JP2923016B2 - 薄膜半導体の製造方法及びその装置 - Google Patents
薄膜半導体の製造方法及びその装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法及びその装置並びにそ
れを用いた半導体装置に関し、特に非晶質膜を低温でア
ニールして高品位の結晶性薄膜を再現性良く製造する方
法に関する。
れを用いた半導体装置に関し、特に非晶質膜を低温でア
ニールして高品位の結晶性薄膜を再現性良く製造する方
法に関する。
薄膜半導体装置の形成のための非晶質膜の低温局所ア
ニール方法としてレーザアニール法がある。
ニール方法としてレーザアニール法がある。
従来この種の技術として次の3方法が挙げられる。
(1)プラズマCVD法により堆積した非晶質膜(a−Si:
H)をCW Ar+レーザ照射する方法(例えば、特開昭58
−114435号公報,特開昭63−200572号公報)。
H)をCW Ar+レーザ照射する方法(例えば、特開昭58
−114435号公報,特開昭63−200572号公報)。
(2)同上の非晶質膜をパルスエキシマレーザ照射する
方法(例えば、特開昭63−25913号公報)。
方法(例えば、特開昭63−25913号公報)。
(3)スパツタ法により堆積した非晶質膜(a−Si)を
CW Ar+レーザ照射する方法(例えば、ジヤパニーズ
ジヤーナル オブ ジ アプライド フイジクス第28巻
第11号第L1871頁から第L1873頁(1989)(Jpn.J.Appl.P
hyo.Vol.28,No.11,November,1989 pp.L1871−L1873)。
CW Ar+レーザ照射する方法(例えば、ジヤパニーズ
ジヤーナル オブ ジ アプライド フイジクス第28巻
第11号第L1871頁から第L1873頁(1989)(Jpn.J.Appl.P
hyo.Vol.28,No.11,November,1989 pp.L1871−L1873)。
上記従来技術は次の点の配慮がない。
CW Ar+レーザ照射に関しては、また高品質化のため
には高エネルギー照射する必要があり、スループツトが
低い。また低コストの歪点が低いガラス基板では割れや
すい。
には高エネルギー照射する必要があり、スループツトが
低い。また低コストの歪点が低いガラス基板では割れや
すい。
パルス発振のエキシマレーザ照射に関しては、基板・
膜間の剥れや薄膜表面に凹凸が発生する。
膜間の剥れや薄膜表面に凹凸が発生する。
本発明の目的は、低温高品質膜を優れたスループツト
で、剥れや表面の凹凸がなく、しかも良好な再現性・均
一性で製造する方法を提供するものである。
で、剥れや表面の凹凸がなく、しかも良好な再現性・均
一性で製造する方法を提供するものである。
上記目的を達成するために、薄膜半導体層を成膜後連
続発振のレーザ光を照射することで予備加熱した後に、
パルスレーザを照射することで上記半導体膜の剥離率が
なく、なおかつ基板に影響を与えないことを特徴とした
ものである。
続発振のレーザ光を照射することで予備加熱した後に、
パルスレーザを照射することで上記半導体膜の剥離率が
なく、なおかつ基板に影響を与えないことを特徴とした
ものである。
さらに、本発明は局所的な薄膜半導体層の結晶化を可
能としたものである。
能としたものである。
本発明は以下のように作用する。
基板上に堆積させた非晶質半導体薄膜をレーザ照射に
より結晶化させようとした場合、結晶化に必要な強いレ
ーザを照射すると上記半導体薄膜の剥離や表面の凹凸な
どが発生してしまう。そこで上記剥離等を防ぐため、ま
ず連続発振(CW)のレーザ光を照射する。CWレーザ照射
は基板上の薄膜を適切な昇温速度,到達速度で加熱する
ことにより、良好な結晶化が可能となる。また、水素や
フツ素を含んでいる水素化アモルフアスシリコン膜やフ
ツ素化アモルフアスシリコン膜の場合には、連続発振の
レーザ光照射により水素あるいはフツ素を蒸発飛散させ
ることができ、高強度のパルスレーザ照射時の水素やフ
ツ素の突沸による膜荒れも防ぐことができる。
より結晶化させようとした場合、結晶化に必要な強いレ
ーザを照射すると上記半導体薄膜の剥離や表面の凹凸な
どが発生してしまう。そこで上記剥離等を防ぐため、ま
ず連続発振(CW)のレーザ光を照射する。CWレーザ照射
は基板上の薄膜を適切な昇温速度,到達速度で加熱する
ことにより、良好な結晶化が可能となる。また、水素や
フツ素を含んでいる水素化アモルフアスシリコン膜やフ
ツ素化アモルフアスシリコン膜の場合には、連続発振の
レーザ光照射により水素あるいはフツ素を蒸発飛散させ
ることができ、高強度のパルスレーザ照射時の水素やフ
ツ素の突沸による膜荒れも防ぐことができる。
さらにビーム状のレーザ光を使用するため、局所的に
加熱することも可能となり、所望の領域以外に影響を与
えずに局所的な結晶化が可能となる。
加熱することも可能となり、所望の領域以外に影響を与
えずに局所的な結晶化が可能となる。
次に、非晶質半導体薄膜を結晶化させるためには大き
なエネルギーのレーザ光を照射しなければならない。そ
こでパルス発振のレーザを用いることで高エネルギーの
ビームを照射しても、基板や下地膜への影響をなくすこ
とができる。これにより三次元デバイスの製造にも適用
可能となる。またパルス発振の方が連続発振のレーザを
使用するよりも一般的にスループツトも良い。
なエネルギーのレーザ光を照射しなければならない。そ
こでパルス発振のレーザを用いることで高エネルギーの
ビームを照射しても、基板や下地膜への影響をなくすこ
とができる。これにより三次元デバイスの製造にも適用
可能となる。またパルス発振の方が連続発振のレーザを
使用するよりも一般的にスループツトも良い。
以下、本発明に係る高品位薄膜多結晶の製造方法を適
用した実施例を図面を用いて説明する。
用した実施例を図面を用いて説明する。
先ず第1図(a)において、100mm口のガラス基板10
上にプラズマCVD法により堆積温度300℃RFパワー60W,圧
力0.6Torr,ガス流量H2:SiH4=200:70sccmの成膜条件で
水素化アモルフアスシリコン(以下a−Si:H)膜11を堆
積する。その後、第1図(b)に示すようにCW Ar+レ
ーザLAを出力5.0W,ビーム径1mmφ,スキヤンニング速度
1.0mm/secで照射する。上記プロセスによりa−Si:H膜1
1が加熱され、薄膜上層部がマイクロクリスタル状のシ
リコン(以下μc−Si)膜12に改質される。CW Ar+レ
ーザLAのエネルギー密度はa−Si:H膜11全体を結晶化さ
せる程の高エネルギーを必要としない。その後第1図
(c)のようにXeClエキシマレーザLX(波長308nm,パル
ス幅28ns)を240mJ/cm2照射することによりμc−Si膜1
2全体が溶融固化し、多結晶シリコン(以下poly−Si)
膜13に改質される。上記プロセスにより得られたpoly−
Si13のX線回折強度を膜厚が800Åと2000Åの場合につ
いて第2図に示す。この結果よりa−Si:H膜は240mJ/cm
2以上のXeClエキシマレーザを照射することで結晶性が
優れたpoly−Si膜に改質できる。また走査型顕微鏡の観
察によれば表面も平滑で、凸起やボイドは見られなかつ
た。
上にプラズマCVD法により堆積温度300℃RFパワー60W,圧
力0.6Torr,ガス流量H2:SiH4=200:70sccmの成膜条件で
水素化アモルフアスシリコン(以下a−Si:H)膜11を堆
積する。その後、第1図(b)に示すようにCW Ar+レ
ーザLAを出力5.0W,ビーム径1mmφ,スキヤンニング速度
1.0mm/secで照射する。上記プロセスによりa−Si:H膜1
1が加熱され、薄膜上層部がマイクロクリスタル状のシ
リコン(以下μc−Si)膜12に改質される。CW Ar+レ
ーザLAのエネルギー密度はa−Si:H膜11全体を結晶化さ
せる程の高エネルギーを必要としない。その後第1図
(c)のようにXeClエキシマレーザLX(波長308nm,パル
ス幅28ns)を240mJ/cm2照射することによりμc−Si膜1
2全体が溶融固化し、多結晶シリコン(以下poly−Si)
膜13に改質される。上記プロセスにより得られたpoly−
Si13のX線回折強度を膜厚が800Åと2000Åの場合につ
いて第2図に示す。この結果よりa−Si:H膜は240mJ/cm
