JP3148295B2 - 薄膜多結晶シリコンの製造方法 - Google Patents

薄膜多結晶シリコンの製造方法

Info

Publication number
JP3148295B2
JP3148295B2 JP23178091A JP23178091A JP3148295B2 JP 3148295 B2 JP3148295 B2 JP 3148295B2 JP 23178091 A JP23178091 A JP 23178091A JP 23178091 A JP23178091 A JP 23178091A JP 3148295 B2 JP3148295 B2 JP 3148295B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
irradiation
polycrystalline silicon
laser
thin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP23178091A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0574702A (ja
Inventor
久樹 樽井
英治 丸山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP23178091A priority Critical patent/JP3148295B2/ja
Publication of JPH0574702A publication Critical patent/JPH0574702A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3148295B2 publication Critical patent/JP3148295B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン膜にスポット
状のエネルギービームを照射することにより、薄膜多結
晶シリコンとする製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、薄膜太陽電池や液晶ディスプレイ
用表示素子などに使われる薄膜半導体の研究が盛んであ
る。これは薄膜半導体が従来の単結晶半導体と異なり、
透光性を有する安価な絶縁性基板、例えばガラス基板な
どを基板として容易に形成でき、且つ大面積に形成し得
るという特徴を有しているためである。
【0003】これまで前記薄膜半導体の主流は非晶質シ
リコン膜であったが、斯る非晶質シルコン膜では、物性
面での限界のあることが近年明らかとなり、これに替わ
る材料が求められていた。
【0004】そこで、前記非晶質シリコン膜に代替する
ものとして、特に注目され始めたのが薄膜多結晶シリコ
ンである。これは、薄膜多結晶シリコンが非晶質シリコ
ン膜と比較して多くの優れた特徴を有してるためである
ことと、更にはその製造にあっては、非晶質シリコン膜
にエネルギーを加えることによって比較的容易に形成で
きるためである。
【0005】図(a)は、従来の薄膜多結晶シリコン
の製造方法を説明する工程断面図で、石英等の透光性基
板(51)上に形成された非晶質シリコン膜にパルス状のエ
ネルギービームであるスポット状レーザ光(52)を1回の
み照射した際の状態を示している。図中の(53)はレーザ
光照射によって変質し形成された薄膜他結晶シリコンで
あり、(54)は多結晶シリコンを構成する多結晶粒であ
る。
【0006】同図から分かるように、スポット状のレー
ザ光によって多結晶化されたシリコン膜は、レーザ光の
面内の強度ムラにより照射部の中央部においては大きな
多結晶粒(54a)が形成されるものの、その周囲では小さ
な多結晶粒(54b)しかできない。
【0007】同図(b)は、スポット状のレーザ光が照
射された場合の照射端部の拡大断面図である。
【0008】図示の如くレーザ光の中央で照射されるこ
ととなる部分は、前述の如く大きな多結晶粒(54a)とな
るが、レーザ光照射の端部に近付くに従って小さな多結
晶粒(54b)となり、さらに端部の周囲では非晶質シリコ
ン(54c)のままである。
【0009】これら膜面に沿った多結晶化状態の変化は
照射に利用したレーザ光の強度分布に強く影響を受け
る。
【0010】斯る変化は膜厚方向に沿っても同様に存在
する。即ち、スポット状のレーザ光を1回照射した場
合、膜表面には大きな粒径の多結晶粒が生じるが、膜厚
方向に沿ってしだいに粒径は小さくなっていく。これ
は、レーザ光が表面近傍で多く吸収され、膜表面から深
くなるに従ってレーザ光のエネルギーが小さくなること
から、透光性基板(51)近傍の非晶質シリコンが多結晶化
される程度は小さくなってしまうのである。
【0011】従って、レーザ光の端部で、且つ基板近傍
