JPH0242717A

JPH0242717A - エネルギービーム照射方法

Info

Publication number: JPH0242717A
Application number: JP63192732A
Authority: JP
Inventors: Chiyuukou Ko; 胡　中行; Takashi Aoyama; 隆青山; Akio Mimura; 三村　秋男; Yoshihiko Koike; 義彦小池; Yoshiaki Okajima; 岡島　義昭
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-08-03
Filing date: 1988-08-03
Publication date: 1990-02-13

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、エネルギービームの照射方法に係り、特に薄
膜トランジスタの製造に必要なエネルギービーム照射方
法に関する。

〔従来の技術〕

従来、例えば特開昭６２−３１１１１号公報に記載のよ
うに、エネルギービームを絶縁基板−ヒの薄膜に照射し
て、薄膜をアニールし、結晶性を向上させたり、不純物
を活性化し、特にパルス状のエネルギービームを照射す
る場合、この際、一般にエネルギービームのスポラ１へ
とスポラ１〜との間である一定の幅で重ねて、照射する
ことによって、照射されない領域をなくす方法が用いら
れている。

特開昭６３−１０５１６号公報に記載のように、双峰状
のエネルギー分布を持つエネルギービームを用いた場合
、双峰ビームの一方の峰が前に走査した双峰ビームの他
方の峰にほぼ重ね合わさるように順次ビームアニールす
る方法が記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

エネルギービームはビームのスポット内においてエネル
ギー密度分布を持ち、ビームスポットの周辺においては
エネルギー密度が低い。また、ビーム間領域をなくすた
めに、現在ビームスポットとビームスポット間をある程
度重ねて、基板全面を照射する方法が用いられている。

しかし、−旦、エネルギービームによるアニール（例え
ば、レーザアニール）照射を行なうと、エネルギー密度
の低いビーム周辺部に相当する薄膜が結晶化され、ビー
ム中心領域より結晶性の悪い領域が出来てしまう。この
領域に再びビームを照射（以下、重なる照射と称す）し
ても、結晶性が良くならない」−に、さらに膜はがれと
口う問題が起る。しかも。

結晶性の不均一性の問題もあるため、良質な再結晶化膜
が得られなかった。

本発明の目的は、絶縁基板上に多数の半導体能動素子を
形成するのに好適な再結晶化瞑を得るためのエネルギー
ビーム照射方法を提供する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の上記目的を達成するために、下記の手段を採用
した。

本発明で使われるスポット径（ビーム径）とは有効スポ
ット径であり、第２図に示すようにビームのピークパワ
ー密度強度の１／ｅ４あろいは１．８３％の強度を持つ
位置のビーム中心からの距離の８倍と定義する（第２図
のＤ＋、）。また、ビームのピークパワー密度強度から
Ｌ／ｃ”、あるいは１３．５％だけ低下する位置すなわ
ち８６．５％の強度を持つ位置からビームピークパワー
密度強度の１／ｅ’（あるいは１．８３％）に低下する
位置までの領域をビーム周辺エネルギー低下領域と定義
する（第２図の２５）。

半導体能動素子の配列を持つ基板内の上記素子内、素子
間の再結晶化の不均一性をなくすために、ビームのピー
クパワーエネルギー密度強度から１／ｅ２、あるいは１
３．５％だけ、低下する領域すなわち、ピークエネルギ
ーの８６．５％以上のエネルギーを持つ領域第２図の２
６（以下エネルギー−一定領域２６と定義し、略称する
）に」１記素子が完全に入れるように、エネルギービー
ムスポットの位置、スポットの怪、形状を決めておく。

また、第３図に示す様に、半導体能動素子部分の膜はが
れを防ぐために、上記素子を形成する領域２３に同じ結
晶化過程にエネルギービームスポツトを重ねて照射しな
いように、すなわち、ビームスポットとビームスボッ１
〜の重なる部分２４が上記素子領域２３に重ね合わさな
いように試料の移動量、あるいはエネルギービームの移
動量（所謂スキャン幅、あるいはスキャンピッチ）を決
めておく。

