JP3458216B2 - 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
- JP3458216B2 JP3458216B2 JP05127091A JP5127091A JP3458216B2 JP 3458216 B2 JP3458216 B2 JP 3458216B2 JP 05127091 A JP05127091 A JP 05127091A JP 5127091 A JP5127091 A JP 5127091A JP 3458216 B2 JP3458216 B2 JP 3458216B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- amorphous
- polycrystalline semiconductor
- polycrystalline
- producing
- 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 - Lifetime
Links
Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は多結晶半導体薄膜の製造
方法におけるレ−ザアニ−ルによる結晶性の制御方法に
関する。
方法におけるレ−ザアニ−ルによる結晶性の制御方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、基板上に形成した非晶質半導体薄
膜をレ−ザアニ−ルし、多結晶半導体薄膜に改質するプ
ロセスとしては、特開昭63-25913号公報やIEEE TRANSAC
TIONSON ELECTRON DEVICES,VOL.36,NO.12,DECEMBER 198
9 p2868-2872に記載された例がある。これらの従来例で
は、アニ−ルの雰囲気は真空中もしくは不活性ガス中で
あり、基板温度は室温としている。真空中或いは不活性
ガス中でレ−ザアニ−ルすることにより空気中の酸素や
水分及びその他の有害不純物原子を減少させ、また表面
に酸化膜等が形成されることを防止している。
膜をレ−ザアニ−ルし、多結晶半導体薄膜に改質するプ
ロセスとしては、特開昭63-25913号公報やIEEE TRANSAC
TIONSON ELECTRON DEVICES,VOL.36,NO.12,DECEMBER 198
9 p2868-2872に記載された例がある。これらの従来例で
は、アニ−ルの雰囲気は真空中もしくは不活性ガス中で
あり、基板温度は室温としている。真空中或いは不活性
ガス中でレ−ザアニ−ルすることにより空気中の酸素や
水分及びその他の有害不純物原子を減少させ、また表面
に酸化膜等が形成されることを防止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、レ−
ザアニ−ル時に薄膜中に酸素原子、炭素その他の異物が
混入するコンタミ現象や自然酸化膜の形成防止に関して
は考慮されているが、得られた多結晶半導体薄膜の結晶
粒径の均一性の保持や結晶粒の膜厚方向の分布に関して
配慮がされていない。そのため、これを用いて多数の薄
膜半導体装置を製造した場合、その電気特性のばらつき
が生ずる。
ザアニ−ル時に薄膜中に酸素原子、炭素その他の異物が
混入するコンタミ現象や自然酸化膜の形成防止に関して
は考慮されているが、得られた多結晶半導体薄膜の結晶
粒径の均一性の保持や結晶粒の膜厚方向の分布に関して
配慮がされていない。そのため、これを用いて多数の薄
膜半導体装置を製造した場合、その電気特性のばらつき
が生ずる。
【０００４】本発明の課題は、多結晶半導体薄膜の電気
特性のばらつきを減少させるにある
特性のばらつきを減少させるにある
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はレ−ザ照射時に基板側を高温に、半導体薄
膜表面が低温になるような温度勾配を設けることを特徴
としたものである。前記温度勾配を設ける手段として
は、レ−ザアニ−ル時に基板を加熱する方法、熱伝導に
優れた非酸化性ガスを照射雰囲気に使用する方法、前記
非酸化性ガスを予め冷却して注入する方法、及びこれら
の方法の組合せがある。さらに前記温度勾配を設ける手
段として、レ−ザアニ−ル装置に、基板加熱機構及びま
たはチャンバ−内に導入されるガスの冷却機構を備えて
もよい。また、レーザアニールを行う前に、半導体薄膜
に含まれる水素の濃度を、熱処理またはレーザ光照射に
より低減させる。
に、本発明はレ−ザ照射時に基板側を高温に、半導体薄
膜表面が低温になるような温度勾配を設けることを特徴
としたものである。前記温度勾配を設ける手段として
は、レ−ザアニ−ル時に基板を加熱する方法、熱伝導に
優れた非酸化性ガスを照射雰囲気に使用する方法、前記
非酸化性ガスを予め冷却して注入する方法、及びこれら
の方法の組合せがある。さらに前記温度勾配を設ける手