ではより多くの非晶質シリコンが多結晶化されることな
く残存することとなる。
【0012】同図(c)は、一般的な均一光学系を備え
たスポット状のレーザ光のエネルギー強度ムラを示す特
性図で、横軸がレーザ光の照射位置を示しゼロがレーザ
光の中心である。縦軸は各位置における強度を示す相対
値である。同図から分かるように、レーザ光のエネルギ
ー強度は、その中心近傍では均一光学系を用いることに
より比較的均一とすることができ、実際に±5%以内の
バラツキの範囲である。
【0013】そして、レーザ光の端部付近ではレーザ光
の中央から離れるにしたがって減少する。
【0014】斯る分布が、シリコン膜の多結晶化の程度
に反映し、前述したような結晶粒の大きさのバラツキと
なって現れる。
【0015】そこで、通常このような小さな多結晶粒(5
4b)の発生を防止するため、大面積にわたった多結晶化
を行う場合には、シリコン膜の膜面に沿ってレーザ光照
射器を移動し、且つ先にスポット状に照射するレーザ光
(52a)によって多結晶化されたシリコン膜の端部がその
直後に隣接して照射されるレーザ光(52b)によって再び
照射されるという、いわゆる重なりの部分(ア)が生じる
ように設定されている(同図(d))。
【0016】同図(d)では、2回のレーザ光(ビーム
1(52a),ビーム2(52b))を順次照射することによって
透光性基板(51)上に形成されたシリコン膜は、薄膜多結
晶シリコン(53)に変質することとなる。これにより、各
照射部の端部に従来生じた小さな多結晶粒の発生を抑制
している。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、前述したよ
うに照射部分の一部が重なるように順次レーザ光を照射
しても、未だ斯る部分(ア)の特性は不十分で、例えばこ
の従来法による多結晶シリコンを薄膜トランジスタのチ
ャネル層として使用した場合でもレーザ光の中央で照射
されて成る多結晶シリコンと比較して十分大きなキャリ
ア移動度を得ることができない。
【0018】これは、そもそもレーザ光照射による多結
晶化では、最初の照射(52a)によって多結晶化される程
度と、この最初の照射によって多結晶化されたシリコン
が次の照射(52b)によってより多結晶化される程度とで
は、前者の方が大きく、後者はそれ程大きくならないか
らである。
【0019】即ち、照射部の重なった部分(ア)では、先
のレーザ光の照射で小さな結晶粒を有する多結晶シリコ
ンができ、次のレーザ光照射の重なりによって多結晶化
が促進される。しかし、その促進の程度は僅かなもの
で、生成された多結晶シリコンの物性の殆どは最初の照
射によって決定されてしまっている。
【0020】これは、先のレーザ光の照射によって生成
された段階での多結晶シリコンは、未照射の非晶質シリ
コンの物性と比較して、レーザ光の吸収係数が小さく、
又溶融のための閾値エネルギーが大きいものとなる。従
って、一度レーザ光によって多結晶化されたものは、先
のレーザ光の強度よりも大きなものを照射しないことに
は、再度レーザ光の照射を受けても十分な多結晶化が成
し得ないこととなる。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明薄膜多結晶シリコ
ンの製造方法の特徴とするところは、透光性基板の一主
面上に形成されたシリコン膜に、エネルギービーム照射
器から出射されるスポット状のエネルギービームを、前
記主面に沿って前記透光性基板の両主面から、照射部の
一部が互いに重なり合うように交互に照射するととも
に、且つ前記透光性基板の他主面側からの前記エネルギ
ービームの強度を、他方の側のエネルギービームの強度
よりも大とすることにある。
【0022】
【作用】従来、エネルギービームの照射端部では、膜の
表面よりも基板側の方により多くの非晶質シリコンが残
存していることから、本発明製造方法の如く膜形成面側
からの照射に加え基板側からの照射をも交互に行うこと
によって、各照射端部においても多結晶化が容易に行い
得る。
【0023】特に、基板側から照射するエネルギービー
ムの強度を膜形成面側からのそれよりも大きくすること
によって、シリコン膜の表面における多結晶シリコンの
粒径を大きく揃えることができる。
【0024】つまり、膜形成面側からの照射強度を大き
くすると、基板近傍での多結晶化の程度は大きくなる
が、膜の表面に近付くに従って小さくなり、結局膜形成
面側からのエネルギービーム照射による膜表面の多結晶
化の程度とほぼ同等にすることができるからである。
【0025】
【0026】
【実施例】図1(a)は、本発明薄膜多結晶シリコンの
製造方法を模式的に示したものである。図中では、石英
基板(1)上にシリコン膜として従来周知のプラズマCV
D法にて非晶質シリコン(2)を形成し、これに石英基板
(1)の両主面からエネルギービームA,B,Cであるレ