上記エネルギー低下領域２５．上記ビー１１スボツ１〜
とスポットの重なる領域２４を上記素子と素子の間に入
れるように、順次エネルギービームを照射し、レーザア
ニールを行なう。

また、」１記の目的を達成するために、次の様な第２の
手段を採用した。

液晶デイスプレィの周辺回路のような絶縁基板上に形成
される半導体能動素子の場合、その面積が大きいため、
エネルギービームスポットの径。

形状、スキャン幅の変化だけでは上述の目的を達成しき
れない場合もあるので、次の手段を採用した。

第７図に示すように、絶′ａ基板上に形成される駆動用
の周辺回路７１のような大面積を有する回路を、それぞ
れが、上記ビームスポットのエネルギー一定領域２６に
入るように分割する。分割された周辺回路を以下分割周
辺回路７３と呼ぶ。

この場合のビームの照射方法について、さらに。

第４図を用いて説明する。第４図では１周辺回路７１に
相当するものとして半導体能動素子を考える。この半導
体能動素子を分割して１分割半導体能動素子３１とする
。この分割半導体能動素子は、第７図では分割周辺回路
７３に相当する。

第４図に示すように、符号２１で示すエネルギー強度分
布を有するエネルギービームスポット２２とスポット２
２の重なる部分２４が分割半導体能動素子３１の形成領
域と重ならないように、分割半導体能動素子間領域３３
の幅を決めておく。

エネルギービーム照射の後、これらの分割半導体素子３
１を結線３２で結ぎ、最終的な回路とする。

〔作用〕

絶８基板上の膜の同一部分に、繰返しエネルギービーム
を照射すると、１回目のエネルギービームの照射によっ
て膜がそのビームに対し、透過率がよくなって、２回目
の照射によって、膜と基板界面付近が熱される。そのた
め、その部分の膜がはがれやすくなる。

本発明の上記手段を用いれば、半導体能動素子となる領
域の膜に重ねてエネルギービームを照射しないため、適
切な入射エネルギーの選定によって、高結晶化、しかも
膜はがれのない好適な再結晶化膜が得られる。

また、本発明によれば半導体能動素子を完全にエネルギ
ー一定領域に入れることによって、半導体能動素子内が
ほぼ同じエネルギー照射を受けるので、上記素子内が同
じ再結晶化効果が得られる。

これによって、均一な再結晶化膜が得られる。

〔実施例〕

以下、図面を用いて、本発明の一実施例を説明する。第
５図は本発明を用いた液晶デイスプレィの画素用薄膜ト
ランジスタ（以下Ｔ　Ｐ　Ｔと略称）の断面構造を示す
図である。絶縁基板たる歪温度５８０℃のガラス基板４
１の上に、低圧気相成長法（以下ＬＰＣＶＤ法と称す）
により、約１５００人の厚さのアモルファスシリコン膜
を堆積させる。

画素部となる領域の膜を波長３０８ｎｍのＸ　ｅ　ＣＱ
パルスエキシマレーザで約３５０　ｍ　Ｊ　／　ａ＋１
のピークエネルギーで照射し、再結晶化させた。この際
、第６図に示すレーザー照射装置ｄを用いた。試料基板
面上５７のビームスポットは有効ビーム領域２７．２．
９１１１１（ＤＬ）　Ｘ２．５ｍｍ　（ＤＬＬ）の長方
形であり、また、そのうちエネルギー一定領域２６は２
．５ｍｍ（Ｄｅ）　Ｘ　２．１ｎｍ　（Ｄａｅ）である
。照射された半導体能動素子２３は５０μ×２０μｍの
口径であり、素子と素子間の距離は左右１５０μｍ（１
１）、上下４５０μｍ（１２）である。第１図に示すよ
うに、横方向に関して、上記素子を完全にビームのエネ
ルギー一定領域２６に入れるために、１８列ごとに素子
間距離を１５０μｍから３００μｍになるように配列を
変更する（第１図の第ｎ列及び第ｎ＋１８列）。この例
では、横方向ではビームスポット２２とスポット２２の
重なる領域２４の幅とビー１１の周辺エネルギー低下領
域２５との幅と一致している。この値は２００μｍであ
る。

