JP2880175B2 - レーザアニール方法及び薄膜半導体装置 - Google Patents
レーザアニール方法及び薄膜半導体装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は薄膜半導体装置製造におけるレーザアニール
方法に係り、特にアクテイブマトリクス方式のデイスプ
レイに好適なレーザアニール方法に関する。
方法に係り、特にアクテイブマトリクス方式のデイスプ
レイに好適なレーザアニール方法に関する。
近年、アクテイブマトリクス用の薄膜半導体装置であ
る薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor,略してTF
T)材料としては高画質化の点ですぐれている多結晶シ
リコン(Polycrystalline Silicon,略してpoly−Si)が
用いられている。このPoly−Si膜は減圧CVD法(LPCVD
法)及び常圧CVD法(APCVD法)により作成されている。
絶縁基板としては石英ガラス又は通常のガラス板を用い
る。通常のガラス板を用いる際は最高温度が約640℃と
いう大きな制約があるためガラス板には熱的影響を与え
ずpoly−Si膜の表面層だけをレーザ照射することで再結
晶化する方法が試みられている。この方法によればガラ
ス板に影響を与えない低温熱アニールに比べ結晶性が向
上している。
る薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor,略してTF
T)材料としては高画質化の点ですぐれている多結晶シ
リコン(Polycrystalline Silicon,略してpoly−Si)が
用いられている。このPoly−Si膜は減圧CVD法(LPCVD
法)及び常圧CVD法(APCVD法)により作成されている。
絶縁基板としては石英ガラス又は通常のガラス板を用い
る。通常のガラス板を用いる際は最高温度が約640℃と
いう大きな制約があるためガラス板には熱的影響を与え
ずpoly−Si膜の表面層だけをレーザ照射することで再結
晶化する方法が試みられている。この方法によればガラ
ス板に影響を与えない低温熱アニールに比べ結晶性が向
上している。
従来はこのレーザ照射方法として特開昭60−245124号
に記載のようにSi膜で吸収率の大きな紫外光パルスレー
ザを照射して半導体装置を製造する方法が検討されてい
た。
に記載のようにSi膜で吸収率の大きな紫外光パルスレー
ザを照射して半導体装置を製造する方法が検討されてい
た。
上記従来技術ではレーザ照射によつて結晶性を向上さ
せることでTFT特性を向上させていたが再結晶化したPol
y−Si膜の結晶の配向性については検討されておらずTFT
を作成したときのキヤリア移動度を更に向上させる可能
性があつた。
せることでTFT特性を向上させていたが再結晶化したPol
y−Si膜の結晶の配向性については検討されておらずTFT
を作成したときのキヤリア移動度を更に向上させる可能
性があつた。
本発明の目的は薄膜半導体装置の特性を向上させるた
めの薄膜半導体装置の構造、とりわけTFTの能動層に使
用されるPoly−Si膜の配向性を考慮することで更に大き
なキヤリア移動度を得ることにある。
めの薄膜半導体装置の構造、とりわけTFTの能動層に使
用されるPoly−Si膜の配向性を考慮することで更に大き
なキヤリア移動度を得ることにある。
上記目的はガラス基板等の絶縁性基板上に形成された
半導体装置であるTFTを構成するPoly−Si層を{111}面
を主体とした配向を持たせることにより達成される。
半導体装置であるTFTを構成するPoly−Si層を{111}面
を主体とした配向を持たせることにより達成される。
このPoly−Si層は減圧CVD法により基板温度550℃以下
の温度において1500Å以下の膜厚で堆積し、500℃以下
で堆積したSi膜では200mJ/cm2以上、520〜550℃で堆積
したSi膜では400mJ/cm2以上の光強度でレーザ光をPoly
−Si層側から照射することで得られる。又、550℃で堆
積したSi膜を薄膜化した場合、800〜1500Åの膜厚では4
00mJ/cm2以上、600〜800Åの膜厚では300mJ/cm2以上、6
00Å以下の膜厚では200mJ/cm2以上の光強度でレーザ光
をPoly−Si層側から照射することで得られる。
の温度において1500Å以下の膜厚で堆積し、500℃以下
で堆積したSi膜では200mJ/cm2以上、520〜550℃で堆積
したSi膜では400mJ/cm2以上の光強度でレーザ光をPoly
−Si層側から照射することで得られる。又、550℃で堆
積したSi膜を薄膜化した場合、800〜1500Åの膜厚では4
00mJ/cm2以上、600〜800Åの膜厚では300mJ/cm2以上、6
00Å以下の膜厚では200mJ/cm2以上の光強度でレーザ光
をPoly−Si層側から照射することで得られる。
レーザ照射によつて再結晶化したPoly−Si層は個々の
Si結晶中には欠陥が少なく電子のトラツプは粒界に大き
く影響される。Poly−Siの結晶粒界の界面電荷密度は、
Si単結晶の各結晶面とSiO2との界面電荷密度が<100
>,<110>,<111>の順に増加することと同様の関係
が成立し、{111}優位配向のPoly−Si膜では配向性の
見られないPoly−Si膜に比べ膜と垂直方向(<111>方
向)のトラツプ密度が大となる。膜と平行方向では反対
に{111}優位配向のPoly−Si膜が配向性の見られないP
oly−Si膜に比べ相対的に低いトラツプ密度を示すこと
になる。トラツプ密度が低いと粒界に生じる空乏層幅は
せまくなり、ここでのポテンシヤル障壁は低くなる。Po
ly−Siのキヤリア移動度は主として粒界におけるポテン
シヤル障害の高さで決まる。TETのキヤリアはPoly−Si
膜と平行方向に流れる。これらの条件から{111}優位
配向のPoly−Siでは配向性のないPoly−Siに比べ相対的
にキヤリアの移動度が大きくなる。
Si結晶中には欠陥が少なく電子のトラツプは粒界に大き
く影響される。Poly−Siの結晶粒界の界面電荷密度は、
Si単結晶の各結晶面とSiO2との界面電荷密度が<100
>,<110>,<111>の順に増加することと同様の関係
が成立し、{111}優位配向のPoly−Si膜では配向性の
見られないPoly−Si膜に比べ膜と垂直方向(<111>方
向)のトラツプ密度が大となる。膜と平行方向では反対
に{111}優位配向のPoly−Si膜が配向性の見られないP
oly−Si膜に比べ相対的に低いトラツプ密度を示すこと
になる。トラツプ密度が低いと粒界に生じる空乏層幅は
せまくなり、ここでのポテンシヤル障壁は低くなる。Po
ly−Siのキヤリア移動度は主として粒界におけるポテン
シヤル障害の高さで決まる。TETのキヤリアはPoly−Si
膜と平行方向に流れる。これらの条件から{111}優位
配向のPoly−Siでは配向性のないPoly−Siに比べ相対的
にキヤリアの移動度が大きくなる。
以下本発明の実施例を説明する。
第1図は本発明を用いたTFT全体の断面構造を示す。
基板1は歪温度約640℃のガラス基板である。基板1を5
50℃に保ち、ヘリウムで20%に希釈したモノシランガス
を原料として圧力1Torrの条件でLPCVD膜を堆積させる。
堆積時間は85分間で1500Åの膜を堆積させる。次に基板
1を480℃に保ち、ヘリウムで4%に希釈したモノシラ
ンガスと酸素を原料として常圧CVDにより表面保護膜を
約8分間で1000Å堆積させる。この膜の上面からXeClを
ガス源とした紫外光パルスレーザ(波長308nm、パルス
幅25ns)を照射することでLPCVD膜を再結晶化しPoly−S
i膜2,3,4を得る。この時レーザ光強度を400mJ/cm2以上
とすることでPoly−Si膜の主たる配向は{111}優位配
向となり平均結晶粒径は約1000Åである。次に表面保護
膜として用いたSiO2膜をフツ酸の水容液で除去する。レ
ーザ照射により再結晶化したPoly−Si膜を島状に形成す
るホトエツチングの工程を通した後、常圧CVD法により
ゲート絶縁膜用のSiO2膜5を堆積させる。次にゲート電
極用Poly−Si膜6を550℃、1Toorの条件で3500Å堆積さ
せる。ゲート膜5をホト,エツチした後、ソース,ドレ
イン領域3,4のインプラを行なう。条件はリン(P)を
用い、5×1015cm-2のドーズ量、30KeVの電圧である。
リンガラスからなるパツシベーシヨン膜8を480℃で500
0Å堆積させ、さらに、N2中600℃の条件で20時間以上の
熱処理、あるいは200mJ/cm2以上の光強度で紫外光パル
スレーザを照射することでインプラ領域を活性化させ
る。コンタクト用のホト,エツチ行程の後、Al電極7を
6000ÅスパツタすることでTFTを形成する。
基板1は歪温度約640℃のガラス基板である。基板1を5
50℃に保ち、ヘリウムで20%に希釈したモノシランガス
を原料として圧力1Torrの条件でLPCVD膜を堆積させる。
堆積時間は85分間で1500Åの膜を堆積させる。次に基板
1を480℃に保ち、ヘリウムで4%に希釈したモノシラ
ンガスと酸素を原料として常圧CVDにより表面保護膜を
約8分間で1000Å堆積させる。この膜の上面からXeClを
ガス源とした紫外光パルスレーザ(波長308nm、パルス
幅25ns)を照射することでLPCVD膜を再結晶化しPoly−S