2以上のXeClエキシマレーザを照射することで結晶性が
優れたpoly−Si膜に改質できる。また走査型顕微鏡の観
察によれば表面も平滑で、凸起やボイドは見られなかつ
た。
以上のプロセスにより表面の凹凸等のない良好な膜質
の薄膜多結晶を製造できた。
の薄膜多結晶を製造できた。
第3図(a)は本発明を実施するための製造装置の一
例である。CW Ar+レーザLAをシリンドリプルレンズR
を使用し、ビーム形状が長方形になるようにするか、あ
るいは数本のCWAr+レーザを重ね合わせて直線上に並ぶ
ように光学系を組む。この時第3図(b)に示すように
CW Ar+レーザLAの幅daは、XeClエキシマレーザLXのビ
ーム形状をde1Xde2(daと平行な方向の幅をde1とする)
とした時、dade1となるようにする。又、スキヤンニ
ング方法に関しては、サンプルをセツトしたステージと
レーザ光が相対的に動くようにすればよい。上記製造装
置を用いることで、スループツトに優れた高品位多結晶
膜の製造が可能となつた。
例である。CW Ar+レーザLAをシリンドリプルレンズR
を使用し、ビーム形状が長方形になるようにするか、あ
るいは数本のCWAr+レーザを重ね合わせて直線上に並ぶ
ように光学系を組む。この時第3図(b)に示すように
CW Ar+レーザLAの幅daは、XeClエキシマレーザLXのビ
ーム形状をde1Xde2(daと平行な方向の幅をde1とする)
とした時、dade1となるようにする。又、スキヤンニ
ング方法に関しては、サンプルをセツトしたステージと
レーザ光が相対的に動くようにすればよい。上記製造装
置を用いることで、スループツトに優れた高品位多結晶
膜の製造が可能となつた。
さらに本発明を薄膜トランジスタ(以下TFT)に適用
した実施例を以下図面を用いて説明する。先ず第4図に
おいて、100mm口ガラス基板10上にスパツタ法によりゲ
ート電極としてCr膜を堆積温度100℃,Ar圧力1mTorrで12
00Å堆積し、ホトエツチング工程によりパターニングす
る。その後プラズマCVD法によりゲート絶縁膜としてSiN
x膜を堆積温度325℃,RFパワー175W,圧力0.6Torr,ガス流
量SiH4:NH3:N2=10:60:200sccmの成膜条件で3500Å堆積
し、連続してチヤネル層となるa−Si:H膜11を堆積温度
300℃,RFパワー60W,圧力0.6Torr,ガス流量H2:SiH4=20
0:70sccmの成膜条件で2000Å堆積する。ここで本発明の
薄膜多結晶の製造方法を適用する。a−Si:H膜11上にCW
Ar+レーザLAを出力5.0W,ビーム径1.0mm,スキヤンニ
ングスピード10.0mm/secで照射後、XeClエキシマレーザ
LX(波長308nm,パルス幅28ns,ビーム形状8.5mm口)を照
射し、a−Si:H膜を結晶化させる。(第5図)上記プロ
セスにより得られたpoly−Si膜13は均質で、結晶性に優
れ、電気的特性の高いものとなつている。
した実施例を以下図面を用いて説明する。先ず第4図に
おいて、100mm口ガラス基板10上にスパツタ法によりゲ
ート電極としてCr膜を堆積温度100℃,Ar圧力1mTorrで12
00Å堆積し、ホトエツチング工程によりパターニングす
る。その後プラズマCVD法によりゲート絶縁膜としてSiN
x膜を堆積温度325℃,RFパワー175W,圧力0.6Torr,ガス流
量SiH4:NH3:N2=10:60:200sccmの成膜条件で3500Å堆積
し、連続してチヤネル層となるa−Si:H膜11を堆積温度
300℃,RFパワー60W,圧力0.6Torr,ガス流量H2:SiH4=20
0:70sccmの成膜条件で2000Å堆積する。ここで本発明の
薄膜多結晶の製造方法を適用する。a−Si:H膜11上にCW
Ar+レーザLAを出力5.0W,ビーム径1.0mm,スキヤンニ
ングスピード10.0mm/secで照射後、XeClエキシマレーザ
LX(波長308nm,パルス幅28ns,ビーム形状8.5mm口)を照
射し、a−Si:H膜を結晶化させる。(第5図)上記プロ
セスにより得られたpoly−Si膜13は均質で、結晶性に優