また横方向にビームスポットのエネルギー一定領域２６
に計１８個の半導体能動索子２３が入っている。

縦方向に関しては、素子間距離が大きいので、上記素子
の配列を変更する必要はない。この方向にビームスポッ
ト２２ごとのエネルギー一定領域２６に計５個の上記素
子２３が入っている。

縦方向ではスポット２２とスポット２２の重なる領域２
４ａの幅は２５０μｍであり、ビームスポット２２の周
辺エネルギー低下領域２５ａの幅は２００μｍである。

エネルギー低下領域２５．２５ａ及びスポット２２とス
ポット２２の重なる領域２４．２４ａには上記素子２３
が配列されていないことが第１図で明らかになっている
。

但し第１図では実際の上記素子の一部しか描いていない
。以外は省略して点線で記しである。レーザ照射スポッ
トは３スポット分に相当するように一部省略して記しで
ある。

ビームスキャン幅（スキャンピッチ）は横方向２．７ｍ
で、縦方向２．２５ａｎである。

上述の条件で試料ステージを縦、横方向に二次元的に、
繰返し基板全面を照射したことによって。

１つのＴＰＴ素子部に対して複数回のレーザーを照射し
ないことができた。これによって、素子部の膜はがれを
防ぐことが出来た。また、すへての素子領域に照射され
るエネルギーのバラツキが±６．８％以内であるため、
均一な結晶化シリコン膜が得られた。

その後、絶縁膜５ｉＯｚ４５を膜厚１０００人を形成し
、ゲート電極４６用にＬＰＧＶＤ＋漠を膜厚１０００人
堆積させた。ホト・エッチ工程によって、素子部を形成
し、イオン打込み法によりＰ（リン）を３０ＫｅＶのエ
ネルギーで５Ｘ１０工５個／　ｃＪのドーズ量を与える
。その上にキャッピング用Ｓｉ○２膜を膜厚１０００人
形成した後、温度６００℃２時間２４ｈｒ於て画素用の
薄膜１〜ランジスタのソース、ドレイン領域４２．４３
を不純物熱活性化を行なった。その後、Ａｆｌ配線４８
を形成し、　　Ｉ　Ｔ　Ｏ（Ｔｎｃｌｉｕｍ　Ｔｉｔａ
ｎ　０ｘｙｄｅ）からなる透明電極を堆積させる。ホト
・エッチ工程によって、液晶デイスプレィ用画素部Ｔ　
Ｆ　’ｒが形成された。

第７図に、本発明の他の実施例を示す。

液晶デイスプレィの周辺回路部に用いられる’Ｉ”　Ｆ
　Ｔの断面構造を第８図に示す。

上記実施例で形成された膜の周辺回路となる領域を次の
ような方法で再結晶化した。

画素部の時と異なった光学特性を持つ第６図のオプテイ
カルインテグレータ５３．集光レンズ５４、縮小レンズ
５５で構成された第６図のような光学系装置で、有効ビ
ームスポット２７０径が１１１１關Ｘ１１ｍｍ、エネル
ギー一定領域２６が口径１０ｎｒａＸ１０ｍｍのエキシ
マレーザ−（λ＝３０８ｎｍ、ピークパワー強度３５０
ｎＪ／ａｄ）スポットが得られた。

