFTの製造に適用することも可能で
ある。また、本発明は、超薄膜多結晶Si TFTばかりで
なく、より膜厚の大きい多結晶Si薄膜を用いた多結晶Si
TFTの製造に適用することも可能である。さらに、本
発明は、多結晶Si薄膜以外の他の多結晶半導体薄膜を用
いたTFTの製造に適用することも可能である。
For example, in the above embodiment, the ultra-thin polycrystalline Si
Although the quartz glass substrate 1 is used as the TFT substrate, another substrate made of a material whose heat-resistant temperature is higher than the annealing temperature and the thermal oxidation temperature may be used. In the above embodiment, the amorphous Si thin film 3 is formed by amorphizing the polycrystalline Si thin film 2. However, the amorphous Si thin film directly formed by a low-pressure CVD method or the like is used. It is also possible to use. Furthermore, the ultra-thin polycrystalline Si of the above embodiment
Although the TFT is an n-channel type, the present invention can be applied to the production of a p-channel type ultra-thin polycrystalline Si TFT. In addition, the present invention is not limited to an ultra-thin polycrystalline Si TFT, but also a polycrystalline Si TFT using a polycrystalline Si thin film having a larger thickness.
It is also possible to apply to the manufacture of TFT. Further, the present invention can be applied to the manufacture of a TFT using a polycrystalline semiconductor thin film other than the polycrystalline Si thin film.

なお、上述の実施例における多結晶Si薄膜4のアニー
ルは、例えばXeClエキシマーレーザーによるパルスレー
ザービーム(波長308nm)やKrFエキシマーレーザーによ
るパルスレーザービーム(波長248nm)の照射を利用し
て行うことも可能である。この場合、これらの紫外光領
域の波長を有するパルスレーザービームは、多結晶Si薄
膜4の表面から深さ100〜200Å程度の範囲内でほぼ吸収
されてしまうため、この多結晶Si薄膜4の膜厚が例えば
800Å程度であるとすると、残りの300Å程度の厚さの部
分は十分に加熱されない。このような場合には、多結晶
Si薄膜4の表面及び裏面からパルスレーザービームを同
時に照射するのが有効である。第3図はそのためのレー
ザービーム照射装置を示す。第3図に示すように、この
レーザービーム照射装置は、例えばエキシマーレーザー
のようなレーザー13、例えばハーフミラーのようなビー
ムスプリッター14及びミラーM1、M2、M3を有している。
そして、レーザー13から発振されるパルスレーザービー
ムBをビームスプリッター14により2本のパルスレーザ
ービームB1、B2に分割し、パスルレーザービームB1はミ
ラーM1で反射させて多結晶Si薄膜4の表面に入射させ、
一方、パルスレーザービームB2はミラーM2、M3で2回反
射させることにより180゜方向を曲げて多結晶Si薄膜4
の裏面に入射させる。この場合、パルスレーザービーム
B2は石英ガラス基板1をほぼ完全に透過する。このよう
にして、第4図に示すように、多結晶Siの表裏面からパ
ルスレーザービームB1、B2を同時に照射する。これによ
って、多結晶Si薄膜4が表裏両面から同時に加熱される
ので、多結晶Si薄膜4の膜厚がある程度大きくても膜全
体を十分に加熱することができ、多結晶Si薄膜4中の結
晶欠陥を効果的に除去することができる。
The annealing of the polycrystalline Si thin film 4 in the above-described embodiment can be performed by using a pulse laser beam (wavelength: 308 nm) using a XeCl excimer laser or a pulse laser beam (wavelength: 248 nm) using a KrF excimer laser. It is. In this case, the pulsed laser beam having a wavelength in the ultraviolet region is almost absorbed from the surface of the polycrystalline Si thin film 4 within a range of about 100 to 200 ° in depth. For example, if the thickness is
If it is about 800 mm, the remaining 300 mm thick part is not sufficiently heated. In such cases, polycrystalline
It is effective to simultaneously irradiate a pulsed laser beam from the front and back surfaces of the Si thin film 4. FIG. 3 shows a laser beam irradiation device for that purpose. As shown in FIG. 3, the laser beam irradiation device includes a laser 13 such as an excimer laser, a beam splitter 14 such as a half mirror, and mirrors M 1 , M 2 and M 3 .