段として、レ−ザアニ−ル装置に、基板加熱機構及びま
たはチャンバ−内に導入されるガスの冷却機構を備えて
もよい。また、レーザアニールを行う前に、半導体薄膜
に含まれる水素の濃度を、熱処理またはレーザ光照射に
より低減させる。
【０００６】
【作用】非晶質シリコン膜の表面層にレ−ザ照射し溶融
固化させる場合、一般には、冷却固化は、膜の内部のレ
−ザ照射により溶融しなかった部分と溶融した部分の境
界部から始まり、最終的に最表面層が固化する。シリコ
ン膜表面層を低温にし、基板側を高温にしておくことで
冷却固化がシリコン膜表面から起こる。これにより不均
一な下地膜との界面の影響を受けずに自由表面から結晶
化が起こり、シリコン膜上層部の粒径は均一となり、か
つ粒径が大きくなる。なおかつ、基板を加熱しておくこ
とでシリコン膜の下層部(基板側部分)の冷却速度が遅く
なり、シリコン膜下層部でも粒径を大きくすることがで
きる。このように基板を高温に、シリコン膜表面を低温
にしておくことで、膜全体が均一かつ大きな粒径の結晶
からなる多結晶シリコン膜が形成される。膜全体が均一
かつ大きな粒径の結晶から形成されるので、半導体装置
の電気特性のばらつきも少なくなる。また、レーザアニ
ールを行う前に、半導体薄膜に含まれる水素の濃度を、
熱処理またはレーザ光照射により低減させることによ
り、高エネルギのレーザ光が照射されたときに半導体薄
膜が剥離するのが避けられる。
固化させる場合、一般には、冷却固化は、膜の内部のレ
−ザ照射により溶融しなかった部分と溶融した部分の境
界部から始まり、最終的に最表面層が固化する。シリコ
ン膜表面層を低温にし、基板側を高温にしておくことで
冷却固化がシリコン膜表面から起こる。これにより不均
一な下地膜との界面の影響を受けずに自由表面から結晶
化が起こり、シリコン膜上層部の粒径は均一となり、か
つ粒径が大きくなる。なおかつ、基板を加熱しておくこ
とでシリコン膜の下層部(基板側部分)の冷却速度が遅く
なり、シリコン膜下層部でも粒径を大きくすることがで
きる。このように基板を高温に、シリコン膜表面を低温
にしておくことで、膜全体が均一かつ大きな粒径の結晶
からなる多結晶シリコン膜が形成される。膜全体が均一
かつ大きな粒径の結晶から形成されるので、半導体装置
の電気特性のばらつきも少なくなる。また、レーザアニ
ールを行う前に、半導体薄膜に含まれる水素の濃度を、
熱処理またはレーザ光照射により低減させることによ
り、高エネルギのレーザ光が照射されたときに半導体薄
膜が剥離するのが避けられる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。
説明する。
【０００８】実施例１
図1は、本発明の実施例のレーザアニール装置の要部構
成を示すブロック図である。本装置は、石英製の窓を有
するチャンバ−13と、その真空排気系16と、前記チャン
バ−13に雰囲気ガスを供給する雰囲気ガス供給系15と、
該雰囲気ガス供給系15とチャンバ−13の間に介装されて
雰囲気ガスを冷却する冷却機構２２と、該チャンバ−13
にレーザ光を投射するレ−ザ系１８とを含んで成る。チ
ャンバ−13内にはx-y-zステ−ジ及びそれに設置した加
熱機構付サンプルホルダ−12が内蔵されている。レ−ザ
系１８は、XeClエキシマレ-ザビームを発生するレーザ
発振器１８Ａと、ミラー１８Ｂと、ビーム均一化機構１
８Ｃとを含んで構成されている。
成を示すブロック図である。本装置は、石英製の窓を有
するチャンバ−13と、その真空排気系16と、前記チャン
バ−13に雰囲気ガスを供給する雰囲気ガス供給系15と、
該雰囲気ガス供給系15とチャンバ−13の間に介装されて
雰囲気ガスを冷却する冷却機構２２と、該チャンバ−13
にレーザ光を投射するレ−ザ系１８とを含んで成る。チ
ャンバ−13内にはx-y-zステ−ジ及びそれに設置した加
熱機構付サンプルホルダ−12が内蔵されている。レ−ザ
系１８は、XeClエキシマレ-ザビームを発生するレーザ
発振器１８Ａと、ミラー１８Ｂと、ビーム均一化機構１
８Ｃとを含んで構成されている。
【０００９】まずサンプルをチャンバ-13内のサンプル
ホルダ−１２にセットし、基板加熱機構により基板を30
0℃に加熱した。サンプルとしては、ガラス基板10上にL
P-CVD法により非晶質シリコン膜11を厚さ100nm形成した
ものを用いた。次に、真空排気系16によりチャンバ-13
内を圧力が1mPaになるまで排気し、その後、雰囲気ガス
供給系15によりアルゴン，ネオンに比べて熱伝導性の優
れたヘリウム(Ｈe)をチャンバ-13内が1気圧(ほぼ１０１
３２５Pa)になるまで注入した。その後、サンプル表面
にXeClエキシマレ-ザを照射してレ−ザアニ−ルした。
レ-ザは発振波長308nm、パルス幅28nsのものを使用し、
照射エネルギ-は250mJ/cm2の条件でアニ-ルした。この
アニールの際、雰囲気中のＨeガスの存在と基板の加熱