れ、電気的特性の高いものとなつている。
次にプラズマCVD法により、リンを含んだn+−Si膜
を堆積温度230℃,RFパワー60W,左力0.6Torr,ガス流量
H2:SiH4:PH3=120:48:120sccmの成膜条件で350Å堆積
し、ホトマツチング上程の後、Cr電極をゲート電極と同
じ条件で600Å形成し、Al電極をスパツタ法により3700
Å堆積する。さらにホトエツチング工程でソース,ドレ
インを形成し、第6図に示すようにTFTが完成する。以
上のようにして作成したTFTの電気的特性は、実効移動
度μeff=50cm2/V・s、しきい値電圧VTH=5V以下の良
好なものであつた。
を堆積温度230℃,RFパワー60W,左力0.6Torr,ガス流量
H2:SiH4:PH3=120:48:120sccmの成膜条件で350Å堆積
し、ホトマツチング上程の後、Cr電極をゲート電極と同
じ条件で600Å形成し、Al電極をスパツタ法により3700
Å堆積する。さらにホトエツチング工程でソース,ドレ
インを形成し、第6図に示すようにTFTが完成する。以
上のようにして作成したTFTの電気的特性は、実効移動
度μeff=50cm2/V・s、しきい値電圧VTH=5V以下の良
好なものであつた。
又、液晶デイスプレイに関しての実施例を以下説明す
る。
る。
液晶デイスプレイにおいて駆動回路を画素と同一基板
上に形成することは、コスト面等大きな利点がある。し
かし、a−Si TFTではモビリテイが小さく(0.3cm2/V
・s程度)、液晶デイスプレイの駆動回路を組むことは
困難である。しかし、駆動回路を内蔵する部分のみをレ
ーザアニールし、poly−Si TFTを形成することで回路
内蔵が可能となる。
上に形成することは、コスト面等大きな利点がある。し
かし、a−Si TFTではモビリテイが小さく(0.3cm2/V
・s程度)、液晶デイスプレイの駆動回路を組むことは
困難である。しかし、駆動回路を内蔵する部分のみをレ
ーザアニールし、poly−Si TFTを形成することで回路
内蔵が可能となる。
第7図は液晶デイスプレイの平面図である。図中102
の領域のみ本発明の結晶化法を適用することで、画素部
101には影響を与えずに高いモビリテイのpoly−Si TFT
を形成でき、基板周辺部に駆動回路を内蔵することが可
能となる。
の領域のみ本発明の結晶化法を適用することで、画素部
101には影響を与えずに高いモビリテイのpoly−Si TFT
を形成でき、基板周辺部に駆動回路を内蔵することが可
能となる。
本発明の実施例では、連続発振のレーザとしてAr+レ
ーザ高強度パルスレーザとしてXeClエキシマレーザを用
いたが、Si膜の吸収係数にマツチングした波長の他のレ
ーザ、例えば連続発振ではNd−YAGレーザ,Nd−ガラスレ
ーザ,高強度パルスレーザではルビーレーザ,銅蒸気レ
ーザ等も用いることもできる。
ーザ高強度パルスレーザとしてXeClエキシマレーザを用
いたが、Si膜の吸収係数にマツチングした波長の他のレ
ーザ、例えば連続発振ではNd−YAGレーザ,Nd−ガラスレ
ーザ,高強度パルスレーザではルビーレーザ,銅蒸気レ
ーザ等も用いることもできる。
本発明は、以上説明したように構成されているので以
下に記載されるような効果を奏する。
下に記載されるような効果を奏する。
基板上に堆積させた非晶質半導体膜にCWレーザ及びパ
ルスレーザを順次照射することにより、低温プロセスで
高品位の多結晶膜が製造できる。また、レーザ光を使用
するため局所的な結晶化も可能となる。これは、液晶デ
イスプレイ用の周辺駆動回路を内蔵させたSi薄膜トラン
ジスタのアクテイブマトリツクス基板の製造等に適用で
きる。
ルスレーザを順次照射することにより、低温プロセスで
高品位の多結晶膜が製造できる。また、レーザ光を使用
するため局所的な結晶化も可能となる。これは、液晶デ
イスプレイ用の周辺駆動回路を内蔵させたSi薄膜トラン
ジスタのアクテイブマトリツクス基板の製造等に適用で
きる。
第1図は本発明の実施例の多結晶シリコン膜製造プロセ
スの断面図、第2図はパルスレーザのエネルギーとX線
回折強度の関係図、第3図は本発明の製造装置の概略
図、第4図,第5図,第6図は本発明を適用したTFT製
造プロセスの断面図、第7図は本発明により試作した周
辺駆動回路を内蔵した液晶デイスプレイ基板の平面図を
示している。 10……ガラス基板、11……水素化アモルフアスシリコン
膜、12……マイクロクリスタル状のシリコン膜、13……
多結晶シリコン膜、LA……連続発振Ar+レーザ、LX……
パルス発振XeClエキシマレーザ、R……シリンドリプル
レンズ、101……デイスプレイ画素部、102……デイスプ
レイ回路部。
スの断面図、第2図はパルスレーザのエネルギーとX線
回折強度の関係図、第3図は本発明の製造装置の概略
図、第4図,第5図,第6図は本発明を適用したTFT製
造プロセスの断面図、第7図は本発明により試作した周
辺駆動回路を内蔵した液晶デイスプレイ基板の平面図を
示している。 10……ガラス基板、11……水素化アモルフアスシリコン
膜、12……マイクロクリスタル状のシリコン膜、13……
多結晶シリコン膜、LA……連続発振Ar+レーザ、LX……
パルス発振XeClエキシマレーザ、R……シリンドリプル
レンズ、101……デイスプレイ画素部、102……デイスプ
レイ回路部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−146724(JP,A) 特開 昭57−183024(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/20 H01L 21/268
Claims (9)
- 【請求項1】基板上に堆積させた非晶質半導体薄膜に連
続発振のレーザ光を照射し、その後パルス発振のレーザ
光を照射することを特徴とする薄膜半導体の製造方法。 - 【請求項2】請求項第1項において、非晶質半導体薄膜
はa−Si膜又はa−Si:H(水素化アモルフアスシリコ
ン)膜又はa−Si:F(フツ素化アモルフアスシリコン)
膜であることを特徴とする薄膜半導体の製造方法。 - 【請求項3】請求項第1項において、連続発振のレーザ
光をAr+イオンレーザ,CO2レーザ又はNd−YAGレーザと
し、パルス発振のレーザ光をエキシマレーザ,ルビーレ
ーザ,Nd−YAGレーザ又はメタル蒸気レーザであることを
特徴とする薄膜半導体の製造方法。 - 【請求項4】請求項第1項において、非晶質半導体薄膜
は連続発振のレーザ光照射により固相成長し、パルス発
振のレーザ光照射により液相成長して結晶質半導体薄膜
に改質したことを特徴とする薄膜半導体製造方法。 - 【請求項5】請求項第1項において、非晶質半導体薄膜
を局所的にレーザ照射することを特徴とする薄膜半導体
の製造方法。 - 【請求項6】ステージ,CWレーザ,パルスレーザ,集光
レンズ,ビーム均一化用レンズ及びスキヤンニング機構
から成る薄膜半導体の製造装置において、CWレーザのビ
ーム幅をパルスレーザのビーム幅よりも大きくすること
を特徴とする薄膜半導体の製造方法。 - 【請求項7】薄膜トランジスタの製造方法において、薄
膜トランジスタの活性層として形成した非晶質半導体層
に連続発振のレーザ光を照射し、その後パルス発振のレ
ーザ光を照射することを特徴とする薄膜半導体の製造方
法。 - 【請求項8】薄膜トランジスタを用いたアクテイブマト
リクス方式の液晶デイスプレイにおいて、周辺回路部の
みを局所的に連続発振のレーザ光を照射し、その後パル
ス発振のレーザ光を照射することを特徴とする薄膜半導
体の製造方法。 - 【請求項9】ラインセンサーの駆動回路部を局所的に連
続発振のレーザ光を照射し、その後パルス発振のレーザ
光を照射することを特徴とする薄膜半導体の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24402390A JP2923016B2 (ja) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | 薄膜半導体の製造方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24402390A JP2923016B2 (ja) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | 薄膜半導体の製造方法及びその装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04124813A JPH04124813A (ja) | 1992-04-24 |
JP2923016B2 true JP2923016B2 (ja) | 1999-07-26 |
Family
ID=17112562
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24402390A Expired - Lifetime JP2923016B2 (ja) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | 薄膜半導体の製造方法及びその装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2923016B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1531023B (zh) * | 2003-03-17 | 2010-06-23 | 株式会社半导体能源研究所 | 激光器照射装置和方法以及半导体器件的制造方法 |
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TW241377B (ja) | 1993-03-12 | 1995-02-21 | Semiconductor Energy Res Co Ltd | |
JP3195157B2 (ja) * | 1994-03-28 | 2001-08-06 | シャープ株式会社 | 半導体装置の製造方法およびその製造装置 |
TW406861U (en) | 1994-07-28 | 2000-09-21 | Semiconductor Energy Lab | Laser processing system |
TW305063B (ja) | 1995-02-02 | 1997-05-11 | Handotai Energy Kenkyusho Kk | |
JPH10144620A (ja) * | 1996-11-07 | 1998-05-29 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザー照射システムおよびその応用方法 |
EP1049144A4 (en) | 1997-12-17 | 2006-12-06 | Matsushita Electronics Corp | THIN SEMICONDUCTOR LAYER, METHOD AND DEVICE THEREOF, SEMICONDUCTOR COMPONENT AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME |
US6506635B1 (en) | 1999-02-12 | 2003-01-14 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device, and method of forming the same |
JP4588167B2 (ja) | 2000-05-12 | 2010-11-24 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
JP4695777B2 (ja) * | 2001-06-01 | 2011-06-08 | シャープ株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
JP2003045820A (ja) * | 2001-07-30 | 2003-02-14 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザ照射装置およびレーザ照射方法、並びに半導体装置の作製方法 |
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