Then, the pulse laser beam B oscillated from the laser 13 is split into two pulse laser beams B 1 and B 2 by a beam splitter 14, and the pulse laser beam B 1 is reflected by a mirror M 1 to form a polycrystalline Si thin film 4. Incident on the surface of
On the other hand, the pulse laser beam B 2 is reflected twice by the mirrors M 2 and M 3 to bend the direction of 180 ° to form the polycrystalline Si thin film 4.
Incident on the back surface of. In this case, a pulsed laser beam
B 2 transmits almost completely through the quartz glass substrate 1. In this way, as shown in FIG. 4, pulsed laser beams B 1 and B 2 are simultaneously irradiated from the front and back surfaces of the polycrystalline Si. As a result, the polycrystalline Si thin film 4 is simultaneously heated from both front and back surfaces, so that even if the thickness of the polycrystalline Si thin film 4 is large to some extent, the entire film can be sufficiently heated, and the crystal in the polycrystalline Si thin film 4 can be heated. Defects can be effectively removed.

なお、エキシマレーザーによるパルスレーザービーム
のパルス幅は数十ns程度であるが、アニールやレーザー
ビームを用いたCVD等の用途においては、パルス幅の増
大化が求められている。そこで、例えば片面だけからの
パルスレーザービームの照射で膜全体を加熱することが
できる薄い多結晶Si薄膜4のアニール等の場合において
は、第3図に示すように、例えばパルスレーザービーム
B2の経路の途中に例えば屈折率が高く、かつ吸収が少な
い物質により構成される遅延素子15を挿入することによ
り実効的にパルス幅を増大させることができる。すなわ
ち、パルスレーザービームB1の波形が第5図のAに示す
ようであるとすると、遅延素子15を通るパルスレーザー
ビームB2は第5図のBに示すようにパルスレーザービー
ムB1に対して一定時間だけ遅延させることができる。こ
の場合、多結晶Si薄膜4で見ると、パルスエーザービー
ムB1の照射に引き続いて連続的にパルスレーザービーム
B2が照射されることになる。すなわち、この場合には第
5図Cに示すようなパルス幅の大きいパルスレーザービ
ームを照射した場合と同様になるので、パルス幅を実効
的に増大させることができる。例えば、遅延素子15によ
りパルスレーザービームB2をほぼそのパルス幅分だけ遅
延させれば、パルス幅を実効的に約2倍に増大させるこ
とができる。
The pulse width of a pulsed laser beam from an excimer laser is about several tens of ns, but in applications such as annealing and CVD using a laser beam, an increase in the pulse width is required. Therefore, for example, in the case of annealing of a thin polycrystalline Si thin film 4 which can heat the entire film by irradiation of a pulse laser beam from only one side, as shown in FIG.
Way, for example, a high refractive index of the path of the B 2, and it is possible to effectively increase the pulse width by inserting the absorbing delay element 15 constituted by less material. That is, when the waveform of the pulsed laser beams B 1 is as shown in A of FIG. 5, with respect to the pulsed laser beams B 1 to the pulsed laser beam B 2 through the delay element 15 shown in B of FIG. 5 Delay for a certain time. In this case, polycrystalline when viewed in Si thin film 4, the pulse er Heather beams B 1 continuously pulsed laser beam subsequent to irradiation
B 2 will be irradiated. That is, in this case, the pulse width can be effectively increased because it is the same as the case of irradiating a pulse laser beam having a large pulse width as shown in FIG. 5C. For example, if delayed by approximately the pulse width of the pulsed laser beam B 2 by the delay element 15, it is possible to increase the pulse width to approximately twice effectively.

なお、単にパルスレーザービームの照射によるアニー
ル等を行うだけなら、石英ガラス基板1の代わりに低融
点のガラス基板等を用いることが可能である。
If only annealing by pulsed laser beam irradiation is performed, a low melting point glass substrate or the like can be used instead of the quartz glass substrate 1.

〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明によれば、多結晶半導体薄
膜を不活性ガス雰囲気中で熱処理することにより上記多
結晶半導体薄膜中の結晶欠陥を除去し、次いで上記多結
晶半導体薄膜を熱酸化することにより上記多結晶半導体
薄膜上にゲート酸化膜を形成するようにしているので、
多結晶半導体薄膜中に存在する微小な結晶欠陥に起因す
る異常酸化が起きることがなくなり、これによって多結
晶半導体薄膜とゲート酸化膜との界面を平坦にすること
ができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, heat treatment of a polycrystalline semiconductor thin film in an inert gas atmosphere removes crystal defects in the polycrystalline semiconductor thin film, and then removes the polycrystalline semiconductor thin film. Since the gate oxide film is formed on the polycrystalline semiconductor thin film by thermally oxidizing the thin film,
Abnormal oxidation caused by minute crystal defects existing in the polycrystalline semiconductor thin film does not occur, whereby the interface between the polycrystalline semiconductor thin film and the gate oxide film can be made flat.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図A〜第1図Iは本発明の一実施例による超薄膜多
結晶Si TFTの製造方法を工程順に説明するための断面
図、第2図は第1図Eに示す状態における多結晶Si薄膜
とゲート酸化膜との界面付近の拡大断面図、第3図は試
料の表裏面からパルスレーザービームを照射するための
レーザービーム照射装置の構成を示す図、第4図は多結
晶Si薄膜の表裏面から同時にパルスレーザービームを照
射して加熱する方法を説明するための断面図、第5図は
パルスレーザービームの波形の一例を示す波形図、第6
図A及び第6図Bは従来の超薄膜多結晶Si TFTの製造
方法を工程順に説明するための断面図、第7図は第6図
Bに示す状態における多結晶Si薄膜とゲート酸化膜との
界面付近の拡大断面図である。 図面における主要な符号の説明 1:石英ガラス基板、2、4:多結晶Si薄膜、3:非晶質Si薄
膜、5:ゲート酸化膜、7:ゲート電極、8:ソース領域、9:
ドレイン領域。
1A to 1I are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing an ultra-thin polycrystalline Si TFT according to an embodiment of the present invention in the order of steps, and FIG. 2 is a polycrystalline state in the state shown in FIG. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view near the interface between the Si thin film and the gate oxide film. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a laser beam irradiation device for irradiating a pulse laser beam from the front and back surfaces of the sample. FIG. 4 is a polycrystalline Si thin film. 5 is a cross-sectional view for explaining a method of simultaneously irradiating and heating a pulsed laser beam from the front and back surfaces of FIG.
6A and 6B are cross-sectional views for explaining a conventional method of manufacturing an ultra-thin polycrystalline Si TFT in the order of steps, and FIG. 7 is a cross-sectional view of the polycrystalline Si thin film and the gate oxide film in the state shown in FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view near the interface of FIG. Description of main symbols in the drawings 1: quartz glass substrate, 2: 4: polycrystalline Si thin film, 3: amorphous Si thin film, 5: gate oxide film, 7: gate electrode, 8: source region, 9:
Drain region.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−81665(JP,A) 特開 昭62−76514(JP,A) 特開 昭53−108373(JP,A) 特開 昭62−88365(JP,A) 特開 昭62−104021(JP,A) 特開 昭61−78120(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-61-81665 (JP, A) JP-A-62-76514 (JP, A) JP-A-53-108373 (JP, A) JP-A-62-76537 88365 (JP, A) JP-A-62-104021 (JP, A) JP-A-61-78120 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】結晶粒を含まない非晶質半導体薄膜を形成
し、上記非晶質半導体薄膜を低温で固相成長させること
により多結晶半導体薄膜を形成し、上記多結晶半導体薄
膜を不活性ガス雰囲気中で熱処理することにより上記多
結晶半導体薄膜中の結晶欠陥を除去し、次いで上記多結
晶半導体薄膜を熱酸化することにより上記多結晶半導体
薄膜上にゲート酸化膜を形成するようにしたことを特徴
とする薄膜トランジスタの製造方法。
An amorphous semiconductor thin film containing no crystal grains is formed, and the amorphous semiconductor thin film is solid-phase grown at a low temperature to form a polycrystalline semiconductor thin film. Heat treatment in a gas atmosphere to remove crystal defects in the polycrystalline semiconductor thin film, and then thermally oxidize the polycrystalline semiconductor thin film to form a gate oxide film on the polycrystalline semiconductor thin film A method for manufacturing a thin film transistor, comprising:
【請求項2】上記熱処理をパルスレーザービームの照射
により行うことを特徴とする請求項1記載の薄膜トラン
ジスタの製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the heat treatment is performed by irradiation with a pulsed laser beam.
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