により、非晶質シリコン膜には、基板側が高く表面側が
低くなる温度勾配が形成された。上記アニ−ルプロセス
により得られた多結晶シリコン膜の断面TEM写真を見る
と、シリコン膜全体が均一な100nm程度の結晶粒径とな
っていた。結晶性に関しては、air中で基板加熱なしで
レ-ザアニ-ルしたものと、本実施例の方法によりレーザ
アニールしたもののＸ線回折強度を比較すると、前者は
回折強度が約0.8kcpsなのに対し、後者は約1.5kcpsと2
倍程度の差が生じ、これは後者の結晶成分が緻密である
ことを示している。以上のように、本実施例によれば、
結晶粒径が均一で、かつ結晶粒子の分布が緻密な結晶性
に優れた多結晶シリコン膜が形成できた。
ホルダ−１２にセットし、基板加熱機構により基板を30
0℃に加熱した。サンプルとしては、ガラス基板10上にL
P-CVD法により非晶質シリコン膜11を厚さ100nm形成した
ものを用いた。次に、真空排気系16によりチャンバ-13
内を圧力が1mPaになるまで排気し、その後、雰囲気ガス
供給系15によりアルゴン，ネオンに比べて熱伝導性の優
れたヘリウム(Ｈe)をチャンバ-13内が1気圧(ほぼ１０１
３２５Pa)になるまで注入した。その後、サンプル表面
にXeClエキシマレ-ザを照射してレ−ザアニ−ルした。
レ-ザは発振波長308nm、パルス幅28nsのものを使用し、
照射エネルギ-は250mJ/cm2の条件でアニ-ルした。この
アニールの際、雰囲気中のＨeガスの存在と基板の加熱
により、非晶質シリコン膜には、基板側が高く表面側が
低くなる温度勾配が形成された。上記アニ−ルプロセス
により得られた多結晶シリコン膜の断面TEM写真を見る
と、シリコン膜全体が均一な100nm程度の結晶粒径とな
っていた。結晶性に関しては、air中で基板加熱なしで
レ-ザアニ-ルしたものと、本実施例の方法によりレーザ
アニールしたもののＸ線回折強度を比較すると、前者は
回折強度が約0.8kcpsなのに対し、後者は約1.5kcpsと2
倍程度の差が生じ、これは後者の結晶成分が緻密である
ことを示している。以上のように、本実施例によれば、
結晶粒径が均一で、かつ結晶粒子の分布が緻密な結晶性
に優れた多結晶シリコン膜が形成できた。
【００１０】実施例２
図1に示したレ−ザアニ−ル装置を用いて、プラズマCVD
法で形成した膜厚10、20、40、60、80、100nmの非晶質シリコ
ン膜を結晶化した。プラズマCVD法による成膜はガラス
基板上に、原料ガスとして水素Ｈ2とモノシランSiＨ4を
用い、圧力８０Ｐa、基板温度300℃、RFパワ−60Wの条件
で形成した。まず、プラズマCVD法で非晶質シリコン膜
を成膜した場合は、膜中に水素が多量に含有されるため
に、前記シリコン膜に高エネルギ−のレ−ザ照射すると
膜の剥離が発生する。そのため、レ−ザアニ−ルする前
処理として、水素を減らす工程を加えた。この工程とし
ては、約400℃の熱アニ−ルを行う方法や連続発振のレ
−ザを照射する方法などがあるが、本実施例では400℃
で15分間窒素雰囲気中で熱アニ−ルし、膜中に含まれる
水素濃度を9％以下に減らした。その後、図1に示した装
置にサンプルをセットし、上述実施例と同様なプロセス
でレ−ザアニ−ルした。得られた多結晶シリコン膜の結
晶性について、図2に示す。縦軸は、X線回折評価の結果
得られた(111)面、(220)面、(311)面からの回折強度の
和を膜厚で割ったものであり、横軸は非晶質シリコン膜
の膜厚である。図２から、基板加熱しない従来の方法で
レ−ザアニ−ルした場合の特性Ａと比べると、本実施例
(特性Ｂ)のものは、膜厚に依らず均一に、かつ非晶質シ
リコン膜全体を結晶化できることが判った。又、Ｘ線回
折ピ−クの半値幅より算出できる結晶子サイズと膜厚の
関係を、結晶子サイズ(ｎｍ)を縦軸に膜厚(ｎｍ)を横軸
にとって図3に示す。この結果から、本実施例のもの(特
性Ｂ)は結晶子サイズも膜厚に依らずにほぼ一定な12ｎ
ｍ程度の値が得られ、従来法(特性Ａ)に比べて均一性が
優れていることがわかる。なお、結晶子は、顕微鏡的物
体で結晶の初期的形成物をいう。本実施例によっても、
前記第１の実施例と同様の効果が得られた。
法で形成した膜厚10、20、40、60、80、100nmの非晶質シリコ
ン膜を結晶化した。プラズマCVD法による成膜はガラス
基板上に、原料ガスとして水素Ｈ2とモノシランSiＨ4を
用い、圧力８０Ｐa、基板温度300℃、RFパワ−60Wの条件
で形成した。まず、プラズマCVD法で非晶質シリコン膜
を成膜した場合は、膜中に水素が多量に含有されるため
に、前記シリコン膜に高エネルギ−のレ−ザ照射すると
膜の剥離が発生する。そのため、レ−ザアニ−ルする前
処理として、水素を減らす工程を加えた。この工程とし
ては、約400℃の熱アニ−ルを行う方法や連続発振のレ
−ザを照射する方法などがあるが、本実施例では400℃
で15分間窒素雰囲気中で熱アニ−ルし、膜中に含まれる
水素濃度を9％以下に減らした。その後、図1に示した装
置にサンプルをセットし、上述実施例と同様なプロセス
でレ−ザアニ−ルした。得られた多結晶シリコン膜の結
晶性について、図2に示す。縦軸は、X線回折評価の結果
得られた(111)面、(220)面、(311)面からの回折強度の
和を膜厚で割ったものであり、横軸は非晶質シリコン膜
の膜厚である。図２から、基板加熱しない従来の方法で
レ−ザアニ−ルした場合の特性Ａと比べると、本実施例
(特性Ｂ)のものは、膜厚に依らず均一に、かつ非晶質シ
リコン膜全体を結晶化できることが判った。又、Ｘ線回
折ピ−クの半値幅より算出できる結晶子サイズと膜厚の
関係を、結晶子サイズ(ｎｍ)を縦軸に膜厚(ｎｍ)を横軸
にとって図3に示す。この結果から、本実施例のもの(特
性Ｂ)は結晶子サイズも膜厚に依らずにほぼ一定な12ｎ
ｍ程度の値が得られ、従来法(特性Ａ)に比べて均一性が
優れていることがわかる。なお、結晶子は、顕微鏡的物
体で結晶の初期的形成物をいう。本実施例によっても、
前記第１の実施例と同様の効果が得られた。
【００１１】実施例３
本発明を薄膜トランジスタ（TFT）形成プロセスに適用
した場合について述べる。ガラス基板上にゲ−ト電極と
なるCr膜２をスパッタ法により厚さ120nm堆積し、ホト
エッチング工程によりゲ−ト電極パタ−ンにパタ−ニン
グする(図４)。その後、プラズマCVD法により、ゲ−ト
絶縁膜としてのSiＮ膜３及び半導体能動層としての非晶
質シリコン膜４を連続して堆積させる(図５)。SiＮ膜３
の形成条件は、基板温度350℃、ガス流量はSiＨ4 10scc
m、ＮＨ3 60sccm、Ｎ2 200sccmとし、膜厚350nm堆積し
た。非晶質シリコン膜４の形成条件は基板温度300℃、
ガス流量はＨ2 200sccm、SiＨ4 70sccmとし、膜厚100nm
堆積した。その後、熱処理して水素含有量を減少させて
から図１に示した装置を用いて、本発明の方法により結
晶化を行った。冷却機構22で室温以下に冷却したＡrガ
スをサンプル表面に吹き付け、基板加熱温度を300℃、X
eClエキシマレ−ザの照射エネルギ−を260mJ/cm2とし
て、非晶質シリコン膜４に基板側が高く表面側が低くな
る温度勾配を形成した。非晶質シリコン膜４が結晶化さ
れて多結晶シリコン膜５となった後の構造断面図を図６
に示す。その後、n型シリコン膜６をプラズマCVD法によ
り230℃で40nm堆積し、所定のパタ−ンにホトエッチン
グによりパタ−ニングした。そして、ソ−ス・ドレイン
電極としてスパッタ法により100℃でＣr膜７を60nm、Ａl
膜８を370nm形成した。上記プロセスの後、ホトエッチ
ング工程により、まずＡl膜８及びＣr膜７をソ−ス・ド
レイン電極パタ−ンとなるように選択除去し、次にn型
シリコン膜６をドライエッチングにより除去し、チャネ
ル領域を形成した。この時の構造断面図を図7に示す。
した場合について述べる。ガラス基板上にゲ−ト電極と
なるCr膜２をスパッタ法により厚さ120nm堆積し、ホト
エッチング工程によりゲ−ト電極パタ−ンにパタ−ニン
グする(図４)。その後、プラズマCVD法により、ゲ−ト
絶縁膜としてのSiＮ膜３及び半導体能動層としての非晶
質シリコン膜４を連続して堆積させる(図５)。SiＮ膜３
の形成条件は、基板温度350℃、ガス流量はSiＨ4 10scc
m、ＮＨ3 60sccm、Ｎ2 200sccmとし、膜厚350nm堆積し
た。非晶質シリコン膜４の形成条件は基板温度300℃、
ガス流量はＨ2 200sccm、SiＨ4 70sccmとし、膜厚100nm
堆積した。その後、熱処理して水素含有量を減少させて
から図１に示した装置を用いて、本発明の方法により結
晶化を行った。冷却機構22で室温以下に冷却したＡrガ
スをサンプル表面に吹き付け、基板加熱温度を300℃、X
eClエキシマレ−ザの照射エネルギ−を260mJ/cm2とし
て、非晶質シリコン膜４に基板側が高く表面側が低くな
る温度勾配を形成した。非晶質シリコン膜４が結晶化さ
れて多結晶シリコン膜５となった後の構造断面図を図６
に示す。その後、n型シリコン膜６をプラズマCVD法によ
り230℃で40nm堆積し、所定のパタ−ンにホトエッチン
グによりパタ−ニングした。そして、ソ−ス・ドレイン
電極としてスパッタ法により100℃でＣr膜７を60nm、Ａl
膜８を370nm形成した。上記プロセスの後、ホトエッチ
ング工程により、まずＡl膜８及びＣr膜７をソ−ス・ド
レイン電極パタ−ンとなるように選択除去し、次にn型
シリコン膜６をドライエッチングにより除去し、チャネ
ル領域を形成した。この時の構造断面図を図7に示す。
【００１２】TFT形成後、ＳiＮ膜中の固定電荷を除去す
るためにＮ2中で200℃で1時間熱処理し、ゲ−ト電圧と
ドレイン電流の関係を測定した。その結果、200mm×260
mmの大きさのガラス基板に形成したTFTの特性は、電界
効果移動度45±10cm2／V・s、しきい値電圧2.4±0.4Vの
良好な特性が得られた。一方、本発明の方法を用いず
に、基板加熱なしの真空中でレ−ザアニ−ルした場合の
TFTの特性は、電界効果移動度は平均15cm2／V・s、最大5
2cm2／V・s、最小8cm2／V・sと小さく、かつばらつきが大
きい。以上のように、本実施例によれば、電気的特性の
優れたTFTが形成できた。
るためにＮ2中で200℃で1時間熱処理し、ゲ−ト電圧と
ドレイン電流の関係を測定した。その結果、200mm×260
mmの大きさのガラス基板に形成したTFTの特性は、電界
効果移動度45±10cm2／V・s、しきい値電圧2.4±0.4Vの
良好な特性が得られた。一方、本発明の方法を用いず
に、基板加熱なしの真空中でレ−ザアニ−ルした場合の
TFTの特性は、電界効果移動度は平均15cm2／V・s、最大5
2cm2／V・s、最小8cm2／V・sと小さく、かつばらつきが大
きい。以上のように、本実施例によれば、電気的特性の
優れたTFTが形成できた。
【００１３】実施例４
次に、本発明を駆動回路一体型TFTアクティブマトリク
ス方式液晶ディスプレイに適用した実施例について説明
する。前記液晶ディスプレイの概略図を図８に示す。画
素部100と駆動回路部101は、基板１上に同一のプロセス
で形成されるTFTで構成されている。これらのTFTは、プ
ラズマCVD法で形成した非晶質シリコン膜の含有水素量
を減らした後に、図1で示した実施例と同様なプロセス
で結晶化された。この時の基板加熱温度は300℃であ
る。前述のようにして、図８に示した液晶ディスプレイ
を作成した。その際、透明電極、保持容量部の形成に関
しては従来と同一の方法を用いた。以上のようにして、
駆動回路一体型TFTアクティブマトリクス方式液晶ディ
スプレイが形成できた。本実施例によれば、同一基板上
に、一つの工程で同時に画素部100と駆動回路部101が形
成されるので、製造工程が簡単化かつ短縮され、液晶デ
ィスプレイのコンパクト化及びコスト低減の効果が得ら
れた。
ス方式液晶ディスプレイに適用した実施例について説明
する。前記液晶ディスプレイの概略図を図８に示す。画
素部100と駆動回路部101は、基板１上に同一のプロセス
で形成されるTFTで構成されている。これらのTFTは、プ
ラズマCVD法で形成した非晶質シリコン膜の含有水素量
を減らした後に、図1で示した実施例と同様なプロセス
で結晶化された。この時の基板加熱温度は300℃であ
る。前述のようにして、図８に示した液晶ディスプレイ
を作成した。その際、透明電極、保持容量部の形成に関
しては従来と同一の方法を用いた。以上のようにして、
駆動回路一体型TFTアクティブマトリクス方式液晶ディ
スプレイが形成できた。本実施例によれば、同一基板上
に、一つの工程で同時に画素部100と駆動回路部101が形
成されるので、製造工程が簡単化かつ短縮され、液晶デ
ィスプレイのコンパクト化及びコスト低減の効果が得ら
れた。
【００１４】上記各実施例では、レーザアニール時の基
板加熱温度は、いずれも３００℃であるが、加熱温度
は、レーザアニール時に結晶化しようとしている膜から
の上下方向(基板と垂直の方向)への放熱量がほぼ均一に
なるように設定すればよい。また、雰囲気ガス供給系１
５から不活性ガス等の非酸化性ガスを供給する際に、冷
却機構２２でそのガスを冷却し、結晶化しようとしてい
る膜の表面側からの放熱を促進することによって基板の
加熱と合わせて膜からの放熱量を制御することができ
る。ただし、基板の加熱温度は、基板としてガラスが用
いられている場合は歪点以下(例えばコーニング７０５
９ガラスで約６００℃以下)、シリコン基板の場合はそ
の融点以下に押さえる必要がある。
板加熱温度は、いずれも３００℃であるが、加熱温度
は、レーザアニール時に結晶化しようとしている膜から
の上下方向(基板と垂直の方向)への放熱量がほぼ均一に
なるように設定すればよい。また、雰囲気ガス供給系１
５から不活性ガス等の非酸化性ガスを供給する際に、冷
却機構２２でそのガスを冷却し、結晶化しようとしてい
る膜の表面側からの放熱を促進することによって基板の
加熱と合わせて膜からの放熱量を制御することができ
る。ただし、基板の加熱温度は、基板としてガラスが用
いられている場合は歪点以下(例えばコーニング７０５
９ガラスで約６００℃以下)、シリコン基板の場合はそ
の融点以下に押さえる必要がある。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、非晶質半導体膜レーザ
アニール時に該非晶質半導体膜が基板側から加熱される
ので、該膜の結晶化が膜の表面側からも進行し、非晶質
半導体膜を、結晶粒径が半導体膜の深さ方向にも均一な
多結晶半導体膜に改質することが可能となり、電気特性
及びその均一性にも優れている薄膜半導体装置が製造さ
れる効果がある。また、高エネルギのレーザ光が照射さ
れたときに半導体薄膜が剥離するのが避けられる。
アニール時に該非晶質半導体膜が基板側から加熱される
ので、該膜の結晶化が膜の表面側からも進行し、非晶質
半導体膜を、結晶粒径が半導体膜の深さ方向にも均一な
多結晶半導体膜に改質することが可能となり、電気特性
及びその均一性にも優れている薄膜半導体装置が製造さ
れる効果がある。また、高エネルギのレーザ光が照射さ
れたときに半導体薄膜が剥離するのが避けられる。
【図１】本発明の第１の実施例である半導体製造装置の
要部構成を示すブロック図である。
要部構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施例の膜厚とＸ線回折による
結晶性の評価結果の関係を示すグラフである。
結晶性の評価結果の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施例の膜厚と結晶子サイズの
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第３の実施例の製造工程(ゲ−ト電極
形成時）におけるTFTの断面模式図である。
形成時）におけるTFTの断面模式図である。
【図５】本発明の第３の実施例の製造工程(シリコン膜
形成時）におけるTFTの断面模式図である。
形成時）におけるTFTの断面模式図である。
【図６】本発明の第３の実施例の製造工程(シリコン膜
結晶化後）におけるTFTの断面模式図である。
結晶化後）におけるTFTの断面模式図である。
【図７】本発明の第３の実施例であるTFTの断面模式図
である。
である。
【図８】本発明の第４の実施例である、駆動回路と表示
部とが同時に形成された一体型液晶ディスプレイの要部
配置を示す平面図である。
部とが同時に形成された一体型液晶ディスプレイの要部
配置を示す平面図である。
１ ガラス基板
２ Ｃｒ膜
３ ＳｉＮ膜
４ 非晶質シリコン膜
５ 多結晶シリコン膜
６ ｎ型シリコン膜
７ Ｃｒ膜
８ Ａｌ膜
１０ ガラス基板
１１ 非晶質シリコン膜
１２ 基板加熱機構付サンプルホルダー
１３ チャンバ−
１４ 石英窓
１５ 雰囲気ガス供給系
１６ 真空排気系
１８Ａ エキシマレ−ザ発振器
１８Ｂ ミラー
１８Ｃ ビ−ム均一化機構
１００ 画素部
１０１ 駆動回路部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０１Ｌ 29/786
(72)発明者 宇佐美 勝久
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 平３−11727（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−24717（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−212431（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−152717（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−147425（ＪＰ，Ａ)
Claims (8)
- 【請求項１】 絶縁基板上にプラズマＣＶＤ法により非
晶質Ｓｉ膜を形成する工程と、前記絶縁基板の非晶質Ｓ
ｉ膜に非酸化性ガスを吹き付けることにより、前記非晶
質Ｓｉ膜の表面層が前記絶縁基板よりも低温になるよう
に温度勾配を設けて、アニール用レーザ光を前記非晶質
Ｓｉ膜に照射して非晶質Ｓｉ膜を多結晶Ｓｉ膜に転換す
る工程と、を有してなる多結晶半導体膜の製造方法。 - 【請求項２】 前記アニール用レーザ光は、ミラー及び
ビーム均一化機構により調節されることを特徴とする請
求項１記載の多結晶半導体膜の製造方法。 - 【請求項３】 前記非酸化性のガスは、冷却した非酸化
性のガスであることを特徴とする請求項１又は２記載の
多結晶半導体膜の製造方法。 - 【請求項４】 前記非酸化性のガスは、室温以下に冷却
されたものであることを特徴とする請求項３記載の多結
晶半導体膜の製造方法。 - 【請求項５】 アニール用レーザ光により前記非晶質Ｓ
ｉ膜を多結晶Ｓｉ膜に転換する工程の前に、前記非晶質
Ｓｉ膜中に含まれる水素濃度を熱処理又はレーザ照射に
より９％以下に減ずる工程を有することを特徴とする請
求項１〜４のいずれか１項に記載の多結晶半導体膜の製
造方法。 - 【請求項６】 前記非晶質Ｓｉ膜中の水素濃度を減ずる
工程と前記非晶質Ｓｉ膜を多結晶Ｓｉ膜に転換する工程
との間に、前記絶縁基板をチャンバ内に配置して該チャ
ンバを真空に排気する工程を有することを特徴とする請
求項５記載の多結晶半導体膜の製造方法。 - 【請求項７】 前記非晶質Ｓｉ膜を多結晶Ｓｉ膜に転換
する工程において、前記温度勾配を設けるためにさらに
前記絶縁基板を加熱することを特徴とする請求項１〜６
のいずれか１項に記載の多結晶半導体膜の製造方法。 - 【請求項８】 前記絶縁基板を加熱する温度は、３００
℃以上６００℃以下の温度であることを特徴とする請求
項７に記載の多結晶半導体膜の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05127091A JP3458216B2 (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 多結晶半導体膜の製造方法 |
| KR1019910021864A KR920010885A (ko) | 1990-11-30 | 1991-11-30 | 박막반도체와 그 제조방법 및 제조장치 및 화상처리장치 |
| US07/801,350 US5294811A (en) | 1990-11-30 | 1991-12-02 | Thin film semiconductor device having inverted stagger structure, and device having such semiconductor device |
| KR1020000010275A KR100270131B1 (ko) | 1990-11-30 | 2000-02-29 | 반도체제조장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05127091A JP3458216B2 (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 多結晶半導体膜の製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34280899A Division JP3390830B2 (ja) | 1999-12-02 | 1999-12-02 | 多結晶半導体膜の製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04286318A JPH04286318A (ja) | 1992-10-12 |
| JP3458216B2 true JP3458216B2 (ja) | 2003-10-20 |
Family
ID=12882259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05127091A Expired - Lifetime JP3458216B2 (ja) | 1990-11-30 | 1991-03-15 | 多結晶半導体膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3458216B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW345705B (en) | 1994-07-28 | 1998-11-21 | Handotai Energy Kenkyusho Kk | Laser processing method |
| JP3778456B2 (ja) | 1995-02-21 | 2006-05-24 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 絶縁ゲイト型薄膜半導体装置の作製方法 |
| JP2006216980A (ja) * | 1996-02-15 | 2006-08-17 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
| US6071796A (en) * | 1998-10-30 | 2000-06-06 | Sharp Laboratories Of America, Inc. | Method of controlling oxygen incorporation during crystallization of silicon film by excimer laser anneal in air ambient |
| EP1993127B1 (en) * | 2007-05-18 | 2013-04-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method of SOI substrate |
-
1991
- 1991-03-15 JP JP05127091A patent/JP3458216B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04286318A (ja) | 1992-10-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6635589B2 (en) | Methods of heat treatment and heat treatment apparatus for silicon oxide films | |
| US5313076A (en) | Thin film transistor and semiconductor device including a laser crystallized semiconductor | |
| KR100386202B1 (ko) | 반도체 장치 제조 방법 | |
| US6881615B2 (en) | Method for crystallizing semiconductor material without exposing it to air | |
| US6017779A (en) | Fabrication method for a thin film semiconductor device, the thin film semiconductor device itself, liquid crystal display, and electronic device | |
| US5962869A (en) | Semiconductor material and method for forming the same and thin film transistor | |
| US6528397B1 (en) | Semiconductor thin film, method of producing the same, apparatus for producing the same, semiconductor device and method of producing the same | |
| US6562672B2 (en) | Semiconductor material and method for forming the same and thin film transistor | |
| JP3977455B2 (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 | |
| JP3197036B2 (ja) | 結晶質シリコン薄膜の形成方法 | |
| JP3927634B2 (ja) | レーザーアニール方法及び薄膜トランジスタの作製方法 | |
| JP3458216B2 (ja) | 多結晶半導体膜の製造方法 | |
| JP3390830B2 (ja) | 多結晶半導体膜の製造装置 | |
| JP2840802B2 (ja) | 半導体材料の製造方法および製造装置 | |
| JP3599679B2 (ja) | 薄膜トランジスタの製造方法 | |
| JPH1174198A (ja) | 半導体薄膜およびその製造方法および薄膜半導体装置 | |
| JPH11186165A (ja) | 多結晶薄膜の製造方法および半導体装置の製造方法 | |
| JP3986781B2 (ja) | 薄膜トランジスタの作製方法 | |
| JP3942853B2 (ja) | 半導体材料製造装置 | |
| JP3986772B2 (ja) | 薄膜トランジスタの作製方法 | |
| JP3986771B2 (ja) | 結晶性シリコン膜の作製方法 | |
| JP3987310B2 (ja) | 結晶性シリコン膜の作製方法 | |
| JP2002237454A (ja) | 薄膜半導体の製造方法 | |
| JP2004273629A (ja) | 薄膜トランジスタの製造方法、電気光学装置および電子機器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070808 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080808 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080808 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090808 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100808 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100808 Year of fee payment: 7 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100808 Year of fee payment: 7 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100808 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110808 Year of fee payment: 8 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110808 Year of fee payment: 8 |