JP3244380B2 - 多結晶半導体膜の製造方法 - Google Patents

多結晶半導体膜の製造方法

Info

Publication number
JP3244380B2
JP3244380B2 JP11517694A JP11517694A JP3244380B2 JP 3244380 B2 JP3244380 B2 JP 3244380B2 JP 11517694 A JP11517694 A JP 11517694A JP 11517694 A JP11517694 A JP 11517694A JP 3244380 B2 JP3244380 B2 JP 3244380B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor film
film
polycrystalline semiconductor
polycrystalline
crystal grain
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
JP11517694A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH07321052A (ja
Inventor
洋一郎 綾
景一 佐野
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 JP11517694A priority Critical patent/JP3244380B2/ja
Publication of JPH07321052A publication Critical patent/JPH07321052A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3244380B2 publication Critical patent/JP3244380B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は多結晶半導体膜の製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】薄膜トランジスタ(TFT)は、たとえ
ばアクティブマトリックス型液晶パネルの駆動装置に用
いられている。この薄膜トランジスタを形成する際に
は、p型またはn型にドープされた多結晶Si膜等の多
結晶半導体膜がその材料として用いられる。薄膜トラン
ジスタにおいて、より高い電界効果移動度を得るために
は、電子に対する障壁となる結晶粒界が少ない方がよ
く、したがって多結晶半導体膜の結晶粒径が大きい方が
よい。
【0003】そこで、多結晶半導体膜の結晶粒径を拡大
するために様々な方法が提案されている。その方法の1
つとして、H.Kuriyama et al.: Japanese Journal of A
pplied Physics, Vol. 30, No. 12B, December, 1991,p
p.3700-3703 に提案されているレーザアニール法があ
る。このレーザアニール法は、例えばプラズマCVD法
により形成された非晶質Si膜(以下、a−Si膜と呼
ぶ)にレーザ光をパルス的に照射し、a−Si膜を一旦
溶融させた後に再び凝固させて多結晶Si膜を形成する
ものである。この方法の物理的機構としては、a−Si
膜の溶融および再結晶の過程で小さな結晶粒が形成さ
れ、その結晶粒の結晶粒界に対してエネルギーを付与す
ることにより結晶粒界が破壊され、結晶粒径が拡大して
いくと考えられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のレーザアニール
法において、結晶粒径を増大させるためにはより多くの
エネルギーを付与する必要がある。そのために、レーザ
の出力を増大させるかまたは照射するレーザ光のパルス
の数を増加させると、膜荒れが生じてしまうという問題
があった。したがって、従来は多結晶Si膜の結晶粒径
がある程度の大きさで飽和してしいた。
【0005】それゆえに、本発明の目的は、膜荒れ等の
問題を生じることなく結晶粒径を拡大することができる
多結晶半導体膜の製造方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係る多結晶半導
体膜の製造方法は、ガラス基板上の半導体膜を出発材料
として多結晶半導体膜を製造する方法において、基板ま
たは半導体膜に超音波を印加することにより半導体膜に
間接的または直接的にエネルギーを付与しつつガラス
板上の半導体膜を加熱して溶融させた後、再結晶化させ
ることにより、膜荒れを生じさせることなく多結晶半導
体膜を形成するものである。
【0007】
【作用】本発明に係る多結晶半導体膜の製造方法におい
ては、出発材料である半導体膜を加熱して溶融させる際
に、基板または半導体膜に超音波を印加することによ
り、半導体膜に間接的にまたは直接的にエネルギーが付
与される。それにより、横方向の結晶成長が促進され、
結晶粒界の形成が妨げられる。その結果、形成された多
結晶半導体膜の結晶粒径がさらに拡大する。この方法に
よれば、加熱のためのエネルギーを増大させる必要がな
いので、膜荒れが生じない。
【0008】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
