JPH05175235A - 多結晶半導体薄膜の製造方法 - Google Patents

多結晶半導体薄膜の製造方法

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JPH05175235A
JPH05175235A JP34167291A JP34167291A JPH05175235A JP H05175235 A JPH05175235 A JP H05175235A JP 34167291 A JP34167291 A JP 34167291A JP 34167291 A JP34167291 A JP 34167291A JP H05175235 A JPH05175235 A JP H05175235A
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JP
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film
formed
laser beam
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si
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JP34167291A
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Masataka Ito
Yoshimi Kojima
Akihiro Oda
伊藤政隆
小島義己
織田明博
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Sharp Corp
シャープ株式会社
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 大面積を有するアクティブマトリックス型液
晶ディスプレイ等において動作速度の速い薄膜トランジ
スタを均一に、しかもスループット良く作製する方法を
提供することを目的とする。 【構成】 レーザアニール法においてレーザ強度分布を
所定の幅で均一になるように整形し、アニールすること
によって均一な結晶性を持つストライプ状の多結晶半導
体層を得る。またこのストライプ状の多結晶半導体層を
必要な場所にだけ形成し、画素部、駆動回路分のトラン
ジスタをこのストライプ内に組み込むことによってスル
ープットも向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス基板上に一定の
幅で均一な特性を有する結晶性の良いシリコン半導体薄
膜を製造する方法に関し、特に、このシリコン半導体薄
膜を利用して薄膜トランジスタ(以下、TFT)を形成
するアクティブマトリックス型液晶ディスプレイに関す
る。

【0002】

【従来の技術】アモルファスシリコン(以下、a−S
i)を半導体膜とする薄膜トランジスタ(以下、a−S
i TFT)を使用したアクティブマトリックス型液晶
ディスプレイが実用されている。このディスプレイ基板
にはガラスや石英などの透明基板が使用されているが、
特に大面積化するためには、安価なガラス基板が好まし
い。

【0003】a−Si TFTの形成と同時に駆動回路
までもがガラス基板上にTFTで形成しようとされてい
るが、駆動回路は動作速度の速い多結晶シリコン薄膜ト
ランジスタ(以下、poly−Si TFT)を使用す
る必要がある。

【0004】ガラス歪み点温度以下の低温プロセスでT
FTの活性層として良好な結晶性を有する多結晶シリコ
ン(以下、poly−Si)層を得るために、レーザビ
ームを利用したアニール処理が従来から行われている。
特に、連続発振(CW)レーザを使用する方法としてガ
ラス基板上に、a−Si層を形成し、この膜に出力数ワ
ットのレーザビームを直径数10〜数100μmに集光
して照射し、レーザビーム、若しくは基板を移動させ、
幅数10μmの間隔で重ね合わせて走査していくことに
よって、基板全体にアニール処理を行い、a−Si層を
多結晶化する方法が知られている。

【0005】しかし、数10μmの間隔で重ね合わせて
走査し、アニールするためビームを重ね合わせた部分と
重ね合わせていない部分とでは結晶性が異なり、ビーム
が重ね合わせられた部分に形成されるTFTと、ビーム
が重ね合わせられていない部分に形成されるTFTは特
性が異なるという問題があった。

【0006】この問題を解決し、またスループットを向
上させるため、TFTの活性層の領域だけレーザアニー
ルする方法が提案されている(M.YUKI,K.MA
SUMO:IEEE Electron Devic
e,vol.36,No.9,p.1934,1989
参照)。この方法とは幅30μmのストライプ状のpo
ly−Si層をレーザビーム法によって得、そのpol
y−Si層部分にのみTFTの活性層を形成することに
よりビームの重ね合わせの問題とスループットの問題を
解決している。

【0007】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方法に
より形成したpoly−Si膜は、レーザビームの強度
がガウス分布しているため、その強度分布に従って結晶
性も分布してしまう。そのためTFTの特性が充分に向
上しないという問題があった。レーザビームがガウス分
布しているので、2以上のTFT列を同時にアニールす
るためにレーザビームの幅を大きくすると、ますます結
晶性の分布も大きくなるという問題がある。

【0008】本発明は、この問題を解決するため、少な
くともTFTを形成する領域だけは結晶性が均一なpo
ly−Si膜を形成し、大面積を有するアクティブマト
リックス型液晶ディスプレイ等において動作速度の速い
TFTを均一に、しかもスループット良く作製する方法
を提供することを目的とする。

【0009】

【課題を解決するための手段】本発明はレーザビームの
走査方向に対して垂直方向に均一な強度分布を有するよ
うに光学系を組む。均一な強度分布を有する幅は、TF
Tよりも大きくされ、好ましくは2列以上のTFT列を
含むよう形成される。このレーザビームをガラス基板上
に形成したa−Si膜に照射、アニールし、均一な特性
を有するストライプ状のpoly−Si層を形成する。
そして、このストライプ状のpoly−Si層内にTF
Tを作製する。

【0010】アクティブマトリックス型液晶ディスプレ
イを作製する場合、画素と駆動回路のトランジスタの位
置を、ストライプ状poly−Si層の幅内に納め、不
必要な部分のビーム照射は行わない。

【0011】

【作用】レーザビームが走査方向に対して垂直方向に均
一な強度分布を有しているので、ガラス基板上に形成さ
れたa−Siをレーザアニールすると、ガラス基板の熱
絶縁性が高いため、均一な強度分布を有するレーザビー
ムの幅に渡ってほぼ均一な特性の結晶性の高いストライ
プ状のpoly−Si層を得ることができる。

【0012】このストライプ状のpoly−Si層がT
FTの列に一致するようレーザビームの走査位置を調整
する。強度分布が均一であるレーザビームの幅を大きく
すると、2以上のTFT列を同時にアニールすることが
でき、スループットの向上が図れる。

【0013】

【実施例】本発明をアクティブマトリックス型液晶ディ
スプレイに適用した実施例について図面を参照しながら
説明する。

【0014】図1は、ガラス基板上にpoly−Si層
をストライプ状に作製し、その後TFTを作製する工程
の断面図を示す。

【0015】(a)ガラス基板1上に、膜厚5000Å
程度のSiO2膜2を形成した後、このSiO2膜2上
に、膜厚1000Å程度のa−Si膜3を形成する。更
に、このa−Si膜3上に、反射防止膜となるSiO2
膜4を形成する。

【0016】(b)次に、a−Si膜3に対して、Ar
イオンCWレーザを照射し、結晶化アニールを行い、p
oly−Si層5を作製する。このとき図2(a)に示
すように、レーザ若しくは基板を移動させることによっ
て領域22に示す部分にストライプ状にレーザを照射
し、ストライプ状のpoly−Si層5を得る。

【0017】本発明において、レーザアニールに使用さ
れるレーザ光は、図3に示すような光学系を用いて一定
の幅で均一な強度分布を持つよう整形される。Ar+
ーザの出力ビーム30はTEM00モードの場合、図3の
左端に示すようにガウス分布をしている。

【0018】このビーム30をフレネルのバイプリズム
31を用いて2つのビーム35,36に分割する。この
2つのビームをレンズ32,33を通して照射面34で
重ね合わせる。ビームを照射面上で重ね合わせた時の状
態を示したのが、図4である。点線で示したビーム3
6,37はガウス分布を中央で二分したもので、そのビ
ームをレンズ32,33によって重ね合わせている。レ
ンズ32,33の焦点距離、フレネルのバイプリズム3
1,レンズ32,33の距離を適切に選ぶことによって
実線41に示すように幅tの範囲で強度が一定となる領
域ができる。

【0019】幅tの範囲で強度分布が均一になるためこ
の範囲でpoly−Siの結晶性を均一にすることがで
きる。幅tの範囲は、レンズ32,33の焦点距離、フ
レネルのバイプリズム31と、レンズ32,33のそれ
ぞれの距離を組み合わせることによって、レーザパワー
10〜20W、走査速度20〜200mm/sの範囲で
150〜500μmにすることができる。

【0020】アクティブマトリックス型液晶ディスプレ
イの画素ピッチは約100μm程度であるから、2列か
ら5列を一度の走査でアニールすることができる。

【0021】図3に示す光学系以外に、2つのガウス分
布を有するレーザビームを反射鏡により照射面に図5の
分布になるよう重ね合わせれば、均一な強度分布を有す
るレーザビームが得られる。

【0022】その後、SiO2膜(4)を除去する。

【0023】(c)次に、得られたストライプ状のpo
ly−Si層5をホトリソグラフィによって島状の層6
にパターニングする。(図2(b)は図1(c)の平面
図である。) (d)以下、通常のプロセスによってTFTを作成す
る。(図2(c)は図1(d)の平面図である。) 詳細なプロセスの説明は省略するが、次の通りである。
島状のpoly−Si層6にソース領域8、ドレイン領
域9を形成し、その上にゲート絶縁膜7を積層する。そ
の上にゲート電極11をパターニング形成して、層間絶
縁膜14を被覆し、この層間絶縁膜14にスルーホール
を開けて、ソース領域8、ドレイン領域9に接触するソ
ース電極12、ドレイン電極13を設ける。

【0024】図1は、1本のストライプ状のpoly−
Si層で1行のTFTを作製する例を示したが、図3に
示す光学系とレーザの出力を調整することによってスト
ライプ幅を変えることができるので、ストライプの幅を
広くして1本のストライプ内に複数行のTFTを作製す
ることもできる。例えば、10inchのLCDの回路
構成を、1本の走査線とそれを駆動するための駆動回路
を幅60〜80μmに収めるように設計すれば、1本の
ストライプ状のpoly−Si層に1本分の走査線と駆
動回路を作製することができる。

【0025】走査線の間隔は150〜250μm程度で
あるから、ストライプ幅を200〜350μmにすれば
2本分の走査線と駆動回路を1本分のストライプ内に作
ることができる。こうすれば、スループットは従来の2
倍になる。

【0026】以上のように、強度分布が均一になるよう
に整形したレーザービームを使用してストライプ状のp
oly−Si層を得ることにより、高性能なTFTを均
一にスループット良く作製することができる。

【0027】上記の方法で得られたTFT特性は、移動
度100cm/vs、均一性±10%と高性能であっ
た。しかもストライプの幅を広くすることによって、ス
ループットの向上も図れる。このように、ストライプ内
に回路を構成することによって効率よくレーザアニール
でき、スループットも向上し、高性能で均一な特性を持
つTFTを得ることができる。

【0028】

【発明の効果】以上のように、本発明によればガラス基
板上に低温プロセスでTFTを作製する方法において、
均一な強度分布を持つCWレーザでアニールすることに
よって、均一な結晶性を持つ活性層となるストライプ状
のpoly−Si層を得ることができる。

【0029】このストライプ内にトランジスタを作製す
るようにマスクを設計することによって、高性能で均一
な特性を持つpoly−SiTFTを作製することがで
きる。レーザアニールする場所をLCDの回路部(走査
線1本分の画素部の駆動回路部)だけにすることによっ
て、スループットを向上させることができ、駆動回路一
体型のLCDを大面積で効率よく作製することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明のTFTの製造工程を説明する各工程の
断面図である。

【図2】本発明のTFTの製造工程を説明する各工程の
平面図である。

【図3】本発明に使用される光学系の説明図である。

【図4】照射面上のビーム強度分布図である。

【図5】第2の実施例の光学系の説明図である。

【符号の説明】

3 アモルファスシリコン層 5 多結晶シリコン層 6 島状の多結晶シリコン層 8 ソース領域 9 ドレイン領域 35 レーザビーム 36 レーザビーム

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガラス基板上に形成されたアモルファス
    シリコン膜に、レーザビームを照射しアニールする多結
    晶半導体膜の製造方法において、レーザビームはガラス
    基板上に形成される薄膜トランジスタ列の幅より大きい
    幅で強度が一定となるように整形され、このレーザビー
    ム、若しくはガラス基板を移動させ、前記非単結晶半導
    体を所定の幅を持つストライプ状にアニールすることを
    特徴とする多結晶半導体膜の製造方法。
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