ーザ光を照射している。本例では、ビームAからビーム
Cまでの3つのスポット状のレーザ光を照射した場合に
ついて示している。実際の薄膜多結晶シリコンの製造に
あたっては、多数のスポット状レーザ光を膜面に沿って
照射することにより、大面積の薄膜多結晶シリコンを形
成する。
【0027】同図(b)は、ビームAからビームCの各
照射タイミングを説明するためのタイムチャートを示し
ている。本実施例では、ビームとビームについては
同一のレーザ光照射器(イ)を使用し、ビームについ
ては、別異のレーザ照射器(ウ)を使用している。
【0028】従って、本発明製造方法によれば、レーザ
光を両主面からビームA,ビームBそしてビームCとい
う順に交互に非晶質シリコン(2)に照射すると共に、
その交互に照射された位置が互いにその一部が重なる
ように位置設定されている。
【0029】実施例で使用できるレーザ光としては、エ
キシマレーザ(XeCl;308nm,KrF;248nm,ArF;193nm)、銅
蒸気レーザ(510.6nm,578.2nm)さらにはYAGレーザ(第
2高調波)などがある。実験によれば、ノン・アルカリ
ガラス基板や石英以外のガラスを基板とする場合では、
紫外光をエネルギービームとするとその基板に吸収され
てしまうため、斯る場合にあっては銅蒸気レーザやYA
Gレーザを使用するのが好適である。
【0030】一方、レーザ強度については、本例ではビ
ームA及びビームCが300mJ/cm2、ビームBを
400mJ/cm2としている。すなわち、基板側から
のレーザ強度は、膜形成面側のそれと比較して大きくな
るように調整している。
【0031】これは、膜形成面側からの照射強度を大き
くすると、基板近傍での多結晶化の程度は大きくなる
が、膜の表面に近付くに従って小さくなり、結局膜形成
面側からのエネルギービーム照射による膜表面の多結晶
化の程度とほぼ同等にすることができるからである。
【0032】この結果、シリコン膜の表面は、粒径の揃
った多結晶シリコンとすることができることとなる。
【0033】このことは、例えば本発明製造方法による
多結晶シコンを薄膜トランジスタの活性層として使用
した場合にあっては、良好なチャネルを形成することが
可能となる。
【0034】更に、ビームのスポットサイズとしては、
例えばエキシマレーザの場合、数mm角から1cm角で
行え、最大700mJ/cm2までの強度で照射でき
る。 銅蒸気レーザでは、数mm角で最大600mJ/
cm2までの強度で行える。
【0035】図2は、本発明製造方法で製作した薄膜多
結晶シリコンの局所的な電界効果移動度を、レーザ光の
照射位置と対応させて測定したもので、横軸は、図1に
おけるビームAとビームBとの境界をゼロとしている。
【0036】従って、図中で示すように、このゼロを中
心として両側がレーザ光が重なり部分に相当することと
なる。
【0037】同図には、本発明方法による場合(21)の他
に、従来のレーザ光の照射方法であるところの、単に隣
接するレーザ光を同一の主面側から照射しつつ重なりを
設けたもの(22)も同時に示している。
【0038】同図から分かるように本発明薄膜多結晶シ
リコンの製造方法によれば、隣接するレーザ光の照射間
でも電界効果移動度の低下は殆ど発生せず、ほぼ100
cm 2/V・sと一定値を示すバラツキのない良好な膜
であることがわかる。
【0039】これに対して従来の方法による特性(22)に
あっては、光の重ね合わせ部で、電界効果移動度が70
cm2/V・sまで低下している。
【0040】
【0041】
【0042】
【0043】
【0044】
【0045】
【0046】
【0047】
【0048】
【0049】
【0050】
【発明の効果】本発明製造方法によれば、シリコン膜が
形成された透光性基板の両主面から交互に互いに強度の
異なるエネルギービームを、このシリコン膜に照射する
ことによって、エネルギービームの照射中央のみならず
相隣接するエネルギービームの照射間においても、薄膜
多結晶シリコンとして均質な膜が得られる。
【0051】また、透光性基板側からの照射強度を大き
くすることによって、シリコン膜表面での多結晶粒径を
揃えることができることとなり、薄膜トランジスタなど
のチャネルとするのに優れている。
【0052】
【0053】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明薄膜多結晶シリコンの製造方法の模式図
である。
【図2】本発明製造方法で製作した薄膜多結晶シリコン
の電界効果移動度とレーザ光照射位置との関係を示す特
性図である。
【図3】従来の薄膜多結晶シリコンの製造方法を模式的
に示した工程図である。
【符号の説明】 透光性基板 薄膜多結晶
シリコン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/20 H01L 21/268

