JPH04282869A - 薄膜半導体装置の製造方法及びこれを実施するための装置 - Google Patents
薄膜半導体装置の製造方法及びこれを実施するための装置Info
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- JPH04282869A JPH04282869A JP7060991A JP7060991A JPH04282869A JP H04282869 A JPH04282869 A JP H04282869A JP 7060991 A JP7060991 A JP 7060991A JP 7060991 A JP7060991 A JP 7060991A JP H04282869 A JPH04282869 A JP H04282869A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は薄膜半導体装置の製造方
法、及びこれを実施するための装置に係り、特に、レー
ザを用いて大面積領域を均一にアニールするための方法
、及びそのための装置に関する。
法、及びこれを実施するための装置に係り、特に、レー
ザを用いて大面積領域を均一にアニールするための方法
、及びそのための装置に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶を用いた平面ディスプレイは、大画
面化と高精細化の方向に進んでおり、一方で、このディ
スプレイの低コスト化をはかるため、画基部における薄
膜トランジスタ(以下TFTと略称する。)と同じプセ
スで、表示部と同一基板上に周辺駆動回路を内蔵する試
みがなされている(IEEE Trans.Elect
ron Dev.36,351 (1989))。
面化と高精細化の方向に進んでおり、一方で、このディ
スプレイの低コスト化をはかるため、画基部における薄
膜トランジスタ(以下TFTと略称する。)と同じプセ
スで、表示部と同一基板上に周辺駆動回路を内蔵する試
みがなされている(IEEE Trans.Elect
ron Dev.36,351 (1989))。
【0003】この周辺回路は大きな電流駆動能力を必要
とするため、一般に、電界効果移動度にして約30cm
2 /Vs以上の値が要求される。また、ガラス基板の
歪点は約600℃以下であるため、この周辺回路用TF
Tの形成にはレーザアニール法が用いられようとしてい
る(IEEE Trans.Electron Dev
36, 2868 (1989))。
とするため、一般に、電界効果移動度にして約30cm
2 /Vs以上の値が要求される。また、ガラス基板の
歪点は約600℃以下であるため、この周辺回路用TF
Tの形成にはレーザアニール法が用いられようとしてい
る(IEEE Trans.Electron Dev
36, 2868 (1989))。
【0004】レーザアニール法としては、周辺回路用T
FTの電界効果移動度を均一に向上させるために、Xe
Clエキシマレーザなどを用いて、パルスレーザビーム
内のエネルギ分布を均一にし、このレーザビームを移動
しながら大面積領域を順次照射していく方法がある(M
BKマイクロテック XMR Excimer Sy
stems エキシマレー ザ応用装置カタログ)。
FTの電界効果移動度を均一に向上させるために、Xe
Clエキシマレーザなどを用いて、パルスレーザビーム
内のエネルギ分布を均一にし、このレーザビームを移動
しながら大面積領域を順次照射していく方法がある(M
BKマイクロテック XMR Excimer Sy
stems エキシマレー ザ応用装置カタログ)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、1つの
パルスレーザビームのエネルギ分布とレーザ照射後の膜
の温度分布の時間変化を示す図4から分かるように、パ
ルスビーム内のエネルギ分布をいくら均一にしても、レ
ーザ照射直後のt=0における膜の温度分布は均一に近
いが、時間の経過(t1,t2)とともに、レーザビー
ムの端部で横方向の熱拡散が生じる。図の中でSで示し
た領域は膜の溶融温度まで達しないが、約800℃以上
に加熱されて、固相成長により微結晶を生じる領域であ
る。微結晶領域が生じた場合は、ここに再度レーザを照
射しても、膜のレーザ光に対する吸収係数が低下してい
るため、再結晶化は起こらない。従って、パルスレーザ
ビームを移動しながら照射していくと、レーザビームの
中心付近で処理された粒径が大きい領域と、レーザビー
ムの周辺付近で処理された粒径が小さい領域とが繰り返
し生じて膜が不均一になる。
パルスレーザビームのエネルギ分布とレーザ照射後の膜
の温度分布の時間変化を示す図4から分かるように、パ
ルスビーム内のエネルギ分布をいくら均一にしても、レ
ーザ照射直後のt=0における膜の温度分布は均一に近
いが、時間の経過(t1,t2)とともに、レーザビー
ムの端部で横方向の熱拡散が生じる。図の中でSで示し
た領域は膜の溶融温度まで達しないが、約800℃以上
に加熱されて、固相成長により微結晶を生じる領域であ
る。微結晶領域が生じた場合は、ここに再度レーザを照
射しても、膜のレーザ光に対する吸収係数が低下してい
るため、再結晶化は起こらない。従って、パルスレーザ
ビームを移動しながら照射していくと、レーザビームの
中心付近で処理された粒径が大きい領域と、レーザビー
ムの周辺付近で処理された粒径が小さい領域とが繰り返
し生じて膜が不均一になる。
【0006】すなわちレーザビームの中心部では膜の溶
融、結晶化が生じるようなエネルギで基板にレーザ照射
しても、レーザビームが照射された箇所の周辺領域には
、膜は加熱されるが溶融に至らない領域が存在する。
融、結晶化が生じるようなエネルギで基板にレーザ照射
しても、レーザビームが照射された箇所の周辺領域には
、膜は加熱されるが溶融に至らない領域が存在する。
【0007】するとレーザビームが照射された箇所では
、結晶の粒径が大きく、粒界におけるキャリアのトラッ
プ密度が小さくなり、最終的にはTFTの電界効果移動
度が大きくなる。他方、レーザビームが照射された箇所
の周辺領域では、膜の固相成長により微結晶が生じる。 すなわち、結晶の粒径が小さく粒界におけるキャリアの
トラップ密度が大きく、最終的にはTFTの電界効果移
動度が小さい領域ができる。
、結晶の粒径が大きく、粒界におけるキャリアのトラッ
プ密度が小さくなり、最終的にはTFTの電界効果移動
度が大きくなる。他方、レーザビームが照射された箇所
の周辺領域では、膜の固相成長により微結晶が生じる。 すなわち、結晶の粒径が小さく粒界におけるキャリアの
トラップ密度が大きく、最終的にはTFTの電界効果移
動度が小さい領域ができる。
【0008】レーザビームが照射された箇所の周辺領域
で、一度微結晶領域ができると、次にレーザビームの位
置をずらしてビーム中心付近の高いエネルギを照射して
も、レーザの吸収係数が小さくなっているため再結晶化
は起こらず膜の不均一な状態は解消されない。またレー
ザエネルギを十分に大きくして微結晶領域を再結晶化し
ようとすると、膜表面の凹凸化や膜剥がれという別の問
題が生じる。
で、一度微結晶領域ができると、次にレーザビームの位
置をずらしてビーム中心付近の高いエネルギを照射して
も、レーザの吸収係数が小さくなっているため再結晶化
は起こらず膜の不均一な状態は解消されない。またレー
ザエネルギを十分に大きくして微結晶領域を再結晶化し
ようとすると、膜表面の凹凸化や膜剥がれという別の問
題が生じる。
【0009】以上説明したように、パルスレーザビーム
を移動させながら繰り返し照射して、大面積領域をアニ
ールしようとすると、必ず膜の結晶性、ひいてはTFT
特性に不均一が生じる。又、一台の大出力パルスレーザ
を用いて大面積領域を一度にアニールしようとすると、
エネルギ密度が大きくなりすぎて、光学部品が損傷を受
け、レーザビームのエネルギ分布均一化はおろか、レー
ザの発信自体が不可能になる。このような理由により、
従来は大面積領域をアニールすることはできなかった。
を移動させながら繰り返し照射して、大面積領域をアニ
ールしようとすると、必ず膜の結晶性、ひいてはTFT
特性に不均一が生じる。又、一台の大出力パルスレーザ
を用いて大面積領域を一度にアニールしようとすると、
エネルギ密度が大きくなりすぎて、光学部品が損傷を受
け、レーザビームのエネルギ分布均一化はおろか、レー
ザの発信自体が不可能になる。このような理由により、
従来は大面積領域をアニールすることはできなかった。
【0010】本発明の目的は、大面積領域を均一にアニ
ールして、膜の結晶性、ひいてはTFT特性を均一に向
上できるような薄膜半導体装置の製造方法及びこれを実
施するための製造装置を提供することである。
ールして、膜の結晶性、ひいてはTFT特性を均一に向
上できるような薄膜半導体装置の製造方法及びこれを実
施するための製造装置を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1の薄膜半導体装
置の製造方法は、複数のパルスレーザビームを同時に基
板上に照射することによって、膜に加わる熱の分布を広
い領域で均一にし、大面積領域を均一にアニールする方
法である。具体的なレーザビームの位置について述べる
と、(1)複数のパルスレーザビームの周辺部が重なる
ようにしてこれらを同時に照射する方法(図1(a)参
照)、(2)各々のレーザビームを広げて、全領域が同
時に重なるようにして照射する方法(図1(b)参照)
の2通りがある。この製造方法でアニールする領域は周
辺回路の一部であっても全体であってもよい。
置の製造方法は、複数のパルスレーザビームを同時に基
板上に照射することによって、膜に加わる熱の分布を広
い領域で均一にし、大面積領域を均一にアニールする方
法である。具体的なレーザビームの位置について述べる
と、(1)複数のパルスレーザビームの周辺部が重なる
ようにしてこれらを同時に照射する方法(図1(a)参
照)、(2)各々のレーザビームを広げて、全領域が同
時に重なるようにして照射する方法(図1(b)参照)
の2通りがある。この製造方法でアニールする領域は周
辺回路の一部であっても全体であってもよい。
【0012】請求項2の薄膜半導体の製造装置は、複数
のパルスレーザビーム発振装置と、複数のレーザビーム
均一化装置と、パルスレーザビーム発振同期装置とを備
え、複数のパルスレーザビームの一部あるいは全部を重
ね合わせながら同時に照射する装置である。
のパルスレーザビーム発振装置と、複数のレーザビーム
均一化装置と、パルスレーザビーム発振同期装置とを備
え、複数のパルスレーザビームの一部あるいは全部を重
ね合わせながら同時に照射する装置である。
【0013】
【作用】図2は、図1(a)に示すように複数のパルス
レーザビームを端部が重なるようにして同時に基板上に
照射した場合の、レーザ強度及びレーザが照射された基
板上の温度を示す。図2(b)よりビーム間の熱の横方
向の流れが生じない事が分かる。この為、広い領域で均
一に膜が溶融し広い範囲にわたり均質で粒径の大きい領
域ができる。
レーザビームを端部が重なるようにして同時に基板上に
照射した場合の、レーザ強度及びレーザが照射された基
板上の温度を示す。図2(b)よりビーム間の熱の横方
向の流れが生じない事が分かる。この為、広い領域で均
一に膜が溶融し広い範囲にわたり均質で粒径の大きい領
域ができる。
【0014】図1(b)は、複数のパルスレーザビーム
の各々を拡大した後、全領域を重ねる照射方式を示す。 各々のレーザビームのエネルギ密度は小さくなるため、
単独のビームでは膜を溶融できないが、複数のビームが
重ね合わされた後では広い領域で均一に膜を溶融できる
。
の各々を拡大した後、全領域を重ねる照射方式を示す。 各々のレーザビームのエネルギ密度は小さくなるため、
単独のビームでは膜を溶融できないが、複数のビームが
重ね合わされた後では広い領域で均一に膜を溶融できる
。
【0015】なお本発明の薄膜半導体装置の製造方法及
びこれを実施するための装置は、不純物の活性化工程に
於いても利用できる。
びこれを実施するための装置は、不純物の活性化工程に
於いても利用できる。
【0016】
【実施例】(実施例1)本発明の実施例を図3を参照し
ながら説明する。対角10インチ用ガラス基板1上にク
ロム膜(2000オンク゛ストローム)をスパッ法によ
り堆積した後、ホトエッチ工程によりゲート電極5を形
成する。 次に、プラズマCVD法により、ゲート絶縁膜6として
の窒化膜(3000オンク゛ストローム)、i層アモル
ファスシリコン膜7(300オンク゛ストローム)を連
続堆積する。次に、周辺回路形成領域をレーザアニール
する。図1(a)に示すように、波長308nmのXe
Clエキシマレーザ発振機2とレーザビーム均一光学系
3とを5組用意し、各々のレーザビームの形状を40m
m×2mm、各々のレーザエネルギを270mJ/cm
2とする。パルス幅は約27nsである。走査側の周辺
回路をレーザアニールする場合は、4組のレーザビーム
を用いてビームの形状を157mm×2mm(ビーム間
の重ね合わせ幅1mm)として、1回の照射を行う。信
号側の周辺回路をレーザアニールする場合は、基板を9
0度回転させ、5組のレーザビームを用いてビームの形
状を196mm×2mm(ビーム間の重ね合わせ幅1m
m)として、前と同様にして1回の照射を行う。レーザ
アニール終了後、プラズマCVD法により、i層アモル
ファスシリコン膜8(1700オンク゛ストローム)と
、リンをドープしたアモルファスシリコン膜9(300
オンク゛ストローム)を連続堆積する。次に、ゲート電
極5の端子出しを行った後、クロム電極10(500オ
ンク゛ストローム)とアルミニウム電極11(4000
オンク゛ストローム)をスパッタ法により堆積する。次
に、ホトエッチング工程でソース、ドレイン領域を形成
する。次に、透明電極12であるITO膜をスパッタし
、ホトエッチング工程を行う。パシベーション膜13を
3000オンク゛ストローム堆積させた後、ホトエッチ
ング工程を行って1枚のガラス基板1が完成する。一方
、予め偏光板、カラーフィルター、透明電極(ITO膜
)を備えた他のガラス基板を準備しておき、この基板と
前記のガラス基板との間に液晶を注入すると薄膜トラン
ジスタを用いた液晶表示素子が完成する。
ながら説明する。対角10インチ用ガラス基板1上にク
ロム膜(2000オンク゛ストローム)をスパッ法によ
り堆積した後、ホトエッチ工程によりゲート電極5を形
成する。 次に、プラズマCVD法により、ゲート絶縁膜6として
の窒化膜(3000オンク゛ストローム)、i層アモル
ファスシリコン膜7(300オンク゛ストローム)を連
続堆積する。次に、周辺回路形成領域をレーザアニール
する。図1(a)に示すように、波長308nmのXe
Clエキシマレーザ発振機2とレーザビーム均一光学系
3とを5組用意し、各々のレーザビームの形状を40m
m×2mm、各々のレーザエネルギを270mJ/cm
2とする。パルス幅は約27nsである。走査側の周辺
回路をレーザアニールする場合は、4組のレーザビーム
を用いてビームの形状を157mm×2mm(ビーム間
の重ね合わせ幅1mm)として、1回の照射を行う。信
号側の周辺回路をレーザアニールする場合は、基板を9
0度回転させ、5組のレーザビームを用いてビームの形
状を196mm×2mm(ビーム間の重ね合わせ幅1m
m)として、前と同様にして1回の照射を行う。レーザ
アニール終了後、プラズマCVD法により、i層アモル
ファスシリコン膜8(1700オンク゛ストローム)と
、リンをドープしたアモルファスシリコン膜9(300
オンク゛ストローム)を連続堆積する。次に、ゲート電
極5の端子出しを行った後、クロム電極10(500オ
ンク゛ストローム)とアルミニウム電極11(4000
オンク゛ストローム)をスパッタ法により堆積する。次
に、ホトエッチング工程でソース、ドレイン領域を形成
する。次に、透明電極12であるITO膜をスパッタし
、ホトエッチング工程を行う。パシベーション膜13を
3000オンク゛ストローム堆積させた後、ホトエッチ
ング工程を行って1枚のガラス基板1が完成する。一方
、予め偏光板、カラーフィルター、透明電極(ITO膜
)を備えた他のガラス基板を準備しておき、この基板と
前記のガラス基板との間に液晶を注入すると薄膜トラン
ジスタを用いた液晶表示素子が完成する。
【0017】本実施例の薄膜トランジスタを用いた液晶
表示装置の製造方法においては、複数のパルスレーザビ
ームの一部を重ね合わせながら、同時に基板上に照射し
たので、ビーム間の熱の横方向の流れが発生せず均一な
温度分布を広い領域に渡って作り出すことができる。そ
して前記の周辺回路の一部、あるいは全部の領域を前記
の均一な温度分布領域の中に入れることができる。従っ
て本実施例の製造方法によれば画素部の薄膜トランジス
タを駆動するための周辺回路の一部、あるいは全部の領
域を均一にアニールすることができる。
表示装置の製造方法においては、複数のパルスレーザビ
ームの一部を重ね合わせながら、同時に基板上に照射し
たので、ビーム間の熱の横方向の流れが発生せず均一な
温度分布を広い領域に渡って作り出すことができる。そ
して前記の周辺回路の一部、あるいは全部の領域を前記
の均一な温度分布領域の中に入れることができる。従っ
て本実施例の製造方法によれば画素部の薄膜トランジス
タを駆動するための周辺回路の一部、あるいは全部の領
域を均一にアニールすることができる。
【0018】加えて、本実施例のTFT液晶表示素子に
よれば、外付け用LSIは2個のみを必要とするにとど
まり、従来の周辺回路を内蔵しない場合に比べ、外付け
用LSIの数は約1割に低減できた。
よれば、外付け用LSIは2個のみを必要とするにとど
まり、従来の周辺回路を内蔵しない場合に比べ、外付け
用LSIの数は約1割に低減できた。
【0019】(実施例2)本実施例では、図1(b)に
示すようにレーザビームを拡大してその全領域を重ねて
照射を行った。
示すようにレーザビームを拡大してその全領域を重ねて
照射を行った。
【0020】本実施例の製造方法においては、複数のパ
ルスレーザビームの各々を拡大した後、全領域を重ねる
様にして同時に基板上に照射したので、各々のレーザビ
ームのエネルギ密度は小さくなるため単独のビームでは
膜を溶融できないが、複数のビームが重ね合わされた状
態では広い領域で膜が溶融する温度まで加熱できた。そ
して、広い範囲にわたり均質で粒径の大きい領域を形成
できた。
ルスレーザビームの各々を拡大した後、全領域を重ねる
様にして同時に基板上に照射したので、各々のレーザビ
ームのエネルギ密度は小さくなるため単独のビームでは
膜を溶融できないが、複数のビームが重ね合わされた状
態では広い領域で膜が溶融する温度まで加熱できた。そ
して、広い範囲にわたり均質で粒径の大きい領域を形成
できた。
【0021】以上の実施例では膜の結晶化アニールを主
体に述べたが、本発明の薄膜半導体装置の製造方法及び
これを実施するための装置は、活性化工程に於いても同
様に作用するため、不純物の均一活性化法に対しても同
様に適用できる。
体に述べたが、本発明の薄膜半導体装置の製造方法及び
これを実施するための装置は、活性化工程に於いても同
様に作用するため、不純物の均一活性化法に対しても同
様に適用できる。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように請求項1の薄膜半導
体装置の製造方法は、複数のパルスレーザビームの一部
あるいは全部を重ね合わせながら、同時に基板上に照射
するので、ビーム間の熱の横方向の流れが発生せず均一
な温度分布を広い領域に渡って作り出すことができる。 従って、この製造方法によれば均一な温度分布を大面積
領域に渡って形成して広い領域で均一に膜を溶融させて
アニールする事ができると共に、膜の固相成長による微
結晶の生成が避けられる。そして膜の結晶性、ひいては
TFT特性を均一に向上することもできる。
体装置の製造方法は、複数のパルスレーザビームの一部
あるいは全部を重ね合わせながら、同時に基板上に照射
するので、ビーム間の熱の横方向の流れが発生せず均一
な温度分布を広い領域に渡って作り出すことができる。 従って、この製造方法によれば均一な温度分布を大面積
領域に渡って形成して広い領域で均一に膜を溶融させて
アニールする事ができると共に、膜の固相成長による微
結晶の生成が避けられる。そして膜の結晶性、ひいては
TFT特性を均一に向上することもできる。
【0023】請求項2の薄膜半導体の製造装置は、複数
のパルスレーザビーム発振装置と、複数のレーザビーム
均一化装置と、パルスレーザビーム発振同期装置とを備
えているので、複数のパルスレーザビームの一部あるい
は全部を重ね合わせながら同時に照射することができる
。従ってこの装置によれば、大面積領域を均一にアニー
ルできる。
のパルスレーザビーム発振装置と、複数のレーザビーム
均一化装置と、パルスレーザビーム発振同期装置とを備
えているので、複数のパルスレーザビームの一部あるい
は全部を重ね合わせながら同時に照射することができる
。従ってこの装置によれば、大面積領域を均一にアニー
ルできる。
【0024】
【図1】基板上に複数のパルスレーザビームを重ね合わ
せて照射した状態を示すもので (a) は、端部が重なるようにパルスレーザビームを
基板上に照射したときの正面図 (b) は、全面が重なるようにパルスレーザビームを
基板上に照射したときの正面図
せて照射した状態を示すもので (a) は、端部が重なるようにパルスレーザビームを
基板上に照射したときの正面図 (b) は、全面が重なるようにパルスレーザビームを
基板上に照射したときの正面図
【図2】複数のパルスレーザビームの端部を重ね合わせ
たときのレーザ強度分布と温度分布を説明するためのも
ので、 (a) は、レーザ強度分布を示す図 (b) は、時間変化に伴う温度分布の変化を示す図
たときのレーザ強度分布と温度分布を説明するためのも
ので、 (a) は、レーザ強度分布を示す図 (b) は、時間変化に伴う温度分布の変化を示す図
【
図3】実施例1,2で製造した半導体装置を示す断面図
。
図3】実施例1,2で製造した半導体装置を示す断面図
。
【図4】単パルスレーザビームを照射したときの強度と
温度変化を説明するためのもので、 (a) は、レーザ強度分布を示す図 (b) は、時間変化に伴う温度分布の変化を示す図
温度変化を説明するためのもので、 (a) は、レーザ強度分布を示す図 (b) は、時間変化に伴う温度分布の変化を示す図
1 基板
2 レーザ発信機
3 均一光学系
4 レーザビーム
5 ゲート電極
6 ゲート絶縁膜
7 i層シリコン層(レーザアニール層)8 i層
シリコン層 9 リンをドープしたアモルファスシリコン層10
クロム電極 11 アルミニウム電極 12 透明電極 13 パシベーション膜 14 パルスレーザ発振同期装置
シリコン層 9 リンをドープしたアモルファスシリコン層10
クロム電極 11 アルミニウム電極 12 透明電極 13 パシベーション膜 14 パルスレーザ発振同期装置
Claims (2)
- 【請求項1】 薄膜半導体装置の製造方法において、
複数のパルスレーザビームの一部あるいは全部を重ね合
わせながら、同時に基板上に照射することによって均一
な温度分布を大面積領域にわたって形成し、これにより
アニールすることを特徴とする薄膜半導体装置の製造方
法。 - 【請求項2】 複数のパルスレーザビーム発振装置と
、複数のレーザビーム均一化装置と、パルスレーザビー
ム発振同期装置とを備え、複数のパルスレーザビームの
一部あるいは全部を重ね合わせながら同時に照射するこ
とによって、大面積領域を均一にアニールすることを可
能とする薄膜半導体の製造装置。
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JP7060991A JPH04282869A (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | 薄膜半導体装置の製造方法及びこれを実施するための装置 |
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ID=13436504
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