JPH02226718A - 非単結晶半導体の作製方法 - Google Patents

非単結晶半導体の作製方法

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JPH02226718A
JPH02226718A JP4773889A JP4773889A JPH02226718A JP H02226718 A JPH02226718 A JP H02226718A JP 4773889 A JP4773889 A JP 4773889A JP 4773889 A JP4773889 A JP 4773889A JP H02226718 A JPH02226718 A JP H02226718A
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semiconductor
irradiated
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Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
Hisato Shinohara
篠原 久人
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 r産業上の利用分野1 本発明は薄膜トランジスタ(以下にTPTともいう)等
に応用可能なキャリアの移動度の高い非単結晶半導体の
作製方法に関する。
「従来の技術」 最近、化学的気相法等によって、作製された非単結晶半
導体薄膜を利用した薄膜トランジスタが注目されている
この薄膜トランジスタは、絶縁性基板上に前述の如く化
学的気相法等を用いて形成されるので、その作製雰囲気
温度が最高で450°C程度と低温で形成でき、安価な
ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス等を基板として用いる
ことができる。
この薄膜トランジスタは電界効果型であり、いわゆるM
OSFETと同様の機能を有しているが、前述の如く安
価な絶縁性基板上に低温で形成でき、さらにその作製す
る最大面積は薄膜半導体を形成する装置の寸法にのみ限
定されるもので、容易に大面積基板上にトランジスタを
作製できるという利点を持っていた。このため多量の画
素を持つマトリクス構造の液晶デイスプレーのスイッチ
ング素子や一次元又は二次元のイメージセンサ等のスイ
ッチング素子として極めて有望である。
この薄膜トランジスタを作製するにはすでに確立された
技術であるフォトリソグラフィーが応用可能で、いわゆ
る微細加工が可能であり、IC等と同様に集積化を図る
ことも可能であった。 この従来より知られた薄膜トラ
ンジスタの代表的な構造を第2図に概略的に示す。
(20)はガラスよりなる絶縁性基板であり、(21)
は非単結晶半導体よりなる薄膜半導体、(22)、(2
3)はソースドレイン領域で、(24)、(25)はソ
ースドレイン電極、(26)はゲート絶縁膜で(27)
はゲート電極であります。
このように構成された薄膜トランジスタはゲート電極(
27)に電圧を加えることにより、ソースドレイン(2
2)、(23)間に流れる電流を調整するものでありま
す。
この時、この薄膜トランジスタの応答速度は次式で与え
られる。
S−μ・V/L” ここでLはチャネル長、μはキャリアの移動度、■はゲ
ート電圧。
この薄膜トランジスタに用いられる非単結晶半導体層は
、半導体層中に多量の再結合中心や結晶粒界等を含んで
おり、これらが原因で単結晶の半導体に比べてキャリア
の移動度が非常に小さく上式より判るようにトランジス
タの応答速度が非常に遅いという問題が発生していた。
特にアモルファスシリコン半導体を用いた時、壬の移動
度はだいたい0.1= 1 (cn+”/V−3ec)
程度で、はとんどTPTとして動作しない程度のもので
あった。
このような問題を解決するには上式より明らかなように
チャネル長を短くすることと、キャリアの移動度を大き
くすることが知られ、種々の改良が行われている。
特に、移動度を向上させることは、従来より種々の方法
によって行われていた。代表的には、非単結晶半導体を
アニールして、単結晶化又は多結晶のグレインサイズを
大きくすることが行われていた。
これら従来例では、高温下でアニールするために、高価
な耐熱性基板を使用しなければならなかったり、基板上
全面の半導体層を単結晶化又は多結晶化するため、処理
時間が長くなるという問題が発生していた。
「発明の目的」 本発明は、前述の如き問題を解決するものであり、従来
より知られた方法に比べて、低温でより短時間で容易に
キャリアの移動度の高い非単結晶半導体を作製する方法
を提供することを、その目的とするものである。
r発明の構成」 本発明は照射面積が広く、均一またはゆるやかなビーム
°内エネルギー分布を持つ第1の光!−”−ムを非単結
晶半導体被膜に照射しこの光ビームによって加熱された
非単結晶半導体被膜に対し、照射面積が狭い第2の光ビ
ームを第1の光ビーム照射領域内で移動させて非単結晶
半導体のキャリアの移動度を向上させるものであります
第1図に本発明の光ビームの様子を示します。
同図(a)は光ビームの照射面の形状を示し第1の光ビ
ームは(1)のように広い照射面を持っており、第2の
光ビームは(2)のように第1の光ビームに比べて狭い
照射面を有している。
一方同図■)は光ビームの持つエネルギー分布の様子を
示している。
第1の光ビームは(3)のように均一あるいはゆるやか
なエネルギー分布をもっており、第2の光ビームはこれ
に比べて急峻でとがったエネルギー分布(4)を有して
おります。
この様な状態の光ビームを用いることにより非単結晶半
導体のキャリアの移動度の向上を行うもので、第1の光
ビームを非単結晶半導体に照射しこの照射により非単結
晶半導体が温められた状態で第2の光ビームを照射する
ことにより非単結晶半導体をアニールし、キャリアの移
動度を向上させるものであります。
この時、光ビームの照射時間、エネルギーと非単結晶半
導体の関係において、第1の光ビームは非単結晶半導体
が溶融されない程度の照射時間、エネルギー量にして、
第2の光ビームが照射されたときに初めて非単結晶半導
体はアニールされるようなエネルギーが選ばれる。
また、下地基板に耐熱性がなくても、必要な部分だけ短
時間で非単結晶半導体のキャリアの移動度を向上させる
ことができるものであります。
これにより、TPTの応答速度を増大せしめ、その結果
従来適用できなかった液晶デイスプレー、イメージセン
サ−等にTPT素子を適用可能とし得るものであります
以下に実施例を示し本発明を説明する。
r実施例1 本実施例においては、基板として石英基板を用いた、こ
の基板上に公知のプラズマCVD法にてI型の非単結晶
半導体被膜を8000人形成した。
この時の作製条件を以下に示す。
基板温度      250°C 反応圧力      0.05Torr高周波出力  
   ioow 使用ガス      SiH4 この被膜形成直後の非単結晶半導体膜のキャリアの移動
度は約0. 5 (cd/V ・5ec)であった。
この被膜に対しエキシマレーザ光を光学系にて分割し第
1の光ビームを照射面として1飾2となるようにし第2
の光ビームとして照射面40μm2とし第1の光ビーム
と第2の光ビームを同時に照射し、第2の光ビームを第
1の光ビーム照射領域内を移動して照射した。
この時レーザ光のエネルギーは第2の光ビームが照射さ
れた部分が第1の光ビームによって与えられたエネルギ
ーと合わせて約10Jを100μsecの間に被膜に照
射するように調整し、この部分の非単結晶半導体がアニ
ールされ、移動度を向上させることができた。
アニール後の非単結晶半導体のキャリアの移動度は約2
40 (cJ/ V・5ec)程度の値が得られた。
本実施例においては第1の光ビームと第2の光ビームと
をほぼ同時に照射したが、第1の光ビームを照射した後
に被膜の温度が下がりきらない内に第2の光ビームを照
射して、アニールを行ってもよい。
また本実施例においては、同一のレーザ光を分割して第
1の光ビームと第2の光ビームとを構成せしめたが、全
く異なる光源をもちいてこれら光ビームを構成してもよ
い。ただし、同一の光源を用いた場合、は光学系のみ複
数用意すれば良いだけであるので、装置の製造コストを
安くおさえることが可能である。
r効果J 本発明のような状態の光ビームを用いることにより第1
の光ビームを非単結晶半導体に照射しこの照射により非
単結晶半導体が温められた状態で第2の光ビームを照射
することにより非単結晶半導体をアニールし、キャリア
の移動度を向上させるものであります。
また、レーザ光を用いて瞬時にアニールすることができ
るので、下地基板に耐熱性がなくても、十分に非単結晶
半導体層のアニールを行うことができた。
これにより、TPTの応答速度を増大せしめ、その結果
従来適用できなかった液晶デイスプレー、イメージセン
サ−等にTPT素子を適用可能とし得るものであります
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明で使用する光ビームの様子を示す概略図 第2図は従来のTPTの概略断面図 (α) 第 (b)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、非単結晶構造の半導体被膜に対し、広い照射面積を
    有し、第1のエネルギーを有し、均一またはゆるやかな
    ビーム内エネルギー分布を有する第1の光ビームを照射
    し、前記第1の光ビームにより加熱された非単結晶半導
    体被膜の温められている間に前記第1の光ビームの照射
    領域内を前記第1のビームより狭い照射面積を有する第
    2の光ビームを照射しつつ移動させることにより、前記
    第2の光ビームが照射された部分の前記非単結晶構造の
    半導体被膜のキャリアの移動度を向上させることを特徴
    とする非単結晶半導体の作製方法。 2、特許請求の範囲第1項において、前記第1の光ビー
    ムと前記第2の光ビームとは同一の光源より発光せられ
    光学系により所定のエネルギーレベルおよびビーム内エ
    ネルギー分布を有することを特徴とする非単結晶半導体
    の作製方法。 3、特許請求の範囲第1項において、前記第1の光ビー
    ムと前記第2の光ビームとは異なる光源より発光せられ
    ていることを特徴とする非単結晶半導体の作製方法。 4、非単結晶構造の半導体被膜に対し、照射領域内に局
    部的に大きなエネルギー分布を持つ光ビームを照射し、
    前記光ビーム内の局部的に大きなエネルギー領域を光ビ
    ーム内で移動させることにより非単結晶半導体被膜のキ
    ャリアの移動度を向上させることを特徴とする非単結晶
    半導体の作製方法。
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