i膜2,3,4を得る。この時レーザ光強度を400mJ/cm2以上
とすることでPoly−Si膜の主たる配向は{111}優位配
向となり平均結晶粒径は約1000Åである。次に表面保護
膜として用いたSiO2膜をフツ酸の水容液で除去する。レ
ーザ照射により再結晶化したPoly−Si膜を島状に形成す
るホトエツチングの工程を通した後、常圧CVD法により
ゲート絶縁膜用のSiO2膜5を堆積させる。次にゲート電
極用Poly−Si膜6を550℃、1Toorの条件で3500Å堆積さ
せる。ゲート膜5をホト,エツチした後、ソース,ドレ
イン領域3,4のインプラを行なう。条件はリン(P)を
用い、5×1015cm-2のドーズ量、30KeVの電圧である。
リンガラスからなるパツシベーシヨン膜8を480℃で500
0Å堆積させ、さらに、N2中600℃の条件で20時間以上の
熱処理、あるいは200mJ/cm2以上の光強度で紫外光パル
スレーザを照射することでインプラ領域を活性化させ
る。コンタクト用のホト,エツチ行程の後、Al電極7を
6000ÅスパツタすることでTFTを形成する。
第2図はPoly−Siを減圧CVD法により基板温度を550℃
として1500Å堆積し、そのPoly−Si側から光強度を100
〜400mJ/cm2の間で変化させ紫外光パルスレーザを照射
して再結化させた際の各面からのX線回折強度と、上記
方法で作成したTFTの移動度の変化を示す。最も回折強
度の強いSi(111)回折ピークはしきいエネルギ(約100
mJ/cm2)以上で光強度に比例して増加しているが他のSi
(220),Si(311)回折ピークは光強度300mJ/cm2以上で
増加量が鈍り配向性が{111}優位配向となる。{111}
優位配向となる300mJ/cm2以上の光強度で移動度は急激
に増大している。
として1500Å堆積し、そのPoly−Si側から光強度を100
〜400mJ/cm2の間で変化させ紫外光パルスレーザを照射
して再結化させた際の各面からのX線回折強度と、上記
方法で作成したTFTの移動度の変化を示す。最も回折強
度の強いSi(111)回折ピークはしきいエネルギ(約100
mJ/cm2)以上で光強度に比例して増加しているが他のSi
(220),Si(311)回折ピークは光強度300mJ/cm2以上で
増加量が鈍り配向性が{111}優位配向となる。{111}
優位配向となる300mJ/cm2以上の光強度で移動度は急激
に増大している。
次に第3図に減圧CVD法による堆積する際の堆積温度
を500〜600℃としてLPCVD膜を堆積した後上記記載と同
様に表面保護膜を堆積、その後紫外光パルスレーザを照
射し再結晶化したPoly−Si膜の結晶配向性を示す。基板
温度500℃で堆積したLPCVD膜には200mJ/cm2以上、520〜
550℃で堆積したSi膜では400mJ/cm2以上の光強度でレー
ザ光を照射することで{111}優位配向となり、基板温
度580℃以上で堆積したSi膜では{111}優位配向は見ら
れない。
を500〜600℃としてLPCVD膜を堆積した後上記記載と同
様に表面保護膜を堆積、その後紫外光パルスレーザを照
射し再結晶化したPoly−Si膜の結晶配向性を示す。基板
温度500℃で堆積したLPCVD膜には200mJ/cm2以上、520〜
550℃で堆積したSi膜では400mJ/cm2以上の光強度でレー
ザ光を照射することで{111}優位配向となり、基板温
度580℃以上で堆積したSi膜では{111}優位配向は見ら
れない。
次に第4図に減圧CVD法により堆積する際の基板温度
を550℃として堆積時間を短くしてLPCVD膜を400〜1500
Åの膜厚で堆積した後上記記載を同様に表面保護膜を堆
積、その後紫外光パルスレーザを照射し再結晶化したPo
ly−Si膜の結晶配向性を示す。膜厚1500Åでは400mJ/cm
2以上800Åでは300mJ/cm2以上、600Å及び400Åでは200
mJ/cm2以上の光強度でレーザ光を照射することで{11
1}優位配向となる。
を550℃として堆積時間を短くしてLPCVD膜を400〜1500
Åの膜厚で堆積した後上記記載を同様に表面保護膜を堆
積、その後紫外光パルスレーザを照射し再結晶化したPo
ly−Si膜の結晶配向性を示す。膜厚1500Åでは400mJ/cm
2以上800Åでは300mJ/cm2以上、600Å及び400Åでは200
mJ/cm2以上の光強度でレーザ光を照射することで{11
1}優位配向となる。
本実施例で述べた{111}を主配向とするPoly−Si膜
は移動度が大きく、これをTFTの能動領域に用いること
ですぐれた電気特性を得ることができる。
は移動度が大きく、これをTFTの能動領域に用いること
ですぐれた電気特性を得ることができる。
本発明によれば、LPCVD膜の堆積条件が異なつても照
射紫外光パルスレーザ光の光強度を最適化することで
{111}優位配向のPoly−Si膜が得られるので、キヤリ
アの移動度が大きい薄膜半導体装置を得ることができ
る。
射紫外光パルスレーザ光の光強度を最適化することで
{111}優位配向のPoly−Si膜が得られるので、キヤリ
アの移動度が大きい薄膜半導体装置を得ることができ
る。
第1図は本発明のTFTの構造の模式図、第2図はレーザ
アニール後のPoly−Siの結晶性及び移動度の光強度依存
性を示す図、第3図、第4図はPoly−Si膜の結晶配向性
を示す図である。 1…絶縁性基板、2…多結晶シリコン層、3…ソース領
域、4…ドレイン領域、5…ゲード絶縁膜、6…ゲード
電極、7…Al電極、8…パツシベーシヨン膜。
アニール後のPoly−Siの結晶性及び移動度の光強度依存
性を示す図、第3図、第4図はPoly−Si膜の結晶配向性
を示す図である。 1…絶縁性基板、2…多結晶シリコン層、3…ソース領
域、4…ドレイン領域、5…ゲード絶縁膜、6…ゲード
電極、7…Al電極、8…パツシベーシヨン膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡島 義昭 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−127118(JP,A) 特開 平2−32527(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/20
Claims (4)
- 【請求項1】1500Å以下の膜厚の多結晶シリコン膜を、
500℃以下で堆積した多結晶シリコン膜では200mJ/cm2以
上、520℃〜550℃で堆積した多結晶シリコン膜では400m
J/cm2以上の光強度のレーザ光を、多結晶シリコン膜側
から照射することで{111}面を主体とした配向性を持
たせることを特徴とするレーザアニール方法。 - 【請求項2】1500Å以下の膜厚の多結晶シリコン膜を、
500℃以下で堆積した多結晶シリコン膜では200mJ/cm2以
上、520℃〜550℃で堆積した多結晶シリコン膜では400m
J/cm2以上の光強度のレーザ光を、多結晶シリコン膜側
から照射することで{111}面を主体とした配向性を持
たせることを特徴とする薄膜半導体装置。 - 【請求項3】550℃以下で堆積したSi膜を、800Å〜1500
Åの膜厚では400mJ/cm2以上、600Å〜800Åの膜厚では3
00mJ/cm2以上、600Å以下の膜厚では200mJ/cm2以上の光
強度のレーザ光を、Si膜側から照射することで{111}
面を主体とした配向性を持たせることを特徴とするレー
ザアニール方法。 - 【請求項4】550℃以下で堆積したSi膜を、800Å〜1500
Åの膜厚では400mJ/cm2以上、600Å〜800Åの膜厚では3
00mJ/cm2以上、600Å以下の膜厚では200mJ/cm2以上の光
強度のレーザ光を、Si膜側から照射することで{111}
面を主体とした配向性を持たせることを特徴とする薄膜
半導体装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30055888A JP2880175B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | レーザアニール方法及び薄膜半導体装置 |
JP29640198A JPH11195608A (ja) | 1988-11-30 | 1998-10-19 | レーザアニール方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30055888A JP2880175B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | レーザアニール方法及び薄膜半導体装置 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29640198A Division JPH11195608A (ja) | 1988-11-30 | 1998-10-19 | レーザアニール方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02148831A JPH02148831A (ja) | 1990-06-07 |
JP2880175B2 true JP2880175B2 (ja) | 1999-04-05 |
Family
ID=17886278
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30055888A Expired - Lifetime JP2880175B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | レーザアニール方法及び薄膜半導体装置 |
JP29640198A Pending JPH11195608A (ja) | 1988-11-30 | 1998-10-19 | レーザアニール方法 |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29640198A Pending JPH11195608A (ja) | 1988-11-30 | 1998-10-19 | レーザアニール方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (2) | JP2880175B2 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5753542A (en) * | 1985-08-02 | 1998-05-19 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for crystallizing semiconductor material without exposing it to air |
EP0459763B1 (en) | 1990-05-29 | 1997-05-02 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Thin-film transistors |
JP3277548B2 (ja) * | 1991-05-08 | 2002-04-22 | セイコーエプソン株式会社 | ディスプレイ基板 |
JP2935446B2 (ja) * | 1992-02-28 | 1999-08-16 | カシオ計算機株式会社 | 半導体装置 |
CN100483651C (zh) | 1992-08-27 | 2009-04-29 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体器件的制造方法 |
KR950010859B1 (ko) * | 1992-09-29 | 1995-09-25 | 현대전자산업주식회사 | 박막 트랜지스터의 채널폴리 제조방법 |
TW226478B (en) * | 1992-12-04 | 1994-07-11 | Semiconductor Energy Res Co Ltd | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
US6730549B1 (en) | 1993-06-25 | 2004-05-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for its preparation |
TW295703B (ja) * | 1993-06-25 | 1997-01-11 | Handotai Energy Kenkyusho Kk | |
JPH1065180A (ja) * | 1996-03-29 | 1998-03-06 | A G Technol Kk | 多結晶半導体薄膜、その形成方法、多結晶半導体tft、およびtft基板 |
TW451284B (en) | 1996-10-15 | 2001-08-21 | Semiconductor Energy Lab | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
JP2002176180A (ja) | 2000-12-06 | 2002-06-21 | Hitachi Ltd | 薄膜半導体素子及びその製造方法 |
JP4600556B2 (ja) | 2008-09-19 | 2010-12-15 | コベルコ建機株式会社 | 建設機械 |
-
1988
- 1988-11-30 JP JP30055888A patent/JP2880175B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-10-19 JP JP29640198A patent/JPH11195608A/ja active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH02148831A (ja) | 1990-06-07 |
JPH11195608A (ja) | 1999-07-21 |
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