上記のスポット口径に合せて、第７図（ａ）の周辺回路
部分７１を第７図（ｂ）のように９冊×９１１Ｉｌに分
割した。また、分割回路７３間の距離７４を２１ｍとし
た。

第７図（ｂ）の周辺回路部を拡大したのは第９図である
。第９図に示すように本例ではスキャンピッチは１ｌａ
ａすなわちビームスポットとスポットの間は重らないよ
うにした。これによって膜はがれの発生を防いだ。また
、ビームスポット周辺エネルギー低下領域２５（この例
では０．５ｎｎ）は分割回路７３から外れたため、分割
回路７３内に照射されるレーザビームのエネルギーのバ
ラツキ上６．８％以内となり、均一な結晶化シリコン膜
が得られた。

その後上記実施例と同様に、不純物活性化後。

分割回路間を結線７４を用いて結線し、最終的な周辺回
路とする。

〔発明の効果〕

本発明によれば、エネルギービームの照射による半導体
能動素子を形成する膜のはがれ及び結晶化の不均一性を
なくし、゛ト導体能動素子を形成するのにＨ適な再結晶
化膜を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を示すビームスボッ！−とスポットの重
なり合せ方と半導体能動素子の位は関係を示す図である
。第２図はエネルギービームの強度分布を示す図である。第３図はエネルギービームのエネルギー強度分布と半導
体能動素子の配列関係を示す図である。第４図はエネルギービームのエネルギー強度分布及びそ
の重なり合せ方と分割半導体能動素子との関係を示す図
である。第５図は本発明の一実施例の薄１漠トランジスタの断面
構造を示す図である。第６図は本発明で使用した照射装置の略図である。第７図は実施例で使用した分割周辺回路の例を示す図で
ある。第８図は本発明の他の実施例の薄膜トランジスタ断面を
示す図である。第９図は実施例中の周辺回路の分割方法とエネルギービ
ームの照射法の関係を示す図である。２４・・・ビームスポットとスポットの重なる領域。２５・・・ビーム周辺エネルギー低下領域、２６・・エ
ネルギー−窓領域。

Claims

【特許請求の範囲】１、エネルギービームを用いて、絶縁基板上に形成され
る多数の半導体能動素子をアニールする方法において、
半導体能動素子の形成する薄膜領域に、エネルギービー
ムスポットが１回のみ照射されるようにしたことを特徴
とするエネルギービーム照射方法。２、請求項１において、エネルギービームのスポットと
スポットの重なる部分が半導体能動素子の形成する薄膜
領域からはずれるように照射することを特徴とするエネ
ルギービーム照射方法。３、請求項１において、エネルギービームスポットとス
ポットの重なる部分が半導体能動素子を形成する薄膜領
域からはずれるように半導体能動素子を配置することを
特徴とするエネルギービーム照射方法。４、ガウシアン分布を持つエネルギービームを用いて、
半導体能動素子をアニールする方法において、半導体能
動素子がエネルギービームのエネルギーのピーク強度の
１−１／ｅ＾２以上の強度を持つ領域に入れるように、
照射することを特徴とするエネルギービーム照射方法。５、ガウシアン分布を持つエネルギービームを用いて、
半導体能動素子をアニールする方法において、半導体能
動素子がエネルギービームのエネルギーのピーク強度の
（１−１／ｅ＾２）以上の強度を持つ領域に入れるよう
に、半導体能動素子を配置することを特徴とするエネル
ギービーム照射方法。６、請求項１において、エネルギービームのスポットと
スポットの重なる部分が半導体能動素子の形成する薄膜
領域からはずれるように、半導体能動素子を分割して形
成し、結線により、一体化をすることを特徴とするエネ
ルギービーム照射方法。７、ガウシアン分布を持つエネルギービームを用いて、
半導体能動素子をアニールする方法において、半導体能
動素子をエネルギービームのエネルギーのピーク強度の
（１−１／ｅ＾２）以上の強度を持つ領域に入れられる
ように、分割して形成し、結線により、一体化すること
を特徴とするエネルギービーム照射方法。