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透光性基板の一主面上に形成されたシリ
    コン膜に、エネルギービーム照射器から出射されるスポ
    ット状のエネルギービームを、前記主面に沿って前記透
    光性基板の両主面から、照射部の一部が互いに重なり合
    うように交互に照射するとともに、且つ前記透光性基板
    の他主面側からの前記エネルギービームの強度を、他方
    の側のエネルギービームの強度よりも大とする薄膜多結
    晶シリコンの製造方法。
JP23178091A 1991-09-11 1991-09-11 薄膜多結晶シリコンの製造方法 Expired - Fee Related JP3148295B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23178091A JP3148295B2 (ja) 1991-09-11 1991-09-11 薄膜多結晶シリコンの製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23178091A JP3148295B2 (ja) 1991-09-11 1991-09-11 薄膜多結晶シリコンの製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0574702A JPH0574702A (ja) 1993-03-26
JP3148295B2 true JP3148295B2 (ja) 2001-03-19

Family

ID=16928920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP23178091A Expired - Fee Related JP3148295B2 (ja) 1991-09-11 1991-09-11 薄膜多結晶シリコンの製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3148295B2 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW299897U (en) 1993-11-05 1997-03-01 Semiconductor Energy Lab A semiconductor integrated circuit
JPH07249591A (ja) * 1994-03-14 1995-09-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体薄膜のレーザーアニール方法及び薄膜半導体素子
JP3841910B2 (ja) * 1996-02-15 2006-11-08 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
CN1156894C (zh) * 1999-03-05 2004-07-07 精工爱普生株式会社 薄膜半导体装置的制造方法
JP4761041B2 (ja) * 2005-02-23 2011-08-31 ソニー株式会社 シリコン膜の形成方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0574702A (ja) 1993-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7551655B2 (en) Laser irradiation apparatus, laser irradiation method and method for manufacturing semiconductor device
US6794673B2 (en) Plastic substrate for a semiconductor thin film
JP3254072B2 (ja) 半導体装置の作製方法
US6815269B2 (en) Thin-film transistor and method for manufacturing the same
KR970018635A (ko) 다결정 실리콘층의 형성방법, 이 다결정 실리콘층을 포함하는 박막 트랜지스터, 그 제조방법 및 이 박막 트랜지스터를 포함하는 액정표시장치.
US6440824B1 (en) Method of crystallizing a semiconductor thin film, and method of manufacturing a thin-film semiconductor device
US7560365B2 (en) Method of semiconductor thin film crystallization and semiconductor device fabrication
JPH04307727A (ja) 薄膜トランジスタの製造方法及び製造装置
JP3025408B2 (ja) 半導体素子の製造方法
JP3148295B2 (ja) 薄膜多結晶シリコンの製造方法
JPH07120802B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JPH1041244A (ja) レーザ処理装置及び半導体装置の製造方法
JPH06333823A (ja) 多結晶シリコン膜の製造方法、薄膜トランジスタの製造方法及びリモートプラズマ装置
JP3206071B2 (ja) 半導体素子の製造方法
JP2534980B2 (ja) 結晶性半導体薄膜の製造方法
JP4501173B2 (ja) 半導体膜の製造方法および半導体素子の製造方法
JPH0883766A (ja) 非晶質シリコンの結晶化方法および薄膜トランジスタの製造方法
JPH073824B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JPH0629212A (ja) 半導体装置の製造方法
JP3063207B2 (ja) 薄膜トランジスタの製造方法
JP2000068518A (ja) 薄膜トランジスタの製造方法
JP4695777B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JPH07235498A (ja) 結晶シリコン膜の形成方法
JP2000150888A (ja) 薄膜トランジスタの形成方法及び薄膜トランジスタ
JP4317332B2 (ja) アクティブマトリクス型表示装置用基板の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090112

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100112

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100112

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110112

Year of fee payment: 10

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees