JPH07235491A - Thin film semiconductor element and manufacture thereof - Google Patents

Thin film semiconductor element and manufacture thereof

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JPH07235491A
JPH07235491A JP5117594A JP5117594A JPH07235491A JP H07235491 A JPH07235491 A JP H07235491A JP 5117594 A JP5117594 A JP 5117594A JP 5117594 A JP5117594 A JP 5117594A JP H07235491 A JPH07235491 A JP H07235491A
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silicon film
film
thin film
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raman
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喬 犬島
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Abstract

PURPOSE:To provide a polysilicon film, comprising a thin film semiconductor element for use in liquid crystal displays, with a high field effect mobility (muFE). CONSTITUTION:An amorphous silicon film is crystallized by heating and turned into a polysilicon film 2. In this process the heating energy is so adjusted that projections and recesses will be formed on its surface 2a. The inclination angle (8) of the recesses and projections on the surface is controlled to the range of 4.8-30 deg.C with 9.6 deg. taken as the center. This obtains a XFE of 50-150cm<2>/V.sec or above.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、液晶ディスプレイ装置
などに用いられる薄膜半導体素子とその製法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film semiconductor element used in a liquid crystal display device and the like and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、液晶ディスプレー等の表示装置に
おいて用いられる薄膜半導体素子は、アモルファスシリ
コン薄膜あるいはポリシリコン薄膜から構成されてお
り、薄膜半導体素子の電界効果移動度(以下、μFEと
記する。)は薄膜半導体素子構成材料に依存するが、ア
モルファスシリコンのμFEは0.1〜1cm2 /V・
sec程度と小さく、その応用範囲は限定される。この
アモルファスシリコンから構成される薄膜半導体素子の
μFEが小さい理由は、主にダングリングボンド(シリ
コン原子の不対電子対)がアモルファスシリコン中に多
量に存在するためである。よって、薄膜半導体素子を構
成するシリコン薄膜がアモルファス状態であるかぎり薄
膜半導体素子のμFEを向上させることは困難であると
考えられる。
2. Description of the Related Art At present, a thin film semiconductor element used in a display device such as a liquid crystal display is composed of an amorphous silicon thin film or a polysilicon thin film, and the field effect mobility (hereinafter referred to as μFE) of the thin film semiconductor element. ) Depends on the constituent material of the thin film semiconductor element, but μFE of amorphous silicon is 0.1 to 1 cm 2 / V ·
It is as small as sec, and its application range is limited. The reason that the thin film semiconductor element made of amorphous silicon has a small μFE is that dangling bonds (unpaired electron pairs of silicon atoms) are mainly present in the amorphous silicon in a large amount. Therefore, it is considered difficult to improve the μFE of the thin film semiconductor element as long as the silicon thin film forming the thin film semiconductor element is in the amorphous state.

【0003】一方、600℃以上の固相成長法によるポ
リシリコンによって40cm2 /V・secを越えるμ
FEを有する薄膜半導体素子が製造可能であることが報
告されている(S.Morozumi等,SID'84 Digest p312)。
しかしながら、従来の固相成長法では、30cm角程度
の基板上にしか形成することができなく、かつ基板の縮
みの問題から大面積かつ高画素表示装置用の薄膜半導体
素子を製造する場合には利用することができないという
不都合があった。
On the other hand, by the solid phase growth method at 600 ° C. or higher, polysilicon exceeding 40 cm 2 / V · sec
It has been reported that a thin film semiconductor device having FE can be manufactured (S. Morozumi et al., SID'84 Digest p312).
However, according to the conventional solid phase growth method, the thin film semiconductor element can be formed only on a substrate of about 30 cm square, and when a thin film semiconductor element for a large area and high pixel display device is manufactured due to the problem of shrinkage of the substrate, There was an inconvenience that it could not be used.

【0004】このような問題を解決する方法として、大
面積で製膜可能なアモルファスシリコン薄膜表面を熱ア
ニール処理し結晶化させることによってμFEの向上を
計ることが試みられている。この方法はガラス基板等を
使用できる600℃以下で薄膜半導体素子を製造する際
に現在広く使用されている方法であるが、この方法にあ
っては、50cm2 /V・secを越えるμFEをもつ
薄膜半導体素子を得ることが困難であるという不都合が
あった。
As a method for solving such a problem, it has been attempted to improve the μFE by crystallizing the surface of an amorphous silicon thin film capable of forming a large area by thermal annealing. This method is widely used at the time of manufacturing a thin film semiconductor element at 600 ° C. or lower where a glass substrate or the like can be used. However, this method has a μFE exceeding 50 cm 2 / V · sec. There is a disadvantage that it is difficult to obtain a thin film semiconductor device.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】よって、本発明の課題
は、μFEが50cm2 /V・sec以上の高移動度を
有する薄膜半導体素子を得ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to obtain a thin film semiconductor device having a high mobility of μFE of 50 cm 2 / V · sec or more.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】かかる課題は、アモルフ
ァスシリコン膜を加熱して結晶化した多結晶シリコン膜
の表面を凹凸状とすることで解決される。そして、その
表面の傾斜角を9.6度を中心として4.8〜30度の
範囲とすることでより一層高いμFEが得られる。さら
に、この傾斜角は多結晶シリコン膜の一次ラマン線の強
度測定から求められるので、一次ラマン線の強度測定を
プロセスモニターとして使用すれば、μFEの高い凹凸
のある多結晶シリコン膜を製造することができる。
This problem is solved by heating the amorphous silicon film and crystallizing it to make the surface of the polycrystalline silicon film uneven. Then, by setting the inclination angle of the surface within the range of 4.8 to 30 degrees centering on 9.6 degrees, a higher μFE can be obtained. Further, since this inclination angle is obtained from the intensity measurement of the primary Raman line of the polycrystalline silicon film, if the intensity measurement of the primary Raman line is used as a process monitor, it is possible to manufacture a polycrystalline silicon film having high μFE and unevenness. You can

【0007】以下、本発明を詳しく説明する。図1は、
本発明の薄膜半導体素子の一例を模式的に示した断面図
であり、図中符号1はガラス、石英ガラス、セラミック
スなどからなる絶縁基板である。この絶縁基板1上に
は、多結晶シリコン膜(以下、P−Si膜と記す。)2
が形成されている。このP−Si膜2は、その表面2a
が図1にあるように平坦ではなく、凹凸状となってい
る。図中符号3はP−Si膜2の各結晶の粒界を示すも
のであり、表面2aの凹凸の各凸部2b…が結晶粒界3
…上に位置している。
The present invention will be described in detail below. Figure 1
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of the thin film semiconductor device of the present invention, in which reference numeral 1 is an insulating substrate made of glass, quartz glass, ceramics or the like. On this insulating substrate 1, a polycrystalline silicon film (hereinafter referred to as a P-Si film) 2
Are formed. The P-Si film 2 has a surface 2a.
Is not flat as shown in FIG. 1, but is uneven. In the figure, reference numeral 3 indicates a grain boundary of each crystal of the P-Si film 2, and each convex portion 2b of the irregularities on the surface 2a is a crystal grain boundary 3.
… Located on top.

【0008】そして、この表面2aの凸部2bと基板1
の表面とのなす傾斜角(図中、θで示す。)は9.6度
を中心に4.8〜30度となっている。この傾斜角が
9.6度の凹凸は、ほぼ底の直径が600nmで、高さ
が50nmの円錐が多数集まって形成された状態に相当
する。また、傾斜角が4.8度未満であればμFEが5
0cm2 /V・sec未満となって、本発明の目的であ
る高移動度を得ることができない。また、傾斜角が30
度を越えると、移動度は高くなるもののP−Si膜2の
表面の荒れが生じ、実用上不都合が生じるとともにP−
Si膜2面内でのμFEの均一性が低下することにな
る。
Then, the convex portion 2b on the surface 2a and the substrate 1
The inclination angle (indicated by θ in the figure) formed with the surface of the is about 9.6 to 4.8 to 30 degrees. The unevenness having the inclination angle of 9.6 degrees corresponds to a state in which a large number of cones having a bottom diameter of 600 nm and a height of 50 nm are gathered. If the tilt angle is less than 4.8 degrees, μFE is 5
When it is less than 0 cm 2 / V · sec, the high mobility which is the object of the present invention cannot be obtained. Also, the inclination angle is 30
If it exceeds the above range, the mobility becomes high, but the surface of the P-Si film 2 is roughened, which causes practical inconvenience and P-.
The uniformity of μFE in the plane of the Si film 2 is reduced.

【0009】このような表面形状を有するP−Si膜2
にあってはμFEが50〜150cm2 /V・sec、
あるいはそれ以上の値を有し、極めて高い電界効果移動
度を有するものとなる。 以下に、その根拠を説明す
る。
The P-Si film 2 having such a surface shape
In that case, μFE is 50 to 150 cm 2 / V · sec,
Alternatively, it has a value higher than that, and has an extremely high field effect mobility. The reason for this will be described below.

【0010】本発明者等は、先にポリシリコン膜のμF
Eなどの特性を評価する手法としてラマン散乱法を利用
することを提案し、特許出願している(特願平3−84
636号)。この評価方法は、上記先願明細書に記載さ
れているように、ポリシリコン膜のラマン分光法によっ
て得られるラマンシフト、シリコンの光学フォノンの半
値幅比および519cm-1のラマンピークと480cm
-1のラマンピークとの強度比(Ic/Ia)のいずれか
がポリシリコン膜のμFEと一義的に関係し、これら3
個のパラメータのいずれかを求めれば、そのポリシリコ
ン膜のμFEを知ることができるものである。
The inventors of the present invention firstly examined the μF of a polysilicon film.
Proposed to use Raman scattering method as a method for evaluating characteristics such as E, and applied for a patent (Japanese Patent Application No. 3-84).
636). As described in the above-mentioned prior specification, this evaluation method includes Raman shifts obtained by Raman spectroscopy of a polysilicon film, half width ratio of optical phonons of silicon, and Raman peak of 519 cm −1 and 480 cm.
One of the intensity ratios (Ic / Ia) with the Raman peak of -1 is uniquely related to the μFE of the polysilicon film.
If any one of the parameters is obtained, the μFE of the polysilicon film can be known.

【0011】図2はポリシリコン膜のμFEとラマンシ
フトとの関係を示し、図3は同じくμFEと半値幅比と
の関係を、図4は同じくμFEと強度比(Ic/Ia)
との関係を示したものである。これらグラフから明らか
なように、ラマン分光スペクトルを測定することでその
ポリシリコン膜のμFEを一義的に求めることができる
のである。
FIG. 2 shows the relationship between μFE and Raman shift of the polysilicon film, FIG. 3 similarly shows the relationship between μFE and half width ratio, and FIG. 4 similarly shows μFE and intensity ratio (Ic / Ia).
It shows the relationship with. As is apparent from these graphs, the μFE of the polysilicon film can be uniquely obtained by measuring the Raman spectrum.

【0012】この先願発明の教示に基づいて、図1に示
したP−Si膜2のμFEおよびラマン強度(結晶シリ
コン対比)と傾斜角との関係を求めて示したのが図5で
あり、このグラフから、傾斜角が9.6±4.8度の範
囲で、50〜150cm2 /V・secの値をとってい
ることがわかる。勿論、傾斜角が14.4度を越える
と、μFEが150cm2 /V・sec以上となること
も確かめられている。
Based on the teaching of this prior invention, FIG. 5 shows the relationship between the .mu.FE and Raman intensity (contrast of crystalline silicon) of the P--Si film 2 shown in FIG. 1 and the tilt angle, and FIG. From this graph, it can be seen that the inclination angle takes a value of 50 to 150 cm 2 / V · sec in the range of 9.6 ± 4.8 degrees. Of course, it has been confirmed that the μFE becomes 150 cm 2 / V · sec or more when the inclination angle exceeds 14.4 degrees.

【0013】この図5のグラフにおいて注目すべき点
は、傾斜角が9.6度以上では、そのラマン強度が結晶
シリコンでのラマン強度を越えているところである。こ
の理由は、P−Si膜の表面でラマン強度を増大させる
何かが生じているためである。通常、ラマン強度は、プ
ローブ光のレーザ光の散乱体積に比例することが知られ
ている。一般のポリシリコンの吸収係数は、4×104
cm-1程度(488nm)であるから、厚さ50nmの
ポリシリコンのラマン強度は、同じ厚さの単結晶シリコ
ンに比べて理論的には1/5程度のラマン強度しか得ら
れない筈である。しかし、実際のa−Si薄膜では単結
晶シリコンのラマン強度を越えており、上述のように5
0nmより大きな散乱体積を事実上作り出しており、か
つこの散乱体積の増大が高いμFEの実現に寄与してい
るのである。
The point to be noted in the graph of FIG. 5 is that the Raman intensity exceeds the Raman intensity of crystalline silicon when the tilt angle is 9.6 degrees or more. The reason is that something that increases the Raman intensity occurs on the surface of the P-Si film. It is known that the Raman intensity is generally proportional to the scattering volume of laser light of probe light. The absorption coefficient of general polysilicon is 4 × 10 4.
Since it is about cm −1 (488 nm), the Raman intensity of polysilicon with a thickness of 50 nm should theoretically be only about 1/5 that of single-crystal silicon with the same thickness. . However, in the actual a-Si thin film, the Raman intensity of single crystal silicon is exceeded, and as described above,
In effect, a scattering volume greater than 0 nm is created, and this increase in scattering volume contributes to the realization of high μFE.

【0014】図6は、ラマン散乱強度が、単結晶シリコ
ンのそれを越える厚さ50nmのポリシリコンおよびこ
のポリシリコン表面を5nmの厚さで薄くエッチングし
た後のもののラマン強度を示すもので、表面エッチング
後は、エッチングする前のラマン強度の1/3に減少
し、フォノンの位置も結晶シリコン側に移動している。
この結果は、10%の膜厚の減少がラマン強度を1/3
に減少させていることを示しており、ポリシリコンの最
表面層がラマン強度ひいては移動度を向上させている源
と考えられる。
FIG. 6 shows the Raman intensity of the Raman scattering intensity exceeding that of single crystal silicon of 50 nm, and the Raman intensity of the surface of this polysilicon after being thinly etched to a thickness of 5 nm. After etching, the Raman intensity before etching is reduced to 1/3, and the position of phonons also moves to the crystalline silicon side.
This result shows that a 10% reduction in film thickness reduces Raman intensity by 1/3.
It is believed that the outermost surface layer of polysilicon improves the Raman intensity and thus the mobility.

【0015】図7および図8は、図6に示したポリシリ
コン膜のエッチング前およびエッチング後の表面の走査
電子顕微鏡写真であり、図7はエッチング前の、図8は
エッチング後のものである。エッチング前は表面に多数
のピラミッド状突起とこれに連なる多数の稜線が観測さ
れるが、エッチング後はピラミッド状突起が消失し、稜
線の部分が深い溝となって結晶粒の境界となっているこ
とがわかる。したがって、ラマン散乱強度の大幅な減少
はこの表面構造の変化によるものと結論される。
FIGS. 7 and 8 are scanning electron micrographs of the surface of the polysilicon film shown in FIG. 6 before and after etching, FIG. 7 before etching and FIG. 8 after etching. . Before etching, many pyramidal protrusions and many ridges connected to this are observed on the surface, but after etching, the pyramidal protrusions disappear, and the ridges become deep grooves that serve as boundaries of crystal grains. I understand. Therefore, it is concluded that the significant decrease in Raman scattering intensity is due to this change in surface structure.

【0016】この現象のより詳細な解析の結果、ラマン
強度の増加は、ポリシリコン膜のピラミッド状突起、す
なわち凹凸形状と関係していることが判明した。ポリシ
リコン膜の表面の凹凸の傾斜角がある特定の値よりも大
きくなると、膜の真上より入射した光(ラマンプローブ
光)は、ポリシリコンの大きな屈折率(n=3.5)の
ため、表面から出ることがなく、界面での完全反射を生
じ、ポリシリコン膜内に閉じ込まれることになる。この
結果、散乱体積が実質上増大し、結晶シリコンでの値を
越えるようになる。この完全反射を生じる入射角を算出
すると、9.6度以上となり、この角度が上記傾斜角と
一致するのであり、本発明において傾斜角を定めたのは
この理由によるのである。
As a result of a more detailed analysis of this phenomenon, it was found that the increase in Raman intensity was related to the pyramid-shaped projections of the polysilicon film, that is, the uneven shape. When the inclination angle of the irregularities on the surface of the polysilicon film becomes larger than a certain value, the light (Raman probe light) incident from directly above the film is due to the large refractive index (n = 3.5) of polysilicon. , It does not go out from the surface, complete reflection occurs at the interface, and it is confined in the polysilicon film. As a result, the scattering volume increases substantially and exceeds the value in crystalline silicon. The angle of incidence that causes this perfect reflection is calculated to be 9.6 degrees or more, and this angle coincides with the tilt angle. This is the reason why the tilt angle is determined in the present invention.

【0017】次に、本発明の表面が凹凸状であるP−S
i膜を形成する方法について説明する。まず、絶縁基板
1上にアモルファスシリコン膜(以下、a−Si膜と記
す。)を形成する。絶縁基板としては、ガラス、石英ガ
ラス、セラミックスが用いられるが、この上にSiO2
などの絶縁膜を形成したものであってもよい。なお、本
発明における絶縁基材とは、これら絶縁基板および絶縁
膜を包含するものである。
Next, according to the present invention, the surface of the P-S having an uneven surface is used.
A method of forming the i film will be described. First, an amorphous silicon film (hereinafter referred to as an a-Si film) is formed on the insulating substrate 1. As the insulating substrate, a glass, quartz glass, ceramics is used, SiO 2 thereon
An insulating film such as the above may be formed. The insulating base material in the present invention includes these insulating substrates and insulating films.

【0018】a−Si膜を製造する方法は、特に限定さ
れるものではなく、600℃以下におけるプラズマCV
D法、スパッタ法、LPCVD法の通常の成膜手段を利
用することができる。プラズマCVD法を用いてアモル
ファスシリコン薄膜を製造するには、たとえばシラン
(SiH4 )やジシラン(Si2 6 )等のシラン系ガ
スを、直流電流にて2.45GHz迄の高電界中で分解
させる方法を利用することができる。
The method for producing the a-Si film is not particularly limited, and plasma CV at 600 ° C. or lower is used.
Usual film forming means such as D method, sputtering method, and LPCVD method can be used. In order to manufacture an amorphous silicon thin film using the plasma CVD method, for example, a silane-based gas such as silane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ) is decomposed with a direct current in a high electric field up to 2.45 GHz. You can use the method.

【0019】また、スパッタ法を用いる場合には、直流
電流あるいはマグネトロン方式のRF印加スパッタリン
グ法等を利用することができる。その際にターゲットと
しては高純度シリコン単結晶および高純度シリコン多結
晶等を用いることができ、その雰囲気にはアルゴンある
いは水素添加のアルゴン雰囲気、さらには100%水素
雰囲気等を利用することができる。LPCVD法として
は、たとえば10Torr以下の減圧下において加熱さ
れた基板上に、シランガスやジシランガス等のシラン系
ガスを不活性気体と共に接触せしめる方法が利用でき
る。上記のいずれの方法においても雰囲気中の酸素含有
率を1021/cm3 以下望ましくは1020/cm3 にす
る必要がある。
When the sputtering method is used, a direct current or magnetron type RF applied sputtering method can be used. At that time, a high-purity silicon single crystal, a high-purity silicon polycrystal, or the like can be used as a target, and the atmosphere thereof can be an argon atmosphere or an argon atmosphere of hydrogenation, or a 100% hydrogen atmosphere. As the LPCVD method, for example, a method of bringing a silane-based gas such as silane gas or disilane gas into contact with an inert gas on a substrate heated under reduced pressure of 10 Torr or less can be used. In any of the above methods, the oxygen content in the atmosphere should be 10 21 / cm 3 or less, preferably 10 20 / cm 3 .

【0020】このa−Si膜の厚さは、特に限定されな
いが、通常10〜100nm程度とされる。ついで、こ
のものに必要に応じてパターニング加工を施し、パター
ン化することもできる。こののち、このa−Si膜を加
熱して結晶化し、P−Si膜とする。この加熱には、紫
外光源、例えばArFエキシマレーザ、KrFエキシマ
レーザ等の紫外域に波長をもち、かつ1パルス当り15
0ミリジュール以上のエネルギーを有するパルス型レー
ザの他、Arイオンレーザ、Krイオンレーザ等の可視
および紫外域に波長を有するもの、あるいは炭酸ガスレ
ーザ等の赤外域に波長をもつレーザ、さらにはこの連続
発振型レーザのQスイッチ化によるパルス変調型レーザ
等を利用することができる。また、加熱には電気炉など
の加熱手段を用いることもできるが、エネルギー強度の
制御が困難であり、あまり好ましくない。
The thickness of the a-Si film is not particularly limited, but is usually about 10 to 100 nm. Then, this product can be patterned by subjecting it to patterning if necessary. After that, the a-Si film is heated and crystallized to form a P-Si film. This heating has a wavelength in the ultraviolet region of an ultraviolet light source, such as an ArF excimer laser or a KrF excimer laser, and 15 pulses per pulse.
In addition to pulsed lasers having energies of 0 millijoules or more, lasers having wavelengths in the visible and ultraviolet regions such as Ar ion lasers and Kr ion lasers, lasers having wavelengths in the infrared region such as carbon dioxide lasers, and the like. It is possible to use a pulse-modulation laser or the like in which an oscillation laser is Q-switched. Although heating means such as an electric furnace can be used for heating, it is not preferable because it is difficult to control energy intensity.

【0021】このa−Si膜の加熱の際に、a−Si膜
に加える熱エネルギーをある範囲(E0 )内に収めるこ
とにより、図1に示す表面に凹凸が形成され、μFEの
高いP−Si膜が得られる。このエネルギーE0 は、a
−Si膜の厚さ、平面的な拡り(パターニング形状)な
どによって変化し、一義的に定めることはできないが、
パターン化された細幅のa−Si膜ではパターン化され
ていない広いa−Si膜に比べて低いエネルギーで凹凸
が形成されたP−Si膜に変化する。また、膜厚が増加
すると、より高いエネルギーが必要となる。
When the a-Si film is heated, the heat energy applied to the a-Si film is kept within a certain range (E 0 ), whereby irregularities are formed on the surface shown in FIG. 1 and P having a high μFE is formed. -Si film is obtained. This energy E 0 is a
-Since it varies depending on the thickness of the Si film, the planar spread (patterning shape), etc., and cannot be uniquely determined,
The patterned narrow a-Si film is changed into a P-Si film on which irregularities are formed with lower energy than a wide a-Si film which is not patterned. Also, as the film thickness increases, higher energy is required.

【0022】例えば、膜厚が50nmの減圧CVD法で
得られたa−Si膜に、エキシマレーザ(KrF)を大
気中、常圧、室温で照射する場合には、照射回数を4回
とすると、レーザエネルギーが250〜280mJ/c
2 の範囲で、照射回数を8回とすると、レーザエネル
ギーが260〜290mJ/cm2 の範囲で、照射回数
を16回とすると、エネルギーが265〜290mJ/
cm2 の、照射回数を32回とすると、エネルギーが2
70〜290mJ/cm2 の範囲で処理することによっ
て、図1に示した構造のμFEの高いP−Si膜が得ら
れる。また、レーザ照射条件が減圧下、真空中、雰囲気
中でも、エネルギー強度が若干変化するだけで、凹凸を
有するP−Si膜が得られることが確認されている。
For example, when an excimer laser (KrF) is irradiated to an a-Si film obtained by the low pressure CVD method with a film thickness of 50 nm in the atmosphere at atmospheric pressure and room temperature, the irradiation frequency is 4 times. , Laser energy is 250-280 mJ / c
When the irradiation frequency is 8 times in the range of m 2 , the laser energy is 265 to 290 mJ / cm 2 when the irradiation frequency is 16 times in the range of 260 to 290 mJ / cm 2.
If the irradiation number of cm 2 is 32 times, the energy is 2
By performing the treatment in the range of 70 to 290 mJ / cm 2, the P-Si film having a high μFE having the structure shown in FIG. 1 can be obtained. Moreover, it has been confirmed that a P-Si film having irregularities can be obtained by only slightly changing the energy intensity under laser irradiation conditions of reduced pressure, vacuum, and atmosphere.

【0023】そして、このa−Si膜のエキシマレーザ
などによる加熱の際に、その膜のラマン分光スペクトル
測定を行うことで、相変化したP−Si膜のμFEを測
定しながら、加熱条件等を制御し、目的のμFE値を有
するP−Si膜を得ることができる。ラマン分光スペク
トル測定は、極めて小さいビーム径のプローブ光を照射
することで、即時に測定が実施できるので、加熱中随時
P−Si膜のμFEを知ることができ、プロセスモニタ
ーとして有効に利用できる。
Then, when the a-Si film is heated by an excimer laser or the like, Raman spectroscopic measurement of the film is performed to measure the μFE of the phase-changed P-Si film and the heating conditions and the like. It is possible to control and obtain a P-Si film having a desired μFE value. Raman spectroscopic spectrum measurement can be performed immediately by irradiating a probe light with an extremely small beam diameter, so that μFE of the P-Si film can be known at any time during heating, and can be effectively used as a process monitor.

【0024】本発明で利用可能なラマン分光光度計は光
源としてアルゴンイオンレーザ、クリプトンレーザ等の
可視から紫外域のレーザを使ったものであって、分光器
としては迷光比が10-9程度であれば良いが、測定シス
テムとしては光電子増倍管(PM)あるいは固体素子デ
ィテクタ(SSD)を有し、シリコンの光学フォノンで
ある520cm-1付近の光強度を高速かつ波長幅広く測
定できるものが必要である。
The Raman spectrophotometer that can be used in the present invention uses a visible to ultraviolet laser such as an argon ion laser or a krypton laser as a light source, and a stray light ratio of about 10 -9 is used as a spectroscope. Anything is needed, but a measurement system that has a photomultiplier tube (PM) or solid-state detector (SSD) and can measure the light intensity near 520 cm -1 which is an optical phonon of silicon at high speed and over a wide wavelength range is required. Is.

【0025】(実施例)今回実験に用いた出発膜は、S
2 6 原料のLPCVD法で成膜温度を460℃とし
たものを用いた。又、基板には合成石英基板、下地膜に
はAPCVD(常圧CVD)法によるSiO2 膜300
nmを用いた。又、前述の結果を総合し、結晶化パラメ
ータを以下の表に示す値にて薄膜トランジスタ(TF
T)の作製を行った。
(Example) The starting film used in this experiment was S
An i 2 H 6 raw material having a film forming temperature of 460 ° C. by the LPCVD method was used. Further, the substrate is a synthetic quartz substrate, and the base film is a SiO 2 film 300 formed by APCVD (normal pressure CVD).
nm was used. In addition, by integrating the above results, the crystallization parameters are set to the values shown in the table below in the thin film transistor (TF
T) was produced.

【0026】 [0026]

【0027】図9に、得られたTFTのID−VG特性
を示す。電界効果移動度は最大で160cm2 /V・s
ecを越えた。又、移動度だけでなく閾値電圧3.6
V、S値0.38V/decadeなど他の特性におい
ても極めて良好な特性を示した。これは、ラマン分光ス
ペクトルによるプロセスモニターを利用した最適化によ
り、良好な結晶が得られたためであると思われる。
FIG. 9 shows the ID-VG characteristics of the obtained TFT. Maximum field effect mobility is 160 cm 2 / V · s
ec exceeded. In addition to the mobility, the threshold voltage of 3.6
Also in other characteristics such as V and S values of 0.38 V / decade, excellent characteristics were exhibited. This is probably because good crystals were obtained by the optimization using the process monitor by Raman spectroscopy.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればμ
FEが50cm2 /V・sec以上で150cm2 /V
・secを越える高移動度を示すP−Si膜からなる薄
膜半導体素子を得ることができる。
As described above, according to the present invention, μ
When FE is 50 cm 2 / V · sec or more, 150 cm 2 / V
It is possible to obtain a thin film semiconductor element made of a P-Si film having a high mobility exceeding sec.

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

【図1】本発明の薄膜半導体素子の一例を模式的に示す
断面図である。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing an example of a thin film semiconductor element of the present invention.

【図2】ポリシリコン膜のラマンシフトと電界効果移動
度との関係を示したグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between Raman shift and field effect mobility of a polysilicon film.

【図3】ポリシリコン膜の半値幅比と電界効果移動度と
の関係を示したグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a half width ratio of a polysilicon film and a field effect mobility.

【図4】ポリシリコン膜のアモルファスシリコン強度比
と電界効果移動度との関係を示したグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a relationship between an amorphous silicon intensity ratio of a polysilicon film and a field effect mobility.

【図5】本発明のP−シリコン膜の傾斜角と移動度とラ
マン強度との関係を示したグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the tilt angle, mobility and Raman intensity of the P-silicon film of the present invention.

【図6】本発明のP−シリコン膜の表面のエッチング前
後のラマン強度とラマンシフトの関係を示したグラフで
ある。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between Raman intensity and Raman shift before and after etching the surface of the P-silicon film of the present invention.

【図7】本発明のP−シリコン膜のエッチング前の表面
構造を表わす電子顕微鏡写真である。
FIG. 7 is an electron micrograph showing the surface structure of the P-silicon film of the present invention before etching.

【図8】本発明のP−シリコン膜のエッチング後の表面
構造を表わす電子顕微鏡写真である。
FIG. 8 is an electron micrograph showing the surface structure of the P-silicon film of the present invention after etching.

【図9】本発明のP−シリコン膜を応用したTFTのI
D−VG特性を示すグラフである。
FIG. 9 is an I of a TFT to which the P-silicon film of the present invention is applied.
It is a graph which shows a D-VG characteristic.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁基板 2 P−Si膜 1 Insulating substrate 2 P-Si film

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁基材上に形成されたアモルファスシ
リコン膜を加熱して結晶化した多結晶シリコン膜からな
り、この多結晶シリコン膜の表面が凹凸を有する薄膜半
導体素子。
1. A thin film semiconductor element comprising a polycrystalline silicon film obtained by heating and crystallizing an amorphous silicon film formed on an insulating substrate, the surface of the polycrystalline silicon film having irregularities.
【請求項2】 絶縁基材上に形成されたアモルファスシ
リコン膜を加熱して結晶化した多結晶シリコン膜からな
り、この多結晶シリコン膜の表面が凹凸を有し、そのラ
マン強度が単結晶シリコンのラマン強度をこえる薄膜半
導体素子。
2. A polycrystalline silicon film formed by heating and crystallizing an amorphous silicon film formed on an insulating substrate, the surface of the polycrystalline silicon film having irregularities, and the Raman intensity of which is single crystal silicon. Thin film semiconductor device that exceeds the Raman intensity of
【請求項3】 絶縁基材上に形成されたアモルファスシ
リコン膜を加熱して結晶化した多結晶シリコン膜からな
り、この多結晶シリコン膜の表面のラマン強度が、単結
晶シリコンのラマン強度以上である薄膜半導体素子。
3. A polycrystalline silicon film formed by heating and crystallizing an amorphous silicon film formed on an insulating substrate, wherein the surface of this polycrystalline silicon film has a Raman intensity of at least the Raman intensity of single crystal silicon. A thin film semiconductor device.
【請求項4】 絶縁基材上に形成されたアモルファスシ
リコン膜をレーザ照射により結晶化した多結晶シリコン
膜からなり、この多結晶シリコン膜の表面が凹凸を有す
る薄膜半導体素子。
4. A thin film semiconductor device comprising a polycrystalline silicon film obtained by crystallizing an amorphous silicon film formed on an insulating base material by laser irradiation, the surface of the polycrystalline silicon film having irregularities.
【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかにおいて、
多結晶シリコン膜の表面と基材表面とのなす傾斜角が、
9.6度を中心として4.8以上30度以下である薄膜
半導体素子。
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The tilt angle between the surface of the polycrystalline silicon film and the surface of the base material is
A thin-film semiconductor device having a pitch of 4.8 degrees or more and 30 degrees or less around 9.6 degrees.
【請求項6】 絶縁基材上に形成されたアモルファスシ
リコン膜を加熱して結晶化した多結晶シリコン膜を作製
する工程において、その表面の凹凸の傾斜角をラマン強
度から求め、この1次ラマン線の強度をプロセスモニタ
ーとして使用することを特徴とする薄膜半導体の製法。
6. In the step of heating an amorphous silicon film formed on an insulating base material to produce a crystallized polycrystalline silicon film, the inclination angle of the irregularities on the surface is obtained from Raman intensity, and the primary Raman A method of manufacturing a thin film semiconductor characterized by using the intensity of a wire as a process monitor.
【請求項7】 絶縁基材上に形成されたアモルファスシ
リコン膜を加熱して結晶化した多結晶シリコン膜を作製
する工程において、その表面の凹凸の傾斜角および結晶
性をラマン強度から求め、ラマン強度が最大になるよう
な条件で作製することを特徴とする薄膜半導体の製法。
7. The Raman intensity is used to determine the tilt angle and crystallinity of the surface irregularities in the step of heating the amorphous silicon film formed on the insulating base material to produce a crystallized polycrystalline silicon film. A method of manufacturing a thin film semiconductor, which is characterized in that it is manufactured under conditions that maximize strength.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008199042A (en) * 2008-03-14 2008-08-28 Hitachi Ltd Method of manufacturing image display device using thin-film semiconductor device
US7573110B1 (en) 1995-11-30 2009-08-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of fabricating semiconductor devices

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62203325A (en) * 1986-03-04 1987-09-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor substrate and manufacture of the same
JPH07235526A (en) * 1993-12-27 1995-09-05 Nec Corp Method of forming rugged polisilicon film and polycrystalline silicon film

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62203325A (en) * 1986-03-04 1987-09-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor substrate and manufacture of the same
JPH07235526A (en) * 1993-12-27 1995-09-05 Nec Corp Method of forming rugged polisilicon film and polycrystalline silicon film

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7573110B1 (en) 1995-11-30 2009-08-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of fabricating semiconductor devices
JP2008199042A (en) * 2008-03-14 2008-08-28 Hitachi Ltd Method of manufacturing image display device using thin-film semiconductor device

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