詳細に説明する。
【0009】図1は、本発明の一実施例による多結晶半
導体膜の製造方法を示す製造工程図である。
【0010】まず、図1の(a)に示すように、ガラ
らなる基板1上に、例えば熱CVD法により、SiO
2等からなるバッファ層2を0.05〜3μmの厚さに形
成する。次に、図1の(b)に示すように、バッファ層
2上に、例えばプラズマCVD法により、出発材料とな
るノンドープ、p型またはn型の半導体膜3を0.05
〜3μmの厚さに形成した後、アニール処理により脱水
素化を行う。さらに、図1の(c)に示すように、半導
体膜3上に、例えば熱CVD法により、SiO2等から
なるキャップ層4を0.05〜3μmの厚さに形成す
る。このようにして、基板1上にバッファ層2、半導体
膜3およびキャップ層4が積層されたサンプル5が作製
される。
【0011】次に、図1の(d)に示すように、サンプ
ル5を超音波振動する基板ホルダ6に取り付ける。基板
ホルダ6としては、例えばPZTのような圧電振動素子
7の両面に銀電極8を蒸着したものを用いる。ここで、
PZTとは、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,T
i)O3 )系圧電振動素子の総称である。
【0012】そして、図1の(e)に示すように、基板
ホルダ6に電圧を印加し、超音波振動を連続的にまたは
パルス的に発生させた状態でサンプル5に対してレーザ
光9をパルス的に照射する。レーザ光を発生するレーザ
としては、例えば波長が1μm以下のエキシマレーザを
用い、レーザ光の出力は0.1〜1J/cm2 とする。
このようにして、サンプル5の半導体膜3を出発材料と
して多結晶半導体膜が形成される。
【0013】本実施例では、出発材料となる半導体膜3
として、プラズマCVD法により形成したノンドープの
a−Si膜を用いた。
【0014】表1に本実施例における多結晶半導体膜の
作製条件を示す。
【0015】
【表1】
【0016】表1に示すように、本実施例では、超音波
印加のための圧電振動素子7として共振周波数2MHz
のPZTを用い、サンプル5を圧電振動素子7からなる
基板ホルダ6上に直接固定し、それを真空容器内にセッ
トし、真空容器内を10-4Pa程度まで真空引きした。
【0017】その後、圧電振動素子7に電圧を印加して
超音波振動を発生させ、真空容器の紫外光導入窓よりレ
ーザ光を導入してレーザアニールを行った。このときの
基板温度は400℃である。また、レーザ光としては、
波長193nmのArFエキシマレーザを用い、エネル
ギー密度を200mJ/cm2 とした。
【0018】本実施例では、図2の(a)に示すよう
に、レーザ照射のタイミングと超音波印加のタイミング
とを少しずらした。図2の(b)に示すように、超音波
印加のタイミングをレーザ照射のタイミングとほぼ同期
をとってもよい。
【0019】圧電振動素子7へ印加する電圧を0Vから
30Vまで変化させて複数種類の多結晶Si膜のサンプ
ルを作製し、各多結晶Si膜の最大粒径をSEM(走査
型電子顕微鏡)写真より測定した。図3に圧電振動素子
7に対する印加電圧と得られた多結晶Si膜の最大結晶
粒径との関係を示す。
【0020】図3から明らかなように、圧電振動素子7
に対する印加電圧が増大し、超音波のエネルギーが大き
くなるほど、最大結晶粒径も増大することがわかる。例
えば、圧電振動素子7に30Vの電圧を印加した場合に
は、最大結晶粒径が約3μmになった。
【0021】なお、上記実施例では、レーザ光をサンプ
ル5にパルス的に照射しているが、レーザ光をサンプル
5に連続照射しても、上記実施例と同様に、結晶粒径が
拡大された多結晶半導体膜が得られる。
【0022】また、上記実施例では、10-4Pa程度の
真空中でレーザアニール法による溶融再結晶化を行って
いるが、Ar等の不活性ガス雰囲気中や、N2 等のガス
雰囲気中でレーザアニール法による溶融再結晶化を行っ
てもよい。
【0023】図4は、本発明の他の実施例による多結晶
半導体膜の製造方法を示す図である。図4の実施例で
は、半導体膜の溶融再結晶化のためにランプアニール法
を用いる。このランプアニール法は、J.Fair and J.Meh
lhaff: Proc. of International Flat Panel Display C
onference, Section A, pp. 109-113 において提案され
ている。
【0024】図4に示すように、図1の(a)〜(c)
と同様の方法で作製されたサンプル5を圧電振動素子7
からなる基板ホルダ6上に設置する。ハロゲンランプ、
キセノンランプ等からなる光源10から発せられた光を
集光用反射鏡11および平面反射鏡12を用いてサンプ
ル5に照射する。同時に、図1の実施例と同様に、圧電
振動素子7に電圧を印加し、サンプル5に超音波振動を
加える。
【0025】表2に本実施例における多結晶半導体膜の
作製条件を示す。
【0026】
【表2】
【0027】表2に示すように、本実施例では、ランプ
アニール法の光源10として光強度が100mW/cm
2 程度のハロゲンランプを用いた。サンプル5上に集光
される光の径を約2mmとし、集光後の光の強度を50
0W/cm2 程度とした。また、アニール時間を約3秒
とした。
【0028】本実施例においては、圧電振動素子7とし
て、図1の実施例と同様に、共振周波数2MHzのPZ
Tを用いたが、圧電振動素子7に連続的に電圧を印加
し、サンプル5に対して連続的に超音波振動を加えた状
態でランプアニール法による溶融再結晶化を行った。サ
ンプル5に集光された光のエネルギー密度は最大100
0W/cm2 に達するので、基板1上に堆積されたa−
Si膜を溶融させることができる。
【0029】図1の実施例と同様に、圧電振動素子7へ
印加する電圧を0Vから30Vまで変化させて複数種類
の多結晶Si膜のサンプルを作製した。図5に圧電振動
素子7に対する印加電圧と得られた多結晶Si膜の最大
結晶粒径との関係を示す。
【0030】図5から明らかなように、ランプアニール
法により溶融再結晶化を行った場合にも、圧電振動素子
7に対する印加電圧が増大するほど最大結晶粒径が増大
することがわかる。例えば、圧電振動素子7に30Vの
電圧を印加した場合には、最大結晶粒径が約1.2μm
となった。
【0031】図6は超音波印加方法の他の例を示す図で
ある。図6の方法では、図1の(a)〜(c)と同様の
方法により作製されたサンプル5を基板ホルダ13上に
設置し、サンプル5の上方からアンテナ14等を用いて
超音波を照射し、同時に、サンプル5にレーザ光9を照
射する。
【0032】図6の超音波印加方法を用いても、圧電振
動素子7を用いた場合と同様に、結晶粒径が拡大された
多結晶半導体膜が得られる。また、図6の超音波印加方
法を図4の実施例に適用してもよい。
【0033】上記実施例では、レーザアニール法または
ランプアニール法による溶融再結晶化の際に超音波を印
加しているが、その他の溶融再結晶化法、例えば、電子
ビーム、フラッシュランプ等を用いた溶融再結晶化の際
に超音波を印加しても、上記実施例と同様に、結晶粒径
が拡大された多結晶半導体膜を得ることができる。
【0034】出発材料としては、プラズマCVDまたは
LPCVD(低圧化学気相成長)法により形成されたノ
ンドープあるいはp型またはn型にドープされたa−S
i等の非晶質半導体を用いることができる。
【0035】また、出発材料として結晶粒径が比較的小
さな多結晶半導体膜を用いてもよい。たとえば、前処理
として固相成長(SPC)法等により形成されたノンド
ープあるいはp型またはn型にドープされた多結晶Si
膜等の多結晶半導体膜を出発材料としてもよい。この場
合にも、結晶粒径が拡大された多結晶半導体膜が得られ
る。
【0036】さらに、前処理としてレーザアニールによ
り形成されたノンドープあるいはp型またはn型にドー
プされた多結晶Si膜を出発材料としてもよい。例え
ば、上記のH.Kuriyama et al.: Japanese Journal of A
pplied Physics, Vol. 30, No.12B, December, 1991, p
p. 3700-3703 に示されているように、500℃以下の
低温基板加熱を行ってa−Si膜を溶融させ、溶融した
Siの凝固過程を制御しながらレーザ光を多パルスで照
射することにより、結晶粒径の比較的小さな多結晶Si
膜を形成し、その多結晶Si膜を出発材料として用いて
もよい。
【0037】また、プラズマCVD法等により形成され
たノンドープあるにはp型またはn型にドープされた微
結晶Siを含む非晶質半導体膜を出発材料としてもよ
い。
【0038】なお、通常20kHz以上の周波数を有す
る音波を超音波と呼ぶが、本発明では超音波発生の容易
性および圧電振動素子を用いる点から0.1〜100M
Hz程度の周波数を有する超音波を用いることが好まし
い。
【0039】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、出発材
料となる半導体膜の溶融再結晶化の際に半導体膜に超音
波を印加することにより、膜荒れ等の問題が生じること
なく、結晶粒径が拡大された多結晶半導体膜が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による多結晶半導体膜の製造
方法を示す製造工程図である。
【図2】図1の実施例におけるレーザ照射および超音波
印加のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図3】図1の実施例における圧電振動素子に対する印
加電圧と得られた多結晶半導体膜の最大結晶粒径との関
係を示す図である。
【図4】本発明の他の実施例による多結晶半導体膜の製
造方法を示す図である。
【図5】図4の実施例における圧電振動素子に対する印
加電圧と得られた多結晶半導体膜の最大結晶粒径との関
係を示す図である。
【図6】超音波印加方法の他の例を示す図である。
【符号の説明】
1 基板 3 半導体膜 5 サンプル 6 基板ホルダ 7 圧電振動素子 9 レーザ光 10 光源 11 集光用反射鏡 12 平面反射鏡 14 アンテナ なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−296509(JP,A) 特開 平1−214011(JP,A) 特開 昭63−27011(JP,A) 特開 平7−169689(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 H01L 21/20 H01L 21/268

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガラス基板上の半導体膜を出発材料とし
    て多結晶半導体膜を製造する方法において、前記基板ま
    たは前記半導体膜に超音波を印加することにより前記半
    導体膜に間接的または直接的にエネルギーを付与しつつ
    前記半導体膜を加熱して溶融させた後、再結晶化させる
    ことにより、膜荒れを生じさせることなく多結晶半導体
    膜を形成することを特徴とする多結晶半導体膜の製造方
    法。
JP11517694A 1994-05-27 1994-05-27 多結晶半導体膜の製造方法 Expired - Fee Related JP3244380B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11517694A JP3244380B2 (ja) 1994-05-27 1994-05-27 多結晶半導体膜の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11517694A JP3244380B2 (ja) 1994-05-27 1994-05-27 多結晶半導体膜の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH07321052A JPH07321052A (ja) 1995-12-08
JP3244380B2 true JP3244380B2 (ja) 2002-01-07

Family

ID=14656233

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11517694A Expired - Fee Related JP3244380B2 (ja) 1994-05-27 1994-05-27 多結晶半導体膜の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3244380B2 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4987198B2 (ja) * 2001-04-23 2012-07-25 株式会社ジャパンディスプレイセントラル 多結晶シリコン薄膜トランジスタの製造方法
JP4610178B2 (ja) * 2002-11-15 2011-01-12 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
US7232715B2 (en) 2002-11-15 2007-06-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for fabricating semiconductor film and semiconductor device and laser processing apparatus
JP2006032982A (ja) * 2005-09-02 2006-02-02 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 薄膜の加熱処理方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPH07321052A (ja) 1995-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW302550B (ja)
JP3586558B2 (ja) 薄膜の改質方法及びその実施に使用する装置
JP3065825B2 (ja) レーザー処理方法
JP2923016B2 (ja) 薄膜半導体の製造方法及びその装置
JP2003059831A (ja) 半導体装置の作製方法
JPH01187814A (ja) 薄膜半導体装置の製造方法
US7199027B2 (en) Method of manufacturing a semiconductor film by plasma CVD using a noble gas and nitrogen
JP3244380B2 (ja) 多結晶半導体膜の製造方法
JPH1032166A (ja) レーザーアブレーション法による結晶薄膜の形成方法
JP2603418B2 (ja) 多結晶半導体薄膜の製造方法
JP3105488B2 (ja) レーザー処理方法
JPH08213341A (ja) レーザーアニール方法およびレーザー光の照射方法
JP3201395B2 (ja) 半導体薄膜の製造方法
JP2002083768A5 (ja) 単結晶薄膜の製造方法
JP3210313B2 (ja) 多結晶シリコン薄膜の特性改善方法
JPH11204433A (ja) 半導体膜の製造方法および液晶表示装置
JPS62296509A (ja) 半導体装置の製造方法
JPH10125614A (ja) レーザ照射装置
JP3201381B2 (ja) 半導体薄膜の製造方法
JP2000012461A (ja) 結晶質半導体薄膜の作製方法
JPH03268318A (ja) ビームアニール方法および装置
JPH09181369A (ja) 酸化物薄膜構造物および薄膜の製造方法並びに圧電センサー・アクチュエータ
JPH08293466A (ja) 半導体薄膜の製造方法
JPS62243314A (ja) 半導体装置の製造方法
JP2740281B2 (ja) 結晶性シリコンの製造方法

Legal Events

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071026

Year of fee payment: 6

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081026

Year of fee payment: 7

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081026

Year of fee payment: 7

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091026

Year of fee payment: 8

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101026

Year of fee payment: 9

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101026

Year of fee payment: 9

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111026

Year of fee payment: 10

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111026

Year of fee payment: 10

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121026

Year of fee payment: 11

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121026

Year of fee payment: 11

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131026

Year of fee payment: 12

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees