JPH04299519A - Recrystallization of amorphous silicon - Google Patents

Recrystallization of amorphous silicon

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JPH04299519A
JPH04299519A JP8788791A JP8788791A JPH04299519A JP H04299519 A JPH04299519 A JP H04299519A JP 8788791 A JP8788791 A JP 8788791A JP 8788791 A JP8788791 A JP 8788791A JP H04299519 A JPH04299519 A JP H04299519A
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JP
Japan
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film
amorphous silicon
silicon film
siox
sio2
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Pending
Application number
JP8788791A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Shimomaki
伸一 下牧
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Casio Computer Co Ltd
Original Assignee
Casio Computer Co Ltd
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Publication date
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  • Thin Film Transistor (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To improve the film quality of a gate insulating film, which is formed on a polysilicon film formed by crystallizing an amorphous silicon film. CONSTITUTION:An SiOx (x>=2) film 3 is formed on the upper surface of an amorphous silicon film (a polysilicon film 4) 2 by a low-temperature thin film formation method, such as a plasma CVD method or a sputtering method. Then, when the film 2 is crystallized by a laser emission, a laser beam is emitted in such a way that it is absorbed in the film 2 only, whereby the film 2 only is made to rise to a high temperature of 1500 deg.C or higher. As a result, an SiO2 film 5 is formed on the boundary surface between the films 2 and 3 by a high- temperature thermal oxidation without heating an insulating substrate 1, which consists of a low-melting point glass substrate or the like, under the film 2. Accordingly, the film quality of a gate insulating film 6 consisting of this SiO2 film 5 and the SiOx film 3 is improved.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明はアモルファスシリコン
の結晶化方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention This invention relates to a method for crystallizing amorphous silicon.

【0002】0002

【従来の技術】アモルファスシリコンを結晶化して例え
ば薄膜トランジスタを製造する方法には、ガラス基板等
からなる絶縁基板の上面にアモルファスシリコン膜を形
成し、このアモルファスシリコン膜にエキシマレーザを
照射することにより該アモルファスシリコン膜を結晶化
してポリシリコン膜とし、このポリシリコン膜上にSi
O2からなるゲート絶縁膜を形成し、以下所定の工程を
経て薄膜トランジスタを形成する方法がある。
2. Description of the Related Art A method for manufacturing, for example, a thin film transistor by crystallizing amorphous silicon involves forming an amorphous silicon film on the upper surface of an insulating substrate such as a glass substrate, and irradiating the amorphous silicon film with an excimer laser. The amorphous silicon film is crystallized to form a polysilicon film, and Si is deposited on this polysilicon film.
There is a method in which a gate insulating film made of O2 is formed and a thin film transistor is formed through predetermined steps.

【0003】0003

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
このような薄膜トランジスタの製造方法では、ガラス基
板等からなる絶縁基板の融点が低いので、製造中に絶縁
基板が軟化しないようにするために、ポリシリコン膜上
にSiO2からなるゲート絶縁膜を形成する際、プラズ
マCVD法やスパッタ法等の低温薄膜形成方法により形
成しており、このためゲート絶縁膜の膜質が乾燥酸素も
しくは水蒸気雰囲気中で加熱する酸化法等の高温薄膜形
成方法と比較してどうしても悪くなってしまうという問
題があった。この発明の目的は、アモルファスシリコン
膜を結晶化してなるポリシリコン膜上に形成されるSi
O2膜の膜質を良くすることのできるアモルファスシリ
コンの結晶化方法を提供することにある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional manufacturing method of such a thin film transistor, since the melting point of the insulating substrate made of glass substrate etc. is low, in order to prevent the insulating substrate from softening during manufacturing, it is necessary to When forming a gate insulating film made of SiO2 on a silicon film, it is formed by a low-temperature thin film formation method such as plasma CVD or sputtering, and therefore the film quality of the gate insulating film is heated in a dry oxygen or water vapor atmosphere. There is a problem that this method is inevitably worse than high-temperature thin film forming methods such as oxidation methods. An object of the present invention is to form a silicon film on a polysilicon film formed by crystallizing an amorphous silicon film.
An object of the present invention is to provide a method for crystallizing amorphous silicon that can improve the quality of an O2 film.

【0004】0004

【課題を解決するための手段】この発明は、アモルファ
スシリコン膜上にプラズマCVD法やスパッタ法等の低
温薄膜形成方法によりSiOx(x≧2)膜を形成し、
レーザを照射することにより、前記アモルファスシリコ
ン膜を結晶化するとともに前記アモルファスシリコン膜
と前記SiOx膜との境界面にSiO2膜を形成するよ
うにしたものである。
[Means for Solving the Problems] This invention forms a SiOx (x≧2) film on an amorphous silicon film by a low-temperature thin film forming method such as plasma CVD or sputtering,
By irradiating the laser, the amorphous silicon film is crystallized and an SiO2 film is formed on the interface between the amorphous silicon film and the SiOx film.

【0005】[0005]

【作用】この発明によれば、アモルファスシリコン膜上
にSiOx膜をプラズマCVD法やスパッタ法等の低温
薄膜形成方法により形成し、次いでレーザ照射によりア
モルファスシリコン膜を結晶化するとき、レーザビーム
がアモルファスシリコン膜のみに吸収されるようにする
と、アモルファスシリコン膜のみを高温化することがで
き、このためアモルファスシリコン膜下に低融点の絶縁
基板があってもこれを加熱することなく、アモルファス
シリコン膜とSiOx膜との境界面にSiO2膜を高温
の熱酸化により形成することができ、したがってアモル
ファスシリコン膜を結晶化してなるポリシリコン膜上に
形成されるSiO2膜の膜質を良くすることができる。
[Operation] According to the present invention, when an SiOx film is formed on an amorphous silicon film by a low-temperature thin film forming method such as a plasma CVD method or a sputtering method, and then the amorphous silicon film is crystallized by laser irradiation, the laser beam By allowing the absorption to occur only in the silicon film, only the amorphous silicon film can be heated to a high temperature. Therefore, even if there is an insulating substrate with a low melting point under the amorphous silicon film, the amorphous silicon film and the amorphous silicon film can be heated without heating it. The SiO2 film can be formed on the interface with the SiOx film by high-temperature thermal oxidation, and therefore the film quality of the SiO2 film formed on the polysilicon film formed by crystallizing the amorphous silicon film can be improved.

【0006】[0006]

【実施例】図1〜図5はそれぞれこの発明の一実施例を
適用した薄膜トランジスタの各製造工程を示したもので
ある。そこで、これらの図を順に参照しながら、薄膜ト
ランジスタの製造方法について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIGS. 1 to 5 each show the manufacturing process of a thin film transistor to which an embodiment of the present invention is applied. Therefore, a method for manufacturing a thin film transistor will be described with reference to these figures in order.

【0007】まず、図1に示すように、ガラス基板等か
らなる絶縁基板1の上面にプラズマCVD法によりアモ
ルファスシリコン膜2を数百〜1000Å程度の厚さに
形成する。次に、アモルファスシリコン膜2の上面にプ
ラズマCVD法やスパッタ法等の低温薄膜形成方法によ
りゲート絶縁膜の一部となるSiOx(x≧2)膜3を
1000〜2000Å程度の厚さに形成する。すなわち
、プラズマCVD法の場合にはN2Oの流量を大きくし
、スパッタ法の場合にはO2の流量を大きくすると、酸
素の過剰なSiOx膜3が形成される。
First, as shown in FIG. 1, an amorphous silicon film 2 with a thickness of several hundred to 1000 Å is formed on the upper surface of an insulating substrate 1 made of a glass substrate or the like by plasma CVD. Next, a SiOx (x≧2) film 3, which will become part of the gate insulating film, is formed to a thickness of about 1000 to 2000 Å on the top surface of the amorphous silicon film 2 by a low-temperature thin film formation method such as plasma CVD or sputtering. . That is, when the flow rate of N2O is increased in the plasma CVD method and the flow rate of O2 is increased in the case of the sputtering method, an SiOx film 3 containing excess oxygen is formed.

【0008】次に、波長308nmのXeClエキシマ
レーザによりエネルギ密度250mJ/cm2でレーザ
照射すると、図2に示すように、アモルファスシリコン
膜2が結晶化してポリシリコン膜4となるとともに、ア
モルファスシリコン膜2とSiOx膜3との境界面にS
iO2膜4が形成される。この場合、レーザビームのパ
ルス幅が30nsec程度であると、アモルファスシリ
コン膜2のみがレーザビームを吸収し、アモルファスシ
リコン膜2のみが1500℃以上の高温となり、このた
め低融点の絶縁基板1を加熱することなく、アモルファ
スシリコン膜2とSiOx膜3との境界面付近における
アモルファスシリコン膜2がSiOx膜3の過剰の酸素
と反応して酸化し、アモルファスシリコン膜2とSiO
x膜3との境界面にゲート絶縁膜の一部となるSiO2
膜5が形成される。したがって、この状態では、SiO
x膜3とSiO2膜5とによってゲート絶縁膜6が形成
されることになる。
Next, when laser irradiation is performed using a XeCl excimer laser with a wavelength of 308 nm and an energy density of 250 mJ/cm2, the amorphous silicon film 2 crystallizes to become a polysilicon film 4, and the amorphous silicon film 2 and the SiOx film 3.
An iO2 film 4 is formed. In this case, if the pulse width of the laser beam is about 30 nsec, only the amorphous silicon film 2 absorbs the laser beam, and only the amorphous silicon film 2 reaches a high temperature of 1500°C or more, which heats the insulating substrate 1 with a low melting point. The amorphous silicon film 2 near the interface between the amorphous silicon film 2 and the SiOx film 3 reacts with excess oxygen in the SiOx film 3 and oxidizes, causing the amorphous silicon film 2 and
SiO2, which becomes part of the gate insulating film, is placed on the interface with the x film 3.
A membrane 5 is formed. Therefore, in this state, SiO
A gate insulating film 6 is formed by the x film 3 and the SiO2 film 5.

【0009】次に、図3に示すように、ポリシリコン膜
4のチャネル形成領域7に対応する部分のゲート絶縁膜
6の上面にフォトリソグラフィ法によりフォトレジスト
膜8をパターン形成する。次に、この状態において、フ
ォトレジスト膜8の両側におけるポリシリコン膜4にイ
オン注入装置によりリン(P)イオンを注入し、不純物
注入領域9を形成する。この後、フォトレジスト膜8を
エッチングして除去する。
Next, as shown in FIG. 3, a photoresist film 8 is patterned on the upper surface of the gate insulating film 6 in a portion of the polysilicon film 4 corresponding to the channel forming region 7 by photolithography. Next, in this state, phosphorus (P) ions are implanted into the polysilicon film 4 on both sides of the photoresist film 8 using an ion implantation device to form impurity implanted regions 9. Thereafter, the photoresist film 8 is etched and removed.

【0010】次に、図4に示すように、波長308nm
のXeClエキシマレーザによりエネルギ密度220m
J/cm2でレーザ照射し、不純物注入領域9における
リンイオンを活性化する。
Next, as shown in FIG.
XeCl excimer laser with energy density of 220 m
Laser irradiation is performed at J/cm2 to activate phosphorus ions in the impurity implanted region 9.

【0011】次に、図5に示すように、ゲート絶縁膜6
の上面にフォトリソグラフィ法によりフォトレジスト膜
(図示せず)をパターン形成し、このフォトレジスト膜
をマスクとして所定の2箇所のゲート絶縁膜6をエッチ
ングして除去し、2つのコンタクトホール10を形成す
る。次に、ゲート絶縁膜6の上面にスパッタ法によりA
lからなる金属層を3000Å程度の厚さに形成し、こ
の金属層の不要な部分をエッチングして除去し、ゲート
電極11および2つのソース・ドレイン電極12を形成
するとともに、ソース・ドレイン電極12をコンタクト
ホール10を介して不純物注入領域9と接続させる。か
くして、薄膜トランジスタが形成される。
Next, as shown in FIG. 5, a gate insulating film 6 is formed.
A photoresist film (not shown) is patterned on the upper surface by photolithography, and using this photoresist film as a mask, the gate insulating film 6 at two predetermined locations is etched and removed to form two contact holes 10. do. Next, A is applied to the upper surface of the gate insulating film 6 by sputtering.
A metal layer consisting of L is formed to a thickness of about 3000 Å, and unnecessary portions of this metal layer are removed by etching to form a gate electrode 11 and two source/drain electrodes 12. is connected to impurity implanted region 9 via contact hole 10. A thin film transistor is thus formed.

【0012】このように、この薄膜トランジスタでは、
まず図1に示すように、アモルファスシリコン膜2の上
面にSiOx膜3をプラズマCVD法やスパッタ法等の
低温薄膜形成方法により形成し、次いでレーザ照射によ
り図2に示すように、アモルファスシリコン膜2を結晶
化してポリシリコン膜4とするとともに、低融点の絶縁
基板1を加熱することなく、アモルファスシリコン膜2
とSiOx膜3との境界面にSiO2膜4を1500℃
以上の高温の熱酸化により形成しているので、SiO2
膜5を完全に良質で安定な酸化膜とすることができ、ひ
いてはこのSiO2膜5とSiOx膜3とからなるゲー
ト絶縁膜6の膜質を良くすることができる。
[0012] Thus, in this thin film transistor,
First, as shown in FIG. 1, an SiOx film 3 is formed on the upper surface of the amorphous silicon film 2 by a low-temperature thin film forming method such as plasma CVD or sputtering, and then, as shown in FIG. is crystallized to form a polysilicon film 4, and an amorphous silicon film 2 is formed without heating the low melting point insulating substrate 1.
SiO2 film 4 is heated at 1500°C on the interface between
Since it is formed by thermal oxidation at a high temperature above, SiO2
The film 5 can be made into a completely high-quality and stable oxide film, and in turn, the film quality of the gate insulating film 6 made of the SiO2 film 5 and the SiOx film 3 can be improved.

【0013】[0013]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
、アモルファスシリコン膜上にSiOx膜をプラズマC
VD法やスパッタ法等の低温薄膜形成方法により形成し
、次いでレーザ照射によりアモルファスシリコン膜を結
晶化するとき、レーザビームがアモルファスシリコン膜
のみに吸収されるようにすると、アモルファスシリコン
膜のみを高温化することができ、このためアモルファス
シリコン膜下に低融点の絶縁基板があってもこれを加熱
することなく、アモルファスシリコン膜とSiOx膜と
の境界面にSiO2膜を高温の熱酸化により形成するこ
とができ、したがってアモルファスシリコン膜を結晶化
してなるポリシリコン膜上に形成されるSiO2膜の膜
質を良くすることができる。
As explained above, according to the present invention, a SiOx film is formed on an amorphous silicon film by plasma carbonization.
When an amorphous silicon film is formed using a low-temperature thin film formation method such as the VD method or sputtering method and then crystallized by laser irradiation, if the laser beam is absorbed only by the amorphous silicon film, only the amorphous silicon film will be heated to a high temperature. Therefore, even if there is an insulating substrate with a low melting point under the amorphous silicon film, it is possible to form a SiO2 film on the interface between the amorphous silicon film and the SiOx film by high-temperature thermal oxidation without heating it. Therefore, the quality of the SiO2 film formed on the polysilicon film formed by crystallizing the amorphous silicon film can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】この発明の一実施例を適用した薄膜トランジス
タの製造に際し、アモルファスシリコン膜の上面にゲー
ト絶縁膜の一部となるSiOx膜を形成した状態の断面
図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a state in which a SiOx film, which becomes part of a gate insulating film, is formed on the upper surface of an amorphous silicon film when manufacturing a thin film transistor to which an embodiment of the present invention is applied.

【図2】この薄膜トランジスタの製造に際し、アモルフ
ァスシリコン膜の結晶化とアモルファスシリコン膜の所
定の一部の熱酸化のためにエキシマレーザを照射した状
態の断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a state in which an excimer laser is irradiated for crystallization of the amorphous silicon film and thermal oxidation of a predetermined part of the amorphous silicon film during manufacture of this thin film transistor.

【図3】この薄膜トランジスタの製造に際し、ポリシリ
コン膜のチャネル形成領域を除く部分にリンイオンを注
入した状態の断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a state in which phosphorus ions are implanted into a portion of a polysilicon film excluding a channel formation region when manufacturing this thin film transistor.

【図4】この薄膜トランジスタの製造に際し、注入した
リンイオンを活性化するためにエキシマレーザを照射し
た状態の断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a state in which excimer laser is irradiated to activate implanted phosphorus ions during manufacturing of this thin film transistor.

【図5】この薄膜トランジスタの製造に際し、最終的に
ゲート電極およびソース・ドレイン電極を形成した状態
の断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a state in which a gate electrode and source/drain electrodes are finally formed during manufacturing of this thin film transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  絶縁基板 2  アモルファスシリコン膜 3  SiOx(x≧2)膜 4  ポリシリコン膜 5  SiO2膜 6  ゲート絶縁膜 1 Insulating substrate 2 Amorphous silicon film 3 SiOx (x≧2) film 4 Polysilicon film 5 SiO2 film 6 Gate insulating film

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  アモルファスシリコン膜上にプラズマ
CVD法やスパッタ法等の低温薄膜形成方法によりSi
Ox(x≧2)膜を形成し、レーザを照射することによ
り、前記アモルファスシリコン膜を結晶化するとともに
前記アモルファスシリコン膜と前記SiOx膜との境界
面にSiO2膜を形成することを特徴とするアモルファ
スシリコンの結晶化方法。
[Claim 1] Si is deposited on an amorphous silicon film by a low-temperature thin film formation method such as plasma CVD or sputtering.
The method is characterized in that an Ox (x≧2) film is formed and the amorphous silicon film is crystallized by laser irradiation, and an SiO2 film is formed on the interface between the amorphous silicon film and the SiOx film. Method of crystallizing amorphous silicon.
JP8788791A 1991-03-27 1991-03-27 Recrystallization of amorphous silicon Pending JPH04299519A (en)

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